Метод мысленного эксперимента

ЦЕЛЬ: научить обучающихся пользоваться мысленным экспериментом.

Рассказать о мысленных экспериментах Г.Галилея.

1. МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ – это воображаемый опыт с идеальными объектами, благодаря которому закладываются и проясняются основания некоторой теоретической концепции или устанавливаются её пределы [ 22 ].

Мысленный эксперимент основывается, вообще говоря, на очевидности того или иного положения вещей. Например, можно считать очевидным тот факт, что два равновеликих груза будут уравновешивать равноплечий рычаг. То есть мы можем мысленно вообразить, что весы в этом случае останутся в покое.

Примером более сложного мысленного эксперимента может служить знаменитый мысленный опыт Галилея с равномерно движущимся кораблём. Галилей гордился тем, что проводя мысленные эксперименты с падением тел и др., он с большой достоверностью устанавливал факты физической реальности “не проделав ни ста испытаний, ни даже одного” [ 22 ].

РАССМОТРИМ ЗНАМЕНИТЫЙ ОПЫТ ГАЛИЛЕЯ С КОРАБЛЁМ.

Галилей говорит. Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь бабочками, мухами и другими летающими насекомыми. Пусть будет у вас также большой сосуд с водой и плавающими в нём маленькими рыбками; подвесьте наверху ведёрко, из которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, поставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие насекомые с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд; и бросая какой-нибудь предмет, не придётся бросать его в одну сторону с большей силой, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и, если вы будете прыгать, отталкиваясь сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Прилежно наблюдайте всё это, хотя у вас не возникает никакого сомнения в том, что пока корабль стоит неподвижно, всё должно происходить именно так.

ЗАСТАВЬТЕ ТЕПЕРЬ КОРАБЛЬ ДВИГАТЬСЯ С ЛЮБОЙ СКОРОСТЬЮ РАВНОМЕРНО И БЕЗ КАЧКИ – во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно. Прыгая, вы переместитесь по полу на то же расстояние, что и раньше, и не будете делать больших прыжков в сторону кормы, чем в сторону носа, на том основании, что корабль быстро движется, хотя за то время, что вы будете в воздухе, пол под вами будет двигаться в сторону, противоположную вашему прыжку. Бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать её с большей силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем, когда ваше взаимное положение будет обратным. Капли, как и ранее будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадёт ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдёт некоторое расстояние. Рыбы в воде не с большим усилием будут плыть к передней, чем к задней стенке сосуда; настолько же проворно они бросятся к пище, положенной в какой угодно части сосуда.

Наконец, бабочки будут летать по-прежнему во всех направлениях, и никогда не случится того, чтобы они собрались у стенки, обращённой к корме, как если бы устали, следуя за быстрым движением корабля, от которого они были совершенно обособлены, держась долгое время в воздухе.

Если от капли зажжённого ладана образуется немного дыма, то видно будет, как он восходит вверх и держится на подобии облачка, двигаясь безразлично, в одну сторону не более, чем в другую. Причина СОГЛАСОВАННОСТИ ВСЕХ ЭТИХ ЯВЛЕНИЙ заключается в том, что движение корабля общё всем находящимся на нём предметам, также, как и воздуху.

Мысленный эксперимент с кораблём необычен по своей структуре. И это сказывается в самом стиле изложения. Галилей здесь ничего не изобретает. Им просто описаны явления, наблюдавшиеся и ранее бесчисленное множество раз.

Но, всматриваясь в общеизвестное, он видит то, что не было известно никому.

“Смотрите, говорит он, вот факт, знакомый каждому. Но этот факт, если взглянуть на него ”очами разума”, неопровержимо свидетельствует о том, как устроен мир в его основаниях“.

ТАКИМ ОБРАЗОМ: ЗАКОН ИНЕРЦИИ У ГАЛИЛЕЯ ПОЛУЧЕН МЫСЛЕННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТОМ.

Закон инерции гласит ТЕЛА СОХРАНЯЮТ ВЕЛИЧИНУ И НАПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТИ, КОГДА НА НИХ НЕ ДЕЙСТВУЕТ НИКАКИЕ СИЛЫ /ИЛИ ДЕЙСТВУЮТ УРАВНОВЕШЕННЫЕ СИЛЫ/.

Мысленный эксперимент может широко применяться в школьных исследованиях. Применение этого метода в школе целесообразно для изучения таких, например, процессов, как:

-равновесие тел на наклонной плоскости;

-действие жидкости в гидравлических машинах;

-процессах, действующих в законе сохранения энергии;

Применение мысленного эксперимента в школе помогает развивать мышление учеников., умение тщательно рассуждать.

Решите логическую задачу: требуется разлить пополам 8-литровое ведро воды, используя пустые бидоны 5-и и 3-х литров.

Растолкуйте выражение: “Люди знают что ХОРОШО, но делают что ПЛОХО” (Сократ).

Вопросы для закрепления материала.

1.В чём заключается ценность мысленного эксперимента для ученика?

2.Какой известный мысленный эксперимент провёл Галилей?

3.Что конкретное используется в мысленном эксперименте?