Vypracování experimentální úlohy

I přesto, že experimentální úlohy mají často obecná zadání, jejich řešení by měla splňovat určité náležitosti. V dalších odstavcích Ti povíme, jak by mělo správné řešení experimentální úlohy vypadat.

• Základní aspekty řešení
• Základy grafického zpracování dat
• Grafické zpracování dat a automatizace měření pomocí programu GNUPLOT

Řešení experimentální úlohy by mělo mít zhruba tyto části:

• Úvod
• Úvahy a teoretické výpočty
• Popis uspořádání experimentu
• Představení výsledků měření
• Diskuze
• Závěr

Toto dělení není striktní, některé z částí je možné spojit dohromady (např. úvod může volně přejít v teoretické úvahy, diskuze může být zahrnuta do závěru, atd.).

• Úvod by měl ukotvit text v oblasti fyziky, jíž se pokus týká.
• Úvod obsahuje obecně známé poznatky, které jsou relevantní pro daný experiment a ze kterých se vychází.

• V této části by měly být rozvíjeny myšlenky a základní vztahy zmíněné v úvodu.
• To znamená, že ze všeobecně známých poznatků máte odvodit důsledky pro svůj experiment. Typicky je to např. odvození rovnice, podle které se bude fyzikální systém při experimentu chovat.
• Občas však zadáváme experimenty, kde jsou teoretické výpočty příliš obtížné či dokonce nemožné. V tom případě sepište úvahy, jak se asi bude systém chovat, a co od něj očekáváte.

• Toto je velmi důležitá část řešení a nesmí být ošizená! V této kapitole popisujete pomůcky použité v experimentu a metodu měření.
• Tam, kde je to relevantní, měly by být kvantitativně uvedeny parametry použitých pomůcek (např. je fajn uvést hmotnost závaží kyvadla a hmotnost lanka, i kdybychom pracovali v aproximaci matematického kyvadla - má to důsledky do diskuze, kde musíme posoudit, jestli aproximace matematického kyvadla byla korektní).
• Provedení experimentu musí být podrobně popsáno. Podle tohoto popisu musí být možné zopakovat měření. Pokud není jasné, s jakými pomůckami se pracovalo (+ parametry pomůcek, kde to má smysl) a jakou metodou se měřilo, nemůžete dostat plný počet bodů.
• V této části je taktéž možné diskutovat nepřesnosti použitých měřicích přístrojů.

• Klíčovým výstupem měření bude ve valné části experimentů graf. Ve vědě i jinde v životě je grafická prezentace výsledků žádoucí. Graf sdělí informaci mnohem rychleji a lidštěji než tabulka s čísly.
• Většina fyzikálních experimentů přímo vybízí k tomu, aby výsledky byly prezentovány graficky (měříme závislost něčeho na něčem).
• Osy grafu musí být popsané i s jednotkami.
• Body v grafu nespojujte lomenou čarou. Taková lomená čára nemá žádný fyzikální význam, jednotlivá měření jsou zatížena chybami. Samozřejmě existují výjimky, například záznam z obrazovky osciloskopu nebo spektrální analýza.
• Taktéž by v této části měly být z naměřených dat určeny nebo spočítány klíčové výsledky (např. směrnice fitující přímky) i s chybami.
• Podrobnější návod ke grafickému zpracování naměřených dat naleznete na stránce Základy grafického zpracování dat.

• V této části se zamyslete nad věrohodností výsledků, nad systematickými chybami ovlivňujícími přesnost měření. Pokud nespočítáte nejistotu měření v předchozí části, udělejte to tady. Musíte si uvědomit, co limituje přesnost jeho měření.
• Dále byste měli porovnat výsledky experimentu se svými teoretickými úvahami a výpočty a jestli je to možné, tak i s hodnotami z tabulek či z vědeckých publikací.
• Pokud nedokážete spočítat nejistotu výsledku, pokuste se ji alespoň odhadnout.
• Můžete samozřejmě navrhnout další experimenty, které by rozvinuly vaši práci či poskytly přesnější výsledky.

• Závěr by měl shrnout nejdůležitější zjištění z experimentu. Měly by zde být znovu explicitně uvedeny klíčové výsledky měření i s jejich nejistotami.
• Taktéž by mělo být řečeno, jestli výsledky experimentu odpovídají (kvalitativně nebo kvantitativně) předpovědím z části “Úvahy a teoretické výpočty”.
• Stačí pár vět, závěr by měl vypíchnout opravdu jen to nejdůležitější.

Podrobnější výklad, komentář, návody a příklady naleznete v doporučené literatuře, např. B. Vybíral: Zpracování dat fyzikálních měření (FO).

• Předpokladem k získání bonusového bodu je vypracování experimentální úlohy a protokolu za plný počet bodů (viz výše), jinak vám pouze přilepšíme. Bonusovým bodem můžeme ocenit např. originální, důmyslnou metodu měření či použití takové pomůcky.