ПЛАН
Вступ
Розділ 1. Роль історизму і шляхи його використання в навчанні фізики
1.1. Елементиісторизму як засіб обґрунтування нових знань
1.2. Використанняелементів історизму при розв’язуванні задач
1.3 . Використанняелементів історизму на лабораторних роботах
1.4 . Використанняелементів історизму при узагальненні знань
1.5 . Ознайомленняучнів з творчістю та поглядами видатних фізиків
Розділ 2. Екскурси в історію фізики під час вивчення механіки
2.1. До історіїкінематики
2.2. Відкриттязаконів вільного падіння
2.3. До історіїзаконів динаміки Ньютона
2.4. До історіїзакону всесвітнього тяжіння
2.5. До історіїпринципу відносності
2.6. Формуванняпоняття сили
2.7. До історіїзакону збереження кількості руху
2.8. До історіїзакону збереження механічної енергії
Висновки
Списоквикористаних джерел
Додаток1
Додаток 2
Додаток 3
Додаток 4
Додаток 5
Додаток 6
Додаток 7
Додаток 8
Додаток 9
Найбільшоптимальний шлях розвитку пізнання і вміння в кожній окремій людині співпадає взагальних рисах з шляхом, який пройдений історичним людством при розвиткуданого роду пізнання і вміння.
Брекфорд.ВСТУП
Фізика посідає важливе місце серед навчальних предметів основної школи,оскільки в процесі навчання фізики формується науковий світогляд учня,розвиваються його інтелектуальні та творчі здібності. Знання, отримані під часвивчення фізики, стають основою технічної грамотності людини, дозволяютьвикористовувати результати фізичних досліджень і відкриттів для задоволенняматеріальних та духовних потреб особистості.
Формування вучнів міцних знань з фізики вимагає пошуку нових та вдосконалення вже відомихметодичних прийомів і засобів навчання, вдосконалення організації навчальногопроцесу.
В наш час головнезавдання і проблема кожного вчителя – це залучення школярів до науки взагалі іфізики зокрема.
Одним із шляхіввирішення цього питання є використання на уроках елементів історії.
Вчителі звертаються до історії фізики, коли хочуть пожвавити урок.зробити його цікавим. Однак іноді “цікавість” історії фізики бачать вісторичних курйозах та легендах, в потішних та цікавих відомостях про окремихвчених і зовнішньо ефективних історичних епізодах. Звичайно, внесення в уроктакого типу відомостей може бути і корисним. Учні, наприклад, з цікавістюслухають відому легенду про “Еврику!” Архімеда чи про те, яку роль в народженнікласичної механіки відіграло яблуко, яке впало в саду Ньютона. Однак такоготипу відомості “ б’ють на зовнішній ефект” і, як будь-які сенсації, можутьвикликати лише короткочасну цікавість. Щоб пробудити стійкий інтерес у школярівдо фізики-науки, потрібно розкрити еволюцію фізичних ідей, причини, щоспонукали прийняти ту чи іншу ідею, механізм наукового пошуку, атмосферутворчого процесу. Це потрібно робити не фрагментарно, а по можливостісистематично, не академічно строго, а з особистим захопленням. Адже цікаво самепо собі не буває, можна і про роботи Марії та П’єра Кюрі, і про революцію вфізиці на перетині 19-20ст.ст., і про створення теорії відносності розповіститак, що розповідь буде давати користь розуму і насолоду серцю. Звичайно, дужеважливою при цьому є форма викладання. А в змісті історичних повідомленьголовну увагу потрібно звертати не стільки на те, хто, що, коли відкрив,скільки на те, чому і як виникла у вченого та чи інша ідея, який хід його думкипри обґрунтуванні ідеї, який його метод дослідження. Не випадково Д.К.Максвеллговорив: “ Наука нас захоплює тільки тоді, коли, цікавлячись життям великихдослідників, ми починаємо слідкувати за історією розвитку їх відкриттів”. Отож,говорячи, наприклад, про створення теорії відносності, потрібно не простоповідомити про ті висхідні постулати, які були покладені в її основуЕйнштейном, а й пояснити, чому Ейнштейн вірив в універсальність принципувідносності; чому Лоренц і Пуанкаре не побачили в нових перетвореннях координаті часу вираження реальних властивостей простору і часу, а Ейнштейн побачив це,тобто показати учням, якого відображення набуло сприймання Ейнштейна в тихідеях, які склали зміст теорії відносності.
Розповідаючи пронародження нових ідей та їх еволюцію не слід нехтувати деталями, цікавимиепізодами. Вони можуть зробити розповідь більш живішаю, але стійкий інтересмають породжувати і самі процеси пошуку істини з їх внутрішньою логікою,неминучими зиґзаґами і навіть поверненням назад з неминучим знаходженнямістини.
Отже, історизм увикладанні фізики – один з важливих засобів розвитку школярів інтересу донауки; і в цьому перш за все полягає його роль.
Адже те, до чогопожвавлений інтерес, засвоюється завжди краще, ніж те, що вивчається лише іззовнішніх спонукань, тому історизм сприяє і кращому розумінню фізики. Однаксправа не лише в цьому. Знайомство з історією науки не лише демонструє, якпотрібно мислити, щоб зрозуміти природу, але і застерігає нас від хибнихуявлень. Порівнюючи погляди Аристотеля і Галілея, ми застерігаємо учнів відможливих помилкових уявлень про те, що важкі тіла падають швидше, що причинаруху – сила. Говорячи про існування і крах концепції теплороду, ефіру, мизапобігаємо появі у школярів подібних ілюзій. Говорячи про помилки концепції“енергетизму”, ми застерігаємо учнів від уявлення про енергію в дусісубстанції. А все це забезпечує більш правильне розуміння явищ природи.Розповідаючи про розвиток уявлень про природу світла, ми узагальнюємо ісистематизуємо знання учнів і тим самим робимо їх більш глибокими,усвідомленими і міцними.
Отже, історизм увикладанні фізики сприяє підвищенню якості знань учнів. Така його другафункція.
Але глибокезасвоєння наукових знань лежить в основі формування наукового світогляду, іісторизм тим самим – один із засобів його створення.
Формуваннянаукового світосприймання – складний процес, який складається з рядукомпонентів і деякі з них здійснюються виключно на основі історизму.
Дійсно, світоглядвключає в себе наукове розуміння процесу пізнання світу. Історичні огляди, вяких розкривається еволюція ідей, дозволяють продемонструвати, що науковізнання – це не застиглі догми, що наукові знання розвиваються. Під час процесупізнання ми отримуємо достовірні відомості про світ, тобто пізнаємо об’єктивнуістину. Але кожне наукове твердження справедливе лише в певних умовах і єнеповним і неточним для знання про світ, тобто є істиною відносною, що містить,як правило, елементи абсолютної істини. Показуючи еволюцію фізики, мивідкриваємо роль практики ( виробництво і науковий експеримент) як джерелазнань і критерію істини, а поступове все більш глибоке осмислення законівприроди, з якими нас знайомить історія, означає осмисленість світу івсесильність людського розуму. Тим самим історія фізики дозволяє відкрити передучнями загальні закономірності і принципи наукового пізнання.
Ознайомлюючишколярів з історією науки, ми показуємо, як створюються фізичні теорії, якароль гіпотез в розвитку фізики, в чому особливості наукового експерименту і т.д. На матеріалі історії фізики ми даємо школярам уявлення про методи фізичногодослідження, що дуже важливо для формування світогляду.
Нарешті,світогляд включає в себе не лише знання, але і переконання. Знання ж стаютьпереконаннями, коли вони самостійно осмислені, а не взяті на віру в готовомувигляді, коли вони – плід напруженої роботи думки. В цьому випадку мислення вжене є напівінтуїтивним та поверхневим, а відрізняється якостями, характернимидля наукового діалектичного стилю осмислення дійсності. І саме матеріалиісторії науки дозволяють хоча б в певній мірі сформувати окремі елементинаукового мислення, такі, наприклад, як повага до фактів, здоровий скептицизм,всебічність розгляду явища, вміння засумніватися в “очевидному” і т. д.
Отже, історизм єодним із засобів формування наукового світогляду учнів в процесі викладанняфізики; це його третя функція.
Ознайомленняучнів з життям, діяльністю та поглядами видатних вчених як вітчизняних, так ізарубіжних, дозволяє поставити на уроці ряд важливих проблем: сенсу життя,національної гідності і т. д.
Звичайно,біографічні дані не пов’язані внутрішньою логікою з суто фізичним матеріаломнавчальної програми. Але враховуючи, що навчання повинно бути виховуючим,потрібно вважати необхідним ознайомлення учнів з науковою діяльністю,поглядами, духовним світом видатних представників фізичної науки. Адже середкінцевих результатів навчання в школі є явні – це знання, вміння – і є неявні,які не вимірюються в балах, — це погляди на життя, на своє в ньому, етичніпереконання, риси характеру, інтереси. І ці неявні результати дії на учня неможна вважати другорядними. Тому не можна залишити без уваги і засоби длядосягнення цих результатів в процесі навчання, зокрема такий засіб, якрозповіді про кращих людей науки.
Таким чином,історія науки є одним із засобів виховання учнів. Це четверта функціяісторизму.
Можна виділити ще одну важливу функцію історизму, яка має прямевідношення до викладання фізики. Суть її в найзагальнішому вигляді добресформульована Луї де Бройлем: “ Історія науки може дати нам цінні вказівки прометодику викладання науки.” Як показує досвід викладання, учні допускають такіпомилки в розумінні важливих фізичних понять та ідей, які є аналогічнимипомилками, що мали місце в історичному процесі формування цих понять та ідей (згадаємо уявлення про силу як причину руху, уявлення про енергію як видматерії, абсолютизацію однієї якої-небудь системи відліку, частіше всього тієї,що пов’язана з Землею і т. д.). І це можна пояснити, так як логічне (навчальнепізнання) і історичне (суспільно-історичне пізнання) знаходяться в єдності імають загальність в тому, що в пізнанні будь-якого об’єкта є дещо об’єктивноскладне як для зрілого розуму вченого, так і тим більше для розуму школяра, щотільки формується.Звідси випливає можливість деякого прогнозування труднощів,що виникають в учнів в процесі вивчення ряду фізичних понять та ідей. Знаючи,на чому конкретно “спіткнулися” фізики в трактуванні тих чи інших понять таідей, можна побудувати методику викладання так, щоб на цьому ж не “спіткнулися”учні, тобто можна скорочувати навчальне пізнання в порівнянні з історичним.Таким чином, сутність історичного підходу до вирішення проблем викладанняполягає в тому, що під час розробки методики вивчення фізичних понять та ідейнеобхідно:
1) виявити,які помилки були в історичному процесі формування цих понять та ідей;
2) виявитиконкретні причини цих помилок в історичному процесі розвитку фізики ( тобтовстановити, в чому виявилась недіалектичність мислення, що конкретноперебільшувалось, розумілося однобоко, ігнорувалося, незнання яких питань створювалотруднощі пізнання і т. д. );
3) побудуватиметодику викладання цих питань так, щоб при їх трактуванні були усуненіпричини, які могли б виникнути в учнів помилки ( тобто усунути тунедіалектичність, однобокість, неповноту знань по даному питанню, які можутьпородити помилки).
Такий підхід до вирішення проблеми методики викладання фізики цілкомвиправданий. Застосування в методиці фізики принципу історизму як методадослідження дозволяє побудувати таку методику викладання важливих фізичнихпонять та ідей, за якої можна буде запобігати можливості виникнення в учнівпомилкових уявлень, аналогічним тим, що були в історії науки.
Звернення доісторії науки може бути корисним для вирішення педагогічних проблем іще водному відношенні. Багато вчених-фізиків, займаючись вивченням природи, думалипро те, як зробити наукові знання надбанням людей, суспільства.
При цьому вонинаштовхнулись на педагогічні проблеми і так чи інакше вирішували їх. Зверненнядо педагогічної спадщини ряду великих фізиків може дати багато корисногокожному викладачу фізики. Загальновідомі думки А.Ф.Йоффе про перспективиреформи фізичної освіти в середній школі. Дуже повчальні слова Луї де Бройля попедагогічним проблемам. Дослідження показують, що мудрим педагогом, який тонкорозумів багато аспектів педагогічної діяльності, був і А.Ейнштейн. Його думки ісьогодні свіжі та актуальні і запрошують до роздумів про педагогічні проблеми.Щоб не бути голослівними, можна привести деякі з висловлювань Ейнштейна пропедагогічні проблеми, тим більше, що вони мало відомі.
Про цілі освіти:“ В першу чергу школа повинна створювати не майбутніх чиновників, вчених,адвокатів та письменників, а справжніх живих людей.”
Про експеримент:“ красивий експеримент сам по собі часто на багато цінніший, ніж двадцятьформул, здобутих в реторті думки...; дітей кормлять означеннями, замість того,щоб показати їм що-небудь зрозуміле.”
Про роль емоцій внавчанні: “ Акт здивування, очевидно, настає тоді, коли сприймання вступає вконфлікт з достатньо встановленим в нас світом понять. В тих випадках, коликонфлікт переживається гостро, він в свою чергу сильно впливає на наш розумовийсвіт. Розвиток цього розумового світу представляє собою у відомому сенсіподолання почуття здивування – неперервна втеча від “дивовижного”, від “чуда”.Чи не цього не вистачає зараз процесу навчання в школі та вузі?”
Про рольісторизму в навчанні: “ Зміст науки можна розуміти та аналізувати, не вдаючись врозгляд індивідуального розвитку її творців. Але при такому однобокооб’єктивному викладі окремі кроки іноді можуть здаватися випадковими вдачами.Розуміння того, як стали можливими і навіть необхідними ці кроки, досягаєтьсялише, якщо прослідкувати за розумовим розвитком особистостей, які сприяливиявленню напрямку цих кроків.”
Таким чином історіяфізики є не лише складовою частиною змісту шкільного курсу фізики, що дозволяєвирішувати багато завдань освіти і виховання, але і важливим джереломпедагогічних ідей, які дають можливість удосконалювати методи викладання ізбагачувати методику новими підходами та рішеннями.
Однак визнанняважливості історизму ще не визначає, в якій мірі історизм повинен увійти вшкільний курс фізики. Безперечно в курс потрібно включати ті питання історії,які в найбільшій мірі допомагають вирішенню завдань, які постають переднавчанням фізики. Звичайно, питання історії, що включаються в курс фізики,повинні бути тісно пов’язані з навчальною програмою і доступні школярам. Але ціположення не дають жорстких критеріїв для відбору історичних відомостей. Першза все з багатої скарбниці історії фізики потрібно вибрати те, що є визначаючимв розвитку фізики з точки зору її сучасного стану. Проблематика ж сучасноїфізики пов’язана з рядом фундаментальних фізичних принципів та ідей, до якихвідносяться такі, як ідея збереження, відносності, єдності перервності танеперервності, елементарності, необоротності, симетрії і ін. Актуальність самецих проблем для фізики наших днів не викликає сумніву. До того ж багато з цихідей по суті є методологічними принципами. Звертаючись до історії фізики, можнапобачити, що ці фундаментальні ідеї виражали головні напрями розвитку фізичноїдумки протягом всього існування фізичної науки, і історичний процес її розвиткуможна представити як процес становлення і розвитку цих фундаментальних фізичнихідей. Тому якщо ми хочемо представити історію фізики в шкільному курсіголовними питаннями, а не другорядними фактами і подіями, то історичнийматеріал, який включається в зміст шкільного курсу, повинен перш за всепоказати еволюцію фундаментальних фізичних ідей. Деякі з цих ідей виходять зарамки шкільної програми. Про них, звичайно, можна говорити на факультативах,засіданнях фізичного гуртка, в класах з поглибленим вивченням фізики.
Отже, основнийісторичний матеріал, що заслуговує в першу чергу на внесення в шкільний курс, — це ті питання історії, які забезпечують розкриття еволюції найважливіших ідейісторії фізичної науки.
Звичайно, такийкритерій відбору, що по суті є методологічним, повинен поєднуватися з вказанимираніше педагогічними критеріями. Це означає, що матеріал історії фізики,повинен бути пропущеним через своєрідний “педагогічний сепаратор”. В результатіз нього відбирається не лише найсуттєвіше з точки зору розвитку фізики і їїсучасного стану, але і найкорисніше в освітньому і виховному відношенні,найпереконливіше та зрозуміле для учнів. А це, зокрема, означає, що вісторичному матеріалі в першу чергу виділяється те, що показує, якою булаепоха, коли було зроблено відкриття, як отримали той чи інший висновок, чомуфізика прийшла до тієї чи іншої ідеї, яким був хід думки вченого, якою людиноювін був і в яких умовах працював, яка загальна логіка розвитку фізичної ідеї. Втакій педагогічній обробці наявних історичних матеріалів та в їх адаптації допотреб і можливостей навчання фізики в школі потрібно компонувати своюдіяльність.
РОЗДІЛ 1РОЛЬ ІСТОРИЗМУ І ШЛЯХИ ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В НАВЧАННІ ФІЗИКИ
1.1. Елементиісторизму як засіб обґрунтування нових знань
При переході до практики постає питання проформи використання історичного матеріалу у викладанні фізики, про типиісторичних матеріалів за характером їх використання, про методи та прийомироботи вчителя на уроці.
Історизм у викладанні фізики передбачає, як вказувалося вище, перш завсе розкриття еволюції фундаментальних ідей. Здійснити це можливо, на нашудумку, на спеціальних уроках-лекціях, присвячених історичним оглядам основнихетапів розвитку поглядів на найважливіші фізичні проблеми. Такі огляди можутьпроводитися або вкінці великих розділів курсу фізики і завершувати їх, або на початкурозділу і носити ввідний характер.
Історичні оглядидозволяють підготувати учнів до засвоєння фундаментальних знань та викладаютьсяпід час вивчення теми чи розділу курсу. Щоб учень засвоїв нові знання, вінповинен перш за все повірити в їхню істинність, а для цього вчитель повиненобґрунтувати нові відомості, переконати школярів у факті існування того чиіншого явища, в справедливості тієї чи іншої ідеї. Обґрунтування нових знань –дуже важливий елемент навчання. Відсутність чи непереконливість нових знаньпороджує у школярів елементи догматичного стилю мислення, легковірності, звичкуне вдумуватися в ті основи, на яких базується те чи інше твердження, вбиваєдопитливість думки, здоровий скептицизм. Можливо, неувагою до проблемиобґрунтування знань і пояснюється та обставина, що під час навчання у школяразникають ті “сто тисяч чому”, якими відрізняються діти в ранньому віці. Чи недуже часто ми грішимо поспішним викладом понять та ідей, які по причині цьогопоспіху не набувають для учня силу неминучої необхідності? Таким чином,обґрунтування нових знань необхідне для того, щоб привчити школярів не братинічого на віру і сформувати в них допитливість та анти догматизм як риси стилюмислення.
Які ж шляхиобґрунтування фізичних понять та ідей доступні вчителю фізики?
Природно, що всилу особливостей сприйняття школярів найбільш переконливим для них єекспериментальний спосіб обґрунтування нових знань, коли новий факт чи ідеявипливають з результатів навчального досліду (експерименту). Так, наприклад,обґрунтовується явище електромагнітної індукції.
Другим засобомобґрунтування нових знань в процесі навчання є математичний вивід відношення чизакону, який буде переконувати учнів в силі теоретичного мислення і, зокрема, впророчій силі математичного апарата. Так, наприклад, обґрунтовується основнерівняння кінетичної теорії газу.
Але не завждиможна використати математичний апарат або експеримент для виведення нового, ітоді теоретичне обґрунтування нових знань здійснюється шляхом логічнихроздумів. Так, наприклад, необхідність холодильника як важливої частинитеплової машини доводиться шляхом якісних логічних суджень.
Та часто ми неможемо використати жодного зі способів обґрунтування нових знань.
Дійсно, як наперших кроках вивчення електрики переконати учнів в існуванні електричногополя? Висувати таку фундаментальну ідею без якого-небудь хоча б попередньоговиправдання – означає звернутися до догматизму. Але ні експериментальний, нітеоретичний способи обґрунтування ідеї існування електричного поля непридатніна початку вивчення електрики. Залишається єдиний шлях – розповісти учням проте, як в історії науки формувалась і стверджувалась концепція близькодії, тобтовикористати історичний спосіб обґрунтування.
До історичногоспособу обґрунтування нових знань ми звертаємось в тих випадках, коли жоден зіспособів не можна використати. З аналогічною ситуацією ми зіштовхуємося під часвивчення висхідних постулатів теорії відносності, розмова про які стає дляучнів виправданою з самого початку, якщо розповісти їм про передісторію теоріївідносності. Історичний спосіб обґрунтування фізичних ідей здійснюється науроці у формі історичного огляду. Цей огляд вчитель може провести у формірозповіді чи лекції. Мета такого огляду – розкрити, на яких основах виникладана ідея і продемонструвати учням, що вона є результатом розвитку науки.
Досить частоісторичний спосіб обґрунтування нових знань використовується не для розкриттяфундаментальної фізичної проблеми, а для того, щоб ознайомити учнів з новимифактами та явищами, що не відтворюються експериментально в шкільних умовах.Так, ознайомлюючи учнів з відкриттям рентгенівського випромінювання,радіоактивності, нейтрону, ми повинні відновити історію цих відкриттів. Формоювикладу такого матеріалу є розповідь вчителя.
Можливо, інодіісторичний спосіб є менш переконливим, ніж інші. Але відмовитися від історизмуне можна. Так, наприклад, переконавшись шляхом нескладних міркувань вчителя віснуванні тиску світла, учень не зрозуміє, яку роль в розвитку фізики відігралоце відкриття, і воно буде здаватися школярам малозначущим, несуттєвим фактом.Лише розповідь про передісторію відкриття тиску світла, про неймовірні тонкощідослідів Лебедєва та їх роль в утвердженні електромагнітної теорії дозволитьпереконати школярів у фундаментальності цього відкриття. Таким чином,історичний спосіб обґрунтування явища чи ідеї може співіснувати з іншимиспособами. Учні, звичайно, повинні знати саме в історичному плані такіфундаментальні експерименти, як досліди Лебедєва, Герца, Резерфорда і т. д. Слідзауважити, що чим більше зміст шкільного курсу фізики буде наближатися досучасної фізики, тим частіше ми будемо звертатися до історії науки, як дозасобу обґрунтування ідей, так як переважну більшість відкриттів сучасноїфізики ми не можемо відтворити експериментально і обґрунтувати математично.
Навчальнаінформація історичного характеру, на нашу думку, не повинна бути обов’язковоюдля запам’ятовування, щоб не перевантажувати пам’ять. Якщо в кінцевомурезультаті в учнів обґрунтування і доведення фактів не збережуться у пам’яті,то все ж вони виконають головну роль – формування допитливого, антидогматичного стилю мислення.
Отже,використання історизму як засобу обґрунтування нових знань може здійснюватися вдвох формах: по-перше, у вигляді історичного розвитку поглядів з приводуякої-небудь фундаментальної фізичної проблеми; і, по-друге, у виглядіісторичного матеріалу, який містить опис окремих фундаментальних фізичнихекспериментів. Прикладами першої форми використання історизму є такі ввідніісторичні огляди, як “Історія виникнення і ствердження концепції поля”, Історіявстановлення закону збереження і перетворення енергії”, “Історія створенняоснов теорії відносності” і ін. Прикладами другої форми є такі описи окремихважливих історичних подій, як “Відкриття тиску світла”, “Досліди Герца повиявленню електромагнітних хвиль та їх властивостей”, “Досліди Резерфорда повстановленню будови атома”, “Відкриття радіоактивності” і ін.
1.2. Використанняелементів історизму при розв’язуванні задач
Спеціальним типом історичного матеріалу є задачі з історичним змістом.Наведемо приклади таких задач.
1. Визначаючи швидкості молекул різними методами,Штерн поставив наступний дослід. В печі, яку помістили в посудину з відкачанимповітрям, утворилися пари цезію. Атоми цезію вилітали зі щілини і фокусувалисяза допомогою розміщеної біля щілини діафрагми. Вузький горизонтальний пучокатомів попадав на екран, розміщений за діафрагмою. При цьому внаслідок тяжіннявідбувалося відхилення пучка від горизонталі. Як знаючи зміщення цезієвої смугина екрані і відстані від щілини до екрана, знайти середню швидкість молекул?
2. Чи може людина злетіти, використовуючи лише силувласних м’язів? Це далеко не нове питання до наших днів не втратило своєїгостроти. Не виключено, що багаторазові спроби створити “м’язолет” в кінцікінців досягнуть успіху. При побудові такого апарату виникають слідуючизапитання: яку потужність може розвивати людина і яка потужність потрібна дляпольоту? Які повинні бути розміри крил, чи повинні вони бути махаючими? Якзалежить підіймаюча сила такого апарата від висоти польоту над землею?
3. На рис.1.1. запозиченому з книжки голландськогофізика
/>
Стевіна, виданої в 1586 р., зображена людина, яка стоїть на дошці, ітисне усією своєю вагою на міх з водою. Стевіна вразило, що висота стовпарідини досить незначна. Спробуйте обчислити цю висоту, оцінивши приблизнозначення ваги і площу опори.
4. Видатний вчений Б.Паскаль у 1648 р. зробив такий дослід. У міцну,наповнену водою і закриту з усіх боків бочку він вставив вузьку трубку ( рис.1.2.) і, піднявшись на балкон другого поверху будинку вилив у цю трубку кухольводи. На превеликий подив сучасників вченого клепки бочки розійшлися і водапочала виливатися. Поясніть.
/>
Задачі з історичним змістом хоч і мало чисельні і не так частовикористовуються в навчанні в порівнянні з іншими видами задач, але представляютьне менший інтерес. Маючи всі достоїнства звичайних задач, вони знайомлять учнівз історичними подіями, фактами, методами досліджень і тим самим навчаютьшколярів самим своїм змістом, а не лише отриманими при їх розв’язкурезультатами.
1.3. Використанняелементів історизму на лабораторних роботах, демонстраціях
Історизм не є якимось стороннім елементом змісту шкільного курсуфізики, а тому і якихось особливих методів їх вивчення не існує. Всі ті методиі прийоми, які застосовуються при навчанні фізики в школі взагалі, придатні і впроцесі викладання історичного матеріалу. Можливо, лише окремі методи і прийоминабувають найбільшого значення або ж деякий специфічний відтінок.
Вчителі фізикисправедливо вважають, що всі найважливіші положення, які розкриваються науроці, повинні бути обґрунтовані і переконливо доведені і саме цим цілямслужить навчальний експеримент. Обґрунтованістю повинно відрізнятись івикладання історичного матеріалу. Однак, як правило, з цією метою не можнакористуватися навчальним експериментом, так як історичні досліди і установкиважко, а інколи і неможливо відтворити в шкільних умовах. Тому обґрунтованістьу викладанні історичного матеріалу досягається іншими засобами, головним з якихє документалізм. Форми його можуть бути різними – це схеми, фотографіїустановок-оригіналів, фільми; дані, що характеризують масштаб установок іточність вимірювання; вислови та справжні формулювання самих вчених; описиепохи, умов праці вчених, а іноді і художній опис того чи іншого відкриття, щовідтворює з допустимою долею домислу атмосферу відкриття. Можна провести урок уформі гри-реконструкції історії відкриття винаходу, основною метою якого є якможна глибше ознайомити учнів з історією здійснення відкриттів, з життям тадійсністю вчених, з шляхами та методами наукових знань.
Наприклад, підчас вивчення різниці потенціалів у класах зі спеціалізацією “ Фізика, хімія,біологія” можна повторити дослід Гальвані на препарованих жабах, проведений ниму 80-х роках XVIIIст. При цьому сформулювати задачутакого типу:
В своємукласичному досліді по дослідженню нервових та м’язових волокон Гальванівикористовував простий пристрій. На бронзовому кронштейні, прикрученому дозалізної перекладини, підвішувалась лапка жаби так, що вона доторкалась дооснови перекладини і кожного разу доторкаючись до основи, лапка посмикувалася.Після того, як посмикування припинялися, лапка витягувалася і знову торкаласяперекладини, ізнову починалися скорочення та посмикування. Повторившианалогічний дослід дайте відповіді на таке питання: що викликає таку реакціюлапки? Намагайтесь підкріпити свої доведення розрахунками.
Все це дозволяєввести учня в умови, в обставини, за яких здійснювалося відкриття, забезпечитив якійсь мірі “ефект присутності” під час відкриття, переконати учнів вдостовірності історичної інформації.
1.4.Використання елементів історизму при узагальненні знань
Вивчаючи фізику, школярі отримують багато відомостей про поняття таідеї, які є фундаментальними в фізичній науці. До таких відносяться принципатомізму, принцип близькодії, ідея корпускулярно-хвильового дуалізму і ін.Однак, якщо запитати у випускника, що він знає про поле, що йому відомо промасу, то навіть встигаючий учень може потрапити у складне становище. Післядвох-трьох орієнтуючих питань учень зазвичай говорить: “Я це знаю, тільки недумав, що про це треба говорити.” Йому не вистачає для відповіді на питанняузагальнюючого характеру не конкретно змістовних знань, а їх системності іузагальненості, він не усвідомлює структури знань. Це відбувається тому, що мине завжди розкриваємо перед школярами структуру знань. Учні не розуміють, що єосновою теорії, що відноситься до її наслідків, що є фактами, а що їхпоясненням і т.д. Узагальнені знання, включені в розгалужену системувзаємозв’язків, засвоюються значно глибше і міцніше.
Узагальнення ісистематизація навчального матеріалу можуть бути успішними при дотриманніщонайменше двох педагогічних вимог. Одна з них полягає в тому, що узагальненняповинно здійснюватися на основі фундаментальної наукової ідеї, яка виконує рольсистематизую чого фактора. Друга вимога полягає в тому, що узагальнення, так яквоно пов’язане з повторенням вивченого, повинно обов’язково містити елементновизни.
Так як логікарозгортання навчального матеріалу в курсі фізики, як правило, не відповідаєісторичному розвитку фізики, то узагальнення знань здійснюється вчителемзазвичай в логічному, а не в історичному перерізі, що є досить правомірним.Однак це не виключає можливості узагальнення і систематизації знань на історичнійоснові. Більш того, досить часто історичний шлях побудови узагальненнянавчального матеріалу є абсолютно неминучим.
Дійсно,узагальнюючий матеріал в кінці курсу одинадцятого класу про фізичну картинусвіту повинен містити відомості про еволюцію наукових уявлень про світ. Лише зацих умов картина світу, яку малює сучасна наука, постане перед учнями якзакономірний результат розвитку фізики, наслідуючий з минулого всі елементиабсолютного знання, як процес, а не як щось застигле і вічне. Виключіть з цьогоматеріалу відомості про механічну і електромагнітну картини світу як етапиеволюції фізики – і сучасна картина світу не буде вже виглядати такоювражаючою; зникне суть розкриття цього навчального матеріалу.
Таким чином,одною з важливих форм узагальнення і систематизації навчального матеріалу єісторичні огляди деяких ведучих ідей сучасної фізики. Узагальнюючі оглядиісторичного характеру можуть бути присвячені таким темам, як “Історія розвиткуатомізму”, “Історія розвитку ідей дискретності (відкриття електрона)”, “Історія розвитку ідеї близькодії (поля)”, “Еволюція фізичної картини світу” іін.
Головне завданняузагальнюючих оглядів – показати основні етапи розвитку поглядів на ту чи іншупроблему. При цьому мало перерахувати ці етапи з коротким поясненням ікоментуванням суту кожного етапу, а необхідно розкрити механізм науковогопізнання, що спонукають до видвигання тих чи інших ідей, причини заміни однієїідеї іншими, методи обґрунтування нових поглядів, труднощі, які поставали нашляху утвердження нових ідей. Отже, потрібно не лише викласти історію, апояснити її, бо саме це останнє і є найбільш повчальним.
Якщо в процесіпопереднього вивчення матеріалу курсу учням не повідомлялися відомості провчених, з іменами яких пов’язане те чи інше формування нової ідеї. То це можебути зроблено на узагальнюючих заняттях.
Під час побудовикожного такого огляду відкривається можливість познайомити учнів із загальнимшляхом наукового пізнання і з методами фізичного дослідження. По суті, кожнийогляд будується однотипно, так як кожного разу послідовно розглядаються такіетапи загального шляху наукового пізнання, як накопичення фактів, висуваннямодельної гіпотези або вихідних принципів, виведення з них наслідків та їхекспериментальна перевірка. В розкритті етапів наукового пізнання –методологічне значення цих оглядів.
Кожен оглядповинен показувати як відбувається поглиблення та уточнення знань по певнійпроблемі, а це дає можливість поступово привчати школярів до думки про те, щокожне наукове знання є об’єктивна істина, яка містить елемент абсолютного івідносного; що знання розвиваються, що світ пізнається. Отже, розгляд історіїрозвитку поглядів дозволяє ненав’язливо та природно ознайомити учнів здіалектикою процесу пізнання, що відіграє велику роль у формуванні науковогосвітогляду. Саме використання історичного матеріалу дає можливість представитиповною мірою процес розвитку фізики в цілому та її окремих розділів яксуперечний процес руху пізнання до абсолютної істини через істини відносні.
Звичайно для цієїмети історичний матеріал повинен бути ретельно відібраним. Він повинен бутитаким, щоб під час його викладу можна було продемонструвати суперечний характерпізнання, який виражається в тому, що в процесі розвитку науки відбуваєтьсяборотьба між старим і новим, між вже існуючими і виникаючими теоріями тауявленнями; що в процесі розвитку відбуваються революційні перевороти впоглядах вчених, які змінюють докорінно основні уявлення, загальні концепції іт.д.
1.5.Ознайомлення учнів з творчістюта поглядами видатних вчених
Необхідність ознайомлення учнів з образами творців фізичної наукидосить очевидна. Складнішим є питання про те, що і як потрібно сказати про тогочи іншого вченого, враховуючи той мінімум часу, який має вчитель дляповідомлення не програмного матеріалу.
Важливимметодичним завданням є визначення змісту і форми викладу біографічнихвідомостей про вчених як специфічного навчального матеріалу.
Оцінкабіографічного матеріалу з точки зору педагогічного ефекту, який він повиненвикликати, означає перш за все, що біографія вченого будується не як хронологіяподій і дат, яка дозволяє в хронологічній послідовності простежити за життямвченого, а як своєрідний етюд, що дозволяє кількома фактами виявити найбільшпритягуючи в житті і поглядах даної людини, “оживити” його образ, зробити йогопам’ятним, близьким для учнів. Тут іноді достатньо кількох штрихів, кількохфактів з життя вченого, відгуку про нього колег, одного-двох афористичнихвисловлювань вченого ( ( “ Кожна людина може зробити те, що може зробити інша.” – Т. Юнг; “ Мислю – отже, існую”. – Р.Декарт). А іноді можна навестигумористичний вислів, епізод з життя, і вчений стане ближчим, доступнішим. Всеце не потребує великих затрат часу, але дуже пожвавлює урок, і цим не можнанехтувати.
Отже, навчальнабіографія вченого – це не хроніка подій його життя, а “біографія” його думок,поглядів і вчинків на фоні тих соціально-політичних умов, в яких він жив іпрацював.
Вводячи учнів вдуховний світ кращих представників фізичної науки, ми допомагаємо учням сформулюватиїх життєві позиції, цілі та ідеали. Тому потрібно вибирати з біографії вченихті відомості, які є найбільш актуальними для сучасної молоді і які можутьдопомогти їм звільнитися від шкідливих звичок. Наприклад. Враховуючи окреміфакти, які говорять про існування у деяких людей “культу речей”, слід було бчастіше показувати, на скільки невимогливими були до зовнішніх атрибутів життялюди науки, які вимірювали своє щастя не предметами комфорту, а тим, в якіймірі вони змогли “звільнитися від власного Я “ і віддатися зовсім нелегкійсправі – служінню людям на шляху істини.
Тобто дужеважливо звертати увагу учнів на героїчний епос наукових відкриттів, напрекрасні риси в біографії вчених ( юність М.Фарадея, біографія Ломоносова,“відречення” Галілея і ін.).
Актуальними єприклади з життя вітчизняних вчених. Самі розповіді про те, який великий внесокв розвиток світової науки зробили вітчизняні вчені, безперечно буде сприятирозвиненню в школярів почуття національної гідності. Питання історії розвитку українськоїфізики висвітлені в роботах Г.К.Кордуна, Ю.А.Храмова, О.Янковського, О.Біланюка.В них можна знайти дані про життя та наукову діяльність видатних та маловідомихукраїнських вчених: Ю.Дрогобича, З.Скари, Ф.Прокоповича, М.Пильчика, І.Пулюя,Ю.Кондратюка (О.Шаргея), Г.Лангемака, Нобелівського лауреата І.Тамма, В.Челомеята ін.
Потрібно створитив учнів вірне уявлення про характер наукової діяльності, показавши, що це –праця, до того ж дуже нелегка. Ознайомлюючи учнів з тим, як думали, як шукалиістину кращі представники науки, ми повинні озброїти учнів хоча б деякимиелементами наукового мислення. Біографічний матеріал в зв’язку з цим повиненнавчати учнів науковому підходу до вирішення повсякденних проблем. Це означає,що в біографію вченого треба включити не лише відомості про те, що він зробив іякий його внесок в науку, але і те, що його змусило звернутися до цієїпроблеми, чому він вибрав саме таке її вирішення, чому він думав так, а неінакше.
Образ вченогостає яскравішим і притягуючим не через величні слова на його адресу ( тимбільше, що людство вже витратило весь свій запас метафор та епітетів щодо такихлюдей, як І.Ньютон чи А.Ейнштейн), а через глибини його думок і величі духу.
Звичайно, слідповідомити, наприклад, відому епітафію на могилі Ньютона, бо, дійсно, “нехайсмерті радіють, що існувала така прикраса роду людського”, але велич Ньютонабуде відчутною тоді, коли буде продемонстровано, що було в механіці та оптицідо Ньютона і якими вони стали після нього.
Як і взагалі внавчанні, говорячи про вчених, потрібно бути переконливим. Тому перелікособистих рис вченого сам по собі мало що дає. Кращий спосіб познайомити учнівз образом вченого – це читання його висловів про науку, про людей, про життя,про себе. Нехай учні над ними подумають.
Не слід малювативчених людьми, які не мають недоліків, людьми, якими залишається лишезахоплюватись і які неспіврозмірні зі звичайними смертними, що наслідування їмздається безперспективною справою.
Звичайно, кожнийвчений — своє рідна особистість і має неповторну індивідуальність, розкрити якудуже важливо. Але в духовному образі видатних вчених є дещо загальне,об’єднуюче їх і найбільш повчальне для молодого покоління. Розкриваючи цезагальне під час ознайомлення школярів з біографічними відомостями, мипоступово формуємо в свідомості учнів узагальнений образ, свого роду“колективний портрет” вченого-фізика.
Під час викладуісторичних питань слід також керуватися такими положеннями:
1) Відкриттяу фізиці і винаходи в техніці слід співставляти з іншими подіями всесвітньої тавітчизняної історії.
2) Для цихспівставлень можна використовувати знання учнів по вітчизняній та всесвітнійісторії. Хронологічні дати потрібно давати не лише від прийнятої ери, але івказувати період часу, що минув з тих пір. Так, наприклад, говорячи провідкриття закону Архімеда, потрібно не лише вказувати, що Архімед жив з 287 до212 р. до н.е., але і вказувати, що жив він приблизно ( 250 + 2001), чи більше2200 років тому.
3) Підвищеннюінтересу учнів та пожвавленню викладу допомагають також зачитування уривків зпершоджерел. Характерним прикладом таких уривків можуть бути витримки з листа (26 липня 1753р. ) М.В.Ломоносова президенту Академії наук Шувалову ( див.Додаток 1 ).
4) Слідвраховувати особливу цінність демонстрації фотографій та малюнків історичнихпам’яток та документів. Ці демонстрації в значній мірі допомагають учнямотримати уявлення про історичну епоху та умови життя та роботи вчених. До числатаких документів відносяться, наприклад, малюнки та фотографії “Смерть Ріхмана”[1](див. Додаток 2), “Дослід О.Геріке” ( див. Додаток 3), “Пізанська башта“ (див.Додаток 4),
“Стовп Вольта” (див.Додаток 5), “Легенда про Едісона” (див. Додаток 6), “ Математичні начала натурфілософіїІ.Ньютона” (див. Додаток 7) і т.п. Крім того, необхідно показувати хорошіпортрети вчених[2]. (див. Додаток 8, Додаток9).
5) Історичнийелемент повинен знайти особливо велике місце у позакласній роботі та в читанніучнів. Учні можуть на заняттях гуртка підготувати розповідь про вченого,перемалювати його портрет чи зробити про нього плакат(стенд) для фізичногокабінету. В окремих випадках можна наукові події представити на сцені,драматизувати їх.
6) Дляефективності застосування історичного матеріалу він повинен чітко відповідатинавчальній програмі.
РОЗДІЛ 2
ЕКСКУРСИВ ІСТОРІЮ ФІЗИКИ ПІД ЧАС ВИВЧЕННЯ МЕХАНІКИ
2.1.До історії кінематики
Розділ механіки курсу фізики починається з кінематики. Ця данинатрадиції має історичні причини.
Механіка булапороджена діяльністю людини по механізації процесів виробництва. До тих пір,поки люди не навчилися використовувати енергію горючих корисних копалин,центральну роль відігравали різні механізми. Основна проблема тут –перетворення обертального руху в поступальний. Перші книги про механізмиз’являються в 15 ст., і їхня кількість поступово збільшується. В середині 18ст. Створюється теоретична база.
Французькийвчений Жан Даламбер (1717 – 1783) в своїй книзі “Динаміка” (1743) висловлюєдумку, що механіку потрібно вивчати, починаючи з руху як такого. Цю думкурозвиває петербурзький академік Леонард Ейлер (1707 – 1783) у відомій “ Теоріїруху твердих тіл”. Він вважає доцільним розділити дослідження твердого тіла надві частини: геометричну та механічну. Для отримання аналітичних формул переміщенняточок тіла, які вони визначають, потрібно досліджувати не розглядаючи причинруху. Таким чином виділяється суто геометричний аспект проблеми, і це,звичайно, дає методичні переваги, спрощуючи підходи та пошуки вирішення.
Ще більшвизначено ідея виділення кінематики була сформульована видатним діячем Л.Карно(1758 – 1823). Він писав: “Геометрія могла б включити в себе рухи, які непов’язані із взаємодією тіл, бо механіка, по суті, не наука про рух, а наукапро надання руху… Не рух сам по собі є предметом механіки, а ефект видозмін,яких він зазнає.”
Нарешті, увеликого французького вченого Андре Марі Ампера (1775 – 1836) з’являєтьсяпоняття “кінематика”: “Науку, яка розглядає самі по собі рухи, які миспостерігаємо в оточуючих тілах і, особливо, в пристроях, які називаютьмашинами, я називаю кінематикою...”
В “Досвідіфілософії наук” Ампер стверджує, що кінематика повинна бути і частиноютеоретичної механіки, прикладною дисципліною, в якій вивчаються різноманітнімеханізми.
Цікавим є йогоприклад в обґрунтуванні дидактичної цінності кінематики: “Щоб скласти собіяскраве уявлення про ту зубчатку, за допомогою якої хвилинна стрілка годинниказдійснює дванадцять обертів, тоді як годинна лише один, чи потрібно займатисясилою, яка приводить годинник в рух? Хіба дія зубчатого зчеплення, так як вонорегулює відношення швидкостей цих двох стрілок, не залишається тією ж самою,коли рух викликається якою-небудь силою, що відрізняється від сили звичайногодвигуна, наприклад, коли ми повертаємо стрілку пальцем?”
Вперше розділкінематики був чітко виділений в курсі “Фізичної та експериментальної механіки”генерала Понсле, який читав його в Паризькому університеті з 1837 до 1848 року.Тут розглядалися види рухів, додавання рухів, швидкостей і прискорень і післяцього різного типу механізми.
В результатікінематика виділилася як розділ теоретичної механіки. Але за традицією воназалишилась в курсах фізики як вступна частина до динаміки Ньютона і Ейнштейна.
В кінематиці єдва аспекти: теоретичний і прикладний. Змістом першого є формування понять промеханічний рух, системи відліку, швидкості, прискорення, правила додаванняшвидкостей та прискорень. В прикладному аспекті розглядаються механізми, щоперетворюють рух.
На ввідних урокахпо кінематиці слід виділити головне:
Механічний рух –зміна положення тіла в просторі, і для вивчення цього виду руху матеріїпершочергову важливість мають поняття системи відліку, траєкторії, суперпозиції(незалежності) рухів.
Необхідновикористовувати цей історичний матеріал для підготовки до сприйняття ідеївідносності переміщень і швидкостей.
Слід мати наувазі, що лише в теорії відносності кінематика почала грати самостійну роль. Врамках механіки Ньютона суто кінематичний розгляд руху (без зв’язків іззаконами динаміки) зустрічає ряд методологічних труднощів. Так, наприклад,збереження горизонтальної компоненти вектора швидкості тіла, кинутого під кутомдо горизонту, неможливо без посилання на перший закон Ньютона.
2.2.Відкриття законів вільного падіння
В СтародавнійГреції механічні рухи класифікувалися на природні та вимушені. Падіння тіла наземлю вважали природнім рухом, деяким властивим тілу прагненням “ до свогомісця”.
Відповідноуявленням великого старогрецького філософа Арістотеля (384 – 322 р. р. до н.е.)тіло падає на землю тим швидше, чим більша його маса. Це уявлення було результатомпримітивного життєвого досвіду: спостереження показували. Що яблука і листяяблуні падають з різними швидкостями. Поняття прискорення в старогрецькійфізиці було відсутнє.
Вперше виступивпроти Аристотеля, утвердженого церквою, великий італійський вчений ГалілеоГалілей (1564 – 1642) (див. Додаток 8).
Галілей народився15 лютого 1564 р. в м. Піза, в бідній дворянській сім’ї. Його батько бувкомпозитором, теоретиком музики і математиком. До 11 років Галілей відвідувавшколу, а далі, після переїзду сім’ї до Флоренції, за звичаєм того часувиховання і освіта відбувались в монастирі.
Під приводомважкої хвороби очей батьку вдається забрати Галілея з монастиря і дати йомухорошу домашню освіту, ввести його в коло музикантів, письменників, художників.
Однак незрівняннобільший інтерес викликали в нього математика та фізика. Галілей самостійновивчив фізику Аристотеля, читав твори Евкліда та Архімеда. Перша наукова працяГалілея — “Маленькі терези” – відноситься до 1586 і присвячена опису винайденняним гідростатичних терезів, за допомогою яких можна було швидко визначати складметалевих сплавів. Тут же Галілей виклав свої дослідження про центри тяжіннятілесних фігур. Ця праця відразу принесла 22-річному Галілею відомість середвчених.
В 1589 р. Галілейзайняв кафедру математики в Пізанському університеті, а через три роки виїхав вПадуе, де до 1610 р. був професором відомого Падуанського університету. Своїдійсні наукові погляди Галілей повідомляв лише в листах до друзів, бо ненаважувався виступити з ними в умовах церковної реакції.
Падуанськийперіод був найбільш плідним в житті вченого. В Падуе Галілей зробив свої відоміастрономічні відкриття, які переконали його в справедливості геліоцентричноїсистеми Коперніка.
В 1609 р. Галілейвперше в історії науки використав удосконалену ним підзорну трубу – першийтелескоп – для вивчення небесних об’єктів.
На початку 1610р. Галілей відкрив чотири супутники в Юпітера. Ці відкриття викликали різкінапади з боку схоластів та церкви.
Свої астрономічніспостереження він продовжив у Флоренції, куди він переїхав у 1610 р. назапрошення тосканського герцога Казімо ІІ Медичі. Там він був назначений “придворним філософом” і “першим математиком” університету.
В 1611 р.Галілей, телескоп якого до того часу давав вже збільшення в 32 рази, впершевідкрив западини та узвишшя на поверхні Місяця, спостерігав плями на Сонці.Тоді ж відкрив обертання Сонця, фази Венери і вперше помітив кільце Сатурна.
Флорентійськийперіод в житті Галілея був спочатку спокійним. Однак вже з 1612р. на ньогопочалися доноси в інквізицію. В 1615 р. Галілей змушений був їхати до Риму длязустрічі з папою і виправдовування своєї діяльності перед церквою.
Лише після 1623р., коли папою став кардинал Барбенії, який товаришував з Галілеєм і особливовисоко оцінював його досягнення, Галілей вирішив, що прийшов час, коли вінзнову може вільно говорити про свої наукові ідеї. В 1630 р. він друкує своюпрацю “Діалог про припливи та відливи”. Поява цього твору викликала обуренняцеркви. На Галілея було зроблено новий донос. В 1633 р. його викликали в Рим івіддали суду інквізиції.
В результатітрьохмісячних погроз та залякувань, після трьох допитів 69-річного вченогопримусили привселюдно в одній з церков Рима. стоячи на колінах, прочитати текствідречення від своїх переконань. Галілею заборонили писати будь-що про землю якпланету і про Всесвіт.
Астрономічнівідкриття Галілея, захист коперніканських поглядів в епоху церковної реакції,його ореол мученика науки – все це затьмарило на час інші галузі діяльностівеликого мислителя і, зокрема, його праці в області механіки. Хоча механікоюГалілей займався з самого початку наукової діяльності. В листі до одного зісвоїх друзів він писав, що вважає успіхи в заняттях з механіки найціннішимрезультатом своїх досліджень за все життя.
Ще в Пізі напоч… 90-х р. р. в “Діалозі про рух” Галілей виступив проти фізики Аристотеля.В Падуе Галілей пише “Трактат про механіку”, присвячений статиці. В ці ж рокивін проводить важливе дослідження простих механізмів і формулює “золоте правиломеханіки”.
В 1612 р. Галілейу праці “Міркування про тіла, перебувають у воді, і ті, які в ній рухаються”застосував до виведення умов рівноваги в рідких тілах розвинений ним принципрівних моментів Архімеда.
В 1632 р. вінпідсумував свої відкриття в області механіки у відомому “Діалозі про двіголовні системи світу” – творі, який, окрім свого великого значення в історіїастрономії, відіграв не меншу роль і в розвитку механіки.
Ідеї Галілея вобласті механіки отримали свій подальший розвиток в класичний праці “Бесіди іматематичні доведення, що стосуються двох нових галузей науки, що відносятьсядо механіки і місцевого руху”. Поява “Бесід” свідчила, що розправа інквізиторівнад геніальним вченим не зламала його дух. В “Бесідах” Галілей запропонував першув історії науки теорію маятника, вперше розглянув питання про вплив тертя нарух тіл. Він довів вагомість повітря, встановив ряд основних закономірностейзвучання струн. Йому належить винайдення “термоскопа” – першого приладу дляпорівняння теплоти тіл.
Не дивлячись нате, що Галілей досконало володів загальноприйнятою латинською мовою, йогоосновні роботи написані на рідній італійській мові. Праці Галілея відрізнялисяживою, образною мовою і вражали противників влучною та гострою іронією.
В останні роки життяГалілей тяжко хворів, в 1637 р. він осліп. Ала до кінця своїх днів великиймислитель не залишав наукових досліджень. За твердженням Вівіані, Галілей в1641р. повідомив своїм учням і сину про винайдення маятникового годинника. Нажаль, ні син, ні учні не продовжили роботу над цим винаходом. Появою сучасногогодинника ми зобов’язані знаменитому голландському фізику Гюйгенсу
Г.Галілей помер 8січня 1642р. Крім сина та невістки, а також трьох учнів – Кастеллі, Вівіані таТоррічеллі, біля смертного ложе великого перетворювача фізики невідступнознаходилися два представники інквізиції. Навіть після смерті Галілея церквапродовжувала переслідувати його. Прах Галілея не дозволили помістити всімейному склепі. З великими труднощами вдалося отримати дозвіл поховати його вгодинникарні біля сусідньої церкви. Лише в 1737р., тобто через 95 років післясмерті було виконано останнє бажання Галілея: його останки були перевезені уФлоренцію.
Могила Г. Галілеязнаходиться поряд з могилами двох інших великих синів Італії – Мікеланджело іДанте.
Галілей відкинувстарогрецьку класифікацію механічних рухів. Він вперше ввів поняттярівномірного та рівноприскореного рухів і почав дослідження механічного рухушляхом вимірювання відстаней та часу руху. Досліди Галілея з рівноприскоренимрухом тіла по нахиленій площині і сьогодні повторюються у всіх школах світу.
Особливу увагуГалілей приділив експериментальному дослідженню вільного падіння тіл. Всьомусвіту відомі його досліди на Пізанській башті. Як засвідчував Вівіані, Галілей кидавз башти одночасно півфунтову кулю і сто фунтову бомбу. Наперекір думціАристотеля, вони досягали поверхні землі майже одночасно: бомба випередила кулюлише на кілька дюймів. Цю різницю Галілей пояснив наявністю опору повітря. Такепояснення було принципово новим. Справа в тому, що з часів Стародавньої Греціїутвердилось таке уявлення про механізм переміщення тіл: рухаючись, тіло залишаєза собою пустоту; природа ж боїться пустоти ( існував помилковий принциппобоювання пустоти). Повітря прямує в пустоту і штовхає тіло. Таким чином,вважалось, що повітря не сповільнює, а, навпаки, прискорює рух тіла.
Далі Галілейвідкинув ще одну багатовікову помилку. Вважалось, якщо рух не підтримуєтьсяякою-небудь дією, то він повинен припинитися, навіть якщо не існує перешкод.Галілей вперше сформулював закон інерції. Він стверджував: якщо на тіло дієсила, то результат її дії не залежить від того знаходиться тіло у спокої чирухається. У випадку вільного падіння на тіло постійно діє сила тяжіння ірезультати цієї дії неперервно сумуються, бо відповідно до закону інерції,викликана одноразово дія зберігається. Це уявлення є основою його логічноїпобудови, яка привела до законів вільного падіння.
Галілей визначивприскорення вільного падіння з великою похибкою. В “Діалозі” він стверджує, щокуля падала з висоти 60 метрів протягом 5 секунд. Це відповідає значенню g майже в 2 рази меншого, ніж істинне.
Галілей,звичайно, не міг точно визначити g, оскільки не мав секундоміра. Пісочні, водяні годинники або винайденийним годинник з маятником не сприяли точному відліку часу. Прискорення вільногопадіння було достатньо точно визначене лише в 1660р. Гюйгенсом.
Розповідаючи пророботи Галілея, важливо пояснити учням суть методу, яким він користувався привстановленні законів природи. Спочатку він провів логічну побудову, з якоївитікали закони вільного падіння. Але результати логічної побудови потрібноперевірити дослідом. Лише спів падання теорії з дослідом приводить доствердження справедливості закону. Для цього потрібно вимірювати. У Галілеягармонічно перепліталася потужність теоретичного мислення з експериментальниммистецтвом. Як перевірити закони вільного падіння, якщо рух дуже швидкий інемає пристроїв для вимірювання малих проміжків часу?
Галілей зменшує швидкість падіння застосуванням похилої площини. Вдошці було зроблено жолоб, висланий для зменшення тертя пергаментом. По жолобупускалась відполірована латунна куля. Для точного виміру часу руху Галілейпридумав наступне. В дні великої посудини з водою робився отвір, через якийвитікав тонкий струмінь. Він направлявся в маленьку посудину, яка заздалегідьзважувалася. Проміжок часу вимірювали по приросту ваги посудини! Пускаючи кулюз половини, четверті і т.д. довжини похилої площини, Галілей встановив, щопройдені шляхи відносились як квадрати часу руху.
Повторення цихдослідів Галілея може слугувати предметом корисної роботи на шкільномуфізичному гуртку.
2.3.До історії законів динаміки Ньютона
Три закони динаміки, що склали фундамент класичної механіки булисформульовані англійським фізиком Ісааком Ньютоном (1643 – 1727) (див. Додаток9) в книзі “Математичні початки натуральної філософії” (див. Додаток 7).
І.Ньютон народився 4 січня 1643р. в м. Вулсторт в сім¢їнебагатого фермера. В 12 років його віддали в школу. Спочатку він невідрізнявся успіхами в навчанні, але потім дуже зацікавився математикою. Количерез рік занять внаслідок матеріальної скрути взяли додому, щоб привчити догосподарства, Ньютон виявив таку байдужість і нездібність до подібного родузанять, що в 1660 р. його знову повернули до школи. В 1661р. його прийняли водин з коледжів Кембріджського університету. В коледжі Ньютон був незадоволенийофіційними навчальними підручниками, які здавались йому дуже тривіальними. Вінпочинає самостійно вивчати “Геометрію” Декарта, “Арифметику нескінченного”Уолліса та “Оптику” Кеплера.
В 1665р. він отримує степінь бакалавра, а потім магістра. В 1669р.займає фізико-математичну кафедру в Кембріджському університеті. В ці ж рокиНьютон починає свої наукові дослідження. Період 60-80-х р. р. був найбільшплідним в діяльності вченого. До того часу відносяться його фундаментальнівідкриття в області математики, механіки та оптики ( 1666р. – відкрив явищедисперсії, відбиваючий телескоп; 1675р. – відкрив явище, яке носить назву“кільця Ньютона”, був близьким до відкриття поляризації, одним з першихвисловив думку про механічну природу тепла, дав теорію фігури Землі, правильновказавши, що вона повинна бути стиснута біля полюсів...).
Великі заслуги Ньютона перед людством були визнані вже йогосучасниками. В 1672р. Ньютона вибрали членом Лондонської королівської спілки, аз 1703р. і до кінця життя був незмінним її президентом. Крім того він бувіноземним членом Паризької Академії наук ( з 1699р.).
Після політичного заколоту 1688р. в Англії Ньютона обрали членомпарламенту від університету і займав він цю посаду протягом року.
В 1696р. його призначили хранителем Монетного двору в Лондоні івіддавав багато сил і часу цій роботі.
З наукових досліджень Ньютона в цей останній період його життя слідвідзначити захоплення теплофізикою, зокрема відкриття закону охолодження тіл(1705р.). В основному ж він займався виданням раніше написаних раніше творів.
Ньютон помер 31 березня 1727р. в Кенсінгтоні ( зараз частина Лондона) ібув похований у Вест мінському абатстві – пантеоні великих людей Англії.
І.Ньютон своїми працями завершив важливий період в історії розвиткусучасного природознавства, розпочатий Галілеєм, — період створення класичноїмеханіки. Він відкрив основні закони механічної взаємодії тіл не лише на Землі,але і в оточуючому нас Всесвіті і тим самим заложив основинебесної механіки. Виключно великим вкладом в науку стали оптичнівідкриття Ньютона, який одним з перших почав дослідження в області фізичноїоптики. Нарешті, завдяки геніальним математичним відкриттям Ньютона і Лейбніца,фізика була озброєна таким міцним апаратом дослідження, як диференціальне таінтегральне числення.
Авторитет Ньютона як вченого і за життя, і після його смерті буввеличезним. В математиці виникла школа Ньютона. В фізиці – механіці, оптиці іін. Її областях – більше століття панував напрямок, відомий як ньютонівський.
Сам Ньютон говорив про свої відкриття: ”Якщо я бачив далі, ніж інші, тотому, що стояв на плечах гігантів”. Дійсно, великі відкриття Ньютона булипідготовлені діяльністю ряду видатних вчених.
Ньютон не надавав своїм відкриттям великого значення всеохоплюючих, всепояснюючих законів. Вважаючи процес пізнання нескінченним, він говоривнезадовго до своєї смерті: “ Не знаю, чим я можу здаватися світу, але сам собія здаюся лише хлопчиком, який грається на березі моря, розважається тим, щоіноді відшукує камінець більш яскравий, кольоровий, ніж звичайно, або красивучерепашку, в той час, коли великий океан істини розстеляється переді мноюнедослідженим.”
В формулюваннях Ньютона закони динаміки, чи, як їх називав сам автор,аксіоми руху виглядають так:
Перший закон.
Всяке тіло упирається в збереженні стану спокою або незмінного понапряму руху, поки і оскільки прикладені сили не змінять цей стан.
В цьому законі відображена важлива властивість тіл – інертність: покина тіло не діють зовнішні сили, воно рухається весь час в одному і тому жнапрямі з незмінною (сталою) швидкістю.
Цей закон пов’язаний із законом незалежності дії сил, який бувсформульований до Ньютона Галілеєм. Якщо на тіло, що рухається під дією деякоїсили, подіє нова сила, то новий рух буде складатися з попереднього та з тогоруху, який отримало б тіло під дією нової сили, перебуваючи в стані спокою.
Поєднання законів Ньютона і Галілея важливе для розуміння суті того, щоми називаємо інертністю. Адже в оточуючому світі на тіла завжди діють зовнішнісили. Реальна лише ситуація, при якій сили зрівноважені. Інертністьпроявляється в тому, що якби тіло рухалося в якому-небудь напрямку зі швидкістю/>, і нова сила надаєйому швидкість /> віншому напрямку, то новий рух буде відбуватися зі швидкістю />.
Якщо з’явиться ще одна сила, яка надасть йому швидкість />, то вона просто додається до суми, незмінюючи попередніх величин. Це один з виразів загального принципусуперпозиції, який стосується і сил, і результатів їх дій.
Другий закон.
Зміна кількості руху пропорційна прикладеній рушійній силі івідбувається в тому ж напрямі, в якому ця сила діє.
В математичній формі цей закон виражається так: />. Ньютон в цьому законі розглядає добуток маси на прискорення як особливумеханічну величину – кількість руху (імпульс) і ефект дії сили оцінює саме зазміною цієї величини.
С.І.Вавилов у книзі “Ісак Ньютон” показав, що в такій формі другийзакон може застосовуватися і в релятивістській динаміці. Лише в окремомувипадку, коли маса тіла не залежить від швидкості і не змінюється з часом, миможемо записати /> і,поділивши обидві частини рівності на/>, перейти до окремої власної форми закону: />.
Ньютонівська форма другого закону динаміки застосовна і на практиці.Наприклад, всі механічні ефекти в гідро- та аеродинаміці оцінюються саме зазміною кількості руху. Під час виведення основного рівняннямолекулярно-кінетичної теорії в основу покладають закон в ньютонівській формі.
В цьому одне з виражень дивовижної прозорливості Ньютона, якупідкреслював С.І.Вавилов. Ньютонівська форма другого закону має один особливоважливий дидактичний аспект. Написавши закон у вигляді />, ми приходимо до простого трактування важкогопоняття сили. Можна стверджувати, що сила – причина зміни кількості руху тіла іпов’язана завжди із взаємодією тіла, що рухається, з іншими тілами призіткненні чи на відстані. Сила є мірою цієї взаємодії.
Далі відкривається зв’язок першого і другого законів динаміки івстановлюється міра тієї властивості, яку ми називаємо інерцією. Із другогозакону в ньютонівській формі випливає, що при />, />,тобто ми приходимо до першого закону. Змінити стан руху тіла при даній масі тимважче, чим більший його імпульс. Цьому є багато життєвих ілюстрацій.
Загальність формулювання другого закону динаміки підкреслюється щеодним фактом. У зв’язку з розвитком ракетної техніки виникла проблема вирішеннязадач, пов’язаних з рухом тіл змінної маси. Власна форма закону /> не давала навіть поставити задачу.
Вперше почав вирішення проблем механіки тіл змінної маси професорПетербурзького політехнічного інституту Іван Всеволодович Мещерський (1859 –1935). Він виходив саме з ньютонівської форми закону />, де />.
Третій закон.
Дії завжди є рівна і протилежна протидія, інакше взаємодії тіл одне наінше між собою рівні і напрямлені в протилежні сторони.
Цей закон погано розуміли з часів його появи в “Началах”. Особливоважким був його додаток у випадку взаємодії тіл на відстані.
Пояснюючи закон в листах до друзів і відповідях опонентам, Ньютонпідкреслював необхідність спільного розгляду з І та ІІ законами. В листі доредактора “Начал” Р.Котсу він писав: “ Якби деяке тіло могло притягувати інше,розташоване поблизу нього, але не притягувалося саме з такою ж силою з цимостаннім, то тіло притягуючи менш сильно, погнало б інше перед собою (відповідно до ІІ закону), і обидва вони б почали рухатись з прискоренням донескінченності, що протирічить І закону.”
Якщо в цьому міркуванні вказаними тілами будуть Земля і Місяць абоЗемля і Сонце, то неважко бачити, що невиконання законів динаміки призведе доруйнування Сонячної системи.
Від сили тяжіння Ньютон переходить до магнітної сили. Він описуєдослід, який він придумав і відтворив. В двох стичних посудинах з водоюплавають пробки. На одну з них кладуть полосовий магніт, на іншу – рівної масизалізну пластинку. Якщо б тільки притягував залізо, — міркував Ньютон, топробка з магнітом залишилась би на місці, а залізна пластина поплила до нього.Однак дослід показав, що обидві пробки з вантажами пливуть назустріч однаодній, і, якщо маси їх рівні, то сили притягання надають їм однаковихприскорень.
Цей дослід Ньютона і його міркування про взаємодію, на жаль, забуті. Їхслід було б широко використовувати в шкільному курсі.
С.І.Вавилов писав: “ На стінах фізичних аудиторій вищих навчальнихзакладів справедливо висять відомі “ Аксіоми або закони руху “ Ньютона поряд зперіодичною системою елементів. Ці закони зовсім не історична пам’ятка абоприкраса аудиторії; це фундамент того, що повинен засвоїти студент в областіфізики, схема розв’язку всіх фізичних і механічних задач в наш час.
Добре відомо, що нова фізика в теорії відносності і квантовій механіціпішла по дорозі, що не була передбачена класикою Ньютона. Змінилися фізичніуявлення про простір, час, масу, дію… Але фізична революція не знищиланьютонівську механіку, вона лише надбудувала, перетворивши закони Ньютона іззагальних в граничні, справедливі для порівняно невеликих швидкостей і великихоб’ємів. І для нас, жителів земної кулі, ці невеликі швидкості і великі об’єминайбільш звичні і нормальні, вони визначають нашу практику і техніку.”
2.4. До історії закону всесвітньоготяжіння
Закон всесвітнього тяжіння – універсальний закон. Йому підкоряються всібез виключення об’єкти природи: притягуються, хоч і слабо, електрони і ін.елементарні частинки; аналіз руху всіх тіл на Землі потребує врахування цьогозакону; планети Сонячної системи притягуються до Сонця і одна до іншої; зоряні скупченняпояснюються притяганням. Тяжіння діє навіть на світло. Саме завдяки цьомузакону нам точно відомо на десятки років вперед настання сонячних і місячнихзатемнень і появу на небі комет. І якщо говорити про те, кому ми зобов’язанітим, що людина нині з успіхом освоює космос, то в довгому ланцюжку імен одним зперших повинно стояти ім’я Ньютона. Адже розрахунки траєкторії будь-якогоштучного космічного об’єкта обов’язково спирається на використання законутяжіння. Як же вдалося Ньютону встановити, що всі об’єкти природи безвиключення притягаються одне до одного і визначити, від чого ця сила залежить?
Думку про тяжіння планет до Сонця і Місяця висловлював австрійськийвчений Кеплер, який відкрив три закони руху планет. Після того, як Галілейвстановив, що за відсутності дій тіло буде рухатись рівномірно і прямолінійно,припущення про те, що нерівномірний рух по криволінійним траєкторіямобумовлений дією якихось сил, ставали все більш реальними. Про притяганняпланет до Сонця говорило багато вчених: Бореллі, Гук, Галілей і ін.
Поступово виникло уявлення, що притягання зменшується з відстанню. ВжеКеплер висловлював цю думку, вважаючи, що тяжіння слабшає подібно освітленостіпри збільшенні відстані від джерела. Гук висунув гіпотезу про те, що тяжінняпідкоряється закону оберненого квадрату, і повідомив про це в листі Ньютону(1680р.), вказуючи, що в нього самого немає часу на обґрунтування цієї ідеї.
Отже, на поч.80-х р. р. ідея про існування притягання планет до Сонця“літала в повітрі”, але потрібен був талант Ньютона, щоб вона отримала розвитокі переконливе доведення.
В 1680р. на небі з’явилася комета, яка рухалася до Сонця. Через двамісяці виявили, як вважали, другу комету, яка рухалася від Сонця. Виниклоприпущення, що це одна і та ж комета, яка рухається по дуже витягнутому еліпсу.Е.Галлей намагався обчислити її траєкторію, виходячи із закону оберненогоквадрату, але не міг перебороти математичні труднощі і звернувся за допомогоюдо Ньютона. Але виявилося, що Ньютон вирішив подібну задачу ще в 1665р. Галлейнаполягав на необхідності публікації роботи Ньютона по тяжінню. Ньютон звеликою неохотою вкінці кінців дає згоду. В 1686р. виходить праця Ньютона, яказаложила основу всієї класичної механіки, — відомі “ Математичні началанатуральної філософії”. Однією з важливих проблем, що вирішувалася в цій праціі була проблема тяжіння.
В дуже спрощеному вигляді теорія тяжіння Ньютона зводиться донаступного.
Прискорення двох планет, що рухаються навколо Сонця по коловим орбітамз радіусами /> та /> будуть: />; />.
Так як />, то />.
Але за ІІІ законом Кеплера />, тому />.
Відповідно до основного закону динаміки />, отже, сили, які діють на планети будуть оберненопропорційні квадратам радіусів орбіт, тобто
/>.
Далі Ньютон припустив, що природа сили, яка втримує планети на орбітах,тотожна з природою притягання тіл до Землі, і довів це. Суть його міркувань внаступному.
Коли тіла віддалені від центра Землі на відстань, рівну радіусу Землі />, то, притягуючись до Землі,вони набувають прискорення />.Якщо сила тяжіння Землі з віддаленням зменшується за законом оберненогоквадрата, то на відстані, рівній відстані від Землі до Місяця />, тіло набуло б, притягуючись до Землі,прискорення меншого, ніж />.Так як />, то прискореннятіла, віддаленого на таку відстань, буде:
/>.
Земне тіло на таку відстань помістити важко. Але в цьому і немаєпотреби: адже Місяць, притягуючись до Землі і рухаючись навколо неї по орбіті,близькій до колової, набуває під дією притягання до Землі доцентровеприскорення />.
Ньютон отримав, що />.І таким чином довів, що сила тяжіння має ту ж природу, що і сила тяжіння планетдо Сонця.
Далі Ньютон робить узагальнення, стверджуючи, що тяжіння носитьвсесвітній характер.
А чи не дуже великим був розмах цього узагальнення? Чому ми впевнені вуніверсальності цього закону?
Щоб відповісти на ці питання, звернемося до методу Ньютона.
Закон тяжіння Ньютон вивів із обмеженого кола даних спостережень. Йогосправедливість для більш широкого кола можна вважати доведеною лише тоді, коли,виходячи з його універсальності, отримати для ряду явищ наслідки, і ці наслідкибудуть відповідати дослідним даним. В цьому суть метода Ньютона – на основіданих досліду знайти узагальнююче ствердження ( принцип “начала”) і надавшийому математичної форми вивести з нього ряд наслідків, перевірка яких і будеперевіркою твердження.
Минуло кілька століть з часу створення механіки Ньютона. Заслуга цьоговченого не лише в тому, що він винайшов нові закони природи, але і в тому, щовін ввів нові методи її вивчення. Суть методу принципів виражена в таких словахНьютона: ”Виведення двох чи трьох загальних начал руху з явищ і після цьоговикласти, яким чином властивості і дії всіх речей випливають з цих начал, булоб дуже важливим кроком в філософії.”
За Ньютоном сила притягання обернено пропорційна квадрату відстані івизначається ще й масами взаємодіючих тіл. Звідки це випливає.
Нехай є дві порожні кулі з масами /> і />,які взаємно притягуються. На першу діє з боку другої сила притягання />~ />, а на другу — />~/>.Збільшимо масу другої кулі, наприклад, насипавши в неї дріб, тоді /> збільшиться, так як сила тяжінняпропорційна масі тіла, на яке вона діє. А за ІІІ законом Ньютона />, отже, збільшиться в стільки ж разів ісила />, хоча маса першої куліі не змінилась. Отже, сила притягання пропорційна масам обох куль:
/>.
Одне з блискучих підтверджень закону відбувається через 120 років післясмерті Ньютона. Спостереження за рухом планети Уран показали, що Уран приходивв певне місце простору то раніше, то пізніше того моменту, в який він повиненбув би прийти за розрахунками, що ґрунтувалися на законі тяжіння. Дехто починаєдумати: чи вірний закон? Два математики – Адамс в Англії та Лавер׳є у Франції – припустили, що ці відхиленнявикликані дією на Уран якоїсь іншої планети і поставили завдання – знайти, деповинна бути ця планета. Це дуже складне завдання вони вирішили незалежно одинвід одного і повідомили координати планети в астрономічні обсерваторії.
23.09.1847р. повідомлення Лавер׳є потрапило в Берлін, і того ж вечора астроном Галле повернув телескопв ту частину неба, яку вказував Лавер׳є, і виявив там нову планету, названу потім Нептун. Це було величезнимтріумфом ньютонівського закону; свідченням великої передбачуваності науки!
Аж до 1919р. до теорії тяжіння Ньютона нічого додано не було. І лишеЕйнштейн зумів внести нове в проблему тяжіння, не відкинувши при цьому і ньютонівськеїї розуміння. Просто звузилася сфера дії закону.
Наведений історичний матеріал можна використовувати на уроках повивченню закону всесвітнього тяжіння в 9 класі. Хоча в підручнику “Фізика – 9”викладення закону ведеться частково в історичному плані, але, на нашу думку,історія проблеми тяжіння повинна бути представлена ширше. Вона дозволяєпродемонструвати велич закону, труднощі його встановлення, вводить учнів ватмосферу наукового пошуку. Згадування про закони Кеплера в 9 класі можездаватися передчасним, але воно дозволяє обґрунтувати закон оберненогоквадрату, звичайно нічим немотивований. Обґрунтування наявності мас в формулізакону подано в дусі Ньютона. Звичайні посилання на те, що залежність силитяжіння від маси випливає з ІІІ закону динаміки, нічого не роз’яснюють учням,тому експеримент із взаємодією куль, маса однієї з яких змінюється, хоча і невзятий з історії науки, але пояснює, чому в законі з’являються масивзаємодіючих тіл. Поєднання історизму з такими “неісторичними включеннями”неминуче для того, щоб полегшити учням розуміння суті справи. Історичнийхарактер викладу дозволяє, окрім цього, ознайомити учнів з важливим методомсучасної фізики, який бере свій початок від Ньютона, — методом принципів.Найбільш доречно це зробити саме під час викладу закону всесвітнього тяжіння.
Необхідно також розповісти про відкриття планет Нептун і Плутон – факт,який демонструє важливу передбачуваність теоретичних знань та здійснює великийвплив на формування наукового світогляду школярів.
Проблемність викладу цього матеріалу забезпечується постановкоюнаступних питань з метою привернення уваги учнів:
Чому 20 років мовчав Ньютон? Чому пальма першості відкриття законуналежить саме Ньютону? Чому закон всесвітнього тяжіння потрібно вважатиуніверсальним? І т.д.
Засвоєння учнями логіки викладу дозволить вчителю ціленаправлено побудуватививчення всієї теми вцілому.
2.5. До історії принципу відносності
Одним з найсильніших аргументів церкви проти системи Коперніка булонаступне твердження: якби Земля дійсно рухалася, то літаючі пташки відставаливід рухомої Землі, дальність пострілів на Захід і Схід були б різними, важкітіла не падали б по вертикалі.
Ця аргументація була розбита Галілеєм. В 1632 р. вийшла його відомапраця “ Діалог про дві найголовніші системи світу – Птоломея і Коперніка,” вякій він сформулював механічний принцип відносності. Галілей не мав можливостіпрямо виступати проти авторитету церкви. Тому формулювання відкритих нимзаконів природи він подавав в оригінальній формі. Ось яким було першеформулювання принципу відносності:
“ Потрібно усамітнитися з одним із друзів у сторонньому приміщенні підпалубою якого-небудь корабля, запастися мухами, метеликами і іншими подібнимидрібними літаючими комашками; нехай буде у вас також посудина з водою іплаваючими в ній рибками; далі підвісьте вгорі відерце, з якого вода будекрапати крапля за краплею в іншу посудину з вузькою шийкою, підставлену знизу.Поки корабель стоїть нерухомо, спостерігайте уважно, як дрібні літаючі комахи зоднією і тією ж швидкістю рухаються у всі сторони приміщення; риби, як випобачите, будуть плавати байдуже у всіх напрямках, усі падаючі крапліпотраплять у підставлену посудину, і вам, кидаючи товаришу який-небудь предмет,не доведеться кидати його з більшою силою в одну сторону, ніж в іншу, якщовідстані будуть одні і ті ж; і якщо ви будете стрибати відразу обома ногами, тозробите стрибок на однакову відстань в будь-якому напрямку. Уважноспостерігайте все це, хоча у нас не виникає ніякого сумніву в тому, що, поки корабельстоїть нерухомо, все повинно відбуватися саме так. Якщо тепер ви примуситекорабель рухатися з будь-якою швидкістю, то тоді ( якщо тільки рух будерівномірним і без качки в ту і іншу сторону, у всіх названих явищах ви невиявите жодної зміни і по жодному з них ви не зможете встановити, чи рухаєтьсякорабель, чи стоїть нерухомо… І причина узгодженості всіх цих явищ в тому, щорух корабля загальний для всіх предметів, які знаходяться на ньому, так як іповітрю; тому я і сказав, що ви повинні знаходитись під палубою...”
Ці міркування Галілея резюмовані так: інерціальний рух системи невпливає на механічні процеси, які в ній відбуваються. Або ще коротше: у всіхінерціальний системах механічні явища відбуваються однаково. Таким чином.Механічний принцип відносності є узагальненням дослідницьких фактів. Якщоприйняти принцип відносності, то аргументація теологів автоматично руйнується.
Однак потрібно було пояснити природу морських припливів та відпливів.Галілей робить тут повчальну помилку. Він спирається на слідуючи аналогію. Якщовезти в човні воду, то при будь-якому прискоренні човна вода підніметься доносу чи корми по інерції. Вода океанів на Землі подібна воді в човні. Приприскоренні Землі вода також піднімається або опускається в залежності від знакаприскорення. Нерівномірність руху Землі, за Галілеєм, обумовлена сумою двохрухів – добового і річного.
Як ми тепер знаємо, неінерціальність, викликана добовим обертаннямЗемлі, дає дуже слабкі ефекти, які можуть бути зафіксовані пристроями типумаятника Фуко. Неінерціальність від річного обертання ще менш відчутна.
Питання про вплив руху системи на фізичні явища, які в нійвідбуваються, загострилося в зв’язку з відкриттям англійським вченим астрономомД. Брадлеєм явища аберації – вдавані зміщення положення зірки за якоюспостерігають із Землі. Поступово фізики прийшли до необхідностіекспериментального обґрунтування неможливості виявити інерціальний рух системиза допомогою будь-якого фізичного експерименту: оптичного, електромагнітного,електро- чи магніто статичного і т.д.
Уявимо собі, що в “каюті корабля Галілея” були б зосереджені всіможливі фізичні пристрої. Чи можна було б поставити дослід, який би показав, щонаш гігантський космічний корабель – Земля рухається відносно Сонця зішвидкістю біля 30 км/с? Адже ми визначили цю швидкість з астрономічнихспостережень, спираючись на теорію Коперніка. Чи можна результат астрономічнихспостережень підтвердити фізичним дослідом в “ каюті Галілея” ?
Зрозуміло, що ця думка привертала увагу багатьох експериментаторів.Інтерес загострювалася ще й тим, що існувала гіпотеза ефіру. Вважалося, щопростір, який здається порожнім, заповнений тонким, невідчутним матеріальнимсередовищем – ефіром. Це середовище не заважає рухові планет, але воно в той жечас пружне, бо його коливання передаються зі швидкістю світла і створюютьоптичні і електромагнітні ефекти. Природно було б з’ясувати, цілком чи повністюзахоплюється ефір рухомою Землею, чи залишається він нерухомим. Потрібен бувдослід, який виявив би властивості ефіру. Не випадково всі видатні фізикиламали голову над цією проблемою. Ставилося багато дослідів, але безуспішно.
В 1880р. американський фізик Альберт Абрахам Майкельсон ( 1852 — 1931)поставив відомий експеримент зі своїм інтерферометром. Пристрій мав фантастичнучутливість: він міг фіксувати зміщення порядку /> мм. Теорія показала, що цей пристрій міг би виявитирух Землі крізь ефір. На основі негативних дослідів в “каюті Галілея”А.Ейнштейн узагальнив принцип відносності Галілея: ніяким фізичним дослідомнеможливо виявити інерціальний рух системи. Узагальнений принцип відносностіліг в основу нової фізичної теорії – спеціальної теорії відносності Ейнштейна.
2.6. Формування поняття сили
Початок фізики ми ведемо із Стародавньої Греції. Тут і перші витокипоняття сили. У древніх сили природи – це те, що обумовлює явища природи ікерує ними. Сила трактувалась як схильність тіла до певних дій, властива йомуприродна риса. Природа наділила цими властивостями всі тіла. Оскільки будь-якетіло Всесвіту наділене силою, то завжди передбачуваний характер її дії, їїповедінки. Тут доречною є аналогія: тіло – віз, сила – кінь. Куди піде кінь,туди буде рухатись віз. Це дуже загальний погляд, який не має фізичноїконкретизації. Він зберігався до епохи Відродження.
Вперше конкретизував поняття сили Галілей: в механічному русі сила єпричиною прискорення тіла. Він розумів, що всяке тіло, яке не взаємодіє зіншими тілами, повинно рухатись рівномірно і прямолінійно. Сила – дія на данетіло якої-небудь причини, що викликає зміну швидкості тіла. Приклад –прискорення тіла під час вільного падіння. Галілей пише: ” Тяжіння є постійнодіюча сила і, отже, викликає в кожний рівний інтервал часу рівне перетворенняшвидкості, і рух стає рівномірно прискореним.”
Французький філософ і математик Р.Декарт (1596 – 1650) – основоположникоригінального напряму в філософії і фізиці, найбільш популярний вчений XVII ст… розвинувпринципово нові уявлення.
За Декартом, Всесвіт заповнений рухомою матерією. Всі явища природиобумовлені різними формами руху матерії. Сила виникає лише при співударі тіл.Не існує ніяких сил, крім сили удару при зіткненні тіл.
Ці уявлення були зруйновані Ньютоном. В “Математичних началахнатуральної філософії” він розвиває і уточнює думку Галілея. Сила, по Ньютону,- причина зміни кількості руху тіла. Другий закон динаміки в формулюванніНьютона дає чітке механічне трактування поняття сили: сила є дія на тілоякої-небудь причини, яка викликає зміну кількості руху тіла; при цьомузбільшення чи зменшення кількості руху пропорційне силі. Причиною зміникількості руху тіла може бути поштовх, удар. Тоді сила виникає при зіткненнітіл. Однак на противагу думці Декарта, Ньютон стверджував, що сила можевиникнути і втому випадку, коли тіла віддалені одне від одного. Так діють силатяжіння, електрична сила, магнітна сила. Важливо підкреслити наступне. УНьютона поняття сили вперше отримує кількісне означення: силу можна виміряти позміні кількості руху. В окремому випадку, якщо маса тіла залишається незмінною,сила змінюється по прискоренню, якого набуває тіло.
Другий закон Ньютона розкриває ще одну грань поняття сили: сила можебути не лише причиною, але і наслідком зміни кількості руху. Наприклад, увипадку падіння електромагнітного випромінювання на перешкоду остання відчуваєдію сили тиску. Тиск електромагнітного випромінювання є наслідком зміниімпульсу фотонів. Аналогічно тиск газу на стінки посудини є наслідком зміниімпульсів молекул газу при зіткненні зі стінками. Але це стало зрозумілим лишетепер.
В сер. XIX ст. поняття“сила” і “енергія” не розрізнялись. Закон збереження енергії спочаткуформулювався, як закон збереження сили. Класична праця Гельмгольца, наприклад,в якій закон збереження енергії отримав кількісний вираз, називалась “Прозбереження сили”.
Багатогранність поняття сили обумовила неоднозначність його тлумачення.В історії формування цього поняття мала місце тенденція зовсім виключити його злексикону фізики. Так, наприклад, наприкінці XIX ст. Кірхгоф в “Лекціях по теоретичній фізиці” писав:
“Механіка, на нашу думку, повинна черпати означення понять, з якимивона оперує, з одного лише руху. Звідси випливає, що після введення системи силзамість простих сил, механіка не може дати точне визначення поняття сили.”
Генріх Герц перед смертю опублікував книгу “Принципи механіки”, в якійпоказав можливість побудови механіки на основі трьох понять: простору, часу тамаси. Дію сил між тілами А і В на відстані Герц зводив до процесів механічногоруху в середовищі, що заповнює простір між тілами. У вакуумі – це ефір, який,за Герцом, має характер суто механічної системи.
Розвиток фізики показав обмеженість таких уявлень. Сучасна фізика як доскладного поняття, зміст якого неможливо внести в одне означення. Поряд змеханічними силами існують електромагнітні і ядерні сили. Їх не можна зводитиодну до одної. Кожний клас сил має свої особливості. Сучасна фізика виділяєклас фундаментальних сил природи – силу тяжіння, силу Лоренца, кулонівськусилу. Сили тертя, пружності, поверхневого натягу, аеродинамічні сили і ін.розглядаються як складна гра фундаментальних сил.
Поряд з поняттям сили в сучасній фізиці широко використовується поняттявзаємодії. Прийнята така класифікація взаємодій: гравітаційні, електромагнітні,слабкі і сильні.
Коли мова йде про силу як причину чи наслідок зміни імпульсу тіла,завжди має місце взаємодія даного тіла з ін. тілами. Електричні і магнітні сили– наслідок взаємодії заряджених тіл. Сила зовнішнього 9 сухого 0 тертя виникаєпід час відносного переміщення стичних тіл. Сила пружності виникає придеформаціях, а останні завжди є результатом взаємодії і т.д.
Потрібно пов’язувати, а не ототожнювати поняття сили і взаємодії.Останнє ширше, ніж поняття сили.
Хоча фізика оперує поняттям “ядерні сили”, але в цьому випадку мова йдепросто про “жаргон”. Не слід уявляти, що ядерна сила надає протону або нейтронуприскорення, що ядерна сила – вектор і т.д. Говорячи про ядерні сили, фізикимають на увазі взаємодії протонів і нейтронів. Ці взаємодії різноманітні.Головне в тому, що взаємодії можуть призводити до перетворень частинок.
В курсах фізики за історичною традицією зберігаються поняттяелектрорушійної сили, сили струму і сили світла. Необхідно пояснити учням, щофізичним поняттям властива своєрідна інертність. Іноді сенс поняття змінюєтьсяв процесі розвитку науки, але слова залишаються. Поняття е.р.с. з’явилося в тойчас, коли не була відома природа електричного струму, коли електричні явищахотіли звести до механічних процесів. Тепер ми знаємо, що е.р.с. зовсім не єсилою, однак по інерції це поняття залишилося в лексиконі фізики. Те ж самеможна сказати про поняття сили струму і сили світла.
2.7. До історії закону збереженнякількості руху
Поняття кількості руху як спеціальної механічної величини, якавиражається добутком маси тіла на швидкість його руху, ввів Ньютон в“Математичних началах натуральної філософії”. Кількість руху пов’язували другимзаконом динаміки з силою, зміна кількості руху слугувала мірою сили.
З іншого боку, добуток маси на швидкість розглядався як міра руху.Закон збереження кількості руху з’явився вперше саме під час розгляду мір руху.
Перше його формулювання належить Декарту. В своїй основній праці“Початки філософії”, яка вийшла в 1644р., Декарт розвиває думку про те, щоВсесвіт заповнений різними формами рухомої матерії. Першопричиною руху вінвважає Бога і дає таке теологічне формулювання закону збереження: “ Бог –першопричина руху, він постійно зберігає в світі однакову його кількість.”
Декарт не дав математичного виразу закону. Він лише накреслив першийкрок в наступному його формулюванні: “ Коли одна частинка матерії рухаєтьсявдвічі швидше іншої, а ця остання вдвічі по величині більша першої, то в меншійстільки ж руху, скільки і в більшій з частинок; і що на скільки рух однієїчастинки сповільнюється, на стільки ж рух якої-небудь іншої зростає.”
Далі сенс закону не прояснюється, а, навпаки, заплутується. Лейбніцпочав дискусію про міру руху в праці з цікавою назвою “ Коротке доведення дивовижноїомани Декарта та інших в питанні про один закон природи, за яким вонипередбачають, що дякуючи Господу зберігається завжди одна і таж кількість”.
Лейбніц вважає мірою руху не добуток />, а добуток />. Він робить перший крок до відкриття законузбереження енергії, але безнадійно заплутує питання про співвідношення законівзбереження кількості руху та енергії. Ця плутанина існувала більше 100 років ізаважала поясненню закону збереження.
Розвиток ньютонівської динаміки привів до з’ясування зв’язку міжзаконами динаміки і законом збереження кількості руху.
Для одного тіла /> Завідсутності зовнішніх сил /> /> і відразу ж випливає збереженнякількості руху: />const. У випадку сталої маси />const ми переходимо до першого закону динаміки.
/>
Розглядаючи замкнену систему взаємодіючих тіл, можна записати
Сумуючи праві і ліві частини і користуючись третім законом динаміки,відповідно до якого />,отримуємо
/>
Розглянутий зв’язок між законами динаміки і законом збереженнякількості руху є результатом прямої логічної лінії розвитку механіки. Тут всечітко і ясно. Історично це була не пряма, а складна крива. Зрозуміло, що учнівне слід вести по цій кривій. Важливо підкреслити, що ми маємо справу не звиведенням закону збереження кількості руху, як це часто уявляють, а звираженням внутрішнього зв’язку між законами динаміки і законами збереження.
В становленні закону збереження важливу роль відіграли його практичнідодатки. Винахідники ще задовго до відкриття закону використовували його напрактиці. Реактивна дія струменя води чи газу була відома ще стародавнімгрекам. Однак для широкого використання реактивного руху в техніці потрібнопройти ще довгий шлях.
Основоположник космічних польотів К.Е.Ціолковський розробив принципипрактичного використання реактивного руху лише в 20-х роках минулого століття,перші реактивні літаки з’явилися наприкінці Великої Вітчизняної війни, а першийштучний супутник Землі був запущений в 1957р.
Слід мати на увазі, що питання про міри руху, про зв’язки законівзбереження з іншими законами природи з’ясоване лише в зв’язку з розвиткомпринципу теорії відносності Ейнштейна і законів симетрії.
В наш час твердо встановлено, що рух має дві міри – скалярну івекторну. Скалярна міра – енергія, векторна – імпульс. При цьому обидві міри єскладовими єдиної міри – релятивістського тензора енергії-імпульса.
Заміна терміну “кількість руху” на “імпульс” має глибокий фізичнийзміст. Розвиток фізики показав, що кількість руху властива не лише частинціречовини, але і частинкам електромагнітного випромінювання – фотонам. Дляфотона ми не можемо написати добуток />, як для шматочка речовини. Фотон кількісновизначається двома співвідношеннями /> та />, звідси /> і імпульс />.
2.8. До історії закону збереженняенергії
На перших етапах фізики відкривали окремі наслідки закону збереженняенергії, не підозрюючи про існування загального закону.
Першим наслідком був закон важеля, який можна сформулювати так: добутоксили на відстань, пройдену точкою прикладання сили, є величина стала. Це буловідомо ще Архімеду. Знаючи закон збереження енергії в формі “ кількістьотриманої енергії рівна витраченій роботі”, легко звести до нього закон важеля.Дійсно робота обчислюється як добуток сили на переміщення. Якщо цей добутоксталий, то збільшуючи шлях, ми можемо на стільки ж зменшити силу і навпаки.
Далі доцільно звернутися до наступного відкриття Галілея. Під час своїхдослідів з падінням тіл по похилій площині Галілей виявив, що швидкість, якумає тіло біля основи площини не залежить від кута її нахилу, отже, і віддовжини шляху, а залежить лише від висоти, з якої падає тіло.
Це вражаюче відкриття зацікавило Галілея, і він поставив завданнядослідити, чи існує незалежність швидкості від довжини шляху для криволінійнихформ шляху. З цією метою він винайшов маятник, який отримав його ім’я (див.нижче).
Наступний крок до відкриття закону збереження механічної енергії зробивГюйгенс. Він вперше поставив завдання дослідити закони механічного руху системитіл. Вивчення коливань складних маятників привело його до наступного висновку:“ Якщо які-небудь важкі тіла рухаються внаслідок дії на них сили тяжіння, то їхзагальний центр тяжіння не може піднятися вище того рівня, на якому вінзнаходився на початку руху.”
Важливість цього результату була усвідомлена вченими. Німецький філософі математик Г.Лейбніц (1646 – 1716) звернув увага на те, що із законів вільногопадіння випливає пропорційність висоти, якої досягло тіло, що коливається, принезмінній масі, квадрату його швидкості. Оскільки під час коливання без тертявисота, з якої падає тіло, рівна висоті підняття, то, отже, і зберігаєтьсядобуток />. Лейбніц назвав цейдобуток “живою силою” і розвинув думку про те, що Всесвіту властивий запас“живих сил”, який зберігається.
Звідки пішов термін “жива сила”? Безпосередній досвід показав, що силаможе бути викликана тілом, що знаходиться в спокої, наприклад, стисненоюпружиною, тілом, яке тисне на опору і т. д. З іншого боку, силова дія може бутистворена рухомим тілом.
Природньо було в першому статичному випадку говорити просто про силу (мертву ), а у другому, щоб підкреслити її належність до руху, зміни, про силуживу.
Слід відмітити, що в деяких курсах теоретичної механіки до цих пірзберігається цей термін, і закон збереження механічної енергії фігурує підназвою “ теореми про живі сили”.
Збереження “живої сили” було встановлено в дослідах Гюйгенса зіспівударом куль. У відомій 11-й теоремі про співудар тіл Гюйгенс писав “ Приударі двох тіл сума добутків їх мас на квадрати їх швидкостей однакова до ударуі після нього.”
Особливу увагу приділили принципу збереження живих сил Йоган та ДаніїлБернуллі. В творах 1750р. Даніїл Бернуллі розглядає загальний випадок системичастинок, між якими діє сила притягання, і показує. Що незалежно від шляхів, пояким переміщаються частинки, сума їх “живих сил” залишається сталою. “ Природа,- говорить він, — ніколи не зраджує великому закону збереження “живих сил.”
Ще більш глибокі уявлення ми знаходимо в праці Й.Бернуллі “Міркуванняпро закони передачі руху.” Він підкреслює, що “жива сила” зберігається вічно,що цей всезагальний закон природи дійсний в тому випадку, коли на перший поглядспостерігаються відхилення від нього. “ Якщо, наприклад, — пише Бернуллі, — тіла не абсолютно пружні, то здається, що при їх стисненні, яке несупроводжується поверненням до початкового стану, частина живих силвтрачається. Але ми повинні собі уявити, що стиснення відповідає згинаннюпружної пружини, якій перешкоджають розігнутися, так що вона не віддає тихживих сил, які були їй надані, але зберігає їх в собі.”
Тут ясне відчуття переходу кінетичної енергії в потенціальну енергіюпружної деформації і внутрішню енергію тіла. Однак до чіткого уявлення пропотенціальну енергію і чіткого формулювання закону збереження механічноїенергії фізиці потрібно було ще більше 100 років. Поняття потенціальної енергіїв чіткій формі з’явилося в 1847р. в книзі великого німецького фізикаГельмгольца “ Про збереження сили”.
Кінетичну енергію Гельмгольц називав, як і раніше, живою силою, потенціальнаенергія з’явилася під іменем “ кількості сил напруги”. Все розмаїття форм енергіїГельмгольц зводив до двох форм. Перша – узагальнена форма: кількість затраченоїроботи рівна кількості отриманої енергії. Друга – власна в сучаснійтермінології формулюється так: сума кінетичної і потенціальної енергії взамкненій системі залишається завжди сталою.
Слід відмітити, що поняття роботи склалось раніше, ніж поняття енергії.Для вимірювання роботи еталоном була робота підняття вантажу певної маси напевну висоту. У Гельмгольца читаємо: “ Кількість роботи, яку отримуємо чизатрачаємо, може бути, як відомо, виражена як робота підняття на певну висоту h вантажу m; робота рівна mgh…Щобпіднятись вільно на висоту h, тілоповинне мати початкову швидкість />; цю ж швидкість тіло отримує під час зворотньогопадіння на Землю. Таким чином, />.”
Отже під час висвітлення матеріалу по даній темі потрібно звернутиувагу на наступне.
1. При висвітленні зв’язку роботи та енергії природнослідувати історичному розвитку події. Спочатку формується поняття роботи, потімвстановлюється, що будь-яка робота має певний енергетичний ефект: роботаприскорюючої сили призводить до виникнення рівної кількості “живої сили” –кінетичної енергії, робота проти сил тяжіння чи пружності призводить до появипотенціальної енергії, робота проти сили тертя – до приросту внутрішньоїенергії.
Відомий зв’язок між законами динаміки і законом збереження кількостіруху.
Аналогічний зв’язок доцільно підкреслити і для закону збереженнямеханічної енергії. У випадку прямолінійного руху тіла сталої маси ми можемозаписати:
/> (1)
Нехай тіло прискорюється так, що швидкість зростає від /> до />. Середня швидкість буде />, зміна швидкості />. Помноживши обидві частини рівності (1) на />, отримаємо /> або />, звідки />.
За відсутності зовнішніх сил /> ми отримаємо закон збереження кінетичної енергії:
/>.
/>
Закон збереження енергії має дуже складну, майже 330-річну історію. Донеї потрібно звертатися декілька разів, вибираючи матеріал, що допомагаєвисвітленню питань, які розглядаються в даному розділі. Оскільки мова йде промеханічні форми енергії, доцільно детально розглянути маятник Галілея (диврис.2.1.). Це дуже простий пристрій для демонстрації перетворення потенціальноїенергії в кінетичну і знову в потенціальну. В дошку забито цвях А дляпідвішування вантажу В. По горизонталі в отвори С, Д,… вставляються металевіабо дерев’яні штирі. Якщо вантаж відхилити і відпустити з висоти h, то де б не був вставлений штир, вантажпідніметься на ту ж висоту h.
ВИСНОВКИ
На закінченняприйнято коротко підводити підсумки і робити основні висновки, які витікають ізсказаного вище. Мені б хотілося відійти від цієї традиції і просто наголоситина своїх основних замислах.
Хотілось би, щобкожен вчитель відчув, як багато може дати історія фізики школярам, як вона можерозвинути властиву юності допитливість розуму, як вона може допомогти вчителюпробудити в учня таке необхідне для пізнання світу хвилювання – хвилювання відспілкування з людьми науки, від колізій тих пошуків істини, які були загальнопоглинаючою жагою основоположників фізичної науки.
Хотілось би, щобвчитель, забувши про тягар перевантаження, захотів розмовляти з учнями про те,як людина пізнавала природу, як думали, як шукали істину кращі представникифізичної науки, якими вони були. Звичайно, учня не запитають на екзамені проте, якою людиною був, наприклад, П.Н.Лебедєв. Але хто знає, що корисніше дляучня: знати всі тонкощі постановки дослідів по вимірюванню тиску світлаП.Н.Лебедєвим чи замислитись над тим, як жила, як думала, як робила ця людина?
Можливо,дізнавшись про особистості тих, ким пишається фізична наука, учень захоче кращезрозуміти ( і зуміє зрозуміти) суть науки? А можливо, дізнавшись про те, якимилюдьми були основоположники фізичної науки, учень зуміє зрозуміти саме життя ісвоє місце в ньому, зрозуміє, що є добро і зло, в чому істинні цінності життя?Адже не заради лише знань ми навчаємо учнів. Не менш, а можливо, і більшважливо сформулювати в кожній дитині кращі людські риси, які визначають образгідної людини суспільства.
Хотілось би, щобвчитель зрозумів, що історизм у викладанні фізики не самоціль, а засіб, якийдозволяє краще пояснити школярам, що собою представляє світ природи ізахоплюючий процес її поступового пізнання.
Хочеться побажати всім колегам-педагогам успіху в нелегкій працізалучення школярів до драми ідей, що розгортається на арені історичного процесурозвитку фізики. Залучення до історії науки збагачує інтелект і духовний світнаших учнів. А головну “методичну рекомендацію”, що забезпечує успіх в ційсправі, можна сформулювати словами Л.Д.Ландау: “ Головне робіть все ззахопленням; це дуже прикрашає життя.”
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Выдающиеся физики мира. / под ред. Кузнецова Б.Г. – М.:Типография библиотеки им. В.И.Ленина, 1958. – 435с.
2. Дж. Уокер. Физический фейерверк. – М.: Мир, 1989. – 298с.
3. Дуков В.М. Исторические обзоры в курсе физики средней школы. –М.: Просвещение, 1983. – 160с.
4. Иоффе А.Ф. О физике и физиках: статьи, выступления, письма. /(вступ. статья В.Я.Френкеля, с. 10 – 25). – Л.: Наука. Ленингр. отделение,1985. – 544с.
5. Коршак Є.В. та ін. Фізика: 9 клас. – Ірпінь: Перун,2000. – 232с.
6. Кудрявцев П.С. История физики и техники. – М.: Учпедгиз, 1960. –507с.
7. Лауэ М. История физики. /пер. с нем. Г.Н.Горнштейн. Под ред.И.В.Кузнецова. — М.: Гостехиздат, 1956. – 230с.
8. Мощанский В.Н., Савелова Е.В. История физики в средней школе. –М.: Просвещение, 1981. – 205с.
9. Підвищення ефективності уроків з фізики. / за ред.Бугайова О.І. – К.: Радянська школа, 1986 – 152с.
10. Подкорытов Г.А. Историзм как метод научного познания. – Л.: ЛГУ,1967. – 204с.
11. Спасский Б.И. История физики. – М.: Моск. Ун-т, 1956. – 359с.
12. Ярошевский М.Г., Зорина Л.Я. История науки и школьное обучение. –М.: Знание, 1978. – 190с.
13. Пизанская башня //Новая генерация.-2001. — №12(38). – с.5.