Сборник задач по физике на основе литературных произведений
творческая работа учащихся по физике (10 класс) по теме

… Во времена Жюля Верна, Александра Беляева и даже Ивана Ефремова с Генрихом Альтовым было, как говорят сейчас, относительно просто предлагать новые фантастические идеи и бежать впереди паровоза науки и техники. С тех пор, однако, скорость технического прогресса и скорость изменений в науке настолько возросли, что не то что впереди бежать, но даже поспевать следом, держа руку на пульсе прогресса, способны уже немногие, а среди литераторов-фантастов — так и вовсе никто. Да и читателя перестали интересовать научно-технические прогнозы фантастов: во-первых, большая их часть сбывается быстрее, чем книга успевает дойти до читателя, а во-вторых, жизнь стала настолько сложной, что после работы хочется расслабиться и читать что-нибудь простенькое и бездумное, не задаваясь на досуге решением все тех же, по большей части нерешаемых, проблем бытия.

Желание читателя расслабиться и получать от чтения лишь временное удовольствие не абсолютно. Во все времена большая часть читателей предпочитала серьезным произведениям легкое чтиво, и закон Старджона о том, что 90% всего, что пишется, — плохо, выведен не сегодня, а именно в те годы, когда научная фантастика переживала расцвет и не собиралась сдавать позиции. Во все времена лишь 10% читателей искали в литературе — в том числе, в фантастике — пищу для ума, а не разрядку для глаз.

За полтора века произошли по крайней мере две революции в науке: в начале ХХ века и во второй его половине. Какие открытия, объясняющие структуру реальности, были сделаны писателями-фантастами? Перечислю лишь некоторые.

Одно из самых интересных фантастических открытий: возможность передвижения не только по трем известным нам измерениям, но и по четвертому — времени. Сделал это открытие Герберт Уэллс в 1896 году на страницах романа «Машина времени».

Перемещение во времени стало принципиально новой идеей, не имевшей аналогов и открывшей для фантастической литературы необозримые возможности, до сих пор не раскрытые полностью. Сколько уже написано и еще будет написано произведений о хроноклазмах — парадоксах, неизбежно возникающих, если отправиться в прошлое! Невозможно перечислить все написанное о путешествиях по времени, даже если отбирать только произведения высокого класса: «Хроноклазм» Д.Уиндэма, «Конец Вечности» А.Азимова, «Патруль Времени» П.Андерсона, рассказы Р.Брэдбери, Р.Шекли и др...

В науке понятие Вселенной сменилось понятием о Мультиверсе — бесконечномерном мироздании, в котором наша Вселенная является лишь одной из множества физических реальностей. Каждое наше решение, каждый поступок создают новые ветви мироздания, и уж тем более — новые вселенные возникают при каждом путешествии во времени.

Ученые долгое время полагали идею о путешествиях по времени чистейшей и неосуществимой фантастикой. Признавался только один способ оказаться в ином времени — отправиться в полет на субсветовой скорости и вернуться к потомкам. Сейчас, после того, как идея Мультиверса вошла в ареал науки, ученые обсуждают возможность путешествий во времени — см., например, книгу доктора физико-математических наук А.К.Гуца «Элементы теории времени», работы Стивена Хокинга, Игоря Новикова и др.

Открытие возможности перемещения во времени относится к тем достижениям фантастики, которые сильнейшим образом возбудили научную мысль, заставили науку пересмотреть многие физические положения. Сто лет понадобилось, чтобы ученые и писатели сошлись во мнении: научная фантастика и фантастическая наука одинаково описывают структуру физической реальности.

Два других фантастических открытия, о которых пойдет речь, напротив, оказались настолько актуальны, что достаточно быстро вошли в ареал науки. Сто лет назад Аристотелево предположение о том, что все состоит из атомов — неделимых частиц вещества, — было в науке общепринятым, высказывались уже идеи о том, что атом имеет сложную внутреннюю структуру, предлагались гипотезы, объяснявшие, как может быть устроен атом. Однако, до открытия Резерфорда оставалось еще четыре года, когда в России вышел роман Александра Богданова «Красная звезда». В этом романе впервые шла речь о том, что каждый атом обладает большой внутренней энергией, которую можно извлечь и использовать — в частности, в двигателях космического корабля-этеронефа.

Логичным следствием открытия деления атомов стала идея американского фантаста Ричарда Кеннеди, опубликовавшего в 1912 году роман «Тривселенная». Фантастическая наука сделала естественный шаг: если атом состоит из множества частиц, то устройство его может быть столь сложно, что внутри атома поместится своя замкнутая вселенная со всеми свойствами той единственной Вселенной, которая открывается нам в мире звезд и галактик.

Идея Кеннеди — интересная попытка объяснения структуры физической реальности. Правомерность такого объяснения далеко не очевидна, но ясно стремление фантастов создать своего рода «единую теорию мироздания», связывающую все структурные уровни материального мира. Такие модели описаны, например, в рассказах В.Тивиса «Четвертое измерение» (1961 год), М.Емцева и Е.Парнова «Уравнение с Бледного Нептуна» (1964 год) и др.

Есть аналогичные идеи и в науке. Советский академик М.А.Марков писал о том, что может существовать мир, находящийся на грани исчезновения для внешнего наблюдателя. Воспринимается он как элементарная частица с массой в миллионную долю грамма. Такой объект (фридмон) может заключать в себе целую Метагалактику…  

Для «реальной» науки после создания Эйнштейном частной теории относительности постоянство скорости света стало незыблемым принципом. Ничто не может двигаться быстрее света — этот постулат подтвержден всеми без исключения физическими экспериментами.

Предположение о том, что скорость света можно увеличить, — частный случай изменения известного закона природы. И потому естественным было появление новой гипотезы: поскольку существуют законы природы, то могут существовать и законы изменения этих законов, пока еще не известные науке (Павел Амнуэль, «Все законы Вселенной», 1968 год, «Крутизна», 1975 год).

Во второй половине ХХ века «реальная» наука тоже пришла к заключению о том, что даже в нашей области мироздания физические постоянные могут меняться со временем и, следовательно, постоянными в строгом смысле не являются. Но в науке еще нет признания того, что стало уже пройденным этапом в НФ: все законы природы переменны, и существуют не познанные нами физические принципы, определяющие, как именно могут меняться известные нам природные законы — закон всемирного тяготения, например, или известные законы сохранения.

Фантастическая литература  и  наука объясняют одну и ту же — окружающую нас — реальность. Принципы объяснения у них разные, что естественно, поскольку фантастика все-таки литература. Но идеями и гипотезами они друг друга обогащают. Реальность-то у нас одна, пусть и бесконечно сложная…

Но не только фантастика использует законы физики. Многие литературные произведения раскрывают сущность физических процессов и явлений, в художественной форме ставят перед читателем задачи, содержащие решения на основе законов физики. В данном сборнике представлены задачи из наиболее популярных произведений литературы для того, чтобы читатель мог на данных примерах понять, на сколько все взаимосвязано, что  читая очередное литературное произведение можно открывать для себя все новые и новые физические  процессы и явления, не только следить за развитием сюжета, но и  вспомнить законы и формулы, изучаемые на уроках физики и попытаться применить их в тех или иных ситуациях, о которых рассказывает автор в своем произведении.

1. «Гололедица»

Не идёт и не ездится

Потому что гололедица

Но зато

Прекрасно падается!

Почему же никто не радуется?

2. В фантастическом рассказе Ж. Верна о ядре, брошенном с Земли на Луну, рассказывается, что на участке пути, где притяжение Луны равно притяжению Земли, все предметы потеряли вес, всякий предмет, не падая, оставался в воздухе там, где был помещен.

3. Из ирландской сказки "Жена Гоба". Каждой претендентке на избрание в жены старик задавал три вопроса, чтобы оценить ее ум... Один из них был такой:

"Как отличить верхний конец ободранного ивового прутика от нижнего, если сам прутик всего двенадцати дюймов в длину и с обоих концов одинаковой толщины?"

И только одна-единственная девушка, мудрая-премудрая, ответила на этот вопрос. Она-то и стала женой Гоба. Что сделала она?

4. В рассказах Э. Распе «Приключения барона Мюнхаузена» есть такое место: «Я стал рядом с огромнейшей пушкой... и когда из пушки вылетело ядро, я вскочил на него верхом и лихо понесся вперед... Мимо меня пролетало встречное ядро... Я пересел на него и, как ни в чем не бывало, помчался обратно». Почему такое путешествие на ядре невозможно?

5.  Герой книги Э. Распе барон Мюнхаузен рассказывает: «Схватив ебя за косичку, я изо всех сил дернул вверх и без большого труда вытащил из болота и себя и своего коня, которого крепко сжал обеими ногами, как щипцами». Можно ли таким образом поднять себя?

6. В рассказе А.Серафимовича «Змеиная лужа» описан такой случай. Змея быстро ползла в траву. Гаврилка нагнулся, неуловимым движением схватил исчезавшую в траве змею за хвост, выдернул, как веревку, и быстро завертел в воздухе. Змея делала отчаянные усилия свернуться и схватить его за палец, но от быстрого движения летала вокруг него, вытянувшись, как палка. Почему змея не могла свернуться и схватить Гаврилку за палец?

7.  Из арабской сказки "Лиса, аист, лев и мул". "Лев ждал-ждал, устал, нашел горлышко от разбитого кувшина и положил его возле норы лисы. Когда дул ветер, воздух проходил через это горлышко, и получался такой звук, как будто рычал лев. Лиса сидела в норе три дня, боялась льва".

Вопрос: Какое физическое явление вы узнаете в этом эпизоде?

8.  Герой одного из рассказов О.Генри ударил поросёнка с такой силой, что тот полетел, «опережая звук собственного визга». С какой наименьшей скоростью должен был бы лететь поросёнок, чтобы описанный случай произошёл в действительности?        

9.  Отрывок из произведения Ж.Верна «Дети капитана Гранта».

Путешественники оказались на перевале в Андах:»…Вода здесь закипит не при ста градусах, а раньше…-Майор оказался прав: термометр, опущенный в кипящую воду, показывал всего лишь 87°С».

Объяснить это явление и оценить, на какой высоте находились путешественники, если считать, что температура кипения воды уменьшается на 1°С через каждые 324м подъёма.

10. Отрывок из «Евгения Онегина»:

Татьяна перед окном стояла,

На стёкла хладные дыша,

Задумавшись, моя душа,

Прелестным пальчиком писала

На отуманенном стекле

Заветный вензель О да Е. 

Почему на стекле конденсировался водяной пар?

11.

«Как сверкали все осинки-

И не стало ни росинки!

Утро кончилось в лесу-

Солнце выпило росу» 

Как объяснить это явление?

12. В.Викторов «Облака»

Облака сегодня важные,

Облака сегодня влажные,

Потому они напыщенны

Что водой они насыщены.

А убавится в них влажности-

Не останется и важности.

Как объяснить это явление?

13.  В фантастической повести Циолковского «На Луне» очень красочно описано такое явление, как кипение:

«Пить хочется! Открываю пробку… Что это- вода закипает! Вяло, но кипит. Дотрагиваюсь рукой до графина. Не обжечься бы… Нет, вода только тёплая. Неприятно такую пить!

-Мой физик, что ты скажешь?..

14.

 «Пока не стемнеет пеньки как пеньки,

Опустится мгла, на пеньках огоньки!

Заблудился в травке-муравке жучок,

На помощь идёт червячок-светлячок

Не спят на дежурстве ночном светлячки

Горят; золотясь, огоньки – маячки.»

Как объяснить это явление?

15. Отрывок из романа Г. Адамова «Тайна двух океанов».

«Невидимые тепловые лучи большей или меньшей интенсивности, испускаются любым нагретым телом…При помощи особой аппаратуры инфракрасное фотографирование давно и широко применяли в ночное время, в густой туман, в серую, дождливую погоду. Поднявшись ночью на самолете на высоту в пять-шесть тысяч метров, можно было производить снимки с расстояний в пятьсот- шестьсот километров, используя не только теплоту, иногда ничтожную, которую излучают наземные предметы, но и разницу между их температурой и температурой окружающей среды. Уже были известны инфракрасные бинокли для ночного видения, для видения сквозь туманы и густой дождь. Но до работ Блейхмана казалось неразрешимой задача – перехватить в водной среде и превратить в видимое изображение те часто ничтожные по силе инфракрасные тепловые лучи, которые излучают в этой среде ее обитатели и другие находящиеся в ней предметы…Для подводного же инфракрасного фотографирования главным затруднением являлось то, что тепловые лучи, попадая в водную среду, почти целиком жадно поглощались или отражались её»

Почему туман или дождь, когда в обыкновенный бинокль плохо видно, когда фотографировать

в обычных световых лучах бессмысленно, всё это можно сделать с помощью инфракрасных лучей?

16. В рассказе Одоевского «Городок в табакерке» есть такое место: «Тут Миша заметил, что над ним был свод… Перед ними был другой свод, только поменьше; потом третий, ещё меньше; четвёртый, ещё меньше и так все другие своды, чем дальше, тем меньше…»

Может ли наблюдаться такое явление и если «да», то почему одинаковые по размерам своды казались мальчику неодинаковыми?

17. М.В.Ломоносов в одной из своих записей ставит такой вопрос: «любой цвет от смачивания водой делается гуще. Почему? Надо подумать».

Как ответить на этот вопрос?

18. В книге Э. Распе «Приключения барона Мюнхаузена» есть такое место:  «...Вдруг мне пришла в голову блестящая мысль. Изо всей силы я ударил себя кулаком по правому глазу. Из глаза, конечно, так и посыпались искры, и порох в то же мгновение вспыхнул». Какой физический смысл имеет выражение: «Из глаз посыпались искры»?

19.  В рассказе А.И.Куприна «Черная молния» написано: «Глубокой зимою, в день ужасного мессианского землетрясения, утром... Часов в 10-11 на совершенно безоблачном небе вдруг расцвела радуга. Она обоими концами касалась горизонта, была необыкновенно ярка и имела в ширину градусов сорок пять, а в высоту- 20-25. Под ней, такой же аркой, изгибалась другая радуга, но несколько слабее цветом, а дальше третья, четвертая, пятая, и все бледнее и бледнее - какой-то сказочный семицветный коридор. Это продолжалось минут пятнадцать. Потом радуги растаяли, набежали... тучи и повалил сплошной снежище». Возможно ли описанное явление? 

1.  Писатель Б. Житков описывает такой случай. «Однажды в начале лета я ехал верхом поймой реки. Небо было одето тучами, собиралась гроза. И вдруг я увидел, что кончики ушей лошади начали светиться. Сейчас же над ними образовались будто пучки голубоватого огня с неясными очертаниями. Огоньки эти точно струились. Затем струи света побежали по гриве лошади и по ее голове. Я взял в руку ухо лошади; огонек точно проскочил сквозь мою руку и появился над ней. Повернув голову влево, я увидел пламя над своим плечом. Вероятно, светился и казался горящим и мой белый картуз. Все это явление продолжалось не более минуты. Хлынул дождик, и удивительные огни исчезли». Объясните описанное здесь явление природы.

2. В романе А. Беляева «Звезда Кэц» Тоня воскликнула: - смотрите, смотрите – и показала на небо. Мы увидели золотую звездочку, приближающуюся к земле… Гром нарастал с каждой секундой, и звездочка все увеличивалась… скоро звездочка превратилась в сигарообразное тело с плавниками.  Пламя вырвалось из дюз, и она все медленнее стала снижаться к озеру. Это мог быть только межпланетный корабль… длина его намного превышала длину самого большого паровоза. И весила она, наверное, не меньше. И вот эта тяжелая громадина, не долетая до поверхности воды нескольких десятков метров, как бы повисла в воздухе.

Что заставляло космический корабль «висеть» над озером?

3. В романе Г. Адамова «Тайна двух океанов» при конструкции подводной лодки «Пионер» инженер Крепин решил отказаться от  винтов. Только ракета могла бы использовать всю мощь подводной лодки. Как и в каких условиях должно происходить сжигание газов для получения реактивного движения, ведь вода достаточно плотная среда для получения реактивного движения?

4. В фантастической повести К. Э. Циолковского «Вне земли» описывается такое явление, как «Лунная заря!»: - Но скоро ли восход? Мы замерзнем, если эта ночь продлится несколько часов, - заметил швед. - Солнце должно скоро появиться, - ответил русский. – Вон, видите, в той стороне что-то на горизонте как будто светлеет! Это утренняя заря…  - Как заря! – удивился швед. – На Луне нет атмосферы, значит не может быть зари…

Что же производит эффект зари на поверхности Луны?

1. В романе Г. Бовина «Дети Земли» упомянута легенда о неприятельскоим флоте, спаленном Архимедом:

«- …Вы помните, что сделал Архимед?

_ Архимед?

_ Да, Архимед из древних Сиракуз. Однажды и Стракузцам подошел неприятельский флот. Архимед велел всем женщинам взять зеркала и выйти на городские стены. По его команде они навели солнечные зайчики на мачту одного из кораблей. Корабль тут же запылал. Зайчики перескочили на второй, затем на третий корабль, и неприятельский флот превратился в костер. Какое явление описывается в данном эпизоде и каким образом появляется пламя на кораблях?

2.  В произведении В.Я. Брюсова « Смерть рыцаря Ланцелота»

Хватают рыцари мечи

И рубятся сплеча.

Как искры от ночной свечи,-

Так искры от мяча

 Почему от мечей рыцарей летят искры?

3. В романе Дж. Свифта « Путешествия Гулливера»:

 «Остров был весь скалистый; однако мне посчастливилось найти много птичьих яиц, и, добыв кремнем огонь. Я развел костер из вереска и сухих водорослей, на котором испек яйца».

 Какие преобразования энергии происходят при добывании огня с помощью кремния?

4. В стихотворении Н. Морозова есть такие строки:

... Все – мира явления,

Все жизни стремления –

Лишь эхо физических сил;

От их пробуждения приходит в движение

Плеяды небесных светил…

Какие силы движут небесными светилами?

5. В стихотворениях М.  Ломоносова можно найти следующие строки:

Случились вместе два астронома в пиру

И спорили весьма  между собой в жару.

Один твердил: Земля, вертясь, круг Солнца ходит;

Другой – что Солнце все с собой планеты водит;

Один – Коперник был,

Другой - ….

С кем спорил Коперник?