В предыдущей статье я в общих словах описал, как удобно работать с величинами в физической задаче вместо обычного "дано". В этой расскажу об особенностях работы с ситуацией, описанной в тексте задачи.
Я говорил о том, что ситуация в задаче изменяется со временем, протекает от своего логического начала к завершению. При этом важно учитывать, что текст задачи - это литературный Текст, и, как правило, он описывает ситуацию несколько шире, чем это требуется, как по временным рамкам, так и по пространственным. Даже если в задаче нет явного указания на то, что было до и что сталось после, любой человек, читая и понимая текст, рисует в голове картинку, додумывая несказанное.
Например, если говорится о камне, который летит сначала вверх, потом вниз, ребёнок может себе представить мальчика, который кинул этот камень, разбитое окно, в которое камень попал. И эти "пролог" и "эпилог" для него станут частью задачи. Запомним это.
Переменные величины.
При работе с величинами мы выделяли величины, не изменяющиеся со временем, и величины, значение которых меняется. И если с первыми всё понятно (одна величина - одно число), то вторые, переменные величины - уже гораздо сложнее. Взрослый физик понимает, что значение величины должно меняться плавно, пробегая бесконечное количество значений между любыми двумя моментами времени (квантование пока не рассматриваем). Это же должен научиться понимать ученик, только начавший изучать физику.
Стопкадры
Для этого представим, что на ситуацию мы смотрим в записи, которую в любой момент можем поставить на паузу. Надо предложить ребёнку выбрать один или несколько (по очереди) таких моментов, в которые он "нажмёт на паузу", и в этот момент выпишет все значения всех величин, которые знает. Можно даже повторить неизменные величины.
Ребёнок с большой долей вероятности в ситуации "камень брошен вертикально вверх" выберет момент до броска камня, когда его скорость равна нулю. Этот момент напрямую не относится к задаче, его даже нет в тексте (хотя вдумчивый читатель найдёт), но это тот самый "пролог", который является частью ситуации. Аналогично, у этой задачи есть "эпилог" - после касания камнем земли (тоже часто выбирается). Так вот тут надо прямо сказать - этот момент не берётся в рассмотрение, мы запускаем фильм ровно в тот момент, когда камень покинул руку бросающего. И лишние моменты просто исключаются.
В идеале, ребёнок должен осознать (обычно это отражается в возгласах удивления и разочарования), что таких стопкадров можно сделать сколько угодно, соответственно, наборов величин может быть очень много. Понятно, что надо ограничить его двумя-тремя стопкадрами, про которые есть информация в задаче. По какому принципу выбирать стопкадры в задачах, я объясню отдельно.
Формулы состояний и процессов
В рамках каждого одного стопкадра величины между собой связаны известными формулами. Я их условно называю формулами (уравнениями) состояния. К ним, например, относятся уравнение состояния идеального газа, законы движения и тому подобные. В задаче с камнем это будет закон x=xₒ+vₒt+½at² - он связывает текущее время и текущую координату.
Для каждого стопкадра нужно выписать все доступные формулы состояний. Их всегда не так много - по две три штуки в каждом разделе физики.
А вот между собой стопкадры связаны через неизменяющиеся величины и формулы процессов - так я условно называю формулы, в которые входят величины из двух последовательных состояний. Примером может служить первое начало термодинамики или определение ускорения. В этих формулах очень часто встречаются не сами величины из разных состояний, а дельта-величины (это тоже не официальное название) - величины, показывающие лишь изменение других величин. Про них я отдельную статью напишу, а пока удобно их дублировать разностью.
Для каждой пары состояний надо выписать все доступные формулы процессов. Их обычно ещё меньше получается - одна две.
К этим двум группам формул можно добавить все естественные связи между описанными величинами (вроде теоремы Пифагора) и формулы, не относящиеся напрямую к процессу, но содержащие выписанные величины. Часто этого не требуется, но держать такую возможность в уме требуется всегда.
*Для выписывания формул очень полезно иметь под рукой полный список всех фундаментальных формул (без следствий их всего 80 штук на всю школьную физику) с их названиями (фамилиями авторов). Тогда можно будет оформлять задачу словами "согласно Первому Закону Ньютона...", что и требуется на ЕГЭ.
Технически, это уже получилось полноценное, аргументированное решение задачи. Физика заканчивается, и начинается чистая математика - из почти всегда избыточной системы уравнений найти искомую величину.
В достаточно простых задачах (вроде егэшных) часто так бывает, что искомая величина вообще находится только с помощью формул и величин, относящихся к одному единственному состоянию, и рассматривать прочие - было "лишним". В кавычках, потому что рассматривать всё равно надо, чтобы это увидеть.
PS. Небольшое дополнение. Каждая физическая задача может иметь бесчисленное множество решений, поэтому вполне ожидаемо в комментариях встретить что-то типа "а не проще ли через закон сохранения энергии решать". Да, проще. Более того, закон сохранения энергии может быть одной из формул процессов, и тогда определения кинетической и потенциальной энергии - формулы состояний. В качестве примера такой вариант решения рассматривать не очень удобно, так как энергия является весьма сложной для понимания величиной.