Klausimai, duomenys, modeliai ir jų ribotumas

Kai kietosios medžiagos nebematyti

Tarkime, demonstracijos įraše matyti, kaip į vandenį suberiami cukraus kristalai, o paskui susidaro skaidrus tirpalas. „Kristalų nebematyti“ – tai stebėjimo aprašymas. „Cukrus buvo sunaikintas“ – tai siūlomas paaiškinimas. „Cukraus molekulės pasklido vandenyje“ – tai kitas siūlomas paaiškinimas. Vien stebėjimas neleidžia pasirinkti vieno iš jų.

Paverskite neapibrėžtį klausimu: kokie duomenys leistų atskirti matomų kristalų išnykimą nuo cukraus praradimo ar virsmo? Galime klausti, ar įmanoma atpažinti ištirpusią medžiagą, ar tinkamu atskyrimo būdu ją galima atgauti ir ar masės matavimai dera su sistemos riba. Šioje pamokoje analizuojami aprašymai ir įrašai; eksperimento namuose atlikti nereikia.

Suformuluokite prognozę, kuri galėtų būti reikšminga

Naudingas paaiškinimas leidžia numatyti daugiau nei vien atpasakoti stebėjimą. Jei cukraus molekulės lieka tirpale, tinkamu metodu turėtų būti galima jame aptikti cukrų. Jei cukrus virto kitomis medžiagomis, analizė turėtų pateikti duomenų, rodančių šių produktų buvimą. Metodas turi iš tikrųjų leisti atskirti šias alternatyvas; spalvos matavimas būtų netinkamas bandymas, jei visi reikšmingi mėginiai yra bespalviai.

Pasirinkite sąlygas ir palyginamuosius mėginius, kad rezultatą būtų galima interpretuoti. Palyginimas su mėginiu, kuriame yra tik vandens, gali padėti nustatyti, ar išmatuotas signalas susijęs su cukraus pridėjimu. Įrašuose reikėtų nurodyti, koks tai mėginys, kiekius, sąlygas ir metodo ribotumus. Bandymas, kuriuo neįmanoma aptikti tikėtino medžiagos kiekio, negali pagrįsti tvirto teiginio, kad medžiagos nėra.

Nurodykite, kas matuojama

Sistemos riba apibrėžia, kokia medžiaga įtraukiama į jūsų apskaitą. Jei iš atviro puodelio garuoja vanduo, sveriant tik puodelį ir likusį jo turinį neįtraukiamas vanduo, patekęs į aplinkinį orą. Mažesnis rodmuo nerodo, kad medžiaga nustojo egzistuoti.

Įprastų cheminių procesų masės balanse laikoma, kad uždaroje medžiaginėje sistemoje bendra masė išlieka pastovi įprastų cheminių matavimų tikslumu. Kai sistema atvira, įtraukite į ją patenkančią ir iš jos išeinančią medžiagą. Šis praktinis teiginys nereiškia, kad kiekvienas matavimo rodmuo yra tikslus ar kad masė ir energija niekada negali būti susijusios. Subtilesnes ribas vėliau paaiškina fizika.

Vertinkite sutapimą pagal prietaiso skyrą

Panagrinėkime mokymo tikslais sukurtą išgalvotą įrašą: sveriant tą patį uždarą indą su jo turiniu, prieš pokytį gaunamas 150.00 g rodmuo, o po jo – 150.01 g rodmuo. Mažiausias prietaiso rodomas žingsnis yra 0.01 g. Skirtumas yra 0.01 g, tačiau šis žingsnis nėra išsamus neapibrėžties įvertis. Taip pat reikia atsižvelgti į kalibravimą, pakartojamumą ir kitus veiksnius.

Atsargi išvada – šie du rodmenys yra artimi; norint nuspręsti, ar jų skirtumas reikšmingas, reikia žinoti matavimo neapibrėžtį. Nekeiskite jų vienodais skaičiais vien tam, kad numatomas dėsnis atrodytų nepriekaištingai. Atitiktis vertinama remiantis tikraisiais stebėjimo duomenimis ir metodo galimybėmis.

Modelio naudingumas pagrindžiamas jį tikrinant

Modelis – tai pasirinktas sistemos atvaizdas, pavyzdžiui, tirpstančio cukraus dalelių schema. Jame praleidžiamos kai kurios detalės, kad būtų lengviau nagrinėti konkretų ryšį. Nurodykite prielaidas, įvardykite modelio prognozes ir palyginkite jas su atitinkamais duomenimis. Pasitvirtinusi prognozė pagrindžia modelio tinkamumą tam tikslui, tačiau nepatvirtina kiekvienos praleistos detalės.

Jei duomenys neatitinka modelio, patikrinkite ir modelį, ir tai, kaip duomenys buvo gauti. Reikšmės gali turėti užrašymo klaida, kitoks mėginys, nekontroliuojama sąlyga ar neįtraukta sąveika. Pakartotinis sutapimas, taikant tinkamus nepriklausomus metodus, gali sustiprinti paaiškinimą. Nėra automatinės pakopų sekos, kurioje spėjimas virstų dėsniu vien todėl, kad atlaikė nustatytą patikrinimų skaičių.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Kuris teiginys nusako stebėjimą: „kristalų nebematyti“ ar „cukraus molekulės buvo sunaikintos“?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Kristalų nebematyti.

   Antrajame teiginyje siūlomas priežastinis paaiškinimas, kuriam pagrįsti reikia duomenų, leidžiančių jį atskirti nuo kitų paaiškinimų.

2. Prietaisas negali aptikti mažos koncentracijos, kurios tikimasi mėginyje. Ar nulinis signalas patvirtina, kad medžiagos nėra?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Aptinkamo signalo nebuvimą reikia interpretuoti atsižvelgiant į metodo aptikimo galimybes ir reikšmingus trukdžius.

3. Apskaičiuokite dviejų išgalvotų rodmenų 150.00 g ir 150.01 g skirtumą. Ar vien šio skirtumo pakanka tikram masės pokyčiui patvirtinti?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Skirtumas yra 0.01 g; vien rodmenų nepakanka.

   Taip pat reikia žinoti matavimo neapibrėžtį ir sąlygas. Rodomas rodmenų žingsnis tėra viena prietaiso veikimo ypatybių.

4. Dalelių modelis teisingai numato vieną rezultatą. Ar kiekviena paveiksle nupiešta detalė būtinai turi būti fiziškai tiksli?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Sėkmingas rezultatas pagrindžia prognozę patikrintoje jos taikymo srityje. Sutartinius vaizdavimo būdus ir neįtrauktas sąveikas vis tiek reikia tinkamai interpretuoti.

Ką verta įsidėmėti

• Atskirkite stebėjimus nuo paaiškinimų.
• Ieškokite duomenų, leidžiančių atskirti nagrinėjamas alternatyvas.
• Atsižvelkite į medžiagos judėjimą per matuojamos sistemos ribą.
• Matavimo skiriamoji geba ir matavimo neapibrėžtis yra skirtingi dalykai.
• Naudokite modelius nurodytais tikslais ir juos peržiūrėkite, kai to reikalauja duomenys.