Методы и средства научных исследований

Размещено на http://www.allbest.ru

Московский Государственный Университет Печати имени Ивана Фёдорова

Контрольная работа по дисциплине:

«Методы и средства научных исследований»

Выполнил студент: Чирков А.В.

Группа: ЗТПП4-1

Принял преподаватель: Бабушкин Г.А.

Москва, 2014 г.



Содержание

Контрольный вопрос

Контрольная задача

Контрольные задания

Задание №1

Задание №2

Задание №3

Задание №4

Список используемой литературы



Контрольный вопрос №6

Описать структуру научного знания

Особого рассмотрения заслуживает вопрос о структуре научного знания. В ней необходимо выделить три уровня: эмпирический, теоретический и философских оснований.

На эмпирическом уровне в результате непосредственного контакта с реальностью ученые получают знания об определенных событиях, выявляют свойства интересующих их объектов или процессов, фиксируют отношения, устанавливают эмпирические закономерности.

Для выяснения специфики теоретического познания важно подчеркнуть, что теория строится с явной направленностью на объяснение объективной реальности, но она описывает непосредственно не окружающую действительность, а идеальные объекты, которые в отличие от реальных объектов характеризуются не бесконечным, а вполне определенным числом свойств. Например, такие идеальные объекты, как материальные точки, с которыми имеет дело механика, обладают очень небольшим числом свойств, а именно, массой и возможностью находиться в пространстве и времени. Идеальный объект строится так, что он полностью интеллектуально контролируется. научный философский познание квантовый

Саму теорию можно разделить на феноменологическую (макроскопическую) и микроскопическую. Феноменологическая теория содержит параметры, которые следует определять либо из опыта, либо вычислять при помощи микроскопической теории. К феноменологической теории относятся, например, термодинамика, теория сплошных сред и теория упругости, а к микроскопической - статистическая физика, как квантовая, так и классическая.

Теоретический уровень научного знания расчленяется на две части: фундаментальные теории, в которых ученый имеет дело с наиболее абстрактными идеальными объектами, и теории, описывающие конкретную область реальности на базе фундаментальных теорий.

Сила теории состоит в том, что она может развиваться как бы сама по себе, без прямого контакта с действительностью. Поскольку в теории мы имеем дело с интеллектуально контролируемым объектом, то теоретический объект можно, в принципе, описать как угодно детально и получить как угодно далекие следствия из исходных представлений. Если исходные абстракции верны, то и следствия из них будут верны.

Кроме эмпирического и теоретического в структуре научного знания можно выделить еще один уровень, содержащий общие представления о действительности и процессе познания - уровень философских предпосылок, философских оснований.

Например, известная дискуссия Бора и Эйнштейна по проблемам квантовой механики, по сути, велась именно на уровне философских оснований науки, поскольку обсуждалось, как соотнести аппарат квантовой механики с окружающим нас миром. Эйнштейн считал, что вероятностный характер предсказаний в квантовой механике обусловлен тем, что квантовая механика неполна, поскольку действительность полностью детерминистична. А Бор считал, что квантовая механика полна и отражает принципиально неустранимую вероятность, характерную для микромира.

Иногда философские основания науки ярко проявляются и становятся предметом острых дискуссий (например, в квантовой механике, теории относительности, теории эволюции, генетике и т.д.).

В то же время, в науке существует много теорий, которые не вызывают споров по поводу их философских оснований, поскольку они базируются на философских представлениях, близких к общепринятым.

Необходимо отметить, что не только теоретическое, но и эмпирическое знание связано с определенными философскими представлениями.

На эмпирическом уровне знания существует определенная совокупность общих представлений о мире (о причинности, устойчивости событий и т.д.). Эти представления воспринимаются как очевидные и не выступают предметом специальных исследований. Тем не менее, они существуют, и рано или поздно меняются и на эмпирическом уровне.

Эмпирический и теоретический уровни научного знания органически связаны между собой. Теоретический уровень существует не сам по себе, а опирается на данные эмпирического уровня. Но существенно то, что и эмпирическое знание неотрывно от теоретических представлений; оно обязательно погружено в определенный теоретический контекст.

Осознание этого в методологии науки обострило вопрос о том, как же эмпирическое знание может быть критерием истинности теории? Дело в том, что, несмотря на теоретическую погруженность, эмпирический уровень является более устойчивым, более прочным, чем теоретический. Это происходит потому, что эмпирический уровень знания погружается в такие устойчивые теоретические представления, которые не вызывают сомнений. Эмпирическими знаниями проверяется более высокий уровень теоретических построений, чем тот, что содержится в ней самой. Если бы было иначе, то получался бы логический круг, и тогда эмпирические знания ничего не проверяли бы в теории. Поскольку эмпирическими знаниями проверяются теории другого уровня, постольку эксперимент выступает как критерий истинности теории.

Научная теория дает нам определенный срез действительности, но ни одна система абстракции не может охватить всего многообразия действительности. Разные системы абстракции рассекают действительность в разных плоскостях. Это относится и к теориям, которые генетически связаны с современными концепциями, но созданы в прошлом. Их системы абстракций определенным образом соотносятся друг с другом, но не перекрывают друг друга. Так, по мнению В. Гейзенберга, в современной физике существуют, по крайней мере, четыре фундаментальных замкнутых непротиворечивых теории: классическая механика, термодинамика, электродинамика, квантовая механика. В истории науки наблюдается тенденция свести все естественнонаучное знание к единой теории, редуцировать к небольшому числу фундаментальных исходных принципов. В современной методологии науки осознана принципиальная нереализуемость такого сведения. В науке обязательно должны содержаться различные системы абстракций, которые не только несводимы друг к другу, но рассекают действительность в разных плоскостях. Это относится и ко всему естествознанию, и к отдельным наукам - физике, химии, биологии и т.д. - которые нельзя свести к одной теории. Одна теория не может охватить все многообразие способов познания, стилей мышления, существующих в современной науке.



Контрольная задача

Энергетический уровень характеризуется полным угловым моментом, равным 2. Напряженность магнитного поля в момент ЭПР равно 1кЭ. Каково расстояние между максимальным по энергии и минимальным уровнями, на которой расщепится исходный энергетический уровень (в эВ)?

Дано:

J= 2 - полный угловой момент

Н_о= 1 кЭ = 79,58·10³ A/м

Найти:

?Е-?

Решение:

Метод Э.П.Р

J> (2J+1)

h=g·µ_вН_о=?Е - энергия поглощения

g - безразмерная величина.

µ_в=9,27·10^-24 Дж/Тл

h=6,626·10^-34 Дж·с - постоянная Планка

При лабораторных значениях Н_о расщепления ?Е=h?10^-3 эВ, поэтому используется СВ4 поле обычно

л=3 см (=9Ггц)

Н₁=с·µ_B·J·H_о

Н₂=с·µ_B·(2·J+1)·H_о

Н₁=0,081·10^-4 ·9,27·10^-24 ·2 ·79,58 ·10³ =119,51·10^-25

Н₂=0,081·10^-4·9,27 ·10^-24 (2·2+1)=3,75·10^-28

?Е=Н₂-Н₁=119,51·10^-25 -3,75·10^-28 =1.19·10^-23 Эв



Контрольные задания

Задание № 1

При десятикратном последовательном измерении величины xi(n=10) получены следующие результаты:

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
xi	215	210	210	201	217	215	215	214	209	217

Определить:

- среднее арифметическое значение данной выборки и абсолютную ошибку каждого измерения;

- среднюю квадратичную ошибку среднего арифметического, сравнить её с абсолютными ошибками всех измерений и выявить грубые ошибки;

- определить доверительный интервал д, в котором истинное значение будет находиться с вероятностью 95%;

- определить относительную ошибку.

Решение:

х:=(215;210;210;201;217;215;215;214;209;217)

n:=10

Среднее х0 арифметическое значение данной выборки

х:=

x0=212.3

Абсолютные ошибки для каждого измерения:



Дх:=x-x0

Дх0:=x0-x0 Дх0:=2,7

Дх1:=x1-x0 Дх1:=-2,3

Дх2:=x2-x0 Дх2:=-2,3

Дх3:=x3-x0 Дх3:=-11,3

Дх4:=x4-x0 Дх4:=4,7

Дх5:=x5-x0 Дх5:=2,7

Дх6:=x6-x0 Дх6:=2,7

Дх7:=x7-x0 Дх7:=1,7

Дх8:=x8-x0 Дх8:=-3,3

Дх9:=x9-x0 Дх9:=4,7

Средняя квадратичная ошибка среднего арифметического:

уx:=

уx:=2.42

Сравнивая величину 3*уx:=7,26 с абсолютными ошибками всех измерений приходим к выводу о том, что в данной выборке есть грубая ошибка: 201.

Результаты измерений в стандартной форме:x= 212,3±2,42

Определяем доверительный интервал, в котором истинное значение будет находиться с вероятностью 95%.По таблице t-распределения для г=0,95 и ц=n-1=9, определяем множитель t:=2.262

Тогда величина доверительного интервала: д:=уx*t д:=5.47

Относительная ошибка измерения рассчитывается по формуле:

.о:=100* о:=1.13%



Задание № 2

Провести приближенные вычисления с числами, заданными в стандартной форме.

a=

b=38.660±0.011 c=100.010±0.020 d=57.32±0.12

Решение:

Значение суммы и её абсолютная погрешность:

c+d=(100.01+57.32)±(0.02+0.12)=157.33±0.14

Относительная погрешность суммы c+d: д c+d=0,14/157,33=0,000889

Относительная погрешность числа а: д а=0,011/38,66=0,000284

Относительная погрешность частного: д =д а + д c+d=0,000284+0,000889=0,001173

Значение дроби: а0=38,66/(100,01+57,32)=38,66/157,33=0,245725

Абсолютная погрешность частного:

Д= а0* д=0,245725*0,001173=0,00028

a=0,245±0,00028

Задание №3

Используя МНК, по заданному набору из 8 точек провести кривую y=f(x), представленную полиномом N-ой степени. N=4.Значения абсцисс и ординат приведены в таблице:



x	0	1	2	3	4	5	6	7
y	2.0	1.0	1.5	3.0	5.5	6.5	6.0	6.5

Решение:

Задачу решаем с помощью полиноминальной регрессии, реализованной в системе Mathcad.



Задание №4

Выполнить численно преобразование Фурье для прямоугольного графика. Высота прямоугольного графика V=5, а ширина d=7.

Решение:

Задачу решаем с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье, реализованного на Mathcad.



Список используемой литературы:

1. Ванников А.В., Бабушкин Г.А. Методы и средства научных исследований: конспект лекций. - М.: МГУП, 2006.

2. Сборник контрольных работ и методических указаний для студентов 4 курса заочного отделения, обучающихся по специальности «технология полиграфического производства».

3. Программа для решения задач Mathcad.

Размещено на Allbest.ru

...