19. Основні види експериментів. Їх класифікація.

Найбільш важливою складовою частиною наукових досліджень є експерименти, на проведення яких витрачається приблизно 2/3 часу і наукових трудових ресурсів. Це один з основних способів отримати нові наукові знання.Експеримент (від лат. experimentum- проба, досвід) в - метод дослідження деякого явища в керованих умовах. Відрізняється від спостереження активною взаємодією з об'єктом, що вивчається. Зазвичай експеримент проводиться в рамках науково дослідного і служить для перевірки, встановлення причинно - слідчих зв'язків між явищами. Експеримент є наріжним каменем емпіричного підходу до знань.Розрізняють такі види експериментів:

1. Фізичний експеримент - спосіб пізнання природи, що полягає у вивченні природних явищ в спеціально створених умовах. На відміну від методів, яка досліджує математичні моделі природи, фізичний експеримент покликаний досліджувати саму природу.

2. Комп'ютерний (чисельний) експеримент - це експеримент над математичною моделлю об'єкту дослідження на ЕОМ, який полягає в тому що, по одних параметрах моделі обчислюються інші її параметри і на цій основі робляться виводи про властивості об'єкту, що описується математичною моделлю.

3. Уявний експеримент - це вид пізнавальної діяльності, в якій структура реального експерименту відтворюється в уяві. Як правило, уявний експеримент проводиться в рамках деякої моделі (теорії) для перевірки її несуперечності.

4. Критичний експеримент - експеримент, результат якого однозначно визначає, чи є конкретна теорія або гіпотеза вірної. Цей експеримент повинен дати передбачений результат, який не може бути виведений з інших, загальноприйнятих гіпотез і теорій.

Експериментальні дослідження підрозділяють на лабораторних і натурних.Лабораторні досліди проводять із застосуванням типових приладів, спеціальних моделюючих установок і моделей підмета дослідженню об'єкту, стендів, устаткування і так далі Цей вид досліджень відрізняється простотою і дешевизною. Проте такі лабораторні експерименти не завжди повністю моделюють реальний хід процесу, що вивчається, тому виникає потреба в проведенні натурного експерименту. Натурні експериментальні дослідження мають на меті вивчити процес в реальних умовах з урахуванням дії різних випадкових чинників виробничого середовища.Перш ніж приступити до експериментальних досліджень, необхідно розробити методологію експерименту. Вона включає такі основні елементи:-Розробку плану-програми експерименту.-Вибирання засобів для проведення експерименту.-Проведення експерименту.-Оцінку точності вимірювань.-Обробку і аналіз експериментальних даних.

20.Похибки (погрішності) вимірювань. Їх види.

Похибка вимірювання - це оцінка відхилення виміряного значення величини від її дійсного значення. Похибка вимірювання є мірою точності вимірювання.По характеру прояви розрізняють такі види погрішностей:1. Випадкова похибка - це незначна, непіддатлива обліку похибка, змінна (по величині і по знаку) від вимірювання до вимірювання. Випадкові похибки можуть бути пов'язані з недосконалістю приладів об'єкту і процесу вимірювань.2. Систематична похибка - це похибка, що змінюється в часі по певному закону (окремим випадком є постійна похибка, що не змінюється з часом взагалі). Систематичні похибки можуть бути пов'язані з помилками приладів і методів вимірювання, неврахованими експериментатором. 3. Прогресуюча (дрейфова) похибка - це непередбачувана похибка, поволі змінна в часі. Вона є нестаціонарним випадковим процесом.4. Груба похибка (промах)- це похибка, що виникла унаслідок недогляду експериментатора або несправності апаратури (наприклад, якщо експериментатор неправильно прочитав номер поділки на шкалі приладу або якщо відбулося замикання в електричному ланцюзі).

Унаслідок виникнення розрізняють такі види погрішностей:

1. Інструментальні (або приладові) похибки - це похибки, які визначаються погрішностями вживаних засобів вимірювань і викликаються недосконалістю принципу дії, неточністю шкали, ненаглядністю приладу. 2. Методичні похибки - це похибки, обумовлені недосконалістю методу вимірювань, а також спрощеннями, покладеними в основу методики. 3. Суб'єктивні (операторні) особисті похибки - це похибки, обумовлені ступенем уважності, зосередженості, підготовленості і іншими якостями оператора.

Оскільки з'ясувати з абсолютною точністю дійсне значення будь-якої величини (зокрема похибки) неможливо, то неможливо і вказати величину відхилення зміряного значення від істинного. Можна як тільки оцінити величину цього відхилення, наприклад, при допомозі статистичних методів. Тому на практиці замість дійсного значення деякої величини використовують її середньостатистичне значення, отримане в ході обробки результатів вимірювань з використанням методів математичної статистики. Тому при проведенні вимірювань необхідно указувати, яка їх точність. Наприклад, запис T=22,8±0,1 с. означає, що дійсне значення величини температури T знаходиться в інтервалі значень від 22,7  с. до 22,9 С.Далі зупинимося на методах визначення

21Вопроспохибки. Залежно від характеристик вимірюваної величини і вирішуваного завдання розрізняють:

1. Абсолютну похибка Дx, яка є оцінкою абсолютної помилки вимірювання. Її визначають по формулі:

,де Xtrue- це дійсне значення деякої величини, а Xmeas- це її зміряне значення. Абсолютна похибка вимірюється в тих же одиницях вимірювання, що і сама вимірювана величина.

2. Відносна похибка - яка визначається як відношення абсолютної похибки вимірювання до дійсного або зміряного значення вимірюваної величини з використанням формули: , .

Відносна похибка є безрозмірною величиною, і вимірюється в або в долях одиниці або в процентах.

3. Приведену похибка , яку визначають як відношення абсолютної похибки до деякої величини , постійної у всьому діапазоні вимірювань або в частині діапазону. Вона обчислюється за формулою і вимірюється або в долях одиниці або у %

Якщо нижня межа шкали вимірювань рівна нулю, то параметр Xn рівний верхньому шкали.Якщо нижня межа шкали вимірювань відмінна від нуля і рівна, а верхня межа шкали рівна .

Приведені вище похибки виникають у тому випадку, коли вимірювальний прилад працює в т.з. нормальних умовах (ці умови обумовлені в паспорті приладу).Якщо прилад працює в умовах, відмінних від нормальних, то виникає додаткова похибка, що збільшує загальну похибка приладу.

22,Що таке клас точності засобів вимірювань. Методи визначення та обліку похибок вимірювань використовуються для того, щоб: 1) на підставі результатів вимірювань отримати справжнє (дійсне) значення вимірюваної величини; 2) визначити точність отриманих результатів, тобто ступінь їх відповідності справжньому (дійсному) значенням. У процесі визначення та обліку похибок оцінюються: 1) математичне сподівання;2) середньоквадратичне відхилення. Точкова оцінка параметра (математичного очікування або середньоквадратичного відхилення) - це оцінка параметра, яка може бути виражена одним числом. Точкова оцінка є функцією від експериментальних даних і, отже, сама повинна бути випадковою величиною, розподіленою за законом, залежному від закону розподілу для значень вихідної випадкової величини Закон розподілу значень точкової оцінки буде залежати також від оцінюваного параметра і від числа випробувань (експериментів). Точкова оцінка буває наступних видів:1) незміщена точкова оцінка;2) ефективна точкова оцінка;3) заможна точкова оцінка. Далі зупинимося на методах визначення похибки. Залежно від характеристик вимірюваної величини і вирішуваного завдання розрізняють:1. Абсолютну похибка Дx, яка є оцінкою абсолютної помилки вимірювання. Її визначають по формулі:

,де Xtrue- це дійсне значення деякої величини, а Xmeas- це її зміряне значення. Абсолютна похибка вимірюється в тих же одиницях вимірювання, що і сама вимірювана величина.2. Відносна похибка - яка визначається як відношення абсолютної похибки вимірювання до дійсного або зміряного значення вимірюваної величини з використанням формули:

, . Відносна похибка є безрозмірною величиною, і вимірюється в або в долях одиниці або в процентах.

3. Приведену похибка , яку визначають як відношення абсолютної похибки до деякої величини , постійної у всьому діапазоні вимірювань або в частині діапазону. Вона обчислюється за формулою і вимірюється або в долях одиниці або у % Якщо нижня межа шкали вимірювань рівна нулю, то параметр Xn рівний верхньому шкали.Якщо нижня межа шкали вимірювань відмінна від нуля і рівна, а верхня межа шкали рівна .

Приведені вище похибки виникають у тому випадку, коли вимірювальний прилад працює в т.з. нормальних умовах (ці умови обумовлені в паспорті приладу).Якщо прилад працює в умовах, відмінних від нормальних, то виникає додаткова похибка, що збільшує загальну похибка приладуУзагальненою характеристикою засобів вимірювання є клас точності, визначуваний граничними значеннями основної і додаткової похибок, що припускаються, а також іншими параметрами, що впливають на точність засобів вимірювання; значення параметрів встановлене стандартами на окремі види засобів вимірювань. Клас точності засобів вимірювань характеризує їх точності властивості, але не є безпосереднім показником точності вимірювань, що виконуються за допомогою цих засобів, оскільки точність залежить також від методу вимірювань і умов їх виконання. Засобам вимірювань з кількома діапазонами вимірювань однієї і тієї ж фізичної величини або призначеним для вимірювань різних фізичних величин можуть бути надані різні класи точності для кожного діапазону або кожної вимірюваної величини. Позначення класів точності наносяться на циферблати, щитки і корпусу засобів вимірювань. При цьому в експлуатаційній документації на засоби вимірювань, що містить позначення класу точності, має бути посилання на стандарт чи технічні умови, в яких встановлено клас точності для цього типу засобів вимірювань.