Материал к уроку

Учительские истории

Бесполезное чудо

Жил-был чудак, который умел зажигать звёзды. Дело это сложное и опасное: E = mc², – не вдаваясь в подробности. И всё на энтузиазме. Только никому это не было нужно. Даже любимой девушке.

– Дорогая, хочешь, я подарю тебе звезду? – кричал он в глухой телефон.

– Зачем? – удивлённо вибрировала ему в ответ мембрана. – Какая польза от такого подарка? Не цветы, не духи, не украшение и не поездка к морю... Лишняя точка над головой. И нет никакого желания ночами разглядывать её в телескоп.

– Но это выходит у меня лучше всего. Это самое дорогое и от всего сердца, – пытался найти он слова. Выходило блёкло и неубедительно. Слова – символы. Как передать ими истинные чувства? Вот если бы глаза в глаза.

– Это ради тебя... – начал он при встрече.

– Мне повезло, что ты не зоолог-исследователь, – поясняла она относительность ценностей. – Повезло, что ради меня не выведешь новый вид лягушки и не назовёшь его моим именем. Что бы на это сказали близкие, знакомые и злые языки. А?

В общем-то она не верила ему («Все они на словах волшебники...»). Принципиально не желала быть катализатором болтовни или бесполезного чуда.

Но однажды перестал трезвонить телефон. (Устал от слов.) А в далёком созвездии Волосы Вероники вспыхнула искорка. Но ненадолго. Потому, что m = E/c². И потому, что волшебники должны быть уверены, что, если звёзды зажигают, то это кому-нибудь да нужно.

 

Из сокровищницы загадок Кащея

До звонка на урок осталось пятнадцать минут. «И сказал Кащей Ивану-царевичу: „Жить тебе до завтрашнего утра. Утром явишься пред мои очи, озадачу тебя...“» Антон щёлкнул замком портфеля и извлёк из него электротехническое чудо: укреплённые на небольшой дощечке три 75-ваттные лапы накаливания. От них тянулся жгут проводов к пульту – трём выключателям на другой дощечке.

– Где тут у нас розетка? – поинтересовался творец.

«Лампы Кащей поставил на сундук в своей сокровищнице. И дверь дубовую прикрыл. Пучок проводов из-под неё к пульту с тремя рычажками тянется. Вот он, на виду. Пощёлкал ими злодей. Пояснил Ивану, что каждым из них можно включить-выключить только одну лампу (но не видать из-за двери, какую)...»

В кабинете директора школы виновники происшествия рассматривали паркет под ногами. Все были здесь: Антон (коварный Кащей) и несколько не знающих физику Иванов-царевичей. Завуч, отыскавшая среди учащихся «фольклорных героев», выложила на стол электротехнический компромат.

– Что же произошло утром? – продолжила она следствие.

«Усмехнулся злодей и потребовал от добра-молодца найти соответствие выключателей и ламп. Для этого разрешил ему Кащей один односторонний проход с исследовательской целью: от сокровищницы – „сюда“ или „отсюда“ – „туда“.

– При этом в хитросплетении проводов – не разбираться! Приборов – никаких! Захочется выключателями пощёлкать – щёлкай на здоровье! А не справишься с заданием – голова с плеч! – радостно закончил злодей.

Запечалился Иван-царевич, пошёл думу думать».

Много ходоков было. Из кабинета за дверь. И в обратном направлении. Один умудрился выкрутить лампу и соединить контакты в патроне – приключилось КЗ! Какой уж после этого звонок на урок – света полдня не было.

– Сомневаюсь, что эта каверза имеет решение, – нахмурился директор, рассматривая загадку, лежащую на столе.

– Можете не сомневаться, имеет! – закончил созерцать паркетный рисунок умный «Кащей».

– Если хотите, покажу! Где тут у вас розетка?

 

Волшебная книга

«Я не волшебник, а только учусь...»

– Девушка, не покажете баночку оливок? – обратился Пётр Николаевич к продавцу, стоящему у прилавка.

– Шестнадцать сорок! – протянула та товар.

Повертел он его в руках, что-то прикидывая. Не понравился.

– Спасибо, покажите лучше кофейную ёмкость... Тоже не то...

Хотя «клиент всегда прав», но цены ему через некоторое время называть перестали. Требуемое, правда, исправно подавали. Консервированные ананасы, сардельки, кошачью еду, фасоль, сок и что-то ещё. Остановился на морских водорослях. Штангенциркуль достал, диаметр баночного донышка измерил.

– Беру!

В руках учителя жестяной цилиндрик – пустая банка из-под газированной воды. 0,33 л. На стол её уронил – ничего необычного: звякнула, упав, да и только. На кафедре, на подставке, стоит полураскрытый учебник. «Физика-7». Корешком и обложками к зрителям обращён. Пётр Николаевич баночку двумя пальцами за верхушку взял, нижний край её за книгу завёл и отпустил...

Ни звяк, ни шмяк. Банка медленно вниз пошла, будто ослабло земное притяжение. Полторы секунды «падала» и за учебником скрылась. Второй раз и третий – аналогично.

– Кто объяснит «волшебство!? Какую тайну книга хранит?

– Всё ясно! – приняли вызов «знатоки», – тонет та банка в спрятанном аквариуме.

– И сухой остаётся.. – пришло сомнение.

Под рукой учебник литературы оказался. Испытали – ничего необычного не наблюдается. А за «Физикой» – вновь аномалия.

– Что-то спрятано за обложкой «Науки о природе» особенное... Точно спрятано! Но что?.. Не видать!

Додумались-таки! Раздал Пётр Николаевич каждому ученику по волшебной книге. Поздравил.

– Сегодня вы начинаете своё знакомство с потрясающе интересной наукой, которая откроет для вас множество тайн и загадок. Надо только за обложку заглянуть и сказать: «Здравствуй, физика!»

 

Есть ли у крокодила друзья?

Традиционно озадачил всех неожиданным вопросом в начале урока учитель физики Пётр Николаевич.

– Может, и были до той поры, пока он не проголодался, – отшутился класс.

– И тем не менее предлагаю ими стать. Рептилии нужна наша помощь!

– А как же урок? – попытался изобразить серьёзность неугомонный 8-Г.

– Это по теме, – записал учитель на доске: «О некоторых особенностях зрения крокодилов».

– На прошлом уроке мы рассмотрели строение глаза человека и получение в нём изображения. Разобрались в причинах и исправлении дефектов близорукости и дальнозоркости, – напомнил Пётр Николаевич. – Выяснили, почему человек с нормальным зрением под водой плохо видит...

– И даже опробовали! – заверили с мест. – В обычных условиях световые лучи попадают в глаз из воздуха, а в ванной – из более оптически плотной воды. Угол преломления уменьшается, фокусное расстояние оптической системы глаза увеличивается, и резкость изображения пропадает. Под водой «приобретается» дальнозоркость.

– А как же бедняга-крокодил?.. Ему в двух средах положено одинаково хорошо видеть: и на суше и в воде. С дефектами зрения что за жизнь? Сплошное голодное разочарование. Природа, конечно, постаралась, какое-то решение нашла, иначе крокодиловы предки не пережили бы динозавров. Давайте и мы свой вклад в это дело внесём, научную помощь окажем! Ставлю задачу, – перешёл от слов к делу учитель, – необходимо спроектировать оптимальный крокодилий глаз.

Задумались крокодиловы друзья. Задание-то не простое. Не путешествие светового луча сквозь линзы на доске вычертить... Животное спасать надо! Класс разделился на исследовательские группы и занялся проектной деятельностью. До конца урока выдвинули шесть рацпредложений. Обосновали их и утвердили:

• Проект «Очки, или Маска для плавания». По подобию тех, которые используют пловцы. Если это приспособление «прописать» рептилии, то, имея воздушную прослойку между глазами и водой, она будет прекрасно ориентироваться в любой из сред своего обитания. Как это реально осуществляется? Например, перед заныриванием в воду крокодил закрывает прозрачные веки, под которыми остаётся порция воздуха. Или в самом глазу между хрусталиком и роговицей постоянно имеется такая прослойка.

• Проект «Очки от дальнозоркости». Хищник не сможет, конечно, приобрести их в магазине «Оптика», но почему бы ему не иметь собственные? Тогда каждый раз при погружении он должен надвигать на глаза прозрачные веки – собирающие линзы, – а после выныривания не забывать «снимать» их.

• Проект «Плоский глаз». Если передняя поверхность роговицы глаза плоская, то преломления лучей от удалённых предметов (т.е. параллельных) не будет. Такой глаз одинаково хорошо видит удалённые предметы как в воздухе, так и в воде. К сожалению, от близко расположенных объектов исходящие лучи нельзя считать параллельными.

• Проект «Составной хрусталик». Известно, что изображение можно получить и с помощью закрытой наполовину линзы. Пусть хрусталик крокодильего глаза состоит из двух частей: верхней (обычной полулинзы) и нижней (полулинзы с уменьшённым фокусным расстоянием). Непрозрачными веками в зависимости от обстоятельств необходимо закрывать ненужную половину. Побочным эффектом проекта является увеличение площади составного хрусталика в два раза, чтобы световой поток не изменялся.

• Проект «Сильная аккомодация». С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика и, следовательно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз может не только наводиться на нужное расстояние (как это происходит у нас с вами), но и настраиваться на резкое изображение в воде. Очевидно, для этого потребуются сверхсильные мышцы и особая пластичность сжимаемого хрусталика.

• Проект «Совсем без глаз». Отказаться от глаз-оптических приборов и снабдить нашего «друга» системой звуколокации, как у дельфина, или приёмником теплового излучения, как у змеи.

Ещё одна «идея Х», обсуждение которой прервал звонок с урока, стала домашним заданием. Интересно, какой проект двести миллионов лет назад реализовала природа? Сумели мы его предсказать или фантазии и знаний не хватило?

– Пётр Николаевич, а какой у задачи ответ? – решили мы выяснить истину у всезнающего человека.

– Мне и самому не терпится это узнать, – признался он и предложил, – давайте озадачим учителя биологии!

 

Загадка одной недели

Сделать головоломку было несложно. Сущие пустяки. Потребовалась широкогорлая стеклянная бутыль из-под кетчупа, резиновая пробка, кусочек трубки от лыжной палки, пластмассовый колпачок от дезодоранта, три цилиндрика, немного старания и времени. Каким будет КПД моей поделки, покажет время. Всего одна неделя. В понедельник я выставлю перед учениками «Загадку недели» на всеобщее обозрение.

– Внимание, вопрос! – Я извлекаю из кармана цилиндрик, показываю. В одном классе – деревянный, в другом – алюминиевый, в третьем – это малогабаритный гальванический элемент, пришедший в негодность. Изящно держа двумя пальцами, подношу его к отверстию в ёмкости и отправляю в свободный полёт.

– Блям! – рапортует он о своём приземлении. И я озадачиваю всех:

– Предложите простейший способ доставания цилиндрика из бутылки, не открывая её.

– А можно потрогать?

– Конечно, на то и рассчитано! Подведение итога, как всегда, в конце недели. Время пошло!

Начинается поиск. После уроков головоломка собирает вокруг себя народ. Неделю ей суждено простоять на кафедре, напоминая о себе, – нерешённой задаче и вызове. Её крутят, подбрасывают, катают, трясут и что только ни делают. В неё дуют, наливают воду, свистят. Рядом с ней спорят и в задумчивости стоят. Критерий истины – опыт. Она выполняет своё предназначение, но упорно хранит секрет. Я также немногословен: консультирую, уточняю, опровергаю, но не подсказываю. Очевидно, что решение неоднозначно, но надо найти простейшее и красивое. «Всё гениальное – просто»? Может быть, но дорога к простоте непроста! Находки впечатляют. Я слежу за ними и коллекционирую. Фиксирую их фломастером на большом листе, сортируя на три «кучки». Закрытый фонд пополняется. Каждое предложение по-своему интересно и поучительно.

 

«Зато я сказал первый...»

• Разбить стеклотару, открыть пробку! (Но тогда мы достанем цилиндр не «из бутылки», а из разбитой бутылки, или нарушим условие, открыв сосуд.)

• Наэлектризовать ёмкость, потерев стекло о шерсть! (Оно, конечно, наэлектризуется, но что делать дальше?)

• Нагреть трубку, отверстие в ней расширится и цилиндр спокойно выпадет! (До какой же, интересно, температуры?)

• Где-нибудь в учебнике есть ответ! (Несомненно, между строк! Осталось только его найти.)

• Засунуть в трубку палец! (Смотри, застрянет!)

• Налить внутрь жидкий азот! (А почему не кислород?)

• Посоветоваться с папой! (И не только с ним! Но сперва испытай себя.)

• Опустить внутрь два проводка и подсоединить их к цилиндрику гальванического элемента – возникнет ток! (Стоит закончить мысль.)

 

«Теоретически возможно, но...»

• Растворить в кислоте и вылить. (Нам нужен цилиндр, а не его составные части.)

• Трясти пока не вылетит! (Вероятность того, что обезьяна, случайным образом нажимая на клавиатуру компьютера, напишет «Войну и мир», существует. Но очень уж маленькая.)

• Поднести к донышку магнит, перевернуть бутыль и, убрав магнит, уронить груз в отверстие трубки. (Стоит попробовать, но металл – не ферромагнетик.)

• Использовать дрессированного таракана (или блоху) на ниточке. (Кто только и сколько времени будет их дрессировать?)

• Вытащить деревянный цилиндрик, проткнув его, с помощью длинного шила или спицы. (Во-первых, таким образом вы достанете деформированный цилиндрик, а не исходный, как того требует условие, а во-вторых, этот метод непригоден, если цилиндрик металлический.)

• Подвести вертикально стоящий цилиндр точно под отверстие в трубке и сильно подуть над её вторым концом, а на всякий случай – и внутрь. (Закон Бернулли, вследствие которого поднимается жидкость в пульверизаторе, на этот раз не сотворит подобного чуда.)

• Подвести груз под отверстие и ударить рукой в дно или резко опустить бутыль вниз.

• Поместить бутыль в невесомость, а там справиться с задачей легче. (Легче ли? Да и с невесомостью проблемы. Разве что попрыгать с головоломкой со стула или на батуте.)

• Заполнить ёмкость водой и перевернуть. Деревянный цилиндрик всплывёт и увлекаемый водяной воронкой, вместе с водой выйдет через трубку.

• Частично наполнить бутыль водой, наклонить, заставив жидкость вынести плавающее дерево наружу.

• Утяжелить деревянный «поплавок», накапав какое-либо клейкое вещество большой плотности на один из его торцов. Затем налить воды, чуть выше нижнего конца трубки. Цилиндр будет плавать вертикально. Если придать воде вращательное движение относительно вертикальной оси, то возникнет воронка, в которую опустится поплавок, заняв место точно под отверстием. Если дать воде успокоиться, то цилиндр, поднимаясь вместе с водой, войдёт в трубку. Остаётся только перевернуть бутыль кверху донышком... (В отношении последних предложений стоит вспомнить слова Леонардо да Винчи: «Когда имеешь дело с водой, посоветуйся с опытом».)

 

«Плоды серьёзных раздумий и опытов»

• Использовать палочку с суперклеем. (Способ не простейший. Всегда ли найдётся под рукой необходимое?)

• Выставить цилиндр точно под отверстием в вертикальном положении и прижать его через трубку, сверху незаточенным карандашом (палочкой). Перевернуть бутыль, удерживая груз у дна. Опустить цилиндр на карандаше вниз. (Филигранная работа.)

• Вставить в трубку полоску бумаги, согнутую «лопаткой». Поймать на неё грузик и скатить его по направляющей вниз. (Дёшево и сердито!)

В конце недели, после уроков, любители споров соберутся вместе. Я разверну перед ними коллекцию. Мы «пройдёмся» по экспозиции, оценим красоту каждого экспоната и отберём оптимальные решения. А потом наступит другая неделя. И будет новая загадка...

 

Своё понимание

Пётр Николаевич внимательно посмотрел на ребят, кивнул головой, приветствуя, и жестом руки усадил класс за парты. Всё так же молча, собрал на кафедре электрическую цепь и начертил на доске её схему. Щёлкнул выключателем – загорелась лампочка. К концам сердечника А и В поочерёдно поднёс стрелку демонстрационного компаса, – всем стало понятно, что сердечник не намагничен. Недоумение на лицах. Как так?

«Парадокс!» – написал он мелком на доске, а затем посвятил в условия игры: «Требуется прояснить ситуацию. Можете задавать мне вопросы, высказывать свои предложения и гипотезы. Я же могу отвечать вам только „Да“ или „Нет“».

Прочитали, согласились и ринулись в бой:

– Сопротивление катушки велико, поэтому ток через неё не идёт. Верно?

– Нет, – констатировал учитель.

– Конечно, ведь последовательно включённая с ней лампа горит. Так ведь?

– Да, – последовал кивок головой.

– А может, и не горит вовсе! Может, иллюзия зрения? Окрашена лампа соответственно или на ней сконцентрирован пучок световых лучей, – вступили в спор.

– Можно посмотреть?

– Да.

Разыгрались. Захватил нас поиск научной истины. Спрятали её, надо признать, профессионально. Ходили вокруг да около, сужая круг поиска с каждой попыткой. – Если заменить лампочку на амперметр, отклонится его стрелка или нет? (В ответ на некорректный вопрос – неопределённый жест.)

– Эксперименты разрешаются?

– Да!

Заменили. Стрелка метнулась к краю шкалы.

– Это не амперметр, а огогометр какой-то!

– Может быть, ток идёт через лампу, но в обход катушки? Реальная схема подключения элементов цепи отличается от нарисованной на доске?

– Нет, – сказано с сомнением, точно «может быть». Да ещё настораживающая улыбка в глазах.

– Знаем мы вас, Пётр Николаевич... – Усвоили ребятишки учительское «Доверяй, но проверяй». – А можно всё-таки удостовериться? Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз...

– Да! – Порадовался он.

Измерили на катушке напряжение – имеется!

– Но это ничего не значит, – предостерегли знающие люди.

Поиск «обходных путей» результатов не дал. Соединено точно по схеме.

– Значит, ток по катушке идёт, да магнитного действия не создаёт?

– Нет!

– Тогда получается, что поле есть, но его нейтрализует предварительно намагниченный сердечник или иной «компенсатор», спрятанный где-нибудь под кафедрой?

– Нет.

Вынули из катушки сердечник, осмотрели секретные места. Безрезультатно.

– Может быть, магнитного поля почти нет, то есть оно есть, но очень уж слабосильное (малое количество витков в катушке; малый ток)?

Но очередное «Нет» разбило и это предположение.

– Что же тогда? – Отчаялись. Помолчали. Возникла ещё одна надежда: что-то не так со стрелкой компаса. Или покрашена неверно, или предварительно перемагничена, или сделана из немагнитного вещества.

Проверить стрелочную подлинность не составило труда. Сами удостоверились: не то.

Думаем. Кажется, что слышно как шевелятся мысли... «Мыслю – значит существую», – частенько говорит Пётр Николаевич. Вот и мы существуем, а значит, не сдаёмся! Минуты тишины нарушило утверждение:

– Сердечник сделан не из металла, а из дерева или пластмассы.

– Абсурд!

Но вся прелесть в том, что в отсутствии здравого смысла можно убедиться воочию. Стоит только сердечник извлечь из катушки и подвесить к постоянному магниту: получите ответ!

И вновь раздумья.

– Эврика! Всё объяснимо, если в цепи переменный ток? – Родилась заслуживающая внимания гипотеза.

– Нет!

– Как нет? Должно быть да!

– Нет!

Изучили маркировку используемого амперметра, блок питания и согласились: «Да...»

– Ребята, давайте закончим в следующий раз, – заговорил предложениями учитель. – Подумайте ещё немного над этой проблемой дома.

– Нет! – Поменялись ролями ученики с учителем.

– Хотите продолжения?

– Да!

...

– Объясните мне, пожалуйста, то, что я наблюдала, – потребовала у учителя завуч, инспектировавшая урок.

– С удовольствием! – Просиял он. – Я взял длинный провод, сложил его пополам и виток к витку намотал на каркас катушки...

– Я не об этом, Пётр Николаевич, – прервала она. – Через месяц у детей серьёзный экзамен, а вы с ними в игрушки играете... Позвольте узнать, когда по учебному плану настоящей физикой заниматься будете?

– А я и не прекращал, – погрустнел учитель.

У него было своё понимание «игры» и «настоящей науки».

Продолжение следует