ما المتغير في التجربة؟
المتغير هو أي عامل يمكن أن يتغير في التجربة. التجربة العلمية الجيدة لا تغيّر كل شيء دفعة واحدة، بل تغيّر عاملًا واحدًا وتراقب أثره في عامل آخر مع تثبيت بقية العوامل. هذا يجعل الاستنتاج واضحًا بدل أن يصبح السؤال خليطًا لا يُعرف سببه.
المتغير المستقل
المتغير المستقل هو العامل الذي يغيّره الباحث عمدًا. غالبًا يوضع على المحور الأفقي x. في تجربة دراسة أثر الزمن في المسافة التي تقطعها عربة، يكون الزمن هو المتغير المستقل.
المتغير التابع
المتغير التابع هو العامل الذي نقيسه ونلاحظ تغيره نتيجة تغير المتغير المستقل. في المثال السابق تكون المسافة هي المتغير التابع؛ لأنها تتغير تبعًا للزمن.
المتغيرات الثابتة
المتغيرات الثابتة هي العوامل التي نحافظ عليها كما هي حتى تكون التجربة عادلة. في تجربة العربة يجب تثبيت نوع العربة وسطح الحركة وطريقة بدء الحركة وأداة القياس. إذا غيّرنا الزمن وغيّرنا زاوية السطح في الوقت نفسه فلن نعرف سبب تغير المسافة.
مثال: القوة والتسارع
لدراسة أثر القوة في التسارع، نجعل القوة هي المتغير المستقل، والتسارع هو المتغير التابع، والكتلة ثابتة. من قانون نيوتن الثاني:
\( F = ma \)
إذا بقيت الكتلة ثابتة فإن التسارع يزداد عند زيادة القوة، أي إن العلاقة طردية.
مثال: الكتلة والتسارع
إذا ثبتنا القوة وغيّرنا الكتلة، تصبح الكتلة هي المتغير المستقل والتسارع هو المتغير التابع. من العلاقة:
\( a = \frac{F}{m} \)
نلاحظ أن زيادة الكتلة تؤدي إلى نقص التسارع عند ثبات القوة، أي إن العلاقة عكسية.
أنواع العلاقات بين البيانات
- علاقة طردية: تزداد كمية بزيادة كمية أخرى.
- علاقة عكسية: تنقص كمية بزيادة كمية أخرى.
- علاقة خطية: تظهر في الرسم على شكل خط مستقيم.
- علاقة تربيعية: تعتمد كمية على مربع كمية أخرى.
- لا علاقة واضحة: عندما تكون النقاط عشوائية أو التجربة غير مضبوطة.
مثال بيانات
إذا سجلنا المسافة التي تقطعها عربة بسرعة ثابتة فوجدنا: 2 m عند 1 s، و4 m عند 2 s، و6 m عند 3 s، و8 m عند 4 s، فهذا يعني أن المسافة تزداد بمقدار ثابت كل ثانية، والسرعة تساوي 2 m/s.
كيف نكتب الاستنتاج؟
الاستنتاج العلمي الجيد يربط بين المتغيرين. بدل قول: "زادت المسافة"، نقول: "زادت المسافة بانتظام عند زيادة الزمن، مما يدل على حركة بسرعة ثابتة". الجملة الثانية أدق لأنها تصف العلاقة لا النتيجة فقط.
أخطاء شائعة
- الخلط بين المتغير المستقل والتابع.
- تغيير أكثر من عامل في التجربة.
- عدم كتابة الوحدات في الجدول أو الرسم.
- استخلاص علاقة عامة من عدد قليل جدًا من القراءات.
خلاصة
فهم المتغيرات يجعل التجربة مفهومة. نغيّر المتغير المستقل، ونقيس المتغير التابع، ونثبت بقية العوامل. ثم نستخدم الجدول والرسم البياني لاكتشاف العلاقة بين البيانات.