A experimentação é um método pelo qual os cientistas examinam os fenômenos naturais na esperança de obter novos conhecimentos. Bons experimentos seguem um projeto lógico para isolar e testar uma variável específica que é definida com precisão. Ao aprender os princípios fundamentais por trás do design experimental, você poderá aplicar esses princípios aos seus próprios experimentos. Não importa o escopo, todos os bons experimentos operam de acordo com os princípios lógicos e dedutivos do método científico, desde projetos de relógio de batata de quinta série até pesquisas avançadas do Bóson de Higgs.
Etapa
Método 1 de 2: Projetando Experimentos Científicos
Etapa 1. Escolha um tópico específico
Experimentos cujos resultados levam a uma mudança na mentalidade científica são muito, muito raros. A maioria dos experimentos responde a certas pequenas questões. O conhecimento científico é construído a partir dos dados acumulados de muitos experimentos. Escolha um tópico ou pergunta sem resposta que seja de escopo pequeno e fácil de testar.
- Por exemplo, se você deseja fazer experiências com fertilizantes agrícolas, não tente responder à pergunta: "Que tipo de fertilizante é melhor para o cultivo?" Existem muitos tipos diferentes de fertilizantes e muitos tipos diferentes de plantas no mundo - um experimento não pode produzir conclusões universais para ambos. Uma pergunta melhor para planejar o experimento seria "Qual concentração de nitrogênio no fertilizante produziu a maior safra de milho?"
- O conhecimento científico moderno é muito, muito amplo. Se você pretende fazer pesquisa científica, pesquise bem o seu tópico antes de começar a projetar seu experimento. Algum experimento anterior respondeu a perguntas que foram o assunto do aprendizado de seu experimento? Em caso afirmativo, há uma maneira de adaptar seu tópico para responder a perguntas que não foram respondidas por experimentos existentes?
Etapa 2. Isole suas variáveis
Bons experimentos científicos testam parâmetros mensuráveis específicos chamados variável.
Em termos gerais, um cientista conduz um experimento para o valor da variável que está testando. Uma coisa vital ao conduzir experimentos é ajustar só a variável específica que você está testando (e nenhuma outra variável).
Por exemplo, em nosso experimento com fertilizantes, nosso cientista plantará várias plantas grandes de milho em solo fertilizado com diferentes concentrações de nitrogênio. Isso dará a cada planta a quantidade necessária de fertilizante exatamente mesmo. Ele garantirá que a composição química dos fertilizantes usados não difira além da concentração de nitrogênio - por exemplo, ele não usará fertilizantes com concentrações mais altas de magnésio em nenhuma de suas safras de milho. Ele também plantará o mesmo número e espécies de plantas de milho ao mesmo tempo e no mesmo tipo de solo em cada uma de suas réplicas experimentais.
Etapa 3. Crie uma hipótese
A hipótese é uma previsão dos resultados experimentais. Isso deve ser mais do que apenas suposições - uma boa hipótese é informada pela pesquisa que você fez ao escolher um tópico de experimento. Baseie sua hipótese nos resultados de experimentos semelhantes conduzidos por outros colegas de sua área, se estiver resolvendo um problema que não foi estudado em profundidade, com base em qualquer combinação de pesquisa literária e observações registradas que puder encontrar. Lembre-se de que, mesmo que faça sua melhor pesquisa, sua hipótese pode ser considerada errada - neste caso, você ainda está expandindo seu conhecimento ao provar que sua previsão "não" está certa.
Normalmente, as hipóteses são expressas como sentenças declarativas quantitativas. Uma hipótese também usa a forma como os parâmetros experimentais são medidos. Uma boa hipótese para nosso exemplo de fertilizante é: "Uma planta de milho alimentada com meio quilo de nitrogênio por alqueire produzirá uma massa de rendimento maior do que uma safra de milho equivalente cultivada com um suplemento de nitrogênio diferente
Etapa 4. Planeje sua coleta de dados
Saiba antecipadamente "quando" você coletará dados e "que tipo de" dados você coletará. Meça esses dados em horários predeterminados ou, em outros casos, em intervalos regulares. Em nosso experimento com fertilizantes, por exemplo, mediremos o peso de nossa planta de milho d (em quilogramas) após um período de crescimento. Vamos comparar isso com o conteúdo de nitrogênio do fertilizante aplicado a cada planta. Em outros experimentos (como aqueles que medem as mudanças em uma variável ao longo do tempo), é necessário coletar dados em intervalos regulares.
- Criar uma tabela de dados com antecedência é uma boa ideia - você simplesmente insere os valores dos dados na tabela à medida que os registra.
- Conheça a diferença entre as variáveis dependentes e independentes. A variável independente é a variável que você altera e a variável dependente é aquela que é afetada pela variável independente. Em nosso exemplo, "conteúdo de nitrogênio" é a variável "independente" e "rendimento (em kg)" é a variável "dependente". A tabela base terá colunas para ambas as variáveis conforme elas mudam com o tempo.
Etapa 5. Conduza seu experimento metodicamente
Execute seu experimento, teste suas variáveis. Isso quase sempre requer que você experimente repetidamente alguns valores de variáveis. Em nosso exemplo de fertilizante, vamos cultivar várias safras de milho idênticas e aplicar um fertilizante contendo quantidades variáveis de nitrogênio. Geralmente, quanto mais dados extensos você obtém, melhor. Registre o máximo de dados possível.
- Um bom projeto experimental incorpora o que é conhecido como ao controle. Um de seus experimentos de réplica "não" deve incluir a variável que você está testando. Em nosso exemplo de fertilizante, incluiremos uma planta de milho que recebe fertilizante sem nitrogênio. Este será o nosso controle - será a linha de base contra a qual mediremos o crescimento de outras safras de milho.
- Observe toda e qualquer substância ou processo relacionado à segurança em seu experimento.
Etapa 6. Colete seus dados
Registre os dados diretamente na tabela, se possível - isso evitará que você tenha que inserir novamente e mesclar os dados posteriormente. Aprenda a avaliar o que é estranho em seus dados.
É sempre uma boa ideia descrever seus dados o mais visualmente possível. Crie pontos de dados no gráfico e expresse tendências com a linha ou curva mais apropriada. Isso ajudará você (e qualquer outra pessoa a visualizar este gráfico) a visualizar padrões nos dados. Para a maioria dos experimentos básicos, a variável independente é plotada no eixo x horizontal e a variável alternada no eixo y vertical
Etapa 7. Analise seus dados e tire conclusões
Sua hipótese está correta? Existem tendências observáveis nos dados? Você encontrou algum dado inesperado? Você tem perguntas não respondidas que podem servir de base para experiências futuras? Tente responder a essas perguntas enquanto avalia os resultados. Se seus dados não fornecerem uma hipótese definitiva de "sim" ou "não", considere a possibilidade de realizar testes experimentais adicionais e coletar mais dados.
Para compartilhar seus resultados, escreva um artigo científico abrangente. Saber escrever artigos científicos é uma habilidade útil - os resultados de pesquisas recentes devem ser escritos e publicados em um determinado formato
Método 2 de 2: Execução de experimentos de exemplo
Etapa 1. Escolha um tópico e defina suas variáveis
Por causa deste exemplo, teremos um experimento simples e pequeno. Em nosso experimento, examinaremos o efeito de diferentes combustíveis de aerossol no alcance de tiro da arma de batata.
- Nesse caso, o tipo de combustível aerossol que estamos usando é a "variável independente" (a variável que vamos alterar), onde a distância do projétil é a "variável dependente".
- Algo a se considerar neste experimento - há uma maneira de garantir que cada bala de batata tenha o mesmo peso? Existe uma maneira de usar a mesma quantidade de combustível para cada tiro? Ambos podem afetar o alcance de tiro da arma. Meça o peso de cada bala primeiro e use a mesma quantidade de spray aerossol para cada tiro.
Etapa 2. Crie uma hipótese
Se testarmos spray de cabelo, spray de cozinha e tinta spray, digamos que o hair spary contenha combustível aerossol com um teor de butano maior do que outros sprays. Como sabemos que o butano é inflamável, podemos supor que o spray de cabelo produzirá mais impulso quando aceso, atirando uma bala de batata mais longe. Vamos escrever a hipótese: "O maior teor de butano no combustível aerossol em spray de cabelo, em média, produzirá um alcance de tiro mais longo ao disparar balas de batata pesando entre 250-300 gramas."
Etapa 3. Configure sua coleta de dados anterior
Em nosso experimento, testaremos cada combustível aerossol 10 vezes e calcularemos o rendimento médio. Também testaremos um combustível aerossol que não contém butano como controle experimental. Para nos prepararmos, vamos montar nosso canhão de batata, testá-lo para ter certeza de que funciona, comprar um spray aerossol e depois cortar e pesar nossa bala de batata.
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Também criaremos uma tabela de dados primeiro. Teremos cinco colunas verticais:
- A coluna mais à esquerda será identificada como "Teste #". As células nesta coluna conterão os números de 1 a 10, indicando cada tentativa de tiro.
- As próximas quatro colunas serão rotuladas com o nome do spray aerossol que usamos no experimento. Dez células sob cada cabeçalho de coluna que conterão a distância (em metros) de cada tentativa de tiro.
- Sob cada uma das quatro colunas de combustível, deixe espaço para escrever o valor médio para cada distância.
Etapa 4. Faça o experimento
Usaremos cada spray de aerossol para disparar dez balas, usando a mesma quantidade de aerossol para disparar cada bala. Após cada tiro, usaremos uma fita métrica para medir a distância entre cada bala. Registre esses dados em uma tabela de dados.
Como muitos experimentos, nosso experimento tem alguns problemas de segurança que devemos observar. O combustível aerossol que usamos é inflamável - devemos fechar bem a tampa do atirador da arma de batata e usar luvas grossas ao acender o combustível. Para evitar ferimentos acidentais causados por balas, devemos também garantir que nós (ou outros observadores) estejamos ao lado da arma enquanto disparamos - não na frente ou atrás dela
Etapa 5. Analise os dados
Digamos que descobrimos que, em média, o spray para cabelo atira mais as batatas, mas o spray para cozinhar é mais consistente. Podemos visualizar esses dados. Uma boa maneira de ilustrar a distância média por pulverização é um gráfico de barras, onde um gráfico de dispersão é uma ótima maneira de mostrar as variações na distância de tiro de cada combustível.
Etapa 6. Tire suas conclusões
Veja os resultados de seus experimentos. Com base em nossos dados, podemos afirmar com segurança que nossa hipótese está correta. Também podemos dizer que encontramos algo que não previmos - que o spray de cozinha produziu os resultados mais consistentes. Podemos relatar quaisquer problemas ou bagunças que encontrarmos - digamos que a tinta de spray se acumule na câmara de disparo de um canhão de batata, dificultando disparos repetidos. Finalmente, podemos sugerir áreas para pesquisas futuras - por exemplo, talvez com mais combustível, podemos obter uma distância maior.
Poderíamos até compartilhar nossos resultados com o mundo na forma de artigos científicos - já que o assunto de nossos experimentos, pode ser mais apropriado apresentar essas informações na forma de uma tríplice exposição de ciências
Pontas
- Divirta-se e fique seguro.
- A ciência trata de fazer grandes perguntas. Não tenha medo de escolher um tópico que você nunca viu antes.
Aviso
- Use proteção para os olhos.
- Se algo entrar em contato com seus olhos, enxágue abundantemente por pelo menos 5 minutos.
- Não coloque alimentos ou bebidas perto de seu local de trabalho.
- Lave as mãos antes e depois do experimento.
- Ao usar facas afiadas, produtos químicos perigosos ou fogo quente, certifique-se de que um adulto esteja observando você.
- Use luvas de borracha ao manusear produtos químicos.
- Prenda o cabelo para trás.
