Физика в литературных произведениях

Наука есть ясное познание истины, просвещение разума, непорочное увеселение жизни, похвала юности, старости подпора, строительница градов, полков, крепость успеха в несчастии, в счастии

— украшение, везде верный и безотлучный спутник.

М. В. Ломоносов

Современная физика вносит существенный вклад в выработку нового стиля мышления, который можно назвать планетарным. Поэтому можно говорить о научном, техническом и гуманитарном потенциалах физики. Воздействуя решающим образом на научно-технический прогресс, физика тем самым оказывает существенное влияние и на все стороны жизни общества.

Каждый человек должен хотя бы в общих чертах представлять, как устроен мир, в котором он живет. Она обращается к проблемам солнечно-земных связей, касающихся воздействия солнечных излучений на магнитосферу, атмосферу и биосферу Земли; прогнозы физической картины мира; глобальные экологические проблемы. Таким образом, современная физика действительно содержит в себе мощный гуманитарный потенциал.

И поэтому объект моей исследовательской работы – произведения художественной литературы, содержащие признаки физических явлений, в которых я рассматриваю следующий предмет – влияние физических явлений на судьбы героев и сюжеты литературных произведений.

Цель моей работы – создать электронное пособие по физике для учащихся профильных классов, способствующее развитию культуры личности и полноценному качественному образованию в соответствие их интересам.

Гипотеза: необычный подход к изучению предметов гуманитарного и естественного циклов будет способствовать развитию целостной системы универсальных знаний учащихся, то есть формированию их ключевых компетенций, определяющих современное качество образования.

Задачи работы:

• поиск литературных произведений, содержащих описание физических явлений;

• изучение физических явлений, описанных в художественной литературе;

• анализ влияния физических процессов на литературные сюжеты и судьбы героев;

• создание электронного пособия для профильных классов «Физика в литературных произведениях».

Методы исследования: аналогия, ассоциация, неология, эвристическое комбинирование, антропотехника, использование информационно-коммуникативных технологий, свободное выражение функции, анализ и синтез.

В своей работе я рассмотрела литературные произведения наших соотечественников и зарубежных авторов. В них содержится информация из следующих разделов физики:

• механика (скорость, баллистическое движение, закон сохранения импульса);

• термодинамика (температура, испарение, конденсация);

• акустика (интерференция звука, отражение звука);

• электромагнитные волны (радио);

• оптика (свет, отражение света, дисперсия, интерференция света, оптические приборы);

• квантовая физика (фотоэффект, лазер);

• ядерная физика (ядерные реакции);

• элементы астрофизики (расширяющаяся Вселенная, эффект Доплера, кометы и космические тела).

Именно эти разделы физики я включила в свое электронное пособие. Планирую исследовать произведения М. Твена, В. Каверина, А. Островского, А. С. Пушкина, Алексея Толстого, Александра Грина, Жюля Верна. В дальнейшем я хочу включить в мое электронное пособие МКТ, «электродинамику», «магнетизм», рассмотреть подробнее «волновую» и «геометрическую оптику», «электромагнетизм», «квантовую физику», «физику атома и ядра». Для этого мне предстоит найти литературные произведения, содержащие информацию о физических явлениях и процессах, не вошедших пока в мою работу. Кроме того, я собираюсь дать полный анализ влияния физических процессов на каждый сюжет из рассмотренных мной произведений.

Для того, чтобы ознакомиться с пособием, Вам необходимо перейти по данной ссылке: «Физические явления в литературных произведениях».

Идея дифференцированного обучения для меня привлекательна. Я думаю, что в общеобразовательной школе физика должна рассматриваться как один из важнейших предметов, выполняющих не только познавательную, но также развивающую и воспитательную функцию. Этот предмет необходим всем – и физикам, и лирикам.

Раскрытие тайн и законов природы человеком всегда волновало не только ученых, но и литераторов. Поразительно, насколько точно поэты предвосхищают порой важнейшие проблемы научного исследования. Михаил Васильевич Ломоносов смог передать красоту и удивительность физических явлений в прекрасном литературном слоге. В дальнейшем я хочу рассмотреть работы Михаила Ломоносова с точки зрения физики - узнать в них физические явления и объяснить их смысл.

В связи с этим нельзя не вспомнить удивительное стихотворение А. С. Пушкина, где каждая строчка – глубокая мысль, под которой с удовольствием подпишется любой современный физик:

О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель.

Механика

1. 1 Скорость.

1. 2 Баллистическое движение.

1. 3 Закон сохранения импульса

Термодинамика

2. 1 Температура. Джек Лондон «Дочь северного сияния»

«Было очень холодно. При зеленоватом блеске северного сияния видно было, что в термометре, висевшем снаружи у двери, замерзла ртуть».

Сергей Есенин, лирика

«Белая береза под моим окном

Принакрылась снегом, точно серебром.

На пушистых ветках снежною каймой

Распушились листья белой бахромой»

В данных отрывках описано явление кристаллизации.

Температура. По определению две системы, находящиеся в тепловом равновесии, обладают одинаковой температурой. Термометр - устройство, используемое для измерения температуры данного тела путем сравнения с опорными значениями, условно выбранными за точки отсчета и позволяющими установить шкалу измерений. При этом в разных термометрах используются разные связи между температурой и каким-то наблюдаемым свойством прибора, которое можно считать линейно зависящим от температуры.

А. Беляев «Продавец воздуха»

«мистер Бэйли открыл шестую дверь, и я увидел изумительное зрелище!. перед нами был огромный подземный грот. Десятки ламп освещали большое озеро, «вода» которого отличалась необычайно красивым голубым цветом. Казалось, как будто бы в эту подземную пещеру упал кусок голубого неба. « Жидкий воздух», - сказал Бэйли».

Для получения жидкого кислорода, упоминаемого в отрывке из произведения писателя-фантаста А. Беляева, необходимо достичь довольно низкой температуры – температуры кипения кислорода при нормальном атмосферном давлении (-183°С), что является довольно сложной задачей.

Низкие температуры. Почему нагреть тело довольно легко (зажгите спичку, и вы мгновенно получите температуру 1000°С), а вот охладить – даже на 100-200 градусов довольно сложная техническая задача? Причина в том, что увеличение температуры приводит к усилению теплового хаотического движения, к увеличению беспорядка в системе. А именно в этом направлении самопроизвольно идут термодинамические процессы. При охлаждении, напротив, приходится придумывать обходные пути, компенсировать. Сейчас имеются разные способы получения сверхнизких температур. Отметим, что и само значение абсолютного нуля по шкале Цельсия тоже уточнилось. Это -273,15°.

2. 2 Испарение.

Акустика

Акустика – раздел физики, изучающий звук и его взаимодействие с веществом. О хорошей акустике театрального зала говорят, если голоса артистов ясно слышны в любом уголке. Причина этого явления хорошо изложена в книге физика Р. Вуда «Звуковые волны и их применение»

3. 1 Интерференция звука.

3. 2 Отражение звука

Н. А. Некрасов «Эхо»

«Никто его не видывал,

А слышать – всякий слыхивал,

Без тела, а живет оно,

Без языка – кричит»

Среди рассказов американского юмориста Марка Твена есть смешная выдумка о злоключениях коллекционера, возымевшего мыслью составить себе коллекцию, чего бы вы думали? Эха! Чудак неутомимо скупал все те участки земли, где воспроизводились многократные или чем-либо иным замечательные эхо.

«Прежде всего он купил эхо в штате Георгия, которое повторяло 4 раза, потом 6-кратное в Мериленде, затем 13-кратное в Мэне. Следующей покупкой было 9-кратное эхо в Канзасе, дальнейшей – 12-кратное в Тенесси, дешево приобретенное, потому что нуждалось в ремонте: часть утеса обвалилась»

Зная, что скорость звука в воздухе при 20(С равна 340 м/с, легко понять, что, на расстоянии 85 м от препятствия, мы должны услышать эхо через 0,5 с.

Хотя эхо, с точки зрения Н. А. Некрасова, порождает «на всякий звук свой отклик в воздухе пустом», но не на все звуки откликается оно одинаково отчетливо. Эхо, считает поэт, не одинаково, «ревет ли зверь в лесу глухом, трубит ли рог, гремит ли гром, поет ли дева за холмом». Чем резче, отрывистее звук, тем эхо отчетливее. Лучше всего вызвать эхо хлопаньем в ладоши. Звук человеческого голоса для этого менее пригоден, особенно голос мужчины; высокие тона женских и детских голосов дают более отчетливое эхо.

Электромагнитные волны

4. 1 Радио. А. С. Попов (1859-1906), выдающийся русский ученый-физик, основоположник радиотехники, создатель первой в мире системы радиосвязи 7 мая 1896 г. демонстрирует радиопередачу на расстояние 250 м.. В стихотворении К. М. Симонова «Сын артиллериста» есть строчки, в которых упоминается применение радиосвязи в годы ВОВ 1941-1945 г. г.

«Глаз майор не смыкал,

Пока по радио утром

Донесся первый сигнал:

- Все в порядке, добрался Немцы правее меня,

Координаты три, десять

Скорее давайте огня!»

Оптика

Вот весьма любопытный сонет, написанный в XIX в. В. Г. Бенедиктовым. Поэт выступает как противник какого бы то не было изучения природы:

«Куда не оглянись – везде иероглиф.

На краски радуги луч света раздробив,

Нам – что такое свет? – не высказала призма.

Есть сердце у тебя: пади, благоговей

И бойся исказить догадкою своей

Сокрытое во тьме святого мистицизма!»

Перед нами довольно распространенная в те времена точка зрения, будто, изучая природу, человек тем самым нарушает ее гармонию. Английские поэты XVIII века, например, обвиняли Исаака Ньютона в том, что, объяснив физику радуги, он посягнул на ее красоту. Наиболее остро поставил этот вопрос Иоганн Вольфганг Гете, выступивший с резкой критикой научного метода великого Ньютона, после создания им теории возникновения цвета. В отличие от Ньютона, Гете не был сторонником аналитического подхода, предполагающего разбиение предмета исследования на отдельные части. Он воспринимал мир как целое; эксперименту и вычислениям поэт предпочитал озарение и фантазию. «Природа немеет при пытке», - любил говорить Гете. Он утверждал, что исследованный Ньютоном свет – это уже не тот свет, с которым мы встречаемся в обычной обстановке, а свет, «замученный разного рода орудиями пытки – щелями, призмами, линзами». Не без сарказма Гете призывал:

«Друзья, избегайте темной комнаты,

Где вам искажают свет

И самым жалким образом

Склоняются перед искаженными образами».

Конечно, Гете был не прав, нападая на учение Ньютона. Но сегодня нельзя отмахнуться от замечаний поэта. Квантовая механика XX века доказала, что выполняя те или иные измерения с микрообъектами (атомами, электронами, молекулами), мы неизбежно непредсказуемо искажаем то, что измеряем.

5. 1 Миражи

Древние египтяне верили, что мираж - это призрак страны, которой больше нет на свете. Наблюдаемые в пустынях миражи объясняются тем, что горячий воздух действует подобно зеркалу. Явление это довольно частое - так, в Сахаре ежегодно наблюдается около 160 тысяч миражей: они бывают стабильными и блуждающими, вертикальными и горизонтальными.

5. 2 Полярное сияние.

Джек Лондон «Дочь северного сияния»:

«Приближалась полночь. Ночь была ясной и морозной. Северное сияние зажгло свои огни, расцветив небосклон гигантскими зеленовато-белыми мерцающими лучами, притушившими свет звезд. Волны холодного розоватого блеска омывали зенит, а на горизонте рука титана воздвигала сверкающие арки. И, потрясенные этим величественным зрелищем, собаки поднимали протяжный вой как их далекие предки в незапамятные времена»

В своем произведении автор красочно описывает одно из красивейших явлений природы, которое можно наблюдать весной и осенью в полярных областях - полярное сияние. Оно происходит на высотах от 90 до 1000км.

Свечение разряженных слоев воздуха возникает под действием протонов и электронов, проникающих в атмосферу из космоса. На ночном небе загораются сверкающие дуги, переливаясь разными красками. Этот фейерверк устраивает Солнце. Время от времени оно излучает большое количество электрически заряженных частиц, которые с бешеной скоростью мчатся сквозь Вселенную. Магнитное поле Земли направляет "солнечный ветер" в сторону полюсов. Если эти мельчайшие частицы сталкиваются с атомами воздушной оболочки Земли, то их энергия преобразуется в свет, и на ночном небе возникают разнообразно окрашенные полосы.

5. 3 Видимое излучение

В раздел волновой и геометрической оптики входит не только отражение и преломление волн, дисперсия света, линзы, строение человеческого глаза, интерференция волн, интерференция света, дифракция света и дифракционная решётка. Раздел оптика также распространяется и на явления в природе. Описывает и объясняет так называемые необыкновенные оптические явления, которые многие видели, но не знают причину их появления.

5. 4. Дисперсия

Показатель преломления любой среды определяется свойствами этой среды и зависит от частоты (или длины волны) света, т. е. n=n (ν). Явление зависимости показателя преломления среды от частоты проходящего света называется дисперсией.

Радуга – не что иное, как спектр солнечного света. Он образован разложением белого света в каплях дождя как призмах. Из дождевых капель под разными углами преломления выходят широкие разноцветные пучки света. Наблюдатель, находясь вне зоны дождя, видит радугу на фоне облаков, освещаемых солнцем, на расстоянии 1 – 2 км. В это время Солнце стоит невысоко над горизонтом за спиной наблюдателя, а центр радуги – над горизонтом

Жюль Верн «Зеленый луч»:

«Наблюдали ли вы когда-нибудь Солнце, заходящее за горизонт моря? Да, без сомнений. Проследили ли вы до того момента, когда верхний край диска соприкасается с верхней частью горизонта и затем исчезает? Вероятно, да. Но заметили ли вы явление, происходящее в то мгновение, когда лучезарное светило бросает последний свой луч? Не пропускайте же случая сделать подобное наблюдение: в ваш глаз ударит не красный луч, а зеленый, дивного зеленого цвета»

Зеленый луч. Как Солнце может стать зеленым? Было доказано, что кратковременный зеленый луч над восходящим или заходящим Солнцем действительно возникает, хотя наблюдать его очень трудно. Причина этого явления – отклонение солнечного света в атмосфере, или рефракция. Как слабая призма, земная атмосфера разлагает белый солнечный свет на цвета, причем красный цвет преломляется на меньшие, а зеленый и синий – на большие углы.

5. 5 Интерференция света

Предложенный Т. Юнгом в 1800 г. эксперимент убедительно демонстрирует волновую природу света.

Квантовая физика

6. 1 Иерусалимская плащаница

Плащаница донесла до нас отпечаток лица и тела Христа. Об этом говорит сама Библия: запечатай книги до конца времени, тогда научатся многие, и умножится ведение. Главной причиной, приведшей к изменению свойств Плащаницы и к образованию на ней отпечатка лика Христова, явился процесс “таяния” Его плоти. Такое изменение вещественного порядка мира, явившись следствием эволюционного скачка гео - и гелиофизики, не могло не оставить после себя вещественных следов. Действительно, Евангелия свидетельствует о том, что смерть Христа на кресте и последующие события в гробе Господ. Механизм разборки-таяния и последующей конденсации-сборки плоти Христа затрагивает 10 уровней организации материи: Галактика – Солнечная система – Луна – Земля – человек – молекулы – атомы – ядра, элементарные частицы – энергоформы – Свет и Тьма. И по сей день на этих просторах нет физического закона, и человек вынужден на ощупь отыскивать путь к истине сквозь джунгли мистерий, чудес и загадочных природных явлений.

Ядерная физика

7. 1. Ядерные реакции. Дэвид Холловэй. "Сталин и бомба. Советский Союз и атомная энергия 1939 – 1956 гг. "

« История создания ядерного оружия в Советском Союзе захватывает и отталкивает вдвойне. Ее привлекательность усиливается тайной, которой она была окутана так долго. Ее неприятие усиливается фактом жестокости сталинского режима, для которого первоначально и создавалось советское ядерное оружие».

Роберт Юнг. "Ярче тысячи солнц. Повествование об ученых-атомниках"

« Планк потряс утвердившуюся в течение тысячелетий веру в то, что в природе невозможны внезапные скачки. Эйнштейн доказал относительность таких незыблемых понятий, как пространство и время. Супруги Кюри, Резерфорд и Бор доказывали, что неделимое можно разделить, и что твердое тело, если строго его рассматривать, не является стабильным, а постоянно изменяется».

"Падшие взывают. " Тэцуюки Окумура

«Говорят, что будущее — за атомной энергией, широко рекламируют ее надежность и безопасность. Какое может быть будущее у энергии, которая губит людей, систематически их облучая? Нет никакой разницы между исследованием и производством атомной энергии — и то, и другое неизбежно ведет к гибели всего живого».

Основные заключения полного изучения действия атомных бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки.

Элементы астрофизики

Л. Н. Толстой «Война и мир»

«Почти в середине этого неба над Пречистинским бульваром, окруженная, обсыпанная со всех сторон звездами, но, отличаясь от всех близостью к земле, белым светом и длинным, поднятым кверху хвостом, стояла огромная яркая комета 1812-го года, ты самая комета, которая предвещала, как говорили, всякие ужасы и конец света. Но в Пьере светлая звезда эта с длинным лучистым хвостом не возбуждала никакого страшного чувства. Пьеру казалось, что эта звезда вполне отвечала тому, что было в его расцветшей к новой жизни, размягченной и ободренной душе. ». Так описывается появление на небе кометы Галлея.

Итоги

Завершен первый этап моей исследовательской работы. В романе Л. Н. Толстого «Война и мир» отражены законы баллистического движения, показано влияние появившейся на небосклоне кометы Галлея на эмоциональное состояние Пьера. «Пьеру казалось, что эта звезда вполне отвечала тому, что было в его расцветшей к новой жизни, размягченной и ободренной душе. ». В повести Л. Н. Толстого «Отрочество» мы видим описание механического равноускоренного движения. В стихотворении К. М. Симонова «Сын артиллериста» рассматривается закон сохранения импульса и применение радиосвязи. Джек Лондон («Дочь северного сияния») показывает зависимость видимости полярного сияния от температуры окружающей среды. А. Беляев («Продавец воздуха») рассматривает применение криогеники - физики низких температур. В стихотворении Н. А. Некрасова «Эхо» мы встречаемся с явлением отражения звуковых волн от препятствий. Жюль Верн дает описание редчайшего оптического явления – зеленого луча. Сергей Есенин и Иван Бунин при описании природы затрагивали такие темы, как изменение агрегатных состояний вещества (испарение, конденсация, кристаллизация). Эти авторы использовали описание физических явлений и законов для построения сюжетной линии своих произведений. В. С. Чикин и Вальтер Скотт в своих произведениях фактически реабилитировали французского маршала Эммануэля Груши, которого французы, даже сам Наполеон считали предателем и виновником поражения в битве при Ватерлоо в 1815 году. Открытие такого явления, как интерференция звука, спасло честь офицера.

В дальнейшем я планирую на основе точных исторических документов и карт времен наполеоновских войн рассчитать результат интерференции звука в день битвы при Ватерлоо. Но я выяснила в процессе своего исследования, что в этот день произошло еще одно уникальное событие. Жители небольшого бельгийского городка Вервье со страхом и удивлением наблюдали утром мираж - изображение на небе военного сражения. Позже они узнали, что это было утро сражения при Ватерлоо (18 июня 1815 года).

Валентин Архангельский, Р. Вуд, Дэвид Холловэй, Роберт Юнг, Тэцуюки Окумура Их произведения о страшном наследии второй мировой войны зпредставляют собой яркие художественные свидетельства всего того, что несет человечеству ядерное оружие и насаждаемый дух милитаризма.

Я планирую исследовать произведения М. Твена, В. Каверина, А. Островского , А. С. Пушкина, Алексея Толстого, Александра Грина, Жюля Верна В моем электронном пособии я рассмотрю следующие разделы физики: МКТ, «электродинамику», «магнетизм», подробнее «волновую» и «геометрическую оптику», «электромагнетизм», «квантовую физику», «физику атома и ядра». Для этого мне предстоит найти литературные произведения, содержащие информацию о физических явлениях и процессах, не вошедших пока в мою работу. Кроме того, я собираюсь дать полный анализ влияния физических процессов на каждый сюжет из рассмотренных мной произведений.

Я создала электронное пособие по физике для учащихся, включающее в себя 8 разделов (механика, термодинамика, акустика, электромагнитные волны, оптика, квантовая физика, ядерная физика, элементы астрофизики).

Новизна моей работы состоит в необычном подходе к изучению предметов гуманитарного и естественного циклов, что способствует развитию целостной системы универсальных знаний учащихся, то есть формированию их ключевых компетенций, определяющих современное качество образования.