VÝZNAM EXPERIMENTU

 

Zákony prírody sú stručným opisom vesmíru okolo nás. Všetky prírodné procesy prebiehajú podľa určitých zákonov a pravidiel. My ľudia tieto zákony nevytvárame, ani ich nemôžeme zmeniť. Môžeme ich iba objavovať a porozumieť im. Za ich objavením je veľa ľudského snaženia spojeného so záhadami, predstavivosťou, zápasom, triumfom aj sklamaním, čo je prirodzené každému tvorivému úsiliu (viď životné osudy vedcov).

 

Marie Curie obetovala svoje financie na výskum a zničila si svoje zdravie trvalým vystavením rádioaktivite. Je jediným človekom, ktorý získal Nobelovú cenu vo fyzike aj v chémii.

 

 

Základom pre objavenie prírodných zákonov je pozorovanie. Veda musí popísať vesmír taký, aký je, nie aký si predstavujeme, že by mal byť. My všetci sme určitým spôsobom zvedavý. Pozorujeme okolie, robíme zovšeobecnenia a snažíme sa porozumieť tomu, čo vidíme, napríklad pozeráme sa hore na oblohu a zaujíma nás, či určitý typ oblakov znamená, že prichádza búrka. Ak začneme objavovať prírodu serióznejšie, staneme sa viac organizovaný a formálny v zbieraní a analyzovaní dát. Snažíme sa o čo najväčšiu presnosť, robíme kontrolované experimenty (ak sa dá) a zaznamenávame nápady, ako by dáta mohli byť organizované a zjednotené. Potom vytvárame modely, teórie a zákony založené na dátach, ktoré sme zozbierali a analyzovali, aby sme zovšeobecnili a prediskutovali výsledky vykonaných experimentov.

 

Vedec z Brookhaven National Laboratory vo vnútri prstenca, v ktorom sú zachytené muóny, ktoré sa používajú pri experimentoch.

 

 

Z modelov, teórii a zákonov, ktoré máme, niekedy vyplýva existencia objektov a javov, ktoré sme zatiaľ nepozorovali. Tieto predpovede sú ohromnými triumfami a poukazujú na silu vedy. Je to poriadok vo vesmíre, ktorý umožňuje vedcom takéto predpovede. Ale ak experiment nepotvrdí našu predpoveď, potom je teória, alebo zákon nesprávny aj keď bol veľmi elegantný alebo prevratný. Zákony nikdy nemôžu byť známe s absolútnou istotou, keďže nemôže previesť všetky možné experimenty na potvrdenie platnosti zákona. Fyzici pracujú s vedomím, že všetky vedecké zákony a teórie sú platné dovtedy, kým nie je nájdený kontra-príklad, ktorý platnosť popiera. Ak kvalitný, opakovateľne prevedený experiment popiera platnosť zákona, potom musí byť zákon zmenený, alebo zrušený úplne.
Štúdium vedy vo všeobecnosti a konkrétne fyziky je skôr dobrodružstvom podobnom objavovaniu nezmapovaného oceánu.

 

CHYBY MERANIA

 

Výsledok merania je vždy zaťažený chybami. Preto sa meranie robí vždy s istou presnosťou.

 

  1. Nedokonalosť našich zmyslov, nepresnosti meracích prístrojov a metód merania a nestálosť vonkajších podmienok (napr. zmena teploty okolia) sú príčinou systematických chýb. Systematické chyby možno obmedziť tým, že použijeme dokonalejšie meradlá a metódy a zoberieme do úvahy vonkajšie vplyvy.

  2. Nepozornosť, omyl a únava pozorovateľa spôsobujú hrubé chyby. Hrubú chybu zvyčajne signalizuje hodnota, ktorá sa od ostatných nameraných hodnôt výrazne odlišuje, treba ju vylúčiť z ďalšieho spracovania výsledkov.

  3. Pri opakovanom meraní danej veličiny nedostávame stále rovnaký výsledok, to nazývame náhodné chyby. Náhodné chyby nemožno odstrániť, ani vylúčiť. Ich vplyv na presnosť merania môžeme zmenšiť tým, že danú veličinu zmeriame viackrát. Potom z nameraných veličín určíme najpravdepodobnejšiu hodnotu, ktorú považujeme za najbližšiu skutočnej hodnote.

 

 

 

 

URČENIE HODNOTY MERANÍM A URČENIE ODCHÝLKY

 

Spracujeme údaje, ktoré sme namerali. Dĺžku hrany oceľovej kocky sme zmerali posuvným meradlom desaťkrát.

 

 

 

Číslo merania

lk [mm]

∆lk = ῑ - lk [mm]

1.

107,2

 0,1

2.

107,4

- 0,1

3.

107,3 0,0

4.

107,1

0,2

5.

107,3

0,0

6.

107,5

- 0,2

7.

107,4

- 0,1

8.

107,1

0,2

9.

107,5

- 0,2

10.

107,2

0,1

súčet

1 073,0

1,2

aritmetický priemer

ῑ = 107,3

∆l = 0,1

 

 

Najprv vypočítame aritmetický priemer z nameraných hodnôt, lebo je to správnejšia hodnota ako hodnota nameraná. Sčítame hodnoty a vydelíme ich ich počtom:

 

ῑ = 1 073,0/10 mm = 107,3 mm


 

Potom pre každé meranie vypočítame odchýlku ∆lk ako rozdiel ῑ - lk (viď. posledný stĺpec tabuľky).
Z jednotlivých vypočítame potom priemernú odchýlku ∆l ako aritmetický priemer absolútnych hodnôt odchýlok:

 

∆l = (0,1 + 0,2 + ... + 0,1)/10 mm = 0,12 mm


 

Všetky hodnoty v tabuľke zapisujeme na rovnaký počet desatinných miest. V našom prípade na jedno desatinné miesto, preto aj priemernú odchýlku tak zaokrúhlime:

 

∆l = 0,1


 

Pomocou aritmetického priemeru ῑ a priemernej odchýlky ∆l určíme hornú a dolnú hranicu intervalu, o ktorom predpokladáme, že obsahuje skutočnú hodnotu meranej veličiny.
Preto výsledok píšeme v tvare:

 

l = ῑ ± ∆l = (107,3 ± 0,1) mm


 

Aby sme mohli porovnať presnosť merania danej veličiny v rôznych prípadoch (použijeme iný typ meradla) zavádzame priemernú relatívnu odchýlku ako podiel priemernej odchýlky a aritmetického priemeru:

 

δl = ∆l / ῑ = 0,1 / 107,3 = 0,001 = 0,1 %

 

kde δl je priemerná relatívna odchýlka pri meraní dĺžky. Relatívna odchýlka sa určuje na jednu platnú číslicu a vyjadruje sa v percentách.
 



Zopakujte si:
1. Ako vedci postupujú pri objavovaní zákonov prírody?
2. Sú vedecké zákony platné navždy a neomylne?
3. Akých chýb sa dopúšťame pri meraní?
4. Ako spracujeme výsledky merania napríklad dĺžky stola, ktorú sme merali desaťkrát?


Použitá literatúra:
1. Fyzika pre 1.ročník gymnázií, Jaroslav Vachek a kol.
2. http://cnx.org/content/col11406/latest/.

Zdroje obrazkov:
http://www.famousscientists.org/marie-curie/
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=1404
http://web.tuke.sk/smetrologia/lm1.html