Penyiasatan saintifik merupakan satu proses sistematik yang digunakan oleh komuniti saintifik untuk mencari penyelesaian, menghasilkan penemuan baharu, serta merumuskan teori dan hukum sains. Proses ini memerlukan penyusun dan perekodan hasil siasatan yang teratur bagi memudahkan analisis data, mengenal pasti hubungan antara pemboleh ubah, dan mencapai kesimpulan yang tepat.
Terdapat sembilan langkah utama dalam menjalankan penyiasatan saintifik yang sistematik:
1. Mengenal Pasti Masalah yang Boleh Diuji Siasatan bermula apabila sesuatu fenomena yang diperhatikan memerlukan penjelasan lanjut. Masalah ini perlu dinyatakan dalam bentuk soalan yang boleh diuji, contohnya: “Bagaimanakah tempoh ayunan bandul ringkas bergantung kepada panjangnya?”
2. Membuat Inferens Inferens adalah penjelasan awal atau penerangan sementara berdasarkan pemerhatian. Sebagai contoh, jika diperhatikan epal pada tali yang lebih panjang mengambil masa lebih lama untuk berayun, inferensnya ialah tempoh ayunan bergantung pada panjang tali.
3. Membina Hipotesis Hipotesis ialah tekaan intelektual tentang hubungan antara dua atau lebih pemboleh ubah. Hipotesis yang baik mestilah:
• Ringkas dan jelas.
• Menyatakan hubungan antara pemboleh ubah dimanipulasikan dan pemboleh ubah bergerak balas.
• Boleh diuji melalui eksperimen.
• Contoh: Semakin panjang tali bandul, semakin panjang tempoh ayunannya.
4. Mengenal Pasti Pemboleh Ubah Pemboleh ubah ialah kuantiti fizik yang nilainya boleh berubah. Terdapat tiga kategori utama:
• Pemboleh ubah dimanipulasikan: Kuantiti yang diubah sengaja oleh ahli eksperimen (Contoh: Panjang bandul, l).
• Pemboleh ubah bergerak balas: Kuantiti yang berubah sebagai tindak balas kepada pemboleh ubah dimanipulasikan (Contoh: Tempoh ayunan bandul, T).
• Pemboleh ubah dimalarkan: Kuantiti yang ditetapkan supaya kekal malar sepanjang eksperimen (Contoh: Jisim ladung bandul).
5. Merancang dan Menjalankan Eksperimen Penyediaan radas dan bahan dilakukan mengikut prosedur yang betul. Prosedur mestilah praktikal dan boleh dilaksanakan dalam persekitaran makmal biasa.
6. Mengumpul Data (Penjadualan Data) Data eksperimen, termasuk nilai pemboleh ubah dimanipulasikan dan bergerak balas, direkodkan secara sistematik dalam bentuk jadual untuk memudahkan analisis.
7. Menganalisis dan Mentafsir Data Data dianalisis menggunakan penaakulan saintifik, lazimnya melalui bantuan graf. Graf merupakan antara alat terpenting untuk mentafsir hubungan antara data eksperimen.
8. Membuat Kesimpulan Kesimpulan merupakan ringkasan hubungan antara pemboleh ubah dan menyatakan sama ada hipotesis yang dibina diterima atau ditolak. Sebagai contoh: Tempoh ayunan, T, adalah berkadar terus dengan punca kuasa dua panjang bandul, l (T² ∝ l).
9. Menulis Laporan Seluruh langkah penyiasatan, daripada peringkat awal hingga kesimpulan, didokumentasikan dalam satu laporan yang lengkap dan komprehensif.
Kaedah grafik adalah alat yang kritikal dalam sains untuk menganalisis hubungan antara kuantiti fizik y melawan x.
| Jenis Graf | Bentuk Graf | Tafsiran Hubungan | Persamaan |
| Garis Lurus melalui Asalan | Melalui titik (0, 0) | y berkadar terus dengan x (y ∝ x) | y = mx (m ialah kecerunan) |
| Garis Lurus tidak melalui Asalan | Memintas paksi-y pada nilai c yang positif | y bertambah secara linear dengan x (hubungan linear positif) | y = mx + c (c ialah pintasan-y) |
| Garis Lurus Kecerunan Negatif | Memintas paksi-y dengan arah menurun | y berkurang secara linear dengan x | y = -mx + c |
| Garis Melengkung (Cekung ke Bawah) | Melalui asalan, kecerunan positif (meningkat) | y bertambah secara tidak linear dengan x pada kadar menaik | y ∝ xⁿ (di mana n > 1) |
| Garis Melengkung (Kecerunan Negatif) | Garis menurun | y berkurang secara tidak linear dengan x pada kadar menurun | y ∝ 1/xⁿ |
| Graf Salingan (Hiperbola) | Tidak memintas mana-mana paksi | y berkadar songsang dengan x (y ∝ 1/x) | y = k/x (k ialah pemalar) |
Penganalisisan graf melibatkan beberapa teknik teknikal:
• Menentukan Kecerunan (m): Mewakili kadar perubahan y terhadap x. Dihitung menggunakan rumus: m = Δy / Δx = (y₂ – y₁) / (x₂ – x₁). Unit kecerunan ditentukan dengan membahagi unit paksi-y dengan unit paksi-x. Kecerunan sering kali mewakili kuantiti fizik tertentu seperti pemalar spring.
• Menentukan Luas di Bawah Graf: Mewakili kuantiti fizik tertentu. Contohnya, luas di bawah graf Daya (F) melawan Pemanjangan Spring (x) mewakili Kerja atau Tenaga Keupayaan Kenyal. Pengiraan menggunakan rumus geometri seperti luas segi tiga atau trapezium.
• Interpolasi: Proses menentukan atau menganggarkan nilai pemboleh ubah di dalam julat data yang telah diplot.
• Ekstrapolasi: Kaedah membuat ramalan nilai di luar julat data yang diketahui dengan melanjutkan garis graf. Ketepatan ekstrapolasi adalah lebih rendah berbanding interpolasi kerana ia mengandaikan pola hubungan yang sama berterusan di luar julat ukuran asal.