§ 2. Что необходимо знать и уметь, чтобы успешно решать задачи по физике

А нельзя ли вообще обойтись без решения задач по физике? Бывает, что и такой вопрос возникает у некоторых учеников, и от него не следует отмахиваться.

Знакомство с физическими явлениями и законами, а они лежат в основе всего, что нас окружает, необходимо каждому образованному человеку, а не только тем, кто готовится профессионально заниматься физическими исследованиями, химией, биологией или техникой.

Физика учит получать достоверные знания об окружающем мире. Образованный человек должен не только владеть информацией об основных положениях физики, но и быть убежденным в истинности этих положений. Убежденность эта в значительной степени основывается на умении самостоятельно получать хотя бы некоторые из физических результатов. Именно указанное умение и достигается решением физических задач. Кроме того, поиск решения физических задач развивает мышление, вырабатывает изобретательность, способность находить решение и других проблем, не связанных с физикой, закаливает волю, служит источником радости и наслаждения, обусловленных преодолением трудного пути к заветной цели.

Разумеется, применение физических законов в конкретных ситуациях, о которых идет речь в задачах, – лучший способ хорошо усвоить эти законы.

У вас уже есть некоторый опыт решения простейших физических задач. Вы знаете, к примеру, как кратко записать условие, умеете выражать физические величины в тех или иных единицах измерения, находить численные значения искомых величин по расчетной формуле. Предстоит уточнить, дополнить и существенно расширить ваши знания и умения решать задачи, в том числе и задачи олимпиадного уровня.

Теперь перейдем к вопросам, указанным в названии параграфа.

Ясно, что нельзя решить задачу, если не знаешь физических законов, которые должны быть использованы для ее решения. Бывает и так, что ученик вроде бы знает физические законы, но не может выбрать из них именно те, которые необходимы для решения данной задачи, или не умеет их применить. Работая с настоящим пособием, вы сможете усовершенствовать свое умение решать задачи, в первую очередь по механике.

В каждом разделе физики имеется немало формул, выражающих связи между величинами. Эти связи представляют собой физические законы. Нужно ли их все перебирать в памяти при решении задачи? Нет, не нужно. Следует твердо усвоить очень небольшое число самых общих, самых главных из них, «генерал-законов», из которых все остальные могут быть при необходимости выведены. Именно «генерал-законы» и следует применять при решении физических задач.

Формулы, выражающие физические законы, нужно уметь читать словами, то есть знать смысл каждой физической величины, обозначаемой тем или иным символом. Не следует забывать, что каждый физический закон имеет определенную область применимости, его нельзя применять к произвольным объектам в любых условиях. Знание закона предполагает четкое представление и о его области применимости.

Не трудно решать задачи, подобные тем, «которые решены на уроке». Тут можно действовать по образцу, шаблону. А как быть с задачей, которая не похожа на те, с которыми встречались раньше? Тут нужно руководствоваться общим планом, стратегией решения любой физической задачи. Более подробно об этой стратегии речь пойдет в следующем параграфе.

Фактически стратегия решения сводится к разбиению задачи на несколько связанных друг с другом более простых подзадач. Некоторые из них встречаются при решении и множества других задач. Такие типичные подзадачи решаются посредством определенных алгоритмов, то есть последовательностей элементарных действий, выполнение которых приводит к цели. Таким образом, знание алгоритмов типичных подзадач также необходимо для успешного решения физических задач. Но разве можно держать в памяти значительное количество алгоритмов, каждый из которых содержит порядка десятка шагов? Можно, если эти алгоритмы будут «свернуты», то есть они будут выполняться автоматически. «Сворачивание» алгоритмов имеет место не только в физике. Овладение вождением автомобиля сводится к усвоению алгоритма поведения за рулем. Пока выполнение этого алгоритма не будет доведено до автоматизма, водительские права не выдаются. В последующих параграфах будут рассмотрены конкретные алгоритмы, используемые при решении физических задач, и даны советы по их запоминанию и «сворачиванию».

Итак, для успешного решения задач по физике необходимо знать и уметь применять «генерал-законы», владеть общей стратегией решения и алгоритмами типичных подзадач.