9. Применение компьютеров для обработки результатов измерений

В настоящее время многие лаборатории физического практикума оснащены компьютерами, в которые вводят данные и используют для проведения расчетов, построения графиков и отображения информации, оформления результатов измерений. В некоторых случаях компьютеры работают на линии с используемыми для выполнения лабораторных работ установками и приборами, тогда в компьютеры непосредственно поступают результаты измерений физических величин для обработки результатов измерений и оформления протоколов. При этом используются два варианта применения компьютеров для обработки данных.

В первом случае для данной конкретной лабораторной работы в соответствии с разработанным алгоритмом вычислений составляется программа необходимых расчетов с последующей распечаткой результатов измерений для их анализа и окончательной распечаткой в соответствии с предъявляемыми требованиями протокола-отчета лабораторной работы.

Во втором случае применяются уже существующие прикладные программы, которые могут быть использованы как при обработке данных в конкретной лабораторной работе, так и при обработке данных в других экспериментах. После обработки данных компьютер в виде таблиц, графиков или каким-либо другим способом в численном виде выводит окончательные результаты. Одним из достоинств использования прикладных программ является наличие в них обычно специальных процедур сглаживания экспериментальных данных, заменяющих плавное аккуратное вычерчивание кривых от руки. На графике можно получать одновременно сглаженную кривую и экспериментальные точки. Очевидно, что в этом случае предполагается определенная квалификация студента, умение работать с программами.

В лабораториях физического практикума используют такие прикладные программы, как MATLAB, MATHEMATICA. Система MATLAB предназначена для проведения инженерных и научных расчетов. Ее название, являющееся сокращением от MATrix LABoratory (матричная лаборатория), говорит о том, что она ориентирована на обработку массивов данных. С ее помощью можно выполнить действия с векторами, матрицами, численное решение нелинейных, дифференциальных и разностных уравнений, задач оптимизации, численное интегрирование, построение различных видов графиков.

Пакет прикладных программ MATLAB ориентирован в первую очередь на работу с числом, тогда как пакет программ MATHEMATICA разрабатывался для аналитического решения математических задач. Он позволяет проводить широкий спектр символьных преобразований, включающий дифференцирование функций одной и нескольких переменных, нахождение экстремумов функций, вычисление неопределенных, определенных, двойных и криволинейных интегралов, решение дифференциальных уравнений и т.п. Если математическая задача не решается аналитически (например, неберущийся интеграл), возможно численное ее решение с помощью приближенных вычислений. Пакет также имеет широкие возможности для графического представления результатов (дву- и трехмерная графика, мультипликация).