«Как найти метод? Это искусство и опыт»: чем занимаются физики на практическом туре олимпиады?

В преддверии экспериментального тура всеросса по физике корреспондентка Всеросс-live поговорила с аспирантом физического факультета МГУ, членом жюри регионального этапа ВсОШ по физике и заведующим кафедрой физики Ассоциации победителей олимпиад Кириллом Львовым о том, что происходит на практическом туре всеросса по физике, какое необычное оборудование может на нем попасться и, главное, при чём здесь Чехов?

Автор: Анастасия Кондратьева

Что представляет собой экспериментальный тур олимпиады по физике?

Как правило, экспериментальные задачи требуют придумать некоторый метод определения неизвестной величины с помощью того, что дано в качестве оборудования: линейки, нитки, бумаги, мультиметра и прочего. Тут действует принцип Чехова о висящем на стене ружье: если в списке оборудования есть X, то это X авторы обязательно использовали для решения задачи, поэтому следует подумать, как это Х можно применить. Хотя, конечно, бывает и так, что школьник придумывает совершенно другой метод решения задачи, отличный от авторского, иногда более изящный. Как найти метод? Это искусство и опыт. Надо попытаться связать то, что дано, с тем, что нужно найти.

Кроме продумывания схемы эксперимента, нужно также его аккуратно провести, то есть измерить все необходимые зависимости с максимальной точностью, повторить эксперимент несколько раз, чтобы убедиться, что результаты получаются стабильными.

После проведения экспериментов начинается фаза обработки результатов, когда рассчитываются неизвестные величины, строятся графики измеренных зависимостей, по ним определяются неизвестные коэффициенты. Требуется провести довольно много однообразных вычислений на калькуляторе. Здесь важно не лениться и обрабатывать все до конца. Любое измерение всегда содержит ошибку, которую тоже часто требуется оценить, чтобы понимать, насколько достоверны те результаты, которые получены школьником. Если получается настолько удачно, что полученный результат совпадет с результатом авторов задачи с точностью до погрешности, то это приносит большую радость!

В заключение важно оформить задачу, отразив все этапы ее решения: описать методику эксперимента и все использующиеся формулы, привести результаты экспериментов и их обработку, записать окончательный ответ и оценку его погрешности. Этот отчет — то, что оценивают члены жюри, поэтому он должен быть максимально содержательным, понятным и написанным красивым почерком. Отчет — это лицо школьника!

А если участник находит более изящный метод решения задачи, но, например, без использования того самого оборудования Х?

Если этот новый метод является верным с физической точки зрения, то его засчитывают как правильный. Зачастую многие школьники предлагают похожий метод, отличный от авторского. Тогда для оценивания такого решения придумывают другие критерии.

Какое необычное оборудование может попасться на экспериментальном туре?

Больше всего удивляют и представляют для школьников сложность приборы, с которыми те либо работали редко, либо не видели до этого вовсе. Например, люксметр для измерения освещенности, стробоскоп для измерения частоты колебаний, осциллограф для измерения электрических сигналов.

Что может пойти не так на экспериментальном туре по физике? Например, мы обсуждали с преподавателем по химии, что на практическом туре олимпиады по химии теоретически можно что-нибудь взорвать или спалить. Поэтому там очень строгие правила безопасности. На физике так же?

Да, оборудование может нанести вред школьнику. Например, как-то была задача о тепловом эффекте при растворении соли в воде. Если растворить сразу много соли в малом объеме воды, то пробирка сильно греется — действительно сильно! — можно обжечься. Кто-то из любопытства может попробовать эту соль на соленость, чего категорически нельзя делать. Если в задаче используется шприц с иглой, то ею можно пораниться, поэтому если ей не нужно ничего протыкать, то нормальная практика — сточить острый наконечник перед тем, как давать школьникам иглы. Еще можно накоротко замкнуть батарейку с большим напряжением, например, Крона 9V, подплавить соединительный провод и получить ожог.

На практическом туре нужно быть внимательным, аккуратным и осторожным. В некоторых задачах используется хрупкое оборудование, которое можно сломать. Например, сжечь резистор или мультиметр, разбить стеклянную пластинку. Если оборудование дается в ограниченном количестве, то есть риск его растратить. Например, потратить всю имеющуюся воду, разрядить батарейку, рассыпать соль и так далее.

Экспериментальный тур по физике — это красиво?

Зависит от тематики задачи. Механика не очень красивая, но вот оптика всегда радует глаз: и цветные полоски, и исчезающие изображения предметов, и многочисленные отражения в зеркалах, и лазерный луч в рассеивающей среде.

Какие самые необычные эксперименты вы встречали на олимпиадах по физике?

Как-то раз нужно было измерить скорость воздушного потока, создаваемого вентилятором, с помощью весов. Или оценить размер молекулы масла, используя линейку, шприц и салфетку. Молекулы! Ее средний размер — 1 нанометр! Или вычислить коэффициент поглощения пластика, из которого изготовлена обычная линейка.

Зачем вообще нужен экспериментальный тур на олимпиаде по физике?

Экспериментальный тур по физике проверяет способность мыслить нестандартно, в олимпиадном духе, и, кроме того, умение работать руками, проводить опыты. Не просто так физику считают прежде всего экспериментальной наукой!