Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

Е. М. Тульчинский

Интеллектуальные игры и головоломки

Физика, как всем известно, – наука об окружающем мире, но мало кто умеет видеть связь между тем, что вокруг нас и скучными формулами в учебнике. В действительности, чтобы начать разбираться в этом, на первый взгляд, запутанном клубке из законов и сложных вычислений, достаточно посмотреть на любое явление изнутри – как оно устроено, словно мы собираем большую головоломку из разных деталей. Схемы, графики, чертежи, наглядные рисунки – это верные спутники любого ученого. Чтобы решить любую физическую задачку, нужно включить свою фантазию – вот ключ к пониманию этой науки.

Этот сборник поможет увидеть, как на самом деле работают законы физики. Задачи основаны на житейских ситуациях и проблемах, с которыми мы сталкиваемся каждый день, где главное не вычисления и счет, а рассуждения и творческий подход.

В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

Е. М. Тульчинский

Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

Я считаю, что понял смысл уравнения, если в состоянии представить себе общий вид его решения, не решая его непосредственно.

    Поль Дирак, один из величайших физиков-теоретиков XX века

© ООО «Издательство АСТ», 2021

© Иллюстрации Подобед В., 2021

Предисловие

Перед вами сборник качественных задач по физике. Слово «качественные» здесь говорит вовсе не о качестве этих задач (хотя они и были тщательно подобраны), а противопоставляет их количественным задачам, то есть задачам, для решения которых требуются расчеты. Качественная задача решается с помощью рассуждений, схем, графиков, иногда экспериментов – но без вычислений (простейшая арифметика не в счет). В то же время не следует путать качественную задачу с «вопросами на закрепление пройденного», которые можно найти почти после каждого параграфа в учебнике: ответы на такие вопросы обычно «спрятаны» в готовом виде где-то в тексте самого параграфа, а вот готовых ответов на качественную задачу в учебнике нет.

К сожалению, преподавание физики в школе порой создает ложное представление о том, как решаются физические задачи: «Нужно найти подходящую формулу, подставить в нее числа и выполнить расчеты». В такой картине мира, конечно, для качественных рассуждений не остается места, поскольку физик здесь выглядит чем-то средним между справочником и приложением к калькулятору. Однако на самом деле решению почти любой содержательной количественной, расчетной физической задачи предшествует решение качественной задачи: физик должен разобраться в явлении, понять, какими физическими законами оно управляется, и составить модель этого явления. И лишь после этого начинаются вычисления – но иногда в них уже нет необходимости (именно об этом говорил Поль Дирак, слова которого вынесены в эпиграф). Другими словами, умение справляться с качественными задачами – очень важный навык настоящего физика, а само противопоставление качественных и количественных задач довольно искусственно.

Чтобы решить качественную задачу, нужно, конечно, хорошо знать и понимать законы физики. Но еще нужно уметь выделять главное и отодвигать в сторону второстепенное, видеть взаимосвязи, рассуждать логически. Вот этому в меру возможности и научит вас сборник задач, который вы держите в руках.

Расположение задач в сборнике в целом повторяет структуру курса физики в средней школе, однако такое деление все же условно и сделано для ориентира: некоторые задачи допускают несколько разных подходов, для решения других нужно скомбинировать физические законы из разных разделов.

В некоторых задачах есть подвох или неожиданный поворот, чтобы напомнить, что физик всегда имеет дело с реальным миром и должен быть готов к тому, что этот мир не вполне укладывается в готовые схемы. По той же причине условия задач далеки от рафинированного «тело массы m равномерно движется по абсолютно гладкой поверхности…». Даже когда герои задачи выдуманы (здесь вас ждут и три поросенка, и Золушка, и Гэндальф с Бильбо Бэггинсом, и вездесущий Мюнхгаузен, и друзья-физики Винкель и Нуллибер – кстати, догадаетес