Методы научных и экспериментальных исследований

МЕТОДЫ НАУЧНЫХ 
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ

Ю.М. ОСАДЧИЙ 
В.В. КУЗНЕЦОВ 
А.В. ПАТКАУСКАС

Москва
ИНФРА-М
2021

Черноморское высшее военно-морское училище
имени П.С. Нахимова

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК  [001.891+629.5](075.8)
ББК 39.42в6я73
 
О72

А в т о р ы :

Осадчий Ю.М., доктор технических наук, профессор, профессор 

Черноморского высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова;

Кузнецов В.В., кандидат технических наук, доцент, профессор Чер
номорского высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова;

Паткаускас А.В., кандидат технических наук, доцент, доцент Чер
номорского высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова

Н а у ч н ы й  р е д а к т о р :

А.Л. Кирюхин, доктор технических наук, профессор

Р е ц е н з е н т :

Ю.Е. Обжерин, доктор технических наук, профессор

ISBN 978-5-16-015734-4 (print)
ISBN 978-5-16-108131-0 (online)

© Черноморское высшее 

военно-морское училище 
имени П.С. Нахимова, 2021

Осадчий Ю.М.

О72  
Методы научных и экспериментальных исследований : учебное 

пособие / Ю.М. Осадчий, В.В. Кузнецов, А.В. Паткаускас. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 238 с. — (Военное образование). 

ISBN 978-5-16-015734-4 (print)
ISBN 978-5-16-108131-0 (online)
Учебное пособие составлено в соответствии с программой по дисципли
не «Методы научных и экспериментальных исследований». Содержит теоретический материал, примеры постановок и решений задач, требующих 
применения научных и экспериментальных исследований.

Для студентов механических и судоводительской специальностей.

УДК [001.891+629.5](075.8)

ББК 39.42в6я73

Введение

Согласно закону Российской Федерации государственная научно-техническая политика осуществляется исходя из следующих 
принципов:
 
– признания науки социально значимой отраслью, определяющей уровень развития производительных сил государства;
 
– гарантии приоритетного развития фундаментальных научных исследований;
 
– интеграции научной, научно-технической и образовательной 
деятельности;
 
– поддержки конкуренции в области науки и техники;
 
– концентрации ресурсов на приоритетных направлениях развития науки и техники;
 
– стимулирования научной, научно-технической и инновацион ной деятельности через систему экономических и иных 
льгот.
Под руководством Президента РФ разработаны и внедряются 
«Основы политики Российской Федерации в области развития 
науки и технологий».
Согласно этому документу важнейшими задачами являются:
 
– развитие фундаментальной науки, важнейших прикладных 
исследований и разработок;
 
– формирование инновационной системы;
 
– повышение эффективности использования результатов научной и научно-технической деятельности;
 
– сохранение и развитие кадрового потенциала научно-технического комплекса страны.
Инновационной является деятельность, направленная на получение нового или усовершенствованного продукта, нового или усовершенствованного технологического продукта, используемого 
в практической деятельности.
Министерством образования РФ разработана программа и внедряется «Концепция научно-технической и инновационной политики». В ней указаны главные цели системы образования: обеспечение подготовки специалистов, научных и научно-педагогических 
кадров на уровне мировых квалификационных требований, эффективное использование ее образовательного, научно-технического 
и инновационного потенциала для развития экономики и решения 
социальных задач страны.

Формой осуществления и развития науки является научное исследование. В Федеральном законе «О науке и государственной 
научно-технической политике» даны следующие понятия: научное  
исследование (научно-исследовательская деятельность) — это 
деятельность, направленная на всестороннее изучение объекта, 
процесса или явления, их структуры и связей, а также получение 
и внедрение в практику полезных для человека результатов. Изучение магистром методологии научных и экспериментальных 
исследований призвано обеспечить уровень его квалификации, позволяющий осуществлять научную, научно-техническую и инновационную деятельность.
В результате изучения дисциплины «Методы научных и экспериментальных исследований» будущий специалист должен:
знать
 
• содержание политики государства в области развития науки, инноваций и технологий;
 
• содержание понятий «научная деятельность», «методология»;
 
• цели научных исследований;
 
• цили экспериментальных исследований;
 
• этапы научного познания;
 
• основные исследовательские принципы;
 
• виды моделей технических средств судов;
уметь
 
• выполнять теоретические исследования статических режимов 
процессов, устройств, судовых систем;
 
• планировать эксперимен ты по определению свойств объектов;
 
• анализировать результаты теоретических и экспериментальных 
исследований;
 
• выполнять критический технико-экономический анализ предлагаемых решений;
владеть навыками
 
• абстрактного мышления;
 
• постановки задач теоретических и экспериментальных исследований;
 
• составления моделей объектов;
 
• реализации эксперимен тов;
 
• обработки результатов эксперимен тов;
 
• оформления результатов исследований;
 
• внедрения результатов исследований.

Глава 1. 
НАУЧНЫЕ 
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В философском словаре методология определяется как совокупность способов, приемов исследования, применяемых в той 
или иной сфере человеческой деятельности.
Методология научной деятельности — совокупность способов, 
приемов, применяемых в научных исследованиях.
Знание — идеальное воспроизведение в языковой форме обобщенных представлений о закономерных связях объективного мира. 
Процесс движения от незнания к знанию называют познанием. Познание включает в себя два уровня: чувственный и рацио нальный. 
Чувственное познание формирует эмпирическое знание, получаемое посредством ощущений, восприятия, представления и воображения. Рацио нальное познание позволяет вскрыть закономерности 
явлений и процессов в реальном мире.
Виды мышления
Мыслью называют действие ума, рассудка. Мышление — это умственная, познавательная деятельность человека, результатом которой 
является мысль. Мышление активно и включает в себя внимание, 
восприятие возникновения ассоциаций, образование понятий.
Теоретическое понятийное мышление — вид мышления, 
при реализации которого человек выполняет действия в уме, пользуясь понятиями и не выполняя опыты. Теоретическое образное понятие — вид мышления, при реализации которого человек использует созданные воображением образы. Теоретическое понятийное 
мышление характерно для исследований технических средств, теоретическое образное — для работников литературы и искусств.
Наглядно-действенное мышление — умственная деятельность, 
направленная на последующую преобразовательную деятельность 
с материальными объектами. Это вид деятельности характерен 
для «производственников».
Формы абстрактного мышления
Абстракция (от лат. abstractio — отвлечение) — отвлечение 
в процессе мышления от несущественного с целью выделения существенных закономерных признаков. Формы мышления, в ко

торых отражаются наиболее общие, существенные и необходимые 
свойства, называют понятиями, они являются основным материалом мышления. Кроме понятий, формами абстрактного мышления являются:
 
– суждение — мысль, отражающая наличие или отсутствие какого-либо признака предмета;
 
– умозаключение — мыслительные действия, в результате которых из одних суждений выводятся новые суждения.
Минимум необходимых выявляемых свойств обеспечивает высокую степень абстракции. Учет большого числа факторов, деталей 
снижает степень абстракции. Отобразить все происходящее невозможно. Степень абстракции при иследовании технических средств 
обыч но определена сформулированной гипотезой.
При реализации исследования используют два приема — расчленение и объединение (комплексный подход). Обоснованное 
расчленение объекта на элемен ты ведет к упрощению исследования. Диалектика требует изучения расчлененного объекта как 
системы с полным описанием причинно-следственных связей. 
При этом важным является формулирование качественных и количественных выводов. Например, вывод «качественный результат 
у является возрастающей функцией х» важен. Однако при исследовании технических объектов важной является количественная 
оценка. Если при увеличении х на 1% от начального значения х01 
значение у увеличивается на 0,5%, а при увеличении х на 1% от начального х02 > х01 значение у увеличивается на 0,05, то формулируется вывод об уменьшении эффективности управления значениями 
у за счет изменения х при увеличении х0.
Уровни научного познания
Познание делят на обыденное и научное. Обыденное познание 
имеет две стороны — чувственную (сенситивную) и рацио нальную. 
На эмпирическом уровне объект исследуют путем наблюдений 
и эксперимен тов. Научное и обыденное познание связаны, научное 
познание исходит из результатов обыденного познания. Научное 
знание имеет два уровня: теоретическое и эмпирическое. Научным 
методом является совокупность основных способов получения 
новых знаний и методов решения задач в любой науке. Греческое 
слово method означает «путь к чему-либо». Это совокупность приемов и операций освоения действительности.
Эмпирический материал получают, наблюдая объект непосредственно и осознавая его свойства, и с помощью приборов. Теоретический объект представляет собой абстрактную модель реального 
объекта, выраженную на специальном языке — научными терми

нами, знаками искусственного языка. Эмпирический уровень познания характеризуется наличием наблюдения, описания, сравнения, измерения, эксперимен тов. Теоретический уровень исследования содержит формализацию, моделирование, идеализацию, 
а также формулирование гипотез и аксиом. В результате формируются законы, теории.
Научное знание имеет два уровня: теоретическое и эмпирическое. Научным методом является совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в любой 
науке.
Цели теоретического исследования
Целями теоретических исследований являются получение 
знаний о связях между исследуемым объектом и окружающей 
средой, выявление закономерностей и их формализация, объяснение и обсуждение результатов эмпирического исследования, 
предсказание фактов. Научная теория представляет собой систему 
абстрактных понятий и утверждений, идеализированно отображающую действительность.
Классификация объектов исследования
Класс объектов — это объекты, обладающие общим важным 
свойством. Транспортные средства — объекты, способные транспортировать (перемещать в пространстве) материальные объекты. Но транспортные средства могут обладать разными важными свойствами — способностью осуществлять транспортные 
операции в разных средах. Таким образом образуются подклассы 
транспортных средств — наземный, водный, воздушный транспорт. Результаты классификации отражают в виде «перевернутого» дерева.
Этапы научного познания:
 
– возникновение идей;
 
– формирование понятий, суждений;
 
– выдвижение гипотез;
 
– обобщение научных фактов;
 
– доказательство правильности гипотез и суждений.
Гипотеза — утверждение, требующее доказательства и проверки 
предположения о причине, которая вызывает следствия.
Доказанная гипотеза может стать теорией.
Теория – система обобщенного знания и объяснения фактов, 
позволяющая прогнозировать последствия. Теория является логическим обобщением объективных результатов, общих положений 
в определенной сфере знания или деятельности.

Эксперимент — одна из сфер человеческой практики, в которой 
подвергается проверке истинность выдвигаемых гипотез или выявляется закономерность.
Наука — форма интеллектуальной деятельности людей, направленная на получение объективных знаний о действительности, 
природе, обществе, мышлении, на открытие законов мира, их теоретическую систематизацию и предвидение тенденций развития. 
Наука позволяет создать стройную систему знаний, объективно 
отражающую реальный мир.
Объективное — то, что не зависит от субъекта, от его сознания 
и воли. Объективное — значит присущее объекту.
Объект — философская категория, выражающая нечто, существующее в реальной действительности.
Задачи науки:
1. Собирание (сбор), описание, анализ, обобщение и объяснение 
фактов, явлений, процессов.
2. Обнаружение законов природы, общества, мышления.
3. Систематизация полученных знаний.
4. Прогнозирование событий, явлений, процессов.
5. Установление направлений и форм практического использования полученных знаний. Теория и практика — диалектические 
противоположности, не существующие отдельно друг от друга.
Практика — деятельность, с помощью которой человек преобразует мир в трех направлениях: материально, в границах общественных отношений, сознательно.
Теория без практики мертва, практика без теории слепа.
Классификация наук в зависимости от сферы познания:
1. Естественные науки и математика.
2. Гуманитарные и социальные науки.
3. Логика, гносеология.
Естественные науки и математика включают в себя физику с ее 
разделами, химию с ее разделами, биологию, географию, геологию, 
гидрометеорологию, экологию с их разделами и другие. Этим наукам свойственны количественные («числовые») оценки объектов 
познания.
Высшее профессио нальное образование в настоящее время выделяет более 20 отраслей науки: физико-математические, экономические, технические и другие.
Важнейшая функция науки — быть производительной силой, 
быть основой производства материальных объектов для удовлетворения потребностей людей и их сообществ.

Другой важной функцией науки является мировоззренческая 
и близкая к ней образовательная, имеющая, кроме прагматизма, 
направленность на познание философии, искусств, морали.
Исследованием называют процесс научного изучения объекта 
(предмета, явления материального или идеального) с целью выявления закономерностей его возникновения, развития и изменения 
в интересах общества.
Основные исследовательские принципы:
 
– наличие познавательного интереса, потребности в исследованиях;
 
– добровольное творчество;
 
– самостоятельность в процессе поиска информации, путей 
и средств решения задач;
 
– активность при осуществлении исследования;
 
– понимание места исследуемого объекта в общем мире;
 
– ответственность за свои действия.
Фундаментальные научные исследования — теоретическая 
или экспериментальная деятельность, направленная на получение 
новых знаний об основных закономерностях строения, функционирования, развития природной среды, человека, общества.
Прикладные научные исследования — научная деятельность, направленная преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей.
Проблема — сложная теоретическая или практическая задача, 
способы решения которой неизвестны или известны неполностью.
Аксиома — исходное положение, являющееся недоказуемым, 
из которого выводятся другие положения.
Закон — объективная, существенная, внутренняя, необходимая 
и устойчивая связь между явлениями, процессами.
Дедукция — умозаключение, созданное на основании знания 
общих свойств, познания от общего к частному.
Индукция — умозаключение от частного к общему.
Разработка рабочей гипотезы
После формирования темы исследования выявляют степень 
ее изученности. Появляется основа для углубления, уточнения 
знаний — рабочая гипотеза. Она является промежуточным звеном 
в научных исследованиях, определяющим его основные цели. 
При этом следует помнить, что гипотеза является доказанной и абсолютно достоверной. Однако она должна быть обоснованной, и ее 
обоснованиями являются результаты предшествующих научных 
исследований.

Моделирование — это замещение объекта (оригинала) другим 
объектом и изучение свойств объекта путем исследования свойств 
модели.
При разработке новой модели оказывается необходимым идти 
следующим путем. С одной стороны, нужно исходить из наиболее 
общих законов, принципов, таких, как закон Ньютона, закон Ома, 
правила Кирхгофа. С другой стороны, начинать работу с досконального изучения всего множества проверенных моделей в данной 
отрасли знаний соответственно специфике темы исследования 
и сформулированной гипотезе.
Эмпирическое исследование — наблюдение, описание, сравнение, 
счет, измерение, эксперимент, анкетный опрос и др.
Теоретическое исследование — аксиоматическое, гипотетическое, 
формализация, абстрагирование, математическое моделирование, 
анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия и др.
Анализ — расчленение предмета на составные части — элемен ты, 
свойства и их отношения.
Синтез — соединение отдельных частей или сторон предмета 
в единое целое.
Теоремы и критерии подобия
Теория подобия устанавливает критерии подобия различных 
физических явлений. Она вляется основой изучения одних физических явлений путем изучения других. Например, если критерий 
подобия — число Рейнольдса — реального судна его модели одинаковы, то результаты исследования свойств модели являются основанием для определения свойств судна.
Критерий подобия — безразмерная величина, составленная 
из размерных физических параметров, определяющих рассматриваемое физическое явление. Равенство всех однотипных критериев подобия для двух физических явлений (систем) — необходимое и достаточное условие физического подобия этих явлений 
(систем).
Примеры критериев:
1. В теоретической механике — число Ньютона:

 

2
,
e
F t
N
m l
⋅
=
⋅
 

где F — действующая на тело сила, m — масса тела, t — время, l — 
характерный линейный размер.