Реферат: Эксперимент как основа естествознания - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Эксперимент как основа естествознания

Банк рефератов / Философия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 451 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

ЭКСПЕРИМЕНТ - ОСНОВА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ I. Введение С самого момента возни кновения философии человек размышляет о возмо жностях и границах познания . Философские разм ышления велись главным образом либо в рус ле эмпиризма , пренебрегающего ролью творческого мышления и развитием понятийного аппарата , либо в русле рационализма , к о торый не учитывал практики как критерия истины , как основы , отправной точки и цели по знания . В результате успехов естественных нау к многим эмпирикам стало казаться , что исс ледовательская работа в этой области нуждаетс я лишь в прагматическом оправдании , а н е в философском обосновании . Ф . Энгельс показал , однако , Что “самая плоская эмпирия , презирающая всякую теорию и относящаяся с недоверием ко всякому мышлению” , - это самый верный путь от естествознания к мистицизму . Диалектика познания нуждается в фило софском осмыслении . При этом речь идет как о материалистическом объяснении процессо в мышления , так и о сложных отношениях , возникающих в процессе теоретического и пр актического освоения действительности людьми . Поп ытка Канта преодолеть эмпиризм и рационал и зм оказалась безуспешной . Разработка теории познания , отвечающей современному развитию науки , не может быть задачей одной лишь философии . Поскольку она должна давать для отдельных научных дисц иплин мировоззренческие , гносеологические и метод ологические о сновы , поскольку она делает это с помощью анализа результатов этих наук , истории науки и философско-гносеологическ их воззрений ученых . Философский аспект изуче ния процесса познания заключается в обоснован ии теории отражения , в учете исторического характер а познания и диалектики р азвития познания . Философская постановка вопроса выходит , о днако , за рамки проблем истории теорем поз нания . Она включает мировоззренческие проблемы , касающиеся связи познания с гуманизмом , и рассмотрение эффективности результатов п ознания . Речь идет об ответственности ученых в двояком отношении . С одной стороной , должно учитываться соотношение между приложенн ыми затратами и полученной пользой с цель ю обеспечения наибольшей эффективности исследова ний . Это особенно трудно сделать в о т ношении фундаментальных исследований , так как практические результаты здесь нере дко проявляются в более или менее отдален ном будущем . С другой стороны , эксперименты , поскольку они прямо или косвенно затрагива ют людей , не могут связываться только с критери я ми экономической эффективности . Эксперименты с людьми и на людях тре буют соблюдения гуманистических принципов . Общест венная потребность в научных знаниях может быть удовлетворена только при наличии соот ветствующего задела и полном высвобождении тв орческих потенций . Для этого необходим ы определенные условия. II 1. Практическая направленность эксперимента Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий , многочисленные направления которых основаны на достижениях соответству ющих отраслей естес твознания . Современное естествознание обладает бо льшим многообразием методов исследований , среди которых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания . Для эксперимента сегодняшнего дня характе рны три основные особе нности : · возрастание роли тео ретической базы эксперимента . Во многих случа ях эксперименту предшествует теоретическая работ а , концентрирующая громадный труд большого чи сла теоретиков и экспериментаторов ; · сложность технического оснащения эксперимента . Т ехника эксперим ента , как правило , насыщена многофункциональной электронной аппаратурой , прецизионными механически ми устройствами , высокочувствительными приборами , высокоточными преобразователями и т . п . Больши нство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования , в которой технич еские средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определенной точностью , регистрируют промежуточные экспериментальные результ аты и производят последовательн у ю их обработку ; · масштабность эксперимен та . Некоторые экспериментальные установки напомин ают сложные объекты крупных масштабов . Строит ельство и эксплуатация таких объектов стоит больших финансовых затрат . Кроме того , эк спериментальные объекты могут оказа ть акт ивное действие на окружающую среду . Эксперимент баз ируется на практическом воздействии субъекта на исследуемый объект и часто включает оп ерации наблюдения , приводящие не только к качественным , описательным , но и к количествен ным результатам , требующ им дальнейшей мат ематической обработки . С этой точки зрения эксперимент - разновидность практического действия , предпринимаемого с целью получения знания . В процессе экспериментального естественнонаучного исследования в контролируемых и управляемых условия х изучаются многообразные с войства и явления природы . Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на объект , в большинстве слу чаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории , определяющей постановку экспериментальной задачи и интер претацию результатов . Нередко основная задача эксперимента - проверка гипотез и предсказаний теории , имеющих фундаментальное , прикладное и принципиаль ное значение . Являясь критерием естественнонаучно й истины , эксперимент представляет собой осно ву научного познания действительности . Эксперимент , как и наблюдение , относится к эмпирическим формам естественнонаучного позн ания . Однако между ними есть существенные различия : эксперимент - преобразующая внешний мир деятельность человека , а наблюдению свойстве нны ч ерты созерцательности и чувственного восприятия исследуемого объекта . В процессе эксперимента при активном вмешательстве иссл едуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства , которые и являются предметом изучения в естественных либо в специ а льно созданных условиях . В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию как исследуемого объекта , так и различных управляемых условий , в которых находится объект . Для этого создаются специальные устан овки и устройс тва : барокамеры , термостаты , магнитные ловушки , ускорители и т . п . С помощью их создаются сверхнизкие и свер хвысокие температуры и давления , вакуум и другие условия . В некоторых случаях моделиров ание исследуемого объекта – единственное сре дство реализации эксперимента . Многие экспериментальные исследования направ лены не только на обоснование естественнонауч ной истины , но и на обработку технологий изготовления новых видов разнообразной высок окачественной продукции . Именно в этом наибол ее сильно проявляется практическая направле нность эксперимента как прямого пути совершен ствования любого технологического цикла . Экспериментальные средства по своей сути не однородны : их можно разделить на т ри основные , отличающиеся функциональным назначен ием системы : · содержащую исследуемый объект с заданн ыми свойствами ; · обеспечивающую воздействие на исследуемый предмет ; · сложную приборную измерительную систему ; В зависимости от экспериментальной задачи данные сис темы играют разную роль . Например , при опр еделении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствит ельности приборов . В то же время при п роведении экспериментов с веществом , не встре ча ю щимся в природе при обычных условиях , да еще и при низкой температу ре , все системы экспериментальных средств игр ают важную роль . Чем сложнее экспериментальная задача , тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности полученных результатов . Мож но назвать четыре пути решения данног о вопроса : · многократное повторение измерений ; · совершенствование техни ческих систем и приборов ; повышение их точ ности , чувствительности , разрешающей способности ; · более строгий учет основных и не основных факторо в , влияющих на исследуемый объект ; · предварительное планиро вание эксперимента , позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и во зможности приборного обеспечения . Чем чище поставлен эксперимент , чем тщ ательнее предварительно проанали зированы все особенности исследуемого объекта и чем ч увствительнее приборы , тем точнее экспериментальн ые результаты и тем ближе они соответству ют естественно - научной истине . В любом естественно – научном экспер именте можно выделить три основных этапа : · подготовительный ; · получение экспериментал ьных данных ; · обработка результатов эксперимента и их анализ ; Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента , его планирование по д готовку исследуемого объекта , констру ир ование и создание технической базы , включающе й приборное обеспечение . На хорошо подготовленной эксперимента льной базе полученные данные , как правило , легче поддаются сложной математической обработке . Анализ результатов эксперимента позволяет о ценить тот или иной параметр исследуемо го объекта и сопоставить его либо с с оответствующим теоретическим значением , либо с экспериментальным значением , полученным другими техническими средствами , что очень важно пр и определении правильности и степени достовер ности п о лученных результатов . Теоретические предпосылки эксперимента Взаимная обусловленность эмпирических и т еоретических знаний вряд ли вызывает сомнение Современные эксперименты и теория настолько сильно переплетены , что однозначно ответить на вопрос , какое и з данных знаний можно рассматривать в качестве абсолютного начала естественно – научного познания , практически не представляется возможным , хотя можно привести многочисленные примеры научных изысканий , когда эмпирические начала предвосхищ ают теорию , и нао б орот . В теоретические исследования все больше внедряются наиболее абстрактные разделы мате матики , и многие теоретические расчеты выполн яются с помощью мощных вычислительных средств . Экспериментальное исследование развивается за счет внедрения новых методо в с при менением сравнительно сложных технических средст в . Эксперимент все чаще приобретает индустриа льные , а в отдельных случаях и гигантские масштабы . Вместе с тем возрастает роль и его теоретического обеспечения , то есть можно уверенно говорить о теорет и ческой обусловленности современных экспериме нтальных исследований . На всех этапах экспериментальных исследов аний весьма важна мыслительная деятельность э кспериментатора , которая чаще всего носит фил ософский характер . Решая , например , вопросы : что такое эл ектрон , является ли он эл ементом реального мира или чистой абстракцией , можно ли его наблюдать , в какой мере знания об электроне истины и тому по добное – ученый так или иначе касается философских проблем естествознания . Более глубо кая связь естествознания с философией свидетельствует о более высоком уровне е го развития . Естественно , с течением времени теоретическое мышление с философской ориентаци ей меняется и приобретает различные формы и содержание . Лучших результатов достигнет естествоиспытатель , свобод н о владеющий своими узкопрофессиональными вопросами и доста точно легко ориентирующийся в общих философск их вопросах , связанных прежде всего с диал ектикой и теорией естественно – научного познания . Стремление ученых создать научную картину мира сближает ест ествознание с филос офией . Научная картина мира обладает большей общностью , чем теоретические схемы конкретны х естественнонаучных утверждений . Она образуется посредством особых связей отдельных элементо в познания и представляет собой весьма об щую идеальную модель реальных процесс ов , явлений и свойств вещества , исследуемых в рамках узких отраслей естествознания . В широком понимании научная картина мира выр ажает общее знание о природе , характерное для данного этапа развития общества . Описание картины мира в о б щем предста влении создает понятия , более или менее бл изкие к понятиям повседневного , обыденного яз ыка . В те периоды развития естествознания , когда на смену старой картины мира приход ит новая , при постановке эксперимента возраст ает роль философских идей в виде те оретических постулатов , на основе которых реа лизуется эксперимент . В эпоху становления физики как науки , когда специальных естественнонаучных теорий не существовало , ученые , как правило , руководст вовались общими философскими представлениями о единс тве и родстве материальных объект ов и явлений природы . Например , Г . Галилей , закладывая основы классической механики , опи рался на общую модель единства мира . Такая идея помогла “земными глазами” взглянуть на небо и описать движение небесных те л по аналоги и с движением тел на Земле , что в свою очередь подтолкнул о ученых к более тщательному изучению раз личных форм механического движения , в результ ате чего были открыты классические законы механики . Философская идея материального единства м ира питала многие эк спериментальные иссле дования и способствовала накоплению новых ест ественнонаучных фактов . Так , например , известный датский физик X. Эрстед , размышляя о связи между разными по физической природе явлени ями - теплотой , светом , электричеством и магнети змом , - в результате экспериментальных исследований открыл магнитное действие электри ческого тока . Особенно важна роль теоретических предпосылок эксперимента , когда сложившиеся теоретические знания служат основой новых ест ественнонаучных проблем и гипотез , требую щих предварительного эмпирического обоснования . В современных условиях возрастает роль теоретической работы на подготовительном этапе эксперимента , на каждой операции ег о по-разному включаются те или иные теорет ические и практические процедуры исследовани й . Можно назвать четыре основные опера ции подготовительного этапа эксперимента : · • постановка задачи эксперимента и выдвижение гипотетических вариа нтов её решения ; · • разработка программ ы экспериментального исследования ; · • подготовка исследуе мого об ъекта и создание экспериментальной установки ; · • качественный анализ хода эксперимента и корректировка программы исследования и приборного обеспечения . При кажущейся случайности эмпирические открытия вписываются в вполне определенную логическую схему , о тправным элементом которой выступает прот иворечие между известным теоретическим знанием и новыми эмпирическими данными . Такое проти воречие является логическим основанием вновь возникшей проблемы - своеобразной границы между знанием и незнанием - первого ш а га осмысления неизвестного . Следующий шаг - выд вижение гипотезы как возможного решения пробл емы . Выдвинутая гипотеза вместе с выводимыми из неё следствиями служит основой , опреде ляющей цели , задачи и практические средства эксперимента . В одних случаях при сло жившейся теоретической схеме гипотеза может о бладать высокой степенью достоверности . Такая гипотеза жестко задает программу эксперимента и нацеливает его на поиск теоретически предсказанного результата . В других случаях , к огда теоретическая схема толь к о-тольк о зарождается , степень достоверности гипотезы может быть не высокой . При этом теория лишь эскизно задает схему эксперимента , уве личивается число проб и ошибок . На подготовительной стадии эксперимента о громную , неоценимую роль играет изобретательска я и конструкторская работа как научны й творческий процесс . Успех любой эксперимент альной работы зависит от таланта ученого , определяемого его прозорливостью , глубиной абстра ктного мышления , оригинальностью решения техничес ких задач , способностью к изобрет а тельской деятельности , представляющей собой после довательный , целенаправленный переход от теоретич еского знания к практическому поиску . Таким образом , хотя эксперимент основывае тся на практической деятельности , но , будучи естественнонаучным методом познан ия действ ительности , он включает логические и теоретич еские средства , гармоническое сочетание которых и позволяет успешно решить поставленную за дачу . Сочетание практических и теоретических зн аний Подготовка исследуемого объекта и создани е экспериментально й установки - важные шаг и реализации программы исследований , после ко торых наступает основной период проведения са мой экспериментальной работы . Такой период , ка залось бы , характеризуется чисто эмпирическими признаками : изменением управляемых условий , вкл ю ч ением и выключением приборов и различных механизмов , фиксированием тех или иных свойств , эффектов и т . п . В хо де эксперимента как бы уменьшается роль т еории . Но на самом деле наоборот - без теоретического знания невозможны постановка пром ежуточных задач и их решение . Эксп ериментальная установка - овеществленное , материализов анное знание . Роль теории в ходе экспериме нта предполагает выяснение механизма формировани я объекта познания и взаимодействия субъекта , приборов и объекта , измерения , наблюдения и регис т рации экспериментальных да нных . Теоретические предпосылки могут содействоват ь получению позитивных сведений о мире , на учному открытию либо мешать , уводить поиск в сторону от верного пути - все зависит от того , верны или не верны данные предпосылки . Иногда ученые в силу объ ективных или субъективных обстоятельств руководс твуются ложными предпосылками , что , естественно , не способствует объективному отражению действи тельности . Например , ложное истолкование научных проблем кибернетики и генетики привело к суще с твенному отставанию в данных отраслях знания . В истории естествознания прослеживается т енденция развития процесса познания от качест венного изучения объекта или явления к ус тановлению их количественных параметров и выя влению общих закономерностей , выражен ных в строгой математической форме . Строгость и точность экспериментальных сведений при этом зависит от совершенства методов измерений и чувствительности разрешающей способности и точности измерительной техники . Современный эксперимент характеризуется выс окой точностью измерений . Можно назвать несколько путей повышения точности : 1) введение новых эталонов ; 2) применение чувствительных приборов ; 3) учет всех условий , влияющих на объе кт ; 4) сочетание разных видов измерений ; 5) автоматизация процесса измерени й . Оптимальное сочетание данных путей опреде ляется субъективным свойством естествоиспытателя и в большой степени зависит от степени совершенства экспериментальной техники . Организация постоянного взаимодействи я наблюдения , измерения и количественного опи сания в процессе эксперимента опосредуетс я теоретическими знаниями , включающими философско е представление о картине мира , гипотезы и т . д . Теоретические знания в ходе эксп еримента лежат в основе : - формирования сложного о бъекта исследований ; - перегрупп ировки эле ментов объекта , скрытых от непосредственного наблюдения ; - фиксации и регистрации экспериментальных данных ; - интерпретации полученных данных и их сопоставления с теоретическими . При реализации данных процессов естествоиспытатель п остоянно све ряет свои действия и резу льтаты с теоретическими посылками . Когда эксп еримент находится в завершающейся стадии и собраны основные экспериментальные результаты , теоретическая работа не прекращается - она нап равлена на обработку результатов эксперимента . О бработка экспериментальных результатов После получения первых экспериментальных результатов процедура эксперимента продолжается . Во-первых , как правило , разовый эксперимент не дает окончательного ответа на поставленный вопрос . Во-вторых , полученные экспери мента льные результаты нуждаются в логической дораб отке , превращающей их в научный факт , т . е . в то , в истинности чего не возник ает сомнений. Представление о фактах как проявлениях действительности , непосредственно фиксируемых в формах чувственного отражени я , сложилось в науке на ранней стадии зарождения ес тествознания . Практика современного естествознания показывает , что не все факты непосредственн о воспринимаются , чаще всего факты не явля ются тем , что бросается сразу в глаза и может быть зафиксировано все м и , кто обладает нормальным зрением . Факты в естествознании не просто соби раются , а активно формируются естествоиспытателем , что отнюдь не снижает их объективности . В равной мере и теория , несмотря на проявление творческой активности субъекта , н е утрачивае т своей объективности , если она истинна . Отдельные экспериментальные данные , полученны е на начальной стадии эмпирического исследова ния , сами по себе не становятся фактами науки . В них могут содержаться ошибки , с вязанные с некорректной постановкой эксперим ента , неправильными показаниями измерительных приборов , отклонениями в функционировании ор ганов чувств и т . п . Поэтому в естество знании , как правило , проводится не один , а серия экспериментов . Уточняются и проверяютс я результаты эксперимента , собираются н е достающие сведения , проводятся дополнительные эксперименты . Затем полученные в серии эк спериментов данные подвергаются математической о бработке . При кажущейся простоте получения и об работки первичных экспериментальных данных , т . е . результатов наблюдений и измерений , м атематическая обработка , обладая определенной спе цификой , производится в рамках строгой теории ошибок , на основании которой количественно определяется достоверность окончательных результат ов . Сколь бы точными ни были наблюдения и измерения , п огрешности неизбежны , и задача естествоиспытателя заключается в том , чтобы приблизить экспериментальные данные к объективным значениям определяемых величин , т . е . уменьшить интервал неточности . Для этого каждый исследователь должен иметь представление обо всех ошибках , встречающихся в практике экспериментального исследования . Современная теори я ошибок вооружает экспериментаторов надежными средствами корректировки экспериментальных данных . Статистическая обработка - не только эффек тивное средство уточнения экспериментальных данных , отсеивания случайных ошибок , но и первый шаг обобщения их в процессе фор мирования научного факта . Разумеется , статистическ ая обработка - необходимая , но не достаточная операция при переходе от эмпирических данн ых к естественнонау ч ным фактам После уточнения экспериментальных результато в начинается следующая стадия - сравнение и обработка . Если в результате сравнения и обобщения готовится материал для последующих обобщений , то в науке фиксируется новое явление . Однако это не означает завер шения процесса формирования научного факта . В новь зафиксированное явление становится научным фактом после его интерпретации . Таким образом , научный факт , полученный в эксперименте , представляет собой результат обобщения совокупности выводов , основан ных на наблюдениях и измерениях характеристик исследуемого объекта при предсказании их в виде гипотезы. 2. Современные средства ест ественнонаучных исследований Специфика современных , экспериментальных и теоретических исследований На протяжении всех этапов эксперимента естествоиспытатель руководствуетс я в той или иной форме теоретическими знаниями . В последнем столетии в силу р яда объективных причин основной профессиональной деятельностью некоторых ученых стала исключи тельно теоретическая работа . Одним из п ервых ученых , который не проводил ника ких экспериментов , был немецкий физик Макс Планк . Произошло , таким образом , деление естество испытателей на профессиональных теоретиков и экспериментаторов . Во многих отраслях естествозна ния возникли экспериментальные и теоретичес кие направления и в соответствии с ними появились специализированные лаборатории и даж е институты , например Институт теоретической физики . Такой процесс наиболее активно проход ит во второй половине XX столетия . В прежние времена не только Ньют о н и Гюйгенс , но и такие выдающиеся теоретики , как Максвелл , обычно сами экспериментально проверяли свои теоретические выводы и утвержд ения . В последние же десятилетия только в исключительных случаях теоретик проводит экспериментальную работу , чтобы подтвер дить выводы своих теорети ческих изысканий . Одна из существенных объективных причин профессиональной обособленности экспериментаторов и теоретиков заключается в том , что тех нические средства эксперимента значительно услож нилась . Экспериментальная работа тр ебует концентрации больших усилий , она не под си лу одному человеку и выполняется в больши нстве случаев целыми коллективом научных рабо тников . Например , для проведения эксперимента с применением ускорителя , реактора и т . п . требуется относительно большой ш т ат научных сотрудников . Поэтому даже п ри большом желании теоретик не в состояни и проверить на практике свои теоретические выводы и предложения . Еще в 60-е годы нынешнего столетия , когда практически все отрасли естествознания находились на подъеме , академи к П . Л . Капица с тревогой говорил о разрыве ме жду теорией и экспериментом , между теорией и жизнью , между теорией и практикой , отм ечая отрыв теоретической науки от жизни , с одной стороны , и , с другой стороны , не достаточно высокое качество экспериментальных работ , что нарушает гармоническое развитие науки . Гармоническое развитие естествознания возмож но тогда , когда теория опирается на достат очно крупную экспериментальную базу . А это означает , что для экспериментатора нужна хо рошая материальная база : помещени е со всевозможным специальным оборудованием , большой н абор высокочувствительных приборов , специальные м атериалы , мастерские и т . п . Темпы развития естествознания в значительной степени обусло вливаются совершенством такой материальной базы . Отрыв теории от эксперимента , опыта , практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и , следовательно , науке в целом . Отрыв от опыта и жизни характ ерен не только для естествоиспытателей , но и для философов , занимающихся философскими проблемами естествознания. Ярким примером может служить отношение некоторых философов к кибернетике в конце 40-х - начале 50-х годов , когда в отечественных философских сл оварях кибернетика называлась реакционной лженау кой . Если бы ученые руководствовались таким определением киберне т ики , то , очевид но , освоение космоса и создание современных наукоёмких технологий не стало бы реальнос тью , так как сложные многофункциональные проц ессы , вне зависимости от их области примен ения , управляются кибернетическими системами . Работа крупных ученых -естествоиспытателей , внесших большой вклад в развитие совреме нного естествознания , несомненно проходила в тесной взаимосвязи теории и эксперимента . Поэ тому для развития естествознания на здоровой почве всякое теоретическое обобщение должно непременно про в еряться на опыте . Только гармоническое развитие эксперимента и теории способно поднять на качественно новый уровень все отрасли естествознания . Современные методы и технические средства эксперимента Экспериментальные методы и технические ср едства современ ных естественнонаучных исслед ований достигли высокой степени совершенства . Многие технические устройства эксперимента основ аны на физических принципах . Но их практич еское применение выходит далеко за рамки физики - одной из отраслей естествознания . Они ши р око применяются в химии , б иологии и других смежных естественных науках . С появлением лазерной техники , компьютеров , спектрометров и другой совершенной техники стали доступны для экспериментального исследов ания неизвестные ранее явления природы и свойства м атериальных объектов , стал возможен анализ быстропротекающих физических и химических процессов . Лазерная техника . Для эксперимента льных исследований многих физических , химических и биологических процессов весьма важны т ри направления развития лазерной т ехники : - разработка лазеров с перестраиваемой длин ой волны излучения ; - создание ультрафиолетовых лазеров ; - сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 пс (10 -12 с ) и меньше . Чем шире сп ектр излучения лазера , в котором он может перестра иваться , тем ценнее такой лаз ер для исследователя . Среди лазеров с пере страиваемой длиной волны широко применяются л азеры на красителях . Длина волн излучения таких лазеров охватывает спектр от ближней ультрафиолетовой области До ближней инфракрасн ой , вклю ч ая видимый диапазон , и легко перестраивается в этом спектре . К настоящему времени разработаны лазеры , длина волны которых составляет менее 300 нм , т . е . соответствует ультрафиолетовой области . К таким лазерам отн осится , например , криптон-фторидный лазер . Разрабатываются лазеры , длительность импульса излучения которых составляет менее 1 пс . Т акие лазеры , несомненно , позволят определить м еханизм физических , химических и биологических процессов , протекающих с чрезвычайно высокой скоростью . Трудно перечислить все области прим енения лазеров для исследования многообразных химических процессов . Назовем лишь некоторые из них : в фотохимии лазер помогает изуч ить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективно использовать солнечн ую энергию ; с помощью л азеров ра зделяются изотопы , например , производится очистка изотопов урана и плутония ; лазерные прибо ры служат анализаторами химического состава в оздуха ; в биологии лазеры дают возможность изучать живые организмы на клеточном уровн е . Весьма многообразны пр и менения лазеров в химической кинетике при исследовани и различных процессов , длительность которых с оставляет от 10 -6 до 10 -12 и менее се кунд . Возможности естественнонаучных исследований расширяются с применением лазеров на свободны х электронах . П ринцип дей ствия таких лазеров основан на том , что в пучке электронов , движущих ся со скоростью , близкой к скорости света , в периодически изменяющемся магнитном поле в направлении движения электронов возникает излучение света . Эксперимент показывает , что лазеры на св о бодных электронах отличаются высокой эффективностью перестройки длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне - от микроволнового излу чения до вакуумного ультрафиолета . Синхротронные источники излучени я . Синхротроны применяются не тольк о в физике высоких энергий для исследования механизма взаимодействия элементарных частиц , но и для генерации мощного си нхротронного излучения с перестраиваемом длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра . Исследование с труктуры твердых тел определение расстояния меж ду атомами , изучение строения молекул органич еских соединений - успешному решению этихи дру гих задач способствует синхротронное излучение . Экспериментальные методы расшифр овки сложных структур . Для идентифи кации и анализа сложных структур , в частности дл я анализа сложных молекул , необходимо управля ть химическими процессами и затем определять состав и структуру продуктов реакций . Пре дложенные физиками эффективные методы эксперимен тальных исследований макрооб ъ ектов на молекулярном уровне - ядерный магнитный резон анс , оптическая спектроскопия , масс спектроскопия , рентгеноструктурный анализ , нейтронография и т . п . - позволяют исследовать состав и ст руктуру необычайно сложных молекул , что спосо бствует изучению , н а пример , химической природы жизненно важных биологических процес сов . Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР ) основан на анализе взаимодействия магнитног о момента атомных ядер с внешним магнитны м полем . Это один из важнейших методов в разных отраслях есте ствознания , в особенности , в химии : химии синтеза , химии полимеров , биохимии , медицинской химии и т . п . С помощью метода ЯМР можно определ ить , например , химическое окружение атомов вод орода даже в таких сложных молекулах , как сегменты ДНК . Прогресс в разв и тии спектроскопии ЯМР зависит от возм ожности создания сильного магнитного поля , ко торое можно получить с помощью компактных сверхпроводящих магнитов . Созданный в 1973 г . т омограф , основанный на ЯМР , позволяет наблюдат ь картину распределения химических отк л онений и концентрации ядер таких круп ных объектов , как тело человека , что весьм а важно при диагностике ряда заболеваний , в том числе и злокачественных опухолей . Оптическая спектроскопия позволяет анализиро вать спектр излучения вещества , находящегося в раз личных агрегатных состояниях : твердо м , жидком , газообразном . Спектральный анализ - ф изический метод качественного и количественного определения состава вещества по его опти ческому спектру излучения . В качественном спе ктральном анализе полученный спектр ин т ерпретируют с помощью таблиц и атласо в спектров элементов и индивидуальных соедине ний . Содержание исследуемого вещества при кол ичественном спектральном анализе определяют по относительной или абсолютной интенсивности лин ий или полос спектра . С применением лазерного источника и злучения и персонального компьютера возможности оптического спектрометра значительно расширяютс я : такой спектрометр способен обнаружить отде льную молекулу или даже атом любого вещес тва . С помощью метода индуцированной лазерной флуоре сценции можно регистрировать загря знение воздуха на расстоянии около двух к илометров . В масс-спектроскопии исследуемое вещество вначале превращается в газовую фазу , затем газ конденсируется и ионы ускоряются до заданной кинетической энергии электрическим полем . Масса частиц может быть определ ена двумя способами : измерением радиуса кривизны траектории ио на и измерением времени пролета им заданн ого расстояния . Масс-спектрометры отличаются высокой чувствит ельностью и могут обнаружить , например , три атома изо топа 14 С среди 10 16 атомов 12 С . Такое содержание изотопа 14 С соответствует , согласно радиоизотопному методу определения возраста пород возрасту в 70000 лет . Масс-спектрометрия широко применяется для ан ализа элементов , определения изотопного состава 1 строе ния молекулы в таких областях , как производство интегральных схем , металлурги я , ядерная , нефтяная , фармацевтическая и атомна я промышленность . Комбинированные приборы - хромато-масс-спектрометры позволяют обнаружить в питьевой воде гал огеноуглеводороды и н итрозамины , а также определить небольшие концентрации од ного из самых ядовитых веществ - изомеров диоксин а . Сочетание газового хроматографа с масс-сп ектрометром - лучш ий аналитический прибор для работы со сло жными смеся ми , позволяющий решать разнообраз н ые задачи химии , биола гаи , геохимии , экологии , криминалистики и других наук . О днако вплоть до недавнего времени применение такого прибора ограничивалось лишь легко испаряемыми веществами . С разработкой способов десорбции ионов из твердых образцов путе м б о мбардировки их ионами , фотонам и или нейтральными частицами границы применен ия масс-спекгроскопии значительно расширились . Сущ ественно увеличились предельные молекулярные мас сы соединений , исследуемых методом масс-спектроско пив Например , плазменная десорбц и я с применением бомбардировки продуктами деления радиоактивного калифорния -252 позволила получить ионы с молекулярной массой 23000 и про изве сти их масс-спектральный анализ . С помощью полевой и лазерной десорбции можно получить масс-спектральные характери с тики фра гментов ДНК . Для идентификации неизвестного в ещества методом масс-спекгроскопии достаточно все го 10 -10 соединения . В плазме крови масс-спектрометр регистрирует активное вещество марихуаны в концентрации 0, 1 мг на кило грамм массы тела . Современны е электрохимические методы в сочетании с высокочувствительной аппаратурой открывают новые возможности исследования струк туры и функций живой клетки : с помощью электродов , площадь которых составляет всего лишь несколько микрометров , можно регистрироват ь пр о цессы , происходящая внутри кл етки . Для определения строения молекул необходи мо знать пространственное расположение атомов . Зная молекулярную структуру , легче понять ф изические и химические свойства соединения , м еханизмы химических реакций и идентифицирова ть новые соединения . Один из наиболее распространенных методов исследования молекуляр ных структур - Рентгеноструктурный анализ , основанный на явлени и дифракции , позволяет изучать все те соед инения , которые удается получить в кристаллич еском состоянии . Совр еменные компьютеры р асшифровывают рентгенограмму довольно сложной мо лекулярной структуры . Рентгеноструктурный анализ способствовал получению феромонов насекомых , прим еняемых для борьбы с вредителями в сельск ом хозяйстве , и изучению гормонов роста , н еобход и мых для увеличения производств а пищи и биомассы . Рентгеноструктурный анализ дополняет нейтрон ография , основанная на дифракции нейтронов . Для нейтронографии необходимы потоки нейтронов , которые получаются в ядерных реакторах , что несколько ограни чивает при менение данного метода . Отличит ельная особенность нейтронографии - высокая точнос ть определения расстояния между атомами . Нейт ронография успешно применяется при определении структур сверхпроводников , рибосомы и других сложных молекулярных образований , а т а кже расположения протонов , участвующих в образовании водородных связей , определяющих строение белков . Важнейшие достижения современного естествозн ания Несмотря на отставание экспериментальных исследований от теоретических , в естествознании второй половины XX столетия благодаря разви тию экспериментальной базы достигнуты значительн ые успехи . Невозможно перечислить все достиже ния во всех отраслях естествознания , но мо жно однозначно утверждать , что большинство из них воплотилось в современных наукоемких техно л огиях . Высокотемпературная сверхп роводимость , молекулярные пучки , химические лазеры , достижения ядерной химии , химический синтез ДНК , клонирование и т . п . - вот некоторы е °чень важные достижения современного естест вознания . Высокотемпературная сверхпровод имость . История сверхпроводим ости начинается с 1911 г , когда датский учены й X. Камер-линг-Оннес , исследуя электрическое сопроти вление охлажденных металлов , обнаружил , что пр и охлаждении ртути до температуры жидкого гелия , составляющей около 4, 2 К , электри ческое с противление этого металла скачком уменьшается до нуля . А это оз начает , что металл при данной температуре переходит сверхпроводящее состояние . По мере синтеза новых материал сверхпроводников температ ура перехода их в сверхпроводящее состояние неук л онно повышалась . В 1941 г . д ля бинарного сплава NaN была установлена темпера тура сверхпроводящего перехода около 15 К , а в 1973 г . - примерно 23 К для другого бинарного сплава - Nв Ge. С 1986 г . начинается новый этап исследова ния сверхпроводимости , положив ший начало высокотемпературной сверхпроводимости : был синтезиров ан четырехкомпонентный материал на основе окс идов меди , температура перехода которых соста вляла приблизительно 37 К . Затем через непродолж ительное время температуру перехода удалось п однять д о 40, 52, 70, 92 и д же выше 100 К . В результате многочисленных эксперимент был о установлено , что четырехкомпонентные оксиды меди , обладающие сложной кристаллической структур ой , переходят в сверхпроводящее состояние при мерно при 94 К . В 1992 г . синтезирова н материал , перех одящий в сверхпроводящее состояние уже при 170 К . Такое сверхпроводящее состояние можно р еализовать при охлаждении не жидким азоте а более дешёвым охладителем - жидким ксеноно м . Этот сверхпроводящий материал состоит из оксида меди , стронц и я кальция ; с труктура его относительно проста . Широкое применение сверхпроводников позволит существенно сократить рассеяние энергии в различного рода электрических цепях , и особ енно при электропередаче , потери которой сост авляют около 20% при использовании обычных проводников . Химические лазеры . Экспериментальное исследование смешивания дв ух газообразных соединений , проведенное более 10 л назад , позволило установить распределение энергии между молекулами . Например , в результа те реакции атомного водорода молекулярным хлором в газовой форме образуется хлоровод ород и атомарный хлор , которые излучают ин фракрасный свет . Анализ спектра излучения пок азывает , что существенная часть энергии (около 40%) представляет собой энергию колебательного движения молекулы Н С 1. За открытие такого рода явлений Джону Поляни (Университ ет Торонто ) присуждена Нобелевская прем ! по химии . Данные исследования привели к создан ию перво химического лазера - лазера , получающего энергию о т взрыва смеси водорода с хлором . Химическ ие лазеры отличаются от обычных тем , что превращают в когерентное излучение не энергию электрического источника , а энергию химической реакции . Открыты десятки химических лазеров , в том числе и достаточно мощ ные для инициирования термоядерного синтеза ( йодный лазер ) и для военных целе й (водородно-фторидный лазер ). Молекулярные пучки . Молекулярный пучок представляет собой стр ую молекул , образующуюся при испарении вещест ва в специальной печи и пропускании его через узкое сопло , формирующее пучок в камере , в которой по ддерживается сверхвыс окий вакуум , исключающий межмолекулярные столкнов ения . При направлении молекулярного пучка на реагенты - соединения , вступающие в реакцию , - при низком давлении (10 -10 атм ) каждая молекула может учас твовать не более чем в одном столкно вении , приводящем к реакции . Для осуще ствления такого сложного эксперимента требуется установка сверхвысокого вакуума , источник ин тенсивных сверхзвуковых пучков , высокочувствительный масс-спектрометр и электронные определители времени свободного пробега м о лекул . За проведение этих экспериментов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет Беркли ) и Дадли Херм-баху (Гарвардский университет ) присуждена Н обелевская премия по химии . Опыты с молеку лярными пучками позволили определить , например , ключевые реакции при г о рении э тилена , при котором в реакции этилена с кислородом образуется короткоживущая молекула . Достижения ядерной химии . Химия играет важную роль в исследовании свойств радиоактивных веществ и в разработке радиоактивных методов анализа , применяемых в разли чных отраслях естес твознания . Одна из первых Нобелевских премий в области ядерных процессов была присужд ена химику Отто Гану в 1944 г . за открытие деления ядер . В 1951 г . Нобелевская премия за открытие двух первых в Периодической системе трансурановых эле м ентов бы ла присуждена химику Гленну Сиборгу и его коллеге - физику Эдвину Мак-Миллану . Многие современные достижения науки о ядерных про цессах получены при тесном взаимодействии хим иков , физиков и ученых многих других напра влений . С применением химических методов в течение всего лишь 15 лет синтезированы хи мические элементы с номерами от 104 до 109. Было найдено много новых изотопов элементов , р асположенных выше урана . Исследования изотопов позволили не только количественно описать многие ядерные процессы, но и определить свойства , от которых зависит устойчивость атомных ядер . Одна из интересных задач ядерной хими и - обнаружение супертяжелых элементов , т . е . элементов , входящих предсказанный остров стаби льности , включающий атомный номер 114. В последние д есятилетия методы яд ерной химии нашли яркое применение при ис следовании грунта планет Солнечной системы и Луны . Например , для химического анализа г рунта Луны применялся трансурановый элемент . Такой метод позволил определить около 90% элемен тов в трех разл и чных местах л унной поверхности . Анализ изотопного состава образцов лунного грунта , метеоритов и других небесных тел помогает сформировать представл ение об эволюции Вселенной . Ядерная химия применяется и в медицин е . Например США ежегодно назначается около 20 млн . процедур с применением радиоактив ных препаратов . Особенно широко распространено лечение щитовидной железы радиоактивным йодом . Практика показывает , что химические соединен ия радиоактивного технеция обладают терапевтичес кими свойствами . Позитрона м е тод , основанный на взаимодействии с исследуемым об ъектом позитронов , испускаемых короткоживущими из отопами углерода и фтора , а также применен ие стабильных изотопов в сочетании со спе ктроскопией ЯМР дают возможность исследования процессов обмена веществ в ж ивых организмах и служат весьма эффективным с редством ранней диагностики заболеваний . Новая ядерная установка . Одна из основных проблем атомной энергетики связана с нахождением т аких условий протекания ядерных процессов , пр и которых можно было бы уме ши ть количество ядерных отходов и продлить ср ок службы атомных реакторов . Учеными разных стран отрабатываю многочисленные способы , спосо бствующие решению этой весьма важной проблемы . Среди разных направлений в её решении уже воплощается в металл новое напра в ление в ядерной энергетике - так называемый электрояд , на который ученые в озлагают большие надежды . В Институте теорети ческой и экспериментальной физики Российской академии наук и в институтах других стран сооружается прообраз пока не известных п рактике я д ерных установок , которые станут безотходными , экологически чистым более безопасными источниками энергии , чем многие из существующих . Действующая модель новой ядерной энергетической установки состоит из двух агрегатов - ускорителя элементарных частиц и бла н кета - особого типа атом ного реактора . Для технического воплощения эт ой новой идеи предполагается использовать ста рые атомные реакторы , выработавшие свой ресур с . Химический синтез ДНК . В полимерных молекулах ДНК природа ко дирует информацию , необходимую д ля создан ия живого организма . Цепочка из повторяющихся сложноэфирных фосфатных связей между сахарам и образует жесткий скелет ДНК , на котором информация записывается с помощью особого алфавита из четырех аминов аденина , тимина , цитозина и гуанина (А , Т , С, G). Последовательность таких циклических амин ов кодирует информацию . Каждый из аминов с одержит несколько атомов азота , ковалентно св язанных с фрагментами сахаров . Двойная спирал ь ДНК включает водородные связи между ами нами . Информацию , записанную в молеку л е ДНК , можно прочитать , разрывая и вновь создавая относительно слабые водородные связи , совсем не затрагивая более прочные связи сахар-фосфат в цепочке-матрице . Первый химический синтез гена , осуществле нный более 20 лет назад , потребовал многолетней напря женной работы . В промышленных ла бораториях уже синтезированы гены инсулина и интерферона . Произведен синтез гена для ф ермента рибо-нуклеозы , открывающей возможность изм енять желаемым образом физические и химически е свойства белка . Однако самыми современны м и методами получаются фрагменты генов длиной в сотни пар оснований , а для дальнейших исследований нужны фрагменты в 100 и более раз длиннее . Успехи генной инженерии . В высших организмах , в том числе и в организме человека , доля нуклеотидов в цепи ДНК , ко торые действительно кодир уют последовательность аминокислот в белках , составляет только около 5%. Установлено , что в остальных нуклеотидных последовательностях ДНК закодирована информация о форме молекул ДН К . Например , выгибание фуранозного цикла (пятич ле н ного циклического моносахарида ), ко торый существует как в ДНК , так и в РНК , приводит к подвижности их скелета . Современная молекулярная биология позволяет вводить почта любой отрезок ДНК в ми кроорганизм , чтобы заставить его синтезировать тот белок , которы й кодирует данная ДНК . А соломенная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеот идов - фрагменты генов . Такие фрагменты генов можно применять для изменения исходной пос ледовательности оснований в гене , кодирующем нужный бел о к . Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот , т . е . белок со структурой и функцией , ранее не суще ствовавшими в природе . Данный метод осуществления специфических мутации нормальных белках получил назв ани е мутагенеза . О н позволяет получить белки любой желаемой структуры . Кроме того , с раз синтезированная молекула гена , кодирующего белок , с мощью микроорганизмов может воспроизвести белок в угодных количествах . Клонирование . Успехи , достигнутые в разных отрасля х естественных наук , открыли новые возможност и в понимании строе геномов человека и других сложных организмов . Ученые научились соединять ДНК из разных организмов , определ ять и выделять сегменты ДНК , кодирующие ну жный белок , определять нужные посл е довательности в больших фрагментах ДНК . Найти единственно нужный сегмент ДНК , содержащие всего в одном гене , среди огром ного количества генетического материала клетки организма человека столь же трудно , как отыскать иголку в стоге сена . Решение д анной про блемы дает применение рекомбинан тных ДНК . Фрагменты ДНК клетки встраиваются в миллион быстро делящихся бактерий . Каждая из бактерий , которые выращиваются отдельно , дает целую колонию своих потомков . Применяя методы диагностики , чувствительные к определ енн о й функции гена , находят колони ю бактерий , содержащую новый ген . Каждая и з быстро растущих колоний бактерий дает м иллиарды одинаковых копий каждого гена . Поэто му такой ген можно выделить из бактерий в химически чистом виде . С помощью тако го процесса - клон и рования - очищены сегментов ДНК более 100 различных генов челов ека . Ещё большее число генов выделено из простейших организмов , таких , как дрожжи . В 1997 г . появилось сообщение о выращенно й методом клонирования овце . Шотландский учен ый Ян Вильмут и его кол леги получ или из клетки взрослой овцы её генетическ ую идентичную копию - известного теперь во всем мире ягненка До ли . Овца Долли , г оворя общедоступным языком , не имеет отца - ей дала начало клетка , содержащая двойной набор генов матери . Как известно , люба я клетка взрослого организма , так называемая соматическая клетка , несет полный набор наследственного вещества . Половые же клетки имеют только полови-генов . При зачатии такие половинки - отцовская и материнская - соединяются и образуют новый организм . Искус с твенно выращивание нового животного из соматической клетки - это создание ген етически тождественного существа , процесс , которые и называется клонированном . Работы по кло нированию растении простейших живых организмов начались ещё в 60-е годы последнего сто л етия . Росли масштабы и сложность таких работ . о клонирование млекопитающих из соматической клетки впервые удалось осу ществить только в 1997 г . Подобные опыты дли мечтой нескольких поколений генетиков . Некот орые ученые уверены в реальной возможности повтор и ть данный эксперимент и для человека . Однако остается предметом диску ссий вопрос о нравственных , социальных , биолог ических и других следствиях такого рода э кспериментов. 3. Экспериментальные измерения Любому материальному объекту присущи впол не определен ные свойства , большинство из которых характеризуется численным величинами . Например , для куска медного провода можно определить следующие величины : диаметр , длину , массу , электропроводность , температурный коэффици ент расширения , электрическое сопротивлени е и др . Некоторые свойства объектов я вления природы труднее поддаются количественному описанию . К ним можно отнести , например , цвет , блеск , способность противостоять многокра тным изгибам . Однако даже в таких случаях необходимо определить соответствующие да н ным свойствам количественные характеристики , без знания которых невозможно описать об ъект для достаточно точного его воспроизведен ия . Для определения численной характеристики какого-либо свойства выбранного объекта необходим о знать , во сколько раз искомая хара ктеристика больше или меньше другого объекта , принятого за эталон . Операция сравнения определяемой величин для исследуемого объекта с соответствующей величиной эталон называется измерением . Например , за единицу длины пр инят метр . В результате измерен и я некоторой длины отрезка определяется , скольк о метров в нем содержится . В основе эт их измерений лежит метр эталона - расстояние между штрихами , нанесенными на стержне из особого стойкого сплава . Точно так ж пр и измерении массы некоторого тела устанавлива е тся , в сколько раз измеряемая масса превосходит массу эталонного образца в один килограмм . Разумеется , очень редко пользуются сравнением измеряемых величин с величинами эталонов , хранящихся в государственн ых метрологических учреждениях в основном пол ьзуют с я различного рода измерительным и устройствами и приборами , тем или иным способом сверенными эталонами . Это относится в одинаковой мере как к устройства и приборам для измерения длины (различные л инейки , микрометр , измерительный микроскоп и т . п . ), так и к многообразным изме рителям времени , массы и к электроизмерительн ым , оптическим и многим другим приборам . Принято различать два вида эксперименталь ных измерений - прямые и косвенные . При пря мом измерении определяемая величина сравнивается с единицей измере ния непосредственно при помощи измерительного прибора . Измерение длины рулеткой либо штангенциркулем , измерение промежутков времени секундомером , измерение силы тока амперметром и т . п . - все это примеры прямых измерений , при которых изм еряемая величина о т считывается непоср едственно по шкале прибора . При косвенном измерении определяемая вели чина вычисляется по формуле , включающей резул ьтаты прямых измерений . К косвенным измерения м относятся , например , определение площади пря моугольника по измеренным двум е го ст оронам , определение сопротивления участка цепи по силе тока и напряжению , определение концентрации примесей по интенсивности ее спе ктральных линий и т . п . Независимо от способа измерений определен ие той или иной физической величины сопро вождается оши бкой , показывающей , насколько искомая величина отличается от ее истинног о значения . Ошибки измерений Никакое измерение не может быть выпол нено абсолютно точно . Другими словами , при измерении какой- либо величины любым способом абсолютное значе ние ее недост ижимо , а это означает , что результат измерения содержит некоторую погрешность - ошибку измерений . Такой вывод следует из одного из критериев теории ест ественнонаучного познания действительности - любое научное знание относительно . Ограниченные возмо жности измерительных приборов , несовершенс тво органов чувств , неоднородность измерительных объектов , внешние и внутренние факторы , в лияющие на объекты и т . п . - вот основны е причины недостижимости абсолютного значения измеряемой величины . Точность измерений возр астает по мере увеличения чувствительности измерительного прибора . Однако при измерении сколь угодно чувствительным прибором нельзя сделать ошибку измерений меньше ошибки измерительного прибо ра даже при многократном повторении измерений . Например , если ли н ейка позволяет измерить длину с относительной ошибкой 0, 1%, что соответствует 1 мм на метровой линейке , то , применяя ее для измерения длины люб ых объектов , нельзя определить длину с оши бкой , меньшей 0, 1%. Абсолютное значение является и деальным , недостиж и мым на практике . Чем точнее поставлен эксперимент , чем совер шеннее измерительная техника и т . п тем ближе измеряемая величина к абсолютной . Одн а из важны целей экспериментатора - приблизить получаемые экспериментальные данные к их абсолютным величинам . По отношению к истинному значению различают абсолютную и относительную ошибки измерений . С учетом причин , по рождающих ошибки , обычно выделяют систематические , случай ные и приборные ошибки . При такой классифи кации н учитываются грубые ошибки , вызванные невн и манием при снятии показаний приборов , неправильной записью измеряемы дан ных , ошибками при вычислениях и т . п . Т акие ошибки н подчиняются какому-либо закону и устраняются при промежуточной оценке р езультатов измерений . Систематические ошибки обусловливаютс я факторами , действующими одинаково при многократ ном повторении измерений . Возникают они чаще всего при неисправности измерительных прибор ов , неточности метода измерений и при испо льзовании для расчетов неточных данных . Если , например , стрелка амперметра из огнута или смещен “нуль” прибора , то при измерении таким прибором всегда получится ошибочная величина . Сколько бы раз ни п роводились измерения , как бы тщательно ни записывались показания прибора , в измерениях всегда будет одна и та же ошибка . Для устран е ния систематической ошибки , вызванной неисправность к прибора , необходимо ввести соответствующие поправки , полученные при сравнении показания неисправного прибора с заведомо исправным . Систематическая ошибка всегда смещает рез ультат измерений в одну и ту же сторону , а часто и на одну и ту же величину Следовательно , даже полное совпаден ие ряда измеренных величин не является ус ловием отсутствия систематической ошибка - ее нельзя выявить при повторных измерениях . Сущность систематических ошибок , обусловленны х методом измерений , можно пояснить на примере определения электрического сопротивлени я , при котором возникает систематическая ошиб ка , вызванная электрическим сопротивлением соедин ительных проводов в цепи измерительной схемы . Для устранения ее нужно ввест и поправки на неучтенное сопротивление . Иногда для устранения систематических оши бок требуется тщательная проверка всех измери тельных приборов и кропотливый анализ метода измерений . Случайные ошибки вызываются факторами , де йствующими неодинаковым , непредс казуемым обра зом в каждом отдельном измерении . Они возн икают при совокупном действии многих факторов и остаются при устранении грубых и с истематических ошибок . Можно назвать многочисленн ые объективные и субъективные причины случайн ых ошибок : изменение нап р яжения в сети при электрических измерениях , неоднород ность вещества при определении плотности , изм енение условий окружающей среды (температуры , давления ), возбужденное состояние производящего из мерения и др . Подобные причины приводят к тому , что несколько измерений одн ой и той же величины дают различные р езультаты . К случайным ошибкам , кроме того , следует отнести все те ошибки , многочисленные причины которых неизвестны или неясны . Вследствие непредсказуемых обстоятельств слу чайные ошибки могут как увеличив ать , т ак и уменьшать значения измеряемой величины . Обычно случайные ошибки не устраняются - их нельзя избежать в каждом из результато в измерений . Случайные ошибки подчиняются зако нам теории вероятностей , установленным для сл учайных явлений . С помощью мето дов тео рии вероятностей можно уменьшить влияние случ айных ошибок на результат эксперимента . Широк о известен нормальный закон распределения слу чайных ошибок (закон Гаусса ), из которого с ледуют важные выводы : - • малые по модулю ошибки встречаются чаще ; - • равные по модулю случайные ошибки разных знаков встречаются одинаково часто ; - • с возрастанием точн ости (уменьшением интервала разброса измеренных значений ) плотность случайных ошибок возрастет . Теория случайны х ошибок позволяет определить наиболее ве роятные значения измеряемых величин и возможные отклонения от них . Однако следует отметить , что выводы теории вероятностей справедливы только для достаточно большого чи сла случайных событий . Поэтому , строго говоря , применение теории случайных ошибок целес о образно только к сравнительно бо льшому числу измерений . На практике же час то ограничиваются 5-10 измерениями , хотя следует помнить , что увеличен числа измерений уменьша ет влияние случайных ошибок . В каждом конк ретном случае устанавливается необходимое чис л о измерений для получения заданн ой точности . Приборные ошибки обусловливаются конструктив ными особенностями измерительных приборов . Прибор ную ошибку иногда называют точностью измерите льного прибора . По величине ошибок , которые могут вносить при измерении электроизмер ительные приборы , различают семь классов точн ости приборов , которые обозначаются цифрами : 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1 2, 5; 4, 0. Цифра класса точности показывает велич ину относ тельной ошибки в процентах при отклонении стрелки прибора последнег о деления шкалы . Абсолютная ошибка прибора при любом отклонении стрелки одинакова . Поэтому при меньших отклонениях стрелки относительная ошиб ка больше . Например если у прибора класса точности 0, 5 вся шкала содержит 150 делений , т о относительная ошибка при отклонении н а все 150 делений составляет 0, 5%, а абсолютная ошибка равна 0, 75 деления . При отклонении стрелки на 25 делений абсолютная ошибка та же - 0, 75 деления , а относительная ошибка - 3%. Д получения возможно мен ьших относительных ошибок при по : По льзовании измерительными приборами нужно добиваться достаточно большого отклонения стрелки , не меньше , чем на половину шк алы . Для этого нужно выбирать прибор с достаточной чувствительностью или переходить к меньшим пределам измерений многопредельного приб о ра . Измерительные приборы Большинство приборов , предназначенных для измерения разных физических величин , содержит линейные , угловые или круговые шкалы . Показа ние того или иного прибора соответствует длине отрезков прямой или дуги . Чем больше точность приб ора , тем больше должно быть число делений , на которые разбита шкала . Для одной и той же шкалы с увеличением числа делений расстояние между штрихами уменьшается . В некоторых приборах для повышения то чности измерений применяются различные приспособ ления , по зволяющие отсчитывать доли делен ия шкалы . Наиболее широко распространены нони усы и микрометрические винты , они обычно п рименяются в приборах для измерения длины или угла , в которых части прибора перем ещаются относительно друг друга . На одной из частей нан о сится основная шкал а , а на другой - нониус , представляющий собо й небольшую дополнительную шкалу , передвигающуюся при измерении вдоль основной шкалы . Удобс тво отсчета с применением нониуса заключается в том , что человеческий глаз легко ра зличает , является л и один штрих продолжением другого или они сдвинуты друг относительно друга . Иногда для отсчета долей деления прим еняется специальный циферблат , указатель которого связан с перемещением измерительного устройс тва механической передачей . В оптических приб ора х современных конструкций наносятся ми кроскопические цифры около каждого штриха шка лы , и показание отсчетов снимается при пом ощи отсчетного микроскопа , в поле зрения к оторого видна только одна необходимая цифра и дополнительная шкала для отсчета долей дел е ния . Для измерения электрических величин приме няются электроизмерительные приборы . Принцип дейс твия их основан на превращении электрической энергии в другие виды энергии , например , механическую , тепловую , магнитную и тд . Ка ждый электрический прибор состои т принцип иально из двух частей : электрического и от счетного механизмов . Отсчетный механизм большинст ва приборов содержит шкалу и указатель . Ук азатель определяет точку шкалы , соответствующую отсчету измеренной величины . Обычно указатель представляет собой т онкую стрелку или световое пятно . В современных электро измерительных приборах отсчетным устройством слу жит электронное табло с цифровой индикацией , очень удобной при снятии показаний прибо ра . Электроизмерительные приборы широко применяю тся и для измерения неэлектрических вел ичин : температуры , давления , скорости движения , освещенности и т . п . Принцип действия таки х приборов основан на связи между электри ческими и другими физическими явлениями . Така я связь обусловливает возникновение термотоков , фототоков , э лектромагнитной индукции и т . п . В измерительной практике часто встречаютс я косвенные измерения , в основу которых по ложены законы или закономерности , устанавливающие зависимость между различными физическими вел ичинами . Например , электрическое сопротивлени е проводника можно определить , измерив падение напряжения на нем и силу тока . Электрические измерения можно производить двумя способами : 1) сравнением измеряемой величины с ее соответствующими эталонами э . д . с . , сопротив ления , емкости , индуктивности и т . п . ; 2) с помощью приборов , показывающих числе нные значения измеряемой величины . По своему назначению основные электроизме рительные приборы можно классифицировать следующ им образом : - • амперметры и миллиа мперметры - измерители силы тока : - • вольтмет ры и милливольтметры - измерители напряжения ; - • ваттметры - приборы для измерения электрической мощности ; - • счетчики электрической энергии - приборы для измерения электрической энергии ; - • омметры - приборы дл я измерения электрического сопротивлени я ; - • частотомеры - приборы для измерения частоты переменного тока ; - • приборы для измерен ия емкости и т . п . По принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на магнитоэлектрические , электромагнитные , электр одинамические , тепловые , инд укционные , электрон ные и другие системы . Одна из основных характеристик электроизм ерительного прибора - чувствительность , определяемая отношением линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины про отклонении на одно деление . 3) III. Заключение О единстве теоретической и эксперименталь ной деятельности Единство теоретической и экспериментальной деятельности реализуется в общественном процес се познания , в интеграции специализированных видов деятельности . Экспериментальная деятел ь ность всегда включает теоретическую , а теорет ическая деятельность должна учитывать результаты экспериментов и наблюдений . Понимание диалек тики познания заставляет нас выступать как против плоского эмпиризма , так и против преувеличенного умозрения , в кото р о м отсутствует разумная научная постановка воп росов , основанная на обобщении результатов эк сперимента . Ученые отвергают обе эти крайност и . Так , часто подчеркивается , что нет ничег о практичнее хорошей теории . Однако можно отметить также и то , что плохая те о рия исчезает , а удавшийся эксперимент остается . Он служит основанием все новых и новых попыток интерпретации . Хорошая теор ия подтверждается данными эксперимента и може т использоваться на практике . Вопрос о том , должны ли в определенной области науки в как о й-либо стране предпринимать ся усилия специально либо в экспериментальной , либо в теоретической области , нельзя реш ить только на основании теоретико-познавательных соображений . Для этого необходим анализ с остояния развития науки , общественных потребносте й и возможностей использования матери альных и духовных потенций . Вместе с тем существует целый ряд проблем теорий позн ания , исследование которых должно продолжаться с учетом реализации в общественном процесс е познания , а также в мышлении эксперимент аторов и т еоретиков единства экспер иментальной и теоретической деятельности . Укажем здесь лишь на три проблемы : проблему сбора и анализа информации , ее упрощения и соотношения материализации и построения теор ий . Экспериментальная деятельность и наблюдения дают множ ество данных . С помощью электронно-вычислительной техники производится их накопление . Их анализ предполагает , что речь идет о существенных данных , то есть о данных , определяющих характер исследуемых об ъектов или процессов . Для того чтобы выяви ть существен н ые , необходимые теоретич еские представления , объясняющих на уровне ги потез возможные результаты экспериментов и на блюдений . Теоретический анализ данных , их объяснени е с помощью теории представляет важный ша г в развитии науки , который может привести к посл едующим целенаправленным экспериме нтам . Целенаправленный сбор существенных данных предполагает теоретические рассуждения , а недос татки в теории могут очень скоро преврати ться в методологически границы для анализа данных . Интересно , что , исследуя процесс о бразования структур при необратимых процессах , физика создает типовые физические теории б иологической эволюции , в которых старая пробл ема связей между образованием структур и сохранением энтропии рассматривается в новых аспектах . Таким образом , единство э к спериментальной и теоретической деятельности соотносится с историческим процессом , в х оде которого возникают и исчезают объекты и процессы , изменяются механизмы эволюции , а существующие в настоящее время структуры сохраняют следы прошедшего . К . Фукс выдви нул следующий тезис : “Теория отрасли науки – совокупность зн аний о закономерных связях в данной облас ти . Она является общим результатом эксперимен тальной и теоретической деятельности.”
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Судя по событиям на чемпионате Европы по футболу, первый выезд группы "Вежливые фанаты" оказался успешным.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по философии "Эксперимент как основа естествознания", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru