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
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
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
Московская полиция получила приказ считать протестные акции автомобилистов гей-парадами.
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 - 2017
Рейтинг@Mail.ru