Числовые примеры
При изучении физики весьма важно не только понимать общие физические механизмы явлений (”как все устроено”), но и уметь ощущать в реальных числах соотношения и физические законы в окружающем мире.
Например, нужно понимать не только то, что Луна вращается вокруг Земли, но и то, что полный оборот происходит примерно за месяц, то есть за 30 дней.
Одна из особенностей профессионального мышления физиков – это хорошая ориентация в конкретных численных значениях. Речь не идет о том, чтобы многое запоминать. Важно именно ориентироваться в масштабах величин и уметь легко подсчитывать нужные вещи.
С другой стороны, само обсуждение с детьми любой ситуации с точки зрения физики часто требует и указания конкретных чисел – чтобы картина стала ясной, чтобы ребенок хорошо ее представил и осознал.
Конечно, иногда вполне достаточно просто рассказать о физической сути явления, не упоминая каких-то чисел, не перегружая ребенка избытком информации. А иногда – как раз наоборот. Вместо абстрактных теоретических разговоров – приведем конкретное числовое значение физического параметра. И сразу все сделается понятно и наглядно.
Например, ускорение свободного падения. За секунду падающий объект увеличивает свою скорость примерно на 10 м/с. Удобное и понятное число. Его и запомнить легко – в жизни пригодится.
Данную ситуацию легко обсудить с ребенком, легко ее нарисовать на бумажке, легко представить в голове такую картинку. После первой секунды падения камень разогнался до скорости 10 м/с, после второй секунды – до скорости 20 м/с, через 3 секунды падения скорость камня уже будет 30 м/с… Конечно, если не учитывать сопротивление воздуха…
Или скорость звука в воздухе. Это 330 м/с примерно. То есть 1 км за 3 секунды звук проходит. Просто и наглядно. А в воде звук идет быстрее гораздо, примерно в 5 раз быстрее, чем в воздухе, то есть около 1500 м/с. А в железном рельсе (на железной дороге) скорость звука еще больше: около 6000 м/с.
А какова скорость звука в вакууме, то есть в космосе? А? Больше, чем в воздухе, или меньше? Прекрасный вопрос для маленьких детишек – чтобы поразмышляли. Кто-то догадается сам, что в вакууме звук не распространяется, а кто-то не догадается… Но в любом случае мы глубже поймем физический механизм движения звука в среде. Мы лучше поймем, что такое звук, и запомним про него самую суть.
На картинке к этой статье спринтер бежит со скоростью 10 м/с. А сколько это будет километров в час? Быстрее автомобиля или медленнее? Как сосчитать?
Мы можем поговорить и о скорости света. Да, она огромная… Но все равно от нашего Солнца до нашей Земли свет идет около 8 минут.
Как мы это узнали? Ну, расстояние от Земли до Солнца (оно называется “астрономическая единица”) примерно 150 000 000 км, а скорость света равна 300 000 км/с. Вот и посчитали – по простой формуле из начальной школы. Получилось около 500 с, то есть около 8 минут.
Смысл не в том, чтобы запомнить эти числа (хотя они вообще-то много где встречаются, поэтому неплохо, если они запомнятся постепенно). Смысл в том, чтобы в реальных числах представить каждую из описанных здесь ситуаций: свободное падение предмета, распространение звука, бег спринтера, движение солнечного луча к нам на Землю от Солнца…
А на какой угол поворачивается Земля вокруг своей оси за час? А за минуту? А за секунду? А эти углы как-то связаны с видимым движением солнца по небу?
Ну и если уж говорить о космосе, то как не упомянуть выражение “световой год”! Вы только представьте: свет от ближайшей звезды (кроме Солнца) идет к нам примерно 4 года! А есть звезды на расстояниях тысячи и даже миллионы световых лет…
Когда мы приводим конкретное число, в голове появляется картинка. Вот что важно. Мы можем именно вообразить: вот здесь на схеме Солнечной системы расположено Солнце, вот летит по своей орбите Земля, вот такое между ними расстояние, вот маленький фотончик вылетел с Солнца и помчался к нам по космосу, вот через целых 8 минут он до нас долетел!
Очень уместно приводить конкретные числа и в такой теме, как давление. Атмосферное давление равно 760 мм ртутного столба. Что сие означает? А вы знаете, на какой высоте давление воздуха станет вдвое меньше? Ну, нам просто интересно… Можем посмотреть в каком-нибудь учебнике или справочнике…
Когда мы начинаем опускаться под воду, то на каждые 10 метров в глубину давление воды становится на одну атмосферу больше. Очень просто и понятно: 10 метров воды давят вниз как целая атмосфера воздуха над нашей планетой. И что будет на глубине 5 км?
Мы можем поговорить и об аквалангистах, и о подводных лодках, и о батискафах, и о глубоководных рыбах, и о кашалотах…
Или такая интересная тема, как плавление металлов. При какой температуре плавится свинец? А вольфрам? А железо? А золото?..
Давайте возьмем справочную таблицу и просто ее поразглядываем внимательно, не спеша. Давайте поразмышляем о плавлении металлов…
Заодно поймем, зачем сварщикам нужны баллоны со специальным горючим газом и с кислородом – так получается очень высокая температура пламени. А иначе стальную трубу не расплавишь, то есть не сваришь. Ну и вообще много можно говорить о том, как металлы плавятся и что для этого нужно…
Обратите внимание: можно, конечно, и безо всяких конкретных числовых значений говорить с детьми о плавлении металлов и о сварке, но с числами – гораздо лучше, нагляднее, полезнее. Даже если никакие значения температур плавления для разных металлов в голове у ребенка не останутся, то все равно разговор получится интереснее.
Ну и так во всех разделах физики. Не зацикливаясь на числовых значениях физических параметров, но и не пренебрегая ими. И не забывая, что нет особого смысла в чрезмерно точных подсчетах и числах, а лучше побыстрее и попроще посчитать приближенно.
Скажем, нам ведь нужно лишь приблизительно оценить время, которое необходимо солнечному лучу, чтобы добраться от Солнца до Земли. Нам не важно, что 500 секунд – это немного больше, чем 8 минут. Главное, что мы получили представление о масштабе данного временного отрезка.
Округляйте числа везде, где только можно.
Например, Земля делает один оборот вокруг Солнца за год, то есть за 365 дней. И сколько же градусов данного круга Земля пролетает за один день?
Конечно, если ребенок забыл, что в целом круге содержится 360 градусов, то можно и напомнить… Но если кто-то сам догадался, что за один день примерно один градус Земля пролетает, то совсем здорово будет!
В конкретных числах есть своя специфическая профессиональная энергия. В каждой сфере знаний – свои особые числа. И в физике это тоже так. Начать знакомиться с некоторыми физическими числовыми параметрами можно уже с дошкольного возраста.
И самое главное в данном плане число – это, конечно, скорость света. Воистину фундаментальная константа Вселенной! За одну секунду свет проходит 300 000 км в вакууме! Кстати, с такой же скоростью распространяется по проводам электрический сигнал. И любая радиоволна тоже.
Окунитесь вместе с детишками в магию физических чисел! Подружитесь с ней!
