Чому фізики ходять у ЕЕРЛ?

Павло Андрійович ВІКТОР, учитель фізики Рішельєвського ліцею
науковий керівник екологічної експедиції

Екологія – наука про живе. Здається, в екологічній експедиції ліцеїсту-фізику чи математику просто нічого робити. Але це лише на перший погляд. Адже і у біолога, і у фізика один об’єкт для вивчення – Природа у її нескінченому розмаїтті. Більше того, спостерігаючи за роботою одне одного, біолог і фізик значно розширюють свій науковий світогляд. Чимось це нагадує принцип стереоскопічного зору: щоб бачити світ не пласким, а об’ємним, треба дивитися на нього з двох різних точок.

Програма досліджень із фізичної тематики виявилася настільки широкою та різноманітною, що учасники експедиції за бажанням були розділені на 4 групи по 4-5 ліцеїстів у кожній. Пізніше, коли популярність експедиції значно виросла, кількість груп збільшилася до 5, а кількість дітей у них перевалила за десяток. У кожної групи, що працювала за визначеним напрямком, був свій науковий керівник – випускник ліцею цього чи минулого року. Пізніше у нього з’явився помічник-стажер, ліцеїст 11-го класу. Така організаційна структура виявилася доволі вдалою, так як забезпечувала високу оперативність збирання і систематизації отриманих даних. Окрім того, діти із великим задоволенням спілкувалися зі своїми старшими товаришами, які загартувалися у попередніх експедиціях і туристичних походах, свідомо і несвідомо багато чому навчались у них. А випускники, у свою чергу, натхненно несли тягар турбот «молодшого педагогічного складу».

За якими ж напрямками працювали ліцеїсти-фізики та математики?

1. Напрям МЕТЕОРОЛОГІЯ.

Цей напрямок невипадково стоїть першим у переліку. Справа в тому, що саме метеорологи (можливо, це моя суб’єктивна думка) були «носіями» духу експедиції, задавали певний настрій. Адже вони вели свою роботу цілодобово. Протягом усіх десяти днів експедиції о 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 і 24 годині, за будь-яких обставин (на стоянці, у русі, на привалі) вони прискіпливо вимірювали наступні величини:

1. Атмосферний тиск.
2. Напрямок і швидкість вітру.
3. Стан хмарності (якісно).
4. За наявності опадів – їх кількість у мм (за 3 години).
5. Температура сухого та вологого термометрів психрометру.
6. Відносна вологість.
7. Температура води у річці.
8. Рівень освітлення (удень).

Результати вимірів заносяться у заздалегідь підготовлені бланки (один на одну добу). Отримані таблиці потім використовувались для будови графіків змін атмосферного тиску, температури, відносної вологості, швидкості вітру, добового змінення рівня освітлення. На зборах експедиції метеорологи не лише повідомляли про зібрані результати, а, як і фізики, мали пояснити їх. Наприклад, чому після безхмарного ранку на небі з’являються хмари, які до вечора знову зникають? Чому вчора уранці роса була, а сьогодні її немає? Як могло статися так, що сьогодні увечері вологий термометр психрометру протягом півгодини показував більш високу температуру, ніж сухий? І, звичайно, виступ метеорологів закінчувався прогнозом погоди.

Варто сказати, що метеорологи працювали у тісному співтоваристві з іншими групами. Наприклад, виміри атмосферного тиску на верхівках і у підніжжя скель та пагорбів регулярно використовувалися для визначення їхньої висоти. Вивчення добового ходу освітлення становило інтерес і для робіт групи астрономів. І, звичайно, кого, як не метеоролога, чергові просили розбудити їх о 6 годині ранку для приготування сніданку?...

2. Напрям АСТРОНОМІЯ.

У завдання групи астрономів входило:

1. Щоденне спостереження і замальовування сонячних плям.
2. Вивчення рефракції світла в атмосфері за спостереженням заходу Сонця.
3. Спостереження за сузір’ями за допомогою мапи зоряного неба.
4. Вивчення метеорних потоків.
5. Спостереження за Місяцем та планетами в оптичну трубу.
6. Визначення географічної широти місцевості за полудневою висотою Сонця.
7. Визначення географічної довготи місцевості за моментом настання дійсного сонячного полудня.
8. На стоянці – визначення денного ходу освітлення (виміри кожні 30 хвилин) із побудовою графіків.

Робота астрономів завжди викликала підвищену зацікавленість оточуючих. Багатьом учасникам хотілося побачити обриси сузір’їв на безхмарному нічному небі, навчитися відрізняти зірки від планет, найти напрямок на північ за Полярною зіркою. Дехто був чимало здивований, коли дізнався, що «термінатор» – не лише назва популярного кінофільму, а й межа темної та освітленої частини Місяця.

Для спостереження за сонячними плямами за допомогою оптичної труби зображення Сонця виходило на екрані, куди накладався спеціальний шаблон, який дозволяв замальовувати плями завжди в однаковому масштабі і вивчати їхній розвиток та рух по сонячному диску щодня. Звичайно, діти були проінструктовані, що дивитися на Сонце через оптичну трубу незахищеним оком ні в якому разі неможна. Перевага спостереження на екрані – не лише можливість замальовувати плями, а й гуртом обговорювати їхні характеристики. За кількістю плям на Сонці щоденно вираховувалося число Вольфа, що характеризує сонячну активність, а вивчення добового руху плям по поверхні сонячного диску давало можливість розрахувати швидкість обертання найближчої до нас зірки (яка, до речі, різна на різних відстанях від сонячного екватору!).

Для визначення географічних координат місцевості за допомогою секстанту необхідно виміряти максимальну висоту Сонця над горизонтом і момент часу, коли наступає це явище (дійсний сонячний полудень). Це доволі просто зробити, перебуваючи у відкритому морі, де можна побачити лінію обрію. Але як бути, якщо ти знаходишся на березі Південного Бугу, що протікає в каньйоноподібній долині? На допомогу приходить метод, який описав ще Жуль Верн у романі «П’ятнадцятирічний капітан». За допомогою секстанту виміряється кутова відстань між Сонцем і його відображенням на спокійній поверхні води (ми наливали воду у казан та ховалися від вітру за наметом). Так як поверхня води чітко горизонтальна, то кутова висота Сонця дорівнює половині згаданої кутової відстані.

3. Напрям ГІДРОЛОГІЯ та ДОЗИМЕТРІЯ.

Тут проводилися такі дослідження:

1. Визначення ширини річки на місцях стоянки методом тріангуляції.
2. Визначення швидкості течії.
3. Моніторинг рівня води в річці.
4. Вимір прозорості води за допомогою диску Секкі.
5. Вивчення фізичних домішок у річній воді методом фільтрації.
6. Забір проб води з водоймищ в околицях стоянок.
7. Визначення вмісту солей у воді шляхом виміру її питомої електропровідності.
8. Вимір радіоактивного фону води, ґрунту, скельних порід.

Здавалося б, тригонометрія – нуднувата наука для тих, хто любить походи та експедиції. Але коли потрібно найти відстань до недоступного протилежного берега річки, а у твоєму розпорядженні лише мотузка (відомої довжини) і компас (а то і його немає), із задоволенням згадуєш про засвоєний на уроках математики матеріал. Розтягнув мотузку уздовж берегу, виміряв від кожного з її кінців кути між мотузкою і напрямком на який-небудь кущ на протилежному березі, ось і маємо трикутник, що заданий стороною і двома кутами. Залишається застосувати теорему синусів (а для прямокутного трикутника ще простіше). І це не єдиний спосіб, відомий нашим ліцеїстам.

Якось визначення ширини річки відбувалося під час великого полуденного перепочинку. Дітям було запропоновано перед вимірюванням оцінити приблизну відстань до того берегу. Недивлячись на втому після тяжкого переходу, вже через дві хвилини список імпровізованого конкурсу нараховував більше десятка прізвищ. Переможця, звичайно, очікував смачний приз із спеціальних фондів керівництва експедиції. Цікаво, що за оцінками всіх без винятку учасників ширина річки була в 1,4 – 2,5 рази менша, ніж за результатами вимірів.

Долина Південного Бугу, дослідженню якої було присвячено дві експедиції (2004 і 2008 років), становить великий інтерес і як об’єкт для вивчення природнього радіоактивного фону. Ліцеїсти на власні очі пересвідчилися, що деякі сорти граніту, на які багатий цей район, мають радіоактивність у 2-3 рази вищу за середню, що у лісі рівень фону, навпаки, помітно нижчий. Також усі відмітили, що сусідство місцевості з Південноукраїнською АЕС (маршрут пролягав усього у 2-3 км від неї) ніяк не позначилось на рівні радіоактивного фону.

4. Напрям ГЕОЛОГІЯ і ГЕОФІЗИКА.

У завдання геологів входило:

1. На кожній стоянці – опис основних характеристик ґрунту і навколишніх порід.
2. Побудова геологічних розрізів місцевості.
3. Збирання і опис зразків мінералів.
4. Визначення щільності мінералів та ґрунту.
5. Гранулометричний аналіз ґрунтів із побудовою гістограми розподілу часток за розміром.
6. Визначення характеристик ґрунтів (зокрема, pH).
7. Збирання і вивчення горіння болотяного газу.
8. Визначення індукції магнітного поля Землі і магнітного схилення (спільно з астрономами)

Вимірювання щільності ґрунтів проводилося методом гідростатичного зважування. Важливо, що учні засвоїли, що щільність ґрунту (як і будь-якого сипучого тіла) і щільність атомів, із яких він складається, має різне значення.

Для визначення лужної реакції ґрунтів їхні зразки промивалися водою, у яку потім занурювали індикаторний папірець.

Болотяний газ збирали у дволітрову пластикову пляшку з відрізаним дном, у пробці якої був зроблений отвір діаметром 3 мм. Отвір затикався пальцем, наповнена водою пляшка занурювалась у річку відрізаним дном униз, і добровольці бродили із пляшкою по мулистому дну доти, поки бульбашки болотяного газу, що піднімалися з-під ніг, не наповнювали пляшку повністю. Після цього, не виймаючи пляшку з води, до отвору у пробці підносили запалений сірник і швидко прибирали палець… Газ із шумом горів блідо-синім полум’ям під оплески численної публіки.

Напрямок ГЕОДЕЗІЯ.

Це наймолодший напрямок, що з’явився в експедиції з 2008 року. Геодезісти проводять такі роботи:

1. Нанесення маршруту експедиції на мапу, включаючи радіальні виходи.
2. Топографічна зйомка районів стоянок.
3. Ознайомлення всіх учасників експедиції із методами орієнтування на місцевості.
4. Навчання учасників ЕЕ системі умовних позначень на топографічних мапах.

Усе описане далеко не вичерпує тих численних питань, що задавали самі ліцеїсти, які задавали дітям їхні учителі, неважливо, фізики чи біологи. Ми навчали наших дітей і багато чому навчались у них. Відбувалося це само собою, без обдумування заздалегідь, за волею натхнення. Кожна мить незабутніх днів, які були проведені в екологічних експедиціях, чи це мальовнича долина Південного Бугу, розпечені піски Кінбурнської коси, зелені схили Карпат чи лісові рівнини Волині, - кожна мить щирого спілкування дітей одне з одним і з дорослими була щасливою миттю пізнання.