Рыбаков А.Б. О №12 «Физики (ПС)» и динамике автомобиля, или Спасут ли школу вузовские преподаватели?

©Рыбаков А.Б.
 

   Буквально на днях с трибуны Всесоюзной конференции ректор МГУ В.Садовничий высказался в том смысле, что «необходимо привлекать к преподаванию математики в школе профессорский состав вузов». Причем привлекать их надо «через организацию дистанционного обучения» (я процитировал сообщение на портале Pedsovet.org). Если эта инициатива будет поддержана «наверху», она, конечно, коснется и физики.

   А тут как раз пришел новый номер «Физики (ПС)». И в этом номере – два комплекта олимпиадных задач, рожденных в стенах знаменитых ВУЗов. «На ловца и зверь бежит». Ну, сам бог велел начать наш обзор номера именно с этих материалов.
   Начнем с комплекта задач, предложенных журналу преподавателями Плехановской Академии. Увы! Взгляду зацепиться не за что, банальные школьные задачи, хорошо известные всем школьным учителям.
А вот и кое-что новенькое! Кажется, впервые в жизни я вижу обозначения точек на чертежах геометрической оптики русскими буквами! Интересное нововведение. Это они так студентов учат?
   А вот еще! Авторы, обсуждая задачу с двумя тонкими линзами, написали: «В формуле линзы расстояние до предмета отсчитывается от передней поверхности линзы, а до изображения – от задней поверхности линзы» (стр.48). Да нет у тонкой линзы ни задней, ни передней поверхности. Похоже, что авторы просто «зарапортовались» – ни с того, ни с сего переписали из вузовского учебника абзац, который не имеет никакого отношения к рассматриваемой задаче. «Образованность свою показать хочут» - говорила героиня одной старой пьесы. Ну… бывает.
   Во второй подборке «представлены задачи отборочного тура второй инженерной олимпиады школьников, проведённой силами пяти ведущих российских вузов». «Задачи эти необычные. Все они связаны с "работой" физики в современной технике, в жизни человеческой цивилизации… Все задачи были практико-ориентированными».
   Вот и посмотрим на эти «практико-ориентированные задачи».
   В одной из задач требуется «уничтожить (!!) искусственный спутник Земли». Уничтожить его предлагается ударом о земную поверхность. Анализ этого процесса предлагается провести, «пренебрегая силой сопротивления воздуха». Не знаешь, плакать или смеяться. Пренебрегать в решении задачи можно второстепенными эффектами. Если ты пренебрегаешь главными эффектами, то расплачиваешься за это потерей всякой связи с реальностью. Задача не имеет ни малейшего отношения к реальной проблеме посадки спутника на Землю (даже с целью уничтожить). А «уничтожение» спутника происходит путем выбора такой траектории снижения, когда он полностью сгорает в атмосфере. Вот тебе и «практико-ориентированная» задача.
   Обсуждая другую задачу, авторы излагают свои представления об основах динамики автомобиля. Почитаем. «Если автомобиль едет с постоянной скоростью V, колёса вращаются с угловой скоростью V/R (R – радиус колеса) и есть только небольшое трение качения». Это не так. При большой скорости автомобиля сила сопротивления воздуха весьма значительна и обычно во много раз превышает трение качения.
   Почитаем еще. «Когда ведущие колеса не «пробуксовывают», нижняя точка колеса не скользит по дороге и потому сила трения может не достигать своего максимального значения». Я сначала подумал, что это недоразумение, что авторы неловко выразились. Но вот еще определеннее на следующей странице: «Чтобы сила трения достигла максимального значения, в точках касания колёс и дороги должно возникнуть проскальзывание». Увы, такие рекомендации в «практикоориентированной» задаче могут привести к трагедии на дороге.
   Конечно, все не так. Авторы, по-видимому, бездумно воспринимают принятое в школьном курсе допущение о равенстве максимальной силы трения покоя и силы трения скольжения как некий физический закон. Но даже для взаимодействия твердых тел это обычно не так. Что уж говорить о взаимодействии деформируемой шины с дорогой (тоже зачастую деформируемой).
   В действительности же при возникновении проскальзывания сила трения шины о дорогу резко падает. Если речь идет об обычном режиме движения при начале проскальзывания резко уменьшится сила тяги. Но особенно опасно проскальзывание при торможении. Обратимся не к учебникам физики, а к пособиям для водителей. «Торможение юзом на сухом асфальте увеличивает тормозной путь на 25%, а на скользкой дороге в несколько раз» [ 1, стр. 99]. Именно поэтому «на некоторых автомобилях устанавливают антиблокировочные тормозные системы (АБС), которые специальным устройством ослабляют действие тормоза, когда колеса находятся на грани блокировки» [там же, стр.100].
   Нет, не спасут вузовские преподаватели школу.
   Коллег же, желающих обдумать детально динамику автомобиля, надо предупредить, что рано или поздно они наткнутся на ядовитейший парадокс. Они поймут, что сила тяги – этосила трения шины о дорогу, т.е. сила трения покоя! А потому работы она не совершает? Как же она может ускорять автомобиль?!

    * * *

   В журнале для школьных учителей, позиционирующем себя как «научно-методический», ожидаешь найти обсуждение методики преподавания школьного курса – как раз этого-то в журнале нет.
   А что есть? 
  Пожалуй, лишь один материал непосредственно посвящен теме школьного курса – «Задачный минимум по теме "Насыщенный пар. Влажность. 10–11 кл."». Задачам предшествует вполне доброкачественное изложение темы.Мне трудно с ходу судить, насколько это изложение темы лучше или хуже её изложений в разных учебниках и пособиях. Но мне представляется, что именно здесь, в журнале автор и должен был показать своё методическое мастерство.
   Вот именно о методике несколько замечаний.
   1. Автор несколько раз подчеркивает «длительное время» установление равновесия пара и жидкости.
Подчеркивание длительности этого процесса мне представляется методически неправильным. Ведь это вызовет вопросы активных учеников, на которые учитель ответить, конечно, не сможет. С практической точки зрения, важной для любых наших опытов, равновесие устанавливается практически мгновенно, что называется, «глазом моргнуть не успеешь». Даже упоминать о необходимости «длительного нахождения пара в контакте…», как мне представляется, не стоит.
   2. Формулировка же «Насыщенный пар – это идеальный газ…» представляется мне и принципиально неверной по существу, и опасной для использования в учебном процессе.
Нет ни малейших оснований для таких утверждений. Мне представляется, что методически грамотно как раз было бы подчеркнуть, что, конечно, пар вблизи насыщения нельзя считать идеальным газом. В понятии идеального газа (газа невзаимодействующих молекул) нет никакой возможности для конденсации. Просто в школьном курсе не принято (и нет такой необходимости) связываться с более сложными уравнениями состояния.
   Точно также (если вернуться к предыдущей теме) никто ведь не думает, что сила трения скольжения не зависит от скорости (зависит, и очень сильно), но в школе нет никакого резона связываться с реальными зависимостями.
   Заметим, что автор авторитетного вузовского («университетского») учебника придерживается более радикальной точки зрения: «Пар не является газом в строгом смысле слова». И далее обосновывает свой вывод – см. [ 2, стр.246].
   3. Определение точки росы сопровождает рисунок. Но почему же именно на этом рисунке и не отмечена та температура, которую мы называем точкой росы?

   Вот из таких мелочей и складывается методика.
 
1. Клочанов Н.И. Безопасное управление автомобилем. – Р/Д, 2003.
2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. – М., 1987.