Векторы – мощная сила
Для меня загадка, почему векторы в школе изучают в курсе математики, а не в курсе физики. Ну да, это как бы логично, векторный анализ – часть математики… Но ведь применяют векторы в основном в физике. И именно на физических величинах мы наглядно видим, для чего векторы нужны и как с ними обращаться.
Для домашних занятий с детьми, как мне кажется, имеет смысл с самого начала взять четкую линию: мы знакомимся с векторами прямо с дошкольного возраста.
Никого не удивляет, что мы знакомим дошкольника с начальными понятиями из геометрии: прямая, отрезок, круг, квадрат, угол, треугольник… А вектор – это просто отрезок со стрелочкой на конце. Тоже очень простая вещь. И ее может понять любой ребенок.
И совершенно естественной выглядит мысль, что все физические величины мы делим на скаляры (когда направление не важно) и векторы (когда важно направление). Масса, время, плотность, объем, площадь… – это скалярные величины. Скорость, сила, ускорение, перемещение… – это векторные величины.
Данную фундаментальную разницу между двумя типами физических параметров надо хорошенько донести до сознания ребенка. Перемещение кузнечика из данной исходной точки на полтора метра может быть произведено совершенно в различных направлениях. То есть важна не только величина перемещения, но и то, в какую сторону кузнечик его делает (прыгает).
Векторы удобно рисовать и представлять. Они наглядны и поэтому прекрасно подходят для объяснений и задач. Они естественны, так как взяты прямо из жизненных реалий, из обычных знакомых всем нам явлений.
Например, я встал посередине комнаты, а потом сделал два шага вправо. Вот и вектор. Его можно даже показать рукой – как он проходит по полу. А затем я сделал три шага в сторону окна, это новый вектор моего перемещения.
И сразу же делается понятным принцип сложения двух или нескольких векторов – когда каждый следующий вектор начинается из конца предыдущего. А общую их сумму мы проводим из начала первого в конец последнего. Именно так мы и перемещаемся, шаг за шагом. А потом все эти перемещения можно сложить по правилу сложения векторов.
Про скорость точно так же ясно: важно знать не только величину скорости самолета (700 км/ч), но и ее направление, то есть в какую сторону самолет летит.
И про силы понятно: имеет значение то, куда каждая из них направлена. Если меня толкают с силой 100 Н вправо или если меня толкают с силой 100 Н влево – будет разный эффект.
Векторное сложение сил по правилу параллелограмма понять посложнее, конечно… Ученые-физики додумались до такой продвинутой технологии далеко не сразу, не один век головы ломали…
Но тем более имеет смысл начинать разбирать с ребенком данную тему заранее, задолго до изучения сил в физике 7-9 классов по программе. Лучше не спеша, на простых примерах ее потихоньку изучить, потихоньку психологически привыкнуть складывать силы по правилу параллелограмма.
Обратите внимание: в начальных занятиях по основам физики с детьми у нас нет задачи полноценно освоить векторный анализ. Мы лишь знакомимся с понятием о векторах и о правилах их сложения – для разбора конкретных физических задач и ситуаций.
Вот летит Земля вокруг Солнца по своей орбите. Какие главные силы на нее действуют? Притяжение со стороны Солнца? Да, правильно. А еще? Ну, Луна тоже Землю немного притягивает. А Юпитер, который летает далеко-далеко? Ну и Юпитер тоже, но очень слабо. А как все эти силы направлены? Давайте нарисуем на картинке их в виде стрелочек…
Удобная идея: чем длиннее стрелочка, тем больше сила, которую она обозначает. Один кирпич на столе давит вниз с силой 6 кг. Обозначим ее стрелочкой. А теперь положим еще один кирпич сверху на первый. Как теперь обозначить общую силу вниз? Какой длины должна быть стрелочка теперь?
Такие простенькие задачи постепенно формируют исходное глубокое понимание векторов и их применения в физике.
Отдельная красивая тема – силовые поля и их обозначения маленькими стрелочками (то есть крошечными векторами). Мы сразу можем видеть, куда направлена сила, действующая на объект в данной точке поля. Очень удобно!
Подчеркиваю: вектора – это общая системная линия во всей физике, они встречаются почти везде. Поэтому надо хорошо освоить данную базу.
В каких случаях силы, действующие на объект, можно считать приложенными к одной его точке (к центру тяжести), а в каких случаях так делать нельзя? Давайте разберем на примерах. В чем принцип? Для детишек здесь открывается прекрасное поле для рисования физических картинок. Да и опыты простейшие можно дома такие ставить.
Словом, изучать основы физики надо сразу с векторами! Они помогают ухватить самую суть физического стиля мышления, самую его фундаментальную основу. И просто хороши как тренировка образного логического мышления.
