【Всекитайская школьная олимпиада по прикладной физике: предварительный отборочный тур】
Задача первая.
Задание с кратким ответом.
«Как показано на рисунке, деревянный брусок весом G=10 Н движется равномерно и прямолинейно по гладкой горизонтальной поверхности. В горизонтальном направлении на него действует сила тяги F=5 Н. Найдите силу трения, действующую на данный брусок ( ) Н».
Чэнь Чжо сжимал ручку, его рука зависла в воздухе; он не сводил глаз с этих нескольких слов в условии.
Гладкая горизонтальная поверхность.
Равномерное прямолинейное движение.
Его брови невольно дернулись.
Ощущение острейшего дискомфорта, словно ударив по зрительным нервам, пронзило мозг.
Опять.
Опять это проклятое, лицемерное, выхолощенное «идеальное состояние», существующее только ради экзаменов.
В глазах школьных учителей, составляющих такие задачи, этот мир всегда до примитивности прост.
Поверхность всегда абсолютно гладкая, объекты всегда абсолютно твердые, воздух всегда вакуум...
Нет деформаций, ничего не ломается, тепловая энергия не выделяется, электромагнитного взаимодействия не существует.
Легкомысленное «гладкая» в условии задачи начисто стирает этот сложный, завораживающий микромеханизм, сводя всё к холодному «0».
— Слишком грубо... — пробормотал Чэнь Чжо.
На кончиках его пальцев, казалось, еще оставалось ощущение шероховатой оксидной пленки с поверхности того конденсатора, что был у него в лаборатории.
Вот это была настоящая физика.
Реальный мир, полный помех, наводок, температурного дрейфа и нелинейных погрешностей.
Только что выйти из того высокоточного мира, где нужно учитывать дрейф частоты в 0,1 Гц, и внезапно столкнуться с подобной «предполагающей совершенство» грубой задачкой...
Это все равно что заставить хирурга, только что проведшего операцию по сшиванию сетчатки глаза, резать кусок пенопласта.
Ответ на этот вопрос прост.
Гладкая = трения нет.
Равномерная = силы уравновешены.
Если поверхность не гладкая, то f=F=5 Н, а если гладкая – то 0.
Но он не хотел писать этот «0».
Даже если разум твердил, что это всего лишь задачка для средней школы и «0» – единственный верный путь к высшему баллу.
Рука не слушалась.
Глядя на большое пустое место после скобок, Чэнь Чжо чувствовал, что оно пугающе пусто.
Пусто так, будто издевалось над его интеллектом.
Чэнь Чжо вздохнул.
Он пошарил рукой рядом с листком и нащупал большой белый лист бумаги, предназначенный для чертежей.
«Щелк».
Он нажал на кнопку автоматического карандаша.
Шурх.
Кончик карандаша вывел под рисунком бруска зубчатую линию.
Это была шероховатая поверхность.
Следом была построена стандартная система координат.
Ось Y – вертикально вверх, ось X – горизонтально вправо.
Сила тяжести G – вниз.
Сила реакции опоры N – вверх.
Этого было мало.
Взгляд Чэнь Чжо стал расфокусированным, другой рукой он машинально вертел колпачок, а та, что держала карандаш, словно жила своей жизнью, выводя рядом с эпюрой сил греческую букву.
μ.
Коэффициент трения скольжения.
Раз уж нарисована шероховатая поверхность, то это уже не просто вопрос f=F.
Это вопрос о микроскопическом сцеплении молекул на контактной поверхности.
Это макроскопическое проявление электромагнитного взаимодействия.
Грифель шуршал по бумаге с невероятной скоростью, движения приобрели четкий, уверенный ритм.
«Решение: построим инерциальную систему отсчета S».
«Допустим: поверхность не является абсолютно гладкой, примем коэффициент трения за μ (μ≠0)».
«Допустим: сопротивлением воздуха пренебрегать нельзя, введем коэффициент сопротивления k, тогда сопротивление воздуха...»
На этом всё?
Конечно, нет.
Мысль Чэнь Чжо неслась вперед.
Чэнь Чжо нахмурился.
Недостаточно строго.
А если учесть силу трения покоя?
Максимальная сила трения покоя обычно чуть больше силы трения скольжения.
Белый лист, еще мгновение назад пустой, теперь был густо исписан формулами и графиками.
Пунктирные линии ортогональных проекций.
Стрелки сил.
Греческие буквы, обозначающие физические величины.
Чэнь Чжо писал всё легче и быстрее.
Это чувство было таким приятным.
Ему даже не нужно было задумываться.
Эти схемы сил, эти этапы проекций – всё это уже давно въелось в костный мозг, став инстинктом, естественным, как дыхание.
Задача вторая.
«Как показано на рисунке, рычаг в равновесии...»
Чэнь Чжо взглянул на примитивный рисунок качелей.
Даже не включая мозг.
Кончик карандаша снова опустился на бумагу.
Плечо силы?
Нет, это момент силы.
Μ→=r→×F→
Векторное произведение.
Момент инерции I.
Угловое ускорение α.
Записывая уравнение вращательного движения ΣM=Iα, он даже не осознал, что это концепции из программы старших классов или даже университета.
Он лишь чувствовал, что раз нужно рассчитать вращение, то это необходимо.
Это инерция.
Инерция мышления.
Словно человек, привыкший водить болид «Формулы-1», даже садясь за руль обычной семейной машины, при входе в поворот будет подсознательно резать угол, искать апекс и прибавлять газу на выходе.
Спустя десять минут.
Чэнь Чжо остановился.
Он смотрел на исписанный вдоль и поперек лист бумаги.
Там были графики, формулы, допущения и выводы.
Строго, красиво, безупречно.
Единственное, чего там не было – это того проклятого «0».
«...»
Чэнь Чжо моргнул, покусывая трубочку, и замер.
Переборщил.
Опомнившись и взглянув на полные листы формул старшей школы, он внезапно нашел ситуацию забавной.
Если сдать такое, старик Чжоу наверняка будет полдня разглядывать всё через лупу, а потом обзовет его психом.
«Скрип».
Дверь приоткрылась.
Лю Сюин вошла в комнату с тарелкой нарезанных яблок.
— Пишешь? — Она осторожно поставила тарелку на край стола и заглянула через плечо.
Взгляд, который она бросила на стол, заставил её замереть.
Под настольной лампой, поверх аккуратного бланка теста, лежал черновик, весь исчерканный черными записями.
Если бы это был тест по китайскому языку, еще ладно, но это же физика.
И эти надписи...
Эти отрезки со стрелками, странные символы, похожие на дождевых червей, и тригонометрические функции, от одного вида которых кружилась голова.
— Это... это задачи для средней школы? Неужели такие сложные? — Лю Сюин была озадачена.
Хоть она и не была особо образованной, но видела домашнюю работу детей соседей, и там никогда не рисовали ничего подобного.
— Почему все как будто черти чем исписано? И зачем столько стрелок?
Чэнь Чжо моргнул.
— Не сложно, мам, — он невозмутимо взял кусочек яблока и сунул в рот, чтобы скрыть неловкую гримасу.
— Я просто... расписал всё слишком подробно.
— О, ну подробно – это хорошо, меньше шансов ошибиться, — Лю Сюин понимающе закивала; она привыкла безоговорочно доверять учебе сына.
— Ладно, доедай и ложись спать, не засиживайся. Завтра рано вставать.
— Хорошо.
Лю Сюин вышла, прикрыв за собой дверь.
В комнате снова воцарилась тишина.
Чэнь Чжо несколько секунд смотрел на лист, который так плотно исписал.
Чэнь Чжо взял ластик, собираясь стереть всё это.
Но, стерев пару строк, он остановился.
Глядя на черные катышки от ластика, он нахмурился.
Слишком грязно.
Да и с какой стати он должен это стирать?
Это и есть истинное лицо физического мира.
Зачем подстраиваться под упрощенную задачу, уничтожая верные выводы?
Чэнь Чжо отбросил ластик в сторону.
Он не хотел ничего стирать.
И менять тоже.
Он взял тот большой лист бумаги, сложил его вдвое и вложил в бланк теста.
Затем, в крошечной строчке для ответа, несколько небрежным почерком он вписал требуемое решение.
Закончив с этим, он отбросил ручку.
И с наслаждением потянулся.
Суставы хрустнули.
Стало легче.
Та самая вычислительная мощь, накопившаяся в мозгу и не находившая выхода, наконец выплеснулась через эти формулы.
Он скомкал тест, даже не потрудившись сложить его ровно, и запихнул в рюкзак.
А насчет проверки...
Если такие задачки еще и проверять нужно, то это прямое оскорбление его интеллекта.
Свет выключен.
Постель.
Время спать.
Он повернулся на бок, плотнее закутавшись в одеяло.
Интересно, какое лицо будет у старика Чжоу завтра, когда он увидит этот тест на своем столе.
Чэнь Чжо с нетерпением ждал завтрашнего дня.

Комментарии

Загрузка...