Папа Карп

Мир вокруг нас очень интересен. Но школьная физика часто воспринимается как нудная и скучная вещь. Почему?

Я открою вам простой секрет.

Одна из причин – это одномерность тех задач и примеров, которые изучаются в школе. В некоторых случаях добавляются простейшие двумерные случаи. Но до трехмерных задач дело почти никогда не доходит. Ну, разве что когда вычисляем объем и плотность тел, но это не такая уж интересная история…

А мир наш – трехмерен. И любое физическое явление в нем – трехмерно, как правило. И любой физический объект обычно мы воспринимаем именно в трех измерениях.

Понаблюдайте, как летает по комнате муха или как порхает над луговыми цветами бабочка, или как ползет по лесной тропинке гадюка, или как плавает рыбка в аквариуме, или как неспешно движется по дивану домашняя кошка…

Все эти движения происходят в пространстве трех измерений. И представьте себе, как скучно было бы рассматривать все те же самые явления, если бы их сделать одномерными, то есть только строго вдоль одной прямой. Даже и извивов тела змеи или шевеления плавников рыбки мы бы не увидели. А лишь скучное перемещение на столько-то сантиметров в таком-то направлении.

Представьте себе полет космического корабля между планетами или плавание подводной лодки в морских глубинах, или фигуры высшего пилотажа, выполняемые спортивным самолетом… Опять же, это все физические явления в трехмерном пространстве, а не в одномерном.

Когда я начал учиться в вузе, то на первых лекциях по физике нас стали приучать к записи всех физических величин и формул сразу в трех координатах. И далее это было только так. Настоящая физика – это наука о явлениях, происходящих в реальном трехмерном пространстве. Это и гораздо сложнее, но и гораздо-гораздо интереснее!

В какой-то момент я понял, что та физика, которую я так старательно и с таким воодушевлением изучал в школе, на самом деле не очень-то и физика как бы… Ну да, некие общие вещи там вводятся и разъясняются… Но делается это на столь упрощенном уровне, что вся магия науки теряется почти полностью.

А магия существует именно в трех измерениях.

Приступая с детишками к изучению основ физики дома, об этом имеет смысл помнить. Тем более что в таких домашних уроках мы практически не используем формулы, а говорим лишь о сути дела, о физических механизмах явлений.

Логика составителей школьной программы по физике очевидна: проходить материал от простого к сложному. Да, все физические законы и уравнения, все учебные задачи и примеры – это все значительно проще описать и понять в одномерных случаях. Но получается скучно и очень далеко от реальных природных явлений или от реальных технических устройств.

Когда муха летает по комнате, то ясно: ее движение надо описывать именно в пространстве (если мы почему-то хотим это делать). Чтобы написать соответствующие уравнения, надо многое изучить сначала из математики. Да и вообще описание в трех координатах – это значительно более сложная история…

Но чтобы качественно обсудить с ребенком полет мухи, нам всех этих сложностей не надо. Координаты, перемещение, скорость, путь, траектория… – все эти понятия можно осознать безо всякой математики вообще.

Согласитесь, что наблюдать (или представлять) трехмерное движение мужи значительно интереснее, чем ее ползание вдоль одной прямой туда-сюда.

И все ведь очень просто: мы воспринимаем мир вокруг нас не в одномерных упрощениях, а в пространственных вариациях. Поэтому и физику надо изучать в реальном мире, в трех реальных измерениях.

Это простая, но очень важная методическая концепция!

И не стоит по привычке (которая, возможно, сохранилась со времен вашего школьного детства) “убегать от реальности” в одномерные объяснения.

Наоборот, все наши знания из школьного учебника лучше переводить в пространство трех измерений – когда это только возможно.

Конечно, есть масса в принципе одномерных ситуаций, когда усложнения были бы излишни.

Например, кинули камень вертикально вверх, он летит и замедляется, потом останавливается в воздухе в верхней точке полета, а потом начинает падать вниз, все более и более ускоряясь. И обсудить такую историю с ребенком, разумеется, проще всего чисто как движение вдоль одной вертикальной прямой.

Но в большинстве случаев гораздо интереснее изучать физику в объемных процессах. Это ощущается как настоящее, а не как выдуманное!

Вот сила трения – почему она бывает? Можно, конечно, нарисовать картинку типа как в учебнике… Но можно взять шершавый кусок дерева, положить его на стол, поелозить им, почувствовать трение, поразглядывать неровности на этой деревяшке и на столе, пошкрябать по ним пальцем… И это уже будет нечто реальное, трехмерное, магическое и удивительное…

А вы представляете, как происходит полет кометы по Солнечной системе? Думаете, она всегда летает точно в той же плоскости, в которой кружится вокруг Солнца наша Земля? Нет, не всегда так бывает… Давайте представим, как это все происходит в огромном космическом пространстве…

Обратите внимание: многие вещи в физике трудно нарисовать, но их можно вообразить себе, их можно объяснить через воображаемые объемные картинки. У детишек обычно хорошая фантазия, они легко представляют себе всякие сложные образы.

Сравните шесть разных ситуаций. Первая: букашка ползет по туго натянутой прямой нити. Вторая: та же самая букашка ползет по узкой тонкой травинке, изогнувшейся среди других травинок. Третья: эта же букашка ползет по ровному и гладкому листу бумаги, лежащему на ровном столе. Четвертая: все та же букашка ползет по сильно скомканному листку бумаги, преодолевая его складки и вмятины. Пятая: в бумаге кое-где сделали дырки, и теперь букашка может пролезать через них на другую сторону скомканного листа бумаги. Шестая: букашке надоело ползать, поэтому она расправила крылышки и полетела среди травы, между листиками и цветочками…

Да, для простейших учебных расчетных задач наиболее удобен первый вариант движения букашки. Но если подойти с точки зрения интересности (для нас и для самой этой букашки), то какое движение интереснее?

Или сравните три объекта: 1) отрезок длиной 10 см; 2) квадрат со стороной 10 см; 3) кубик с ребром 10 см. Какой из данных объектов нам интереснее? С каким из них мы можем поиграть? Какой из них можно повертеть в руках? Внутрь какого из них мы можем даже “забраться” – в своем воображении превратившись в очень маленьких человечков?..

Объемная картина всегда захватывает нас значительно сильнее, чем плоская. А плоская – сильнее, чем одномерная-линейная. Это просто закон. И для реального наблюдения, и для представления в уме.

Поэтому рассказывайте детям сразу про настоящую (то есть про пространственную физику). Это и веселее, и более естественно, и даже проще в каком-то смысле, как это ни парадоксально. Ведь такой способ изучения гораздо ближе к реальной жизни.

Итак, секрет очень прост: магия существует именно в трех измерениях.

И это абсолютно реальная вещь. Просто так наша жизнь устроена. И так устроено наше восприятие.