|
Задачи академика П.Л.Капицы
Многие, конечно слышали о физических задачах академика П.Л.Капицы. За последние годы им было предложено много новых задач, которые уже "испытали" на себе выпускники Физтеха (Московского физико-технического института) во время вступительных аспирантских экзаменов и стажеры-исследователи, проходившие практику в Институте физических проблем им. С.И.Вавилова.
Чтобы в самом общем виде уловить идею решения этих задач, часто бывает достаточно и школьной подготовки. Однако это вовсе не означает, что любой студент или аспирант легко даст полный ответ. Точнее было бы сказать, что таких случаев вовсе не было, потому что задачи П.Л.Капицы - это целые темы для исследований. Нет ничего удивительного в том, что на экзаменах подчас возникали жаркие споры даже среди членов приемной комиссии, состоящей в основном из академиков.
Как правило, экзаменующимся предлагается 3-4 задачи и после этого дается несколько часов на подготовку. Напряженная работа в библиотеке, где есть все необходимые книги, включая справочники и математические таблицы, позволяет только наметить пути решения.
Сдающих экзамен обычно не так много - человек пять, а иногда и того меньше. По существу это не экзамен в привычном смысле слова, а "состязание" экзаменующегося с представительной комиссией, возглавляемой П.Л.Капицей, по темам, которые в этот день уже не безразличны не только самим участникам и "жюри", но и "болельщикам" - всему научному штату Института. В Институте царила атмосфера праздника. Какую радость испытывает тот, кому удается найти красивые решения и отстоять их! Но иногда складывается совсем другая ситуация, не менее запоминающаяся...
Как-то раз предлагалась такая задача.
Исходя из предположения, что 4 миллиарда лет назад Луна и Земля были окружены атмосферой так же, как сейчас Земля, следовало оценить изменение со временем плотности атмосферы этих небесных тел.
Это очень трудная и интересная задача, важная в практическом отношении. Но не будем приводить здесь ее решение. (Ее решение можно найти в книге: Струве О., и др. "Элементарная астрономия" Пер.с англ. М.: 1967, с.113). Отметим только то, что, меньше масса планеты, тем быстрее она теряет массу при прочих равных условиях. Притяжение Луны значительно (примерно в 6 раз) слабее земного, поэтому наш естественный спутник за 4 млрд лет успел бы полностью утратить свою атмосферу, если бы она у него была.
Готовые работы были представлены на суд экзаменационной комиссии. Она основывалась в общем-то на одинаковых физических предпосылках и различалась только вычислениями, приводящими, впрочем, к вполне разумным оценкам. Но никто из сдавших тогда экзамен не обратил внимания на одно интересное обстоятельство: возможный захват Землей лунной атмосферы. А именно эта физическая идея оказалась центральной в задаче П.Л.Капицей. То-то был сюрприз для сдающих экзамен! Да и знакомство в такой необычной обстановке с явлениями, которое происходит во Вселенной и еще более крупных масштабах, скажем в системе взаимодействующих галактик, и которому экзаменующиеся просто не придали значения, - разве что это не хороший урок, который не проходит даром и запоминается надолго?
В одном из изданий "Who s who" написано, что хобби П.Л.Капицы - это шахматы. Но с не меньшей долей истины можно сказать, что он в часы отдыха любит придумывать красивые задачи по физике и находить для них строгие, изящные решения. В этих задачах много юмора. Они бывают связаны с курьезными экспериментами, предполагают хорошее знание истории физики, принципов действия некоторых игрушек и серьезных технических устройств. Есть среди них и шуточные задачи.
Задачи П.Л.Капицы - это большая физика, а в их постановке - взгляд современного физика на окружающий мир.
Примеры задач
№1. Во время солнечного затмения люди обычно смотрят на Солнце через закопченное стекло. Оцените необходимую для этого толщину слоя копоти на поверхности стекла.
№2. Два спутника летят один другому навстречу. Опишите, что произойдет при их лобовом столкновении.
№3. На корабле установлен воздушный двигатель типа ветряной мельницы, который вращает гребной винт корабля. Рассмотрите возможность движения такого корабля против ветра.
№4. В аудиторию входит студентка. Она надушена духами "Красная Москва". Оцените промежуток времени, через который профессор сможет почувствовать запах духов.
А.В.Митрофанов, к. ф.-м. н. Москва.
Источник. ж. Природа. №9, 1983 с.127.