XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Явление механики в литературе
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
О сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель.
А.С. Пушкин
Законы природы и раскрытие их тайн человеком всегда волновало не только ученых, но и литераторов. Удивительно, насколько точно поэты и писатели предвосхищают порой научные открытия и важнейшие проблемы научного исследования.
Тема нашего исследования «Явления механики в литературе» является актуальной, так как физические явления легче усваиваются и запоминаются через произведения художественной литературы, которые отличаются своей образностью, доступностью и выразительностью. Механика стала неотъемлемой частью в жизни каждого человека. Мы используем её во всех сферах жизни, не задумываясь, насколько она важна для нас. Не зная основные принципы механики, человек не сможет понять, почему самолёт летит, машина едет, а человек идёт.
Цель: показать необходимость развития в процессе обучения механике способностей, позволяющих решать задачи и получать дополнительные сведения из различных областей знаний. Это достигается средствами предметной интеграции, учитывающими интересы и познавательные возможности обучающихся.
Объект исследования – физические явления, а именно – явления механики.
Предмет исследования – художественная литература.
Проблемный вопрос – встречаются ли явления механики в литературных произведениях?
Гипотеза исследования – литературный материал способствует более глубокому пониманию физики.
Задачи исследования:
1) найти и систематизировать материал по проблеме исследования;
2) показать возможность межпредметной интеграции дисциплин механики и литературы. Провести анализ литературных произведений и выявить законы механики, которые действуют в произведениях.
Объяснить физические явления;
3) составить задачи на основе физических явлений;
4) проиллюстрировать материал;
5) создать альбом-задачник.
Методы исследования:
1) анализ научно-методической и художественной литературы;
2) исследование;
3) моделирование задачных ситуаций.
План работы
Выбор темы и формирование проблемы исследования.
Сбор информации (источников по теме).
Обработка сведений, выделение главного, систематизация и обобщение.
Создание презентации – альбома-задачника.
Новизна - существуют работы, посвященные античной механике. Однако мы решили изучить эту тему более подробно, поскольку сейчас достаточно трудно разобраться в новой науке и, следовательно, в движущих силах новой культуры без некоторых представлений о классической механике. В этом и заключается новизна нашего исследования.
Практическая значимость: создание альбома-задачника (презентации) по физике на основе литературного материала. Альбом-задачник (презентацию) можно использовать учителям начальной школы, учителям русского языка и литературы, учителям физики на своих уроках, а также классным руководителям при проведении занимательных пятиминуток или во внеклассной работе.
Продукт деятельности: альбом-задачник (презентация) по физике.
Глава 1. Зарождение механических знаний
Расцветом механики как науки можно считать XVII век, когда начало бурно развиваться математическое естествознание. Именно тогда сформировались основные законы классической механики. Однако зарождение механических знаний относится к глубокой древности, а термин начал применяться ещё в античности. Правда, в течение долгих лет ему придавали иное значение, вплоть до XVII века. Происходит он от древнего слова «mechane», которым называли все искусно придуманное, понимая при этом механическое искусство. Это относилось как к различным машинам и механизмам, так и вообще к «хитроумным» изобретениям.
В настоящее время теория машин и механизмов является одним из разделов механики, а название «механика» распространено на науку о всех видах механического движения. Механика всегда была в центре борьбы за прогресс и соответственно в центре широких общественных интересов.
Механика (греч. μηχανική - искусство построения машин) — раздел физики, наука, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними; при этом движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве.
Механика — одна из самых древних наук. Она возникла и развивалась под влиянием запросов общественной практики, а также благодаря абстрагирующей деятельности человеческого мышления. Первые дошедшие до наших дней рукописи и научные сообщения в области механики принадлежат античным ученым Египта и Греции. Древнейшие папирусы и книги, в которых сохранились исследования некоторых простейших задач механики, относятся главным образом к различным задачам статики, т. е. учению о равновесии. Механика всегда была в центре борьбы за прогресс и соответственно в центре широких общественных интересов. На заре классической науки механика стала началом нового взгляда на мир, освобождения науки от схоластики, новой полосы культурной истории человечества. В нашем столетии классическая механика вместе с классической электродинамикой стала ступенью к новой, неклассической науке, которая оказалась движущей силой современной научно-технической революции и привлекает к себе живой интерес миллионов людей. Основные понятия механики развивались в неразрывной связи с практическими задачами, возникавшими в процессе исторического развития человечества. В более ранний период развития механики, в XVII—XVIII веках, ведущие проблемы возникали, главным образом, в связи с запросами мореплавания, для нужд которого было необходимо составление достаточно точных таблиц, указывающих положение наиболее ярких планет и Луны на небе в течение года. В это время основную роль играли проблемы небесной механики. В настоящее время ведущая роль принадлежит проблемам техники.
1.1 История механики
Историю механики как науки о машинах и механизмах можно начинать с очень глубокой древности. Уже в эпоху неолита и бронзового века появилось колесо, несколько позже применяются рычаг и наклонная плоскость. Регулярное применение рычага и наклонной плоскости начинается в связи со строительными работами в древневосточных государствах. И, разумеется, все это время шел процесс выработки, осознания ряда более и менее абстрактных понятий, таких, как сила, сопротивление, перемещение, скорость. Характер античной механики определялся экономическими основами рабовладельческого хозяйства. Развитие рабства в Греции явилось предпосылкой для более широкого разделения труда в производстве. До известного периода это обеспечивало более быстрый рост техники и производительных сил, рабовладельцы же получали досуг для интеллектуальной деятельности. Однако рабовладельческое хозяйство содержало в себе элементы, тормозившие дальнейший рост техники. Таким образом, из особенностей рабовладельческой экономики вытекали примитивный характер античной техники и ее медленная эволюция. К рычагу и клину эллинистическую эпоху, начинавшуюся на рубеже IV-III вв. до н. э., добавляется еще блок и винт. В виноделии и маслоделии используется пресс как рычажный, так и основанный на принципе вдавливаемого клина, а затем винтовой. Для подъема и горизонтального передвижения тяжестей греки и римляне применяли ворот – с горизонтальной осью в первом случае и с вертикальной – во втором. В строительном деле употреблялись также блоки и системы блоков – полиспасты. Вращательные движения преобразовали с помощью систем зубчатых колес. Более сложные механические орудия (водяное колесо, червячная передача, винт, насос и т.д.) применялись сравнительно редко– рабский труд препятствовал распространению механических приспособлений. Основные представления о значении слова «машина» точно выражает определение, данное знаменитым римским архитектором Витрувием: «Машина есть взаимно связанное соединение деревянных частей, обеспечивающее наибольшую выгоду при поднятии тяжестей. Она приводится в действие искусственно, а именно круговым движением». Это слишком упрощенное представление античного мира об устройстве машины и ее назначении трактуется значительно шире в более раннем сочинении «Механические проблемы», приписываемом Аристотелю. В настоящее время принято считать, что «Механические проблемы» - самый давний из дошедших до нас античных трактатов по механике, были написаны в начале III в. до н. э. в эллинистическом Египте. Основными конструктивными элементами античных машин являлись простые механизмы: рычаг, клин, наклонная плоскость, колесо и блок. Более древним египетским механикам были известны только рычаг, клин, полиспаст и, по-видимому, наклонная плоскость.
Использование явлений механики мы встречаем еще в трудах древних греков:
Ахиллес и черепаха. Быстроногий Ахиллес никогда не догонит неторопливую черепаху, если в начале движения черепаха находится впереди Ахиллеса. Допустим, Ахиллес бежит в десять раз быстрее, чем черепаха, и находится позади неё на расстоянии в тысячу шагов. За то время, за которое Ахиллес пробежит это расстояние, черепаха в ту же сторону проползёт сто шагов. Когда Ахиллес пробежит сто шагов, черепаха проползёт ещё десять шагов, и так далее. Процесс будет продолжаться до бесконечности, Ахиллес так никогда и не догонит черепаху. Одно из возможных объяснений парадокса: ложность представления о бесконечной делимости расстояния и времени.
Лев Толстой в III томе эпопеи «Война и мир» пересказывает парадокс про Ахиллеса и черепаху и предлагает своё толкование: нельзя разделять непрерывное движение на «отдельные единицы», вместо этого надо использовать аппарат суммируемых «бесконечно-малых величин». Далее Толстой замечает: «в отыскании законов исторического движения происходит совершенно то же» и критикует попытки рассматривать непрерывный ход истории как происходящий по произволу отдельных влиятельных исторических лиц или сводить историю к отдельным крупным историческим событиям.
1.2 Учение Аристотеля
В своих сочинениях Аристотель большое внимание уделил механике, или науке о простейших движениях — таких, как падение, передвижение, действие рычагом или воротом. Название этой полезной науки произошло от греческого слова «механикэ», что значит «хитрость». Один ученик Аристотеля в своей книге о механике так поясняет ее задачу и значение: «Природа не всегда поступает так, как нам хочется, поэтому, чтобы действовать вопреки природе, нужно применять хитрость — механику — и с ее помощью побеждать природу». Аристотель говорил: «Кто не знает движения — тот не знает природы». В основе механики лежат законы движения, и древний ученый попытался эти законы выразить. Древний ученый принял кажущуюся разницу в характере движений за истинную, и в этом отчасти сказались рабовладельческие убеждения Аристотеля. Господа передвигаются и действуют по своей воле, их движения свободны и непринужденны, а рабы трудятся по принуждению. И Аристотель, сам того не замечая, отобразил в науке порядки рабовладельческого общества: разделил движения на благо родные — естественные, и рабские — вынужденные. В действительности в природе все движения одинаково естественны, и деление, введенное Аристотелем, неправильно. Но пока люди в этом разобрались, прошло много столетий. Наибольшее влияние на дальнейшее развитие механики оказало учение Аристотеля.
Аристотель был любимым учеником Платона. Но, усвоив философию Платона, Аристотель решил, что учитель ошибается в главном вопросе о первооснове мира. Аристотель пришел к выводу, что все вещи существуют сами по себе, безо всяких предшествующих им идей. Учитель и ученик расстались. Когда Аристотеля спросили, почему он покинул Платона, Аристотель ответил: «Платон мне друг, а истина дороже».
Аристотель написал большое количество философских трактов. Он охватил своим умом всю природу и все области человеческих знаний и основал свою философскую школу.
В аристотелевской натурфилософии значительное место занимает учение о движении. Его сочинение «Физика», «О небе», «О возникновении и уничтожении», «О метеорах» и отчасти «Метафизика» содержат полное изложение общих понятий механики.
Работы Архимеда по механике
Известен рассказ о том, как Архимед сумел определить, сделана ли корона царя Гиерона из чистого золота, или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. Удельный вес золота был известен, но трудность состояла в том, чтобы точно определить объём короны: ведь она имела неправильную форму! Архимед всё время размышлял над этой задачей. Как-то он принимал ванну, и тут ему пришла в голову блестящая идея: погружая корону в воду, можно определить её объём, измерив объём вытесненной ею воды. Согласно легенде, Архимед выскочил голый на улицу с криком «Эврика!» (εύρηκα), то есть «Нашёл!». В этот момент был открыт основной закон гидростатики: закон Архимеда. Другая легенда рассказывает, что построенный Гиероном в подарок египетскому царю Птолемею тяжёлый многопалубный корабль «Сиракузия» никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков (полиспаст), с помощью которой он смог проделать эту работу одним движением руки. По легенде, Архимед заявил при этом: «Будь в моём распоряжении другая Земля, на которую можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу» (в другом варианте: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир»). Архимед является автором огромного количества механизмов, машин, он вывел множество геометрических теорем и изучил физические законы. Архимед – подлинный основатель теоретической статистики и гидростатики.
Уже на самых первых этапах научной деятельности, по-видимому, механика интересовала Архимеда больше всего, причем переход к теоретическим обобщениям шел от чисто прикладных вопросов. Но и позже, помимо теоретических исследований в области математики, физики и механики, Архимед занимался вопросами прикладной механики, частности, в связи с потребностями обороны его родного города Сиракузы. Он обогатил античную технику большим количеством замечательных изобретений.
Из сочинения Архимеда, посвященных механике, до нас дошли трактаты о двух книгах «О равновесии плоских фигур, или о центрах тяжести плоских фигур», трактат «О плавающих телах» также в двух книгах и «Эфод, или послание к Эратосфену о механических теоремах».
Первыми сочинениями Архимеда по механике были «Книга опор» и «О весах». Они до нас, к сожалению, не дошли, но об их содержании можно судить лишь в более поздних работах Герона. Анализ упомянутых сочинений показывает, что во время их написания Архимед ещё не знал, что вес тела можно считать сконцентрированным в его центре тяжести, хотя и пользовался последним понятием. Понятие о центре тяжести появилось у Архимеда в итоге практического изучения распределения груза между опорами. Архимед называет центром момента плоской фигуры точку, при подвешивании за которую фигура остаётся параллельной горизонту: центром момента двух и более плоских фигур он называет точку подвеса рычага, остающегося параллельным горизонту, если прикрепить к его концам указанные фигуры.
Аксиомы Архимеда являются первым существенным толчком в развитии понятия момента силы. Архимед с достаточной точностью отмечает, что действие подвешенного груза на рычаг пропорционально его весу и расстоянию точки опоры рычага. Нужно было лишь найти форму этой зависимости - и Архимед её нашел. Он доказал, что действие подвешенного груза и расстояние на рычаг прямо пропорционально величине груза и расстоянию точки приложения от неподвижной опоры рычага.
Другим интереснейшим трудом Архимеда по механике является более поздний трактат «О плавающих телах». Существует гипотеза, что это была его последняя работа. Открытие основного закона гидростатики было итогом многовековых эмпирических наблюдений и целой цепи теоретических размышлений.
Иллюстрация закона Архимеда (гидростатики)
Глава 2. Взаимосвязь физики и художественной литературы
Среди всех научных дисциплин физика занимает особое место. Она, являясь основой многих направлений научно-технического прогресса, одновременно показывает человеку гуманистическую сущность научных знаний. Процесс ее изучения содействует формированию творческих способностей личности, ее мировоззрения и убеждений, способствуя воспитанию подрастающего поколения.
Создание и поддержание познавательного интереса у школьников способствует развитию их активности на уроках, улучшению качества знаний, формированию положительной мотивации обучения, что вызывает повышение эффективности всего процесса обучения.
Художественная литература – это источники, кладезь знаний, разумное использование которых приносит большую пользу в обучении физике. Применение фрагментов из художественной литературы на уроке стимулирует творческое мышление, заставляет задуматься над прочитанным, содействует скорейшему пониманию изучаемых вопросов, более прочному усвоению знаний, служит дополнением к демонстративному эксперименту, создавая словесную наглядность и яркие образы, являющиеся опорой для формирования физических понятий и явлений.
Удачно подобранный отрывок из художественного произведения повышает интерес к изучаемому предмету, позволяет лучше его понять, увидеть красоту физического явления. Любой читающий человек, несомненно, найдет для себя возможные «точки соприкосновения» физических знаний, знакомых еще из обязательного общеобразовательного курса и литературных текстов, в которых физика предстает в различных ипостасях:
- достоверное описание физических явлений (коронный разряд в газах, радуга, шаровая молния, полярные сияния, миражи) - художественное описание помогает создать наглядный зрительный образ изучаемого;
- иллюстративное изображение открытий физики – история открытия законов, явлений, изобретения технических устройств мысли ученых, живших в далекие века, обычно всегда привлекает читателей, вызывают у них живой интерес, побуждают задуматься о своей значимости в этом мире;
- описание работы физических приборов и изобретений – фрагменты многих приключенческих и фантастических романов содержат интересные описания физических приборов как существующих в действительности, так и выдуманных авторами.
Произведения художественной литературы, богатые описанием тех или иных физических явлений природы, интересными фактами, легко усваиваются и запоминаются более ярко.
Начиная с народного фольклора и до наших дней, литература ведет нас за собой. Это и извечная мечта о сапогах-скороходах, о ковре-самолете, о чудо-печке и многом другом. И мы уже не удивляемся всему этому - это наша реальность. А романы Жюля Верна и Герберта Уэллса? А "Гиперболоид инженера Гарина"? - все это примеры глубочайшей связи между фантастикой и реальностью, между физикой и литературой. Порой и понять то сложно, "где начало того конца..." Как признаются авторы многих физических открытий и технических изобретений именно мечта детства, подаренная сказками и фантастической литературой, двигала ими. Не случайно фантастика называется научной. Именно благодаря этой литературе удается более полно и более конкретно раскрывать суть многих вроде бы на первый взгляд обыденных явлений.
Известно, что дети с удовольствием читают или слушают сказки. Сказки несут в себе заряд мудрости и доброты, столь необходимый людям. С малых лет все мы знаем крылатое выражение: «Сказка – ложь, да в ней намёк, добрым молодцам урок!» Яркость и наглядность образов достигаются путём точных наблюдений в мире природы, а также лаконичных и ёмких характеристик того или иного персонажа. Однако, читая сказки, ребята не обращают внимания на встречающиеся там физические явления. В одних сказках физические явления изображаются точно и правдиво, в других – имеет место поэтическое преувеличение, фантазия. Все сказки наполнены волшебством, магией. Они учат нас мудрости, доброте, справедливости. В сказках четко идет разделение на добро и зло. Перечитывая сказки с целью найти в них структурные элементы системы физических знаний, я понял, что в них много физических явлений и свойств.
Глава 3. Практическая работа
Литература и физика помогают нам изучать окружающий мир с точки зрения явлений механики, которые раскрываются через образы яркие, которые присущи художественному стилю. Связь с физикой наблюдается в художественных произведениях различного жанра: стихах, прозе и сказках. Благодаря этому физика и литература открылись для меня совершенно с другой стороны – сочетание двух абсолютно противоположных предметов (метапредметность). Теперь, знакомясь с любым произведением, я в каждом ищу и нахожу физические явления, знакомые уже мне или пока не знакомые. Так и пришла идея – создать альбом-задачник (презентацию), куда войдут примеры из литературных произведений, ярко иллюстрирующих физические явления. Чем раньше ребят научить обращать внимание на механику, тем быстрее и легче они начнут усваивать сложные понятия предмета «физика». Альбом-задачник можно использовать уже в начальной школе, показывая простые примеры явлений, с каждым годом усложняя понятия и расширяя кругозор. Таким образом, знакомство с физикой может для многих стать приятным, увлекательным и совсем не скучным.
Сказка «Репка»
«Позвала кошка мышку. Мышка за кошку, Кошка за Жучку, Жучка за внучку, Внучка за бабку, Бабка за дедку, Дедка за репку –Тянут – потянут –И вытянули репку».
Какие силы действовали на репку? На репку действовали силы: сила тяжести репки, сила трения покоя и суммарная сила тяги всех героев. Какая сила удерживала репку в земле? Сила всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения (гравитационная сила) – эта сила является силой притяжения и действует между всеми телами. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Что нужно сделать, чтобы выдернуть репку? Для того чтобы выдернуть репку, необходимо преодолеть сопротивление грунта и сообщить репке какое-то минимальное ускорение a=F/m. Каждый участник может действовать с некоторой силой: Дед-F1, Бабка-F2, Внучка-F3, Жучка -F4, кошка-F5, мышка- F6. Все персонажи сказки действовали в одном направлении и равнодействующая F=F1+F2+F3+F4+F5+F6, ее хватило для выдергивания репки.
Сказка «Лисичка-сестричка и серый волк»
«Волк нашел на реке прорубь, опустил хвост в прорубь и начал приговаривать: «Ловись, рыбка, и мала, и велика»… Мерзни-мерзни волчий хвост. Ясни, ясни на небе звезды. Хвост и замерз».
Какие виды теплопередачи здесь имели место? Замораживание.
Почему лисица повторяла «ясни, ясни на небе звезды»? Если небо ясное, то погода холодная.
Сказка «Зайкина избушка»
«Жили-были лиса и заяц. У лисы была избенка ледяная, у зайца – лубяная. Пришла весна красна – у лисы избенка растаяла, а у зайца стоит по- старому.
О каких явлениях природы идет речь? Тепловые явления.
Сказка «Каша из топора»
«… Солдат говорит хозяйке: - Здравствуй, старушка! Дай-ка мне чего-нибудь поесть, пожалуйста! – Да не из чего, родимый! Давай мне топор, я из топора кашу сварю! Принесла ему топор; солдат взял, положил его в горшок… и давай варить. Попробовал… Ежели бы сюда да горсточку крупы! Старуха засуетилась, принесла мешочек крупы…Как бы сюда да чуток масла…Сдобрили кашу… Ну, старуха, теперь подавай хлеба да соли да принимайся за ложку: станем кашу есть!.. Старуха спрашивает: Служивый! Когда ж топор будем есть? – Да, видишь, он не уварился…»
Какое физическое явление рассматривается в сказке? Диффузия. Почему топор не «уварился»? Температура плавления металла выше температуры кипения воды - 100°С. Температура плавления – температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние.
Сказка «Зимовье зверей»
«Пришли к быку в хлев гусь и петух, хором говорят, пусти брат к себе погреться. Бык отвечает "Нет, не пущу". У вас по два крыла, одно постелешь, другим оденешься, так и прозимуете. -Не пустишь, - говорит гусь - так я весь мох из твоих стен повыщиплю, тебе же холоднее будет. Не пустишь, - говорит петух, - так я взлечу на чердак и всю землю с потолка сгребу тебе. Тебе же холоднее будет.
Какое явление спровоцировали действия гуся и петуха? Они оба увеличивают выход тепла из дома.
Сказка «Иван Царевич и серый волк»
«Половина ночи прошла, ему и чудится: в саду свет. Светлее и светлее. Весь сад осветило. Он видит – на яблоню села Жар-птица и клюет золотые яблоки.
О каких явлениях природы идет речь? Световые явления.
Былина о Святогоре-богатыре
Сошел Святогор с добра коня,
Захватил сумочку рукою – не мог и пошевелить;
Стал вздымать обеими руками
– Только дух под сумочку мог пропустить,
А сам по колена в землю угряз.
Говорит богатырь таковы слова:
«Что это у тебя в сумочку накладено?
Силы мне не занимать стать,
А я и здынуть сумочку не могу!»
– «В сумочке у меня тяга земная».
Отчего погиб Святогор-богатырь? Какое физическое явление использовано в былине? Святогору не был известен закон действия и противодействия. Если бы он знал законы физики, то сообразил бы, что богатырская сила его, приложенная к земле, вызовет равную, а следовательно, столь же колоссальную противодействующую силу, которая может втянуть его самого в землю.
Николай Алексеевич Некрасов «Дедушка Мазай и зайцы»
«Мимо бревно суковатое плыло,
Сидя, и стоя, и лежа пластом,
Зайцев с десяток спасалось на нем.
Я зацепился багром за сучок
И за собою бревно поволок...»
Почему бревно держится на воде и не тонет? Бревну позволяет держаться его плотность, так как если бы плотность бревна была больше, то оно пошло ко дну.
Джанни Родари «Приключения Чиполлино»
«...Но и сыщик тоже заметил, как шевелятся кусты. Он бросился на землю и застыл. Собака последовала его примеру».
О каком виде движения идет речь? Колебательное.
Прозаические произведения:
Повесть М.Е.Щедрина «Современная идиллия»
— Зацепочка, стало быть, — сконфуженно объяснил изобретатель и опять напрягся и размахал колесо. Но во второй раз повторилось то же самое.
— Трения, может быть, в расчет не приняли?
— И трение в расчете было… Что трение? Не от трения это, а так… Иной раз словно порадует, а потом вдруг… закапризничает, заупрямится — и шабаш. Кабы колесо из настоящего материалу было сделано, а то так, обрезки кой-какие”.
Какое явление показано? «Зацепочка».
Конечно, дело тут не в “зацепочке” и не в “настоящем материале”, а в сложности основной идеи механизма. Колесо немного вертелось от “импета” (толчка), который дан был ему изобретателем, но неизбежно должно было остановиться, когда сообщенная извне энергия истощилась на преодоление трения.
Жюль Верн «Путешествие на Луну»
“ — Николь, движемся ли мы?
Николь и Ардан переглянулись: они не чувствовали колебании снаряда.
— Действительно! Движемся ли мы? — повторил Ардан.
— Или спокойно лежим на почве Флориды? — спросил Николь.
— Или на дне Мексиканского залива? — прибавил Мишель”.
Здесь произошло нечто поистине сказочное: все предметы внутри снаряда утратили свой вес, а сами путешественники, подпрыгнув, повисли в воздухе без опоры. Этого романист не заметил: он думал, что предметы внутри свободно несущегося снаряда, находящегося под действием одних лишь сил притяжения, будут продолжать давить на свои опоры, как давили тогда, когда снаряд был неподвижен.
Андрей Некрасов «Приключения капитана Врунгеля»
«...Гляжу – за нами охотятся. Мгновенно взвесил соотношение сил и вижу – делать нечего, надо бежать. Ну, побежали... Добежали до какой-то будочки. Я изнемог, остановился дух перевести, сердце так и колотится – устал. А как же... и возраст, и жара».
О каких видах движения идет речь? Механические явления – колебательное движение. Колебательными называют движения, которые в точности или приблизительно повторяются через определенные промежутки времени. Какие еще органы человека совершают колебательные движения? – ноги, руки, сердце, легкие, ресницы.
Михаил Юрьевич Лермонтов «Герой нашего времени» ч.2 «Княжна Мери»
«Тянется серебряная цепь снеговых вершин, начинаясь Казбеком и оканчиваясь двуглавым Эльбрусом…»
Данное явление относится к тепловым явлениям, так как на большой высоте давление резко возрастает, температура падает, становится холодно. Молекулы воздуха совершают медленное движение и образуется снег. Это явление называется кристаллизацией.
Николай Васильевич Гоголь «Сорочинская ярмарка»
«Нагнувшиеся от тяжелых плодов широкие ветви черешен, слив, яблонь, груш…»
Здесь перед нами предстает механическое явление: плоды на ветвях достаточно тяжелые за счет земного притяжения, так как ветки не выдерживают и гнутся под силой тяжести. Если бы дерево находилось в невесомости, то ветки бы не гнулись.
Антон Павлович Чехов «Степь»
«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».
Какая сила вытолкнула Егорушку из воды? Архимедова сила. На тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа), вытесненной (или вытесненного) телом.
Максим Горький «Макар Чудра»
«С моря дул влажный, холодный ветер, разнося по степи задумчивую мелодию плеска набегавшей на берег волны и шелеста прибрежных кустов. Изредка его порывы приносили с собой сморщенные, желтые листья и бросали их в костер, раздувая пламя; окружавшая нас мгла осенней ночи вздрагивала…»
Здесь нам показывают на примере мелодии звуковые волны, то есть механические явления.
Волны на поверхности озера или хлебного поля можно увидеть глазами. Однако большинство механических волн невидимы, как, например, звуковые волны. Звуки – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса в ветреную погоду, шум прибоя морских волн, гром во время грозы. Звучат работающие машины, движущийся транспорт. Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой. (Слово «акустика» образовано от греческого слова akustikos — звуковой.)
Источники звука – это колеблющиеся тела, это видно из наблюдения за звучащей струной музыкального инструмента. Кажется, что она как бы утолщается, особенно в середине. Вид струны меняется именно вследствие ее колебаний. Человек воспринимает в качестве слышимого звука волны с частотами от 16 Гц до 20 кГц. Упругие волны с частотами более 20000 Гц называются ультразвуками, с частотами менее 16 Гц – инфразвуками.
Явление кипения и испарения воды описано в романе Станислава Лема «Непобедимый»:
«На дне ущелья текла река. Поток горящей лавы устремился вниз. Казалось на дне ущелья вспыхнул вулкан. Столб дыма и кипящей лавы, каменных обломков, и, наконец, огромное, окружённое вуалью облако пара. Пар, в который, наверное, превратился журчащий поток полноводной реки, текшей на дне ущелья».
Описание явления люминесценции находим известном А. Конана Дойля «Собака Баскервилей»:
«.... Да, это была собака огромная, чёрная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас не видывал. Из её отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьём воображении не могло возникнуть видение, более страшное, более омерзительное, чем это гадкое существо, выскочившее на нас из тумана».
«Её огромная пасть всё ещё светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы, и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже светились в темноте...»
В книге Ж. Верна «В стране мехов» также можно найти несколько интересных отрывков.
«…на каждый фут их надводной массы приходилось от шести до семи футов подводной». «…в комнатах всегда была температура не ниже пятидесяти градусов по Фаренгейту. Впрочем, очень скоро толстая снеговая шапка должна была укрыть дом и воспрепятствовать убыли внутреннего тепла»; «…в этой снежной глыбе эскимосы выкопали себе временное пристанище. Такие снежные дома строятся очень быстро, на местном языке их называют «иглу». Они удивительно приспособлены к суровому климату, их обитатели, даже не разводя огня, легко переносят в них сорокоградусные морозы»; «Затем Томас Блэк…направил шланг на края льдины, туда, где под влиянием жары они особенно таяли… Везде, куда попадал направляемый рукой астронома сжатый воздух, таяние прекращалось, трещины затягивались, лед снова замерзал!» - описание явления теплопроводности.
Лирические произведения
Анна Андреевна Ахматова «Я с тобой, мой ангел, не лукавил».
Я с тобой, мой ангел, не лукавил,
Как же вышло, что тебя оставил
За себя заложницей в неволе
Всей земной непоправимой боли?
Под мостами полыньи дымятся,
Над кострами искры золотятся,
Грузный ветер окаянно воет,
И шальная пуля за Невою
Ищет сердце бедное твоё.
И одна в дому́ оледенелом
Белая лежишь в сияньи белом,
Славя имя горькое моё.
Почему «полыньи дымятся»? «Полыньи дымятся», то есть происходит испарение воды. Испарение – естественный физический процесс, обусловленный постоянным движением молекул в жидкости, которое происходит при любой температуре окружающей среды.
Образование росы из отрывка Никитина «Утро»:
“По зеркальной воде, по кудрям лозняка
От зари алый свет разливается
Дремлет чуткий камыш. Тишь-безлюдье вокруг.
Чуть приметна тропинка росистая. Куст заденешь плечом,–
На лицо тебе вдруг с листьев брызнет роса серебристая.”
В этом отрывке описаны условия образования утренней росы летом. Роса обычно выпадает на заре. В это время температура окружающего воздуха самая низкая за сутки, поэтому содержащийся в воздухе водяной пар приходит к насыщению, и избыточная влага выделяется из воздуха в виде капель росы
Северное сияние у М.А. Дудина:
«Ах, как играет этот Север!
Ах, как пылает надо мной
Разнообразных радуг веер
В его короне ледяной!
Ему, наверно, по натуре
Холодной страсти красота,
Усилием магнитной бури
Преображенная в цвета...».
Северное сияние возникает при вторжении в верхние слои атмосферы заряженных частиц высокой энергии из земной магнитосферы. Сталкиваясь с различными атомами земной атмосферы, они возбуждают их, вызывая свечение. В основном северное сияние происходит на высотах 100-115 км, но иногда оно наблюдается как гораздо ниже, до 70 км, так и выше на высоте до 300 км.
С. Есенин:
Вот морозы затрещали
И сковали все пруды,
И мальчишки закричали
Ей «спасибо» за труды.
Описанное явление – кристаллизация. Однако, при более глубоком рассмотрении этого отрывка становится понятно, что фраза «Вот морозы затрещали…» открывает перед нами ещё одно явление, связанное с расширением воды при кристаллизации. Не секрет, что в стволах деревьев сосредоточено достаточно большое количество воды. При сильных морозах вода в стволах, замерзая и расширяясь, вызывает разрывы в тканях ствола, при этом неизбежно возникают вибрации, которые порождают в окружающем воздухе звуки в виде треска.
Заключение
«Наука и искусство также тесно связаны между собой, как лёгкое и сердце» - так писал Л.Н. Толстой. А. Эйнштейн, указывал, что в научном мышлении всегда должен присутствовать «Элемент поэзии». Научное знание обогащает поэтическое восприятие природы. Знание физики природных явлений позволяет ещё сильнее ощущать их внутреннюю гармонию и красоту. А ощущение этой красоты есть дополнительный и мощный стимул к дальнейшему исследованию.
Без такой науки, как физика, не было бы такого литературного жанра, как научно – фантастический роман. Одним из создателей этого жанра стал французский писатель Жюль Верн (1828 – 1905 гг.) Вдохновлённый великими открытиями XIX века, знаменитый писатель окружил физику романтическим ореолом. Все его книги «С Земли на Луну» (1865 г.), «Дети капитана Гранта» (1867-68 гг.), «20 000 лье под водой» (1869-70 гг.), «Таинственный остров» (1875 г.) проникнуты романтикой этой науки.
В некоторых произведениях в литературный сюжет вставлен фантастический физический эффект, не имеющий аналога в науке. Идеи эти всегда очень интересны, особенно тогда, когда удается предсказать открытие реального физического явления.
Известны случаи, когда именно научно-фантастическое произведение послужило импульсом к важному физическому открытию. Никто не станет спорить, что голография - одно из выдающихся достижений физической мысли. Голография - метод записи, воспроизведения и преобразования волн, основанный на их интерференции, т. е. наложении.
Школьная практика показывает, что использование научно - фантастических произведений на уроках физики приобщает учащихся к чтению, расширяет их кругозор, содействует развитию «вкуса» к научным проблемам, грамотной речи и воображения, способствует поддержанию постоянного интереса к физике, учит внимательному чтению, вызывает чувство красоты и гармонии. При этом ученики осознают гуманистическую сущность физики, ощущают радость познания мира, оценивают с моральных позиций поступки и действия литературных героев. В ряде случаев они становятся как бы соучастниками описываемых ситуаций, что вызывает у них чувство сопереживания, содействует формированию нравственных убеждений. Художественное описание помогает создать наглядный зрительный образ изучаемого; иллюстративное изображение открытий физики - история открытия законов, явлений, изобретения технических устройств мысли ученых, живших в далекие века, обычно всегда привлекает читателей, вызывают у них живой интерес, побуждают задуматься о своей значимости в этом мире; описание работы физических приборов и изобретений - фрагменты многих приключенческих и фантастических романов содержат интересные описания физических приборов как существующих в действительности, так и выдуманных авторами.
Таким образом, можно сделать вывод, что физика и литература всё время переплетаются, дополняя друг друга. Литература играет огромную роль в физике: она помогает понятно и просто объяснить сложные физические явления и процессы. Физика непосредственно связана с литературой. Она даёт толчок для идей и создания новых литературных произведений. Многие писатели используют в сюжетах литературных произведений известные физические эффекты, писатели-фантасты описывают такие явления, которые порой дают толчок к научным открытиям в области физики. Поэтому, можно с уверенностью сказать, что такие науки, как литература и физика развивают и осваивают новые области неизведанного. А созданный нами альбом-задачник будет ежегодно пополняться новыми примерами физических явлений из художественных произведений.
Список использованной литературы
В.Бутромеев. Всемирная история в лицах. Древний мир. – М.: «Олма – пресс», 1999г.
Балуев О. В. Использование занимательных материалов для развития познавательных интересов учащихся на уроках физики в ходе изучения темы «Тепловые явления» 8 класса [Электронный ресурс] / О. В. Балуев, П. В. Скулов // Режим доступа: http://referatiya.ru/.
Википедия. https://ru.wikipedia.org/wiki/
Г. Дильс., Античная техника, пер.с нем., М.- Л., Выгодский М.Я., Арифметика и алгебра в древнем мире, 2изд., М., 1967г.
Ленович А.А. Я познаю мир. Физика: Энциклопедия – М.:АСТ: Хранитель, 2007г.
А.Ликум. Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей - М.: «Ключ – С», 1994г.
Лях В.П.Использование литературных материалов при обучении физике (http://vpl54.narod.ru/index.html)
Машарова В. А. Познавательный интерес школьников с позиции современности [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.emissia.org/.
Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка. - М: Российская А.Н.; Российский фонд культуры, 1996г.
Олешков М.Ю. Уваров В.М. Современный образовательный процесс. Основные понятия и термины. - М.: Просвещение, 2006
Б.В.Стратонитский. История механики в лицах. Тверь, 2020г.
Большой Энциклопедический Словарь http://www.vedu.ru/bigencdic/
Приложение 1.
В результате работы над проектом были опрошены ученики АНОО Гимназия «Лидер» в количестве 50 человек. Самый главный вопрос, на наш взгляд, звучал так: «Хотели бы вы узнавать о физических явлениях посредством изучения художественной литературы?» 70% опрошенных гимназистов хотели бы на уроках литературы разбирать физические явления, либо на уроках физиках изучать физические явления на примерах художественных текстов.