Como realizar um experimento científico: 13 etapas (com fotos)

A experimentação é o método pelo qual os cientistas testam fenômenos naturais na esperança de ganhar novos conhecimentos.. Boas experiências seguem um design lógico para isolar e testar variáveis específicas e precisamente definidas. Ao aprender os princípios fundamentais por trás do desenho experimental, você poderá aplicar esses princípios às suas próprias experiências. Independentemente do seu escopo, todas as boas experiências operam de acordo com os princípios lógicos e dedutivos do método científico, desde o relógio de baixa qualidade, projetos justos de ciências para a pesquisa de Boson Higgs de ponta.

Passos

Parte 1 de 2:

Projetando um experimento cientificamente som

1. Escolha um tópico específico. Experimentos cujos resultados causam varreduras turnos de paradigma científica são muito, muito raros. A grande maioria dos experimentos responde a perguntas pequenas e específicas. O conhecimento científico é construído sobre o acúmulo de dados de inúmeras experiências. Escolha um tópico ou uma pergunta não respondida com um pequeno e testável escopo. Para obter ideias, procure por lacunas na literatura científica atual.

Por exemplo, se você quiser fazer um experimento no fertilizante agrícola, não procure responder à pergunta, "Que tipo de fertilizante é melhor para plantas em crescimento?" Existem muitos tipos diferentes de fertilizantes e muitos tipos diferentes de plantas no mundo - um experimento não poderão tirar conclusões universais sobre. Uma pergunta muito melhor para projetar um experimento em torno seria "Que concentração de nitrogênio no fertilizante produz as maiores culturas de milho?"
O conhecimento científico moderno é muito, muito vasto. Se você pretende fazer pesquisas científicas sérias, pesquise seu tópico extensivamente antes mesmo de começar a planejar seu experimento. Ter experimentos passados responderam a pergunta que você quer que seu experimento estude? Em caso afirmativo, existe uma maneira de ajustar seu tópico para resolver perguntas não respondidas por pesquisas existentes?

Realizar uma Experiência de Ciência Etapa 2

2. Isolar sua variável (s). Bons experimentos científicos testam parâmetros específicos e mensuráveis chamados variáveis. Em termos gerais, um cientista realiza um experimento para uma gama de valores para a variável que ele testa para. Uma preocupação vital ao realizar um experimento é ajustar só a (s) variável (s) específica (s) que você está testando (e nenhuma outra variáveis.)

Por exemplo, em nosso exemplo de experimento de fertilizantes, nosso cientista cresceria várias culturas de milho no solo suplementado com fertilizantes cuja concentração de nitrogênio difere. Ele daria a cada cultivo de milho exato mesma quantidade de fertilizante. Ele garantiria que a composição química de seus fertilizantes usasse não diferiu de alguma forma além de sua concentração de nitrogênio - por exemplo, ele não usaria um fertilizante com maior concentração de magnésio para uma de suas culturas de milho. Ele também cresceria exatamente o mesmo número e espécies de culturas de milho ao mesmo tempo e no mesmo tipo de solo em cada replicação de seu experimento.

Realizar uma Experiência de Ciência Passo 3

3. Faça uma hipótese. Uma hipótese é essencialmente uma previsão do resultado do experimento. Não deve ser um palpite cego - boas hipóteses são informadas pela pesquisa em segundo plano que você realizou e / ou dados preliminares que você já pode ter gerado no laboratório ao escolher o tópico do seu experimento. Basear sua hipótese sobre os resultados de experimentos semelhantes conduzidos por pares em seu campo, ou, se você está enfrentando um problema que não tenha sido bem estudado, basei-lo em qualquer combinação de pesquisa de literatura e observação gravada que você pode encontrar. Lembre-se que, apesar de seu melhor trabalho de pesquisa, sua hipótese pode muito bem não ser apoiada por seus resultados - neste caso, você ainda expandiu seu conhecimento no sentido de que você provou que sua previsão foi não correto.

Normalmente, uma hipótese é expressa como uma sentença declarativa quantitativa. Uma hipótese também leva em conta as maneiras que os parâmetros experimentais serão medidos. Uma boa hipótese para o nosso exemplo de fertilizantes é: "As culturas de milho suplementadas com 1 libra de nitrogênio por alqueire resultarão em uma massa maior de rendimento do que as culturas de milho equivalentes cultivadas com diferentes suplementos de nitrogênio."

Realizar uma Experiência de Ciência Passo 4

4. Planeje sua coleta de dados. Sabe de antemão quando você coletará dados e que tipo de dados que você coletará. Medir esses dados em um tempo definido ou, em outros casos, em intervalos regulares. Em nosso experimento de fertilizantes, por exemplo, vamos medir o peso de nossas culturas de milho (em quilogramas) após um período de crescimento. Nós vamos comparar isso com o conteúdo de nitrogênio do fertilizante cada cultura foi tratada com. Para outros experimentos (como os que medem a mudança em uma certa variável ao longo do tempo), é necessário coletar dados em intervalos regulares.

O tempo é incrivelmente importante, então fique ao seu plano o mais próximo possível. Dessa forma, se você vir alterações em seus resultados, você pode descartar diferentes restrições de tempo como a causa da mudança.

Fazendo uma tabela de dados de antemão é uma ótima idéia - você poderá simplesmente inserir seus valores de dados na tabela enquanto os registra.

Conheça a diferença entre suas variáveis dependentes e independentes. Uma variável independente é uma variável que você altera e uma variável dependente é aquela afetada pela variável independente. Em nosso exemplo, "Conteúdo de nitrogênio" é o independente variável e "rendimento (em kg)" é o dependente variável. Uma tabela básica terá colunas para ambas as variáveis, pois mudam ao longo do tempo.

Realizar uma Experiência de Ciência Passo 5

5. Conduza seu experimento metodicamente. Execute YourExperiment, testando para sua variável. Isso quase sempre requer que você execute a experiência várias vezes para vários valores variáveis. Em nosso exemplo de fertilizantes, vamos crescer várias culturas de milho idênticas e suplementá-los com fertilizantes contendo quantidades variadas de nitrogênio. Geralmente, a gama mais ampla de dados que você pode reunir, melhor. Registre quantas dados como é viável.

O bom design experimental incorpora o que é conhecido como um ao controle. Uma de suas replicações experimentais deve não Inclua a variável que você está testando. Em nosso exemplo de fertilizantes, incluiremos uma safra de milho que recebe um fertilizante sem nitrogênio nele. Este será o nosso controle - será a linha de base contra a qual mediremos o crescimento de nossas outras culturas de milho.

Observe qualquer e todas as medidas de segurança associadas a materiais ou processos perigosos em seu experimento.

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6. Recolha seus dados. Registre seus dados diretamente em sua tabela, se possível - isso economizará a dor de cabeça de reentrar e consolidar dados mais tarde. Saber como Avalie os outliers em seus dados.

É sempre uma boa ideia representar seus dados visualmente se você puder. Pontos de enredo em um gráfico e tendências expressas com uma linha ou curva de melhor ajuste. Isso ajudará você (e qualquer outra pessoa que vê o gráfico) visualizar padrões nos dados. Para a maioria dos experimentos básicos, a variável independente é representada no eixo X horizontal e a variável dependente está no eixo Y vertical.

Imagem intitulada Realizar uma experiência de ciência Passo 7

7. Analise seus dados e venha para uma conclusão. Foi sua hipótese correta? Estavam lá tendências observáveis nos dados? Você encontrou todos os dados inesperados?? Você tem alguma pergunta não respondida que possa formar a base para um futuro experimento?? Tente responder a essas perguntas à medida que você avalia seus resultados. Se seus dados não derem sua hipótese um definitivo "sim" ou "não," Considere a execução de testes experimentais adicionais e coletando mais dados, ou escrevendo seus resultados com as instruções futuras para pesquisas adicionais.

Para compartilhar seus resultados, Escreva um papel científico abrangente. Saber escrever um artigo científico é uma habilidade útil - os resultados da maioria das novas pesquisas devem ser escritos e publicados de acordo com um formato específico, muitas vezes ditado pelo Guia de Estilo para uma revista acadêmica revisada por pares.

Parte 2 de 2:

Executando um experimento de exemplo

1. Escolha um tópico e defina suas variáveis. Para o propósito deste exemplo, você desaparecerá um simples experimento de pequena escala. Em nosso experimento, testaremos os efeitos de diferentes combustíveis aerossol na faixa de disparo de uma arma de batata.

Neste caso, o tipo de combustível de aerossol que usamos é o variável independente (a variável que mudamos), enquanto o intervalo do projétil é o variável dependente.

Coisas a considerar para este experimento - há uma maneira de garantir que cada projecto de batata tenha o mesmo peso? Existe uma maneira de administrar a mesma quantidade de combustível aerossol para cada disparo? Ambos podem afetar potencialmente o alcance da arma. Pesar cada projétil de antemão e combuste cada tiro com a mesma quantidade de spray de aerossol.

Realizar uma Experiência de Ciências Passo 9

2. Faça uma hipótese. Se estamos testando spray de cabelo, spray de cozimento e tinta spray, digamos que o spray de cabelo tem um propelente de aerossol com uma quantidade maior de butano do que os outros sprays. Porque sabemos que Butano é inflamável, podemos hipotetizar que o spray de cabelo produzirá uma maior força propulsiva quando inflamado, enviando um projétil de batata mais distante. Nós escreveríamos nossa hipótese como: "O maior conteúdo de butano do propelente aerossol no sorteio, em média, produzirá uma faixa mais longa ao disparar um projétil de batata, pesando entre 250-300 gramas."

Realizar uma Experiência de Ciências Passo 10

3. Organize sua coleta de dados de antemão. Em nosso experimento, vamos testar cada combustível de aerossol 10 vezes e média os resultados. Também vamos testar um combustível de aerossol que não contém butano como nosso controle experimental. Para se preparar, vamos reunir nosso canhão de batata, testá-lo para garantir que funcione, compre nossos sprays de aerossol e esculpir e pesar nossos projéteis de batata.

Vamos também criar nossa tabela de dados de antemão. Nós teremos cinco colunas verticais:

A coluna mais à esquerda será rotulada "Tentativas #." As células nesta coluna simplesmente conterão os números 1-10, significando cada tentativa de disparo.

As quatro colunas a seguir serão rotuladas com os nomes dos sprays de aerossol que estamos usando em nosso experimento. As dez células abaixo de cada cabeçalho da coluna conterão o intervalo (em metros) de cada tentativa de disparo.

Abaixo das quatro colunas para cada combustível, deixe um espaço para escrever o valor médio das faixas.

Realizar uma Experiência de Ciências Passo 11

4. Conduzir o experimento. Vamos usar cada spray de aerossol para disparar dez projéteis, usando a mesma quantidade de spray de aerossol para disparar cada projétil. Após cada disparo, usaremos uma longa fita métrica para medir o intervalo que nosso projétil viajou. Registre esses dados na tabela de dados.

Como muitas experiências, nosso experimento tem certas preocupações de segurança que precisamos observar. Os combustíveis aerossol que estamos usando são inflamáveis - devemos ter certeza de fechar a tampa de disparo da arma de batata com firmeza e usar luvas pesadas enquanto acendem o combustível. Para evitar lesões acidentais dos projéteis, também devemos ter certeza de que nós (e qualquer observador) estejam em pé ao lado da arma enquanto ele foge - não na frente ou atrás dele.

Realizar uma experiência de ciência Etapa 12

5. Analisar os dados. Digamos que encontramos isso, em média, o pulverizador de cabelo disparou as batatas do mais distante, mas o spray de cozinha era mais consistente. Podemos representar esses dados visualmente. Uma boa maneira de representar o intervalo médio de cada spray é com um Gráfico de barras, enquanto um Gráfico de dispersão ou enredo de caixa é uma boa maneira de mostrar a variação nas faixas de disparo de cada combustível.

Realizar uma Experiência de Ciência Passo 13

6. Faça suas conclusões. Refletir sobre seus resultados experimentais e fornecer quaisquer estatísticas de apoio. Com base em nossos dados, podemos dizer com confiança de que nossa hipótese estava correta. Também podemos dizer que descobrimos algo que não prever - que o spray de cozinha produziu os resultados mais consistentes. Podemos relatar quaisquer problemas ou snafus que encontramos - digamos que a tinta da tinta spray construída dentro da câmara de disparo de canhão de batata, tornando o disparo repetido. Finalmente, podemos recomendar áreas para mais pesquisas - por exemplo, talvez com maiores quantidades de combustível, podemos alcançar uma gama maior.

Podemos até compartilhar nossos resultados com o mundo sob a forma de um documento científico - dado o assunto do nosso experimento, pode ser mais apropriado apresentar essas informações na forma de um Fairdisplay de Ciências Tri-Dobras.