Наблюдения и опыты — это источники физических знаний. Для их осуществления необходимы инструменты. Инструменты создаются для изучения окружающего нас мира. Для изучения нового физического явления приходится создавать новые инструменты и использовать существующие.

Важной категорией инструментов являются измерительные приборы, при помощи которых исследователь можно проводить измерения. Некоторые из них настолько просты, что были изобретены еще в древности — это такие приборы, как линейка (для измерения расстояний), солнечные часы (для измерения времени), рычажные весы (для измерения массы). Изобретение других приборов стало возможным только после открытия ряда электрических или квантовых явлений. Так, работа прибора для измерения электрического тока — амперметра — часто основывается на явлении электромагнитной индукции, а работа современных часов — на электро-механических явлениях или даже квантовых процессах излучения и поглощения в атомах.

Рис. 1. Слева направо: линейка, солнечные часы, рычажные весы.

Рис. 2. Слева направо: гальванометр, кварцевые часы, термометр.

Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми. В аналоговых приборах результат измерения может принимать любое значение из определенного диапазона; в цифровых же приборах измеряемая величина может принимать лишь дискретный набор значений. Это не значит, что аналоговые приборы точнее цифровых: и те, и другие работают с определенной погрешностью, и измеренная величина в любом случае будет приближенной, найденной с определенной погрешностью.

Аналоговые приборы обычно снабжены шкалой, позволяющей производить отсчет наблюдаемой величины. В цифровых приборах результаты измерений обычно выводятся на экран или распечатываются на принтере. Впрочем, и результаты измерения аналоговыми приборами также могут быть выведены на экран — при помощи аналого-цифрового преобразователя.

Важную роль в научном эксперименте играют инструменты для наблюдения. Одни инструменты лишь помогают органам чувств, усиливая наблюдаемые оптические, звуковые, вкусовые явления. К таким инструментам относят телескопы, оптические микроскопы, слуховые устройства. Другие приборы преобразуют информацию из совершенно непостижимой нашими органами чувств формы в изображение или звук. Таковыми являются электронные микроскопы, приборы для наблюдения магнитных полей и рентгеновского наблюдения и многие другие.

Рис. 3. Инструменты для наблюдения — телескоп, лупа, электронный микроскоп

В эксперименте также важны инструменты для передачи и обработки информации. Если раньше таким инструментом был человеческий мозг, то сейчас ни один серьезный эксперимент нельзя представить без линий связи, преобразователей, компьютеров.

Наконец, в современном эксперименте редко можно обойтись без инструментов, воздействующих на изучаемые объекты. Это газовые горелки и ускорители элементарных частиц, вакуумные насосы и мощные электромагниты.

Рис. 4. Слева направо: газовая горелка, форвакуумный насос, электромагнит

Приборы и инструменты разделяют по отрасли применения: химические, биологические, медицинские, геодезические, радиотехнические, акустические, астрономические и другие. В основу действия прибора, предназначенного для определенной цели, могут быть положены самые различные физические явления.