Grundlagen der wissenschaftlichen Methode und Messung

Messung und wissenschaftliche Methode

1. Die wissenschaftliche Methode

Die wissenschaftliche Arbeit ist eine Aktivität, die die wissenschaftliche Methode nutzt, um die Gesetze der Natur durch einen validen und zuverlässigen Prozess zu beschreiben.

1.2 Die Entwicklung der Hypothese

Eine wissenschaftliche Hypothese ist eine Annahme, die folgende Bedingungen erfüllen muss:

• Sie muss sich auf eine reale Situation beziehen.
• Die Variablen müssen so genau wie möglich festgelegt werden.
• Die Beziehung zwischen den Variablen der Hypothese muss beobachtbar und messbar sein.

1.3 Das Experiment

Ein Experiment ist die wiederholte Beobachtung eines Phänomens unter kontrollierten Bedingungen, die in der Natur so nicht vorkommen.

Variablen in einem Experiment

• Eine Variable ist ein Faktor, dessen Veränderung Veränderungen in den Ergebnissen eines Experiments verursacht.
• Ein Steuerelement (Kontrollvariable) ist ein Element des Experiments, das gleich bleibt und dazu dient, die Veränderungen im Experiment zu vergleichen.

1.5 Gesetze und Theorien

• Wissenschaftliche Gesetze sind Hypothesen, die durch zahlreiche Erfahrungen bestätigt wurden.
• Wissenschaftliche Theorien sind Sätze von Gesetzen, deren primäre Aufgabe es ist, die Regelmäßigkeiten zu erklären, die die Gesetze beschreiben.
• Theorien sind so konstruiert, dass sie verlässliche Vorhersagen über Phänomene erlauben, die zum Zeitpunkt ihrer Aufstellung noch nicht bekannt waren.

Die Merkmale einer wissenschaftlichen Theorie sind:

• Sie listet zahlreiche Fakten auf.
• Sie schlägt neue Beziehungen vor.
• Sie ermöglicht Vorhersagen, die experimentell überprüft werden können.
• Sie ist nützlich, um Probleme quantitativ zu lösen.

2. Messung

Eine Größe ist eine Eigenschaft von Körpern, die gemessen werden kann.

Es gibt sieben grundlegende oder fundamentale Größen: Länge, Masse, Zeit, Temperatur, Stromstärke, Lichtstärke und Stoffmenge. Alle anderen Größen werden als abgeleitete Größen bezeichnet.

Die Messung einer Größe ist der Vergleich mit einer anderen Größe derselben Art, der sogenannten Einheit, um zu bestimmen, wie oft diese enthalten ist.

2.2 Die Exponentialschreibweise

Die wissenschaftliche Notation dient dazu, eine Menge als Produkt aus einer Dezimalzahl mit einer einstelligen Ganzzahl vor dem Komma und einer Zehnerpotenz mit positivem oder negativem Exponenten darzustellen.

3. Messinstrumente

Messgeräte sind notwendig, da es kleine Mengen oder Variationen einer Größe gibt, die mit den menschlichen Sinnen nicht wahrgenommen werden können.

3.1 Richtigkeit und Empfindlichkeit

• Die Genauigkeit (Richtigkeit) eines Messgerätes ist die kleinste Änderung der Größe, die das Instrument noch anzeigen oder bestimmen kann.
• Die Empfindlichkeit eines Messgerätes ist die Fähigkeit, kleine Variationen einer Größe zu erfassen.

Ein Messgerät ist umso empfindlicher, je niedriger der Wert seiner Genauigkeit ist.

3.2 Signifikante Zahlen und Runden

Als signifikante Zahlen bezeichnet man die Anzahl der Stellen, die bei einer Messung mit Sicherheit bekannt sind.

Als Runden bezeichnet man das Weglassen der Ziffern rechts neben der letzten signifikanten Stelle.