ПОРЯДОК СЛОВ И ФИЗИКА
ПОРЯДОК СЛОВ И ФИЗИКА
дабы ты не думал, что тебе рассказывают басни вместо истины.
Исаак НЬЮТОН.
Рассмотрены некоторые примеры неточных выражений в текстах по физике и показана необходимость их преодоления в практике преподавания этого предмета в средней и высшей школе.
В средней школе физику не любят и боятся, объясняя такое отношение трудностями её математической формы, обилием формул и вычислений, хотя к предмету «математика» относятся совсем иначе. Однако, в сущности, всё обстоит совсем по-другому, настоящая причина скрыта в СЛОВАХ, точнее говоря, в точности словесных выражений каждой мысли и любого физического закона. А вот именно этому не учат в педагогическом вузе будущих преподавателей этого предмета. К такому выводу в очередной раз приходится прийти, просматривая в интернете, например, презентацию одного из учителей на тему «Отражение света», а ведь выступают в печати и на сайтах далеко не самые плохие учителя. В самом начале прямо-таки бьёт по глазам напечатанное крупным шрифтом, как и полагается в таком виде учебного материала утверждение «Угол падения равен углу отражения». Казалось бы, что здесь особенного, так говорят едва ли не все школьники, да что там! Так пишут и говорят физики-преподаватели.
Только что потратил час драгоценного времени на лекцию профессора Александра Чирцова для школьников и других любителей науки на Фестивале знаний с патриотическим названием BRAINFEST. Не то чтобы лекция была плоха, но: зацепила именно эта же фраза лектора в самом начале, и воспоминания о ней мешали слушать выступающего, хоть он и говорил вдохновенно и остроумно.
«Все знают, что угол падения равен углу отражения», – заявляет профессор в самом начале интересной лекции о свете и зрении. И для того, чтобы слушатели лучше это усвоили и запомнили навсегда, энергично махнул рукой, рубанул прямо по извилинам каждому присутствующему школьнику!
Возможно, так и звучит закон отражения в современной науке, вот же один из лучших учебников по оптике тоже сообщает:
« угол падения i равен углу отражения i′»[1].
Более наукообразно конструируют другие авторы:
«Угол между падающим лучом и нормалью к поверхности в точке падения (угол падения) равен углу между отражённым лучом и той же нормалью (угол отражения)» [2].
Пытается уйти от этих неудачных слов автор оригинального пособия по физике:
« Для каждой тройки углов справедлив закон отражения φ=ψ
и (для перехода из воздуха в материал пластинки В) закон преломления »[3].
Но и здесь φ – угол падения, который зависит от нас, мы можем направить луч света под любым углом! И только после этого можно измерить и проверять угол отражения, и весь закон. И следует обратить внимание, как одна небрежность ведёт к другой, когда мысль автора учебника сбивается: совершенно лишним и неоправданным кажется «уточнение» в скобках «для перехода из воздуха ». Всеобщий закон преломления действует при переходе света из одного – любого прозрачного вещества в любое другое, тоже прозрачное для света вещество!
Но вот чуть ли не единственный пример точного применения слов для выражения этого простого и такого знакомого, понятного детям утверждения:
« угол отражения i′ численно равен углу падения i» [4].
Конечно, наука – баба весёлая, как говаривал такой выдающийся физики, как Нобелевский лауреат П. Л. Капица, но в принципиальных моментах она откладывает шутки в сторону. Закон и есть закон, в нём никакие вольности не допускаются.
Возвращаясь к исходной презентации учительницы, можно оправдать свою излишнюю придирчивость. Одна мелкая неточность непременно потянет за собой массу ошибок. Физика становится понятной только при неуклонном выполнении принципа точного выражения каждого положения и закона.
«Изображение, даваемое плоским зеркалом:
- – Мнимое (за зеркалом нет изображения).
- – Прямое.
- – Равное по размеру самому предмету.
- – Находится за зеркалом на таком же расстоянии, что и предмет перед зеркалом».
Пожалуй, это даже хорошо, что школьники на уроках не очень внимательны, а то ум за разум зайдёт, когда тебе на одном слайде втолковывают, что за зеркалом изображения нет и тут же его именно туда и загоняют!
А вот это рискованное заявление: «Равное по размеру самому предмету» не только приходится постоянно слышать от учащихся, но и встретить напечатанным жирным шрифтом в рамочке у авторов известного в нашей стране американского учебника [5]. А я беру маленькое круглое зеркальце диаметом 5 см и вижу в нём практически целиком всю страницу набираемого сейчас на компьютере текста, а водитель автобуса в зеркало немного большего размера видит всех пассажиров, собирающихся войти в заднюю дверь его автобуса. Так равны или не равны предмет и его изображение в плоском зеркале? И здесь необходимо точно высказывать физические соображения о наблюдаемых событиях.
С трудом воспринимается и последнее указание в этом отрывке: «Находится на таком же расстоянии, что и предмет перед зеркалом». Не может находиться на определённом расстоянии предмет, потому что он не точка, о которой можно так говорить. Одна грань, стенка или деталь предмета обязательно находится на большем расстоянии, чем какие-то другие его части. Весь приведённый слайд презентации было бы логично переписать как раз для точечного источника света, точечного предмета для анализа и объяснения принципа построения его изображения. После усвоения этого метода гораздо легче строить изображение и предмета, состоящего из произвольного количества точек, и не только в зеркале, но и в любом оптическом устройстве. Однако, большинство учебников по оптике явно избегают этого определения. А всего-то и требуется сказать: «Изображением точки в оптической системе называется такая точка, в которой собираются все лучи от данной точки, попавшие в систему, или продолжения всех этих лучей».
Можно сказать, что весь раздел лучевой или геометрической оптики базируется на пяти основных законах или принципах, к которым необходимо добавить только что приведённое определение изображения точки. Хотя практически используются два закона – отражения и преломления света на гладкой границе двух различных материалов, но для глубокого понимания оптических явлений необходима вся полная система принципов. Без этого невозможно понять и оценить красоту более сложного раздела так называемой физической оптики, а это, в сущности, вся оптика современная. Хорошо ещё, что в упомянутой презентации на рисунке, иллюстрирующем закон отражения света, правильно обозначены эти роковые углы падения и отражения, дугами от нормали, а то обычно школьники принимаются отсчитывать их от поверхности!
Всё-таки, закон физики находится большим трудом и напряжением ума многих учёных, шлифуется, принимая всё более строгую и точную форму. Как ни удивительно, у Ш. О. Кулона не найти закона Кулона, так же как в статьях Георга Ома нет закона Ома – в той форме, которую сегодня читаем в учебниках и применяем в работе. Правда, и оба этих великих открытия страдают от неточного выражения в подавляющем большинстве пересказов в учебниках и пособиях. Можно с уверенностью предположить, что любой физик не станет мне возражать, увидев слова «закон Кулона имеет вид», за которыми последует известная формула. Или словесная формулировка из учебника: «сила взаимодействия F двух точечных электрических зарядов Q1 и Q2 направлена по прямой, соединяющей точки, в которых расположены эти заряды Q1 и Q2; по величине указанная сила взаимодействия F пропорциональна произведению электрических зарядов и обратно пропоциональна квадрату расстояния между ними» (ПУТИЛОВ К. А. Курс физики. Т. 2. М. , 1954. С. 14. )
Какая длинная и громоздкая формулировка! Даже компьютер всю её подчеркнул, намекая, что надо бы над ней как следует поработать автору.
А на самом деле Кулон обобщил свои опыты и размышления несколько туманно и загадочно: «силы отталкивания почти точно обратно пропорциональны квадратам расстояний» (цит. по М. ЛЬОЦЦИ. История физики. М. , МИР. 1970. С. 188. ). И далее любопытное замечание: «Всё же Кулону, как он сообщает, неоднократно удавалось добиться равновесия между силой притяжения двух шариков и противодействующей ей силой действия закрученной нити».
Это кажется очень странным, потому что всем известно явление притяжения наэлектризованных тел, и известно уже почти две с половиной тысячи лет. А явление отталкивания обнаружено всего четыре столетия назад, и до сих пор представляет значительные трудности для демонстрации. А Кулон уверенно формулирует закон отталкивания, и только «неоднократно» ему удавалось убедиться, что закон включает и случай притяжения. Таким образом, и в этом примере видно, как важна точная формулировка, удачно выбранное слово.
Современные российские школьники полностью вовлечены в ЕГЭ и потому практически полностью лишены речевой практики, между собой общаются на сильно упрощённом языке, им особенно необходима точная и грамотная речь учителя, этим совсем нельзя пренебрегать, хотя этого всё равно катастрофически мало.
Список литературы
- 1. Ландсберг Г. С. Оптика. – М. , 1976. – С. 15.
- 2. Путилов К. А. , Фабрикант В. А. Курс физики. – Т. 3. – М. , 1963. – С. 35.
- 3. Поль . В. Оптика и атомная физика. – М. , Наука, 1966. – С. 25.
- 4. Фриш С. Э. , Тиморева А. В. Курс общей физики. – Т. 3. – М. , 1962. – С. 13.
- 5. Эллиот Л. , Уилкокс У. Физика. – М. , 1967. – С. 625.
М. А. Старшов,
доцент, зав учебно-исследовательской лабоатории
ФГБОУ «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского»
Метки: Физика