2.4. Вимірювання – це процес, що визначає кількісні значення вимірюваного об’єкта за допомогою тих чи інших спеціальних технічних пристроїв

Більшість наукових експериментів і спостережень передбачає проведення різноманітних вимірювань. Вимірювання — це процес, суть якого полягає у визначенні кількісних значень тих чи інших властивостей, сторін досліджуваного об’єкта або явища за допомогою спеціальних технічних пристроїв.

Величезне значення вимірювань для науки відзначали багато відомих учених. Наприклад, Д. І. Менделєєв підкреслював, що: “Наука починається з того моменту, коли починають вимірювати”. А відомий англійський фізик В. Томсон (Кельвін) указував: ”Кожна річ відома лише настільки, наскільки її можна виміряти”.

Важливим аспектом процесу вимірювання є методика його проведення. Вона являє собою сукупність прийомів, що ґрунтуються на певних принципах і засобах вимірювання. Під принципами вимірювання в даному випадку розуміють певні явища, що є в основою вимірювань (наприклад, вимірювання температури з використанням термоелектричного ефекту).

Наявність суб’єкта (дослідника), який проводить вимірювання, не завжди є обов’язковою. Він може й не брати особистої участі у процесі вимірювання, якщо вимірювальна процедура є складовою частиною роботи автоматичної інформаційно-вимірювальної системи. Остання базується на використанні електронно-обчислювальної техніки. До того ж, коли з’явилися порівняно недорогі комп’ютери, вимірювальна техніка отримала можливість створювати “інтелектуальні” прилади, які обробку даних вимірювань здійснюють одночасно з власне вимірювальними операціями.

Результат вимірювання має вигляд певного числа одиниць вимірювання. Одиниця вимірювання — це еталон, із яким порівнюється характеристика об’єкта або явища, що вимірюється (еталону присвоюється числове значення “1”). Існує багато одиниць вимірювання, що відповідає великій кількості об’єктів, явищ, їхніх властивостей, характеристик, зв’язків, які доводиться вимірювати у процесі наукового пізнання. Одиниці вимірювання поділяються на основні, які є базисними при побудові системи одиниць, і похідні, що виводяться з інших одиниць на основі певних математичних співвідношень.

Методику побудови системи одиниць як сукупності основних і похідних одиниць уперше запропонував у 1832 році К. Гауссе. У цій системі одиниць за основу було прийнято три довільні, незалежні одна від однієї основні одиниці — довжини (міліметр), маси (міліграм) і часу (секунда). Усі інші (похідні) одиниці можна було визначити за допомогою цих трьох. Пізніше, з розвитком науки й техніки з’явилися й інші системи одиниць фізичних величин, побудовані за принципом, запропонованим Гауссом. Вони базувалися на метричній системі мір, але відрізнялися одна від одної основними одиницями.

Крім того, у фізиці з’явилися так звані природні системи одиниць. Їх основні одиниці визначалися на основі законів природи (це виключало сваволю людини як чинника, що впливає на побудову зазначених систем). Як приклад можна навести “природну” систему фізичних одиниць, запропоновану свого часу Максом Планком. За її основу було взято “світові сталі”: швидкість світла у вакуумі, сталу тяжіння, сталу Больцмана і сталу Планка. Взявши ці величини за основу та прирівнявши їх до “1”, Планк одержав багато похідних одиниць (довжини, маси, часу й температури).

Значення подібних “природних” систем одиниць полягає в істотному спрощенні вигляду окремих рівнянь фізики. Однак запис одиниць таких систем робить їх незручними для застосування на практиці. Крім того, точність вимірювання основних одиниць подібних систем, необхідна для встановлення всіх інших похідних одиниць, є аж ніяк не достатньою. Через зазначені причини запропоновані дотепер “природні” системи одиниць не можуть розв’язати проблему уніфікації одиниць вимірювання.

Найбільшого поширення в наш час у природознавстві набула Міжнародна система одиниць (СІ), прийнята у 1960 р. на 11 Генеральній конференції з питань мір і ваги. В основі Міжнародної системи одиниць – сім основних (метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела, моль) і дві додаткові (радіан, стерадіан) одиниці. За допомогою спеціальної таблиці множників і префіксів можна утворювати кратні й часткові одиниці (наприклад, за допомогою множника 10^-3 і додавання префікса “мілі”, до найменування кожної з названих вище одиниць вимірювання можна утворювати часткову одиницю величиною в одну тисячну від вихідної).

Міжнародна система одиниць фізичних величин є найбільш досконалою та універсальною серед усіх, які існували до цього часу.

Нагальною потребою в умовах сучасної науково–технічної революції є створення єдиної Міжнародної системи одиниць вимірювання. Тому такі міжнародні організації, як ЮНЕСКО й Міжнародна організація законодавчої метрології, зобов’язали держави, які є членами цих організацій, прийняти вищезгадану Міжнародну систему одиниць і градуювати всі вимірювальні прилади відповідно до цих одиниць.

Існує кілька видів вимірювань. Беручи до уваги характер залежності вимірюваної величини від часу, вимірювання поділяються на статичні і динамічні. Під час статичних вимірювань величина, яку ми вимірюємо, залишається постійною в часі (вимірювання розмірів рослин, тварин тощо). До динамічних належать такі вимірювання, у процесі яких вимірювана величина змінюється в часі (вимірювання роботи м’язів, зміни тиску тощо).

За способом одержання результатів розрізняють вимірювання прямі й непрямі. Коли проводять прямі вимірювання, невідоме значення вимірюваної величини одержують шляхом безпосереднього порівняння її з еталоном. Коли вдаються до непрямого вимірювання, шукану величину визначають за допомогою відомої залежності між цією величиною та іншими величинами, одержаними шляхом прямих вимірювань. Непрямі вимірювання широко використовують у тих випадках, коли шукану величину неможливо або занадто складно виміряти безпосередньо, або коли пряме вимірювання дає менш точний результат.

Отже, розв’язання наукових проблем часто відбувається шляхом застосування різноманітних вимірювань. Своєю чергою, різноманітність методів і високі характеристики засобів вимірювання сприяють прогресу в наукових дослідженнях.

Завдання для контролю та самоперевірки: 1. Дайте визначення поняття “метод”. 2. Охарактеризуйте методи наукового пізнання. 3. Дайте характеристику емпіричних методів наукового пізнання. 4. Дайте характеристику теоретичних методів наукового пізнання. 5. Які методи називаються конкретно–науковими? 6. Охарактеризуйте спостереження як метод наукового пізнання. 7. Як класифікуються спостереження за способом проведення? 8. Які спостереження є безпосередніми? 9. Які спостереження є опосередкованими? 10. Що робить дослідник при непрямих спостереженнях? 11. Охарактеризуйте експеримент як цілеспрямований, активний контрольований вплив дослідника на досліджуваний об’єкт. 12. Що включає підготовка й проведення експерименту? 13. Яких умов необхідно дотримуватися при проведенні експерименту? 14. Охарактеризуйте вимірювання як процес, що визначає кількісні значення вимірюваного об’єкта. 15. Розкрийте сутність процесу вимірювання. 16. Наведіть методику проведення вимірювання при дослідженні об’єкта. 17. Яку систему одиниць використовують у процесі вимірювання? 18. Що є основою Міжнародної системи одиниць? 19. Що включає Міжнародна система одиниць? 20. У чому відмінність прямих вимірювань від непрямих? 21. які основні одиниці лежать в основі Міжнародної системи одиниць?

Тестові завдання для контролю та самоперевірки

1. Чуттєве відображення предметів та явищ зовнішнього світу називається:

а). спостереження; б). вимірювання;

в). експеримент; г). порівняння;

д). індукція; ж). дедукція;

з). аналіз; е). синтез.

2. Які експерименти дають можливість виявити в об’єкті нові, невідомі властивості:

а). дослідницькі; б). перевірні;

в). якісні; г). кількісні.

3. Які експерименти є важливі для перевірки, підтвердження тих чи інших теоретичних побудов):

а). дослідницькі; б). перевірні;

в). якісні; г). кількісні.

4. Які вимірювання широко використовують у тих випадках, коли шукану величину неможливо виміряти безпосередньо:

а). прямі вимірювання;

б). непрямі вимірювання.

5. Кому належить вислів: “Наука починається з того моменту, коли починають вимірювати”:

а). Опаріну О. І.; б). Мєдникову Б. М.;

в). Шмальгаузену І. І.;  г). Менделєєву Д. І.;

д). Ламарку Ж. Б.; ж). Сукачову В. М. 

6. Які експерименти мають пошуковий характер і не дають можливості одержати якісь кількісні співвідношення.

а). дослідницькі; б). перевірні;

в). якісні; г). кількісні.

7. Цілеспрямований, активний, контрольований вплив дослідника на досліджуваний об’єкт з метою виявлення й вивчення його властивостей характеризує:

а). спостереження; б). вимірювання;

в). експеримент; г). порівняння;

д). індукція; ж). дедукція;

з). аналіз; е). синтез.

8. При яких вимірюваннях невідоме значення вимірюваної величини одержують шляхом безпосереднього порівняння її з еталоном:

а). прямі вимірювання;

б). непрямі вимірювання.

9. Які загальнонаукові методи застосовуються тільки на теоретичному рівні:

а). спостереження; б). вимірювання;

в). експеримент; г). формалізація;

д). індукція; ж). дедукція;

з). ідеалізація; е). синтез.

10. Які експерименти спрямовані на встановлення точних кількісних залежностей у досліджуваному явищі:

а). дослідницькі;

б). перевірні;

в). якісні;

г). кількісні.

11. Який рівень наукового пізнання пов’язаний із безпосереднім дослідженням об’єктів, які реально існують і які людина може сприймати за допомогою органів чуття:

а). емпіричний; б). теоретичний.

12. Процес, що визначає кількісні значення вимірюваного об’єкта за допомогою тих чи інших спеціальних технічних пристроїв, - це:

а). спостереження; б). вимірювання;

в). експеримент; г). порівняння;

д). індукція; ж). дедукція;

з). аналіз; е). синтез.

13. Які загальнонаукові методи застосовуються тільки на емпіричному рівні:

а). спостереження; б). вимірювання;

в). експеримент; г). порівняння;

д). індукція; ж). дедукція;

з). аналіз; е). синтез.

14. Методи наукового пізнання прийнято групувати:

а). за ступенем застосування;

б). за ступенем спрямованості;

в). за ступенем їх спільності.