Интеграция физики и истории во внеурочной деятельности учащихся

Интеграция физики и истории во внеурочной деятельности учащихся

Гадышева Н.С.

Учитель физики МОУ СШ № 105

г. Волгограда

Межпредметная интеграция способствует развитию познавательной активности учащихся, формирует их целостное мировоззрение, способствует развитию универсальных учебных действий и творческих качеств личности.

В данной статье представлена разработке интегрированного внеклассного мероприятия по физике и истории по теме «Супероружие древнего мира – миф или реальность?»

В исторических летописях древнего мира, описании пунических войн есть сведения об устройстве под названием «Коготь Архимеда». Описания составлены историками, жившими на много лет позже описываемых событий, поэтому достоверность этих сведений в настоящее время оценить трудно. А также ещё при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили удивительные изобретения, поражавшие современников. Одним из таких изобретений является оборонительная машина ближнего действия «Коготь Архимеда», которую также называют супероружием древнего мира.

В имеющейся по данной теме литературе, встречаются противоречивые мнения по поводу того, существовал ли «Коготь Архимеда» или это легенда.

Группе учащихся 7 класса при прохождении темы по физике «Простые механизмы» было дано задание: провести исследование и сформировать своё мнение по этому вопросу.

Цель исследования: используя законы механики и исторические сведения, подтвердить или опровергнуть реальность изобретения устройства «Коготь Архимеда».

Задачи: познакомиться с жизнью и деятельностью Архимеда; с историческими свидетельствами применения изобретений Архимеда в битве под Сиракузами; с помощью исторических летописей создать представление об устройстве «Коготь Архимеда»; создать демонстрационную модель установки.

Изучая исторический материал, учащиеся знакомятся с жизнью и деятельностью величайшего учёного древнего мира, выделяют работы и изобретения Архимеда по механике. Рассмотрев исторические свидетельства применения изобретений Архимеда в битве под Сиракузами, они приходят к выводу, что Архимед не только придумал оборонительные машины, но и реализовал свои идеи на практике. Более того, он сам руководил ходом боёв с их применением, что подтверждает его прямое участие в их конструировании.

Они знакомятся с описаниями, данными историками, оборонительной машины ближнего действия и делают вывод, что в её устройстве должны были найти применение теория центра тяжести и законы равновесия рычага, а из достоверных независимых источников известно, что Архимед занимался этими вопросами.

Было рассмотрено несколько возможных схем оборонительной машины Архимеда, которые выделяют исследователи на основе этих описаний.

1. Машина, имеющая один рычаг. 2. Машина, имеющая дополнительный рычаг - «клюв». 3. Машина с противовесом. 4. Один из концов стрелы притягивается к заделанному в землю анкеру (рис 1).

На первый взгляд, кажется, что управлять такой машиной очень сложно, ведь вес стрелы составлял несколько тонн, а у историка Полибия говорится, что машиной управлял один машинист. Здесь необходимо учитывать, что Архимед, используя свойства центра тяжести, мог уравновесить оси поворота «клюва» и главной стрелы с их центрами тяжести и между собой. Это даст возможность механизму находиться в состоянии безразличного равновесия, при любых положениях стрелы.

Для изготовления модели был выбран первый, наиболее простой вариант. Однако, на приведённом рисунке изображён равноплечий рычаг. А это значит, что сила, которая должна уравновешивать вес корабля, должна быть равна его весу.

Масса же римских пятипалубных судов с пятью ярусами вёсел – пентер, которые, судя по описанию, участвовали в битве, достигала 500 тонн. Поднять такой корабль, конечно же, людям было не под силу.

Но, как известно, Архимед широко использовал блоки и полиспасты в своих устройствах, и учащиеся решили добавить полиспасты к выбранному варианту модели «когтя», используя их в схеме, подобной представленной на фото 1.

Чтобы использовать полиспасты для подъёма судов, находящихся на противоположном плече рычага машины, их нужно было закрепить на канате определённым образом. Познакомившись с различными видами узлов, выбрали узел, который позволяет перемещать канат только в одном направлении (фото 1). Чтобы проверить работу полиспастов, подсоединили концы «канатов» к динамометрам. Задавая нагрузку неподвижному динамометру в 0,3 Н, получили на подвижном полиспасте показания 0,05 Н (фото 1). Таким образом, очевидно, что выигрыш в силе, даваемый трехкратным полиспастом в данном случае равен 6.

Возможно, Архимед использовал полиспасты большей кратности. Так, применяя пятикратные полиспасты, можно теоретически получить выигрыш в силе в 10 раз. Тогда для поднятия римской пентеры, нужна была сила около 500 кН, преодолевающая массу в 50 т.

Учитывая, что среднее усилие, развиваемое мужчиной, при перемещении каната равно 600Н, мы получаем, что для подъёма пентеры потребуется более 800 человек. А если учитывать действие силы трения верёвок о блоки полиспастов, то и ещё больше.

Однако если следовать описанию Полибием битвы под Сиракузами, то суда не обязательно было поднимать из воды. Достаточно поднять нос пентеры или наклонить её, то благодаря конструкции, она наполнялась водой и тонула.

Дело в том, что по римской классификации все боевые корабли назывались naves longae, «длинные корабли», у них были узкие корпуса, выдерживающие пропорцию ширины к длине 1:6 и больше. Пентеры имели пять рядов вёсел. Нижние вёсла у них были расположены очень низко.

Для того чтобы затопить корабль, как показывают расчёты, достаточна сила, составляющая приблизительно 10% веса корабля. Грузоподъёмность архимедовых машин могла составлять 10-15 т, и создание таких машин – задача, вполне разрешимая для античной техники.

Чтобы таким образом потопить корабль требовалась меньшая сила. Такую силу, как показывают несложные расчёты, вполне могут создать объединённые действия двух сотен человек. Кроме того, могли использоваться ещё и животные.

В результате была сконструирована модель устройства «Коготь Архимеда» и продемонстрирован предполагаемый вариант его действия (фото 2,3).

В результате исследования учащиеся сделали вывод: «Гипотеза о том, что гениальный учёный и талантливый инженер Архимед мог создать оборонительное устройство, которое называют «Коготь Архимеда» подтвердилась. Мы можем с уверенностью сказать, что супероружие древнего мира не миф, а реальность!»