Model doświadczalny - Polski Serwis Naukowy

Model doświadczalny w nauce to uproszczona lub zmniejszona wersja rzeczywistego układu używana z powodów ekonomicznych lub zasadniczych w celu badania zachowania się układu rzeczywistego.

Przykłady modeli

W przypadku nauk stosowanych i inżynieryjnych często zamiennie używa się słowa prototyp, zwykle jednak czyni się tak, gdy układ modelowy posiada zbliżone rozmiary do układu rzeczywistego i prawie pełną funkcjonalność, co w wypadku wielu układów jest oczywiście niemożliwe. Budowanie modeli doświadczalnych rozmaitych układów lub urządzeń jest powszechna praktyką w technice. Budowane są modele budynków, mostów, samolotów, zapór wodnych a nawet prostszych obiektów jak samochody, skrzydła czy śmigła. Celem takich praktyk jest wykonanie testów działania tych urządzeń bez ponoszenia kosztów związanych z budową działających prototypów czy gotowych rozwiązań i z uniknięciem ryzyka poważnych awarii czy katastrof.

Przemysł – dział produkcji materialnej, w którym wydobywanie zasobów przyrody i dostosowanie ich do potrzeb ludzi odbywa się na dużą skalę, na zasadzie podziału pracy i za pomocą maszyn. Jego rozwój decyduje o poziomie i tempie rozwoju gospodarczego, gdyż jest jedynym działem gospodarki wytwarzającym środki pracy[potrzebne źródło].

Nauka – autonomiczna część . Nauka jest budowana i rozwijana wyłącznie za pomocą tzw. metody naukowej lub metod naukowych nazywanych też paradygmatami nauki poprzez działalność badawczą prowadzącą do publikowania wyników naukowych dociekań. Proces publikowania i wielokrotne powtarzanie badań w celu weryfikacji ich wyników, prowadzi do powstania wiedzy naukowej dostępnej dla całej ludzkości. Zarówno ta wiedza jak i sposoby jej gromadzenia określane są razem jako nauka.

W naukach podstawowych model doświadczalny to fragment rzeczywistości, który wyróżnia się dla uściślenia warunków eksperymentu lub aby uprościć obliczenia. Np: reakcję chemiczną z którą występują problemy w przemyśle bada się w laboratorium w radykalnie zmniejszonej skali, tworząc w kolbie reakcyjnej pomniejszony model zjawisk zachodzących w aparaturze przemysłowej.

Laboratorium – to miejsce, gdzie przeprowadza się tę część badań naukowych, która wymaga wykonywania wielu powtarzalnych eksperymentów w ściśle kontrolowanych warunkach.

Eksperyment (łac. experimentum - doświadczenie, badanie) – w naukach przyrodniczych i społecznych zbiór działań wzbudzających w obiektach materialnych określone reakcje i zjawiska w warunkach pozwalających kontrolować wszelkie istotne czynniki, które poddaje się dokładnej obserwacji.

Problem skali

Jakkolwiek badania na modelach są bardzo przydatne, często dają one fałszywe rezultaty, ze względu na dodatkowe zjawiska, które zostały nieświadomie wyeliminowane na skutek przejścia do małej skali. Aby móc porównać wyniki badań na modelach z wynikami w skali rzeczywistej konieczna jest znajomość kryteriów podobieństwa określających pod jakimi warunkami możliwe jest przeniesienie wyników obserwacji z modelu do rzeczywistości.

Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.

Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.

Np. wartość prędkości opływu skrzydła samolotu w modelu w skali 1:10 jest zupełnie inna niż w rzeczywistym przypadku skrzydła samolotu. W przypadku modelu skrzydła samolotu możliwe jest porównywanie przepływów o tej samej liczbie Reynoldsa Re, co powoduje że rzeczywisty odpowiednik układu modelowego charakteryzuje się innymi wartościami prędkości przy tej samej wartości liczby Reynoldsa.

Kryteria podobieństwa modeli doświadczalnych zjawisk lub układów fizycznych, to uzyskane dzięki analizie ich modeli matematycznych zasady pozwalające ustalić czy opisywane zjawisko oraz jego doświadczalna realizacja w sytuacji modelowej mogą być uważane za tożsame. Innymi słowy badamy małą kopię układu (model samolotu w tunelu aerodynamicznym, rozpiętość skrzydeł 1 m), a chcemy wyciągać wnioski na temat zachowania się dużego obiektu (prawdziwy samolot, rozpiętość skrzydeł 120 m). Okazuje się, że pomiędzy takimi układami nie zachodzi prosta zależność polegająca na pomnożeniu wyników pomiarów, np. prędkości gazów razy skala modelu.

Samochód – pojazd mechaniczny z własnym napędem (silnik) i źródłem energii, którym jest paliwo (gaz, ropa, benzyna, wodór), jak również bateria. Dwu lub trzyśladowy, na trzech (np. cyklonetka), lub więcej kołach (najczęściej czterech), przeznaczony do przewozu osób, ładunków itp.