Скажи мне, как физик физику...
Sep. 16th, 2025 09:11 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
4ernii_lectorС 15 по 21 сентября по всей стране проходит Всероссийская Неделя Физики.
Это масштабный научно-просветительский праздник для школьников, студентов, их родителей, учителей и всех любителей точных наук.
Организатор мероприятия – проект «Физика для всех», реализуемый при содействии Московского физико-технического института (МФТИ). В ходе недели участников познакомят с различными направлениями науки и техники – от физики и математики до инженерных дисциплин – с целью вдохновить новое поколение на изучение этих областей. (отсюда)
Ну, и я не смогла пройти мимо. Организовала ребят из студсовета на информационную кампанию - публикацию просветительских постов в ВК. Ребята откликнулись, на основе идеи разработали программу. Меня взяли научным консультантом.
Один из постов решили посвятить ответам на детские физические вопросы. Вот прислали на консультацию (стиль и пунктуация сохранены):
Почему вода мокрая?
Ответ. Звучит глупо, но "мокрота" - это не свойство самой воды, а взаимодействие между водой и поверхностью. Вода легко растекается и образует тонкую пленку благодаря своим поверхностным свойствам и адгезии.
Почему коты всегда падают на лапы?
Ответ. Законы сохранения момента импульса. Котики меняют свою форму, чтобы перераспределить момент импульса.
Почему лед скользкий?
Ответ. Ранее думали, что из-за давления. Сейчас считается, что тонкий слой воды на поверхности льда образуется не только из-за давления, но и из-за поверхностного плавления при температуре, близкой к точке замерзания.
Почему закат красный?
Ответ. Закат красный, потому что к тому времени, когда солнечный свет достигает наших глаз на закате, большая часть синего света уже рассеялась, и до нас доходит больше красного и оранжевого света.
Почему чай горячий, а лед холодный?
Ответ. Это связано с кинетической энергией молекул. В горячем чае молекулы двигаются быстрее, чем в холодном льде. Температура – это мера средней кинетической энергии молекул.
Почему эхо повторяет наш голос?
Ответ. Эхо повторяет наш голос, потому что звуковые волны отражаются от твердых поверхностей и возвращаются к нам.
Э-э-э. Почему так?
Вообще в курсе общей физики эти вопросы и ответы на них разбираются. И в качестве дополнительных эти вопросы раньше часто на экзамене задавали. Я помню, что ответы были чуть более подробные, чем тут. А тут - мысль около.
Если мы отвечаем на детский вопрос, то причем тут термин "адгезия"?
Коты падают на лапы далеко не всегда, а если успеют перевернуться. Постоянно говорю студентам: не разбрасывайтесь кванторами всеобщности!
Момент импульса связан с вращением. В ответе ни слова про вращение.
Про лёд вообще всё перепутали. Предполагался ответ из "Занимательной физики" Перельмана, но там не так!
Про закат. Ну, верно, но пропущены логические куски.
Про чай. Предпосылку поставили после утверждения.
Про эхо верно, но опять же с пропуском.
В целом это не совсем к студентам вопросы. Они еще учатся. Это вопросы к тем, кто им физику преподает. То ли сами преподаватели так криво формулируют, то ли не добиваются точных формулировок при ответах...да, это математики у нас плохие, требуют точных формулировок определений и теорем с бедных студентов) Сложно сказать.
А студенты, если честно, могли бы ипогуглить сверить ответы с учебниками. Практически все вопросы с ответами есть в книжках Перельмана.
Пришлось вспоминать точные формулировки из своего студенческого прошлого.
Почему вода мокрая?
Ответ. «Мокрота» - это не свойство самой воды, а свойство взаимодействия между водой и поверхностью. Благодаря слабой связи между молекулами и их способности прилипать к поверхности, вода легко растекается и образует тонкую пленку, вследствие чего поверхность становится мокрой.
Почему коты всегда падают на лапы?
Замечание. Утверждение, что коты всегда падают на лапы, не совсем точное. Успешное приземление зависит от продолжительности падения и других факторов. Слово «всегда» лучше заменить словом «часто» или «как правило». Уточненный вопрос:
Почему коты часто падают на лапы?
Ответ. Здесь работает закон сохранения момента импульса. Во время падения котики энергично вращают хвостом, и, в соответствии с этим законом, туловище поворачивается в другую сторону до тех пор, пока не окажется ногами вниз.
Почему лед скользкий?
Ответ. Ранее думали, что из-за давления и трения температура плавления льда понижается, и на ней образуется тонкий слой воды, который делает лед скользким (М. Фарадей, братья Дж. Томсон и У. Томсон лорд Кельвин). Недавно установили, что в появлении тонкого слоя воды виновато не понижение температуры плавления льда, а взаимодействие электрических полей молекул поверхности льда и материала подошвы (М. Мюзер, А. Атила, С. Сухомлинов). Молекулы воды являются диполями. При температуре ниже нуля они образуют кристаллическую решетку (лёд). При этом на поверхности льда молекулы связаны между собой слабее, чем в его толще, за счет отсутствия одной из соседних молекул. Контакт молекулярных диполей подошвы и льда нарушает кристаллическую структуру льда, и на его поверхности образуется жидкообразная плёнка, вязкость которой зависит от материала подошвы. Поэтому обувь бывает «скользкая» и «нескользкая».
Почему закат красный?
Ответ. Солнечный свет, который кажется белым, на самом деле состоит из множества цветов с разными длинами волн. Вечером, когда солнце опускается к горизонту, свету приходится преодолевать более длинный путь через атмосферу. В результате короткие волны (синий и фиолетовый) рассеиваются сильнее, чем длинные (красный и оранжевый)).
Почему чай горячий, а лед холодный?
Ответ. Температура – это мера средней кинетической энергии молекул. Кинетическая энергия — это энергия движения тела, которая зависит от массы и скорости его движения. В горячем чае (почти кипятке) молекулы воды двигаются очень быстро (имеют высокую кинетическую энергию). Лёд представляет собой кристаллическую решетку, в которой молекулы воды почти неподвижны (имеют низкую кинетическую энергию).
Почему эхо повторяет наш голос?
Ответ. Голос – это звуковая волна. Звуковые волны отражаются от твердых поверхностей и возвращаются к нам. Наш мозг очень чувствителен ко времени. Если звук возвращается спустя 0,1 секунды или меньше, он воспринимается как часть оригинального звука. Но если задержка превышает 0,1 секунды, мозг интерпретирует его как новое отдельное звуковое событие – эхо.
Понятность ответов студентов и "своих" версий проверяла на младшем сыне, у которого физика только началась, и на нескольких коллегах, у которых физика в вузе была мимоходом.
Коллеги только сказали, что ответ про лёд перегружен информацией. Но ведь так видно, как развивается физика!
Помню, в универе какое-то задание я готовила про сверхтекучесть. В курсе лекций Фейнмана было: вот открыли экспериментально, но неизвестно, почему это происходит. А в курсе Ландафшица (втором издании) про сверхтекучесть уже с объяснением и математическим обоснованием (Ландау же объяснил сверхтекучесть!)
Посмотрим, как студенты решат сделать карточку с этим вопросом и ответом.
P.S. Вот со студентами заниматься могу. Интересно. А отчеты, планы, ФОСы, ОПОПы - не могу. прямо как при токсикозе беременных ощущения.
Это масштабный научно-просветительский праздник для школьников, студентов, их родителей, учителей и всех любителей точных наук.
Организатор мероприятия – проект «Физика для всех», реализуемый при содействии Московского физико-технического института (МФТИ). В ходе недели участников познакомят с различными направлениями науки и техники – от физики и математики до инженерных дисциплин – с целью вдохновить новое поколение на изучение этих областей. (отсюда)
Ну, и я не смогла пройти мимо. Организовала ребят из студсовета на информационную кампанию - публикацию просветительских постов в ВК. Ребята откликнулись, на основе идеи разработали программу. Меня взяли научным консультантом.
Один из постов решили посвятить ответам на детские физические вопросы. Вот прислали на консультацию (стиль и пунктуация сохранены):
Почему вода мокрая?
Ответ. Звучит глупо, но "мокрота" - это не свойство самой воды, а взаимодействие между водой и поверхностью. Вода легко растекается и образует тонкую пленку благодаря своим поверхностным свойствам и адгезии.
Почему коты всегда падают на лапы?
Ответ. Законы сохранения момента импульса. Котики меняют свою форму, чтобы перераспределить момент импульса.
Почему лед скользкий?
Ответ. Ранее думали, что из-за давления. Сейчас считается, что тонкий слой воды на поверхности льда образуется не только из-за давления, но и из-за поверхностного плавления при температуре, близкой к точке замерзания.
Почему закат красный?
Ответ. Закат красный, потому что к тому времени, когда солнечный свет достигает наших глаз на закате, большая часть синего света уже рассеялась, и до нас доходит больше красного и оранжевого света.
Почему чай горячий, а лед холодный?
Ответ. Это связано с кинетической энергией молекул. В горячем чае молекулы двигаются быстрее, чем в холодном льде. Температура – это мера средней кинетической энергии молекул.
Почему эхо повторяет наш голос?
Ответ. Эхо повторяет наш голос, потому что звуковые волны отражаются от твердых поверхностей и возвращаются к нам.
Э-э-э. Почему так?
Вообще в курсе общей физики эти вопросы и ответы на них разбираются. И в качестве дополнительных эти вопросы раньше часто на экзамене задавали. Я помню, что ответы были чуть более подробные, чем тут. А тут - мысль около.
Если мы отвечаем на детский вопрос, то причем тут термин "адгезия"?
Коты падают на лапы далеко не всегда, а если успеют перевернуться. Постоянно говорю студентам: не разбрасывайтесь кванторами всеобщности!
Момент импульса связан с вращением. В ответе ни слова про вращение.
Про лёд вообще всё перепутали. Предполагался ответ из "Занимательной физики" Перельмана, но там не так!
Про закат. Ну, верно, но пропущены логические куски.
Про чай. Предпосылку поставили после утверждения.
Про эхо верно, но опять же с пропуском.
В целом это не совсем к студентам вопросы. Они еще учатся. Это вопросы к тем, кто им физику преподает. То ли сами преподаватели так криво формулируют, то ли не добиваются точных формулировок при ответах...
А студенты, если честно, могли бы и
Пришлось вспоминать точные формулировки из своего студенческого прошлого.
Почему вода мокрая?
Ответ. «Мокрота» - это не свойство самой воды, а свойство взаимодействия между водой и поверхностью. Благодаря слабой связи между молекулами и их способности прилипать к поверхности, вода легко растекается и образует тонкую пленку, вследствие чего поверхность становится мокрой.
Почему коты всегда падают на лапы?
Замечание. Утверждение, что коты всегда падают на лапы, не совсем точное. Успешное приземление зависит от продолжительности падения и других факторов. Слово «всегда» лучше заменить словом «часто» или «как правило». Уточненный вопрос:
Почему коты часто падают на лапы?
Ответ. Здесь работает закон сохранения момента импульса. Во время падения котики энергично вращают хвостом, и, в соответствии с этим законом, туловище поворачивается в другую сторону до тех пор, пока не окажется ногами вниз.
Почему лед скользкий?
Ответ. Ранее думали, что из-за давления и трения температура плавления льда понижается, и на ней образуется тонкий слой воды, который делает лед скользким (М. Фарадей, братья Дж. Томсон и У. Томсон лорд Кельвин). Недавно установили, что в появлении тонкого слоя воды виновато не понижение температуры плавления льда, а взаимодействие электрических полей молекул поверхности льда и материала подошвы (М. Мюзер, А. Атила, С. Сухомлинов). Молекулы воды являются диполями. При температуре ниже нуля они образуют кристаллическую решетку (лёд). При этом на поверхности льда молекулы связаны между собой слабее, чем в его толще, за счет отсутствия одной из соседних молекул. Контакт молекулярных диполей подошвы и льда нарушает кристаллическую структуру льда, и на его поверхности образуется жидкообразная плёнка, вязкость которой зависит от материала подошвы. Поэтому обувь бывает «скользкая» и «нескользкая».
Почему закат красный?
Ответ. Солнечный свет, который кажется белым, на самом деле состоит из множества цветов с разными длинами волн. Вечером, когда солнце опускается к горизонту, свету приходится преодолевать более длинный путь через атмосферу. В результате короткие волны (синий и фиолетовый) рассеиваются сильнее, чем длинные (красный и оранжевый)).
Почему чай горячий, а лед холодный?
Ответ. Температура – это мера средней кинетической энергии молекул. Кинетическая энергия — это энергия движения тела, которая зависит от массы и скорости его движения. В горячем чае (почти кипятке) молекулы воды двигаются очень быстро (имеют высокую кинетическую энергию). Лёд представляет собой кристаллическую решетку, в которой молекулы воды почти неподвижны (имеют низкую кинетическую энергию).
Почему эхо повторяет наш голос?
Ответ. Голос – это звуковая волна. Звуковые волны отражаются от твердых поверхностей и возвращаются к нам. Наш мозг очень чувствителен ко времени. Если звук возвращается спустя 0,1 секунды или меньше, он воспринимается как часть оригинального звука. Но если задержка превышает 0,1 секунды, мозг интерпретирует его как новое отдельное звуковое событие – эхо.
Понятность ответов студентов и "своих" версий проверяла на младшем сыне, у которого физика только началась, и на нескольких коллегах, у которых физика в вузе была мимоходом.
Коллеги только сказали, что ответ про лёд перегружен информацией. Но ведь так видно, как развивается физика!
Помню, в универе какое-то задание я готовила про сверхтекучесть. В курсе лекций Фейнмана было: вот открыли экспериментально, но неизвестно, почему это происходит. А в курсе Ландафшица (втором издании) про сверхтекучесть уже с объяснением и математическим обоснованием (Ландау же объяснил сверхтекучесть!)
Посмотрим, как студенты решат сделать карточку с этим вопросом и ответом.
P.S. Вот со студентами заниматься могу. Интересно. А отчеты, планы, ФОСы, ОПОПы - не могу. прямо как при токсикозе беременных ощущения.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2025-09-16 06:13 am (UTC)Система категоризации Живого Журнала посчитала, что вашу запись можно отнести к категориям: Наука (https://www.livejournal.com/category/nauka/?utm_source=frank_comment), Образование (https://www.livejournal.com/category/obrazovanie/?utm_source=frank_comment).
Если вы считаете, что система ошиблась — напишите об этом в ответе на этот комментарий. Ваша обратная связь поможет сделать систему точнее.
Фрэнк,
команда ЖЖ.
no subject
Date: 2025-09-16 06:51 am (UTC)no subject
Date: 2025-09-16 09:17 am (UTC)Так назвали эти ощущения.
= почему красный красный, а синий — синий.
no subject
Date: 2025-09-16 10:06 am (UTC)А как бы Вы сформулировали этот вопрос (о соответствии уровня кинетической энергии некоторой температурной шкале)?
Кстати, получая образование учителя физики, я очень часто ловила себя на подобных мыслях: почему эту длину волны назвали "синим светом", а вот ту - "красным". И вроде того.
Преподавать математику оказалось проще - там есть неопределяемые понятия, понятия на системе аксиом, а дальше определения и теоремы с доказательствами
no subject
Date: 2025-09-16 02:58 pm (UTC)А вот с горячо-холодно не всё однозначно.
Вполне доступный опыт. В три ёмкости (тазики, миски) наливаем холодную, горячую воду и смешанную.
Держим одну руку в горячей, другую в холодной, а когда попривыкнут суём обе в смешанную ...
Ощущения — это не совсем температура.
Менее известны "оптические" опыты Гёте, но тоже пример, что доверять ощущениям чревато.
no subject
Date: 2025-09-16 03:39 pm (UTC)no subject
Date: 2025-09-16 12:48 pm (UTC)no subject
Date: 2025-09-16 01:02 pm (UTC)Физика — это очень интересно!
no subject
Date: 2025-09-16 03:20 pm (UTC)no subject
Date: 2025-09-16 03:43 pm (UTC)no subject
Date: 2025-09-16 06:21 pm (UTC)Студенческие — с пропусками, но я в теме и понимаю, что они хотели сказать, достраиваю, даже не сразу заметила лакуны 😄
no subject
Date: 2025-09-16 06:25 pm (UTC)Мой коллега, тоже ставший математиком из физиков, постоянно ругается на то, как студенты объясняют гостям физические опыты и явления на фестивале наук: сплошные пропуски фактов, вообще не понятно (а он разбирается)
no subject
Date: 2025-09-16 07:55 pm (UTC)А я заинтересовалась ответами, но студенческие были с провалами, вроде объяснение, а толком непонятно. Ваше логически более простое и кажется даже смогу пересказать.
no subject
Date: 2025-09-16 08:03 pm (UTC)Я старалась, я ж всё-таки учительница физики по диплому.
Смысл был рассказать понятно всем, используя именно физические понятия. А с логическими пропусками рассказать понятно невозможно
no subject
Date: 2025-09-20 04:29 pm (UTC)Про скользкость льда. Я не знал, что там есть какое-то недопонимание. Стал разбираться и вот что узнал.
Я погуглил фамилии, которые ты упомянула (на русском). Увидел много постов с сенсационными заголовками, вплоть до "учебники физики врали" и прочего. Я искал первоисточник и быстро нашел ссылку на хабре. Первоисточником оказалась статья в PRL от 8 августа 2025 года (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/1plj-7p4z), то есть ей буквально месяц. Прочитал, понял не очень много, но вот что думаю по этому поводу.
PRL — топовый научный журнал, один из самых престижный в научном мире. Увидеть там статью с понятным названием и проблемой — уникальное явление. Физика сейчас настолько сложная, что неспециалист не может прочесть и понять статью не на свою узкую тему. А здесь тот редкий случай, когда по крайней мере проблема понятна. Содержание, правда, уже нет, я там быстро сдался. Но все-равно удивительно.
Оказалось, что со скользкостью льда до сих пор не все понятно. В статье есть много ссылок на свежие работы на эту тему, то есть проблема известная. В статье предлагается новое объяснение, которое подкрепляется симуляциями.
Что я думаю? Судя по ссылкам, новые объяснения механизма скольжения по льду появляются регулярно. Подождем немного, выйдет еще статья с очередным новым механизмом. Добавляет скептицизма то, что эта статья чисто симуляционная, а насчитать можно все, что угодно. Я как экспериментатор не очень доверяю симуляциям. Они могут подтвердить и объяснить любой результат эксперимента. Там бесконечное число параметров, которые можно подкручивать, приближений, которые открыто или неявно делаются, упрощений и тому подобное. Эксперимент все-таки для меня надежнее, хоть и к нему могут быть вопросы.
Вообще, в физике практически не бывает такого, чтобы сто лет думали одним образом, а потом выходит статья и бах — все стало понятно и стали думать по-другому. Все очень плавно происходит, нужно, чтобы накопилось очень много доказательств.
Еще наблюдение. Когда выходит статья, ее стараются пиарить — пишут пресс-релизы, постят в соцсети. Не знаю, кто это все читает правда. Но законы жанра подразумевают некоторые упрощения и преувеличения значимости работы. И вот название "Cold Self-Lubrication of Sliding Ice" в научном журнале превращается в "Почему лед скользкий? Оказывается, школьные учебники врали нам 200 лет".
Вообще, было очень интересно поразбираться. Есть стандартные физические вопросы-ответы, а со льдом, оказывается, не так, там действительно ничего непонятно.
no subject
Date: 2025-09-20 05:28 pm (UTC)Я и из русскоязычных релизов поняла, что это компьютерное моделирование (как говорил мой препод по матану: "Любая чушь может называться звучным словом "моделирование!". И тем не менее студентам стало интересно, мы с ними обсудили причины возникновения новых объяснений (я согласна, что их будет еще много, наверно).
И то, что я заставила их задуматься о физических явлениях среди окружающего бедлама, это очень хороший воспитательный результат
no subject
Date: 2025-09-20 06:27 pm (UTC)Согласен. Ты и меня заставила задуматься. Удивительно, что в таком понятном, обыденном вопросе до сих пор нет ясности.
no subject
Date: 2025-09-20 07:27 pm (UTC)no subject
Date: 2025-10-05 04:19 am (UTC)no subject
Date: 2025-10-06 05:35 am (UTC)