14

Міністерство освіти і науки України

Пролетарська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів

 

Гула Ольги Володимирівни,

вчителя фізики

Пролетарської ЗОШ І-ІІІ ступенів Розівського рн. Запорізької обл.

2010-2011 н.р.


Фізика у ліриці

Чи можуть існувати фізика і лірика у одній площині? Виявилося, можуть! Більше того, на уроках фізики лірика завжди приходить на допомогу.

Зібраний з літературних джерел матеріал містить приклади різних фізичних явищ. Якісні задачі, сформульовані на їх основі, дуже цікаві й корисні для розвитку фізичного мислення учнів. Розв'язання таких задач потребує серйозної і ґрунтовної підготовки, що спонукає учнів до самоосвіти. Доцільне, доречне і вміле використання літературного матеріалу в навчанні фізики роблять процес пізнання більш емоційним і соковитим в такій мірі, що ні в кого вже не повернеться язик назвати фізику «сухою» наукою. В залежності від мети, яку ставить учитель при його використанні на уроках, можна застосувати такі різновиди організації робити на різних етапах уроку:

  1. Постановка навчальної проблеми.
  2. Мотивація навчання.
  3. Закріплення вивченого матеріалу.
  4. Узагальнююче повторення.
  5. Задачі для самостійного розв'язування вдома.

6)Складання задач за літературним авторським текстом.

7)Збирання цікавих уривків літературних творів і їх використання на уроках-конференціях, у рефератах та ін.

Творчий учитель зуміє знайти також інші його застосування.

У позакласній роботі можливості використання літературних творів ще більші. Це можуть бути фізичні вечори, усні журнали, конкурси, засідання клубу юних фізиків або таке ж спільне засідання з літературною студією. Можна, наприклад, оформити все у вигляді імпровізованих інтерв'ю з авторами та вченими-фізиками. Для проведення позакласного заходу тривалістю до 45 хвилин досить відібрати 7—10 задач.

Поети і письменники вміють бачити навколишній світ і образно описувати його. У багатьох літературних творах ми зустрічаємося з різними явищами природи в художній уяві авторів. Фізик, читаючи такі місця, не може утриматися, щоб не розглянути такі невеликі уривки з художніх творів як задачі з фізичним змістом. Деякі з них можуть виявитися досить непростими — треба добре подумати, щоб відповісти правильно Отже, є нагода одночасно насолоджуватись як художніми формами, так і красивими розв'язками. Почнемо з поезії.

У великого Тараса Шевченка є такі рядки:

«Вітер з гаєм розмовляє,

Шепче з осокою,

Пливе човен по Дунаю

Один за водою».

Які фізичні задачі можна побачити в цьому вірші? Звичайно, тут можна розглянути різні питання. Мабуть, найцікавішими є такі:

Перша задача — про вітер. Чому, як точно підмітив поет, «вітер з гаєм розмовляє», а з осокою «шепче»? (Відмінність у гучності й частоті звуків. Шум вітру в гаї обумовлений досить інтенсивними по амплітуді коливаннями листя, гілок і навіть стовбурів дерев. Спектр акустичних коливань, які ми при цьому чуємо, досить широкий, — і в певній мірі схожий на голоси людей, почуті здалеку. Осока коливається від вітру з меншою амплітудою, тому що має менші розміри в порівнянні з деревами; спектр її акустичних коливань значно вужчий. Тому ці звуки більше нагадують шепіт).

Другу задачу можна узагальнити так: чому течія зносить човен вниз за водою? (Якщо човен рухається рівномірно, то це рух за інерцією. Це означає, що рівнодійна всіх сил дорівнює нулю. А вниз за течією він рухається тому, що на початку його руху вниз паралельно течії напрямлена результуюча сил, що діють на човен: сили тяжіння, архімедової сили, сил спору і т. д. Розганяючись до певної швидкості, човен зазнає відповідно все більшої дії сил опору води, аж поки сили не скомпенсують одна одну).

В іншому вірші Шевченко описує захід сонця ввечері:

«Сонце заходить, гори чорніють,

Пташечка тихне, поле німіє,

…Чорніє поле і гай, і гори,

На синє небо виходить зоря».

Знову в одному вірші — дві задачі. Чому ввечері всі предмети поступово втрачають своє забарвлення і стають чорними?

(Людське око бачить предмети завдяки тому, що світлові промені, відбившись від них, потрапляють до нас в очі. При заході сонця швидко зменшується освітленість навколишніх предметів, а значить і кількість променистої енергії, що потрапляє в наші органи зору).

Чому зорі не можна бачити вдень? (Сонячні промені вдень розсіюються в атмосфері Землі, внаслідок чого ми, дивлячись на небо вдень, бачимо це світло, яке значно яскравіше за зірки, і тому «забиває» їх порівняно слабке випромінювання).

Далі наводимо приклади уривків літературних творів, які містять цікаві задачі з фізики.

 «Зоре моя вечірняя,

...Розкажи, як за горою

Сонечко сідає,

Як у Дніпра веселочка

Воду позичає». (Тарас Шевченко, «Княжна»)

Як утворюється веселка-райдуга?

(Веселка — це оптичне явище в атмосфері, яке пояснюється розкладанням білого природного світла на кольори краплинками води в атмосфері. Потрапляючи в прозору краплю з повітря, світло внаслідок дисперсії розкладається в неперервний спектр, кольорові пучки якого зазнають повного відбивання і виходять назовні, розбігаючись при цьому ще на більший кут, тобто спектр робиться ще ширшим. Якщо ми при цьому знаходимось у тому місці, куди потрапляють кольорові пучки, що потрапляють від різних численних дощових крапель, то ми і бачимо райдугу).

«З тихим плескотом на берег

Рине хвилечка перлиста;

Править хтось малим човенцем,

В'ється стежечка злотиста». (Леся Українка, «Тиша морська»).

Які оптичні явища тут описані? (Перлистою «хвилечка» здається внаслідок відбивання сонячних променів на нерівній поверхні морської води під різними кутами. Маленькі хвильки коливаються, змінюючи кут відбивання променів, і в наше око по черзі потрапляють і зникають відблиски сонячного проміння то від одних, то від інших ділянок морської поверхні, утворюючи золотисту «стежечку»).

«Глянь, як хвилі від срібла блищаться!

Глянь, як небо синіє вгорі!

Вабить хвиля на море податься,

Кличе промінь ясної зорі». (Леся Українка, «У човні»)

Чому блищать хвилі, ми вже з'ясували. Інша задача з оптики: чому небо синє? (Сонячне біле світло є «сумішшю» світлових хвиль різних кольорів. Заломлення різних за кольором світлових променів відбувається в атмосфері Землі по-різному (явище дисперсії). В найбільшій мірі розсіюються промені синьо-голубої частини спектра. Тому в ясну сонячну погоду небо голубе).

Сніг у віршах різних поетів зустрічається досить часто. Ось як про нього пише Іван Франко:

«Сипле, сипле, сипле сніг.

З неба сірої безодні

Міріадами летять

Ті метелики холодні». 

Що сніг холодний — це всім зрозуміло. Всі знають також, що він білий. Але чому сніг білий? Адже вода і чистий лід прозорі! (Сніг білий тому, що складається з дрібненьких крижинок. А всяка подрібнена прозора речовина (наприклад, розтовчене скло або лід) стає непрозорою і білою. Це пояснюється тим, що промені світла, потрапляючи в дрібненькі крупинки прозорої речовини, багаторазово від них відбиваються всередину на їх межі з повітрям (явище повного внутрішнього відбиття) і тільки після цього виходять у повітря під довільними кутами. Результат спостерігається такий же, як і при розсіяному відбиванні, при якому поверхня предметів здається білою. Якщо роздрібленість снігу на маленькі часточки ліквідувати (наприклад, залити сніг водою), то він стає прозорим).

«Стали дні короткі,

Сонце світить мало,

Ось прийшли морозці

І зима настала». (І.Суриков, «Зима»)

Чому з настанням зими дні стають коротшими? (Це пов'язано із зміною нахилу земної осі до площини орбіти в річному обертанні Землі навколо Сонця. З 22 червня по 22 грудня кут нахилу поступово збільшується, і в Північній півкулі сонце пізніше сходить і раніше заходить, внаслідок чого протягом доби земна поверхня освітлюється сонцем менше часу. Одночасно зменшення освітленості поверхні землі призводить до похолодання. Тому прихід зими і зменшення тривалості світлового дня — явища взаємопов'язані).

У відомому вірші «Зимнее утро» великий російський поет Олександр Пушкін гарно описує зимові пейзажі й водночас, сам того перед собою не ставлячи (Пушкін не проявляв нахилів до природничо-математичних наук), ставить багато цікавих запитань для любителів фізики.

«Под голубими небесами

Великолепными коврами,

Блестя на солнце, снег лежит;

Прозрачный лес один чернеет,

И ель сквозь иней зеленеет,

И речка подо льдом блестит».

Скільки тут описано явищ і з якого розділу фізики? (Принаймні чотири світлові явища. Так, голубизна неба пояснюється особливостями дисперсії сонячного світла в атмосфері; блиск снігу і річки — відбивання світлових хвиль; чорнота лісу взимку здалеку — поглинання світлових хвиль усіх частот, тобто, кольорів, а також контрастністю зорового сприйняття на фоні білого снігу; зеленою ми бачимо ялинку тому, що вона поглинає всі промені, крім зелених, які відбиваються нею).

Далі у цьому ж вірші ідуть такі рядки:

«Вся комната янтарным блеском

Озарена. Веселым треском

Трещит затопленная печь».

Хто може пояснити, чому дрова у печі, згораючи, тріщать? (Тріском супроводжується лускання бульбашок водяної пари, яка розриває деревні волокна. Адже навіть у найсухіших полінах міститься деяка кількість вологи. Ця вода під час горіння дров закипає, і утворені бульбашки пари «вистрілюють», вириваючись назовні).

Співцем природи був також Юрій Лермонтов. Лермонтовський пророк, гнаний і зневажений юрбою,все-таки знає ціну щастя.

«И звезды слушают меня,

Лучами радостно играя».

Чи зможе хто нам пояснити, як відрізнити на небі зірку від планети? (Зорі «грають променями», — «мигають», а планети — ні).

Наступний автор — російський поет Федір Тютчев:

«День вечереет, ночь близка,

Длинней с горы ложится тень,

На небе гаснут облака...

Уж поздно. Вечереет день».

Згадаємо знову рядок «Длинней с горы ложится тень». Отже, чому ввечері тіні стають довшими? (Висота Сонця над горизонтом протягом доби змінюється — до обіду вона збільшується, а до вечора спадає. Тому змінюється і довжина тіні, але навпаки — до полудня тіні коротшають, а з полудня до вечора — довшають. Ці всі явища є наслідком закону прямолінійного поширення світла).

«В небе тают облака,

И, лучистая на зное,

В искрах катится река,

Словно зеркало стальное».

Чому поверхня води іскриться?

(Поверхня води у водоймах не буває абсолютно гладенькою — завжди на ній є хоч маленькі хвильки, вона ніби тремтить від різних поштовхів ґрунту, повітря. Внаслідок цього на поверхні води весь час з'являються і зникають, змінюючи свою форму і положення безліч опуклих і вгнутих дзеркал, які фокусують сонячні промені у вигляді рухливих блискучих цяток — іскор, — як каже поет).

«На дворах и домах

Снег лежит полотном

И от солнца горит

Разноцветным огнем».

Чому сніг іноді блищить різними кольорами? (Це наслідок дисперсії світла на маленьких кристаликах снігу).

«Нам не стать привыкать,

Пусть мороз твой трещит...»

Чому мороз тріщить? (Точніше, тріщить сніг або лід на морозі. Цей тріск створюють кристалики льоду, які руйнуються під тиском наших кроків у тому випадку, коли енергія тиску менша за ту енергію, яка потрібна для плавлення цих кристаликів. Якщо ж від натиску на крижинки вони плавляться, то утворена вода змочує кристалики льоду і вони, ковзаючи, вже не «тріщать»).

 «Лодка чуть колышется,

Одна средь темных вод,

И белый столб от месяца

По зыби к ним идет». (В.Брюсов, «В лодке»)

Як утворюється на воді світлий «стовп від місяця»? (Таке ж явище, що і в попередньому вірші, але з тією різницею, що біле місячне світло відбивається від спокійної, гладенької поверхні води, утворюючи світлу смугу на її темній нічній поверхні).

 «На двойном стекле узоры

Начертил мороз,

Шумный день свои дозоры

И гостей унес». (Афанасій Фет)

У перших двох рядках цього вірша говориться про всім добре знайоме явище. Кожен бачив такі візерунки, намальовані морозом на шибках. Але не кожен може пояснити їх природу. Отже, як вони утворюються? (Якщо уважно прослідкувати за утворенням морозяних орнаментів, то ми помітимо, що шари дрібненьких крижинок починають утворюватися вздовж мікротріщин, подряпин та інших утворень на поверхні скла. Це явище називається декоруванням. Суть у тому, що атомам речовини, що кристалізується, потрібно найменше енергії, щоб займати місця в кристалах на неоднорідностях поверхні. Ці дефекти неоднорідності стають центрами кристалізації води. Ростучи навколо таких центрів, кристали льоду ніби копіюють у збільшеному вигляді форму мікродефектів поверхні. Так само на неоднорідностях поверхні властиво конденсуватися рідині з водяної пари, що є в повітрі: роса осідає на мікротріщинах і опуклостях. Замерзаючи, вона перетворюється в матові морозні орнаменти химерних форм. Так само утворюється іней на деревах і т. ін.).

Поет А.Прасолов так використовує в своєму вірші перспективу:

«Эти рельсы, сведенные далью,

Разбежались и бризнули врозь».

Чому здається, що вдалині рейки зходяться?

(Це явище уявне, ілюзія зору. Чим далі знаходяться предмети, тим меншими вони нам здаються. Це пов'язано з тим, що видимі розміри предметів залежать відкута зору, під яким їх видно. Це легко проілюструвати малюнком).

«Пушисты ли сосен вершини,

Красив ли узор на дубах?

И крепко ли скованы льдины

В великих и малых водах?

Идет — по деревьям шагает. 

Трещит по замерзлой воде.

И яркое солнце играет

В косматой его бороде».( Олексій Некрасов, «Мороз, красный нос»)

Питання: чому мороз тріщить по мерзлій воді? Як розуміти вислів: «яркое солнце играет в косматой его бороде»?

(Тріщать, руйнуючись від натиску, кристалики льоду. Сонце грає в бороді — це світлові промені відбиваються від маленьких кристаликів снігу багатократно, під різними кутами).

 «Білі коні зими десь летять, як громи,

Б'ють об землю копитами дзвінко.

В'ється довгий їх шлях, і за ними в полях

Мерехтять рій за роєм сніжинки.

Усміхнеться вона, дорога і ясна,

Крізь холодного вітру загрози,

Крізь снігів білу муть — і сади розцвітуть

На вікні під рукою морозу». 

(Володимир Сосюра, «Білі коні зими десь летять, як громи...»)

Дві задачі:

1) Чому сніжинки мерехтять?

(Зміна положення сніжинок, які летять у повітрі, призводить до того, що світло потрапляє на їх поверхню під різними кутами, відповідно змінюються і кути відбивання. Внаслідок цього світло потрапляє у наші очі в різні моменти часу з різних точок простору, і ми бачимо мерехтіння сніжинок).

2) Яким чином «під рукою морозу» розцвітають «сади» на вікні?

(Малюнки морозу на вікнах — це наслідок росту кристалів льоду на дефектах неоднорідності поверхні скла: тріщинках, піщинках).

«Но вот, как бы в испуге тени

Бегут по золотым хлебам,

Промчался вихрь — пять-шесть мгновений —

И, навстречу солнечным лучам,

Встают с серебряным карнизом

Чрез все полнеба ворота,

И там, за занавесом сизым,

Сквозит и блеск, и темнота». (Аполлон Майков, «Гроза»)

Чому веселку видно на небі у вигляді дуги?

(Тому, що всі сім кольорів райдуги видно під кутами від 42 до 51 градуса відносно спостерігача на фоні небесної півсфери. В результаті конус зору «вирізає» на небосхилі дугу півкола).

«Мимо бревно суковатое плыло.

Сидя и стоя, и лежа пластом,

Зайцев с десяток спасаюсь на нем.

«Взял бы я вас да потопите лодку!»

Жаль их, однако, да жаль и находку —

Я зацепился багром за сучок

И за собою бревно поволок...» (М.А. Некрасов, «Дід Мазай і зайці»)

Оцініть, при якому мінімальному об'ємі колоди зайці могли пливти на ньому? Масу зайця приблизно визначте самі.

«З кожною хвилиною пітьма невмолимо і велично напливала на місячні кратери. Здавалося, що велика бліда куля наблизилася до землі і стала ще більшою, Місяць набув мідного відтінку, а частина її поверхні, яка не була ще охоплена мороком, стала попелясто-сірою. Кільце тіні все більше закривало Місяць — воно тепер уже заволікало більшу половину її криваво-червоного диска, а багряна імла згущувалася все більше і більше». 

(Г.Хаггард, «Копальні царя Соломона»)

Чому місяць набув мідного відтінку?

(Г.Хаггард описує картину місячного затемнення. Письменник помітив, що під час затемнення Місяць набуває мідно-червоного відтінку. Пояснити це явище можна тим, що на Місяць, який перебуває в тіні Землі, все-таки потрапляє частина сонячних променів, заломлених нижніми шарами земної атмосфери. Але синьо-голубі промені розсіюються повітрям (по цій причині небо в ясну погоду синьо-голубе), — і на поверхню Місяця потрапляють жовто-червоні кольори. Відбившись від поверхні Місяця, частина цих променів ще раз проходить атмосферу Землі, знову ослаблюється нею, ще більше «червонішати», і тільки тоді ми їх бачимо).

Микола Трублаїні в повісті «Лахтак» пише: «Одного дня сонце зійшло над обрієм і більше не зайшло. Воно кружляло по небу і, наближаючись до півночі, все нижче схилялось до обрію. ...Після двадцять четвертої години рушаю на східну сторону неба, підіймаючись угору, і через дванадцять годин займало найвищу точку. Але та найвища точка була так низько, що тінь пароплава втроє перевищувала його висоту».

Що за явище тут описано? В яку пору року відбувалися ці події? (Початок полярного дня в північних широтах на початку літа).

«Аквамарин вважається за своїм іменем (аквамарин — морська вода) каменем, що передає колір морської води. Це не зовсім так. В прозорій його глибині є відтінки м'якого зеленого кольору і блідої блакиті. Але вся своєрідність аквамарину полягає в тому, що він яскраво освітлений зсередини цілком срібним (а не білим) вогнем».

(Костянтин Паустовський, «Золота роза»)

Як пояснити виникнення сріблястого світла в камені?

(Сріблясте світло в аквамарині пояснюється явищем повного внутрішнього відбиття).

«Хатні голі стіни — полупані, мороз повиступав на них сизим інеєм; чорні двері розмалював він білими візерунками, а на шибках повимуровував цілі барани криги...». 

(Панас Мирний, «Морозенко»)

Тут цілий набір прикладів, як мороз малює узори на різних предметах, іній утворюється на стінах. Знайдіть у тексті слова, які пояснювали б причину цих явищ. (Причиною морозних узорів, інію є тріщини і нерівності на предметах — полупані стіни і т. д. Ну, а крім того, сирість і холод у бідняцькій хаті).

«Комната, в которую вступил Иван Иванович, была совершенно темной, потому что ставни были зарыты и солнечный луч, проходя в дыру, сделанную в ставне... и ударяясь в противоположную стену, рисовал на ней пестрый ландшафт из... крыш, деревьев и развешанного во дворе платья, все только в обращенном виде...» 

(Микола Гоголь, «Повесть о том, как поссорились Иван Иванович с Иваном Никифоровичем»)

Як пояснити це явище? Дія якого фізичного приладу ґрунтується на цьому явищі?

(Тут Гоголь описав явище проходження світла через малі отвори — дифракцію світла. На основі цього явища діє простий оптичний прилад — камера-обскура, винайдений в середині XVI століття. Це непрозора коробка з маленьким отвором в одній стінці і матовим склом на протилежній стінці. На матовому склі утворюється тускле перевернуте зображення предметів, обводячи контури яких, можна їх намалювати. З винайденням фотоапаратів камери-обскури перестали використовувати).

«День начинает заметно бледнеть. Лица людей принимают страшный оттенок, тени человеческих фигур лежат на земле бледные, неясные... Однако, пока остается тонкий серповидный ободок солнца, все еще царит впечатление сильно побледневшего дня... Но вот эта искра исчезла... Круглое, темное, враждебное тело, словно паук, впилось в яркое солнце...»

(В.Короленко, «На затмении»)

Чому тіні стали блідими і нечіткими? Яку форму набуде тінь від кулі під час часткового сонячного затемнення? (Коли більша частина видимого сонячного диску закривається Місяцем, лише вузенький серп Сонця освітлює дану місцевість. В умовах недостатнього освітлення погіршується контрастна чутливість людського ока, і гірше розрізняти межу між областями з неоднаковою освітленістю. Тому тіні стають блідими і нечіткими, а по формі — серповидними).

 «Мы идем с Ладой — моей охотничьей собакой вдоль небольшого озерка. Вода сегодня такая, что летящий кулик и его отражение в воде были совершенно одинаковы: казалось, летели нам навстречу два кулика... Лада наметилась. Какого она выберет себе: настоящего, летящего над водой, или его отражение в воде — оба ведь схожи между собой как две капли воды. Вот бедная Лада выбирает себе отражение и, наверно думая, что сейчас поймает живого кулика, с высокого берега делает скачок и бухается в воду. А верхний, настоящий кулик улетает».

(Михайло Пришвін, «Отражение»)

Чи є відмінності між предметом і його зображенням?

(Не дивлячись на велику схожість, через яку собака Лада сплутала живого птаха з його зображенням у воді, відмінності між предметом і його дзеркальним відображенням усе ж таки є. Наприклад, праве і ліве при дзеркальному відображенні міняються місцями. Пейзаж, віддзеркалений у воді, бачиться нами ніби з точки, яка знаходиться нижче поверхні води. Собака бачить як і людина, але мозок людини краще аналізує те, що бачать очі).

«Когда тень от крыши соседнего дома, падавшая на стену, покрытую в верхней своей части двумя рядами листового железа, проходит верхний ряд, самое время идти в школу. Потом неделю лили дожди, еще неделю было пасмурно, и когда мальчик пошел в школу, ориентируясь на тень от своего дома, он опоздал».

(Фазіль Іскандер, «Время по часам»)

Задача напрошується сама по собі. Чому хлопчик прорахувався? В яку пору року мав місце описаний епізод?

(Довжина тіні від предметів, освітлених сонцем, залежить не лише від часу доби, а й від пори року. Справді, з моменту зимового сонцестояння — 22 грудня і до дня літнього сонцестояння — 22 червня його висота збільшується, а наступних півроку — знову зменшується. З довжиною тіні все відбувається навпаки: чим вище Сонце, тим коротша тінь. Хлопчик запізнився тому, що тінь досягла даного місця пізніше, ніж два тижні до того, тобто, тінь за цей час покоротшала. Якщо ще згадати про дощ, то стає ясно, що описаний епізод відбувався весною).

«Егорушка... разбежался и полетел с полуторасаженной высоты. Описав в воздухе дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая-то сила, холодная и приятная наощупь, подхватила и понесла его обратно наверх».

(А.П. Чехов, «Степь»)

Про яку силу тут іде мова? (Архімедова сила).

«Молодий лейтенант — командир підводного човна, при вході в порт легковажно прийняв рішення пройти попід пароплавом, який стояв на їх шляху».

«...Але в той же час хід човна сповільнився. Всі хитнулись вперед. Лейтенант пересмикнувся. Мінер поглянув на нього запитливо. — Сіли на мілину? Адже так? — запитав він у лейтенанта. Рулі були поставлені на підйом, гвинт працював, прилади показували, що човен на тій же глибині. Лейтенант згадав, що тут у порту глинисте, липке дно, зрозумів, що човен своїм черевом влип у нього...»

(Б.В. Житков, «Під водою»)

Чому човен не міг піднятись на поверхню?

(Під човен не могла проникнути вода, тому тиск води діяв на нього лише зверху, і вода міцно притисла його до дна).

 «...Наш кок відпросився покупатись, але затока його не прийняла. Вона високо викидала його ноги, і при всьо му його старанні кок зануритись не зміг. Це повеселило команду і трохи покращило її поганий настрій». 

(К.Г. Паустовський, «Кара-Бугаз»)

Чому кок не зміг скупатися в затоці?

(Вода затоки дуже солона, її густина настільки велика, що тіло людини плаває на її поверхні).

«...В холодній воді легше плавати, ніж в теплій. А в гарячій і дерево тоне».

(Л.М. Толстой, «Лід, пара і вода»)

Чому мають місце явища, про які пише письменник?

(З підвищенням температури густина води зменшується, тому зменшується й виштовхувальна сила, що діє на тіла в ній. Густина дерева трохи менша за густину води при кімнатній температурі, а при нагріванні до 100 градусів стає меншою за густину гарячої води. Тому в гарячій воді дерево тоне).

 «...Я подивився на барометр. Тепер я вже був на п'ять верст над землею і відчув, що повітря мені бракує, і я часто став дихати. Я смикнув за шнур, щоб випустити газ і опуститись, але чи то я ослаб, чи зламалося щось, — клапан не відкривався... «Якщо я не спиню кулю, — подумав я, — то вона лопне, і я загину»... Я з усіх сил ухопився за шнур і смикнув. Слава Богу, клапан відкрився...» 

(Л.М. Толстой, «Розповідь аеронавта»)

Чи справді повітряна куля на великій висоті може лопнути? Чому?

(Сучасна повітряна куля з нагрівником не лопне, а наповнена газом закрита куля може лопнути, якщо тиск у ній значно перевищить зовнішній атмосферний тиск).

 «Вислідивши  стадо лосів,   ведмідь-лосятник  намагається відбити одного лося, потім довго ганяє його по глибокому снігу. Міцний наст добре витримує вагу ведмідя. Лося, який провалюється в снігу, ведмідь переслідує до тих пір, поки той не зупиниться від виснаження і тоді легко розправляється із здобиччю, яка ви билася з сил». 

(І.С. Соколов-Микитов, «Весна в Чуні»)

Чому лось провалюється в сніг, а ведмідь ні?

(Тиск ведмедя на сніг порівняно малий і він не провалюється, а лось — навпаки).

 «...Перекинуте судно плавало: повітря, яке було всередині не встигло вийти... В кубрику ставало душно. Люди часто дихали і спішили прорубати вихід на волю, на свіже повітря. Вони боялись задихнутися і кожну хвилину думали, що ось-ось судно почне занурюватись під воду...Ковальов перевів подих і хотів гукнути товаришам, що вже видно світло. Він чув тонкий свист повітря, що починало прориватися через дірку. Ковальов приклав до дірки палець: ні, з дірки не студило. Куди ж іде повітря? Ковальов зрозумів, що повітря не входить у каюту. Але ж чути, як воно йде! Отже, повітря виходило геть з каюти?.. І раптом все зрозумів. їх каюта— як перевернутий догори порожній стакан: якщо його пхати у воду, то повітря в стакані не дасть ввійти воді; але якщо в дні такого стакана зробити отвір, то повітря вийде через нього, і весь стакан заповниться водою».

(Житков, «На воді»)

У цьому уривку відразу не одна, а кілька задач. Спробуйте їх сформулювати і дати відповіді на них.

 «...Митроха! Днів через два а може, і завтра, дощик повинен бути. Наляж на сівбу.

(Г.Троєпольський, «Один день»)

Як змінюється атмосферний тиск перед негодою? Чому?

(Повітряний фронт, який приносить негоду — як правило, містить багато вологи. Густина вологого повітря менша, ніж сухого. Тому барометр показує зниження тиску).

Існує багато народних прикмет, пов'язаних з погодою. Деякі з них можна пояснити на основі законів фізики.  Послухаємо уривок з повісті «Мещерська сторона» К.Паустовського:

«Найпростіша прикмета — це дим від вогнища. То він стовпом підіймається вгору, спокійно струменить угору, вище від найвищих верб, то стелиться туманом по траві, то метається навколо вогню... Дивлячись на дим, можна точно сказати, чи буде завтра дощ... чи... сонце підніметься в глибокій тиші, у синіх прохолодних туманах». (Дим підіймається вгору за рахунок архімедової сили. Коли вологий повітряний фронт наступає, — тиск падає, зменшується густина повітря. А це призводить до зменшення архімедової сили).

В романі Михайла Шолохова «Піднята цілина» є такий епізод. Дід Щукар об'ївся телятиною, у нього болів живіт. Щоб вилікувати його, лікарка поставила йому на живіт макітру.

«О, живіт мені порве! Ой, ріднесенькі, визволяйте! — закричав дід Щукар. Але спроби відірвати макітру були марними. Тоді Давидов взяв поліняку і вдарив нею по дну макітри, «вона розсипаюсь, і повітря з свистом рвонуло  з-під черепків».

1)        Чому не вдалося зняти макітру, а довелося її розколоти?

(Макітру використовували як медичну банку великих розмірів. Нагріте повітря вийшло з неї, тиск під макітрою в міру охолодження повітря, яке залишилось, зменшувався і втягував у себе живіт діда Щукаря. Відірвати від живота макітру не давала сила атмосферного тиску).

2)        Чи вірно з точки зору фізики письменник описав поведінку повітря після того, як розбили макітру?

(Після того, як макітру розбили, навколишнє повітря повинно рухатись до розбитої макітри, — в область зниженого тиску, — а не від неї).

Без фізики не можуть обійтись ні гумористичний, ні пригодницький жанри в літературі, ні фантастика.

Барона Мюнхгаузена всі знають як неперевершеного і дотепного брехуна, чиї веселі історії описані в книзі «Пригоди барона Мюнхгаузена». Знайдемо в цій книзі місця, які можуть нам допомогти застосувати фізику.

Перше оповідання — «Влучний постріл». Читаємо уривки:

«Іспанці тримали в осаді тоді англійську фортецю Гібралтар. Я проник до англійців. З високої стіни Гібралтару я побачив через підзорну трубу, що іспанці націлюють жерло своєї гармати якраз у те місце, де ми стояли. Не гаючи жодної хвилини, я наказав, щоб на це саме місце була поставлена гармата. Як тільки гармату підкотили до мене, я спрямував її дуло прямо в дуло ворожої гармати. Обидві гармати вистрілили одночасно. Трапилось те, на що я й розраховував: у передбачуваній мною точці обидва ядра — іспанське і наше — зіткнулися з неймовірною силою і вороже ядро полетіло назад. Ви розумієте: воно полетіло назад до іспанців. Наше ядро їм завдало клопоту: воно вцілило в їхній корабель, який відразу пішов на дно».

Чи можна повірити в історію з «супервлучним пострілом», коли обидва ядра після зіткнення почали рухатись в одному напрямку?

(Імовірність того, що ядра могли зіткнутися, практично рівна нулю. Але навіть якби вони зіткнулися, то після зіткнення розлетілися б у протилежні боки за законом збереження імпульсу).

Послухаємо тепер другу історію, якою любив розважати своїх друзів і знайомих Мюнхгаузен.

«Було це під час війни з турками. Одного разу, рятуючись від турків, спробував я перестрибнути верхи на коні через болото. Але кінь не дострибує до берега, і ми з розгону шубовснули у глибоку баюру. Шубовснули — і почали тонути. Порятунку не було. Болото з жахливою швидкістю засмоктувало все глибше і глибше. Ось уже туловище мого коня зникло в смердючій багнюці, і вже й моя голова почала занурюватися в трясовину і звідти стирчить лише косичка мого парика. Що було робити ? Ми обов'язково загинули б, якби не дивовижна сила моїх рук. Я страшний силач. Схопивши себе за цю косичку, я з усіх сил смикнув вгору — і без великих зусиль витягнув з болота і себе, і свого коня, якого міцно стиснув обома ногами, як щипцями».

Чому барон не зміг би себе витягнути з болота, як робить це кожен велосипедист, підтягуючи до себе руль, щоб підняти себе разом зі своїм велосипедом?

(Велосипедист, підтягуючи вгору руль, зміщує назад вагу свого тіла і діє на велосипед як на важіль. Віссю обертання цього важеля є точка дотику заднього колеса з дорогою, на яку й передається дія сили їх спільної ваги. При цьому важливу роль відіграє те, що дорога тверда, інакше заднє колесо просто вгрузло б у землю. Барон не зміг би витягти себе з болота за волосся, тому що для цього він теж повинен був мати точку опори, наприклад, хоча б вхопитись за гілку дерева, або щось подібне. Тоді він як дуже сильна людина міг би витягнути принаймні се бе з трясовини).

Всім добре відомий мультфільм «Пригоди капітана Врунгеля». Тільки не всі мабуть знають автора однойменної дитячої повісті, за якою було створено цей популярний «мультик». (Російський письменник А.Некрасов). У «Пригодах...» є такий епізод:

 «Містер Денді... взяв пляшку — трах у денце! Корок вилетів як з гармати! При цьому «Біда» дістала такий поштовх, що помітно просунулась уперед. Ми втрьох стали на кормі і один за одним почали вибивати корки. Три корки залпом вилетіли з гучним звуком і впали в море... а «Біда» тим часом рухалася вперед, набираючи швидкість».

Чи правдоподібна з точки зору фізики ця історія? Який спосіб руху тут описано?

(Такий рух називають реактивним. Історія в принципі правдоподібна, але звичайно, для руху корабля потрібно було б відкоркувати таку величезну кількість пляшок, що її ваги не зміг би витримати корабель).

Іншим разом корабель примусили рухатись за допомогою білок у колесі:

«Колесо приводять у рух білки, що біжать, немов ска жені, одна за одною по сходинках у колесі».

Чи можна за допомогою такого двигуна привести корабель у рух?

(Тільки в принципі. Але для цього маса корабля повинна бути співрозмірною з масою білок у колесі, тому реально цього здійснити не можна).

У дитячій повісті «Пригоди Дем'янка Дерев'янка» Всеволода Нестайки є епізод, у якому наш герой —дерев'яний хлопчик — потрапляє у космос і відривається на досить далеку відстань від космічного корабля. Довго борсався він, шукаючи точку опори,відштовхнувшись від якої він міг би повернутись назад, але так і не зміг нічого вдіяти: поряд ним нічого не було. І тут у його дерев'яну голову прийшла хороша ідея. Скориставшись нею, він зумів-таки повернутись на Землю. Що за ідея прийшла в голову Дем'янку Дерев'янку? Чим він скористався для свого повернення назад?

(Це ідея використання реактивного руху. Він роззувся і, кидаючи черевики в протилежний від космічного корабля напрямок, створив реактивну силу, яка і допомогла йому повернутися назад).

 «Іхтіандр був без окулярів і тому бачив знизу поверхню моря так, як вона уявляється рибам: з-під води поверхня уявлялась не плоскою, а у вигляді конуса, — ніби він знаходився на дні великої лійки. Краї цього конуса були обмережені червоним, жовтим, зеленим, синім і фіолетовим мереживом. За конусом простягалась блискуча поверхня води, в якій, як у дзеркалі, відбившись підводні предмети: скелі, водорості й риби... Іхтіандр бачив над водою безногого рибалку, а у воді — тільки його ноги, і вони знову віддзеркалювались на поверхні води. Інший рибалка занурився у воду по плечі. І у воді показалась дивна, безголова, але чотиринога істота, неначе двом однаковим людям відрубали голови і поставили плечі однієї людини на плечі іншої догори».

 («Людина-амфібія» Олександра Беляева)

Як пояснити побачену Іхтіандром картину? Чи змінилося б сприйняття Іхтіандра, якби він був у окулярах? Чому краї конуса були обрамлені кольоровими смужками?

(Світ, який побачив Іхтіандр із води, для нас незвичний, але пояснити його можна на основі явища повного внутрішнього відбиття. Коли промінь переходить з оптично більш густого середовища в менш густе, на межі розділу двох середовищ він заломлюється під кутом, більшим, ніж кут падіння. При куті падіння, більшому за 48,5 градуса (для води) заломлений промінь взагалі не вийде з води — настане явище повного внутрішнього відбиття. Внаслідок цього водна поверхня з глибини має вигляд перевернутого конуса, у вершині якого знаходиться спостерігач. Плоский кут при вершині цього конуса удвічі більший за граничний кут, тобто для води це 97 градусів. Весь надводний світ у спотвореному вигляді міститься всередині цього конуса. За краями конуса видно блискучу поверхню води, у якій віддзеркалюється підводний світ. Ноги рибалки видно безпосередньо у воді, але крім того ще видно і їх дзеркальне відображення від поверхні води. Надводну частину тіла рибалки видно через межу розділу середовищ вода — повітря, де промінь зору підводного спостерігача заломлюється, — тому він бачить, ніби надводна частина тіла рибалки висить у повітрі без ніг. Зафарбування країв конуса у різні кольори пояс юється явищем дисперсії світла).

У іншій своїй фантастичній повісті «Остання людина з Атлантиди» Олександр Беляев описує зовсім не фантастичну картину:

«Як тільки жара посилювалася, жрець-охоронець Вищих Таємниць спускався до своїх підземних кімнат. Тут завжди стояла рівна прохолода. Хороша вентиляція освіжала повітря. Денне світло проникало, відбиваючись шліфованими дзеркалами. Дзеркала ці обертались за ходом сонця».

Накресліть систему з трьох плоских дзеркал, яка повертає промінь світла на кут 90 градусів.

Декілька рядків з роману Жюля Верна «Діти капітана Гранта»:

«О п'ятій годині ранку барометр показав, що мандрівники досягли висоти в сім тисяч п'ятсот футів. Таким чином, вони знаходились на вторинних плоскогір'ях, там, де вже кінчалась деревна рослинність...»

Який тиск показував барометр на вторинних плоскогір'ях?            

(На невеликих висотах над рівнем моря можна вважати, що тиск зменшується на 1 мм.рт.ст. з підвищенням висоти на кожних 12 метрів. Оскільки 1 фут = 0,3 метра, то 7500*0,3 = 2250 метрів. На такій висоті зменшення тиску становитиме 2250/12 = 187,5 мм.рт.ст. покази барометра становитимуть 760 — 188 = 572 мм.рт.ст.)

Далі Ж.Берн пише: «Паганель прихопив з собою барометр і, глянувши на нього, переконався, що ртуть тримається на рівні 0,495 міліметра. Падіння ртутного стовпа барометра відповідало висоті в 11700 футів».

Чи не помилився тут автор?

(Помилка автора або помилка при друкуванні очевидна: невідповідність між атмосферним тиском та висотою надто велика. 11700 футів дорівнює 3510 метрів. Зменшення тиску з висотою на такій висоті буде 3510/12 = 292,5 мм.рт.ст. Тоді барометр показуватиме 760 — 293 = 467 мм.рт.ст)

3 роману Олександра Беляева «Людина-амфібія»: «Іхтіандр опускався все глибше і глибше в темні глибини океану. Йому хотілось бути одному, прийти в себе від нових вражень... Він занурювався все повільніше. Вода ставала густішою, вона вже тисла на нього, дихати ставало все важче. Тут стояли густі зелено-сірі сутінки».

Чи справді тиск на глибині визначається густиною води?

(Ні, тиск всередині рідини визначається в основному висотою стовпа рідини, а не збільшенням густини. Густина води майже не залежить від стискання, тому що вода практично нестислива).

 «Нырни на дно, стеной отвесных вод

Сойдется вкруг тебя водоворот,

Сквозь столб воды кайма воды лазурной

Со дна тебе покажется пурпурной.

Где ты не стой, куда не отходи,

Все будешь в центре, все посереди».

Любителі літератури назвуть нам твір і його автора?

(Йоган-Вольфганг Гете, «Фауст»)

Любителі фізики повинні впізнати описане явище. (Таке ж як і в «Людині-амбіфії» — повне внутрішнє відбиття).

В одному з фантастичних оповідань розповідається про постріл з велетенської гармати величезним ядром на Місяць. Всередині спеціально обладнаного ядра були люди-мандрівники. У тій точці польоту, де сили тяжіння з боку Землі й Місяця стали рівними за модулем, всередині ядра настало явище невагомості. Що це за твір і хто його автор?

(Жюль Верн «Політ на Місяць»).

Чи все вірно з точки зору фізики описав Жюль Верн у своєму оповіданні? Яких помилок він допустився?

(По-перше, для польоту на Місяць тілу потрібно надати другу космічну швидкість, а це не можна зробити за допомогою гармати; тут потрібні ракети. По-друге, явище невагомості повинно спостерігатися під час усього польоту до Місяця, а не лише в точці рівноваги сил).

 «Когда узнаешь ты, как странны

В Сицилии фата-морганы,

Вопросов этих не задашь.

Там часто в воздухе стеною

Средь бела дня, на зыбком зное

Встает обманчивый мираж.

То это всем сплетеньем веток

Висящий над землею сад,

То город, волн качанью в лад,

Качающийся так и этак». (Йоган-Вольфганг Гете, «Фауст»)

Що таке фата-моргана? Яка природа цього явища?

(Фата-моргана — це міраж, оптичні явища в атмосфері, які виникають внаслідок заломлення променів у різних за густиною шарах атмосфери. Проявляється в тому, що над обрієм як на гігантському кіноекрані з'являються і швидко змінюються один за одним зображення різних предметів, які знаходяться десь далеко — іноді за сотні кілометрів — Найчастіше спостерігається в краях з жарким кліматом).

«Я жив біля річки, а навпроти була гора. Вона була так далеко, що якщо крикнути, то луна поверталася лише через шість годин. Я скоро здогадався, у чому тут справа. Бувало, коли лягаю спати, крикну гучно: «Час вставати!» А через шість годин, перед світанком, луна як крикне біля вуха: «Час вставати!» — І я вставав». 

(Із американської казки «Гора-будильник»)

Чи можливе таке явище в реальному житті? Оцініть, на якій відстані від героя казки знаходилась «Гора-будильник».

(В реальному житті такої віддаленої луни бути не може. Звукові коливання на величезній відстані повинні повністю поглинатись навколишніми предметами, і не те що назад не повернулися б, а навіть не дійшли б до гори. А відстань справді величезна:

Відстань = 6*3600*330/2 = 7128000/2 = 3564000 метрів = 3654 кілометри).

 «Була холодна зима. Дерева тріщали від лютого морозу, а сніг під ногами так рипів, мов земля була устелена битим склом». 

(Із словацької казки «Чому у мурашок криві ноги?») 

Чому тріщали дерева? Чому рипів сніг?

(Волога, яка знаходиться в деревині, замерзаючи, розширюється, розриваючи волокна деревини. При цьому чується тріск. Рипіння снігу обумовлюється руйнуванням під ногами сніжних кристалів).

 «Задивився Тораян, зазівався. Раз! І послизнувся. Покотився і невдовзі опинився на середині Осакської затоки. Плюх! Пішли по воді круги».

(3 японської казки «Дивовижна подорож Тораяна»)

Чому на воді з'являються круги від падіння на її поверхню різних предметів?

(При падінні на поверхню води предметів на ній виникають поперечні хвилі, які, поширюючись з однаковою швидкістю у всіх напрямках в однорідному сере довищі, утворюють концентричні кола).

Цікавим з точки зору фізики є епізод викрадення двопудових гирь, описаний І.Ільфом і Є.Петровим у«Золотому телятку»:

«Паніковський ніс свою долю обома руками, виставляючи вперед живіт і радісно пихкаючи... Іноді він ніяк не міг повернути за ріг, тому що гиря за інерцією продовжувала тягти його вперед. Тоді Балаганов вільною рукою притримував Паніковського за комір і надавав його тілу потрібного напрямку».

Яке явище описано в цьому уривку? Якого прискорення набувала гиря на розі?

(Відцентрового прискорення).

Серед поетичних шедеврів, залишених Олександром Пушкіним нащадкам, є вірш, який має безпосереднє відношення до фізики, точніше, до механіки. Називається цей вірш «Рух». Він невеликий — всього вісім рядків, але багатий за змістом:

«Движенья нет, — сказал мудрец брадатый.

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить;

Хвалили все ответ замысловатый».

В цих перших чотирьох рядках поет розповідає про легендарну суперечку двох древніх філософів — Зенона Елейського — «брадатого мудреца» та його опонента Діогена Синопського. Далі Пушкін пише:

«Но, господа, забавный случай сей

Другой пример на память мне приводит:

Ведь каждый день пред нами солнце ходит,

Однако ж прав упрямый Галилей».

  1. Поясніть фізичну суть цього вірша.

(Цими словами поет показує, що докази Діогена не такі вже й бездоганні, як здавалося тим, хто хвалив його за «ответ замысловатый». Сонце теж перед нами щоденно «ходить», а насправді, як довів Коперник і його підтримав Галілей, рухається Земля навколо Сонця. Тобто, мова йде про відносність руху).

2)        Зенон Елейський міркував так (використовуватимемо сучасні поняття): у будь-який момент часу тіло перебуває в якійсь точці траєкторії. Перебуває, тобто, знаходиться, а інакше — не рухається. Отже, рух складається з послідовних станів спокою. В кожному з таких станів спокою переміщення дорівнює нулю. Якщо переміщення поділити на час, то одержимо швидкість — теж рівну нулю. Сума всіх нульових переміщень теж дорівнює нулю. Зенон робить виcновок, що руху взагалі не існує. Звичайно, такі безпідставні мудрування філософа викликали одну низку невірних висновків за іншою. Але в чому полягала його найбільша, основна помилка?

(У тому, що він вважав швидкість тіла в кожній точці траєкторії рівною нулю. Насправді тіла в кожній точці володіють певною миттєвою швидкістю. Зенону не були відомі ні поняття системи відліку, ні поняття границі).

3)        Яке зауваження не утримався б зробити історик з приводу цього вірша великого поета?

(Що такий діалог між двома філософами міг бути тільки заочним: Діоген народився через 30 років після смерті Зенона. Дати їхнього життя: 400—325 і 490— 430 рр. до н. е. відповідно).

В одному з віршів Олега Чухонцева є такі рядки:

«Скрипить, скрипить, як сніг капуста,

І сніг скрипить, як качани».

Коли, як і чого скрипить сніг і при чому тут капуста?

«Тишайший снегопад —

Дверям обидно хлопать.

Посередине дня

В столице как в селе.

Тишайший снегопад,

Закутавшийся в хлопья,

В обувке пуховой

Проходит по земле». (Олександр Межиров)

Оцініть гучність звуку, який виникає при падінні сніжинок під час снігопаду.

«Мороз сніжком притрушував:

Дивись, не замерзай!» (З пісні)

«Підраховано, що якби снігом накрило всю Зем лю, то середня температура її поверхні знизилась би від теперішньої +15 градусів Цельсія до -88 гра дусів». 

(З науково-популярного журналу)

В цих двох цитатах полягає фізичний парадокс — від снігу може бути тепло, і від снігу може бути холодно. Вирішіть цей парадокс.

Захоплюючі історії, описані Джонатаном Свіфтом у «Мандрах Гуллівера», ставлять перед читачами, які не звикли приймати все на віру, цілий ряд задач. Як відомо, жителі Ліліпути, весь рослинний і тваринний світ, предмети, які їх оточують, у дюжину разів менші, ніж той світ, у якому ми живемо. Навпаки, у королівстві Бробдінгнег, все більше від нас у дюжину — тобто, 12 разів. Поставимо перед собою кілька фізичних завдань, які випливають із вказаного автором співвідношення розмірів нормального світу із світом ліліпутів та велетів-бробдінгнегців.

1)        Який був середній зріст жителя Ліліпути?

(При середньому зрості людини 1,75 м обчислюємо: 175 см/12 = 14,6 см).

2)        Оцінити середню вагу ліліпута.

(Якщо середня маса людини становить 75 кг, то це відповідає вазі в 750 ньютонів. Маса тіла пропорційна до його об'єму. Об'єм пропорційний до кубу лінійних розмірів тіла. Ліліпути менші від нормальних людей за об'ємом у 12*12*12 = 1728 разів... Тоді маса ліліпута в середньому становить 75 кг/1728 = 0,043 кг = 43 г; а його середня вага 0,43 Н).

3)        Аналогічно можна оцінити середній зріст і вагу велетів із Бробдінгнегу. Зробіть це.

(Середній зріст у 12 разів більший нашого, тобто, 1,75*12 = 21 метр. За об'ємом тіла велети більші за нас у 12*12*12 = 1728 разів. Тоді й маса і вага також будуть в 1728 разів більші. 75*1728 = 129600 кг або майже 130 тонн, що відповідає вазі 1300 кілоньютонів).

4)        Оцінимо тиск, який чинять на ґрунт ліліпути і бробдінгнегці та порівняємо їх з відповідним тиском нормальних людей. З одержаних результатів зробити відповідні висновки.

(Вважатимемо площу підошви черевика людини в середньому 250 квадратних сантиметрів, тобто, 0,025 кв. метра. Площа опори обох ніг у два рази більша і становить 0,05 кв. м. Оскільки площа пропорційна квадрату лінійних розмірів, то при їх зменшенні у 12 разів площа двох підошов ліліпута буде менша, ніж у нормальної людини в 144 рази, а у велетів — в 144 рази більша. Отже, у ліліпута площа опори двома ногами на ґрунт 0,05/144 = 0,00034 м2, а у бробдінгнегця 0,05*144 - 7,2 кв. м. Тепер можна обчислити тиск. Для нормальної людини він у середньому становить 750/0,05 = 15000 Паскалів. Для ліліпутів він становить 0,43/0,00034 = 1265 Паскалів. Велети-бробдінгнегці обома ногами на землю створюють тиск 1300000/7,2 = 180556 Паскалів. Як бачимо, тиск ліліпута у 12 разів менший, а тиск велета — у 12 разів більший, ніж тиск нормальної людини, який вона чинить на поверхню землі обома ногами. Як бачимо, у велетів повинні існувати проблеми, пов'язані з досить великим тиском на ґрунт. Постійно грузнучи, їм було б досить важко пересуватись по землі).

5)        Тепер обговоримо питання, пов'язані з будовою скелета казкових істот. Ліліпути, як малі істоти, легко витримували б відповідні навантаження на скелет. А чи реальне існування з цієї точки зору велетів?

(Міцність пропорційна до площі поперечного перерізу. У велетів вона в 144 рази більша від нормальних людей. Але ж вага більша в 1728 разів! Отже, навантаження на кістки скелета буде в 12 разів більше, ніж у нас. Уявіть, що ми важили б у 12 разів більше — тобто, десь 9000 ньютонів! Отже, велети повинні були б мати непропорційно товсті кістки — десь у 12 разів у порівнянні з нашими. Слід відмітити, що навіть у левів у порівнянні з котами у схожих за будовою ске летах кістки значно товщі, ніж довші).

6) Результати, які ми одержали в попередньому пункті, дають змогу зробити висновки про те, що сила тяжіння обмежує максимальні розміри тварин. На суші — це слони, маса яких не більше 6 тонн, а у воді — кити, маса яких може досягати 100 тонн. У малих істот з точки зору міцності скелета все набагато вигідніше, — у них навіть є певний запас міцності, оскільки, чим менша істота, тим міцніший її скелет. Але і тут для теплокровних тварин є обмеження. Чому? Справа в тому, що теплокровні при досить значних коливаннях температури зовнішнього середовища практично зберігають постійну температуру свого тіла. Організм людини і тварини постійно втрачає тепло при видиху з легень нагрітого повітря, при випаровуванні води з поверхні тіла, а також при виконанні фізичної роботи і роботи мозку. Втрачену енергію ми періодично вимушені поповнювати їжею. Експериментально встановлено, що для живих організмів цілком виконуються закони термодинаміки. У тілі тварини при окисленні харчових продуктів вивільняється така ж кількість енергії, як і при її спалюванні у повітрі поза межами живого організму. Лише третя частина хімічної енергії перетравлюваної нами їжі перетворюється в енергію м'язів. Решта іде на травлення їжі, підтримання постійної температури тіла, ріст організму, відкладання жирових запасів. Але в кінцевому рахунку всі перетворення енергії в тілі теплокровної істоти закінчуються перетворенням в теплоту. Утворення тепла відбувається у всьому об'ємі тіла, тобто, пропорційне до куба лінійних розмірів тварини. А тепловіддача відбувається практично лише через по верхню тіла, а тому пропорційна квадрату лінійних розмірів. При однаковій швидкості утворення тепла більша в 10 разів тварина виробляє у 1000 разів більше тепла в об'ємі свого тіла, а через його поверхню віддає навколишньому середовищу лише в 100 разів більше теплоти. Внаслідок цього при укрупненні розмірів тварини зростає загроза її теплового перегріву. Не допустити це можна лише зменшенням інтенсивності і виділенням тепла у більших тварин. У природі це досягається тим, що крупніші тварини менше споживають кисню. Таким чином, у дрібніших теплокровних обмін речовин відбувається інтенсивніше, вони частіше дихають, у них швидше серцебиття. Але ж і втрати тепла у них значно більші, тому що більше відношення площі поверхні тіла до його об'єму. Ось чому малі діти більше мерзнуть, ніж дорослі люди. Для підтримання нормальної температури тіла малим істотам потрібно більше споживати їжі на одиницю своєї власної маси. Звідси можна зробити висновок, що велетні їдять менше від нормальних людей на одиницю своєї маси у 12 разів, а ліліпути — більше у 12 разів.

Отже, можемо зробити висновок про те, що літературні твори є гарним матеріалом для підбору фізичних задач. Казки, вірші, оповідання – яскраві приклади природних явищ, пояснити які може лише фізика. Використовуючи літературні твори на уроках, вчитель не лише вирішує цікаві завдання з учнями, але й розвиває у дітей естетичний смак.

Лірика та фізика можуть взаємодіяти не лише у наведеній вище формі. У процесі прищеплення учням інтересу до предмету, велике значення має творча робота, яка дається на довгий термін. Написання віршів на обрану самим учнем тему, вивчену на уроці, є ефективним засобом закріплення та повторення матеріалу.

Не менш важливим є і той факт, що діти, які на уроках ведуть себе пасивно, раптом розкриваються як поети, виражаючи глибоку зацікавленість у цьому виді роботи, проявляють свій талант. І нехай їх вірші не бездоганні, однак їх спроба приносить їм задоволення і утвердження як особистості. Для деяких учнів цей крок стає вирішальним у зміненні ставлення до фізики як до важкої науки.