Cómo hacer un experimento científico más preciso.

Answer 1

El promedio de cualquier conjunto de mediciones es más preciso, pero no más preciso , cuantas más mediciones tome. En términos generales, usted mejora su precisión pero no su precisión en un factor del 44% por cada vez que duplica el tamaño de su muestra. Si todo lo que quiere hacer es hacer que su “imagen” sea menos borrosa, entrene su “telescopio” en la muestra por más tiempo.

Pero si le preocupa que su ‘telescopio’ le esté diciendo mentiras, o que no le esté contando toda la historia, necesita mejorar el diseño de su experimento.

Hay un campo completo para esto, llamado Diseño de Experimento (DoE), que puede involucrarse matemáticamente. Diseño de experimentos – Wikipedia

Piense en una gráfica, con los ejes x e y (y así sucesivamente …) como valores potenciales que sus variables experimentales pueden tomar. Cada punto en esa gráfica es una medida potencial. Es posible que desee ingenuamente mantener todo menos un eje, y hacer su experimento allí, pero en la gran mayoría de los casos eso es un desperdicio. En su lugar, lo que hace es proporcionar diferentes combinaciones de estímulos diseñados para trazar un volumen tan grande (área, si solo hay dos ejes) en esa gráfica, con la menor cantidad de puntos posible. Es como esos rompecabezas de lógica donde tienes una caja con una docena de interruptores en el exterior y estás tratando de averiguar qué combinación de interruptores enciende la luz dentro de la caja.

Luego, cuando está seguro de saber qué factores afectan realmente el resultado que está tratando de optimizar, mida solo esos: nuevamente, cambiar dos o tres factores a la vez es más eficiente que cambiar uno por uno, pero esto También está buscando valores intermedios, que le indicarán si el resultado cambia de forma no lineal con uno o más factores, ya sea que haya un pico o un canal o un punto de silla o algo dentro del área que está investigando.

Elegir qué conjuntos de factores son más eficientes es un trabajo para una computadora, ya que, francamente, es el primer grupo de análisis de datos.

Answer 2

Aprender a hacer experimentos científicos más precisos es una de las razones para estudiar ciencias. Una forma de leer la historia de la ciencia es el crecimiento de los métodos experimentales: métodos que nos permiten medir cosas nuevas, métodos que nos permiten aumentar nuestra certeza, métodos que se aplican de nuevas maneras. Hay tantos métodos conocidos que la mejor manera probablemente depende del experimento. Por ejemplo, en medicina, las pruebas de drogas doble ciego son bien conocidas y hay toda una literatura sobre los detalles.

Un par de respuestas ya han mencionado el método bien conocido de recopilar más datos y promediar los resultados. Esto utiliza la “ley de los grandes números” para reducir la incertidumbre en el promedio. Un conocimiento detallado de las estadísticas puede ayudarlo a planificar sus experimentos, por ejemplo, estimando cuántos datos necesita para establecer un nivel de confianza objetivo.

Otro método bastante general es la iteración . Haz un primer experimento; analizar los resultados; Usa lo que aprendes para diseñar un mejor experimento. Las fuentes de incertidumbre identificadas en el primer experimento se pueden usar para elegir nuevos métodos que reduzcan esas incertidumbres. Las incertidumbres del primer experimento pueden usarse para decidir cuántas repeticiones se necesitan en el segundo experimento. Repetir el experimento puede llevar a resultados diferentes porque un factor desconocido es diferente en los dos casos, lo que lleva a más experimentos para identificar ese factor. A una escala mayor, la comunidad científica itera experimentos interesantes, no solo repitiendo sino modificando experimentos anteriores.

Solo por diversión agregaré dos sugerencias muy específicas. Puede que no siempre sean apropiados. Por favor no los sigas a ciegas. Pero a menudo es útil para

• Usa un láser para hacer tus mediciones.
• Use una computadora para recopilar y almacenar automáticamente sus datos.

Buena suerte.

Answer 3

Depende del experimento específico.

Cronometrando un péndulo:

Supongamos que tengo un péndulo y quiero medir el tiempo que se tarda en completar un swing de un lado a otro. Con mi cronómetro, no puedo detener el reloj con más precisión que la décima parte de un segundo. Si eso no es lo suficientemente preciso para mi experimento, ¿cómo puedo aumentar mi resolución?

Hay al menos dos formas.

1. En lugar de cronometrar solo una oscilación del péndulo, puedo cronometrar 10, 20 o 30. Mi inexactitud seguirá siendo la misma, pero el porcentaje del error comparado con la medición total será menor.
2. Puedo usar un fotointerruptor para iniciar y detener el temporizador. Esto debería ser mucho más preciso que mi pulgar en un cronómetro.

(Punta de sombrero a Conferencias de Walter Lewin para lo anterior.)

Empuje de un EmDrive:

Aquí hay otro ejemplo de mi investigación actual. Una cavidad resonante emDrive, una fuente de RF, una fuente de alimentación y una instrumentación pesan al menos 20 kilos. Este conjunto (supuestamente) genera una fuerza medida en micronewtons. ¿Cómo mido esta fuerza que es menor que 1 / 10,000 de la fuerza de gravedad que afecta al dispositivo?

En la revelación completa, no he tenido éxito en esto todavía.

Lo obvio es colgarlo de una balanza, encenderlo y ver qué pasa. Lamentablemente esto deja una gran cantidad de fuentes de error.

Primero, el dispositivo se calienta cuando está en funcionamiento. El aire caliente en su interior es menos denso que el aire que lo rodea. Eso lo hace flotar como un globo aerostático. La flotabilidad es mayor o igual a la fuerza que estoy tratando de demostrar y medir. Tengo que ejecutar el experimento en un vacío para eliminar esta fuente de error.

A continuación el dispositivo tiene otro problema. Le estoy suministrando de 1 a 10 amperios de corriente. Estos cables son lo suficientemente gruesos que actúan como resortes, ocultando el efecto que quiero medir. También se expanden térmicamente cuando están en uso. Hay un par de maneras de eliminar este error. Podría usar contactos metálicos líquidos para aislar la parte móvil del conjunto de la parte fija. También podría organizar el dispositivo para que la fuente de alimentación esté conectada al ensamblaje móvil del experimento. Elegí este último y estoy impulsando el experimento con baterías montadas en la plataforma móvil.

A continuación, no tengo un equilibrio lo suficientemente sensible como para medir estos cambios de peso. Construí uno con bordes afilados, pero el peso era suficiente para deformar los bordes de la hoja y arruinar la precisión. Mi solución es montar todo en una plataforma con la cavidad emDrive montada en el perímetro. Esto se suspende de un filamento de nylon. La constante de resorte del filamento es tal que es lo suficientemente sensible como para mostrar el efecto que estoy tratando de medir.

Química: Concentración de una solución:

Al realizar la titulación, puede diluir la muestra con una solución conocida para aumentar la precisión de la titulación.

Entonces, con todo lo dicho, ¿qué estás tratando de medir?

Answer 4

El avance de la ciencia en sí es verdaderamente el avance de una técnica ‘más precisa’ y mejor administrada. Tales misiones frecuentemente exponen temas de “falsos negativos” y “falsos positivos”. Justo antes de la Segunda Guerra Mundial, una empresa estadounidense envió lo que ellos creen que es el “mejor tornillo” que se les haya hecho para que los inspeccionen; Ingenieros alemanes lo enviaron de vuelta, con un agujero perforado a través de él . Algunas químicas experimentales no se prestan para una medición precisa, AUNQUE PENSAMOS estos datos se pueden usar como “estándar”. Es por eso que el punto de congelación y el punto de ebullición de H2O es un experimento tan común para las clases de Chem 1A, y un “evento químico” que requiere un método estadístico para derivar una observación acordada … ¡incluso cuando el termómetro mide ocho cifras significativas!

Entonces, como ya lo sugirieron otros: ¡ depende completamente del experimento !

Answer 5

Encuentre una manera de medir mejor y diseñe su experimento de tal manera que se puedan excluir (o disminuir) las hipótesis alternativas.

A menudo, las observaciones más independientes ayudarán, pero solo hasta el sesgo de medición.

Answer 6

Contestaré esto usando estadísticas y probabilidad. Digamos que está solicitando un trabajo, cuanto más solicite, más posibilidades tendrá de que lo llamen a uno para una entrevista, pero, ¿qué sucede si solicita un trabajo equivocado? La respuesta es sí y no, sí, si lo llaman para un trabajo que no califica por suerte, lo que quiero decir es que para que un experimento científico sea preciso, debe usar las herramientas y los procedimientos adecuados para realizar el experimento y repetir el procedimiento. Mismo experimento para reducir el error. Cuanto menos hagas el experimento, estarás basando tu experimento en la posibilidad.

Answer 7

Asegúrate de no introducir sesgos en el experimento, ejecutándolo a doble ciego si puedes. Experimento ciego

Answer 8

Esto depende completamente de la naturaleza del experimento, pero en el nivel más básico, cuanto más grande y más representativo sea el tamaño de la muestra, más preciso será el resultado.