/
Автор: Макензен фон М.
Теги: физика естественные науки 7 класс 8 класс физические явления физические законы 6 класс
ISBN: 5-85251-018-1
Год: 1996
Текст
М. фон Макензен
Обучение физике
на основе
феноменологического
подхода
(6 —8-й классы)
Москва
^издательство
1996
Макензен фон М. Обучение физике на основе феноменологического
подхода: б—8-й классы./Перевод с нем. под ред. С.А.Ловяпша.—
М.: Парсифаль, 1996. — 352 с.
Вниманию читателя предлагается нетрадиционный подход к
построению курса физики для средней школы.' Вместо абстрактного и
математизированного рассмотрения природы, понятного обычно лишь
сообразительным ученикам, автор книги разрабатывает иной путь к
пониманию физики — через непосредственное переживание и
осмысление качеств физических явлений, что, безусловно, может быть
доступным как "естественникам", так и "гуманитариям". Неформальный
подход и внимательное, точное наблюдение природных феноменов
приводят читателя к вопросам, касающимся философии и теории
познания.
Книга содержит описание большого числа необычных и интересных
опытов.
Издание адресовано творчески работающим учителям,
педагогам-исследователям, ищущим новые подходы к обучению естественным наукам,
а также ученым-физикам, интересующимся теорией познания.
ISBN 5-85251-018-1 © Оформление,
оригинал-макет,
редакция, вступительные
статьи и приложения —
издательская группа:
С. Ловягин, А. Куцын,
В. Загводкин, 1996.
©Перевод —
«Парсифаль*
(Издательство Московского
Центра вальдорфской
педагогики), 1996.
f Зарубежный опыт — в помощь учителю J
Г Впервые на русском языке J
Klang, Helligkeit und Wärme
Elektrizität, Magnetismus, Elektromagnetismus, Mechanik
Hydraulik und Aeromechanik
Phänomenologischer Physikunterricht, entwickelt aus Praxis
und Theorie der Waldorfschule
Eine Beschreibung einführender Unterrichtsfolgen für die
Klassen 6 bis 8, welche Entwicklungen der Waidorfpädagogik
allgemein zugänglich machen möchte. Mit
Versuchsanleitungen und Geräteangaben.
- Kein Schülerbuch -
Berichtigte und ergänzte Neuautlage der letzten Ausgabe von 1987/1988
Manfred von Mackensen, Kassel 1992
Bestellanschrift: Bildungswerk, Brabanter Straße 43, 3500 Kassel
Zum Teil Ergebnis eines 1962 überwiegend von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft Bonn/Bad Godesberg geförderten Entwicklungsprojektes in
der Pädagogischen Fo/schungsslelle beim Bund der Freien Waldort-
sctiulen, Abt. Kassel. Verlegt vom Bildungswerk Beruf und
Umwelt e.V. an der treten WaWortschute Kassel.
Druck: Kooperative Dümau GmbH & Co
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Предлагаемая книга представляет собой первое в России издание, в
котором делается попытка взглянуть на обучение физике под совершенно
иным углом зрения. Автор этой книги Манфред фон Макензен
предлагает ввести в содержание учебного предмета то, что на протяжении
последних 30 с лишним лет педагогических инноваций в России никогда
всерьез не принималось, а именно природу. До сих пор шла речь лишь
о том, что в большей степени должно определять содержание учебного
предмета какой-либо из естественных наук — научный предмет (научное
знание о природе) или же закономерности детского развития? При этом
недостаточно анализировалась проблема нетождественности природы и
науки (знания о природе). Хотя сейчас дело доходит порой до
абсурда—в некоторых школах существуют так называемые «меловые курсы
физики», в которых дети с природными явлениями вообще не
соприкасаются. В этом же направлении могут развиваться и компьютерные курсы
физики.
Практически не рефлексируется оборотная сторона усиления
"теоретического" характера современных курсов физики для средней школы.
А именно: ранее обучение шло в основном от явления к законам и к
теории и далее к их опытному подтверждению. Сейчас же все более
усиливается тенденция скорее ввести теорию и дальнейшее
продвижение в материале строить, так сказать, "сверху", разрабатывая
теоретическую, абстрактную конструкцию и обращая внимание в явлениях лишь
на те стороны, которые подтверждают теорию. Многогранность и
сложность явления, трудность перехода от наблюдения к формулировке
закономерности и далее к созданию теории остаются нередко без внимания.
При этом получается, что в результате правомерной критики
эмпирического мышления приходят к другой крайности — абстрактному
знанию о природе, которое в наблюдениях практически не нуждается, так
как и без их помощи прекрасно можно представить, что будет в том или
ином случае. При этом достаточно лишь хорошо сформированного
теоретического мышления.
То, что развитие подобного уровня мышления является необходимостью,
вовсе не ставится здесь под сомнение, однако вопрос — в мере и в учете двух
принципиальных обстоятельств. Во-первых, возрастных возможностей
учащихся. Во-вторых, большого различия в уровне способностей детей в рамках
одного класса. Определение возраста, подходящего для развития
теоретического мышления, является, на наш взгляд, еще не достаточно исследованным
(например, не учитываются последствия раннего введения теоретических
5
знаний для дальнейшего развития эмоционалыю-цешюстной, мотивацион-
ной, творческой сфер личности). Что же касается широкого спектра
индивидуальных различий внутри одной возрастной группы детей, то здесь,
учитывая хотя бы принятое деление на "гуманитариев" и "естественников",
можно сказать, что курсы физики, построешше в основном на преоблада-
шш теоретического, матемапгческого содержашш, оказываются недоступнь^ш
и совершенно неинтересными для учащихся первого типа. Существующие
сейчас учебные пособия по физике (А.В.Перышкина и II.А.Родиной,
А.А.Пинского и В.Г.Разумовского, И.К.Кикоина и А.К.Кикоина, О.Ю.Ов-
чиниикова и др.), несмотря на многообразие, ориентированы прежде всего
на второй тип учащихся.
Нам кажется, что в этой книге делается попытка создать некоторый
базовый курс физики, который мог бы удовлетворить потребность в
минимально необходимом для культурного развития каждого человека уровне
физического образования. С другой стороны, предлагаемый М.фон Ма-
кеизеном феноменологический метод познания природных явлений
способствует развитию у учащихся наряду с логическим, абстрактным
мышлением еще и иного, продуктивного типа мышления, о
необходимости которого много говорится во Введении к этой книге.
Автор книги обращается прежде всего к вальдорфским учителям, и
потому следует предпослать ее чтению краткое разъяснение таких
понятий, как «классный учитель», «эпоха», а также того, какова методика
обучения физике в вальдорфской школе. В принятой на Западе традиции
первые 7 —8 лет с классом работает классный учитель, который
ежедневно дает первый урок, который длится от полутора до двух часов и носит
название «главного урока». В это время дети изучают основные
общеобразовательные предметы (родной язык, математику, историю, географию,
биологию, физику, химию, литературу). Причем изучение одного
предмета происходит эпохами — 3 — 5 недель ежедневных занятий одной из
названных дисциплин (своеобразное «погружение» в материал). При этом
понятно, что классный учитель не может быть специалистом во всех
областях сразу, его универсальная специальность — знание закономерностей
развития ребенка и методик обучения различному содержанию в
различном возрасте. Не менее важной является и воспитательная задача классного
учителя, его многолетнее знание конкретного класса и каждого ребенка в
отдельности. Лишь после указанных лет работы классного учителя
сменяют специалисты-предметники. Материал книги охватывает период с
6-го по 8-й класс. Это означает, что он адресован также и учителю-
неспециалисту. Отсюда — встречающаяся порой пространность некоторых
описаний и разъяснений. Дополнительной помощью при подготовке к
эпохе физики может служить список литературы на русском языке,
указанный в конце книги.
6
Особо хочется отметить трудность перевода этой книги. Дело в том,
что автор зачастую довольно сложным образом формулирует свои
мысли. Второй аспект этой трудности состоит в том, что М. фон Макснзсн
стремится сформулировать новые понятия, не являющиеся принятыми в
науке. Необходимость этого обосновывается им во Введении. При переводе
этих понятий на русский язык, стремясь к точности, переводчики и
редактор вынуждены были иногда подбирать трудиовоспринпмаемые русским
читателем аналоги немецких новообразований. Учителю предстоит
самостоятельно решить — пойти ли ему по предлагаемому автором пути (в
этом случае следует самостоятельно подыскать более подходящие для
детей слова). Нам же кажется, что, учитывая необходимость
дальнейшего соприкосновения с миром научной культуры и общепринятых научных
терминов, было бы правильнее пользоваться общепринятой терминологией,
внося в нее новые аспекты содержания, связанные с методом
феноменологического изучения природы.
В заключение хочется выразить благодарность переводчикам этой книги.
Введение переведено Е. Рязановой, 6-й и 7-й классы —И. Муроиен и
И. Чистюхиной, 8-й класс —В. Яковлевым.
Особую благодарность редактор приносит В. Жукову и А. Куцыну за
большую помощь в подготовке этой книги.
Редактор
7
МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
(из опыта работы)
Изложим кратко методику обучения физике в 6—8-м классах валь-
дорфской школы. Сперва дети наблюдают какое-либо природное явление
или же опыт без того, чтобы учитель предпосылал этому некоторую
физическую модель или же теорию, определяющую весь ход восприятия
феномена. За один урок может быть продемонстрировано либо одно
сложное явление, либо 2 — 3 однородных, представляющих собой вариации
одного и того же явления (например, расширение 3 различных тел или 2
различных опыта по преломлению света).
Затем внимание учеников отвлекается от наблюдавшегося, и ход
явления подробно словесно описывается детьми. Они должны сделать
эмпирическое описание, то есть облечь в слова показания своих чувств.
Учитель следит при этом, чтобы ни одна существенная деталь не
ускользнула из этого описания. Если на первом этапе дети были полностью
поглощены наблюдением, то, описывая, они начинают осознавать то, что
было только что пережито и прочувствовано ими.
Организуя детские высказывания, учитель стремится к достижению
максимально возможных точности и подробности итогового описания,
сопоставляя замечания отдельных детей. При этом он не стремится
достичь того, чтобы все элементы описания укладывались в какую либо
теоретическую схему, модель. Наоборот, если возникает
преждевременное для этого этапа теоретизирование или даже выдвижение гипотез,
учитель должен вернуть детей к воспоминанию, выясняя, следует ли
данное гипотетическое суждение непосредственно из опыта, или же к данным
опыта примешивается что-то дополнительное. Именно в этот момент
начинается работа над развитием причинно-следственного,
логического мыгиления детей.
Демонстрация явления и его описание происходят в конце урока. После
этого урок заканчивается. Опытный учитель может, отпуская класс,
сформулировать вопрос, относящийся к наблюдавшемуся явлению, ответ на
который он желал бы получить не сегодня, а именно на следующий день.
Хотя в любом классе достаточно сообразительных детей, которые готовы
ответить сразу, у их одноклассников тоже должен быть шанс
самостоятельно поразмыслить над поставленным вопросом, а значит, немного
развить свою собственную способность мыслить.
После этого урока детей ожидает еще достаточное количество других
занятий, но, придя домой и выполняя ежедневное домашнее задание, они
вновь вспоминают ход урока, так как зарисовывают и записывают весь ход
8
явления; разумнее всего дать им возможность начать эту работу в конце
урока в своих тетрадях-учебниках. (В вальдорфской школе трудно
использовать обычные учебники, так как в них эмпирическое и теоретическое
знание настолько сильно переплетаются, что учащемуся, по крайней мере
б —9-го классов, не под силу самостоятельно различить, где кончается
явление и начинается его теоретическое или же модельное представление.
Поэтому основным учебным пособием у детей являются их собственные
тетради, в которые наряду с описаниями и рисунками вписываются все
необходимые обобщения, а также необходимые исторические,
биографические, числовые сведения и, конечно же, вычисления и задачи, в которых
обнаруженная самими детьми закономерность применяется к различным
ситуациям, усваивается и закрепляется в памяти.)
На следующий после вводной части день кратко вспоминается
вчерашнее явление. То, что одно явление вспоминается 3 раза, не является
навевающим скуку однообразным действием. Первый раз дети
вспоминают сообща — один дополняет другого. Второй раз эта работа от начала до
конца проделывается самостоятельно. На другой день, когда описание
звучит еще раз, можно уже по выступлениям учащихся заметить
изменившееся отношение к явлению. Описания становятся краткими и
обобщенными, сквозь них как бы сама собой начинает Просвечивать
закономерность.
При этом можно попросить кого-то из детей устно рассказать о явлении.
Можно прочитать несколько описаний, обращая внимание только на
существенное (например, пропуск описания исходного, конечного
состояния или же какой-либо части процесса). Отсутствующее следует
восполнить, чтобы записи в тетрадях не были фрагментарны. Затем учитель
напоминает свой вопрос, хотя иногда учащиеся начинают отвечать на
него уже при описаниях. Теперь начинается самый важный этап для
развития логического мышления детей. Он требует от учителя
максимального напряжения внимания, точного запоминания формулировок (их
можно фиксировать на доске), большой четкости и умения последовательно
выстраивать весь ход обсуждения.
Здесь происходит углубление в явления, поиск закономерных связей.
Эти связи (законы) идеальны по содержанию. Их может зафиксировать
только мышление. Чувства не могут проникнуть в эту область, так как
они обращены на предметный мир.
Вместе с тем для вальдорфской методики обучения физике в этом
возрасте принципиально важно оставаться в пределах изучаемого феномена.
Закономерности выводятся из опыта, то есть носят эмпирический
характер. В качестве примера эмпирических закономерностей назовем законы
рычага Архимеда, отражения света и им подобные, составляющие
основную часть курса физики до 9-го класса включительно. Типичными
примерами теоретических закономерностей являются: молекулярно-ки-
9
нетическое представление о давлении, температуре; волновое объяснение
интерференции света; картина электрического тока в металлах,
основывающаяся на электронно-ионной модели. Источником последних (см.
Введение к данной книге) является не действительность предметного мира,
а некоторые априорные идеальные конструкции нашего мышления.
После того как эмпирические законы обнаружены и
сформулированы, они записываются в тетрадь под диктовку учителя (или же с доски).
Принципиально важным является тот факт, что эти закономерности не
сообщаются ребенку в готовом виде, а самостоятельно
обнаруживаются детьми в обсуждении на уроке. Роль учителя состоит в том, чтобы
должным образом помогать и организовывать это обсуждение, которое
в некоторых случаях может принимать форму диалога между самими
детьми.
После этой работы, которая носит очень интенсивный характер, — так
как дети должны быть предельно внимательны к общему ходу
рассуждений и, не перебивая, выслушивать своих товарищей, — требуется
обязательная смена деятельности. Что здесь будет предложено классу,
зависит от учителя и его конкретных планов. Это может быть рассказ,
связанный с историей исследования данного явления, его дальнейшего
использования в технике или с биографией ученых, конструкторов. Или
же учитель сообщает дополнительную информацию (например,
конкретные величины скорости звука в различных средах; коэффициентов
линейного расширения и т.д.). Потом можно записать существенные
данные в тетрадь и решить задачи качественного или же количественного
характера. И лишь после этой работы можно перейти к новым явлениям.
Хорошо также, если на уроке (может быть, перед началом представления
домашних заданий) будет найдено время для ежедневного повторения
прошлого материала.
Итак, подводя итоги, можно коротко представить следующие 3 шага в
методике обучения (эти три шага были предложены уже в 1921 году; см.:
Штокмаиср К.ДИтейиер Р. Материалы к учебным программам вальдорф-
ских школ. - М., 1995 - с. 248-250):
I. Наблюдение явлений.
И. Воспоминание и словесное описание.
III. Вывод закономерностей.
Конкретное наполнение каждого шага и различные формы-работы на
уроке, изложенные выше, являются результатом собственной
исследовательской и практической работы автора этой статьи на протяжении трех
лет обучения физике в вальдорфской школе.
С.А. Ловягип,
кандидат педагогических наук,
учитель физики Московской
Свободной вальдорфской школы.
ю
ВВЕДЕНИЕ
I. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ
Если в предлагаемом читателю материале и делается попытка на
примере одного конкретного предмета, а именно физики, представить методику
преподавания, а также построение всего учебного плана вальдорфской
школы, то автор осознает, что для стороннего читателя, не знакомого с
вальдорфской педагогикой в ее целом, знакомство с положениями,
касающимися одного предмета, вряд ли позволит получить верное представление
об этом целом. Но отдельное, частное можно понять и правильно
использовать на практике только на основе понимания целого.
Поэтому изложенное здесь может быть только указанием на это целое,
которое поначалу должно будет остаться открытым. Но одновременно
оно как таковое может дать импульс для педагогической практики и для
учителей, далеких от вальдорфской педагогики. Представленный в этой
работе материал может быть применим в самых разных аспектах,
например в нем можно будет найти малоизвестные физические опыты.
Несмотря на упомянутую фундаментальную трудность, мы хотим
предпослать несколько общих положений, касающихся подхода вальдорфских
школ к преподаванию вообще и естественнонаучных дисциплин в частности.
Это необходимо сделать — насколько это возможно в рамках Введения —
по той причине, что эти общие положения по теории науки, психологии
развития и социальные аспекты составляют для автора и его коллег основу
всей разработки. Эта вводная часть не может рассматриваться как
основательное введение в вальдорфскую педагогику. В нем невозможно полноценно
раскрыть научные основы метода. Однако необходимо хотя бы наметить те
принципы, то понимание предмета, которое вдохновляло автора, осветить
их в контексте современных работ по теории науки, дидактической
литературы по предмету, работ культурно-критического характера. Ясно должны
быть выявлены условия возникновения нашей работы. Только благодаря
этому читатель сможет выработать свою позицию и извлечь полезное для
себя, как раз в том случае, если что-то не кажется ему убедительным.
Кто знакомится с предметом впервые, кого не интересуют теоретико-
научные и учебно-психологические аспекты — а таких читателей может
быть большинство, — тот может обратиться к заключительной части
Введения — "К учителю", где многие теоретические положения обобщаются в
форме, приближенной к практике. После этого пусть он прочтет разные
феноменологически-физические предложения для уроков из
соответствующих глав книги. Таким образом он познакомится с необходимыми примерами
и сможет после этого обратиться также и к этому Введению.
и
II. ШКОЛА, ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ НАУКА, КУЛЬТУРА
Вести детей и подростков в работе и учении, в школе и дома становится,
в сущности, все труднее и труднее. Воспитание ускользает из рук нашего
поколения, хотя о нем никогда не писали так много научных работ, как в
наше время! Разработанные всеобъемлющие реформы, огромные
финансовые издержки в школах, активная работа управленческих органов не смогли
помочь ситуации в целом. Очевидно, что аналитически-научный,
технократический и юридический образ мыслей не в состоянии подойти к
переменчивому существу человека. Силы человека, образующие его
духовно, позволяющие ему душевно жить и расти, относятся, очевидно, к сфере,
весьма удаленной от рассудочных понятий современной науки. Начали
говорить о необходимом "повороте" науки, о воспитании перед лицом
"бесперспективности технократически ориентированной науки о воспитании,
которая пытается строить практику преподавания и обучения на основе
инвентаря общеприменимых точных методов эмпирической науки".
Причина, почему невозможно реформировать школу технократическими
методами, по мнению Зилкенбоймера, в том, "что первая фаза реформ
была недостаточно педагогической, слишком удалялась от ребенка в
направлении к абстрактно-научным критериям... На фоне всевозрастающей
структурно обусловленной безработицы принцип конкуренции и отбора
сдвигается сверху вниз, из сферы высшей школы в среднюю и начальную.
И эта функция отбора, которую взяла на себя школа, усиливает процесс
обеднения в отношени социального опыта, эмоциональных связей,
аффективных возможностей обучения, которому подвергаются дети. За открытием
возможных шансов при обучении в раннем возрасте последовали
педагогические программы, ориентированные на результат, распланированные по
минутам уроки (запланированное заранее поведение учителя, ожидаемое
поведение учеников), высокие требования к содержанию преподавания
благодаря введению научных дисциплин. С болью мы констатируем
сегодня разъединение, отчуждение людей как следствие такого подхода"
(ЗИЛЬКЕНБОЙМЕР, 1981). Позволим себе несколько дальше
проследить это противостояние темного жизненного мира, с одной стороны, и
определенного мира науки — с другой, — но оставаясь при этом ближе к
жизненному миру, то есть без строгих научных дефиниций, как бы
вглядываясь в глубину человеческой действительности.
Чтобы увидеть, каким образом пронизывают собой всё эти два
принципа — принцип жизненного мира и принцип мира науки, — можно
обратиться к одной из последних больших работ Эриха ФРОММА —
"Иметь или быть" (1976). Его понятие "иметь" можно охарактеризовать
в соответствии с открытым образом мыслей моего Введения, и те строки,
которые сейчас перед глазами читателя, как раз особенно
показательны: "Человеку, для которого "иметь" стало главной формой его отношения
12
к миру, внушают ужас мысли, которые не могут быть легко записаны и
удержаны в памяти, — как и все, что растет, изменяется и ускользает из-
под контроля". (ФРОММ, 1976). Показав, каким образом идеология
фиксации и обладания порождает современный кризис, Фромм
описывает "маркетинговый характер" — характер человека, превращающего самого
себя в товар, присягнувшего на верность количественной стороне жизни,
человека, отчужденного от всего на свете, в том числе и от самого себя.
"За фасадом агностицизма или христианства скрывается некая глубоко
языческая религия. При первом взгляде больше всего бросается в глаза,
что человек сам себя сделал богом, что в моменты своего величайшего
бессилия он воображает, что стал всесилен благодаря своему научному и
техническому прогрессу" (ФРОММ, 1976а). Даже при самом
сдержанном отношении к педагогическим рекомендациям Фромма мы можем
принять его наблюдения и обобщения, чтобы еще раз заметить, что речь
идет о существовании человека в его целостности — то есть обо всем.
Также и воспитание — независимо от того, рефлектирует оно над этим
или нет — находится в поле напряжения между полюсами "иметь" или
"быть"; или — как это сформулировал Шумахер — между проблемами
конвергирующими, которые могут быть "улажены" в отсутствие жизни,
сознания и саморефлексии, и проблемами дивергирующими, для
которых — как, например, для методов воспитания — никогда не может быть
выдвинута "правильная формула" (ШУМАХЕР, 1979). Проблема
преодоления миров науки, необходимость развивать их в интересах свободы
сознания, но и ограничивать, дабы еще могли дышать жизненный мир,
социальный мир, окружающая человека среда — вот, пожалуй, наиболее
глубокая, наиболее глобальная проблема нашего времени. Если
рассматривать ее, не выходя за пределы мира науки, это приведет к научной
теории. Тут существуют многочисленные и разнообразные подходы,
которые до сих пор были малопродуктивны; наше отношение к ним мы
должны здесь показать. Если подходить к ней в рамках мышления
жизненного мира, это поведет к гетеанизму, к богатой идеями феноменологии.
Подходя же просто с позиций жизненного мира, мы пришли бы к
мифологии.
III. МЕСТО В НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОМ
ЛАНДШАФТЕ
1. Аспектный характер
Как раз в последнее время в специальной дидактической литературе
было много написано по теории науки. Конечно, при этом в научной и
13
учебной литературе чаще встречаются ориентации скорее позитивистского
или эмпирического толка, чуждые всякой философской рефлексии, —
повторяя друг друга, они звучат в унисон, будто все и так ясно. Но там,
где работа выходит на достаточно высокий уровень, подобная
самоуверенность пропорциональным образом убывает. Здесь честно и
добросовестно противопоставляются и дискутируются тезисы различных
направлений (БАУМГАРТ, 1982). Ибо, "то, чего научное исследование
достигает в наиболее благоприятном случае, не сводится к простому
отражению действительности. Теория науки показала, что исследователь
должен проникать в эту действительность не только со своими
экспериментами и измерительными приборами, но и другим способом —
более деликатным, и вместе с тем более эффективным: со всем своим
теоретическим и ментальным оснащением, точнее, со своими понятиями,
с постановкой проблем, со своими дефинициями и гипотезами" — это
только некоторые из новейших высказываний (ВИЛАНД, 1981). Так
почему же в теории науки не должно проявиться то, что проявилось во
всей истории естествознания: что "его результаты не являются совершенно
объективными и не возникают чисто логически; но в их возникновении
большую роль играют субъективные, исторические и спекулятивно-
творческие элементы" (НИДДЕРЕР, 1982).
"Но это точное значение соответствует только фрагменту, срезу
действительности, заданному заранее предпосылками и редукциями
соответствующей науки. Конечно, строгие естественные науки стремятся
к точному знанию. Но только математическая обработка является
абсолютно точной. Со стороны математики приходят определенность,
однозначность, окончательная истинность. Со стороны же восприятия
постоянно проникает до-рациональное качество переживания. Но
естествознание отбрасывает его. Таким образом, естествознание адекватно миру
только в его количественных аспектах, а не в плане всего богатства
действительности, которая открывается человеку прежде всякой редукции.
Точное естествознание рассматривает мир только с одной стороны.
Этот известный философский факт называют обычно аспектным
характером естественнонаучного познания. К классической физике он также
имеет прямое отношение.
Ныне же, в XX веке, обнаружилось и нечто новое. А именно уже в
рамках развития самой физики результаты строгих исследований показали, что
она и внутри себя самой не давала однозначной истины и даже никогда не
могла ее дать. Так, в Копенгагене устами Гейзенберга теория квантов была
истолкована следующим образом: "[...] действительность оказывается
различной в зависимости от того, наблюдаем мы ее или нет [...]; и мы должны
вспомнить о том, что то, что мы наблюдаем, — это не сама природа, а
природа, которой предпослана наша постановка вопроса". Тот, кто не может
признать это "несовершенное знание", впадает в материалистическую онто-
14
логию, подобно физикам на службе у большевизма..." (ГЕЙЗЕНБЕРГ, 1959;
далее см. также: фон ВАЙЦЗЕКЕР, 1971).
В соответствии с этим существует и множество рассмотрений более
или менее точно очерченных типов проявления природы. Эта картина,
однако, становится еще более многообразной благодаря человеку. С
уверенностью можно рассматривать как один из достаточно изученных
факторов возрастания плюрализма так называемое предваряющее
понимание ученого. "Предваряющее понимание, в свою очередь, только в
незначительной своей части оказывается случайным, а в большей части
обусловлено ситуацией жизненного мира субъекта с его
общественно-историческими и индивидуальными компонентами". Оно "соответствует
парадигме научного сообщества (по Т.С.Куну). Как и предваряющее
понимание, парадигма включает в себя выбор проблем, принятые на веру
положения и ценности, законы и теории, типичные методы, примеры и
пути их применения" (БАУМГАРТ, 1982а).
Обратив взгляд на самих себя, мы обязательно поймем, что предметное
здание конвенционального научного переживания совершенно
невозможно помыслить как мир вещей в себе — оно несет на себе печать
продуктивного духа и всесторонне зависит от него.
2. Претензия быть единственным представителем...
Если смотреть в целом, может показаться, что претензия быть
единственным представителем в вопросах осмысления явлений природы и не
выдвигается со стороны теорий и методов, господствующих в известных
областях научного знания (в дальнейшем для краткости именуемых просто
теориями); во всяком случае, она не выражена эксплицитно. Тем не менее
фактически этот принцип проводится, — если не сказать больше, —
защищается. Проводится он в рамках уже упоминавшихся, ставших обычными
наивно-эмпирических или позитивистских научных и школьных
учреждений. Представленный в сильно ослабленной и глубоко отрефлектированион
форме, возведенный на уровень высокопоучительной научно-методической
идеи, этот принцип все еще звучит и в выдающихся
предметно-дидактических дискуссиях, как, например, у Вальтера Юнга. Попробуем на примере
его работ проследить эту склонность выступать единственным
представителем — не потому, чтобы они особенно взывали к такому рассмотрению, но
потому, что, с одной стороны, в них мы имеем дело с авторитетными
исследованиями. С другой же стороны, благодаря своему своеобразному богатству
они одновременно близки к нашему подходу и несут в себе как раз
желательные для нас предварительные разъяснения.
В том, что мы обозначили выше как теории, Юнг тоже видит черты
необъективности и исторической ограниченности. Однако в ядре своем
15
большинство теорий несут, по его мнению, то, что относится к преднахо-
димой данности, к миру объективных вещей. Ибо то, "что существует
достоверно, — это явно обозначенный путь редукции к свидетельствам
восприятия"; поскольку "феномены имеют свой независимый от теории
аспект, образующий базис для формирования различных теорий" (ЮНГ,
1982). Это значит, феномены имеют такую сторону, которая независима
от способа постижения, это — объективный мир, предваряющий наше
осмысление. Таким образом, должна существовать некоторая базовая
совокупность повседневных феноменов, принципиально доступная для
всех людей и одинаковая в главных чертах, — совокупность восприятий
жизненного мира. Она существует прежде научного подхода и
обработки. Многое из того, что обычно понимается как феномен, возникает , как
считает Юнг, на основе теоретического взгляда и действия — как,
например, измерение. Однако основная масса таковых является невосприимчивой
к теории, то есть не изменяется в зависимости от теории — на этом-то и
основывается данное воззрение об "отступлении к свидетельствам" (ЮНГ,
1982а)
Открытие некоторого "базиса из феноменов повседневного мира[...] и
их преобладающей инвариантности"(ЮНГ, 1982b) представляется
закладкой прочного фундамента ко всем вопросам теории познания.
Таким образом, задача естествознания должна была бы состоять в том,
чтобы воспроизвести по возможности точную картину этого слоя и
представить его обозримым и упорядоченным. Даже если при этом сыграют
свою роль субъективные предрассудки и ограниченные парадигмы в духе
времени, тем не менее созданная этим путем картина — сегодня таковой
считается, очевидно, современное естествознание — могла бы иметь
следующие преимущества:
— путь от теории к феномену однозначен и идет через принципиально
доступные понятия рассудка; это потому, что только предметная сторона
в явлениях подвергается причинно-аналитической обработке в
количественных категориях. Целое доступно пониманию',
— именно благодаря привнесению смелой индивидуальной интуиции,
перешагивающей через простую инвентаризацию и парализующую
индукцию, возникают теории исключительной широты и высочайшего уровня.
Они открывают человеческому интеллекту неограниченные возможности
деятельности и обучения. Целое одухотворенно;
— применение этих теорий к использованию природы порождает
технику, эффективность которой не оставляет желать лучшего. Эта наука
полезна.
Пускай естествознание в такой форме не может и не стремится
выступать во всем объеме своих теорий как объективная, всеобщая истина, —
оно все-таки дает то, что, по мнению многих, и должна давать наука
человеку имеющимися у нее средствами. Она охватывает, обволакивает
16
действительность в своих все более совершенных эскизах. И вообще,
непонятно, как, исходя из используемого базиса феноменов, можно было
бы сделать что-то другое — понятное, полезное и духовное! Такая
естественная наука, конечно, не является единственно возможной, но она все
же является наилучшим из того, что может быть. И потому она снискала
бы себе всеобщее признание и поддержку.
3. Восприятие — источник без оформления
Мы изложили это так подробно только потому, что хотим показать,
в чем заключается наше начинание. Поэтому должно быть
позволительным высказывать относительно прямые возражения. Исходным пунктом
всякого знания и мышления является восприятие при помощи органов
чувств человеческого тела. Однако что-то сказать о восприятии можно
лишь тогда, когда через него переступают. Нельзя поставить вопрос к
нему, исходя только из него самого. Будучи лишь изолированным
восприятием, оно никогда не несет в себе возможностей описания. Если бы
кто-то сказал, что восприятие существует sui generis (как причина
самого себя), это уже было бы насильственным выходом за пределы того,
что наступает для нас как переживание восприятия: ибо это было бы не
восприятием, а высказыванием. Уже само вычленение отдельных
восприятий, равно как и поиск некоторых обобщающих высказываний
относительно восприятий (о всех восприятиях), представляет собой
выход за его пределы. Даже когда на восприятие указывают точно
подобранными словами, индивидуально, локализованно,
одномоментно — это уже суждение, которое не остается в области одного только
восприятия. Восприятие — это такое отношение человека и мира,
которое лежит глубже, чем сами эти понятия; это такое отношение, которое
предшествует им. Это, разумеется, невозможно доказать, ибо
доказательство задействует как раз способность оперировать понятиями, выходя
тем самым за рамки чистого восприятия. Чистое восприятие можно
сначала только иметь, причем лишь тогда, когда происходит полный отказ
от способности оперировать представлениями и понятиями. Более точно
об этом написано в теоретико-познавательных работах Р.Штейнера
(1918). Единственно чистое восприятие существует "в себе" — но о нем
нельзя ничего сказать! Действительность наступления его в
человеческой душе — в ней и для нее — есть уже, собственно, нечто святое. А
все, что будет сказано содержательного, является в противоположность
этому человеческим продуктом, является некоторым проектом (теорией),
который обусловлен предваряющим пониманием и жизненным миром.
Конечно, это весьма жесткая констатация — что источником всякого
знания является нечто (чистое восприятие), о котором нельзя сказать
17
что-либо без того, чтобы что-то не примешивалось к нему*. Это
воззрение, однако, не ново. Всесторонне обосновывая, его высказывает также
Хюбнер. Какими бы отчаянными и рафинированными ни были попытки
раскопать под богатым зданием плюрализма теорий возросшую скалу
прочного, истинного в себе содержания — такого, как факт, феномен,
объект, — "в действительности им до сих пор удалось доказать только
то, что можно лишь логически безупречно говорить об истине и
правдоподобии, но не более того. [...]И6о факты есть нечто, возникающее из
восприятия и исторически обусловленных априоризмов (ХЮБНЕР, 1979).
То, что высказывается, всегда означает уже "истолкованную истину".
4. Мышление оживает в восприятии
Нас могут упрекнуть: ведь в таком случае все теории создавались бы
произвольно; последние же, напротив, если только они создавались
упорядоченно, соответствуют миру, поскольку они могут быть исполь-
* Термин "чистое восприятие" предложен Рудольфом Штейнером в работе
"Философия свободы" в 1894 году. Он был сохранен им вплоть до последнего
издания. Чистое восприятие можно описать также следующим образом:
представляемый нами так называемый действительный мир в сущности выступает
как деятельность нашего духа; это есть понятый (схваченный) мир. Непостиг-
нутый мир не может выступить в понимании (представлении, описании,
определении). Мы знаем, однако, что этот мир существует: что деятельность
нашего духа в каждом чувственном-постижении связана с деятельностью
некоторого мира. Если деятельность этого мира пытаются обнаружить раньше
собственной духовной деятельности, то к ней устремляются в отсутствие
всяческих понятий и — приходят к отсутствию того, что является своим,
собственным; объяснять что бы то ни было становится некому. Если же
чистое восприятие, напротив, пытаются обнаружить после духовной деятельности
(мыслящего постижения мира), то сначала черты уже постигнутого бытия
приписывают бытию в себе, проецируя их на все. Только когда становится
ясно, что понимание, соучаствующее в восприятии, есть деятельность
собственного духа, которую можно отделить от воспринимаемого, — лишь тогда
посредством этого возросшего духовного напряжения бытийственное качество
восприятия яснее проступает в сознании. Тогда оно предстает как нечто
"святое". Почему?
Ведь как священное выступает все то, что трансцеидирует, выходит за
рамки интеллектуального понимания, вещей — последнее же тем самым
является профанным, предметно-посюсторонним. Святое соединяет
внешневещественную (предметно-моментальную) действительность с
принципиально внутренними существенными побуждениями человека. Оно обращается —
если его вообще признают в качестве такового — к в сверхтварной, моральной
природе человека, выступая при этом не как образовательный багаж, но как
индивидуальный импульс. Святое ведет от рассудка к ощущению и далее вниз,
18
зованы в технике. На это следует возразить: понятие и теория
действительно привносятся в восприятие посредством человеческого усилия,
однако они, несомненно, раскрываются также и как нечто,
принадлежащее самому миру, — когда это усилие уже совершилось. Они, как следует
из познания, представляют собой иную, не раскрывающуюся в
восприятии сторону мира. В мышлении человек имеет как бы тип органа,
соответствующего этой стороне. Только деятельность его в данном
случае такова, что направляется на чувственное восприятие, а не на мир
мыслей. Этот орган неограниченно продуктивен; мысли о чем бы то ни
было неисчерпаемы. В конкретном рассмотрении этой деятельности
мышления не обнаруживается оснований для предположения, что
первые же приложимые так или иначе мысли по поводу любых восприятий
окончательно выявили мысленную сторону сферы восприятия —
привели ее к обнаружению в мышлении.
Приведенное выше воззрение относительно существования некоторой
базовой массы инвариантных феноменов является результатом далеко идущего
мыслендого пути, проделать который автор и приглашает читателя. На
кате воле: по не в личный произвол и самореализацию, нет, — оно соприкасается с
тем Всеобщим, присутствие которого ощущаешь даже внутри собственного
существа. Теперь можно спросить, где именно обнаруживается это Всеобщее в
"чистом восприятии". Что оно? Пылинка на некотором — крохотном по
сравнению с целостностью бытия — предмете? Нечто обособленное на периферии
бытия?Посредством мышления происходит перевоплощение этой пылинки в целое:
по именно это и следует отбросить! Решение заключается в возможности
обдумывать и переживать то, каким образом эта характеристика восприятия,
как пылинки, вырастает из интеллектуальной инвентаризации бытия и —
рушится вместе с ней. Таким образом, представляется возможным, чтобы в том,
что рассудком должно определяться как обособление, найти тем не менее
первичное соприкосновение со Всеобщим — за пределами деятельности рассудка; во
всяком случае, только тогда, когда действительно пытаются отыскать
описанные подходы к некоторому не-интеллектуалъиому слою бытия в себе самом.
Тем самым, конечно, еще не доказано, что это самое чистое восприятие
существует. Следует только указать на то, что там лежит нечто, перед лицом
чего не следует ограничивать переживание человека определенными теоретико-
познавательными положениями, поскольку ему общение с этим нечто позволит
выстроить свое отношение к миру и тем самым к самому себе на основании
более индивидуальных сил.
Со времен Декарта паука всегда расчленяла мир на предметы и извне
создавала механистические системы для того, чтобы овладеть ими. Сегодня все
переворачивается другой стороной: как можно мыслить научно и тем не менее
оставаться внутри. Целью является не власть логической системы, но та
бережность, которую обеспечивают научные размышления первоначальному,
исходному переживанию. С одной стороны, мыслить широко, но при этом не
терзать переживание, не расчленять мир — вот признак нового качества, вот
что стало единственным масштабом будущего.
19
кой бы феномен ни было указано, в него приходится вплетать деятельность
мышления; конкретно: он должен выделить и отграничить переживания
восприятия, обозначить их и частично вновь воссоединить, чтобы вообще стало
возможным указывать на нечто, подобное этим феноменам. Поэтому
охарактеризованный таким образом феномен по роду своему никогда не
принадлежит только восприятию, имеющему основание в себе самом, ибо
он основан также на деятельности мышления: на понимании,
представлении, на системе понятий (ниже мы еще вернемся к особенностям такой
системы). Разрабатываемое Юнгом понятийное определение этой так
называемой базовой массы феноменов является — с точки зрения теории
познания — результатом мышления, включая сюда и содержание
феноменов: поэтому в нем никогда нет той предметной инвариантности, то есть того
бесспорного, стоящего вне критики в-себе-бытия, которое хочет видеть в нем
Юнг и которое, если вернуться к определению понятия, только и можно
приписать чистому восприятию.
Каков по природе своей этот таинственный, предположительно
бессознательный (поскольку рассматривается как имманентный вещам для себя)
понятийниый концепт в представлении Юнга? Природа его
обнаруживается в том, что понимается у Юнга под феноменом. А понимается под
ним, так же, как и у Гете, переживание восприятия в форме совершенно
определенной понятийной обработки. По Юнгу, правда, — в
противоположность Гете,— эта обработка совершается в пределах предметного,
причинно-аналитического, количественно характеризуемого аспекта, иначе
говоря, на известном пути редукции традиционного естествознания.
Вступающие в противоречие теории, названные у Юнга контрагентами,
действительно находят в этих феноменах нечто общее и устойчивое,
поскольку в этих так называемых инвариантных феноменах оказывается
заложенной та общая и бесспорная парадигма, которая воспринимается
контрагентами как природная необходимость. Подобный базисный
феномен выступает потом в качестве простейшего из концептуально
введенных — то есть парадигматических — приемов схватывания
первоначальных восприятий. Поскольку внимание направлено на восприятия,
а не на прием схватывания, то сам прием остается неосознаваемым.
Однако у восприятия заимствуется его характер в-себе-данного и
приписывается активно коицептированному феномену.
5. Сверхпарадигма против жизненного мира, или
разница между научной теорией и теорией
познания
Уязвимость приводимой здесь аргументации Юнга коренится в том, что
он упускает из виду неотъемлемую до сих пор от развития нашей науки
20
предметно-вещную парадигму, — то есть изначально проецируемое на мир
представление о материи, — а нередко и каузально-аналитическую
количественную парадигму. До тех пор пока контрагенты (исследователи) согласны
в этом вопросе, абсолютно приемлемый "базовый состав" феноменов для
них существует (ЮНГ, 1979). Однако по отношению к этому базовому
составу имеет значение следующее: "он соответствует не абсолютному
предмету, а ливть такому, который дан только посредством отношения к
некоторой совокупности фундаментальных тезисов" (релятивистское
понимание истины, ХЮБНЕР, 1979а). Эти. контрагенты четко определили
границы своих вопросов и своих продуктов, то есть то, что для них
интересно в научном отношении; это, например, каузально-аналитические,
количественные проблемы. Примеры, приводимые Юнгом, как раз такого
рода (ЮНГ, 1979). Сюда же относятся и его технические примеры (ЮНГ,
1989). Как только, однако, удается шагнуть за пределы такой
редукционистской постановки вопроса и мысленно переработать целостные
переживания человека в их качественном своеобразии, этот базовый состав
теоретически независимых феноменов — то есть таких восприятий,
которые были бы понятийно организованы без мыслящего в понятиях человека —
оказывается несуществующим. И только если отказаться от последующей
предметной редукции, то будет вовлечен сам человек и будут обработаны
целостные переживания его восприятия. Только после этого понятийный
багаж может раскрыться и вывести за пределы простой дефиниции,
заимствованной у математики, доведя при этом работу до таких идей, которые
изначально принимают во внимание человеческое восприятие и положение
человека в мире переживаний. Лишь на основании этого можно искать,в
мышлении самостоятельный подход к индивидуальному действию. Только
так можно преодолеть то, на что жалуется сам Юнг: "Что духовное и
моральное рассматриваются как эпифеномены. [...]С одной стороны —
человеческая жизнь с ее оценками и решениями, а с другой — научная утопия
"человека-машины" (ЮНГ, 1981с).
Здесь становится также очевидным существенное различие между
теорией познания и распространенной теорией науки. Теория науки больше
занимается исследованием научных парадигм, закоснев при этом в
пределах сверхпарадигмы предметно-материальных оснований образования
понятий, предполагающей существующим где-то предметный мир. В этом
часто проступают черты наивного реализма, соединенного с
нормативизмом, то есть теорий отражения и приближения, представленных, например,
в мировоззрении Ленина. Последняя близка к познавательной позиции
большинства ученых и пользуется устойчивым влиянием (БАУМГАРТ,
1982). Теория же познания исследует формирование мыслей и
восприятие, при этом она стремится рассматривать то целое, которое открывается
духовному наблюдению в человеческой душе, не принимая заранее
предпосылок о наличии во внешнем мире в-себе-сущего.
21
Если бы только действительно удалось прийти к качественным
мысленным взаимосвязям внутри наполненного переживания восприятия в
соответствии с представленным здесь методом познания, то такой — и,
собственно говорядолько такой — учебный материал давал бы
возможность и для эмоционального, аффективного, а тем <:амым в конечном
итоге и для социального воспитания, призывы к которому раздаются вновь
и вновь. При этом под "качественными" мы подразумеваем как раз не тот
качественный анализ взаимосвязей, который унаследован от прошлого
естестествознания и описывается у Юнга как отторгнутые от жизненного
мира физикалистские репрезентации, но мысленную обработку качеств
восприятия прежде всего из внимания к жизненному миру и преиспол-
ненности им. При этом описанный у Гернота БЕМЕ (1979) шаг к
линеаризации по измерительной шкале еще не совершен. Что нечто
подобное в конечном итоге важно и для научной практики, подчеркивает и
известный химик, специалист по продуктам питания ШОРМЮЛЛЕР
(1974), обозначая это как "сенсорный анализ".
6. Решения
Ко всему сказанному нам хотелось бы подойти еще и с несколько
иной стороны. Когда Юнг спрашивает: "Существует ли реальность
воспринимаемого объекта?" (ЮНГ, 1982), то он, очевидно, ставит вопрос о
некотором независимом от человека однозначном бытии — об этом
свидетельствуют и его ответы. Однако некоторое безусловное по сути своей
бытие присуще лишь чистому восприятию. Оно неопределенно.
Однозначно определенными являются только взаимосвязи — в мышлении.
Как "реальность", так и "объект" в высказываниях Юнга являются
понятийными определениями. Рядом с этими понятийными определениями
Юнг в своих ответах ставит еще одно — в форме утверждения, что
"остается еще общий базис феноменов мира повседневности"; а потом —
совершенно пренебрегая характером этих движений в мышлении — в
эти созданные на основе понятийного концепта феномены
подсовывается независимость от теории, то есть им приписывается характер
восприятия. Тем самым исходя в сущности только из понятийной
концепции (то есть из причинно-аналитического научного подхода)
постулируется, что мир имеет нечто "в себе" (некую "реальность
объектов восприятия"), которая после этого представлена таким образом, что
обработать ее разумно можно только на основе этой самой концепции. В
сущности, этим сказано лишь, что автор обрабатывал феномены таким
образом и хочет обрабатывать их именно так! Выход из этого тупика,
невольно продемонстрированный различными авторами, заключается в
том, что человек и в подобных вопросах относительно познания припи-
22
мает решение свободно. Об этом говорит уже Вагеншайн: "Учитель здесь
может — и должен — сказать только то, что является истиной: в
физике следует интересоваться только механическим, — кривой атмосферного
давления. Физическая акустика в действительности содержит в себе лишь
то, что остается от звука, от музыки для глухого" (ВАГЕНШАЙН,
1980b). Здесь, следовательно, речь идет скорее о некоторой
оправданной направленности воли, чем о направленности познания, развиваемой
на основании обозримого целого.
Поистине, эти строки пишутся не для того, чтобы отодвинуть в
сторону огромные результаты работы дидактического развития и теории науки
и подсунуть вместо них собственные замысловатые соображения.
Напротив, с точки зрения автора этих строк, следует только с благодарностью
приветствовать, когда научно-теоретическое и специальное
дидактическое исследования невольно оказываются в непосредственном соседстве с
нашим подходом. И тем не менее следует последовательно описать, в чем
проект разрабатываемого здесь учебного материала коренным образом
расходится с другими научно-теоретическими мнениями.
Возможно, что данная часть работы разочаровала читателя. Может
быть, он представлял себе вальдорфскую педагогику как нечто,
основанное скорее на мировоззренческих или душевных принципах и развивающее
многоцветные, теплые картины детства. И вдруг он оказывается опутан
колючей проволокой из сухих, шершавых понятий. Но он должен пройти
через это. Во всяком случае, следует предложить ему пройти через это. В
рамках того, о чем здесь говорится, привнесение душевного,
мировоззренческого смысла — которое нам совершенно необходимо — никогда
не может быть поставлено выше свободного мыслительного подхода к
современным проблемам познания. Нас не должны ввести в заблуждение
ни хваленая практика, ни прямодушная исповедь.
IV. АЛЬТЕРНАТИВНАЯ НАУКА- СПАСИБО, НЕ
НАДО?
1. Томление и ужас
Вот мы и подошли к наиболее взрывоопасному месту нашей
дискуссии. Даже в самых достойных методических работах бывает так, что с
появлением темы "альтернативная наука" меняется весь стиль —
появляется ирония, прогностицизм и полемика вокруг да около (ЮНГ, 1981а).
И это несмотря на то — а быть может, как раз именно потому, — что
альтернативная наука все в большей степени становится для многих
предметом смутного томления. "Вопрос заключается в том, не возникла ли
23
вновь необходимость взглянуть на взаимосвязь вещей таким образом, чтобы
выйти за пределы изолирующего и аналитического понятия. Существует
такое понятие, как "целостность". К сожалению, это рискованное
понятие, но я хочу сказать, что в нем находит выражение тот инстинкт, или та
интуиция, что познание взаимодействия частей с частичками или
частичек с частичками, может быть, совсем и не является верным пониманием
действительности, но последняя в гораздо большей степени имеет
холистическую, то есть целостную, природу, а это вообще постижимо только в
рамках совершенно иного подхода к познанию" (ЙОНАС, 1981). В
интервью на эту тему редакция издания "Nachrichten aus Chemie und
Technik"(!) ("Новости химии и техники") дает такой ответ: "Считаете ли
вы, что — ввиду необходимости противостоять враждебности к науке —
можно разработать такую рациональную научную методику, которой как
раз не было бы присуще это редукционистское отношение к природе, но
которая бы по возможности видела целостность и одновременно была бы
практически полезна не в технической форме? Вы говорите сами, что это
была бы королевская задача. Как раз сегодня философия — это в
значительной степени история философии: нельзя ли, по аналогии с
предмодернистскими картинами мира, по крайней мере укрепить
сознание того, что наша научно-техническая картина мира не единственная?
Существуют ли определенные науки, которые не озабочены пользой и
применимостью, но реализуются скорее феноменологически, и, если
существуют, не следует ли их всячески поощрять?" Добавить к этому можно
только одно: категорическое ДА!
Пол ФЕЙЕРАБЕНД (1981) призывает к тому, чтобы было
соперничество различных методов при их взаимном уважении. "Науки не
являются условием ни рациональности, ни свободы, они не являются и
предпосылкой воспитания — они являются товаром. Однако сами
ученые — это продавцы данного товара, а не судьи, решающие, что истинно,
а что ложно. [...] Исходным пунктом является не истина, и не новейшее
состояние науки, и не какая-то иная пустая всеобщность; исходный
пункт — равноправие всех традиций". Разве не покажется
практическому ученому, инженеру, да и специалисту по дидактике, что это вступает
в противоречие со всем делом его жизни? Не должно ли ему показаться,
что если все начинают принимать подобные вещи всерьез, то наступает
что-то ужасное?
Не столько со стороны дидактиков-профессионалов, которые
исповедуют свою "роль" из чувства долга, но скорее со стороны тех, кто
занимается педагогической деятельностью вообще, тех, кто склонен говорить о
целостном ребенке, о целостности в образовании и культуре, вновь и
вновь слышатся призывы к поиску альтернативы. Это призывы к тому,
чтобы было меньше теории, меньше абстракции, к тому, чтобы отложить
модели частичек — короче говоря, к созданию для ребенка такого пропе-
24
девтического поля деятельности, которое учило бы его схватывать
реальность, не зауженную количественным, причинно-аналитическим и
структурным подходами, не опустошенную ими. Для этих целей изыскивается
"физиогномический" взгляд на мир (РУМПФ, 1976). Разумеется, здесь
никогда не говорится прямо об альтернативной науке, ибо само это
понятие далеко не ясно. Однако поиски эти имеют место в самых
разнообразных формах: прочь от научной погони за вершинами — однако и не назад,
не к уютным посиделкам с доморощенным природоведением (ШПЕРЛЕ,
1982). Побеги этого движения, критикующего чрезмерную ориентацию
обучения на теорию, обнаруживаются даже в выступлениях со стороны
высшей школы и промышленности; они, таким образом, уже
пробиваются и там, где думают прежде всего не о "формировании человека" и не о
"философствовании", а о самом профессиональном обучении (ХУБЕР,
1980и1981,ТЕЗИ1ГГ, 1981).
Аналогичный призыв приходит и из самых низов. И школьник, и
студент поворачиваются прочь — они голосуют ногами! Они ищут
"других способов взглянуть на мир", не таких, как "рационализм" точного
естествознания, которое только знакомит с "непримиримыми"
механизмами, — но благодаря ему ни мир, ни человек не становятся ближе
(ЮНГ, 1980). Значительно усилившийся сегодня антисциентистский
аффект возникает не только из-за экологического и
социально-политического кризисов, но и из-за раскола между слоем калькулируемых
научных представлений и полным жизни слоем души, проникнутым
чувствами и моральными импульсами, — раскола, который направляет
практическую деятельность и становится все более обременительным;
тем более что разговор об этом расколе уже не сдерживается уважением
к "признанной" науке.
Если, однако, признано, что естественные формы опыта и мышления
имеют иную (и вполне осмысленную) организацию, нежели
естественнонаучные, то спрашивается: можно ли и дальше рассматривать
конфронтацию с трудностями в процессе обучения естественным наукам
в аспекте "преодоления"? Поскольку "после этого даже у образованных
физиков "преодоленные" представления упрямо продолжают
сохраняться," делается вывод: "представления жизненного мира не должны быть
устранены или преодолены — напротив, их следует прояснить и понять
[...]". И далее: "Конечно, следует поставить вопрос, может ли паша
естественная наука оставаться такой, какая есть..." (БЕМЕ, 1981). Хюбнер
сформулировал очень отчетливо: "Тем самым я одновременно оспариваю
и претензию на то, что одни только науки имеют исключительный доступ
к истине или действительности. Само появление наук вместе с
подведомственными им истиной и действительностью должно, в их же собственном
свете, рассматриваться как исторически обусловленное определенной
ситуацией". Отсюда вытекает, что их выдвижение на передний план следует
25
понимать отнюдь не как выдвижение собственно познания,
возвращающегося к самому себе, или как самостановление разумного человека
(ХЮБНЕР, 1979). Так где лее они сегодня, новые подходы к науке и к
пониманию мира?
2. Силы человеческие
В последних цитатах мы уже вплотную подходим к тому, чтобы
легитимировать разговор об "альтернативной науке". Что должна давать такая
наука? Она должна таким образом пронизать собой лишенное духа
чистое восприятие, чтобы человеку не приходилось уже вновь рассматривать
духовное и моральное как эпифеномены; чтобы на передний план
выдвигались не упомянутые выше неумолимые механизмы, но некий
объединяющий смысл обращался бы к нам, поскольку мы активнее
привносили бы себя. Нечто должно иметь возможность зявить о себе именно
через чувственное восприятие, а ие только через привнесенный миф. Это
кажется невозможным прежде всего потому, что в унаследованном от
прошлого понимании и использовании прочно установлены те
основания, в которых — и только в которых — разрешено укорениться науке.
И в этих границах сознание невозможности альтернативы вполне
оправдано. Воспроизведем снова в памяти эту ограничивающую нас
сверхпарадигму.
Утверждается, что научным пониманием природы можно считать
только то, которое находится в русле картезианского переворота (ДЕКАРТ,
1644) н придерживается методов Галилея, Ньютона и т.д. — иначе
говоря, обрабатывает только один определенный аспект природы*.
Утверждают также, что из всей совокупности переживаний восприятия подлежит
обработке только то, что можно идентифицировать как вещественное,
осязаемое. В категориях классической физики это, как известно, выра-
* ДЕКАРТ, 1641: "Я нахожу, что, когда я ближе анализирую телесные вещи,
в них остается очень мало такого, что я усматриваю ясно и отчетливо, а
именно такого, как величина, или их протяженность в длину, ширину и высоту,
образ, который возникает в силу конечности их протяженности, положение,
которое различные имеющие образ тела занимают по отношению друг к другу,
и движение, или изменение этого положения; к этому можно добавить
субстанцию, длительность и количество. Что же касается прочих вещей, каковы свет,
цвета, звуки, запахи, вкусовые ощущения, теплота, холод и иные осязаемые
(для органов чувств) качества [гладкость, шершавость], то они проступают в
моем духе в таком сумраке и путанице, что я не знаю, истинны они или ложны;
другими словами, являются ли идеи, которые я получаю от этих предметов, в
действительности идеями некоторых реальных вещей, или же они
представляют некоторые химерические сущности, которые не могут существовать".
26
жается в том, что определенные материальные предметы существуют "в
себе" в пространстве и времени. От их качеств здесь отвлекаются.
Только обособленные механические свойства объектов измеряются и
анализируются на предмет выявления их причин. Эта причинно-аналитическая
взаимосвязь апробируется в рамках определенных математических
проектов и предоставляется в распоряжение для практического
применения — пока эта практика не вступит в противоречие с опытом. В этом
сказалось, "что естественнонаучное знание в принципе сориентировано
технически, что это — знание контроля и господства", что оно "не
служит ориентированию человека в космосе". Наука мыслит себе природу
"как товар, как продукт ремесленника". Опыт Ренессанса относительно
возможности использовать "механику как теорию природы" "имел
своим следствием то, что природу отныне представляли как бы уже
покоренной" (БЕМЕ 1980). Рационалистическое упрощение, которое и в
самом деле было плодотворным, повлекло, однако, за собой
одновременное упрощение человека. Так с рождением декартовской науки и
возникло уже упомянутое расхождение, с которым сегодня приходится
сталкиваться сплошь и рядом, расхождение между жизненным миром
человека и миром науки. Первым, кто предостерегал от этого со всей
последовательностью, был Гете. С устранением природных качеств, как
они представлены в переживании человека, то есть с отказом от
обработки их в науке, отклоняется все то, что возвышает человека над
механизированным наблюдателем мира, — горе, если это воззрение однажды
будет применено к человеку! Сегодня это происходит, и каждый
чувствует это. Иначе говоря, причинно-аналитическое естествознание не
потому нуждается в альтернативе, что оно дает нам слишком мало
информации о мире, но потому, что его не интересуют паши душевно-
духовные силы. Как описывает его ХЮБНЕР (1979с) применительно к
технике, оно действует посредством интеллектуализации, "базируясь
главным образом на рациональности, точности и прогрессе, и тем
самым с необходимостью вызывает к жизни те общие формы поведения,
которые невозможно или лишь с большим трудом удается привести в
соответствие с ценностными представлениями, глубоко укорененными в
нашей культуре. Сюда в том числе относится, конечно, утрата нуминоз-
иого и падение значения искусства". Комбинирующий рассудок — это
лишь малый фрагмент тех сил человеческой души, которые
упорядочивают сознание, связывают с миром и направляют деятельность. Об этом
свидетельствует вся дискуссия вокруг повседневных представлений,
социального поведения и жизненного мира (ДУИТ, 1981). Если эти силы
не получат образования в школе природы, то человек окажется
неспособен к работе во многих областях своих взаимосвязей с миром. Здесь и
лежат задачи альтернативной науки, задачи гетеанизма,
феноменологии пли как бы это пи называли.
27
Нельзя, конечно, не видеть и то, что вопреки всему этому в
конвенциональной естественнонаучной работе в полной мере присутствует вкус к
целостному переживанию, к образности, к чувственно воспринимаемым
качествам — нередко исключительно благодаря ему возникают интуиции,
обеспечивающие прогрессивное развитие точных наук. Однако то, что
полусознательно активировано у выдающихся исследователей и
выражается устно, быстро исчезает в редукционистско-систематических
формулировках и в инвентаризации, проводимой для школьного
учебника. Костяк остается прежним — и он расширяет сферу своей мертвящей
жизни.
3. Слабости феноменологии
Как следует из сказанного выше, в трех отношениях феноменология
не может быть совершенной: она не является легко понятной на
тривиальном уровне (в понятиях, которые имели бы законченную дефшшциго
по образцу механики); она проделала относительно небольшой путь
развития II не является пока еще всесторонне духовно разработанной (не
имеет 400-летней истории); ее нельзя бессознательно применять
механическим образом, исключая из поля зрения целостную ситуацию природы.
Ей тем самым не присуще все то, что в пункте III.5 мы выставили как
великие характерные признаки науки. Может быть, поэтому стоило бы
отказаться от термина "альтернативная наука" и говорить лучше об
альтернативных взаимосвязях или альтернативном мышлении.
Самым неприятным недостатком здесь является отсутствие
механической, принудительной понятности, внешней доказательности. Однако это
неизбежно. Эта доказательность имеет своим источником как раз
единовластное господство того самого понятийного инструментария, который
теперь должен быть расширен и дополнен — конкретнее,
комбинированных количественных категорий, в конечном итоге математики. Там мы и
обнаруживаем сверхпарадигму. Количественные категории всегда
вырезают что-то из целостной системы взаимосвязей в переживаниях и явлениях
природы. Они необходимым образом схватывают всегда лишь нечто
обособленное, так как оно должно быть обсчитано и подвергнуто измерению.
При этом в сознании, а также в теле действующего подобным образом
человека не приводятся в действие как раз обращенные вовне
способности органов чувств, его переживание качеств. Они применяются только
как фильтры типа "да —нет" для идентификации подлежащих подсчету
фишек. Опору ищут в математике и геометрии, в числе и в величине угла.
Но именно поэтому скрытым образом обращаются к постижению своего
собственного тела, а отнюдь не мира, — тогда, когда заручаются
пространственными и временными величинами. В дело вовлекаются чувство
28
равновесия и чувство собственного движения. Хотя этот последний
аспект, заимствованный из учения вальдорфской педагогики о чувствах
(способностях чувственного восприятия), и нельзя изложить вкратце, до
некоторой степени все же становится ясно, что на место строго
механического доказательства, идущего линейным путем рассудка, должен
заступить процесс, созидающий на основе других чувственных и
душевных способностей человека, который зримо развертывается в связующем
мышлении*.
Коль скоро это мышление получило свое развитие, его
альтернативные объяснительные схемы следовало включить в состав учебного
материала в предлагаемом построении учебного процесса; чаще всего оно
встретится в области оптики. Если присоединить сюда то, что показано
там, то данное Введение окажется понятнее и плодотворнее.
Как же обстоят дела с указанным выше третьим недостатком
альтернативной науки по сравнению с обычной — технической применимостью?
Может показаться, что она-то и отсутствует. В действительности же к ней
просто идут обходным путем. Она будет состоять в более широком,
человечески углубленном, просветленном участии. Разве достичь чего-то
подобного уже не есть польза? (ЮНГ, 1980). А любое понимание, хотя и
не всегда впрямую, затрагивает и образ действия, наше поведение в мире.
Альтернативные подходы к немеханическому пониманию физики, поиск
которых мы ведем, плохо пригодны для применения по типу
механического нажимания кнопок. Способы применения окажутся скорее подобны
процессам взаимодействия с ожившими явлениями природы. Во всей
области экологических вопросов такое было бы не только желательным, но
даже и остро необходимым.
4. Обобщение обоих методов: пропедевтика
Альтернативная наука и наука обычная дополняют друг друга:
правда, каждая претендует на единовластие, но не на достоинство единственного
* Третий доклад Римского клуба, разработанный в сотрудничестве Востока
и Запада при участии авторов из трех частей света, описывает причины, по
которым западно-рационалистическая схема мышления не срабатывает в
преодолении жизненных проблем глобального индустриального общества, которым
присущи ежедневно возрастающие "неопределенность, неточность, некванти-
фицируемостъ и глобальность" и которым соответствует "наша неспособность
охватить большое число факторов" (CLUB OF ROM, 1979). Наши обучающие
методы слишком односторонне связаны с освоением несложных взаимосвязей. И
мы должны добавить: с задачей "иметь" (ФРОММ, см. выше), с
конвергирующими проблемами (ШУМАХЕР, 1979). Отсутствует: связующее мышление
(ПЕСТАЛОЦЦИ, 1979).
29
метода обучения в той или иной области. Школа не сможет обойтись без
обеих. Давайте подойдем теперь к вопросу о том, какие духовные силы
может и должен развить гетеанист благодаря аналитическому мышлению
современной науки.
Возьмем формулу расширения газа. Каждый, кто более-менее проник
в суть дела, сможет внутренне следовать этой формуле. Под "внутренним
следованием" понимается следующее: если поднимать температуру
нагревания все выше, то емкость с газом будет испытывать напряжение
(раскалится, лопнет), то есть будет пережито нечто, связанное с
эффектом нагревания, возрастания температуры. Также если производить
"скучные" измерения расширения с опытным поршнем, от нагревания
ожидается действие в направлении наполнения, расширения,
напряжения. Ведь из разнообразного опыта, связанного с теплотой, уже возникает
внутренняя осязаемая связь с характером ее действия. Если теперь
предложить человеку формулу Vt =V0 х (I+V273 х t), то она будет воспринята
не как сообщение о чем-то чуждом, эмпирически внешнем, но может
найти внутреннее подтверждение и быть понята через переживание отношения
"чем больше, тем...". Имеется, например, достаточно определенное
ощущение того, что в формуле должен быть плюс, а не минус. PI формула
помогает сознательно получить это ощущение из опыта и формировать
дальше. То, что это ощущение во многих более сложных случаях должно
быть оспорено, иначе говоря, будет нуждаться в дальнейшем
дифференцировании, отнюдь не говорит против того, чтобы в данном случае,
например, включить его в совокупность отношений с миром, изучить и
использовать.
Таким образом, аналитическое мышление сначала создает
дистанцию, а потом воссоздает внутреннее единство с происходящим в мире —
когда величины в полученных законах изменяются в созвучии с
внутренним чувством. То, что сперва было зарегистрировано только как
внешнее, теперь может быть представлено с внутренним
подтверждением.
Отношения и законы аналитического мышления в классической
физике открывают возможность этого внутреннего следования им и даже
требуют плодотворного обращения с ними, но одновременно они несут в
себе и возможности обучения объективированию движения мыслей и
вчувствовапия. Этому можно научиться только здесь: и этому следует
учиться; ибо внутреннее следование — это исходный пункт также
всякого феноменологического исследования. Поскольку в классической
физике движение мыслей протекает преимущественно в механически
ориентированной системе понятий, они воспитывают и формируют только
некоторый фрагмент духовных способностей человека. Остальное должно
быть привнесено. Пропедевтическую, вводную фазу нельзя больше
отдавать на откуп миру профессиональных научных понятий и методам
30
освоения материала хотя бы уже потому, что в кругах специалистов-
учителей уже смотрят дальше: в средней школе "нам придется
довольствоваться иногда небольшими, но оттого не менее
значительными сдвигами в мире представлений ученика по направлению к
физическому значению" (ДУИТ, 1982). Таким образом, в дальнейшем
обучение будет отказываться от профессионально-научной точности и
полноты. Если будет допущено это уменьшение — где же будет
уравновешивающее прибавление? Одно обязательство отпадает — что же будет
новым обязательством? Где лежат источники новой точности и
полноты? Является ли содержание преподавания только результатом обеднения
материала? Это уже вплотную подводит нас к человековедческим
мотивам новой учебной программы; например, к обоснованию того, что темы
и формы понятий должны быть связаны с возрастом; или к вопросу о
том, с какого класса следует вводить изучение физики и к каким идеям
должно оно повести.
V. К ПСИХОЛОГИИ РАЗВИТИЯ
1. Вопросы и проблемы
Когда следует вводить физику как предмет, с рядами экспериментов и
систематическим наращиванием знаний, с какого класса? Какому
возрасту школьника отвечают те или иные знания и методы их получения, в
соответствии с уровнем его развития? Что представляет собой
когнитивное, эмционалыюе и аффективное развитие ученика, вообще человека?
Можно ли говорить об этом только как об идеальном развитии? Или
ссылаться на некоторый среднестатистический тип? Или же существуют
прочные всеобщие принципы в переменчивом индивидуальном обличье,
определяющие конкретные рабочие способности в постепенном
наращивании изучения физики?
Множество духовных, психологических и человековедческих,
антропологических вопросов возникает в связи с этим. В обычной дидактической
литературе они редко оказываются в центре внимания. Задачей данного
Введения не может стать доскональная разработка этих вопросов.
Можно сослаться на некоторые новые работы по вальдорфской педагогике
(ЛИИДЕИБЕРГ 1981, ЛЕБЕР, 1981). Следует в общих чертах
коснуться некоторых отдельных вопросов, поскольку они тесно соприкасаются с
рассматриваемой здесь проблемой организации учебного материала в
преподавании физики. Хотя это и не даст целостной картины, но некоторые
важные вещи должны здесь прозвучать.
31
2. Пиаже и Штейнер
Вновь и вновь предпринимаются попытки измерить эффективность
преподавания того или иного предмета для приобретения знаний или для
развития способности суждения на протяжении интервала в пару лет.
Следует, однако, принимать во внимание, что едва ли возможно, чтобы в
ситуации эксперимента дети стали объектом исследовательского
наблюдения как существа, свободные от всякого влияния. В их жизни ведь уже
имеет место некоторый процесс воспитания, процесс образования, их
формирует их жизненный мир — все это так или иначе осуществляется
самыми разными людьми, и уклониться от этого невозможно. Желая
наблюдать ребенка, наблюдают скорее его социальное окружение.
Вообще, если нужно понаблюдать за человеком с точки зрения его
основных возможностей и склонностей, то необходимо вступить с ним
в тесный контакт, необходимо жить с ним вместе. Это значит, однако,
что иногда надо будет и помочь ему — и позволить, чтобы вас позвали
на помощь. По-другому было бы бесчеловечно. То, как ведет себя
другой, всегда зависит и от меня — особенно если речь идет о ребенке!
Таким образом, то, что мы найдем в наблюдении, определяют, кроме
прочего, существующие отношения, ближайшее окружение и я сам,
как заинтересованное лицо. Тут нет никакого естественного
состояния — есть только культурное развитие. Реакции, обусловленные
возрастной ступенью, и формы обучения детей нельзя установить на
основе естественных законов, — это можно сделать только в рамках
той среды, в которой осуществляется забота и воспитание. Если эту
среду изменять, то каждый раз можно будет "доказывать" прямо
противоположное.
Таким образом, в области практики может существовать только один
вид "продуктивной эмпирии". В качестве такового можно рассматривать
и исследовательские ситуации Пиаже. Правда, основное ядро их
возникло в первой половине двадцатых годов. Тогда мир был еще более-менее
"в порядке". Или лучше сказать: индустриальная культура еще не
обладала тем всемогуществом, которым она обладает сейчас. Так что результаты
исследований Пиаже действительно хорошо подходят для продуктивной
эмпирии вальдорфской педагогики, которая, привлекая гуманистические,
художественные (мусические) и религиозные элементы, стремится
смягчить чрезмерные влияния индустриальной культуры, которые сказываются
в мире ребенка уже с самого раннего возраста — такие, как обезличен-
ность, засилье средств массовой информации, гипермобилыюсть и
технизация.
Во всяком случае, вальдорфская педагогика иначе интерпретирует свой
опыт. В вышеупомянутой новой работе многосторонность и глубина
концепции Штейнера по сравнению с подходом Пиаже показана особенно
32
убедительно в отношении поворота к школьной зрелости на седьмом году
жизни: "Штейнера отличает от Пиаже то, что его в первую очередь
интересует не развитие и описание когнитивных способностей. Он обращается
к другим взаимосвязям. Он пишет о том, что те силы, которые теперь
освобождаются как образное, конкретное представление, прежде вели свою
формообразующую работу над телом. Штейнер пытается разъяснить
сущность того, посредством чего в человеке реализуется представление: это
те самые жизненные силы, которые прежде работали над формированием
и ростом" (ЛИНДЕНБЕРГ, 1981а).
В последующем изложении ответ на вопрос о возрастной
соотнесенности физики сначала будет даваться на основе результатов работ
последователей Пиаже. Путеводителем будет работа Цитца. На деся-
том-одиниадцатом году жизни непосредственная связь с миром вещей
ослабляется, и ребенок "начинает отделять существенное от
несущественного. Ученики же начальной школы заинтересованно наблюдают
каждое движение руководителя эксперимента и упоминают множество
деталей, которые нам представляются незначительными * — например,
что было что-то запоминающееся на листочке, который накрывал
вертикальный цилиндр или крепился к плавающей спнце, [...] что кораблики
были сделаны из бумаги в клеточку, [...] что на монетах был такой-то
год и такие-то буквы и т.д." "Другим характерным признаком этой
возрастной ступени является то, что в совершенно определенном смысле
совершается освобождение мышления от наглядности: отдельный
случай интересует ребенка уже не как таковой, но рассматривается им как
пример чего-то общего — какого-то правила или закона, который
действует в этой особенной ситуации. [...] Просыпается генерализующее
мышление, и оно находит свое выражение в речи в образовании общих
понятий, которые объединяют ряд конкретных ситуаций в некоторое
духовное единство"(ЦИТЦ, 1969).
На следующей ступени происходит установление взаимосвязей.
Быстрее всего это удается тогда, когда взаимосвязи описывают один
оптически обозримый и хорошо разработанный механизм, вроде
велосипеда; в иных случаях 12— 14-летние дети тридцатых годов привлекали
различные побочные обстоятельства. Простейшими были связи по типу
"если — то", которые присоединялись к простому описанию. Тогда в
стремлении к причинному объяснению возникал интересный круг: "Один
мальчик дал такое неправильное объяснение: «Колеса вращаются и
вращают шатуны». На мой вопрос, как же приводятся в движения колеса,
последовал ответ: «Это делают колебания. Колебания задних вагонов
толкают локомотив, и тогда он тянет вагоны». Примечательным было
то, что весь класс (шестой год обучения) безоговорочно цризиал этот
Perpetuum mobile". Ряд причинных связей не совсем ошибочен, однако
он не расчленен и представлен в обратном порядке. Эти целостные,
33
пока не расчлененные связи отражают ступень еще мало
дистанцированного, тесно вплетенного в мир ощущения. "Это — та ступень
мышления, которую, по-видимому, не преодолели конструкторы
Perpetuum mobile и которая в прежние времена должна была быть гораздо
более распространенной" (ЦИТЦ, 1969а).
Истинное же каузальное умозаключение является, напротив,
необратимым. В тринадцатилетнем возрасте это было усвоено в общем
достаточно глубоко, так что дети большей частью отклоняли
кольцевые умозаключения. Однако прочная уверенность в этом появилась у
них только в 14 лет (ЦИТЦ, 1969b). Когда Цитц предпринимал
попытки углубиться в научные формы мышления на более ранних этапах,
"[...] обнаруживалось, что под слоем того, что было приобретено со
школьным обучением, продолжал свое относительно ненарушенное
существование первоначальный детский мир мышления[...]" (ЦИТЦ,
1969с). До сего дня вновь и вновь повторялось: "Все, известное нам о
долговременном влиянии естественных наук, указывает на то, что
научные представления усваиваются недостаточно, что ученики очень
скоро возвращаются обратно к своим донаучным представлениям [... ]
и что такое происходит далее со студентами" (ЮНГ, 1981d). Дело,
однако, не только в том, что преждевременно привитые научные взгляды
позднее обнаруживают свою непрочность; как показывает практика, и
человеку, и обществу может быть причинен серьезный вред, если
упускают из виду то, что "вообще ребенок в начальной школе еще
совершенно неспособен к причинному мышлению; они (те, кто
составляет учебные программы) не принимают во внимание, что способность
к абстрагированию не присуща человеку от рождения, по человек
десятилетиями дорастает до этой возможности интеллекта [...]. Как
деструктивная зарекомендовала себя, например, тенденция как можно
скорее втискивать ученика в роль вполне зрелого, самостоятельного и
способного к критике человека [...]" (МЕВЕС, 1981). Нездоровое
интеллекту ализирование, как механизм защиты от того, чтобы сознательно
принимать ответственность за собственные дела и поступки, сегодня
исключительно часто встречается не только у молодежи, но и у
старших детей"(МЕВЕС, 1982).
Таковы общие психологические наблюдения. Они подтверждают то,
что было выявлено вальдорфской педегогикой и что сегодня очевидно
таклее в рамках ее продуктивной практики. В вальдорфской школе
изучение физики начинается в 6-м классе. Возраст прихода в школу
составляет фактически по большей части 6 2/3 года, что в этих рамках
как раз идеально. Таким образом, к началу 6-го класса детям обычно по
одиннадцать лет и восемь месяцев. Этот возраст образует порог между
второй и третьей третями промежутка от 7 до 14 лет (второго семилетия
жизни). Этот рубеж, внимательно изучаемый в вальдорфской педагоги-
34
ке, Р. ШТЕЙПЕР (1924 и 1924а) описывал как период, когда
пробуждается внутрепий интерес к причинному мышлению.
3. Каузальное суждение
Так что возникает задача, решать которую, несомненно, должна в
первую очередь физика — подхватить докаузальиое мышление ребенка и не
торопясь очертить в нем те участки, где могут вписаться каузальные
суждения. Иначе возникает пресловутое "мышление с двойным дном". Учитель
сам, однако, не должен быть втиснут в рамки тотального
каузально-аналитического объяснения мира — в смысле обсуждавшейся выше
сверхпарадигмы. Надо попытаться встать над ней и выйти за пределы
каузального мышления, стремиться упорядочить его для себя и
постепенно развивать у детей. Попытаемся па одном примере разграничить
объяснение наглядное и объяснение каузальное (пример не предназначен
для учебных занятий).
Человек в разгар лета погружается в залитый солнечным светом и
теплом пруд. Он ощущает тепло, прозрачность, мерцание среди тихо
шелестящей блестящей зелени деревьев и тростника. Привлекая
понятия и наблюдения, на основе этого целостного переживания можно
охарактеризовать и многое другое: например, особую местность и
населяющих ее живых существ, время года, время суток, и даже многое
из биографии человека, размышляющего над своим переживанием,
который испытывает впечатление и обдумывает его. Для общей
тональности отношения к миру, для принимаемых решений, для
выдержки и силы характера такое переживание и осмысление жизненного
мира может иметь решающее значение. Этим определяется разумное,
чувствующее бытие человека в его жизненном мире, его социальность.
Такое упорядочение взаимосвязей не является рассудочной наукой; оно
не дает в руки всеобщих механизмов. Вместо этого ограничим теперь
поле зрения отдельными величинами. Мы разрушим совместную игру
всех чувств, согласованный ансамбль из ощущения тепла, движения в
воде, слуха и зрения. Теперь мы обращаем внимание только на
температуру воды на поверхности. Мы ставим вопрос о ее причине — но не
о взаимосвязях, в которых находится целое. Для нас речь идет теперь
лишь о градусах тепла в этой массе воды, точнее, о разнице
температур в сравнении с еще холодной водой другого времени года, когда
нельзя купаться.
В разгар лета вода приятно теплая, в начале же лета она, напротив,
еще настолько холодная, что купаться по-настоящему просто
невозможно. Я, таким образом, поставил вопрос об изменении такой
частности, которая касается моей пользы. Причем пользы не в смысле
35
заботы о целостности, ио в смысле моего произвола: мне хотелось бы
купаться именно здесь и теперь. Польза — это не всестороннее, не
целостно-человеческое, но одностороннее, ограниченное участие.
Желание пользы изолирует. В конечном итоге оно опустошает. Отдельное
стремление к пользе или к переменам побуждает к тому, чтобы искать
цепи причинных связей. Предполагается концепция линейного времени.
Все, что происходит, следует за чем-то другим. В этой
последовательности, как гласит концепция, рассудок должен обнаруживать нечто
регулярное, что заставляет новое следовать за прежним: однозначно,
необратимо, неизбежно. Ибо новое — так представляется — должно
каким-то образом проистекать из того, что было реальностью до того.
Поскольку эта последовательность не мыслится как включенная в
выражение и смысл некоторой целостности, особое значение придается
тому, чтобы представить пространственно-временную связь причины и
следствия в субстанциальной обособленности: функцию опосредующего
звена полагают в материи и энергии, которые мыслятся
существующими вне смысловых взаимосвязей (в случае с прудом — как притекающая
солнечная энергия). В пространстве и времени посредниками между
причиной и следствием выступают материн и силы. Таким путем
приходят к обоснованному каузально-аналитическому суждению. Попытка
научно-теоретического исследования последнего была предпринята
выше.
Выделение отдельного следствия и установление его причины
происходит в отчетливом движении отталкивания от иного, иначе говоря —
из некоторого рода антипатии. Во внимание принимаются отдельные
обособленные явления, а целостная ситуация встречи отодвигается в
сторону. Потом в процессе дознания по схеме "да— нет"
устанавливается (экспериментально), что именно является действующей причиной.
Если таковая получена, то вещами можно манипулировать механически
(в примере с прудом — увеличить поверхность, не увеличивая объема,
чтобы дать ему быстрее согреться). Обобщим теперь главные признаки
каузального суждения; они образованы следующими видами
деятельности:
выделение — разграничение;
формирование суждений типа "да—нет";
манипулирование.
Тем самым создается своеобразный настрой в отношении к миру:
настрой отчуждения. А именно отчуждения от первоначального
сопереживания, от вживания, от целостного постижения, от осмысленного участия
в открытой целостности. Мы ведь уже описали все это как аспектный
характер каузально-аналитической науки. Теперь к этому
присоединяется и то, что понятийное отграничение есть одновременно отграничение
душевное. Это показывает сравнение с описанным докаузальным мышле-
36
пнем у детей. Они, со своим внутренним переживанием, еще не могут
найти себя в рассекающем подходе каузальной точки зрения, душевно
они живут еще скорее в образах, в окружении их (in Zirkeln). Они еще не
ушли так далеко от переживания целостности; они еще не настолько
своевольны и самовластны, чтобы в их обращенности к миру было
удовлетворительным мышление, выступающее лишь как гарант возможности
механического манипулирования.
4. Телесное развитие
Представленный здесь душевный характер каузального мышления
просматривается в детских высказываниях, как в тех, что встречаются в
старой литературе, так и в высказываниях сегодняшних вальдорфских
учеников. Не так просто пронаблюдать телесное развитие в его
взаимосвязи со склонностью к каузальному мышлению, как ее охарактеризовал
Штейиер.
Каузально-аналитическое рассмотрение мира развивается
преимущественно в рамках физики. Для него характерен взгляд, устремленный
па мертвое, механическое. Оно схватывает механизмы. Молодой
человек, вступающий в пубертатный период, начинает ощущать тяжесть своего
собственного тела: оно прибавляет в весе, кости становятся более
развитыми; эта тяжесть связана с опорно-двигательным аппаратом и его
механикой. Нередко эта тяжесть грозит одержать над ним верх. Каждый
знает, как эластичны движения всегда подвижного мальчика лет
одиннадцати, в голове у которого игры и беготня, — п как малоподвижны и
нескладны 14-летние. Если прежде решающую роль играла эластичность
мускулов, то теперь — вес костей. Вместе с изменением ощущения
собственного тела, направленным внутрь, уже в предпубертатиый период
возникает и направленная вовне растущая восприимчивость к мертвому
и механическому во внешнем окружении. После 12-го года жизни
мертвое и механическое во внешнем мире должно обнаруживаться уже
таким образом, чтобы было возможно вжиться в пего и подвергнуть его
мысленной обработке. Тогда это пробуждает и укрепляет духовную
активность. Таким образом, нечто внешнее, действующее с
принудительной необходимостью, должно быть приведено к переживанию внутренней
свободы. Таков может быть подход к конкретной, соотнесенной с ходом
развития учебной программе.
В технике ученик встречается с мышлением и целенаправленными
действиями изобретателей и предпринимателей, сумевших овладеть этой
мертвой тяжестью, существующей в мире, и дать ей новый образ. Только
исходя из этого, а никоим образом не из морализирующих призывов,
может молодой человек в пубертатном возрасте обрести пример и силы к
37
тому, чтобы совершить подобное в себе самом: покорить ускользающую
тяжесть и преобразить ее в процессе обучения и труда. Мужество и
радость предпринимательства должны сначала выступить как сияющая аура
техники.
Каузально-аналитическое естествознание и техника должны войти в
перемены этого возрастного периода со всей своей первозданной
мощью. Не-следует растрачивать ее в прешествующие годы обучения, когда
еще недостаточно созрели восприимчивость и внимание в этом
направлении. И наоборот, душевная живость и подвижность не должны быть
разрушены в том возрасте, когда они еще являются опорой для связи с
миром; их, напротив, следует развивать в процессе обучения.
Бездушную функциональность технического аппарата не следует до срока
втискивать, как громоздкие леса, в образное, качественно опеделенное
переживание ребенка. Последующий период юности — вот время их
триумфа и их необходимости; в конечном итоге, как будет показано
инже, это важно даже для формирования самостоятельного морального
суждения.
5. Обнаружение "я"
Профессионализм опытного учителя выражается, кроме прочего, в том,
каким образом он — в методике ли, в тоне ли изложения материала —
учитывает духовно-душевно-телесное развитие ученика, пускай даже не-
рефлектированно и интуитивно, а порой и вразрез с внешним планом,
который больше сориентирован на характер материала. В предлагаемом
проекте занятий мы пытаемся дать слово этой интуитивной ориентации,
позволить ей проявиться как в соотнесении планирования учебы с
возрастом учеников, так и в способах обучения. Для молодых людей в таком
возрасте это не только благотворно, но и часто имеет решающее значение
для их жизни. Конкретнее: пубертатный кризис "обнаружения «я»"
имеет глубокую антропологическую связь с каузальными суждениями, которые
выступают в данном случае как цель.
В цени причинно-следственных связей мы обыкновенно выявляем
некоторую причину для некоторого изменения. В приведенном выше
примере с летним прудом, например, мы говорим о соприкосновении
энергии лучей с поверхностью, о соотношении последней с общим
объемом воды и так далее. Тем самым, как уже было описано, мы покидаем
почву проясняющей целостной обработки. Причина мыслится как раз
таким образом, что активно действует нечто изолированное и
отдельное, в то время как все остальное вокруг ведет себя нормально, то есть
пассивно, как некий равнодушный фон происходящего. Представление,
мыслящее себе в качестве причины такой обособленный импульс, кото-
38
рый вызывает событие, не будучи определен взаимосвязями целого, в
сущности перенимает представление о человеческом «я». «Я» при этом
понимается как некий самоопределяющийся центр, как нечто
изолированное, выступающее из определяющих тенденций окружающего. В
сущности, весь причинный подход к миру человек извлекает из самого
себя. Как было показано, ему приходится делать это при любых идеях
и концепциях. Только для концепции причинности характерно то, что в
нем сильна установка на еще не связанное с миром «я»; на «я», которое
действует из себя самого, не оглядываясь вокруг, — этакий активный
центр среди "пассивного" окружения. Как раз такова ситуация 14-лет-
иего молодого человека в пубертатном возрасте. Ребенок живет сначала
в целостности сообщества людей, окружающих его в семье, в школьном
классе, в кругу соседей. Моральные обычаи и заповеди он перенимает
без вопросов, во всяком случае никогда принципиально не отклоняет их
из-за их изначальной данности. Точно так же принимает он в общем и
целом и природное окружение и проникает в него играя. Он, однако,
еще маловосприимчив к его продолжительному преобразованию ради
управляемой пользы. Па основе религиозности взрослых ребенок
развивает полное доверия религиозное чувство. Он ощущает себя
сроднившимся с окружением людей, природы и высших сил мира.
Пубертат разрывает эту связь. Молодой человек ощущает, что он один. Он
должен выстроить новые связи со всем из самого себя. Этот разрыв,
конечно, не наступает внезапно, он имеет тысячи вариантов н часто
прячется за компанейским поведением. Какие же силы прежде всего
имеются в распоряжении подростка, при помощи которых он может,
теперь уже самостоятельно, установить связь с тем порядком, из
которого выпал? Главной такой силон является изолированный,
основывающийся в самом себе рассудок. Интеллектуальное суждение,
точная, часто кажущаяся эгоистической аргументация, развиваясь в этом
возрасте, достигают высокой степени остроты. Удастся ли ему достичь
таким образом нового контакта с человеческим и высшим порядками?
Материал для этого должна доставлять учеба. Изолированное «я» должно
глубоко пережить себя в каузальном мышлении н тем самым включить
себя во внешний мир. Этот материал и предлагает каузалыю-апалити-
чески развиваемое естествознание, предлагает оценивающее
проникновение в понимание технических сооружений в их
соотнесенности с человеком. Эту соотнесенность удобно наблюдать па железных
Дорогах' (в сущности на каждом общественном сооружении).
Оповещение о поездах, начиная от расписания и кончая текущими объявлениями,
оснащенность вывесками-указателями и оформление перронов,
распределение вагонов — короче, все, что имеет дело с человеком и его
потребностями или его отклонениями от норм, что песет на себе печать
не только технического, но и человеческих (сравнительных) основоно-
39
ложеннй (которые опять же, как и все человеческое, содержат в себе и
бессмысленные фрагменты). Это простирается вплоть до измерения
различных мощностей локомотивов, длины вагонов и так далее. Здесь
человеческие мысли становятся исключительно "наглядными и уже
достижимыми для рассудка.
Было бы совершенно ошибочным пытаться подойти к ученикам 8-го,
9-го или 10-го классов с лишенной суждений феноменологией или лишь с
целостными, открытыми понятиями, вместо рядов фактов, предметных
понятий и рядов знаний. Тем самым был бы прегражден единственно
возможный в этом возрасте путь к миру людей и к их порядку, в
конечном итоге также и моральному — путь самостоятельной оценки. «Я»
окажется изгнанным либо в дикость, либо в мечтательность — и то, и
другое, к сожалению, актуальные проблемы молодежи.
6. Распределение материала в соответствии с
возрастом
В педагогических трудах Штейнера можно найти множество мест,
где он обосновывает неизбежный поворот во всем ходе образования с
наступлением пубертата. Так, он показывает, как преимущественно с
наступлением возраста И лет 8 месяцев молодой человек начинает во
внутреннем восприятии отделять одушевленное и живое в его
окружении от мертвого и распознает последнее в качестве такового, в то время
как раньше он преимущественно воспринимал и его как наделенное
жизнью и душой. Поэтому следует следить за тем, чтобы материал по
минералогии, физике и химии вводился только после этого; и чтобы,
далее, разрабатывался он с точки зрения жизненно важных
взаимосвязей — с точки зрения сельского хозяйства, или ремесла, или иной
практики (ШТЕЙНЕР, 1924).
В другом месте он показывает следствия насильственного,
преждевременного пропитывания ребенка каузальными суждениями; связанное с
ними переживание типа "да — нет" вызывает углубленное ощущение
собственного «я», II это уплощает чувство социальной корпоративности в
более поздние годы, так что в результате возникает ограниченная
эгоизмом установка к миру (ШТЕЙНЕР, 1920) — это как бы предвосхищает
цитированные выше наблюдения Кристы МЕВЕС (1981). Во многих
других местах указывается на то, что следует правильно выбирать момент
применения каузального подхода (ШТЕЙНЕР, 1924а).
Криста МЕВЕС (1982) — специалист в области сегодняшней
подростковой психологии — пишет также о том, что слишком раннее
культивирование рассудочной деятельности наносит ущерб, даже парализует
жизнь. Каждый раз это дополняется бессилием специалистов-дпдакти-
40
ков, которые на первом занятии говорят, что "непосредственное
переживание реальности представляется им здесь более важным", и которые,
однако, каждый выходящий за пределы этого шаг к духовной
переработке пережитого вновь и вновь хотят видеть только в том, чтобы
сформировать "классы отношений объектов", систематизировать — иначе говоря,
водрузить над этим узкие, невыразительные понятия рассудка (ДУИТ,
1981b).
Способ рассмотрения предмета в б-м классе, в котором начинается у
нас изучение физики, является пока во всех разделах преимущественно
феноменологически-образным. Он еще свободен от абстрагирования в
смысле, например, генерализующих законов природы.
Материально-каузальный метод конвенциональной школьной
физики пока не привлекается. Здесь готовится почва для позднейшего
переживания поистине высокоинтеллектуальных альтернатив для
обработки физических восприятий. Это должно потом вновь ожить в
12-м классе, чтобы научно-теоретический релятивизм не стал в 12-м
классе некой игрой или почвой для отчуждающей от мира научной
неуверенности.
Сравнительно-наглядный подход б-го класса уже в 7-м классе
получает частично новое направление. Причем оно касается не представлений о
моделях, атомах и тому подобном, но отношений добычи, производства и
транспортировки произведенного или добытого и тем самым
технического применения знаний в жизни. Ибо в сущности для молодого человека,
который в пубертатном возрасте стремится дистанцироваться от
родительского дома, важен вопрос: каковы возможности на основе обозримых
идей самому себе помочь в мире, найти свое место и нормально
устроиться в нем? как молено, наконец, во внешнем трудовом мире сделать что-то
полезное для других людей? В этом ряду живет и обсуждавшийся выше
на примере железнодорожной игры вопрос о том, как отражается
человеческий моральный порядок в применении техники в отношениях
пользователей, окружающей среды, общества; эти отношения в сущности
определяют применение вплоть до деталей. В конце физики 7-го класса
дети подходят к техническому по своей сути типу мышления — к
простой теории механики с применением рычага. В механике уже в
эксперименте систематический каузальный анализ совпадает с технически
ремесленным пониманием прибора. Тем самым к исходному пункту
классической физики подходят через применение. Однако и тут еще не
последует основанное на этом систематическое построение других
областей физики. Количественные отношения, описываемые в формулах,
первоначально изучаются на отдельных случаях, например на
наблюдениях электрического тока в теории электричества или на вычислении
Давления в аэро- и гидромеханике (8-й класс). К систематическому
возведению логико-теоретического здания пока еще не приступают.
41
После того как в 9-м классе, на примере телефона и локомотива,
прорабатываются фундаментальные материально-причинные типы
объяснений (например, с диаграммами типа «ток —время», кривыми
давления пара и сравнением количества теплоты), этот метод только
в 10-м классе восходит к количественной систематике. Однако там
взгляд вновь обращается к человеку: на примере параболы
свободного полета феноменом для познавательно-критического анализа
становится предварительная просчитываемость, предсказуемость
процессов. И только после того, как в 11-м классе, на примере новых
достижений в теории электричества (радиосвязь, рентгеновские лучи,
радиоактивность), разрабатывается вопрос о восприятии и
реальности "недоступного чувствам", в 12-м классе, в теориях света и цвета,
возвращаются к гетеаиизму самой первой эпохи физики — но с
выяснением методов.
Таким образом, учебный план до 9-го класса все более удаляется от
феноменологического рассмотрения природы, ибо он удаляется от
самой природы. Изолированные материальные причинные цепи
становятся при анализе технических аппаратов целью учебных занятий. Этот
метод является, таким образом, уместным и при этом, однако, с точки
зрения педагогики, гетевским методом (гетеанизм выражается в том,
что принимается во внимание развитие мышления). В 10-м классе
отходят от техническо-практического материала 8 —9-го классов с его
социальной соотнесенностью и обращают взгляд к человеку
мыслящему. Формирование его познаний и заданное тем самым отношение его
к миру поднимается до уровня феномена. В ходе выстраивания
систематической физики в 10—12-м классах — хотя бы и
фрагментарного — в человеке, приближающемся к совершеннолетию, пробуждается
и становится великой целью его интеллектуальных усилий вопрос о
собственных методах познания — а это и есть вопрос об истине.
Однако он остается без ответа. Тем самым человеческий дух в своих
глубочайших побуждениях и погружениях получает направленность далеко
вовне, во внешний мир.
7. Обобщение
Так называемое абстрактное естествознание, которое реализуется в
соответствии с описанным каузально-аналитическим методом, в плане
отношения к миру принципиально близко другим способам познания;
каким образом, это объясняется в схеме на следующей странице.
Рассмотрим сначала стрелку, которая идет от целостного переживания
42
Путь
ученичества
жизни
и образа
действий
в чувственном
мире:
целостное
переживание
Старые ремесла
Техника XIX века
3)
Техника XX века
Сущностные человеческие идеи
и их мир \
Теория познания
Учение о чувствах
А
Феноменологическое
развитие понятий
4
Рассмотрение феноменов
Описания восприятий
Причинно-следственные,
предметные понятия
Мьшление в моделях
Агностицизм
Механицистское понимание
мира, человека
и духа
* Обновленные
искусство исцеления,
сельское хозяйство,
педагогика
X
Модернизированные
старые ремесла
Чувственное
восприятие
расценивается
как иллюзия
или, в лучшем
случае, как
некий
сигнал
Техника XXI века
43
вниз: сужение аспекта и прогрессирующая абстракция ведут к созданию
моделей. Модели дают основание для сквозного объяснения мира и
заставляют деградировать первичное целостное переживание, представляя
его как обманчивый рефлекс на невидимые испарения мира моделей, то
есть как иллюзию. Познание оказывается в плену нижнего круга; иначе
говоря, человек постоянно проходит только через несущественные
чувственные переживания, каузальный анализ и механистические модели мира.
Он теряет свое свободное переживание и подвижное восприятие самого
себя.
Он развивает технику гигантской эффективности — и наслаждается
тем, что он обладает. Не то при движении вверх: углубление
феноменологического рассмотрения ведет его к постижению самого себя и тем
самым к новому фундаменту духа, а значит, вновь в пределы
целостного переживания. Человек продолжает жить духовно; его переживание
мира растет вместе с ним; он наслаждается тем, что раскрывается
перед ним.
Таким образом, дан еще один набросок того, что происходит в
школьном изучении естествознания. В б-м классе начинают с целостного
переживания. Учатся ощущать покой и теплоту чувственного обращения
к миру. Переживаемое соединяется феноменологически: так учатся
первоначально^ мышлению. Сущностные целостные истолкования оказывают
свое влияние, не будучи даже высказаны, следуя из далекоидущих
устремлений учителя на занятии. Обсуждаются возможности применения в
ремесле (диагональная линия 1).
Потом в 9-м классе постепенно шагают через причинно-аналитическое
мышление на примере телефона и двигателя к технике прежних времен
(диагональная линия 2); однако пока еще не к моделям.
В 10-м классе делается попытка показать, как в человеке внутренне
развивается причинно-аналитическое мышление — которое тем не
менее соответствует внешнему миру. Тем самым переходят с уровня
причишю-аиалитического рассмотрения (первая станция на пути вниз)
к высшему уровню — уровню сущностного объяснения человека и его
познания.
В 11-м классе на основе новых знаний — радиотехники, атомной
энергетики — показывается, каким образом создаваемые
причинно-аналитическим методом модели могут служить тому, чтобы при помощи
целостного объяснения мира отгородиться от мира. Ведь
фундаментальные вопросы понимания продолжают оставаться открытыми, несмотря
на большие успехи крупномасштабной техники. Что такое, собственно,
поля, чем вызван статистический распад, какова природа лучей?
Сущностные вопросы, которые на основе моделей, то есть категорий, в
конечном итоге — на основе механики, не только не получают ответа, но и
не могут быть поставлены. В ученике формируется соответствующее
44
отношение к открывающимся все глубже сферам проявления природы —
подход извне, подход исследователя. Работа, таким образом, идет в
области стрелки 3.
Потом в 12-м классе при изучении оптики широко внедряется
феноменологический способ рассмотрения, который доводится до сущностных
целостных объяснений. Феноменология не может больше оставаться
донаучным, только учением о природных феноменах. За пределы верхнего
круга схемы надо выйти. Наряду с этим часто следуют количественному
подходу, вплоть до рассмотрения моделей света, — пока, наконец,
модели, в их классическом понимании, не вступают в противоречие
(корпускулярно-волновой дуализм). Нужно понять и пережить
различные способы рассмотрения. Таким образом, верхний и нижний круги схемы
приходят к конфликту.
"Какой же способ рассмотрения является правильным?" —
спрашивают ученик и читатель. А никакой! Подход избирается в зависимости от
того, какие цели преследуются. И еще это зависит от того, какую
целостную установку к миру хотят в себе сформировать. Это как раз
характерный материалистический предрассудок — что существует
только один метод познания, позволяющий во всех вопросах приблизиться к
действительности; метод познания, источником которого является не
человек, но сами вещи, понятые им таким вот (превратным) образом, —
механика, учение о движении (Декарт).
Каждый путь познания имеет свои исторические и
биографические условия — и приносит свои плоды. Чему учит мышление в
моделях? Узнают кое-что о свободе человеческого духа навязать миру
свою легко возрастающую способность к механистическому
мышлению, утратив способность понимать его глубокий язык жестов. Узнают
о возможностях разрушения и саморазрушения. Вот тема
современного человека, несущего в себе саморазрушение и самоисцеление во
многих обличьях. Внешний взгляд на различные методы
исследования становится элементом самопознания; тем самым он проливает
свет и на наше время.
Ученик должен познакомиться с формами мышления, характерными
для нашего времени. То, что он не только теоретически
разграничивает их, но должен войти в каждую из этих форм и с их помощью
последовательно разобраться с феноменами природы, оказывается для
пего нелегким делом. Он приучается к тому, чтобы в процессе
мышления не только руководствоваться тем, что стало привычным, но и к
тому, чтобы быть самостоятельным проводником самому себе.
Переходя от одного метода мышления к другому, он тренирует подвижность
силы мышления. В то время как в 12-м классе прорабатывается
очередная часть научной теории, собственные духовные идеалы молодого
человека и его устремления к познанию должны проявиться и стать
45
зримыми для него самого, охватывают ли они явления мира — или
лишь вскользь задевают их.
Аналогичным образом в специальной литературе выдвигается
настоятельное требование, осуществлять генетическое обучение не на
исторических личностях исследователей, но на самом ученике. (ЮНГ
1981е). Он должен на самом себе постоянно и сознательно наблюдать
переходы и шаги к научному, в конечном итоге — к
научно-теоретическому мышлению. На это, однако, следует возразить на основе
предложенного нами подхода, который опирается, конечно, не на материал
доказательства, но на продуктивную практику: только в 12-м классе
ученик впервые оказывается способен сделать свою собственную
деятельность по добыванию нового знания предметом своего
рассмотрения. Только предваряющий, не растрепанный критикой расцвет
различных богатых по выразительности способов объяснения,
сменяющих друг друга в соответствии с возрастом, обеспечивает
соответствующий материал, опыт и богатство переживания, а также подвижность
духа, которая позднее (в 12-м классе) позволит достаточно глубоко
поставить вопросы методологии познания. Только путем
первоначального обращения (6 —8-й классы) и позднейшего возвращения (12-й
класс) к феноменологическому мышлению ученик может обоснованно
участвовать в нем. Только после этого может быть достигнуто зрелое
обращение с ценностями познания и тем самым, в конечном итоге, с
ценностями применения научных парадигм. Поэтому именно
сознательному учету антропологических особенностей возраста мы придаем
решающее значение.
VI. ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Прогресс естествознания вот уже на протяжении столетий
обнаруживает все новые факты. Сокровищница описанного знания безмерно
возрастает. Все новые области знания проникают в школу. И
классические области знания большей частью сохраняют свое
основополагающее значение. Учебный материал разбухает... С давних
пор раздаются призывы к ограничению объемов материала. "Больше
учить, меньше проходить" — так озаглавил ВАГЕНШАЙН свою
программную работу (1965). Меньше означало бы больше — таков общий
итог опыта практических воспитателей. Однако ограничения
необходимы уже и потому, что падает способность учеников к восприятию.
Порядок учебы, как и порядок жизни, терпит ущерб; слабеют силы
здоровья.
46
1. Структуралистское и ситуативное обучение
Нам предстоит обсудить два противоположных пути, к которым
прибегают, чтобы поставить под контроль выходящий из берегов прилив
учебного материала. Чаще всего встречаются с такой процедурой, в ходе
которой совершается очень быстрый переход от конкретных деталей к
общим теориям и структурам. "Семерых одним махом" — так можно
обозначить этот принцип (БРАТЬЯ ГРИММ, 1819). Теория,
целенаправленно освоенная на основе небольшого количества фактов, потом
уничтожает неисчислимое количество феноменов. Таким теоретическим
образованием является, например, понятие энергии с принципом
сохранения или введение частиц всякого рода. Тогда на занятии при каждом
новом явлении стараются быстренько отыскать уже знакомый принцип
и таким путем быстрее двигаются вперед. Пирамида учебного
материала уже не покоится на широком, укорененном в жизни фундаменте, но
балансирует на призрачно-тонком, окутанным теориями острие. Как
много учеников не в состоянии удержаться на нисходящих, зеркально
гладких стенах этой пирамиды! Известное дело, они остаются на второй
год. Процесс выбирает учеников, и в их душевной жизни выбирает
специфические силы. Все это прекрасно можно спланировать и
перепроверить.
Другим путем — путем обучения без применения кнута
предварительно запланированного объема учебного материала — пошел
МАРТИН ВАГЕНШАЙН (1968а) с его "экземплярным принципом".
Благодаря "генетическому методу" ученик погружается в конкретный
мировой факт со всеми его качествами. Все его ощущение жизни, все
обращенные к миру энергии должны проявиться в этом деле
(определенные ожидания предъявляются тут и к учителю). Таким образом,
уже нет исключительного господства регистрирующего и
комбинирующего рассудка. Эмоциональные и аффективные силы учеников
переплетаются в этой встрече; они и рождают первые вопросы. Когнитивная
деятельность — в других случаях преобладающая — здесь является
лишь сопровождающей; позднее она дополнит пережитое обычными
теориями и дальнейшими сокровищами познания. Но в этом
переживании возникает человеческое отношение ко всему этому —
отношение, которое несет на себе весь процесс учебы и является смесью из
радости предпринимательства, заинтересованности и ожидания.
Подход Вагеншайна: дать меньше, но конкретно — и тем самым с большей
мотивирующей силой; дать меньше, но основательно — и тем самым
всеобъемлюще. Этот принцип по сути взывает к феноменологическому
подходу в естествознании, в то время как другой, структуралистский,
подход препятствует феноменологическому углублению.
Что такое феноменология? Для ученого это прежде всего нечто не-
47
привычное, "непройденное". Откуда происходит слово
"феноменология", где оно до сих пор употреблялось и как мы можем определить
его в теоретико-познавательном отношении — все это обсуждалось
выше. Теперь же речь идет преимущественно об улучшении учебных
занятий. В конечном итоге вся книга наглядно представляет наше
понимание феноменологии. Чтобы найти его в ней, следует подчеркнуть:
плодотворно пережить феноменологическое естествознание можно
только тогда, когда хочешь сам освоить качественный подход к
рассмотрению явлений природы во всей их полноте. Если же, напротив, исходить
из предрассудка (пускай и не высказанного), что природа как целое
есть случайная игра различных видов материи и энергии, в которой не
выражается ничего существенного, то речь может идти лишь о власти
над этими единичностями. Желание по-человечески соприкоснуться с
природой, стремление к просветлению этого соприкосновения должно
казаться иллюзией, в лучшем случае — терпимым субъективизмом,
поскольку оно трогательно. Чтобы овладеть, необходимо только одно —
разъяснить чисто объективное положение дел, но не наше отношение к
нему, ибо последнее уже в силу вышеназванной изначальной
установки затвердело и погрузилось в бессознательное. Феноменология же,
напротив, совершенствует не покорение мира, но рассмотрение его.
Она учит методически, подвижно развивать собственную деятельность
наблюдения, по-разному развивать ее в каждом новом переживании.
Речь идет о том, чтобы покорить собственную встречу с миром,
данную в переживании, а не только так называемые объективные факты,
существующие за пределами сопереживания. Все существенное в мире
может быть постигнуто только через движение собственного существа.
Могут возразить, что в область задач точных наук о природе входят
только так называемые объективные факты мира; иначе говоря,
измеримые величины; для какого-то сопереживания в качестве элемента
рассуждения, по определению, не нашлось бы места. И вопрос о
смысле и сущности вещей отпадает сам по себе. Па это следует ответить:
разве не основывается на самой природе человека то, что он стремится
в категориях качества прояснить всегда наличное переживаемое
отношение к миру, даже если при этом речь идет о тех восприятиях,
которые, казалось бы, целиком отданы на откуп количественному,
свободному от качественных оценок рассмотрению? Неужели
свободное, творческое мышление сохранило права свободно двигаться в
области одной только социологии, где отсутствуют ясные исходные пункты
для естественно упорядоченных чувственных восприятий и постоянно
появляются новые идеологии?
Конечно, следует признать, что всякая спонтанная, да и дидактическо-
пропедевтическая работа вне каркасной сетки количественных
аналитических понятий может выродиться в несущественное и прокоп-
48
тролнровать это достаточно сложно. В этом, однако, нет ничего
удивительного, ибо для всякого рода научной работы необходима подготовка,
обучение и общение (научные связи). Л в этом еще ощущается большой
недостаток на обширном поле феноменологического подхода к природе.
Тем не менее это должно применяться в школе.
Техническая "делаемость" не является высшей задачей
феноменологического рассмотрения природы. Искомое расширение поля
деятельности лежит прежде всего в самом мыслящем человеке. Оно
должно носить индивидуальные черты, в которых тем самым, пускай
пока незрело и преходяще, проявится духовное и творческое. Именно
этого следует ожидать от личности учителя, только посредством этого
возможно его воспитательное влияние. "Сами по себе факты, учебный
материал не дают воспитания и образования... Поскольку
образование — это такой процесс человеческого бытия, в котором человек
пытается получить ответы на вопросы о смысле своей жизни, оно
осуществляется только в процессе ознакомления с тем, какие смыслы
вкладывают другие люди, рассматривая мир предметов, а не в
занятиях с самими предметами" (ЗАХЕР, 1980). Феноменологический,
обзорный подход к природе, конечно, не несет с собой глубокого "па-
деления смыслом". Но он развивает индивидуальное, качественное
восприятие и осмыслепие: необходимые предварительные ступени
оценивающего освоения мира — и освоения самого себя. Свободная от
оценок, механистическая, причинно-аналптически зауженная
специализированная наука развивает совсем другое — то, что как раз должно
быть существенно дополнено именно на вводных ступенях
образования молодого человека в школе.
2. Модельные представления как объяснения?
Чтобы соединить и упорядочить все более многочисленные факты,
физик создает теории и модельные представления — например,
волновую модель света. Он знает, что каждая модель имеет принципиальные
ограничения; что, например, существуют явления, которые противоречат
его упрощенному пониманию. Модель годится только для определенного
ряда явлений. Для прочих же приходится в том же кругу объектов
конструировать противоположную модель. Является общепризнанным, что
таким путем не возникает полного знания.
Однако научные модели, вроде теории света или представлений об
атоме, которые никогда не передают сути дела, тем не менее
рассматриваются обычно как сущность или по крайней мере как шаги к сущности —
как в популяризаторском, так и в научном сознании. А именно
упускают из внимания, что вопрос о сущности, который полностью выпадает
49
из физических категорий, не может быть поставлен с их помощью и тем
самым не может получить ответа. Тем не менее для ученика каждая
модель представляет собой ответ на существенный вопрос,
высказывание о некоторых первоосновах бытия — о чем, однако, пока еще вовсе
не спрашивали! Объяснения действительности он — как в сущности и
любой человек — воспринимает как действительные. Ведь в исходном
пункте были знакомые ему, встречающиеся вещи. Так что и
объяснения, которые их обосновывают, для него не менее реальны. Ученик в
принципе не может понять ограниченности в постановке вопроса,
поскольку в его способе постижения мира пока еще не развита доля чистого
мышления, которое является свободным деянием человека. Ученик
больше связан с восприятием. "Однако абстрактные понятия, которые не
обязаны своим происхождением феноменам, понимаются превратно: не
как сконструированные, но как преднаходимые, как материальные либо
магические сущности, относительно которых верят, что они в качестве
последней причины стоят за всем существующим и обусловливают
феномены: онтологическое превратное понимание физики" (ВАГЕШЛАЙП,
1980а).
Что означают модели для миропонимания, подробно обсуждалось в
другом месте, см. М.фон МАКЕНЗЕН (1993).
3. Морфологическая дидактика и интеракционные
методы — гештальтпедагогика
Урок может "удаться" или "провалиться", может оказать
оживляющее и возбуждающее действие, открыть и расширить перспективы, а может
усыпить, убить желание к участию, навеять скуку и равнодушие — эти
банальные наблюдения необъяснимы до тех пор, пока занятие
рассматривают лишь как процесс, в котором речь идет исключительно о приобретении
информации и тренировке навыков.
Шлифовка навыков и приращение информации — это скорее
вторичные результаты, достижимые лишь в том случае, если они вплетены в
определенный процесс развития. Такое развивающее обучение
развивает не материал, но духовную активность ученика — это происходит па
занятии, в этом и состоит само занятие! Тем самым абстрактный призыв
внести в учебу эмоциональность и эффективность в качестве
дополнительного витка на том же кругу встречает ужасный ответ: ужасный,
поскольку отпадает все, что изготовлено индустрией педагогического
вооружения. На завоевание страны детской души идут как будто с
помощью военной техники. Мы знали, что завоевание не принесет плодов.
Ужасно то, что и от него теперь придется отказаться. Ибо: что вместо
•лого? Не должны же исчезнуть все обязательные направления и содер-
50
жания учебы? Мыслимо только одно: ситуативное, индивидуальное,
душевное должно постепенно присоединяться к обязательному,
затвердевшему — тому, что у нас, в обществе практических достижений,
считается более важным. В этом направлении лежит и соотнесенность с
возрастом в учебном плане Штейнера. Речь идет просто о том, чтобы
"сделать физику, или химию, или что бы то ни было удобопонимаемы-
ми" (ЮНГ, 1981f). И тем не менее материал не должен преобладать.
Что-то надо сделать и с самими науками — не только с ситуацией
передачи знаний.
Таким образом, феноменологический подход в изучении физики,
к которому мы стремимся, находя многочисленные отклики в
литературе, обретает опору в морфологической дидактике; и наоборот,
дидактика находит опору в нем, поскольку наш подход позволяет
педагогически выстроить и уравновесить позднейшее
научно-теоретическое обучение. Наш подход, однако, полагает развитие
эмоционального, аффективного и социального обучения в пределах
интеллектуального проникновения в суть дела, а не как
субъективное копание вокруг да около. Напротив, не следует слишком
заниматься "самовыражением ученика в овладении, объяснении п
оформлении материала " (ШПИС, 1979а). Целью должна быть
внутренняя объективность.
Еще одним новым направлением, получившим известность, является
тематически центрированная интеракция (взаимодействие) Рут Кои.
(Подробную, постоянно пополняемую библиографию рассылает
"Институт-мастерская живого обучения" В.Шлютер. Sallstr.61, Hannover
1. Обзорный материал о возникновении и практике гештальтпедагогики
см.: ПЕТЦОЛЬД, 1977.) Интеллектуалистской перегрузке с научной
ориентацией в материале, методах и контроле она противопоставляет
человеческое взаимодействие. Она полагает, что тем самым "впервые
убедительным образом достигнуто соединение когнитивных,
аффективных и социальных учебных целей", тогда как "торжественные речи
политиков" с присягой на верность этим целям , как правило, остаются
без последствий (ГОРШЛЮТЕР, 1979). От нашего идеала
взаимодействия ее позиция отличается однозначно принятым отсутствием целей
для человека, школы и общества. Она отклоняет заимствование целей
из традиции, техники или управляемости. Мы должны, однако,
возразить: из одного только чувства и встречного чувства ("feed-back") и
разговоров обо всем, что происходит во мне или в нас, нельзя познать
мир. Концентрация на самих себе особенно вредна для молодых людей
и ли к чему не ведет — это замечает, например, ЦОЛЛЕР (1979), когда
он вновь и вновь вместо ученика должен все проводить сам, потому что
ничего не возникает. Очевидно, ученики ожидают, что иначе от него
придет некоторый духовный импульс, пускай не без горечи, — но не
51
только организация душевного бытия, сиюминутная забота и
дружелюбное общение.
О гештальтиедагогикс представитель одного из се направлений
сказал как-то, что она "утратила критическое измерение и выход на более
высокий общественно-политический уровень, которого и без того
сильно не хватает гуманистической психологии и психотерапии"
(ПЕТЦОЛЬД, 1977). Вальдорфская педагогика ищет выходов к миру,
но не в общественной политике или критике общества, а в
соответствующем возрасту осваивающем изучении мира. Поэтому в области
духовного развития учеников она преследует иные цели, чем
направления гештальтпедагогики. Характерно, что последние не ставят вопроса
о том, каково соотношение возраста и форм мышления, направлений
переживания и типов практики, которые вытекают из определенного
идеального подхода к изучаемому материалу (подготовки материала к
изучению). Этот идеальный подход к материалу, в конечном итоге сам
материал должен быть подготовлен в соответствии с возрастом; не
только уровень отношений с разграничениями и контактами между учителями
и учениками, учеников между собой и т.д. (ИМШВАЙЛЕР, 1986). Тем
не менее вальдорфская педагогика с феноменологической концепцией
преподавания естествознания приближается ко многим интерактивным
моментам гештальтпедагогики; например, у нее давно уже вошли в
традицию рекомендуемые учебно-практические "обратные размышления"
(БЛРОУ, 1981).
4. Наш первый мост: органы чувств
Принимая во внимание указанные специфические методы
преподавания, следует подчеркнуть, что феноменологическое преподавание гораздо
больше сориентировано иа эмпирическое познание мира, чем на
самопознание. Оно не стремится развивать и культивировать сиюминутное
самосознание личности в ее данности.
Чувственное познание как материнская почва всех естественных наук
требует сегодня особой заботы. Преподавание естествознания должно
не просто продемонстрировать тонкие сигналы природы как стартовое
возбуждение органов чувств, оно должно воспитать и развить
способность к спокойному качественному восприятию. Оно будет в
состоянии сделать это только в том случае, если по-новому, более открыто
проникнет в восприятие и поставит перед ним новые вопросы. "Это —
не вопросы о причинности или целеполагании, которые мы можем
рутинно навесить на все, что угодно,[...] и не о давно открытом общем
законе, к проявлениям которого можно приплюсовать данный
отдельный случай. [...]Ребенок, — разумеется, как и углубившийся в феио-
52
мен взрослый, — стремится не к концу, но к следующему шагу, не к
завершению исследования, но к его продолжению..." Чтобы "ответы
на вопросы, возникшие из чувственного опыта, не привели к
интеллектуальному отчуждению от мира чувств, а полученные сведения и
объяснения не отвратили взгляд от чувственного опыта, [...] мы
принимаем вызов — то, что открывается чувствам, что влияет на органы
чувств, раскрыть при помощи нашей мыслительной деятельности,
чтобы тем самым прийти к более интенсивному и тщательному
восприятию. Это и означало бы как раз столь прославленную открытость
человека миру" (ШЕЛЕР, ПОРТМАН; по ФЛЮГЕ, 1979). Тогда
доверие органам чувств сможет противостоять притоку технических
раздражений, ослабленной способности к концентрированию. В Послесловии
к вышедшему в 1980 году сборнику Вагеншайна Хорст РУМПФ писал,
что "необходимы чувственно-целостные подходы к миру", чтобы
образовались "переходы между миром жизни и природы, облику которого
не чужды проникнутые фантазией глубоко личные мысли и
размышления", и "миром как совокупностью данных", иначе все большей
становится опасность раскола между душой, жаждущей наслаждений, и душой,
занятой холодной как лед калькуляцией.
Поэтому дидактика естествознания не может уходить и от вопросов о
том, какова личность учителя, о воспитательной стороне дела, о
моральном развитии и постижении самого себя. Специализированное
естественнонаучное обучение не должно прежде времени приносить в
жертву здоровую жизнь, здоровое восприятие и мышление ради
сориентированного на практические достижения и, возможно, действительно
необходимого на более поздних этапах наукообразия. Так, описанный
здесь путь преподавания неразрывно связан с вопросом: "Существует
ли такой путь обращения с чувственным миром — обращения не
повелевающего, но братски заботливого, — который не передается с изучением
измеряющего естествознания, но всерьез полагается на него, — другими
словами, путь просветленного и просветляющего благоговения?"
(РУМПФ, 1980 ).
VII. К УЧИТЕЛЮ
1. Плюсы и минусы предварительной работы
Книга написана ради тех, кто ее сначала не получит, — ради
учеников. Ее получат учителя — возможно, с облегчением. Им может
показаться, что пространный, удивительно изобильный материал по
физике разложен здесь как готовые блюда в холодильнике. Это со-
53
здаст у них впечатление, что теперь они им обеспечены. Книга,
однако, не может оправдать таких надежд; а если бы и могла, это следовало
бы запретить! Ибо ученики живы не материалом учебника, но
инициативой учителя, его духовной борьбой, его терпением, с которым он
ищет для них путей к этому миру. Они учатся так, как учится он.
Каждый, кто "хорошо освоил" свой материал, знает, что он должен не
только по-новому упорядочить его, но и открыть в нем для самого себя
новые стороны, если он хочет вести преподавание на основе
непосредственного духовного переживания — иначе говоря, достичь
определенного уровня. Чтобы ввести в эти измерения физику, было
необходимо, с одной стороны, проговорить ее для учителя, чтобы
облегчить ему дело, с другой стороны, сделать это дело более трудным.
Усложнения возникали попросту из-за того, что я мог рассматривать
весь материал только под углом зрения определенных
естественнонаучных и дидактических идей.
Идеалом для меня было бы устранение скорых дефиниций в форо-
номических (двигательно-механических) понятиях, с тем чтобы
перевести все в понятия открытые и якобы неопределенные. Чем
"является" свет, что такое "в действительности" звук, на чем "основана"
теплота — все это должно не разъясняется на скорую руку, но быть
достигнуто в переживающем наблюдении и мышлении учителя и
ученика. Читателя призывают вынести собственное суждение. Школьная
физика ис должна быть бессмысленным повторением деталей из
большой книги законов, издаваемых % научным начальством. Школьная
физика должна формироваться как бы снизу, спонтанно и не
замыкаясь на одних только вопросах о количественных величинах. В этом
случае она, конечно, многого потребует, а именно: альтернативного
мышления, способности самостоятельно ориентироваться, знания
феноменов. Последующий текст имеет право на существование лишь
постольку, поскольку он преследует эти далеко не простые цели. Но
одно легкое, практическое построение наглядного школьного знания
поможет, на мой взгляд, только учителю, уже попавшему в
безвыходное положение, и оставит без внимания более глубокие потребности
ученика. Кроме непосредственных духовных процессов преподавание
имеет, конечно, и некоторую унифицированную сторону: необходимо
передать актуальное знание о мышлении и деятельности технической
цивилизации. Здесь учителю необходима заготовленная (заранее
препарированная) информация. Некоторое количество таковой — хотя,
разумеется, пока еще недостаточное — я и предлагаю, отчасти вплетая
ее в основной текст, отчасти давая в примечаниях. Это позволяет
увидеть, каким образом возможна работа без моделирующих представлений
и удаленных от феноменов гипотез.
54
2. Опыты подобного преподавания
Представляет интерес опыт преподавания тех коллег, которые
придерживались разрабатываемого здесь материала, как раз потому, что
такая физика была для них внове. В менее успешных случаях ученики
говорят: "Но это же все логично". Они имеют в виду тем самым, что
продемонстрированные им явления были очевидны с самого начала.
Ученики чувствовали себя поэтому, с одной стороны, не особенно
увлеченными чудесами мира, с другой — поставленные перед ними
проблемы не представлялись им достаточно сложными для
объяснения. Тут обнаруживаются различные стороны. Отчасти ученики правы:
им должны быть продемонстрированы новые обращенные к чувствам
стороны мира в новых, никогда не виданных ими эффектах. Ученик
хочет войти в многоцветный круговорот неизвестных сил; он хочет
увидеть максимум возможного. Вызванное неожиданно явление
производит впечатление. Открытая чувственному восприятию сторона мира
должна формироваться дальше, должна преобразовываться. Простое
экспериментирование без соответствующей обработки в любом случае
будет развивать только поверхностность и бесцеремонность. Тем не
менее я предпринял некоторые попытки в этом направлении. Не
следует, однако, ради восприятия забывать о мышлении. Искусству
эксперимента сопутствует искусство понятия. Входя в среду
повседневных явлений как воспринимающий, человек, самостоятельно размышляя
и взвешивая, формирует новые понятия. Тогда и опыты,
представляющие преимущественно повседневное, не покажутся больше "логически
очевидными", по заставят посмотреть на вещи новыми глазами,
направят мышление к идеям, говорящим нечто новое. Этого, однако, не
происходит, когда учитель — как это часто бывает в
конвенциональной физике — только передает, как следует рассматривать вещи. В
таком сообщении гетеанизм остался пустым звуком — в отличие от
конвенциональной физики, которая, будучи основана на современных
саморазвивающихся формах мышления, автоматически нашла в
учениках фундамент для себя и утвердилась в них как нечто важное.
Напротив, чем более прочен в сознании самого учителя фундамент
гетсанизма, чем интенсивнее вовлекается и используется этот
фундамент в его повседневной жизни, тем лучше удастся ему воссоздавать
его, обращаясь к простым явлениям, а тем самым к более глубоким
основаниям детской души, даже если рассматриваемая им в данный
момент тема не имеет к этому прямого отношения.
Конечно, рискованно проводить в книге установку такого рода. В
неблагоприятном случае может возникнуть впечатление, что
предлагаемый материал по физике слишком детский, что материал б-го класса
55
следовало преподавать уже в 5-м: но ведь отсутствует каузальное
мышление! Конечно, уже на 12-м году жизни следует развивать мышление,
состоящее в необходимом соединении друг с другом отдельных
явлений. Мы, однако, должны попытаться развить мышление более
свободное, чем то, которое объясняет все явления процессами в
материи, представляемой как основа всего. Особенно очевидно будет это в
теории света.
3. Непривычный язык
Таким образом, необходимо, чтобы в 6-м и 7-м классах, а отчасти и в
8-м ученик целиком погружался в качества вещей. Одновременно
переживание их должно получить направленность к объективности — не при
помощи разделяющей абстракции, но в осторожном проговарпванпн и
соединении феноменов. При желании работать таким образом необходим
язык, который включал бы в себя исполненное чувства переживание.
Одностороннему развитию когнитивных способностей, рациональным
элементам и целям преподавания в познавательной сфере недостает учета
эмоциональной жизни и практически-активной стороны человека.
Чувство оказывается невысказанным, неразвитым, недифференцированным.
Ученик осваивает разрозненные знания: несмотря на объединяющие их
высшие теории, или как раз благодаря им, они остаются непроясненными
в близлежащей сфере жизни внешних чувств; они остаются лишь
случаями низшего уровня, без внутреннего смысла, без переживаемого
единства. "Ощущение лишенной смысла учебы часто становится потом
ощущением лишенной смысла жизни, ядром депрессивного поведения "
(ФИШЕР-ВАСЕЛЬС, 1978). Утрата эмоциональной действительности
доводит до расщепления личности при абстрактном обучении (КИНЦЕЛЬ,
1979). Как обычно в таких статьях, потом следует требование строго
ограничить материал, а для естественных наук — больше внимания
уделять феноменам.
Однако, как показывает опыт, простое оттеснение науки едва ли
будет иметь успех, если одновременно при этом измененный образ
мыслей и измененный язык не возобновят основанной на
переживании работы с феноменами, выходящей за рамки простого
регистрирования. Па место абстрактного, закосневшего в
наукообразии мышления можно поставить какое-то другое, по невозможно не
поставить никакого. Это другое мышление должно обрабатывать
переживания человека, а ие только его представления о вещах. Л это
56
значит, что необходимы новые фундаментальные понятия!
Профессионального языка тут будет недостаточно. Ведь его на протяжении
столетий пестовали как редуцированный язык господства — не как
язык встречи с миром. Опыт, попытка которого предпринимается в
этой книге, должен обрести язык, объединяющий чувственное с
мыслимым.
Тут нас подстерегает главный подводный камень — учитель
профессионально воспитывался иначе. Вместо прояснения чувственного
переживания он ожидает комбинации из облаченных в дефиниции,
очищенных от всякого переживания понятий — иначе говоря, форо-
номии, механики. Уже по педагогическим причинам этот идеал не
может здесь приниматься во внимание. Ибо следует стремиться к тому,
чтобы не диетически чередовать включение рациональных,
эмоциональных и аффективных элементов преподавания, но извлекать их
уже из самих вещей (из сути дела); речь идет о том, чтобы на пути от
первоначального восприятия до всеохватывающего мышления всегда
был задействован целостный человек; и при этом до самого конца
действительно иметь в поле зрения конкретные явления мира. Это с
необходимостью ведет к непривычным, открытым понятиям и
указаниям, которые не информируют посредством дефиниций, но которые
постигающий, осуществляя многозначный, строящий жизненный мир
разумный процесс, должен сам сфокусировать иа контексте
сказанного. Речь идет о том, что подобные открытые фундаментальные
понятия имеют своим истоком как раз эмоционально насыщенные
восприятия, чтобы они вели опять же к чувственному созерцанию, чтобы
они получали свою мыслительную структуру из опыта. Речь идет не
об эмоциональных комплексах по типу субъективных оценок, но о
лежащих глубже элементах науки. Серьезность предлагаемого здесь
подхода проявится как новый импульс в преподавании физики тогда,
когда откроется в переживании, что центральные понятия,
выступающие здесь целью, не являются ребяческим украшательством
безотрадно пустынного мира физических объектов, ио дают
возможность из собственного восприятия открыть новую научную
реальность — каким бы скромным ни казался
продемонстрированный здесь исходный пункт.
Можно будет заметить, что в теории света новые понятия
развивались несколько более успешно. Отчасти они проникли и в теорию
теплоты, прежде всего в б-м классе. Подход с позиций
альтернативного концепта к акустике имеет место главным образом в 6-м классе; в
последующих классах он становится более конвенциональным.
Однако и в акустике для б-го класса новые понятия не находят такого
блестящего воплощения, как в оптике. Подход к электричеству и маг-
57
нетизму является преимущественно качественным и ведет к
образованию свободных от моделей форм понятий, однако последние еще
нуждаются в дальнейшем расширении. В механике по крайней мере
один подобный подход возникает на основе того, что возможно
отчетливое ощущение силы и давления (в гидромеханике). Там тоже речь
идет о стремлении к такому пониманию, которое больше было бы
связано с переживанием.
Физику будет трудно отделаться от чувства глубокой неприязни —
кажется, что игнорируют и обходят все развитие науки на протяжении
многих столетий со времен Аристотеля. Является ли это
необходимым, терпимым или безрассудным, нельзя установить на основании
представлений, — это обнаружится только при полноценной встрече с
самими восприятиями. Проработка данной книги не заменит такой
встречи и не даст достаточных оснований для вынесения суждения; еще
менее дают их обычные на сегодня, бедные восприятиями
"профессиональные знания".
4. Построение книги и сокращения материала
По поводу плана книги следует сказать следующее: он соответствует
ходу программы с 6-го по 8-й класс. Развертыванию основного текста
сопутствует описание опытов в конце каждого раздела. Так что учитель
сам может решать, на чем он задержится, а что лишь быстро пробежит.
Теоретико-познавательное оправдание нашего замысла представлено в
предваряющем изложение Введении, хотя, собственно говоря, оно было
бы уместно среди опытов. Этого не произошло, поскольку инструкции
непосредственно по преподаванию должны быть максимально
приближены к учителю и находиться у него под рукой в удобной для практики
форме. Если практика оправдает себя, то, возможно, привлечет к себе и
теория, — хотя бы, к примеру, в этом Введении; ибо только жизнь
мышления как таковая, без оценки техники и преподавания, в
действительности поведет дальше.
Объем того, что предлагается для преподавания, даже без
примечаний, безусловно, превосходит то, что можно реально осуществить;
особенно для учителя, который преподает это в первый раз и многих
явлений еще вообще не знает. Ни в коем случае не следует в одном
классе целиком исключать какую-то одну область, например магнетизм,
который идет последним. Желательно осуществить по крайней мере
главное переживание в каждой области; это означает минимум по три
дня занятий.
58
При сокращении могут возникнуть трудности, так как я стремился
к тому, чтобы выстроить каждую область из наипростейших явлений,
отыскивая мысленный путь уже к самым первым понятиям; тем
самым обеспечивается известная систематичность. Многие утверждения
подготавливаются и как бы доказываются на основании
предыдущего. Подобная обстоятельность при построении книги хороша для
введения учителя в новый способ рассмотрения, чтобы он имел почву
под ногами при опросе учеников. Он должен быть в состоянии дать
обоснование и оценку своим понятиям в обширном поле восприятия.
Другое дело — школьники: они тоже могут давать обоснование и
оценку, но не в замкнутой выстроенной системе, а в круге внезапно
возникающих переживаний. Они могут ощущать и, может быть, даже
наблюдать, что материал прошел оценку и обоснование; но они ищут
не систематичности и доказательства, а в гораздо большей степени —
переживания и в некоторых случаях спонтанного мышления.
Систематика должна быть, и учитель должен ее знать, но он не должен
преподавать по ней. Тем самым становится ясно, как можно
сократить материал: убрать предназначенную для учителя систематику,
убрать половину опытов. Останется то, что представляется учителю
наиболее увлекательным и характерным. Выпавший материал можно
будет присоединить к этому в кратких сообщениях. Для тех
немногих учеников, которые ищут доказательного построения, которые
любят замысловатые рассуждения и абстрактные обобщающие
понятия, многое из систематически обоснованного материала может быть
попутно вплетено в преподавание посредством эпизодических
замечаний. В опытах не следует давать слишком много и ничего между
прочим: для каждого опыта должно быть достаточно времени, чтобы
с любовью проработать его.
6. Заключительное замечание
Для чего было так всесторонне и основательно рассматривать литера-
ТУРУ? Для того, чтобы каждый учитель мог сориентироваться в том, какое
место занимает наш подход среди современных течений в теории науки, в
профессиональной дидактике и педагогике, чтобы он видел, как
элементы того, чего хотим мы, повсюду дают ростки и оказывают свое действие.
Даже тот, кто еще не имел случая углубиться в идейное наследие Штей-
нера, сможет тем не менее воспользоваться некоторыми плодами,
приносимыми коммуникативными взаимосвязями этих тенденций. И для
59
вальдорфского педагога также важно видеть эти точки соприкосновения —
ведь он со своей работой находится в русле современных течений.
Для чего было всесторонне раскрывать соприкосновение с
высказываниями Штейнера? Чтобы вальдорфский учитель мог сам
удостовериться в правильности оснований и многочисленных
импульсов. Невальдорфскому педагогу тоже может быть интересно пройтись
вдоль этих "щитов-указателей", если он бросит взгляд на тот
проступающий за ними мир антропософских идей, который возбудит его
внимание в связи с вопросами, поставленными им самим в ходе
занятий феноменологией.
60
6-й КЛАСС
О СОСТАВЛЕНИИ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
После схематического обзора учебной программы давайте рассмотрим
устные рекомендации Рудольфа Штейнера об обучении в 6-м классе.
В издании от 1969 года, составленном Габертом и Нидерхойзером,
напечатаны в свое время 6 застенографированных фраз, на которые впоследствии часто
ссылаются (Штейнер 1919, пронумеровано мною).
(1) На шестом году обучения мы начнем преподавание физики, а именно с
того, что дети хорошо знают благодаря преподаванию музыки.
(2) Мы начинаем преподавать физику, причем из музыкального рождается
акустика.
(3) Итак, мы соединяем акустику с музыкальным учением о звуках, затем
переходим к обсуждению физико-физиологического строения
человеческой гортани.
(4) Здесь мы еще не можем обсуждать человеческий глаз, но человеческую
гортань мы обсуждать можем.
(5) Затем мы переходим — причем берем только самые важные вещи — к
оптике и учению о теплоте.
(6) На этом, шестому году обучения вы будете проходить также основные
понятия электричества и магнетизма.
Прежде всего, физику следует преподавать совсем не так, как это делается
обычно, когда рассматриваются явления с чисто физической точки зрения. Мы
должны довольно основательно взяться за музыку (фразы 1, 2 и 3). Акустика
должна быть не просто построена на основе музыкального, она должна быть
рождена из музыки (2). Следует в процессе обучения пережить это рождение,
проработать его в деталях.
Рождение означает: сначала акустика и музыка составляют единое целое,
затем акустика отделяется от музыки, но полностью не покидает ее. При этом
подразумевается не музыкальное вообще, а то "к чему дети привыкли
благодаря урокам музыки", итак, то, что сформировалось в душе ребенка в виде
определенных способностей, что стало также представлением (см. учебную
программу к урокам музыки) (К. Штокмайер, Р. Штейнер. Материалы к
учебным программам вальдорфских школ. — М., 1995). (1) Здесь следует подумать
и о "музыкальном учении о звуках" (3).
Второй тематической и методической опорой, на которую опирается
акустика, должно явиться изучение гортани (3). Таким образом становится видно,
какие области обычной акустики мы имеем в виду. А именно: возникновение
звука, каким образом через человека, с одной стороны, возникают
музыкальные инструменты и искусство игры на них и, с другой стороны, как
Целенаправленно формируется этот удивительный орган (4). Итак, прежде всего
61
не распространение, отражение, скорость звука — это мы будем проходить в
следующих классах, — а возникновение звука.
Акустика становится физикой в том случае, если она слышимое связывает с
другими чувствами и с внешними свойствами предметов в пространстве, а не
ограничивается чистым учением о звуке, ограниченным элементарными
взаимосвязями. Акустика должна строиться не на явлениях природы (звон
дерева, шум воды), а на явлениях культуры. Очевидно, что шумящее, звенящее
в мире считается чем-то производным. Первоначальным, всеобъемлющим,
высшим в мире звуков считается музыкальное. Оно является тем целостным, из
которого и следует исходить. Такая творческая первозданная власть музыки
(песен и игры на кантеле) воспета в "Калевале".
Обсуждение гортани, к которому мы переходим на следующем этапе, вводит
нас снова в такую область, которая является не просто уже известным
явлением природы, она, как и музыка, приобретает свою функцию и смысл
исключительно благодаря деятельности человека и его замыслам.
Учебная программа завершается простым перечислением областей, о
которых также следует поговорить. Они идут в следующем порядке: прежде всего —
оптика. Здесь остается открытым вопрос, иметь ли здесь в виду "Оптику",
учение о цвете Гете. Во времена Штейнера обычная оптика переходила к
вопросу о возникновении цветов ближе к концу программы. Вероятно, имеет
смысл в этой первой эпохе физики вообще не касаться учения о цвете, а, как
обычно, начинать с общепринятого — источников распространения света, но
методически излагать предмет следует по-другому.
Если с определенной точки зрения музыка находится между духом и
душой, переживание света и цвета — между душой и жизнью, то теплота
находится между жизнью и физическим. И наконец, электричество не
следует больше понимать по образцу очевидных физических сил, оно ведет в ту
область, которая не открывает себя в жизненных проявлениях земной,
воздушной и водной сфер, его можно вызвать к жизни только с помощью
технических средств. Изучение электричества ведет нас в сферу "подпри-
родных сил". Этот путь инкарнации, обозначенный Штейнером в виде
определенной последовательности соответствующих разделов физики, мы
сможем проходить еще раз внутри каждого из этих разделов, когда мы от
общей взаимосвязи (музыки) переходим к предметным частностям, например
к длине струны, "овеществляющей" звук.
Однако характерно то, что сначала музыкальный аспект звуков не является
полностью материальным. Здесь мы имеем дело не с числами, которые
представляют собой физические величины и их единицы, например килограмм или
метр, а с соотношением чисел, не зависящим от абсолютных величин.
Отдельность устраняется и остаются пропорции (дроби) малых целых чисел. Таким
образом мы продолжаем традицию древних греков. Для человека этой
дохристианской культурной эпохи истиной являлась не материя, а облик, прекрасная
пропорциональная форма. В музыке воплощены правильные отношения
(интервалы) малых целых чисел, которые совершенны в своей простоте. Это должно
было интересовать древних греков, и это вполне подходит для возрастной кате-
62
гории 6-го класса. Если мы попытаемся в 6-м классе отказаться от
преждевременной наукообразности и от связанных с этим технически оснащенных
экспериментов, то в конце концов дети заметят отсутствие механистических
объяснений и технически эффектных экспериментов. Они почувствуют, что в
этой физике б-го класса чего-то не хватает, а именно тех удивительных
аппаратов, которые извлекли бы на свет Божий из мира невидимого нечто, что
"объяснило" бы им наш мир. Ведь господствующая культурная догма уже
давно внушила ребенку, что основы бытия не постигнешь с помощью ощущешш и
здорового человеческого понимания. Такой образ мыслей большинства
современных школьников преодолеть практически невозможно. Но в главе
"Электричество" мы сможем восстановить некоторое равновесие. Естественно,
в ней все вызвано к жизни при помощи соответствующих аппаратов и приемов,
и в ней подобный образ действий совершенно оправдан. Таким образом, по
мере необходимости, изучению электричества можно придать больший вес.
Несомненно, эта эпоха является самой интересной для большинства учеников,
а не только для особо одаренных. Если вы захотите, изучая, например,
теплоту, продемонстрировать наиболее эффектные опыты, то можно опустить Т 4в,
Т 5в, и Т бв и взять опыт Т 10 из 7-го класса. Надо почувствовать настроение
детей. И вообще, если мы хотим, чтобы дидактический процесс пошел в
нужном направлении, следует, предварительно подготовившись, поговорить об этом
на родительском собрании. Нам может помочь то, что эпоха этого нового
предмета будет запланирована на начало б-го класса и ни в коем случае не должна
отодвигаться к его завершению.
63
АКУСТИКА В 6-м КЛАССЕ
I. МУЗЫКА РОЖДАЕТ АКУСТИКУ
1. Высокие и низкие звуки смычковых инструментов
Если у вас имеется такая возможность, поставьте рядом контрабас,
виолончель и скрипку — и даже без всяких объяснений, только переведя взгляд с
одного музыкального инструмента на другой, можно создать непосредственное
живое переживание их различий. Надо дать детям послушать несколько раз
часть струнного квартета (можно попросить об этом родителей учеников или
частных учителей музыки) и, предложив им для прослупшваиня высокие и
низкие звуки, определить следующее:
— На каком инструменте лучше звучит быстрая мелодия, то есть собственно
мелодический элемент.
— На каком инструменте спокойные шаги такта раздаются сильно и твердо.
Затем мы посмотрим, как работают руки музыканта. Очевидно, что
движение смычка не меняет высоту звука, это проделывает левая рука, находясь в
удивительно трудном положении. Одновременно мы наблюдаем, как на одном
инструменте эти движения пальцев выполняются очень быстро и легко, тогда
как на другом при игре участвует уже вся рука, она проделывает более
длинный путь и ей, естественно, требуется для этого больше времени. Аналогичное
мы наблюдаем в движениях смычка. У контрабаса смычок проходит большой
путь, он сильнее прижимается к струнам, движется сильнее и, как правило,
медленнее. Мы наблюдаем также, что скрипка при игре располагается совсем
на иной высоте тела музыканта по сравнению с виолончелью или контрабасом.
Для детей очень важно иметь точное представление о том, как держать
инструмент (возможно, имеет смысл им самим это попробовать). Мы редко видим,
чтобы на контрабасе играла женщина.
Затем мы послушаем игру каждого инструмента в отдельности. Мелодии,
сыгранные на контрабасе, представляют собой "экстремальную" музыку, так
же как очень высокие звуки, взятые на скрипке. В природе также можно
встретить такие крайности — тяжелый топот крестьянской лошади и щебет маленьких
птичек.
Итак, мы сравниваем не только высокие и низкие звуки, но и музыку в
высокой и музыку в низкой тональности. Все то, что мы поняли, прочувствовали, мы
соотнесем с другими чувственными восприятиями — такими, как величина
инструментов, реальные движения музыканта во время игры, положешю инструмента
по отношению к телу музыканта — и придем к соответствующему заключению. Но
важным для ученика это станет только тогда, когда он все занесет в свою тетрадь.
Если мелодия полностью теряется в самых высоких тонах, то она выделяет
64
нас из земного, тяжелого мироздания, она развои л ощает. Если она состоит из
быстрой смены, пассажей и скачков и ведется в среднем регистре, то человек
бодрствует. Развоплощение сдерживается благодаря музыкальному
оформлению высоких звуков — осознанность повышается.
И наоборот, низкие звуки вводят нас в переживание земного, действенного,
они воплощают нашу волю. Уместное использование их в музыке активизирует
нашу энергию и решимость. Злоупотребление этими звуками может
взбудоражить волю и подчинить ее чужой власти (барабанный бой на массовых
молодежных мероприятиях в тоталитарных государствах, бит-музыка). Мягко
звучащие медленные глубокие звуки, наоборот, действуют усыпляюще
(басовая флейта). Таким образом, каждая из звуковых областей, светлая или темная,
таит в себе особые возможности и даже чревата опасностями.
Затем можно будет, рассказывая об устройстве музыкальных инструментов,
дополнительно совершить экскурс в историю культуры, рассказав, к примеру,
историю создания скрипки.
2. Дополнительные замечания с точки зрения теории
познания
Физик может возразить нам, что целенаправленное подразделение
звуковых областей на низкую и противопоставляемую ей высокую область является
полностью субъективным. Шкала колебаний без членения на частоты идет от
нуля до бесконечности.
Но мы утверждаем: мы работаем прежде всего не со звуковыми
колебаниями, происходящими где-то вне нас, а с нашим слуховым переживанием, которое
мы относим к совершенно другом^ целокупно переживаемому восприятию.
Человек вообще настроен на звуки среднего регистра. Он всегда переживает
звуки последовательно друг за другом относительно этого среднего регистра.
И, даже если эти — высокий и низкий — звуки не раздаются одновременно,
мы добавляем этот контраст потому, что мы его знаем и живем в среднем
регистре. Только это позволяет нам сказать: этот звук — высокий.
Было бы заблуждением считать с точки зрения физики, что отдельный звук,
например высокий, является не обладающей собственным качеством
объективной реальностью и что восприятие этого звука как высокого, связанное с нашими
предыдущими переживаниями высоты звуков, является чем-то субъективным.
Более того, в музыкальном мире звуков является само собой разумеющимся то,
что звуки следуют друг за другом и соотносятся друг с другом. Переживание
сравнения соответствует музыке и является нашей действительностью. А
отдельный звук, как его рассматривает физика, из нее выпадает. И поэтому мы
будем рассматривать его не в начале курса, а лишь в конце его, когда
жизненный мир ребенка будет подготовлен к его восприятию.
Таким образом, мы стремимся к особому восприятию действительности.
Последовательное развитие этого восприятия зависит от результатов
естественнонаучного обучения во всех классах. Музыка, весь музыкальный объем звуков
65
является высшей действительностью. Из нее выделились или выделяются все
звуки и шумы: шелест травы, вой ветра и скрип деревьев в бурю, журчание
воды в ручье или удары по жести, по стеклу и т.д. Прежде чем перейти на
занятиях к такого рода отдельным шумам, которые больше позволяют
почувствовать предмет и его внутреннее состояние, а не закономерность, проявляющуюся
в музыкальных образах, нужно полностью погрузиться в музыкальную
акустику. При этом, принимая исходное решение и говоря: "истинной первопричиной
звучания является музыкальная форма", мы можем придерживаться этого
направления, чтобы последовательно упорядочивать явления. Музыка порождена
культурными деяниями активных, творческих людей, а не теми, которые
являются простыми созерцателями мира.
2. Высокие и низкие звуки других инструментов
Давайте проследим на других видах инструментов, как возникают низкие
звуки. Прежде всего это большие инструменты, и для того, чтобы заставить их
звучать, нужно затратить большее усилие или создать более мощный
воздушный поток.
Попробуем вспомнить, как звучат следующие инструменты:
— флейта, — органная труба,
— труба, рог, — лира,
— барабан, — фортепьяно.
Мы убедимся, что на струнных инструментах самые толстые струны издают
наиболее низкие звуки, да и звучат они гораздо дольше. Как мы уже говорили,
в быстрых мелодиях низкие звуки раздаются гораздо реже. Мы чувствуем, что
они глубже воплощают в том, что тяжелее и протяженнее. Какую силу (массу)
надо приложить к фортепьянной струне, издающей низкие звуки, и сколь сильна
вибрация! Сравним широкий размах при ударе в литавры с вождением смычка
по скрипке. На фортепьяно такие сравнения менее наглядны, так как сильный
удар, который необходим для струны, издающей низкий звук, частично
создается клавишей, а частично — механикой молоточков. Молоточки для струн
низкого звучания — музыкант этого при игре на видит — выполнены более
массивными, чем для струн высокого звучания.
Помимо принципа "большой (маленький) соответствуют низкому
(высокому) звуку", следует осознать также, каким образом материал определяет характер
звучания. Так, например, медь контрастирует с деревом. Не бывает скрипок,
сделанных из меди, или труб, сделанных из фанеры.
Если мы добьемся четкого восприятия этих значительных различий, то мы
сумеем заострить наше внимание на самых важных явлениях акустики. Это трудно
понять именно из-за простоты. Оказывается, самые различные инструменты можно
настроить на одинаковую высоту звука. Несмотря на различный характер звучания,
различную конструкцию инструментов и различные способы воспроизведения
звуков можно с помощью всех инструментов и человеческого голоса
воспроизвести один тон, и, когда этот тон найден, мы точно можем услышать, найден он
66
или нет. Звук одного инструмента резонирует, передаваясь другому (только в
8-м классе мы будем демонстрировать опыты с камертоном на резонаторе). Эта
"симпатия явлений" (Р. Штейнер) характерна для области звуков: нечто
проходит сквозь отдельные звуки. Таким образом в переживании феноменов, мы
коснулись таких нюансов, которые можно обойти вниманием, если работать с
ними, не используя чувство слуха, а использовать лишь механистические
представления, рассматривать лишь колебания (собственные частоты). К сожалению,
именно последнее слишком рано делают с детьми.
Изучая предмет, мы еще не задавались вопросом, как зависит высота звука от
численно выраженной длины натянутой струны или столба воздуха,
заключенного в канале духового инструмента. Мы видим лишь при игре музыканта, что при
переходе к высоким звукам та часть струны, по которой движется смычок, или та
часть канала флейты, по которому движется воздух, укорачивается. Кроме того,
на звук влияют натяжение и толищна струны. Само собой разумеется, что можно
вначале показать детям, как при делении свободной длины пополам, звук
повышается на одну октаву. Однако же тогда мы выйдем слишком далеко за пределы
музыкального мира звуков. Ведь звуки повышаются от контрабаса до высокого
звучания скрипки не просто с помощью укорачивания струны, а благодаря
изменениям и переходу к новой, нежной инструментальной целостности (скрипке).
При этом в рамках этой целостности изменяется и натяжение, и толщина струн,
так что звук не просто становится выше, как это видится в абстракции, — он
приобретает совершенно иное звучание и оттенки. Музыка живет именно в этом, в
ней запечатлена высота звука, о которой идет речь сперва в форме наглядного
обзора музыкальных инструментов и музыкального искусства. Только на втором
этапе мы начнем говорить о методах исследования, не связанных с искусством,
направленных на изучение абстрактной физической высоты звука и длин.
Сначала можно поискать соотношение высоких и низких звуков в пении. Здесь
мы сможем сделать следующие выводы: при стремлении воспроизвести высокие
звуки непроизвольир напрягается внутренняя часть горла (что с точки зрения
искусства пения — неправильно), а шея вытягивается. К этому способно тонкое,
нежное и внешне маленькое горло (и наоборот), но такое правило не является
решающим. Гораздо важнее, чтобы школьники прочувствовали в музыке качество
высоких звуков, увидели в них небесный свет, в ходе мелодии услышали бы
подвижность и быстроту, рассыпной звон колокольчиков, который несет в себе
мерцающий, сверкающий характер (сравнимый с видимыми вещами), — и
связали бы их с общей внешней картиной чего-то изящного, изысканного (хор мальчиков,
драматический голос). Тогда они перенесут чистые, качественные переживания на
восприятия иных чувств. Это открытие согласуется с наблюдениями за большими
и малыми инструментами. И только благодаря восприятию иных чувств из
музыкального начнет постепенно вырисовываться физическое.
4. Педагогические размышления
Рождение акустики из музыки может произойти очень просто. Но так же
67
просто можно потерпеть фиаско. Учитель в многообразном показе музыки
видит разностороннее развитие учащихся. Он с удовольствием задерживается на
этой теме, потому что хорошо в ней разбирается. А дети, наоборот,
разочарованы, так как ничего "физического" не происходит. Ничто не должно мешать
рождению. Нужно неотложно переходить к следующему материалу и
решительно двигаться вперед; на акустику отводится максимум одна неделя (при
четырех неделях на физику), а на вводную часть — два-три дня. Следовало бы
стремиться к тому, чтобы рассказать детям, например, из устройства
инструментов нечто яркое, новое, чтобы дети не говорили: «Уже известное нам подается
как новое».
Преподавание физики, начинающееся с демонстрации ошеломляющих
аппаратов и новых эффектов, кажется сначала легким. Но здесь мы стремимся к
иному. Нужно обращаться к глубинным пластам детского интереса. Следует
искать возможность деликатным, наглядным образом связать образное
восприятие целостности и ознакомление со столь впечатляющим внешним.
II. О ВОЗНИКНОВЕНИИ ЗВУКА
1. Октава
В первой главе мы сначала слушали музыкантов. Мы смогли связать тонко,
филигранно исполненную легкую музыку высоких регистров с неясными,
деликатными формами инструментов и соответственно тяжелую, земную музыку
низких регистров с большими формами и с движениями при игре. И теперь мы
покидаем царство хоралов и симфоний, освобождаемся от плавного струеиия
музыки и начинаем разделять.
Если мы играем до-мажорную гамму, начиная с "до" первой октавы вниз, и
переходим к девятому и десятому звукам, переходя ниже "до", то, уже
достигая восьмого звука ("до"), мы замечаем своего рода завершение первой звуковой
последовательности. Сначала более низкие звуки переживаются как нечто
новое. Ученики это уже знают из уроков музыки. Октава охватывает все звуки
одной тональности. Она представляет собой нечто целое. Но отражается ли эта
целостность также внешне, например на длине струн виолончели?
Зажмем струну "до" (без флажолета) точно посередине; проведем смычком
по оставшейся половине струны и проследим тенденцию, в то время как звучат
звуки в нисходящем порядке (до, си, ля...). При октаве длина удваивается,
звучит вся струна. Итак, если таким образом присоединить начальную длину,
то снова зазвучит начальный звук, но только на одну октаву ни лее.
Целостность пройдена. При этом для демонстрации, например, точной половины струны
на грифе под струнами приклеим полоску бумаги, которую перед этим
сложили пополам, а потом разгладили, но след сгиба сохранился. Прямое удвоение
длины струи можно продемонстрировать на разных инструментах. Причем здесь
нет необходимости особенно останавливаться на небольших неточностях при
68
соотношениях длин струны, которые получаются из-за того, что при
прижимании струны к грифу ее длина и натяжение несколько изменяются.
Но каким образом мы переходим к другой, еще более низкой октаве?
Известно, что происходит следующее: сначала мы проводим смычком по */з струны
(прижимаем 2/з), затем удваиваем длину (прижимаем лишь t/з) _
получается октава. Затем снова удлиняем струну на */з (проводим смычком по полной
длине струны): звучит квинта. Мы видим, что невозможно понятие октавы
рассматривать как определенное увеличение длины струны. Нельзя октавы
располагать по длине струн. Другими словами, созвучие (консонанс) наших
интервалов зависит не от абсолютной длины струны, а только от соотношения
этих длин.
Для осмысления всего этого совершенно все равно, проигрывается та
звуковая последовательность в нисходящем или восходящем порядке. Однако на
настроение класса порядок звучания влияет по-разному. Например,
нисходящий порядок действует успокаивающе, консолидирующе.
Как показывают результаты эксперимента, каждая октава имеет свою
относительную длину: в два раза большую, чем предыдущая, наполовину меньшую,
чем последующая.
| | основной тон
| | 1-я октава
| | 2-я октава.
И полные ступени звукоряда в пределах октавы на струне в нисходящем
порядке всегда становятся больше, как это можно увидеть при проигрывании
гаммы.
Таким образом, мы имеем 2 варианта:
1. Для извлечения низкого звука требуется более длинная струна.
2. При низких звуках расстояние между делениями струны увеличивается
по мере понижения звука. Благодаря этому становится понятной форма рояля,
лиры и подобных им инструментов. Теперь мы можем сформулировать
базирующийся на длине струны закон степеней двойки. По конструкции инструментов
он проявляется в ослабленной форме, так как существуют еще различные
натяжения и толщина струн.
Какой длине струны в сантиметрах соответствует отдельный тон, выразить
невозможно. Она полностью зависит от вида и натяжения струны. Можно
вычислить лишь отношение длин струн одинаковой толщины и натяжения,
издающих два тона, которые образуют, к примеру, квинту. И здесь мы снова
обнаруживаем основной музыкальной принцип. Решение заложено между
звуками. Существенно прежде отношение между двумя следующими друг за другом
звуками (прежде, чем отношение длин струн).
Можно попробовать играть на скрипке следующим образом: будем
последовательно удваивать и восстанавливать звуки на следующей струне на октаву
ниже до тех пор, пока это возможно. Мы снова натолкнемся на факт,
характерный для музыки. На одном-единственном струнном инструменте невозможно
сыграть все октавы. Они распределяются по большим и малым инструментам.
69
Звук определяется не только абстрактной длиной струны (как это внушается в
обычных школах при демонстрации школьных монохордов), для музыки
одного регистра необходим свой собственный инструмент, настроенный на него всем
своим обликом. Постучите по дну скрипки, виолончели и послушайте, как
откликается на этот стук весь корпус инструмента, как напряжение и настрой
отзываются во всем теле инструмента. Задняя стенка инструмента тоже
напряжена, она тоже имеет свои размеры, как и струна. Таким образом, на фоне
рационализма измерения длин струн снова становится видимой тайна
истинного создания музыкального инструмента, тайна музыкальной сущности, которой
для воплощения нужно тело, а это тело является чем-то совершенно иным,
нежели точно вымеренная, натянутая проволока.
2. Интервалы и числовые отношения
В б-м классе еще рано обсуждать один интервал вслед за другим, прежде
всего следует снова, после октавы и квинты, поговорить о длине струн. Уже на
этих двух интервалах можно продемонстрировать основной феномен гамм: малые
целые числа. Длины струн относятся друг к другу не как какие-либо числа,
например 1000 к 1137, а как самые простейшие основные числа (1:2, 2:3 и
т.д.). Можно только радоваться, что мир столь нагляден! Для более глубокого
понимания предмета следует просто спросить: что означают именно эти числа,
может быть, они связаны с человеком? Как недавно резюмировал Э. ШУБЕРТ
(1979), понятия чисел развились из чувства движения человеческого тела.
Тремя повторяющимися движениями руки ребенок указывает на три вещи — так
возникает число из количества его ритмических движений. Если мы применим
исходное чувство движения к числам интервалов, то мы заметим, что шаги
танца означают: три шага вперед, два шага в сторону — квинту. Таким
образом, длину интервала мы сможем перевести на язык ритмического, на язык
временной последовательности. Мы вновь обретаем временное ритмическое бытие
музыки, превращая находящиеся в предметном пространстве числа,
полученные из измерения длин струн (инструментов).
Но малые целые числа в отношении длин струн свидетельствуют еще о
наличии какого-то большего организма. Такие числа, как 1:2, 2:3 и т.д., являются
ближайшими соседями, они следуют друг за другом. Их взаимосвязь уже
заложена в числовом ритме. Если я воспроизвожу какой-либо тон, то все другие
тона этой струны тесно связаны между собой, они как бы являются звеньями
одной цепи. Таким образом, все отдельные тона ориентируются друг на друга
также и в физически выраженных длинах и приходят благодаря этому к
целому более высокого порядка, ни оддн не выпадет. Один к двум дают октаву, два
к трем — квинту, три к четырем — кварту, четыре к пяти — большую терцию,
три к пяти — большую сексту. Звуки ни в коем случае нельзя разобщать,
разъединять, изолировать друг от друга подобно земным телам. Даже их чисто
физически осязаемая предметность (длина) остается связанной и очевидно
взаимозависимой. Наши музыкальные звуки больше похожи на светозарность и
70
упорядоченность неба, которое всегда указывает На целостность и гораздо
меньше — на мелочные заблуждения земного физического мира. Подобных мыслей
о соотношениях длин струн, о части и целом касались в древних сказаниях о
гармонии небесных сфер.
Если вы чувствуете, что ученики испытывают потребность приобщиться к
чему-то противоположному, можно рассказать им о взгляде на мировую
гармонию планетарных сфер, ориентированном на идеи Кеплера: расчеты октавы.
Если мы, например, к квинте присоединим кварту, то получим октаву, придя к
основному тону. Почему? Три четвертых на две третьих дает половину:
3 2 3 - 2 _ 2 _ 1
4*3 4-3 4 2'
Поэтому кварту называют обращением квинты. А если мы к терции
прибавим большую сексту:
3. 1=12
5*5 25 '
то получим почти октаву. Мы должны были бы иметь 12>5/г5- Если мы
посмотрим на клавиши фортепиано, то увидим, что до октавы сексте не хватает лишь
малой терции, расстояние между "си" и "до" составляет полтоиа. Л малая
терция имеет отношение длины струны 5/6.
Рассчитываем и получаем:
3 5 = 3=1_
5*6 6 2 '
Можно спросить наоборот: какое отношение между длинами струны должен
иметь интервал между большой секстой и октавой основного тона?
3 =1_. =ll2_ =1 5_=5_
5 Х 2 ' * 3:5 2 'з б
Примечательно, что, если мы не хотим получить диссонанса, отношения
длин струн должны выражаться числами в пределах семерки. Если к названным
выше отношениям 4:5, 3:4, 2:3 и 3:5 добавить еще 8:9 и 15:8, то мы получим
натуральный диатонический мажорный лад. Темперированный настрой
нашей современной музыки может очень легко смещаться, даже без возникновения
диссонанса. О натуральных гаммах и обертонах говорится ниже. Интересно
также, что основные интервалы имеют место и в человеческой речи. Мужской
голос в подростковом возрасте снижается на одну октаву, женский — на
терцию. Если мы задаем вопрос, то в конце предложения голос повышается на
квинту, а в повествовательном предложении понижается на кварту.
Гельмгольц, знаменитый классик физиологической физики, пишет о малых
целых числах следующее:
"Меня всегда привлекала к себе чудесная, очень интересная тайна, каким
образом именно в учении о звуках, техническом и физиологическом фундаменте музыки,
которая из всех прочих видов искусства в воздействии на чувства человека прояв-
71
ляет себя наиболее ярко как самый нематериальный, самый эфирный, самый
нежный творец настроений, не поддающихся ни исчислению, ни описанию, оказалась
особенно плодотворной математика — наука самого чистого, самого последовательного
мышления... Математика и музыка — самые яркие противоположности духовной
деятельности, какие можно себе представить, и тем не менее они так тесно связаны
между собой, так поддерживают друг друга, как будто хотят доказать, что
упорство, с которым они привлекают к себе благодаря разнообразным деяниям нашего духа,
и позволяет предвидеть в откровениях гения искусства неосознанные проявления
таинственно действующего разума". (Цитата взята из блистательного, всем
понятного доклада, в котором ТЕЛЬМГОЛЬЦ (1857) наглядно дает представление о звуковых
волнах, о возникновении звука в результате наложения колебаний, как он это видит.
В этом докладе содержатся также в высшей степени интересные подробности о строении
ииструмехггов, о высших гармониях, об общности гласных звуков и т.п.) В этом коротком
абзаце Гельмгольц дважды упоминает о тайном или таинственном. Связь между царством
музыки и математикой остается для него тайной. Сегодня мы знаем, что искать ее
надо в движениях, например, человеческого тела. Гельмгольц лее, напротив,
рассматривает возникновение музыки в человеке и воздействие ее на человека как нечто
неосознашю-субъективное, связанное с настроением. Это соприкасается, неявным
образом, с более объективной духовной деятельностью математического. Вместо вы-
нуждешюго и в конце концов мистического единения человека (музыкальное настроение)
и мира (математический порядок) нам хотелось бы рассмотреть следующим
образом важные положения.
3. Феномен колебаний
Тот, кто воспитан на основе современной методики преподавания физики,
читая эту книгу, уже наверняка подсознательно не раз задавался вопросом: разве
не основывается все на колебаниях? Не является ли все, что мы слышим,
приходящими к нам колебаниями? При этом, с одной стороны, ссылаются па
ошибочное понятие действительности, основанное на физически-причинной модели
мира, — что реально существует не звук, а только колебания материи (см.
Введение). В противоположность этому мы обращаем внимание детей на
оправданный феноменологический принцип построения музыкальных инструментов
и возникновения звука, который может быть усвоен в самом начале, еще в б-м
классе, на основе первичных восприятий, без использования термина
"колебание" из раздела механики и основанных на нем традиционных опытов.
Мы уже наблюдали на возбуждаемой смычком струне виолончели, как
расплывается ее контур! И это касается той части струны, по которой проводят
смычком, а не той, которую прижимают пальцами. Если осторожно
приблизить к струне палец, он почувствует вибрацию, смычок тоже вибрирует. Даже
легкая картонная коробка (например, обувная), которую мы свободно держим
кончиками пальцев, начинает вибрировать или дрожать при звучании хора.
Все это совсем не значит, что такие колебания являются истинной причиной
звука и его распространения; дело скорее в том, что существует еще один феио-
72
мен, совсем простой, который мы должны идеально связать с другими. В
вибрировании и расплывчатости контуров мы имеем событие, при котором
спокойный, четко очерченный предмет несколько теряет свою "телесность"■, то
есть временно теряет форму, изменяется. В то же время чужеродное, легкое
тело при соприкосновении может быть отброшено в сторону. Итак, мы имеем
дело с внутренним побуждением и движением, которые, однако, не
сопровождаются ни внутренним превращением, ни перемещением.
Это связано с искусно созданной подвижностью инструмента. Виолончель
касается земли своей острой ножкой, колени держат ее за щеки, все остальное —
свободно. Скрипка вообще повсюду окружена воздухом. Представьте себе, что мы
эту скрипку погрузим в песок и свободной оставим только часть струн, по которой
мы водим смычком. И что же мы услыпшм? Ни звука, лшнь слабый скрежет.
Струна лиры, барабанная кожа, палочки ксилофона, раструб тромбона или
изгибы колокола — все это должно быть свободно и может соприкасаться только с
воздухом. Кроме этого нужно, чтобы они были прочными, напряженными,
упругими. И они должны постоянно сохранять свою форму при ударах, прикосновении,
ведении смычком. Тестообразное, жирообразное, свинцовообразное не звучит. И
поэтому нам нужно нечто предметно-твердое. Лучше всего, если инструмент
касается земли в одной точке (колокол, язычок гармоники), в двух точках или с
одного края. В этом конструктивном принципе (с одной стороны, свобода
движения, с другой —, сохранение формы) то, что в механике представляется простым
"колебанием", воплощается в образ искусной формы музыкального инструмента.
И в б-м классехледует говорить только об этом. Опыты с записью колебаний на
закопченной пластинке мы будем проводить в 7-м классе.
Играя на духовых инструментах, музыкант работает с самым подвижным,
что только может быть, — со своим дыханием (мы говорим: дыхание — это то,
что нами прочувствовано и пережито; в противоположность некоей абстрактной
наполняющей среде). Обычно дыхание свободно проникает в окружающую
среду и свободно струится. Конечно, оно не вызывает звучания, для этого ему
требуется нечто твердое, что замыкало бы в себе воздух. Оно вызывает
подвижность воздуха, но не поступательное движение, не утекаиие. Здесь
строитель инструмента конструирует все наоборот: он не высвобождает, а,
наоборот, запирает, чтобы создать фиксированные границы.
В вибрациях, в расплывчатости предметов мы находим вещественный образ
музыки: нечто происходит, интенсивно проникает во все тела, расширяет и
устраняет границы и соединяет в созвучии и резонансе отдаленное, мощно
формирует душевные процессы и — исчезает, не оставляя после себя никаких
физических изменений.
4. Фигуры Хладни, самодельный инструмент
Звучащие фигуры Хладни являются великолепным наглядным пособием для
Демонстрации таинственных сложных структур таких вибраций. Возьмем две
покрытые черным лаком пластины из листовой стали, круглой формы — около
73
300 x 2 мм и квадратной формы — 270 х 2 мм, и закрепим их точно посередине.
Сначала при движении смычка по ребру пластины перпендикулярно ее
плоскости мы слышим резкий, пронзительный звук, причем меньшая пластина издает
более высокий звук. Насыпем в солонку сахар, крупу или мелкозернистый песок
и посыпем ее содержимым пластины (можно использовать чайное ситечко),
затем сверху дополнительно припудрим все это спорами плауна; когда пластины
зазвучат, споры начнут клубиться облаком над освобождающимися от песка
колеблющимися участками поверхности. Смычок (вьшедший из употребления смычок
от контрабаса или скрипки) должен быть хорошо натянут и натерт канифолью.
Коснемся легонько пальцем ребра пластины и вновь проведем по ребру
смычком. Какая форма колебаний возникает при проведении смычком, зависит от того,
на каком месте от края, а также насколько далеко от места касания смычка.
Сперва коснемся угла квадратной пластины. Школьники очень любят после уроков
сами водить смычком по этим пластинам, особенно — по маленьким (200 мм,
круглым или квадратным). К сожалению, нам не удастся во время игры на скрипке
показать соответствующие быстро меняющиеся фигуры, так как песок
соскальзывает с волнистых поверхностей.
Хладниевые фигуры говорят сами за себя. Их рисунок есть некоторый общий
образ. И может вознгаагуть потребность объяснять причину аозникновения фигуры
от узла (места, где скапливается крупа) к узлу. Из этого можно получить представ-
ле1ше о вибрации: поверхности, свободные от песка, вибрируют, а песчаные линии —
линии покоя. Там пластинка не вибрирует и от песка не освобождается. Песчаная
фигура — это картина, написанная вибрацией и покоем, которые в обычных
условиях невидимы. Здесь хотелось бы эту цепь причинности прервать, чтобы не задаваться
вопросами о причинах причин (длина волны — стоячая волна), вместо этого будем
воспринимать картину вибраций как вызванное ведением смычка явление, которое
сопровождается звучанием. Вопрос о материальной причине (картины вибрации)
приводит нас здесь к обычному манипулированию вещами; так как становится ясно:
в месте касания создается состояние покоя (накопление песка), а в месте, по
которому мы двигаем смычком, — вибрация (отток песка). Схваченное таким способом,
теряет свое магическое действие и понимается вполне рационально. Это позволяет
преднамеренно формировать феномены (манипулировать ими).
00 § I
£| ;
| I
v4
2 см
Рис. 1. Самодельный монохорд
1А
Простроить самодельные музыкальные инструменты сумеет каждый,
только звучать они будут не очень-то выразительно. Можно тем не менее предложить
ученикам построить нечто похожее по меньшей мере с двумя струнами, чтобы
дети могли самостоятельно извлекать звуки. Пусть они построят ящик из
фанеры, усиленный двумя дощечками по краям. Ящик оставить открытым сверху,
снизу его скрепляет дно. Наглядности ради не следует делать резонансную крышку.
Для натяжения проволоки берут длинные, толстые деревянные шурупы: один
держит проволоку за петлю, а в другом выпиливают щель в */з диаметра шурупа,
в нее вбивают согнутый конец проволоки, затем свободный конец накручивают на
шуруп. Вместо покупных струн можно использовать стальную проволоку толщиной
0,3—0,5 мм или толстые нейлоновые нитки. Проволока должна проходить под
головкой шурупа и опираться на деревянный клин, который приклеивают под ней.
Рис. 2. Крепеж струны /t*\
в самодельном монохорде Tili Z
II Ш^ Клип из
г—Ья-^Ш-, твердого дерева
Расстояние между клиньями должно составлять целочисленное количество
сантиметров, например 40 см, это позволит точно отметить промежуточные
длины для интервалов; для этого мы сделаем две подвижные планки, которые
на 1 — 2 мм выше концов клиньев и смогут двигаться туда-сюда по дну ящика.
Часто они производят громкий звук, так как через них вибрация струн лучше
передается дну. Самый простой инструмент можно соорудить, натянув
проволоку на планку. И на нем можно установить соотношения длин.
III. ГОРТАНЬ
Под обсуждением физико-физиологического свойства гортани человека
Р. Штейнер меньше всего понимал анатомический рисунок, он имел в виду
обсуждение, сообщение о переживаниях. Итак, не следует говорить об анатомичке
с гортанью, хранящейся в формалине, или о представлениях хирургов,
специализирующихся на гортани; прежде всего, следует говорить о физической
активности в области гортани, которая затем связывается с физическим
пониманием. При этом следует акцентировать внимание на жизненных процессах, на
физиологии и не рассматривать гортань просто как своего рода
физико-анатомический аппарат.
Можно начать с того, что учитель предваряет рассказом следующие
наблюдения детей:
1. Согласные звуки образуются во рту с помощью мимической мускула-
75
туры, губ, зубов, языка и нёба. При этом мы можем распределить согласные
по месту их образования снаружи внутрь. При этом работает
преимущественно наружный речевой аппарат, так что глухие могут считывать эти звуки.
Здесь конечности и органы обмена веществ преобразуются в речевой
аппарат. Маленький ребенок должен медленно учиться овладевать им.
2. Спускаясь затем с помощью ряда гласных "у", "о", "и", "э", "а"
назад в глотку, в носоглоточную полость, мы производим формирование
звуков, которые всегда образуются в верхней части гортани. Звук "а" образует
переход к чистым тонам, к пению (ля-ля-ля и тра-та-та, но не ло-ло). В
"я" звучит то, что напоминает уже музыку. Когда дети сами произносят
звук "а" хором, они могут почувствовать, как это "я" возникает глубоко у
основания гортани и каким образом активность и овладение телесным
перемещается еще глубже, если "а" не произносится, а поется.
3. При пении звуки исходят от всей гортани, от самых глубоких ее участков.
Причем звуки никогда не возникают без потока воздуха, который всегда
выносит вовне внутреннее, душевное (именно поэтому многие стесняются петь).
Можно последовательно проводить самые разнообразные опыты с гортанью,
но лучше всего дать детям задание на дом. Пусть они попробуют:
— проверить диапазон человеческого голоса (около трех октав),
— определить регистр максимальной силы звука при красивом пении (средний),
— попробовать петь беззвучно, т.е. шепотом: редуцируется различимость
звуков, мы слышим шипение, в искусстве такие звуки неприменимы,
— попробовать поговорить шепотом: восприимчивость речи сохраняется,
звуки еще сохраняют свою форму, неискаженными звучат лишь глухие
согласные, т.е. твердые и фрикативные,
— попытаться промычать, закрыв рот и нос. Это удастся проделать только в
том случае, если постепенно наполнить щеки воздухом, и, когда поток
воздуха вырвется из гортани, причем воздух должен выдыхаться, при вдохе
раздается лишь искаженный звук.
— попытаемся исследовать, прикладывая ухо к груди, к основанию шеи и к
глотке поющего человека, в каком месте возникает звук.
Возникновение звука в горле очень похоже на таковое у духовых
инструментов, в сравнении, например, с блок-флейтой. Но это не совсем согласуется
с пережитым нами: мы получаем высокие звуки не путем укорачивания столба
воздуха, как это происходит в флейте, и не так, как если бы мы похлопывали
по открытому округленному рту и высоту звука регулировали при помощи
надувания щек. В значительно большей степени мы создаем высокие звуки
путем напряжения глубоко внизу глотки — можно представить что-то тонкое,
лентообразное, что сильнее или слабее напрягается во время пения и речи.
Однако есть одно семейство инструментов, у которых важной деталью
являются губы музыканта, напряжение которых он соответствующим образом регулирует.
Это такие инструменты, как рожок, труба, тромбон и им подобные. Струшше
.инструменты и литавры настраивают только перед игрой. Мускулатура щек
музыканта, играющего на духовом инструменте, является своеобразной частью
инструмента. С ее помощью музыкант может особенно сильно излучать свою волю,
76
может взывать к борьбе или к охоте (можно вспомнить о трубах Апокалипсиса).
Эти духовые музыкальные инструменты, если они выступают целым оркестром,
выводят за пределы музыки. Когда оркестр пожарной команды играет марш и
вступают тяжелые медные трубы, собаки начинают выть. Человеческий голос
может в своих вариациях превосходить даже такие крайности, он способен звучать
резко, пронзительно, когда человек отдает команду, и мягко, когда он утешает.
Если вы хотите пойти дальше и поговорить о голосовой щели, то здесь нет
необходимости заниматься анатомией, можно просто, с оговоркой, что там не
возникает изменения напряжения, продемонстрировать "тростинку" гобоя (двойной
язычок из тоненьких камышовых пластинок). Также и само звучание гобоя больше
всего напоминает носовые звуки человеческого голоса.
Исходя из вышеизложенного, мы можем охарактеризовать человеческую
гортань как живой прообраз различных групп инструментов, особенно это касается
духовых и смычковых. Человек искусно управляет их звучанием с момента
возникновения до затихания звука. Ударные и щипковые инструменты, напротив,
продолжают звучать, постепенно затихая, звук можно прервать прикосновением
к звучащей части. Мы не можем полностью воздействовать на затихание.
Затихание звука скорее подчиняется законам механики. Человеческий голос можно
рассматривать как обобщение различных звучаний оркестра, а состав
музыкальных инструментов классического оркестра — как образ человека, по-разному
проявляющегося в голове, груди и конечностях. Если прислушаться вместе с
учениками к своеобразной окраске звучания самых разных инструментов,
можно немного прочувствовать это членение.
Гортань можно продемонстрировать в анатомическом разрезе. Сначала мож-
но нарисовать внешний вид части шеи и рта ученика в профиль. Основываясь на
описанных наблюдениях и опытах, можно упомянуть известную округлость,
расположенную ниже глотки, гортани; это — щитовидный хрящ ("адамово
яблоко"). В его нижней четверти находятся голосовые складки. Это две утолщенные,
расположенные друг напротив друга складки (Е) слизистой оболочки,
выстилающей гортань (см. рис. 3). Они вдаются в воздушный канал и оставляют
открытой большую или маленькую щель. Края (R) голосовых складок
называются "голосовыми связками". Два хрящевых рычага, приводимых в движение
мышцами, так называемые черпаловидные хрящи, могут напрягать складки
слизистой оболочки в поперечном направлении; кроме того, щель может расширяться
(при дыхании), сужаться (при пении) или совсем смыкаться (при кашле).
Глотка
Слизистая
оболочка
/
Рис. 5. Упрощенный вид гортани в разрезе
Трахея
77
Примечательно, что существует неизмеримое количество вариантов звуков,
которые мы способны воспроизвести, общаясь с другими людьми. Мы
находимся с нашим сознанием на интеллектуальном и эмоциональном уровнях
общения: вдалеке от нашего тела, от его органа — гортани. В речи и в пении
воплощается нечто душевное и духовное, что живет между людьми.
Анатомический орган становится опорой для чего-то большего. Таким образом, можно
искать свободное отношение к своему телу.
IV. Обобщение и вывод
В заключение следует задаться вопросом: каким образом другие природные
существа и процессы извлекают звуки? Представим себе голоса животных,
плеск воды, шум ветра, звуки, которые мы извлекаем из предметов, стуча по
ним или царапая их, — сразу же замечаешь неизмеримое количество
характеристического, раскрывающего внутреннее состояние, например механическое
напряжение крепей горных выработок или туннелей или же душевные
настроения животных. Однако никакие вариации не могут сравниться со
звуками, издаваемыми человеком во время пения или речи. В голосе человека
и в звуке созданных им инструментов заключены все звуки мира, а не наоборот.
Великое единство музыкального — назовем его гармонией сфер — как бы
раскладывается на звуки и шумы мироздания.
Мифы
Расчленение гармонии сфер
Музыка сфер
Культура
Голос, пение
Культурная
дифференциация
Природа
78
Раздельные
звуки, произносимые
человеком
Звуки животных
Инструментальная
музыка
Окраска
инструментальных звуков
Шумы
Путь, заложенный в учебной программе 6-го класса, предусматривает
разложение целого (музыки) на части, т.е. путь от музыки к физическому
исследованию отдельных звуков. Удачное промежуточное положение занимает
окраска звуков музыкальных инструментов, которые ведут к звучанию
различных материалов (меди, свинца, дерева и т.д.).
Если начать не с музыки, как высшего единства, а с разбитой чашки, с
отдельного звука, то ребенок тем самым слишком рано выхвачен из
целостности, отрезан от пути к ней, и необходимый постепенный процесс разделения не
сможет осуществиться. Тогда мы обратимся к материализму, невысказанной
предпосылкой которого является: целое — это всегда лишь сумма частей,
высшее — это перестроенное низшее. И тогда нет существенной разницы в том,
исходим ли мы из звуков, издаваемых видами природного происхождения и
различными материалами, или из чистого, пустого основного тона монохорда,
частот, гармонических волн или подобного им. В первом случае, при
своеобразном характере стука, лишь элементарное чувственное восприятие позволит
сильнее пережить его и связывается с романтизмом.
По Йозефу Айхендорфу:
Вещи уснули. В молчании сна
Песня, живущая в них, не слышна.
Если отыщешь заветное слово,
Мир нам в звучаньи откроется снова.
(Пер. М. Гиверц)
Если же решительно исходить из музыки, то в конце концов и в стуках будут
чувствоваться ее следы, т.е. отступание собственного характера материального
и выделение формы тела, например, при размышлении над соотношением длин
струн, именно это приведет нас к цитируемому стихотворению Айхендорфа, как
заключению акустики.
Но те, кто стремится построить науку на феноменологической основе, должны
помнить о подстерегающей их опасности романтизма и анимизма.
Ниже приводится обобщение рационального пути прохождения учебной эпохи:
Оформленный мир звуков, музыка.
I
Высокие и низкие области звуков в их своеобразии и в облике инструментов
различной величины и пр.
I
Попарные сочетания высоких и низких звуков. Интервалы и аккорды, в
наглядном отображении отношений длин.
I
Отдельные музыкальные тона в наглядном отображении вибрационных фигур
79
Хладии: тоиа как созидатели формы (наоборот было бы: механические
колебания как причина возникновения звука и формирования его).
Отдельные звуки в связи с деятельностью гортани (исходя из музыки).
4,
Отдельные звуки, издаваемые музыкальными инструментами
(характеристика звучания). Тогда можно почувствовать различные предметы, их внутреннее
состояние, материал (разбитая чашка, различные породы дерева).
4,
Стихотворение Айхендорфа (см. выше). Восприятие отдельных звуков с
точки зрения их взаимосвязей и превращений в зависимости от формы тела.
80
ОПТИКА В 6-м КЛАССЕ
КАК СЛЕДУЕТ ИСКАТЬ ПОЗНАНИЕ?
Преподаем ли мы оптику или другой предмет, перед нами стоит одна
высокая цель: учиться любить наш мир. Обычная физика ведет нас сегодня в обратном
направлении. Хотя взгляды на то, что такое свет, с XVII века, со времен
Ньютона и Гюйгенса, несколько изменились, основная концепция того времени стала
теперь всеобщим убеждением. Свет в современном повседневном сознании есть
нечто непрерывное, что исходит от источника света и распространяется в виде
прямолинейных лучей, чтобы в конце концов преломиться или собраться в
пучки, встретиться где-либо или отразиться, свет — это своего рода
корпускулярное движение тонкой материи из равнодушного источника в пустом
пространстве. Что же тут можно "любить"?
Несмотря на то что физика в своем историческом развитии в качестве
основы света пыталась утвердить механистический принцип, ей пришлось постепенно
от него отказаться, хотя он уже стал привычным, и высказаться следующим
образом:
1. Свет^не есть "нечто" однозначно определенное. Просто не имеет смысла
спрашивать о его сущности.
2. О лучах не может быть и речи. В зависимости от эксперимента, это могут
быть волны или противопоставленные им корпускулы.
3. Непрерывное излучение света невозможно обнаружить . Слабые источники
света посылают энергию в виде статистических импульсов.
Однако возражения нисколько не мешают представлять свет так, как это обычно
принято и несмотря на многократные опровержения. То, что вовсе не соответствует
никакой действительности, по-прежнему остается повсеместно распространенным
убеждением. И все же подобное воззрение вполне согласуется с фундаментальной,
хотя и не высказанной основной гипотезой физики: свет и все "светлоты", которые
он создает, существуют независимо от восприятия и мышления человека. Свет
суть нечто иное, не восприятие и мысли; это состоявшаяся действительность,
покоящаяся на самой себе. Мир там, "снаружи", — завершенная сумма
предметов, поэтому его можно постигать только предметно. И поэтому человек,
чтобы научиться представлять себе опредмеченные, материальные причины
вещей, приходит как посторонний и делает наброски по возможности
объективной картины. Напротив, все, что он воспринимает и переживает со
стороны явлений, является субъективным. Во всяком случае, эти восприятия и
переживания имеют ценность неких сигналов, открывающих нечто о
материальных процессах вовне. Если мы сказали: «Человек хочет через познание
научиться любить мир», мы должны уточнить: «Научиться любить собственные
восприятия, научится их формировать, а не только кроющуюся за ними
предметность».
81
Почему мы занимаемся оптикой? Чтобы через мышление сделать видимый
мир богаче: не жизнь какого-либо ученого, а нашу собственную повседневную
жизнь. Поэтому мы не будем привлекать школьников замысловатыми
оптическими аппаратами, фото- и киноаппаратами, микроскопами и подзорными
трубами, которые создают для нас дорогие чудесные картинки. Сначала
следует при помощи нашего собственного зрения проникнуть в картины мира, лежащие
у нашего порога. Начнем с того, что просто поговорим о том, что такое
переживание видения, где светло, а где темно и какая между тем и другим связь, не
говоря сразу: здесь свет движется прямо, а там он рассеивается. Кто не хочет
работать с такими очевидными явлениями, как день, ночь и оптика атмосферы,
тот, с нашей точки зрения, не сможет вообще заниматься оптикой и, даже
более того, применять механистические представления, основанные на столь
любимых "лучах", для объяснения связанных со светом основных понятий.
Если мы не хотим вычеркнуть человека из мира, а, наоборот, проникнуть в
его собственную, изначальную зрячую и зримую связь с миром, тогда нам
придется ввести совершенно новые понятия. Для того чтобы выразить
воспринимаемое, не гипотетическое, недостаточно таких понятий, как "источник
света", "направление света" и т.п., так как они уже содержат толкования и
модели. Чтобы каким-то образом обозначить, уточнить то, что нам явлено,
надо сперва оставлять его открытым. Но мы равным образом не должны
самоуверенно задаваться вопросом о сущности света. Прежде всего следует уяснить,
насколько глубоко мы имеем право говорить о свете как о некоей инвентарной
части бытия. Итак, в этой оптике встретятся необычные понятия и
обозначения. Придется самостоятельно судить о них, так как они преследуют скромную
цель — описать обнаруженное без всяких предпосылок.
Познавательно-теоретические высказывания получат дальнейшие
разъяснения с помощью нижеприведенной демонстрации феноменов. Для полной
конкретизации мы начнем с описания занятий. А затем перейдем к
основополагающим идеям.
I. ПЕРВЫЕ УРОКИ
1. Утро
"Да будет свет" — с какой силой звучат эти слова первого дня творения.
Какие же силы пришли в наш мир благодаря свету? Как живет человек при
свете и как в темноте? Давайте, прежде чем разлагать свет на отдельные
элементы, а светлое разделять на составляющие, постараемся воспринять наш мир
как нечто целостное, священное, почувствовать, какие переживания он в нас
вызывает. Восход Солнца производит на нас сильнейшее впечатление.
Современные люди встречают ежедневный подарок космоса Земле неприветливо,
даже требовательно, ведь они воспринимают это уже не как собственно
всемирный факт, а скорее как механическое следствие вращающихся мертвых масс
темного космического пространства. Однако же, путешествуя из ночи в день,
можно пережить это совершенно иначе.
82
Чтобы увидеть восход Солнца, можно организовать экскурсию для всего
класса еще до начала эпохи; или попросить родителей, чтобы они собрали
детей и ночью поехали с ними на природу. Если это не получится, то можно
в школе провести убедительный эксперимент, благодаря которому нам удастся
продемонстрировать многие явления природы. Создадим в подвальном
помещении стопроцентную темноту (часто это дается с большим трудом).
Попробуем какое-то время побыть в темноте; мы переживаем ее, слушая
шорохи, ощупывая шероховатости, осязая форму, ощущая холод. Затем
начнем медленно поднимать напряжение в очень слабой лампочке
накаливания. На потолке появится первый, очень слабый проблеск. И наблюдатель,
еще не видя перед собой цели, всей душой стремится к нему, хочет
броситься ему навстречу (Оп. 1. Смотри в «Описании опытов» в конце раздела
"Оптика").
Рис. 4. Имитация возникающего в полной темноте рассвета.
Нарисованные углы не должны быть видны во время опыта
Дальнейшее просветление действует так, как будто издалека приближается
нечто. Во время рассвета также сначала сереет край неба. На Земле еще
совершенно темно, и лишь постепенно возникают неясные, плоско затененные формы;
позднее мы начинаем видеть неопределенные очертания предметов, слабое их
воплощение. Но между предметами еще гнездится непроницаемая тьма,
которая как бы обволакивает сном направленный на них взгляд. После этого мы
начинаем видеть цвет вещей, но не как некую удаленную "светлоту"
(Helligkeit), а как исходящую от поверхностей предметов. Эти цвета не связаны в
своих оттенках с окраской светлеющего неба. И только гораздо позднее
становится полностью различимым все пространство между предметами. Объекты
наблюдения можно расставить по местам или специально разбросать. Во время
эксперимента на природе (предыдущий эксперимент) мы видим первые тени,
свободную игру цвета. День для нас начался, пора приниматься за работу.
Во время эксперимента переживание утра не такое сильное, как на природе.
Тогда можно будет присоединить к этому переживание полудня. Мы медленно
83
усиливаем "светлоту" с помощью очень сильной, например 1000-ваттной галогено-
вой лампы (220 вольт), закрытой абажуром. Перед нами открывается сверкающая
панорама (из предварительно расставленных красочных предметов).
Собираясь проводить такие опыты и наблюдения, следует задаться
вопросом: как живет человеческое сознание в различных стадиях рассвета? как
изменяется человеческое отношение к миру? Причем мы всегда имеем в виду
человека, обращенного к миру, человека, который хочет руководствоваться
своим собственным разумом, а не полусонного мечтателя. Мы хотим изучить
не подоплеку души, а переживания деятельного восприятия. Если в полной
тьме мы можем лишь пощупать то, что находится возле нас, и шорохи,
представления, чувства угнетают, давят на нас своей близостью, то первые проблески
света открывают нам даль — и мы от всей души приветствуем ее, ведь они
указывают нам направление в кромешной тьме, в которой не существует
никаких направлений. Мы вздыхаем с облегчением, ведь мы стоим среди освещенных
предметов, а темнота, подавляющая нас своей близостью, отступает. Мы снова
свободны — появилась необходимая дистанция, противопоставленность миру.
Великое дифференцированное множество вещей видимого мира выводит наше
сознание вовне, и только тогда мы целиком присутствуем, воплощаемся в мире.
Так как именно теперь открывается неограниченное поле деятельности для
нашего рассудка: предметы должны быть идентифицированы, надо определить
их место в пространстве. "Светлое" (Helle) которое сначала лишь мерцало как
нечто однородное, как табло, вдруг распалось на множество предметов, на
поверхности которых зажигается активность понимания. Это наполняет душу
всем и одновременно дистанцирует ее от всего. Я ощущаю себя в центре
мироздания, свободным от него и могу активно действовать. Могу действовать с
прекрасными чистыми вещами, могу работать над ними. Таким образом,
человек благодаря своему труду постоянно создает новые закономерные связи в
мире разделенных предметов, которые, казалось, были потеряны...
Эту способность "светлого" связывать все воедино мы находим также в
изменении явлений при их удалении: все перестает быть пространственным,
уплощается, цвета становятся однообразно серыми (цветовая перспектива),
голубая дымка закрывает горизонт (воздушная перспектива) и плавно переходит
в тесно примыкающий к ней небесный купол. Все это обволакивает нас
родным, близким мерцанием расцветающего дня. Еще не наступил полдень с его
сверкающим светом, который создаст впечатление твердости, несвязности,
окаменелости предметов. Полуденная "светлота" не дает ощущение дымки,
мерцания, переливов, она резкая, застывшая, ошеломляющая...
Так после путешествия на ощупь в темноте ночи мы чувствуем, как восход
Солнца со своей созидающей мощью выводит нас на путь света. За блеском
нежной красоты следует мощный триумф Солнца, вокруг нас
распространяются самые разнообразные цвета, и мы вступаем в светлое царство дня. Пути
света становятся путями жизни. На таких переживаниях открытого и
лежащего перед нами мира основывается уверенность человека. После восхода Солнца,
светлым утром, мы живем полной жизнью, чувствуем себя вполне
защищенными, деятельными, полными человеколюбия, потому что свет тихо и незаметно
84
ткет свои связующие нити, соединяя отдельные элементы мироздания в единое
целое, даря нам импульсы и примеры для подражания. Ведь мы, как люди,
сумеем постичь целое, невзирая ни на какие многообразия.
Благодаря выезду на природу для наблюдения восхода Солнца или имитации
этого опыта в школьных условиях ученики изучают свет не как частность
мироустройства, не как прекрасную приправу (которую можно просто включить,
щелкнув выключателем), а как высший процесс мироздания, а которым прежде
всего связано любое сознание, любой рост. Таким образом мы предоставляем
ученикам возможность познакомиться с учением о свете исходя из целого. Но
при этом совершенно необходимо предварительно обсудить и проработать
множество отдельных наблюдений восхода Солнца. Хотелось бы пожелать каждому —
в течение всего года снова и снова открывать в этом нечто новое.
Если мы начнем исследовать взаимодействие светлого и темного, которое,
как мы видели, неосознанно конституирует самые основы нашего дневного
самосознания, мы прежде всего должны исследовать, насколько*вообще светлое
и темное существуют как нечто отдельное, не зависящее от окружающей среды.
2. Послеобразы и контрастные феномены
Восприятие цивилизованного человека очень сильно ориентировано на
восприятие элементарных сигналов, являясь управляемым снаружи рефлексом.
Для того чтобы ученики смогли нащупать путь к насыщенному, внутренне
обогащающему переживанию мира, что как раз очень важно в этом возрасте,
открытом чувственному миру, они должны упражняться в восприятии
послеобразов, что требует концентрации воли и в то же время расслабления
при восприятии. Не обыденному зрению, фиксирующему объекты, лишь
мимоходом задерживающемуся на предметах, но зрению, открытому всему
пространству, откроется целостная панорама. И так смогут быть последовательно
пережиты все плоскости пространства нашего поля зрения.
Восприятие контрастов можно продемонстрировать следующим образом:
серая полоска картона выглядит совершенно иначе на белом фоне, нежели на
черном. Не существует пятнышек мира, которым можно было бы придать
постоянный оттенок светло-темного: все зависит от окружения и от общей ситуации,
от фона и от направления взгляда и т.д. и т.п. Например, древесная кора тонких
веток дерева на фоне светлого неба выглядит черной. И наоборот, кора толстого
ствола, а также тонкие веточки этого дерева на фоне темных елей —
коричневыми, серыми, зеленоватыми, но ни в коем случае не черными. В природе все
меняется в зависимости от времени года, дня и погоды. Невозможно сказать,
какого цвета веточки "в действительности": сначала пришлось бы
сконструировать нормативное окружение. Конечно, существует определенная цветовая
направленность. Не происходит так, что все размывается и запутывается, ведь
именно в переменчивости окружающего мира, места и хода времени закономерно
формируется вечно колеблющаяся картина мира. Иначе все выглядело бы
изолированным, окаменелым. В таком "мире", состоящем из готовых, закончен-
85
ных предметов, не могла бы существовать связь ни в самом себе, ни с людьми, ни
с космосом. А вот вечно играющее тихое превращение видимых вещей такие
связи обнаруживает. Все стремится к сбалансированной целостности: светлое на
светлом фоне смягчается, а на темном усиливается. Все превращается в
гармонию, происходит выравнивание между светлым и темным. И это воздействует
также на границы цветов: серая полоса на цветной поверхности ненавязчиво
указывает на дополнительные цвета. Здесь можно продемонстрировать много
опытов. О цветных тенях можно ученикам б-го класса пока не говорить! Они
труднообъяснимы, а нечеткими цветными световыми лучами или "световыми
потоками" оперировать не хочется. Послеобразы (сукцессивные, последовательные
контрасты) указывают на то же противодвижение, что и картины окружающего
мира (симультанные, одновременные контрасты): светлое становится темным, и
наоборот. И снова появляются дополнительные цвета. При этом остаточные
картины, составленные из "темных" исходных цветов в светлом обрамлении, дают чарующее
парящее свечение, которое является только результатом нашего видения и не
зависит от внешней "светлоты"; наш глаз обладает силой создавать цвет и свет. Дети
очень любят рассматривать такие картины (см. Оп. 2).
Движение к этой дополнительности — без полного достижения цели — мы
видим также в красках утреннего и вечернего неба. Теснящий пурпур
вечернего Солнца наплывает на отступающую бирюзу... Дети могут запечатлеть в виде
цветового круга, эти "кричащие краски" (Гете), идущие от глаза и неба.
3. "Сопутствующее светлое"
Общепринятые понятия требуют предварительного разъяснения:
следовало бы по крайней мере в б-м и 7-м классах избегать упоминаний о
распространении, о движении света, о скорости света и, прежде всего, о световых лучах.
Не следует отождествлять такого рода представления с физическими причинами,
чтобы впоследствии вывести из них восприятие, или, что еще хуже, — описать
их при помощи привязанной к ним неосознанной гипотезы. Отношения
видимых вещей сами проявляют себя — уже благодаря немногим наблюдениям —
как сильнодифференцированное, широко распространенное и тем не менее
образующее огромную целостность. Нам не следует пытаться
интерпретировать этот распростертый организм насыщенного солнцем мира, до самого края
наполненного очевидным богатством, с помощью понятия "светового луча".
Это бесконечно суженное представление, полностью и принципиально
невидимое, продырявливает бесконечно расширенное пережитое, ковер, сотканный
ощущениями. И в заключение в результате простого сложения столь
чужеродных "лучевых атомов" должен снова возникнуть светлый мир. В этом
заложено стремление соткать всегда проявляющееся во взаимосвязях "светлое" из
бесконечного количества отдельных путей — "световых лучей". Между тем и
другим не существует на самом деле никакой связи, они задуманы как
процессы, покоящиеся в самих себе, — хотя как раз отдельные изолированные пятна
никогда не встречаются на светлом и темном, они никогда не покоятся в самих
86
себе! Можно, исходя из границ проявляющегося светлого, например
отбрасывающего тень тела, развить мысль о прямолинейности (прежде: "прямовиди-
мости") границ, основывающихся на взаимном пространственном положении
предметов. Однако этот идеальный элемент, формирующий мыслительные
взаимосвязи, нельзя полагать как физически существующий, вводить его в набор
элементов мира для того, чтобы неощутимый, тонкоматериальный, якобы
состоящий из таких лучей свет назвать первопричиной "светлоты".
Осязаемое дает больше поводов к предметному пониманию мира. Здесь, в
противоположность видению светлого, мы имеем отдельный предмет. Свет же,
напротив, прежде всего является идеей взаимосвязей, а не основывающимся на
самом себе предметом телесного мира — так учит и корпускулярно-волновой
дуализм новейшей физики! Но поскольку слово "свет" очень часто (даже
школьниками) понимается как "излучение", нам не стоит употреблять его особенно
часто. Благодаря этому можно воспитывать в детях их собственное восприятие и
независимое мышление, вместо того чтобы предлагать им осязаемые модели
невидимого и из них выводить форономическое (двигательно-механическое).
Позиция, к которой мы стремимся, имеет глубокие феноменологические основы.
Более подробно об этом можно прочитать у ГЕТЕ (1815), УНГЕРА (1961),
ЮЛИУСА (1982), МАЙЕРА (1977, 1986).
Простейшие взаимосвязи могут обнаружиться в самом начале изучения учения о
свете, которое нацелено на открытие окружающего нас многообразного
переплетения светлого и темного. Положим лист бумаги перед собой на стол, сдвинем его к
краю, приложим к своей одежде и наклонимся вперед: сияние цвета ткани,
одевающей верхнюю часть нашего тела, распространяется и на бумагу. Приложим к
верхней части нашего тела другой белый лист бумаги. Первый лист будет светлее, белее.
Итак, этот феномен позволяет нам сказать, что чем больше светлого находится над
поверхностью, тем она светлее. Тем самым сформулировано внешнее условие
светлого, но не внутренний причинный закон. Поищем еще подобные условия.
<5> . • >"&j»ö* •-• • . 1
X. А
•^ . '
\Г-' 1
/
\//
Г
и
• Конец плоскости
горизонта на стене
Пюпитр, а на нем
часть плоскости горизонта
(поверхность обложки
книги)
\
Конец плоскости горизонта на полу
Рис. 6. Светящаяся поверхность и ее купол
87
Например: положим книгу в белой обложке на нотный пюпитр. На что
ориентирована "светлота" ее обложки? Продлим плоскость рассматриваемой
поверхности во все стороны настолько далеко, насколько возможно. Мы
получим плоскость, которая является горизонтом рассматриваемой поверхности.
Все светлое и темное, что расположено над этой плоскостью, находится в связи
со светлой поверхностью книжной обложки. Поэтому очевидно, что "светлота"
или "темнота" над плоскостью горизонта начинает действовать, т.е. она
находится в связи со "светлотой" книжной обложки только в том случае, если можно
видеть светлые или темные места книжной обложки. Представим себе, что наш
глаз находится на данной поверхности (там есть небольшое отверстие для глаза,
и мы смотрим сквозь него): вид в пространстве перед плоскостью мы назовем
куполом. Купол не есть что-то сложенное из камня, это — нечто видимое, а точнее,
возможность видеть эту половину пространства. Он всегда существует для
любой плоскости. Если в комнате имеется лампа, то светлыми ("сопутствующе
светлыми") становятся все те места, которые являются участками купола этой
лампы, и они тем светлее, чем больше они видны со стороны этой лампы и чем
ближе находится участок к зениту ее купола. Очень легко продемонстрировать
"горизонт" или же "купол" горизонтальной, а также наклонной поверхности,
например, с помощью электрической лампочки на длинном проводе. Мы поэтапно
передвигаем лампочку вдоль всей полуокружности купола, при постоянном
расстоянии от "а" (см. рис. 6), и опускаем ее ниже плоскости горизонта (Оп. 3).
Слово "купол", которое мы часто употребляем, не означает, что мы имеем дело
с ограниченной выпуклой поверхностью, мы имеем в виду все открытое взгляду
пространство по одну сторону от упомянутой плоскости.
Теперь перейдем к очень изящному опыту, который называется "видящий шар"
(Оп. 4). Внесем в класс матово-белый шар, по возможности величиной с голову,
и обнесем его вокруг комнаты. "Светлота" его будет меняться вместе со
светлотой помещения, например со стороны окна он светлый. Каждый участок будет
настолько светлым, насколько можно обнаружить над ним светлые части
полушария (купола)! То есть каждое пятнышко светло настолько, насколько можно
от него (от его поверхности) видеть светлое в полупространстве (куполе).
И поскольку соседние участки шара всегда повернуты к несколько
различным куполам, а купола большей своей частью перекрываются, шар показывает
мягкие переходы. Итак, он "видит" распределение светлого и темного и
отражает их; таким же образом можно заставить "видеть" и куриное яйцо.
Соорудим из черной ткани маленькую палатку, открытой стороной к детям,
и поместим шар внутри этой палатки. Покажем детям, как становится темной
обращенная к темной стенке часть шара (Оп. 5). Такую "светлоту", которая
всегда следует за изменениями купола, мы называем "идущая вместе со
светом", "вместе с цветом", короче: "сосветлое" или "сопутствующее светлое"
(Mithelles). Вместе с этим каждая поверхность вносит еще постоянный
элемент — собственный цвет. Мы не будем здесь исследовать этот вещественный
цвет, так как мы прежде всего задаемся вопросом связей с изменениями
окружающего мира, купола. Каждая "сопутствующе светлая поверхность" усредняет
множество различных "светлот" собственного купола.
88
4. "Собственно светлое" / "собственно темное"
Закрепим вышеупомянутый шар над электрической лампочкой (Оп. 6), которая
зажигается при помощи трансформатора, — шар начинает таинственно светиться.
Разрывается связь с окружающим пространством — и внутри черной палатки (ср.
Оп. 5) он остается светлым. Если раньше мы считали, что светлое повернуто к
светлому (оно противопоставляется ему, так как содержит светлое в своем куполе),
то теперь светлое остается светлым, несмотря на то, что купол — темный. И на фоне
видимого темного окружения оно становится еще светлее. Таким образом
разрываются связи с окружающими его поверхностями. Эта новая "светлота" связана не
только с лампой, она обращена к центру всего окружения и именно таким образом
одновременно связана и с лампой. Таким образом, вокруг этого места царит
обособленная иерархия "светлоты", выпавшая из общей дневной "светлоты", подчиненная
очень светлому — лампе. Такую "светлоту" лампы, существующую вопреки куполу,
мы называем "собственно светлым" (Eigenhelles) — в противоположность "сопутст-
вующе светлому", ссюуществующему с куполом. Поскольку лампа не только сама
выпала из связи с дневной светлотой, но и стоит во главе обособленной иерархии
светлых поверхностей, которыми она управляет при любом передвижении, мы
можем назвать ее "собственно светлотой". Таким образом, мы вводим новый термин,
который нам ближе с феноменологической точки зрения и выражает отношение к
окружающим поверхностям, т.е. "светлоте" купола. Этим термином можно вполне
заменить обычный физический термин "источник света", который навязывает нам
понятие материального источника. "Собственно светлую" поверхность молено
распознать также по тому, что она является самой светлой во всем куполе. "Сопутствующс
светлые" поверхности никогда не бывают такими светлыми, независимо от различия
их окрасок. "Собственно светлую" поверхность можно идентифицировать еще и
так: поместить около нее очень светлую поверхность, например лампу; тогда
интересующая нас поверхность должна несильно отличаться от нее. Или мы запрем ее или
несущее ее тело в ящик: она должна остаться светлой, хотя и будет отрезана от
светлоты неба. "Сопутствующая светлота" следует за куполом, "собственная
светлота" существует вопреки ему.
Затем продемонстрируем опыт с "собственно темным" (Eigendunkles) (On.
7). Проделаем небольшое отверстие в большом куске картона. Это отверстие
позволяет нам видеть (не трогать) только малый участок поверхности. Эта "поверхность
отверстия" будет всегда черной, как бы мы ни пытались сделать ее светлой с
помощью находящегося над ней купола. Так же как "собственно светлота" существует
независимо от темного купола, так эта "собственно темнота" не зависит от
светлого. Только полости с относительно маленькими отверстиями являются "собственно
темными", поверхности же, выкрашенные в черный цвет, всегда довольно
светлые п следуют за куполом.
5. Небо и Земля
Наше распределение видимой "светлоты" поверхностей ничего не говорит о
89
внутреннем возникновении "светлого", так как для "светлого" характерно то,
что оно прежде всего проявляется во внешнем переплетении. Овладение
понятиями "собственно светлого", "сопутствующе светлого" и т.д. возникает из
описания условий взаимодействия между "светлым" и его куполом.
"Сопутствующе светлые" поверхности еще имеют телесные свойства, которые мы
упомянем лишь вкратце, а именно цвета и серый тон, т.е. способность
"сопутствующе светлого" быть связанным с телом. Черный цвет приближается к
"собственно темному", белый цвет — очень чувствителен к "сопутствующе
светлому", "сопутствующе темному" и "сопутствующе цветному".
Если мы хотим заниматься оптикой видимого, а не осязаемого с его геометрией,
то нам следует прежде всего говорить не о небесных телах, а геоцентрически,
даже "видиоцентрически" (в связи с видением). Они очень далеки от нас и не
случайно находятся вне пределов досягаемости таких экспериментов, которые
формируют наше представление о земных явлениях. И поэтому не имеет смысла
спрашивать, особенно вначале, как бы изменились Солнце, Луна и звезды, если
бы они были телами и мы бы могли обернуть их черным картоном.
Рассматривать их в связи с их куполом невозможно, так как они сами являются нашим
земным куполом! Итак, позвольте нам работать в мире людей, живущих на
Земле, принимая во внимание, что они там живут и развиваются не случайно. Тогда
мы не будем искать демоническую науку, бегущую от мира в вакуум темного,
безатмосферного пространства. Для нас дневное небо — это не "собственно
светлое", а всеобъемлющая небесная "светлота", распространяющееся Солнце.
Небесная "светлота" находится в непрестанном движении. Луна являет собой
переход между звездным типом, солнечным типом и явлениями "сопутствующей
светлоты" удаленных земных объектов (дальние горы на горизонте). Именно в
этом заключаются далеко идущие задачи феноменологической астрономии.
В нашем земном пространстве всякая "собственно светлота" обладает чертами,
характерными для небесной светлоты. Представим себе прежде огонь и каление
факелов, свечей и газового освещения. "Собственно светлые" поверхности (тела и
лампы), горящие пламенем, слишком горячи, и их невозможно просто так
схватить и положить куда-нибудь. И уж совсем невозможно вот так просто поместить
их па хранение, как обычные объекты, чтобы потом, когда-нибудь снова достать.
Это не вещи, это процессы, которые выходят за пределы самих себя: огонь
перемещается в окружение вместе с поступающим и отработанным воздухом. Он не может
продолжить гореть в закрытом пространстве. В этой связи с целостностью мира и
постоянным изменением "собственно светлые" тела становятся копией небесного
"светлого", которое всегда формирует целостность и постоянно изменяет ее.
Поэтому они не являются полностью земными предметами. Даже электрическая
лампочка не является чем-то законченным, замкнутым: она подвешена на
проводах, должен где-то работать генератор, или должны быть заряжешл аккумуляторные
батареи. Когда утром вспыхивает "собственная светлота", тогда этот процесс
охватывает всю Землю: в одно целое с небом соединяются тысячи пятнышек земного
царства самых различных цветов и оттенков' неба в самых разных местах. День
наступает и наверху, и внизу, наверху — неудержимо и величественно, внизу —
изменившись, разбившись на отдельные предметы. И то и другое всегда предстает
90
в единстве обозревающему все это человеку, оно не может существовать
раздельно. Наблюдая, мы приходим к переживанию, что Солнце и Земля не являются
отделенными друг от друга мирами — этакими круглыми обломками, которые
могут действовать друг на друга только тем, что внепше что-то посылают друг
другу, пускают лучи света, и т.п. Точно так же рассматривается связь "собственно
светлого" с "сопутствующе светлым" окружением: огонь, как явление зрения,
распространяется настолько далеко, насколько можно увидеть его мерцание.
"Сопутствующе светлые" предметы становятся частью огненного процесса, не
вызывая в нас представления невидимо излучающегося света. Такое единство является
миниатюрным образом великого единства Неба и Земли.
И в огне мы снова находим иерархию: с очень светлым связано множество
менее светлого. И причиной множества "сопутствующе светлых" поверхностей
вокруг пламени является не испускаемый этим пламенем свет, а присутствие и
противоположные превращения как света, так и его окружения. Выразить это
лучше всего можно как условие. То, что пламя существует, например не
потушено водой, является условием видимости света огня ("сопутствующе светлого").
Вместо того чтобы ковать материальные причинные цепи
(пространственно-временное движение света), мы учитываем освещаемую в мышлении связь условий.
Поверхность является светлой при условии, если с нее видно светлое.
6. "Сквозьсветлое"/"направленно светлое"
Если различные виды "светлоты" упорядочить в виде ряда, то за небесным
"светлым" и его земным представителем, "собственно светлым", будет следовать
нечто, находящееся принципиально на удалении от Земли, — прозрачное. Здесь
можно назвать воздух, насколько он доступен чувствам, воду, стекло. Затем
следует "сквозьсветлое", например облака и листья. "Сквозьсветлой" (Durchhelles)
мы называем поверхность, "светлота" которой связана не с тем куполом, который
находится с рассматриваемой стороны, а с противоположным куполом,
расположенным под поверхностью. Я рассматриваю снизу светлый лист, соответствующий
этой стороне листа купол — темная земля. Следовательно, эта сторона должна бы
быть тоже темной. Однако другая половина купола окружения, купол над листом, —
светлое небо, с ним связана и светлота листа. Поэтому мы и называем его
"сквозьсветлое". "Сквозьсветлое" определяет облик растительного наряда Земли и
интенсивно демонстрирует внутреннезеленый, который переходит в желтый. В
противоположность листьям хвоя видится нам матовой, темно-зеленой, она не
является "сквозьсветлой", а "сопутствующе темной" находящейся под нею темной
земле (кроме того, она имеет более темный вещественный цвет).
Очень часто мы видим различно половину одного и того же листа. Слева от
центральной жилки лист темно-зеленый, справа — бледнее, светло-серо-зеленый.
Если мы сделаем пару шагов и снова посмотрим на эти листья, окраска их
поменяется. При этом купола обеих поверхностей остаются неизменными и одинаковыми,
т.е. они не являются только "сопутствующе светлыми". Если мы оглянемся
вокруг, мы обнаружим неравномерности купола, например темная группа деревьев
91
или светлый просвет на меняющемся небе. Когда направление взгляда на
рассматриваемую поверхность достигнет угла, под которым отражается направление на
особо светлое, поверхность вдруг станет светло-белесой. Итак, решающим
является не целый купол, а особые направления к его фрагментам. Поэтому мы можем
говорить о "направленно светлом". Это предварительная ступень отражающего,
которая открывает дальние картины. Это указание при помощи зеркала на нечто
отдаленное проявляется в "направленно светлом" так, что оно поднимается от
цвета поверхности, с которой наблюдается, приближаясь, например, к цвету неба,
это — полнейшая противоположность "сквозьсветлому", цвет которого зависит от
собственного цвета тела. Если описывать "направленно светлое" не из условий
окружения, т.е. видимого, а из предметного, осязаемого, можно было бы говорить
только о блеске, о гладкости поверхности. Если же хотят использовать световую
модель, то говорят об отражении.
Итак, если растение располагается между "сквозьсветлым", "направленно
светлым" и "сопутствующе светлым", то Земля — это почти всегда "сопутст-
вующе светлое". Она в противоположность космосу является пра-феноменом
"сопутствующе светлого". Если, находясь у входа в пещеру, заглянуть внутрь,
то можно увидеть "собственно темное" как выражение внутреннего состояния
Земли. Оно представляет собой такую же крайность жизни природы, как
"собственно светлое". "Собственно темное" — это представитель непроницаемой
Земли, "собственно светлое" — Земли, окутанной небесным светом.
7. Выводы
Основные понятия феноменологического учения о свете можно
упорядочить, резюмируя их в образе Неба и Земли.
небесное "светлое"
Образ небесных высот "сквозьсветлое"
"направленно
светлое"
"собственно светлое", "сопутствующе
процесс в открытом светлое"
пространстве (огонь)
92
t
собственно темное",
щель между застывшими
предметами
I
Образ земных глубин
8. О методах
Возвращаясь к вышесказанному, мы можем заметить, что использованные здесь
термины — совершенно иные, чем в обычной оптике. Само собой разумеется, что
и ученики будут также говорить о свете, который выходит из проектора или же
входит к ним в окно. Этого достаточно в повседневной жизни, и прежде всего для
технического употребления, в которой необходимые эффекты достигаются при
отсутствии желания действительного понимания. Даже учитель несет в себе эти
материальные представления и может спокойно использовать их, когда он
разрабатывает эксперименты. Если же есть стремление продумать великие световые
взаимосвязи Земли и Космоса, если хочется не манипулировать, а переживать в
соответствии с пониманием, тогда разработанные здесь поначалу непривычные
понятия, именно потому, что они непривычны, — помогут ощутить откровения
световых взаимосвязей совершенно по-новому, и при этом оставят открытым
вопрос, что же такое в сущности свет? Таким образом, ученик узнает понятия, которые
еще не закончены, в отличие от модельных представлений, но которые постоянно
до оснований видоизменяются в соответствии с переживанием мира. Если
преследовать эту цель, можно вместе с учениками, уверенно отталкиваясь от феноменов,
отказаться от привычных представлений прямолинейного распространения
исходящего от "источника" света и подойти к сознательному переживанию и проработке
переплетения "сопутствующе светлого", "сквозьсветлого" и Солнца. Хотелось бы,
чтобы благодаря этому душевная восприимчивость стала дифференцированнее,
активнее, многостороннее соединяться с действительностью мироздания, чем это
позволяют геометрические представления о лучах. • Свет для нас суть полотно,
сотканное из обширных взаимосвязей видимых вещей, идея, схватываемая в
духовной сфере, — но не в голубой дымке, а как высшее воплощение конкретно
проработанных связей "светлого" и "темного", которые пережиты при помощи
собственного чувства. И тогда мы сможем снова сказать: свет проникает через это
окно, поскольку все "светлое" здесь внутри находится в связи с доминирующим
небесным "светлым", которое находится за окном. Если видеть эту чистую
связующую природу света, то можно заметить его родство с просветленным
человеческим мышлением.
Дело не в том, чтобы использовать последние, всюду признанные идеи,
важно, чтобы учитель не только пользовался общепринятыми фактами, но и
задействовал собственную способность мыслить идеи. Только тогда он сможет
попробовать вместе с учениками построить идеи на основе обобщения внешних
восприятий. Эти очевидные связи понятий и идей с восприятием можно
практиковать до подросткового возраста, так как позднее, в 11-м и 12-м классах,
ученики должны будут выработать способность критического построения идей
в широко распростертом поле восприятий. Уверенностью в идеях должен
вначале обладать классный учитель. Благодаря этому дети могут быть хорошо
подготовлены к работе с идеей и восприятием. И тогда позднее появится
стремление выработать подобную уверенность при помощи самостоятельного
суждения, благодаря тому, что возможность свободного построения мыслей
уже была плодотворно испытана детьми.
93
II. ЗРЕНИЕ И СОЛНЦЕ
Разработанные нами новые понятия, должны быть еще раз рассмотрены с
иной точки зрения и применены к другим явлениям. Это даст читателю
возможность поразмыслить и стать увереннее. При этом следует показать, что
восприятие света преобразует также общую картину мира.
1 - Почему "учение о свете"?
О свете очень много говорилось в развитии культуры. От истории
Творения — через "Фауста" — к драмам-мистериям Штейнера вплоть до его "Общего
учения о человеке" (ШТЕЙНЕР, 1919а) течет, перетекает рассказ о сущности
света. И если со света должно быть снято покрывало, то тонкие чары
охватывают слушателя, как будто он ожидает открытия в этом акте самых глубоких
сторон своего собственного существа.
В первом естественнонаучном курсе для учителей, в так называемом курсе о
свете (ШТЕЙНЕР, 1919b) имеется примечание: "Мы купаемся в свете... Что-
то в нас выплывает наружу в это наполненное светом пространство и
воссоединяется с ним. Однако требуется совсем немного, чтобы отрефлектировать
истинное положение дел, и тогда обнаружится огромная разница между этим
единством с непосредственно светотекущим окружением и тем единством, которое
я имею как человек, и именно с тепловым состоянием окружения".
Эти слова являются охватывающим завершением долгого пути наблюдений.
Как же их следует понимать? Мы должны понять это "купание в свете". Здесь
речь идет не о воздушных или солнечных ваннах, которые дарят нам
чувственное плавание в свете. Здесь речь идет о своего рода сознательной рефлексии (см.
цитату выше). Но эта рефлексия не является здесь теорией света — последнее
больше относится к абстрактной физике (формулы, величины, модели и пр.).
Суть дела не в том, чтобы раскрыть какие-то дальние основания, а в том, чтобы
сперва пронизать наши собственные переживания и сопереживания "светлого"
при помощи разумных мыслей. То есть с помощью мыслей, которые схватывают
наши собственные восприятия, пережитое нами "плавание" в свете таким
образом, что наше отношение к свету поднимается к новой ступени.
Электромагнитное излучение в физике, напротив, принципиально темное;
его можно сформулировать только с помощью физики, без какого-либо
восприятия "светлоты". Оно не может продвинуть нас в нашем вопросе, а только
в физической технике. В конце концов, достоверность физического излучения
основывается на решении утвердить, не глядя, основанный на себе самом
предметный мир, в котором вдобавок субъект и объект отделены друг от друга
(ШТЕЙНЕР, 1918а). Возникшую таким образом объективность можно
количественно связать с понятием излучения. Но тогда мы уже не найдем связи с
человеком, который реагирует на материальный мир при помощи своего
субъективного восприятия, что уже не позволяет отыскать сущностное в свете.
Наше же исследование должно, наоборот, — и ниже мы разовьем эту
94
мысль, — начаться с переживания восприятия прежде, чем оно, в предметной
модели мира овеществившись принудительно в виде субъекта или объекта,
раздробится и будет отвергнуто. Итак, мы стремимся проникнуть в мысли именно
туда, где мы еще только начинаем думать! Только тогда процитированное выше
указание Штейнера будет плодотворным.
Учение о свете является прекрасным полигоном для такого естествознания,
которое снова хочет соединиться с интенциональным переживанием человека.
Гете и Штейнер, родоначальники такого подхода к природе, из всех
физических тем выдвигали свет на первое место, и не только в аспекте истории идей, но
и экспериментально, исходя из восприятия. Многостороннее учение о свете как
область ученичества и учебы является основополагающим для всех видов
познания. Штейнер говорит о преподавании в 12-м классе: "Оптика очень валена,
так как в духовной жизни отдельные части очень тесно связаны между собой...
Почему нет истинной теории познания? Потому, что с тех пор, как Берклей
написал свою книгу о зрении, никто больше не соединил правильно зрение с
познанием". (ШТЕЙНЕР, 1924b). Итак, речь идет не о мифических
частностях потусторонней сущности света, а об учении о свете как о посюстороннем
методе! Мы ищем беспредпосылочное учение об истинном зрении, как образец
феноменологического (гетеанистического) естествознания, базирующегося на
теории познания.
2. Зрение
Во Введении уже было показано, что под познанием мы понимаем не
принудительно-мыслительное отражение мира, а свободное деяние человека. И мы
можем различать методы только тогда, когда учимся наблюдать за своей
духовной деятельностью.
Зрение мы будем рассматривать именно в этом смысле. Итак, сначала мы
еще не спрашиваем, каковы условия "светлоты" вокруг увиденного нами
(например, "источника света"); мы спрашиваем об интенциоиальности (движении
воли) нашего зрения, то есть как мы задействуем и изменяем зрение. При этом
мы, конечно, не рассматриваем его как взаимодействие линз и лучей внутри
глаза. Мы используем глаз как таковой и не говорим о нем как о предмете. В
начальной главе своего учения о цвете, говоря о физиологических цветах, Гете
имеет дело только с тем глазом, который находится в процессе зрения, и не
дает объяснение зрения из тех восприятий, которые мы можем получить при
помощи мертвого глаза (ШТЕЙНЕР, 1886). Последуем за Гете. Но наряду с
этим давайте понаблюдаем, как мы действуем в переживании восприятия. Ведь
наше восприятие существует не как нечто пассивное, когда раздражение или
информация проникают в нас механически, напротив, оно суть телесно
действующая воля (ШТЕЙНЕР, 1919с).
В начале встречи со зрением мы можем пережить восход Солнца, переход от
глубокой ночи к светлому, красочному дню. На уроке можно, как мы уже
рассказывали в предыдущей главе, заменить восход Солнца темным подвалом, по
95
которому нужно сперва пробираться только на ощупь, а потом увидеть
отдаленное мерцание постепенно разгорающейся в темноте лампы, переходящее затем в
яркое свечение. Пытаясь ориентироваться в полной темноте, мы испытываем
совершенно иные переживания и ощущения. С помощью осязания очень трудно
определить правильные пропорции вещей; стол кажется бесконечно длинным.
Отдаленные звуки пугают нас. Очень трудно преодолеть пугающие
представления, трезвые размышления становятся переменчивыми. И мы страстно
приветствуем малюсенькую сумеречную "светлоту", проблеснувшую вдали и давшую
первый твердый и продолжительный ориентир нашей душе. Даже слабенький
свет, свеча, рисует участок пространства, в которой я, оживая, сразу же
устремляюсь, чтобы там обосноваться, так как там, в окружении первого серого рассвета,
возник небольшой мирок, в котором я могу осмотреться. Вскоре я уже могу
определить взаимное расположение светлых поверхностей, благодаря чему я уже
распознаю окружающие предметы. Также и цвета дают пищу моему
переживанию восприятия. И наконец, в солнечно светлом мире я чувствую себя
совершенно уверенно, собственно видение различных светлых поверхностей может быть
теперь дополнено чувством движения, сопутствующим зрению. "Скашивание глаз"
(оптические оси сходятся), "схватывание" (аккомодация), а также "вращение
глазами" (обход формы) позволяют, при помощи связывания, соотнесения чувства
зрения с чувством движения получить собственное заключение о существующем.
Я знаю об истинных, окружающих меня предметах, которые существуют там, в
пространстве. Разумное заключение о предметах предусматривает следующие
два момента:
— тонкая деятельность мышц при фиксации, во время вращения,
скашивания и приспособления глаз — телесно заметная воля;
— управление внутренним вниманием зрения при фиксации на
рассматриваемых участках поля зрения — душевное волевое усилие.
Такие действия при фиксации являются волевыми, но сейчас, как правило,
они протекают неосознанно и не переживаются. Кроме того, есть еще
рассудочная деятельность заключения — в любом случае волевая и самопроизвольная.
Результат такого обычного поведения, которое, вероятно, должно
когда-нибудь измениться, может быть двояким:
— мое "я-сознание" будет трезвым и последовательным, потому что я
постоянно возобновляю свою душевную деятельность заключения о предметах
— нормальный глаз постоянно непринужденно смотрит вокруг;
— мое душевное переживание имеет богатое содержание благодаря
многообразию постоянно окружающих меня вещей (в противоположность слуху).
Но это содержание делает меня, однако, свободным, оно никогда не
подавляет меня, как, например, неприятный запах. Итак, мы имеем
заполненность и одновременно дистанцию.
На основании чего я уверенно замечаю, что я вижу (не слышу, не мечтаю)?
Ни в коем случае не через содержание чистых восприятий, а через
примыкающую к ним душевную деятельность, как это было схематично указано выше.
Мое заключение о пространственной протяженности предметов и о
возникающем сразу же благодаря этому порядке их взаимного расположения вокруг
96
меня, эта совершающаяся внутри меня тихая рассудочная деятельность, с
помощью которой я управляю направленностью собственного восприятия и
перерабатываю содержание, дает мне понять, что это — содержание моего
зрения, данное мне в восприятии, и именно мне данное. Таким образом, я могу
сказать: "Я вижу".
Если мы проработаем зрение таким образом, то мы "увидим" две вещи:
1. Заключение о предметах, "принимающих" восприятие, является сегодня
самопроизвольной привычкой сознания (душа рассуждающая).
2. Но это заключение является нашим собственным вкладом, оно не
определяется содержанием восприятия.
Итак, если мы хотим исходить из восприятий, мы должны сначала
отбросить постоянную предметную инвентаризацию мира. Это, однако, непривычно.
Это может быть проработано только при помощи воли, ни в коем случае им не
должны управлять извне ни надстроенная абстракция, с одной стороны, ни
предметы восприятия — с другой.
3. Поле зрения и отдельное пятно
Такого рода различия открывают нам путь к забытому типу видения — всегда
воспринимается поле зрения обоих глаз, простирающееся вправо и влево, вверх
и вниз. Если мы захотим на мгновение проделать это, то мы заметим, что
вращение глазами, скашивание глаз, т.е. то, о чем мы говорили, разбирая фиксированное
зрение, здесь отсутствует. Таким же образом смыкание предметов отступает на
задшш план и мы с большей силой переживаем созвучие "светлот" и расплывшиеся
цветные пятна. Мы переживаем окружающие нас цвет и "светлоты" как единое
целое. Удовольствие от прогулки и отдыха во время нее зависят прежде всего от
того, существует ли это целое вокруг нас (поле, лес, и т.п.). Правда, секторы
обзора мы часто последовательно воссоединяем с фиксированным зрением. Однако
общее впечатление при обзорном зрении не зависит от этого и совершенно иное,
чем сложение фиксированно увиденных отдельных предметов. Оно обладает
совершенно иным качеством. Оно постоянно, но тихо, почти незаметно
воздействует на ощущение нашего места в мире, а тем самым и на наше здоровье.
Это целостное окружение приносит нам покой, если, конечно, туда не прорываются
чуждые ему силы (грузовики). Оно ведет нас к менее понятийной, понимаемой,
более вегетативной жизни и восстанавливает наши жизненные силы.
Фиксированное же зрение, напротив, воссоздает силы самосознания и истощает
жизненные силы. Именно учитель мимолетно использует обзорное зрение, следуя
переживаниям класса учеников.
Если мы захотим перейти, к примеру, к внешним условиям "светлоты"
определенной фиксированной поверхности, то мы с удивлением обнаружим, что
не существует фиксированного зрения без воздействия и присутствия всего
ноля зрения. Среднесветлая плоскость в темном поле — светлая, в светлом —
темная. Не существует восприятия "светлоты" без тихого, ненавязчивого влияния
окружения. Если мы поднесем к глазам картонную трубку, чтобы отсечь вся-
97
кое окружение, то кратонная трубка будет сама действовать как новое
окружение: рассматриваемая поверхность станет очень светлой и благодаря этому
особенно "искаженной". Итак, отдельные участки светлого всегда находятся в
некоей слабой связи со всем полем зрения. Они выступают не как полностью
изолированные предметы, которые отделились от мироздания. Не существует
"светлоты" поверхности, не зависимой от окружения. "Светлоту" поверхности
невозможно измерить как содержание поверхности в квадратных сантиметрах
или как массу тела. Мы постоянно наблюдаем своего рода компенсацию,
выравнивание, как в послеобразах. Если мы выходим из темноты, то средиесветлое
покажется нам светлее, чем если мы выйдем из светлоты. При этом среднесвет-
лая поверхность должна стать для нас всегда именно такой, какую мы видим
сейчас и здесь. Поэтому мы хотим — чтобы постичь истину — исходить из
пережитых восприятий, и это может стать именно нашим, фактическим. (О
других феноменах симультанных и сукцессивных контрастов и иррадации можно
прочесть в учении о цвете Гете (1815), русский перевод указан в основном
списке литературы в конце книги.)
Если мы примем за истину то, что действительно видим — и это будет
педагогически правильным, — то мы сумеем познать, что все светлые и темные
поверхности постоянно связывают друг с другом все наше окружение и
образуют неуловимое целое, обнаруживающее себя в дневных превращениях.
Но изучение дневной ситуации — это самое трудное. Поэтому на уроках следует
сначала рассказать так, чтобы понять условия, при которых мы сами меняем
поверхности, например, когда затеняем или, наоборот, лучше освещаем их
лампой. Мы ищем связи не только в атмосферной оптике, по и в наших
экспериментальных манипуляциях. Таким образом, мы покидаем природную оптику
и переходим к экспериментам, как этого требует техническая деятельность.
Как мы уже говорили вначале, в обычной школе говорят о
"распространении света". Обычно начинают с "источников света". Но оба эти названия
возникли при уже мысленно утвержденной световой модели, так же как
обычное употребление слова "свет". Поэтому сначала мы их избегали. Мы хотим
феномены обсуждать чистыми, чтобы тем самым создать самостоятельное
впечатление и только из него потом выводить соответствующие идеи.
4. Учение о чувствах
Зрительное восприятие светлого и темного, а также цветов обязательно
должно — как и в акустике — быть связано с восприятием других чувств. Только
благодаря этому они приобретут в пашем мышлении форму внешней
действительности, так что мы сможем говорить о вещах, существующих там, снаружи.
В течение столетий люди бессознательно подходили к выводу, что только эту
деятельность, направленную на внешнюю сторону предметов, можно назвать
физикой. При этом они не видели деятельность как таковую, а только ее
результат — мыслимые материальными объекты. И затем эти мысленные объекты
(мы покажем это далее на примерах) начинают принимать за изначальную
реальность восприятия: некий ограниченный и ограничивающий метод.
98
Итак, мы имеем двоякое:
1. Отношение зрения к другим органам чувств.
2. Мысленное построение "причиняющих", обусловливающих объектов.
Второй, традиционный шаг — сдвиг всех причин в предметность, мы не
должны совершать некритично, он сам по себе иллюзорен. Его содержание
(например, материя) рассматривается как изначальная действительность, а не
как наша понятийная деятельность (что было бы верно).
Однако с самого начала мы непременно должны сделать первый шаг,
определив отношение к другим восприятиям. Но это должны быть действительно
восприятия, а не уже готовые предметы представления, то есть результаты
второго шага. Эту ошибку совершают те, кто понимает свет как квазимикрома-
териальное, лучеподобное излучение так называемых "источников света" и
стремится распространение света измерять фиксированными механическими
скоростями. Такие незамечаемые представления нагромождают величайшие
препятствия для переживания действительности современным человеком.
Тот вторичный чувственный опыт, который должен соупорядочиться со
светлым и с цветом, мы получаем от чувства движения и чувства равновесия. Говоря
и показывая: "Это — светлое, а то — темное", я поворачиваюсь в ту и другую
сторону (чувство движения). Между двумя указанными местами находится
пространственный угол. Направление к указанным местам находится в
определенном равновесном или неравновесном отношении к моему вертикальному
положению (чувство равновесия). Эти чувства переживаются одновременно.
Преждевременное же применение зарисовки лучей, наоборот,
воспринимается как абстракция. Например, у отбрасываемой тени, у отражения и т.п.
Поскольку используемая в этом случае прямая возникает лишь как абстракция
чувства движения, т.е. привязывается к нему и затем абстрагируется,
переживания восприятия не происходит. Кроме того, эта прямая рисуется не для тех,
кто видит сам, а для сконструированного зрителя. Зарисовка лучей исключает
собственные переживания. Поэтому сначала мы откажемся от лучей, а в случае
необходимости воспользуемся "линиями зрения" (Sichtlinien) .
5. Космическое окружение
Если в акустике мы воспринимаем музыку как внешнее единство звучания,
как истинное событие, которое создает человек, преследуя мировые цели, то в
оптике — как действующая взаимосвязь светлоты — нас встречает космический
оргатгзм света; смена ситуаций дня и ночи, движение Солнца. Свет
пронизывает все чувства, пробуждает природу, всю нашу деятельную человеческую жизнь.
То, что в акустике является культурным процессом, в оптике является
целостным процессом всего земного окружения. Ему противопоставляется механика —
земная темнота, обособленность, вызванная тяготением. Таким образом, мы
можем сказать, что природа оптики родилась не из искусства, как в акустике, а из
космоса. Но она еще не среди предметов, еще не упала в земное тяготение, как
это рисуют нам физические представления о свете.
Таким образом, собственно основа оптики (Солнце, свет) становится чем-
99
то необъятным, безграничным, которое зовет нас к внешним неизведанным
стремлениям, к пониманию — и при этом остается наглядно-конкретным (день-
ночь — солнечное время, времена года). Это стремление к чему-то высшему,
которое зовет нас дальше, придает занятиям особое достоинство, особую
человечность. В акустике в этом нам помогает музыка, в оптике — Вселенная.
И даже в экспериментах в закрытом помещении мы переживаем этот
вселенский принцип.
Оптика — это учение о Солнце, но с этим у нас встречаются большие
трудности. Мы настолько глубоко вживаемся в Солнце и, само собой разумеется, в целостное
всеохватывающее его воздействие, что сначала не в состоянии предложить
ученикам для учебного наблюдения ничего дифференцированного, многообразного.
Почему же великое явлегаю стало недоступным разумным размышлениям? Это
заложено в развитии совремешюго мировоззрения. Оно хочет показать нам
Солнце как нечто телесное там, снаружи, вокруг которого — исходя из случайно
сложившихся начальных условий — вращаются другие тела, ведомые слепой
силой притяжения. Солнце — недоступный газовый шар в пустой Вселенной.
По какие мысли могут помочь найти подход к Солнцу? Давайте сначала
скажем себе: "Солнце повсюду, где оно действует. И самое главное: мы живем
со светлотой и в нашем дневном ритме "внутри" Солнца. Здесь оно окружает,
поддерживает нас. И тот солнечный диск — это внешний аспект, далекий
символ окружающей нас деятельности. Здесь, рядом со мной, происходит восход
Солнца — "милое наступление Твоего дня" (И.-В. Гете, Фауст), а не во
вращении небесного тела там, снаружи".
В освещенном Солнцем парковом ландшафте проявляется жизнь нашей
собственной души. Тьма лесной чащи, ее внутренние темные зеленые тона во
"встречном свете" (Gegenlicht) воздействуют на нашу волю. Нам кажется, что
вещи громоздятся перед нами в виде непреодолимых препятствий. Мир
сопротивляется нам. В "сопутствующем свете" (Mitlicht), наоборот, мир представляется
нам равномерно светлым переплетением картин, которое вызывает у нас плоские
представления. Мы парим над вещами и не можем проникнуть в них. И только
в "поперечном свете" (Querlicht) мир образует изменчивые тени. Мы
воспринимаем вещи по отдельности и при этом чувствуем себя комфортно. Мир
раскрывается перед нами, мы чувствуем радость, проникая в пего.
Мы воздержимся пока от обсуждения как reo-, так и гелиоцентрической
картины мира, так как мы не заключаем ничего о движении отдельных тел, а
стремимся обсуждать, освободившись от гипотез, ту целостную ситуацию, в
которой находимся. (О "свете", излучаемом Солнцем, о потоках энергии и т.н.
мы поговорим ниже, обсуждая термины, определяющие свет.)
Как мы уже говорили, первым переживанием восприятия, которое мы будем
испытывать вместе с учениками, мог бы быть восход Солнца, лучше всего во
время поездки всем классом, после пешей прогулки в последние ночные часы.
Ночь находится как бы в безвременье. Как только наступят первые утренние
сумерки повсюду вокруг нас начинает происходить нечто возбуждающее, что
мы можем назвать Солнцем или временем. Явление восхода Солнца можно
изобразить как некое бушевание. Это мастерски изобразил Гете во II части
100
"Фауста" (пролог и сцена Ариэля). И у древних народов мы читаем о
длительном звучании Солнца (ср. POST, 1962).
После того как мы с помощью Солнца и Земли поймем высшую целостность
учения о свете и нашего зрения, мы сможем перейти к новому качеству, а
именно к цветам. Они появятся перед нами при восходе Солнца.
Как и все небесные явления, цвета никогда ие возникают как нечто
несвязное или обособленное. Блеклой бирюзе и желто-зелеиому цвету отвечает алый
цвет зари, тонкими мазками наложенный на облачка.
Первой синеве утра отвечает оранжевый цвет показавшегося на горизонте
солнечного диска и его окружения. И только после того, как тьма исчезнет
полностью, игра цветов сменится глубоким однородным синим цветом
небосклона, по которому скользит недоступное Солнце.
Появившись, Солнце пронизывает собой все, оно не только на небе, оно
находится повсюду на Земле, весь день оно царит вокруг нас. Таким образом,
Солнцу мы обязаны нашим предметным сознанием, бодрствованием, чувством
свободы. Солнце далеко не уходит, этот солнечный процесс всегда при нас.
Солнечный диск на небе — это далекий символ, господствующий знак.
Вторым таким знаком является глаз. Но не будем утверждать, что
солнечные лучи проникают снаружи внутрь и мы "видим" картины сетчаткой глаза.
Наоборот, речь идет о том, что таким образом мы благодаря нашей активности
выходим наружу и живем в окружающем нас мире. И только если светлота
начинает сверкать нестерпимо, мы прикрываем глаза ладонью или
зажмуриваем их. Кроме того, зрачок сужается, т.е. физический глаз ограничивает зрение,
Его здоровое строение является условием, а ие определением нашего
существования во внешнем мире.
6. Дальше к послеобразам и цвету
Чтобы получше познакомиться с глазом и процессом зрения, давайте еще
раз рассмотрим послеобраз. Сначала остановим наш взгляд на оконном
переплете и ряде окон, а затем сразу же повернемся к среднетемной поверхности.
Прежние светлые формы покажутся нам темными, а темные — светлыми. Глаз
выравнивает экстремумы. Мы можем, например, в качестве первого
эксперимента, на фоне серой стены (из крафт-бумаги) держать кусок белого картона с
черным треугольником. После того как мы некоторое время на них смотрели,
тихонько уберем фигуры, продолжая смотреть на это место. Мы увидим
темный прямоугольник со светлым треугольником.
Как в случае контрастных фигур, так и в случае послеобразов необходимо
не фиксировать (как на предмете) свой взгляд, а оставить его пребывать в
некоей широкой панораме и именно на это обратить внимание. Итак, больше
обзорного (umfeldhaft) и меньше идентификации. Чтобы обратить внимание
учеников на послеобразы, которые они сначала просто ие видят, можно начать
с цветных фигур.
Послеобразы давно известны и рассматриваются обычно как обыкновенное
101
периферийное явление оптики, о котором люди думают, что это просто
оптическая иллюзия. Такая ограниченная оценка покажется достаточно разумной,
если не пытаться преодолеть простую констатацию послеобразов в двух
направлениях.
Это — воля в восприятии. Деятельность понимания, размышление о
предметах н деталях, длительное распознавание и взгляд на окружающие предметы —
все это должно уступить место спокойному, волевому созерцанию
послеобразов. Сознание должно быть направлено скорее на качественное плоскостное
видение, нежели на направленное деяние, на многообразие объектов. И если
попробовать это на поверхностях с мрачной окраской (Оп.2), то затем мы
сможем вознаградить себя чудесными светлыми цветами послеобразов, так
называемыми комплементарными (дополнительными) цветами. И тогда мы снова
увидим вышеописанную цветовую композицию утреннего и вечернего неба, где
бирюзовый цвет сочетается с алым, а голубой с оранжевым.
Кроме воспитания воли в восприятии послеобразы дают также пищу для
размышлений. Что означает это оборачивание "светлоты" и возникновение
комплементарных цветов? Если мы переносим взгляд с контрастного оконного
переплета на неконтрастную серую стену, то наблюдение этой резкой смены
контррастиого и неконтрастного переплетается, причем послеобраз несколько
затмевает монотонность увиденного неконтрастного.
Однако картина, наложившаяся на бедный контрастами вид серой стены,
уже не та, что мы видели прежде, — произошла смена светлого на темное, а
также цветов. Неизменными остаются голые контуры, которые мы
воспринимаем с помощью чувства движения, переосмысливая это чувство, а не благодаря
обычному зрению. "Светлоты" же и цвета поверхностей оказываются
преобразившимися. Этим мы обязаны покою созерцания, который воздействовал на
нас раньше, когда мы долго смотрели на контрастную картину (оконный
переплет). При этом ослепляющие элементы и светлые части смягчаются, а темные
начинают казаться менее черными. Это легкое уменьшение контрастности,
которое сперва не имеет ничего общего с послеобразами, можно наблюдать
непосредственно. При небольших колебаниях глаза вокруг темных пятен
образуется светлая кайма. Послеобраз уже действует в начальной картине. Это
выравнивание, наступающее само по себе в начальной картине, еще там
является переплетением светлых и темных элементов: светлое частично превращается
в темное, и наоборот. Таким образом, послеобраз показывает (при взгляде на
неконтрастную поверхность), как эта ранее существовавшая тенденция
усиливается. Предыдущее смягчение контрастности будет продолжаться. По той
картины, на которую был направлен взгляд, уже не существует, и
продолжающееся смягчение контрастности создает новую, дополняющую ее., обратную
комплементарную картину. Итак, если мы погружаемся в насыщенную зелень,
то переживаем эту насыщенность настолько, что уже бессознательно создаем
красный цвет. Как мы уже видели, отдельные цвета и отдельные "светлоты"
представляют собой нечто непостижимое, нереальное. Жизненные силы глаза
всегда активны настолько, что могут создать действующее целое.
Всегда возникает вопрос: действительно ли существуют послеобразы, или
102
они возникают чисто субъективно. Но этот вопрос сформулирован
некорректно. То, что якобы является субъективным, на самом деле в состоянии оказывать
сильнейшее воздействие в мире и на переживающего человека. Поэтому мы
можем это назвать действительным (действующим), даже если мы не сможем
показать и подтвердить это, выделив предметно. Кроме того, послеобразы ни в
коей мере не являются субъективными в любом смысле. Более того, они
являются закономерными и интерсубъективными.
Но, как мы уже говорили, полностью предметными они не являются. А именно:
у mix отсутствуют качества, доступные для другого чувства. Создавая послеобраз,
т.е. созерцая предыдущую картину, взгляд остается неподвижным, таким образом,
чувство движения в глазах не работает, и мы добиваемся зрительного впечатления
(послеобраза), не испытывая чувства движения. Послеобраз не может выйти из
поля зрения, его нельзя нащупать, он движется вместе со взглядом при каждом
его движении. Поскольку качества, доступного для другого чувства, здесь нет, мы
не сможем сделать обычного заключения о предметах, находящихся там,
снаружи. Мы теряем также чувство перспективы, которое передает нашему сознанию
предметная область. Мы волевым усилием переключаем наше внимание от
качества чувств (видение цветов) на другое качество (процесс движения). Послеобраз
сопровождает пас неотвязно и исчезает помимо нашей воли. Мы не можем
отвернуться от одного, чтобы рассматривать другое.
Высказывание: "Это происходит от глаза" — означает лишь, что мы
приводим предметное заключение отдаленного наблюдателя, который видит мой глаз,
поскольку он любой ценой хочет видеть предмет. Тогда как сам видящий
послеобраз замечает не глаз, как орган, а только то, что он увидел.
Законы о цветовых соотношениях послеобразов можно сформулировать с
помощью гетевского цветового круга. Мы видим порядок холодных и теплых
цветов, мы можем изучать их, определяя, где в природе встречаются наиболее
характерные теплые цвета: в огне, в крови. Отсюда мы можем вынести многое.
Мы можем вызвать чувство, которое обозначим словом "красочность",
рассматривая сначала серые, белые и черные, а затем цветные послеобразы. Очень ярко
мы переживали красочность как целое, когда шли по дороге в серые утренние
сумерки, а потом вскоре очутились при дневном свете: мы удивляемся, что в
первый раз мы не видели всех этих чудесных красок. Мы можем сравнить
представление бесцветной, а затем красочной картины природы. Только благодаря
таким наблюдениям мы сможем прийти к переживаниям, что красочность для
пас — это новая жизненная область, являющаяся единым целым.
111. ПОВТОРЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ
1. Купол и поле зрения — повторение
В нашем окружении мы видим плоскости, или, лучше сказать, угловые поля,
(Winkelfelden) различной светлоты. Среди irax существуют такие, светлота
которых неимоверно велика, например светлота Солнца. Земные поверхности,
103
которые находятся вокруг нас, как об этом уже говорилось, всегда бывают
особенно светлыми тогда, когда мы можем видеть от них очень светлое, например
Солнце. При этом совершенно не важно, является ли светлым окружение этой
поверхности. Мы можем провести следующий опыт: поставим горящую свечу
на светлое окно и рассмотрим светлоту ее пламени. Для сравнения проделаем
то же самое в темном углу комнаты. Мы сразу же увидим, что светлота свечи
зависит от видимого вместе с ней окружающего поля: если оно светлое, то
свеча кажется темной.
В этом случае мы можем думать о принципе выравнивания, как это имело
место с послеобразами. Давайте не будем представлять себе, будто свеча
содержит аналогичную по предметности "светлоту", не зависящую от окружения, и
что эта "светлота" оказывается различной при различном окружении лишь
субъективно. Ведь это значило бы, что они выпадают из собственно переживаемой
действительности. Это было бы бессмысленно, так как мы не можем увидеть
свечу вне ее окружения. Видимые вещи всегда воспринимаются в окружающем
поле других видимых вещей. И представление константного превращения воска
свечи также не меняется.
Выполним опыт с белым кургагым яйцом или матовым шаром (Оп. 4). Если
мы вынесем яйцо на середину класса, то мы ясно увидим, что половина его,
повернутая к окну, — светлая, а половина, повернутая к стене, — темная. Это явление
не зависит от видимого нами фона (окружающего поля). Если в помещении,
например позади учеников, мы включим электрическую лампочку, то
распределение "светлоты" снова сильно изменится, тогда как окружающее поле, которое
ученики видят вместе с яйцом, останется неизменным. Лампа находится далеко
сзади и при рассматривашш яйца и его почти не изменившегося окружения (передней
части пространства) не видна.
Итак, эта новая "светлота", появившаяся на яйце, зависит от того, могу ли
я видеть новую светлоту, направив свой взгляд на мир, где лежит яйцо, исходя
от его поверхности. Итак, яйцо светлее с той стороны, которой оно обращено к
другой "светлоте". Сторона яйца, отвернувшаяся от "светлоты" — темная.
"Светлота" яйца зависит от того, что вообще находится вне яйца и, чаще всего,
сзади наблюдателя, и меньше всего от того, что находится вокруг видимого
нами (окружающего поля). Отсюда мы сделаем основной вывод:
Любая поверхность в мире светла настолько, насколько
можно наблюдать от нее светлое во всем пространстве купола
(пространстве полушария), открывающегося с дайной
поверхности.
Такую поверхность, связанную таким образом с ее куполом, мы называем
сопутствующей светлой, а тело, вокруг которого эта поверхность находится, —
сопутствующе светлым телом. Кроме окружающего поля существует еще и
купол. Купол поверхности представляет собой видимое с него полупространство;
мы можем его увидеть, если бы смотрели с поверхности данного тела —
рассматривая купол собственными глазами с данной поверхности до самого
горизонта поверхности. Горизонт земной поверхности и ее купол очень легко
себе представить: это небесный купол до горизонта Земли. Мы проделывали
104
такой опыт с белой скатертью и подвешенной электрической лампочкой (Оп. 3).
Незадолго до "захода" лампочки или при наклонном положении поверхности к
ней, последняя становится темной. Так может быть представлен горизонт
наклонной поверхности и ее наклонно лежащий купол.
Проведем подобный опыт со свечой, которую мы поставим впереди, а в
окружении зажжем еще несколько свечей и загородим их от наблюдателей
(Оп. 8). Мы увидим стоящую впереди свечу и купол других свечей, нами
невидимых, а светлота пламени видимой нами свечи усилится. Отсюда мы
получим следующий вывод:
Поверхность, светлота которой зависит исключительно от
видимого вместе с нею окружающего поля (даже если оно невелико),
а не от других имеющихся в окружении светлых поверхностей
мы называем "собственно светлой".
Тело, например лампа, которое представляет собой такую светлую
поверхность, независимую от купола, мы называем "собственно светлым телом". Таким
образом, мы получаем синоним к обычному термину (который мы
предпочитаем избегать) "источник света". Наше "собственно светлое" ориентируется не на
излучение невидимого света, лучи которого пронизывают пространство; оно
объясняет все с помощью изучения условий окружения, с помощью того, что
мы видим вокруг, в зависимости от того, в какую сторону мы поворачиваемся.
То, что пламя свечи является собственно светлым, мы можем доказать,
используя ее для освещения темного подвала. А именно если оно движется среди
темных стен подвала, сохраняя свою "светлоту". В большинстве случаев мы
распознаем собственно светлую поверхность, без зачерчивания черными
полосами поверхности ее купола или расширения пространства до наступления
полной темноты. А именно если мы окажемся на месте интересующей нас
поверхности и с этого места в ее куполе не увидим еще более светлую поверхность
и все видимые поверхности будут темнее, то интересующая нас поверхность и
будет собственно светлой.
2. Изменение понятия "свет"
Поскольку мы избегаем вспомогательного представления излучаемого света
с его отдельными лучами, возникает многообразный подход к феномену. Для
преподавания мы можем сделать многое: может случиться, что учителя пойдут
этим трудным путем и постараются избежать общепринятых представлений.
Тогда они возвысятся до нового способа видения. Совершенно иначе будет с
учениками, которых обуяла жажда познания непознаваемого и
механистически действующих причин, не связанных с явлениями. Они буквально пропитаны
всем этим. Ученики знакомят родителей с планом. И какой-нибудь
решительный "специалист" начинает наводить порядок. Для нас это значит привести
контраргументы. Чаще всего выдвигаются следующие соображения (ниже мы
цитируем уже упоминавшееся нами сочинение Г.БАУЭРА, 1968):
"Нижеприведенную оговорку можно было бы сформулировать следующим образом: Свет
105
не может просто перепрыгивать пространство между лампой и экраном, он
должен пройти сквозь него. Но это лишь аналогия. Например, если я хочу с
одного места опрыскать другое, вода все равно должна преодолеть все
промежуточное пространство. В царстве света, напротив, мы постоянно переживаем тот
факт, что можем смотреть вдаль. Впрочем, подобное можно найти и в царстве
гравитации. Если вы держите в руке камень, вы чувствуете как его вес
оттягивает вашу руку вниз. Мы можем сказать, что Земля является причиной
возникновения этой силы веса. Но не будем же мы утверждать, что явление веса
переходит от Земли к камню. Во всяком случае, в физике построено понятие
"гравитационное поле", которое пронизывает пространство между Землей и
камнем. При более внимательном рассмотрении оказывается, что гравитационное
поле в интересующей нас части в своем реальном содержании такое же, как и
наше световое пространство. В обоих случаях речь идет о геометрическом
структурировании пространства, которое позволяет нам предвидеть воздействия на
тела. Но это воздействие (свет и вес) сначала существует лишь потенциально и
может быть реализовано лишь в том случае, если данное тело действительно
существует.
Второй аргумент заключается в том, что в промежуточном пространстве
существуют еще электромагнитные волны. Но и это не очень убедительно. Мы
можем обсуждать электрические и магнитные поля по аналогии со световым
пространством. С этой точки зрения поля являются исключительно
пространственными областями, в которых возможны определенные силовые воздействия
на электрические и магнитные полюсы". И если даже мы представим себе эти
возможности как предметную действительность, то мы ничего не добьемся,
поскольку эти волны не являются проходящей однозначной вещью, из
поведения которой можно вывести все световые явления. Существуют противоречивые
феномены, которые приведут нас к противоположной гипотезе, а именно к
квантам света.
В качестве следующего контраргумента мы можем привести так называемую
скорость света. Феномен заключается лишь в том, что существуют изменения
во времени, при которых движение неощутимо. Обычные земные методы
измерения рассматривают быстро сменяющие друг друга, отражаемые теневые
границы как некое время пробега (волны), хотя самого пробега и нет. Но теория
относительности рассматривает сущность скорости света как универсальную
константу, которую преодолеть невозможно никогда. Релятивистская теория
не может объяснить наблюдаемые временные различия соответствующим
движением, поскольку она не хочет решать задачу пространства и времени в их
качестве.
Так мы видим, как именно физика XX века вновь обратилась к древним
представлениям о свете. Квантовая и релятивистская теории отвергают
неизменные вещи в себе (Unverwandelbare Dinge), как это было взято за
постулат со времен Ньютона.
"Попутно возникает вопрос: куда девается световая энергия, если она не
излучается в пространство? Ответ гласит: она просачивается в одном месте
(лампа), чтобы погрузиться в другое (освещенное тело)" (БАУЭР, 1968).
106
Трудность в восприятии связанных со светом феноменов в том, что энергия
понимается вещественно, как некий предмет, подлежащий перемещению. На
самом же деле энергия — это возможность совершить работу. Возможности нельзя
пересылать, подобно почтовой посылке; они могут быть вызваны и призваны
там, где все согласуется с ними, настроено на них. То же происходит с лампой и
поверхностью. Мы вызываем освещенность, а не приносим. Найдем у Бауэра
следующее сравнение: "Представим себе человека, который о чем-то задумался.
Его мысли, если их вообще можно фиксировать пространственно, привязаны к
его голове. Но этот мыслящий человек может передать другим свои мысли с
помощью слов и жестов. Однако нам сообщают, что передача мыслей возможна
и без внешних сигналов. Тогда те же мысли проникают в другого человека и так
же появляются в его голове. Но они ни в коей мере не движутся в пространстве
между головами, а просто встречаются в них. Этот "духовный свет" мыслей
может явиться примером отношений в физическом свете".
Даже если мы не сможем полностью принять аргументы Бауэра как
неспециалиста, хотя они находятся на высоком уровне понимания физики, нам всегда
остается наш взгляд, основанный на собственном опыте; если мы отклоним
гипноз легкодоступных, вещных представлений, то наш взгляд на явления
обогатится новыми возможностями, и мы сможем с неким новым
воодушевлением обратиться к наблюдениям.
IV- ТЕНИ
В классе впереди ставят на столе в ряд несколько свечей (Оп.9 — полное
описание здесь). Каждая свеча спрятана в длинный цилиндр, свернутый из
прозрачной копировальной бумаги. Если мы посмотрим на заднюю часть
комнаты, мы увидим расплывчатые тени учеников, т.е. равномерный диффузный
переход светлой и темной областей. Если же мы освободим свет, мы увидим,
что тени стали резче и четче. Таким образом, мы сможем утверждать, что
резкие контрасты, от очень светлого в центре до темного (свеча перед черной
доской), дают в итоге некую контрастную картшгу (только "вывернутую*' в
обратную сторону) — тени. Рассеянно распространяющееся собственно светлое
дает лишь расплывшиеся затемнения позади предметов.
I. Чернота тени
От чего зависит глубина тени? Построим с помощью картона и шара из
молочного стекла два различных собственно светлых тела (Оп.10), а именно
одно тело собственно светлое с одной стороны, а другое — со всех. Лампа,
закрытая картоном, в противоположность открытой лампе, оставляет стену
комнаты в темноте. Благодаря этому тени на противоположной стене — глубже
(чернее). Что же мы видим? Если мы смотрим на первую стену с места, где
сидят ученики, мы видим около лампы с картоном светлую поверхность с до-
107
вольно резким контрастом по отношению к окружающей темноте. Если
отвернуться, молено увидеть светлую поверхность с довольно резким контрастом
темных теней. Совершенно иначе происходит с шаром из молочного стекла.
Вокруг лампы светло, а тени — менее глубокие. У той и другой лампы мы
видим связь между видом спереди (самой лампы) и видом сзади (тенями,
отбрасываемыми ею).
И если мы-проводим такие сопоставления, то для нашего мышления лампа
становится чем-то большим, чем просто некий предмет. Она перестает быть
просто неким телом с четко заданными границами; она становится некоей
совокупной формой, охватывающей многие тела, некоей пространственной
областью, оформленной светом. Если перед лампой с картоном поставить
темную внутри картонную трубку, диаметр которой равен собственно светлой
поверхности, и поставить лампу таким образом, чтобы сопутствующе светлые
места задней стены были одинаково светлыми, как и раньше, то тени будут
еще чернее.
Возникает вопрос: от каких окружающих поверхностей зависят те
сопутствующе светлые (сопутствующе темные) поверхности, которые в своей светлоте
создают тени. Согласно основной идее, светлое повернуто к светлому, а темное
к темному — часто мы находим: теневые поверхности зависят от всего, что
можно видеть на стороне пространства, где стоит лампа, исключая саму лампу.
И лампа невидима с того места, где есть тень. Естественно, теневая
поверхность, как и все другие, зависит от своего купола, который можно видеть от
нее. Этот купол у тени не имеет собственно светлой поверхности. Таким
образом, тени построены тем, что существует вокруг собственно светлой поверхности.
И тем самым тень отличается от отбрасывающих тень поверхностей, которые
повернуты в сторону от собственно светлого и потому являются относительно
темными. Эти поверхности обращены не к "светлоте" собственно светлого, но к
другой стороне пространства — к теневой. Иногда эту обратную сторону
отбрасывающих тень тел называют "собственно теневой", но в смысле понимания,
развиваемого здесь (купол), это не представляет собой тени.
2. Построение тени
Выше мы связываем восприятие светлого/темного с персональным
поворотом, с поворотом поверхностей в ту или другую стороны. Поскольку восприятие
зрения связано с восприятиями чувства движения и чувства равновесия — оно
связано также и с поворотами в ту или иную сторону. Эту связь с чувством
движения можно еще более усилить. Поставим несколько стульев друг за
другом таким образом, чтобы все задние стулья при движении головы одновременно
исчезли за первым стулом. Исчезающие края находятся на прямой друг за
другом. Сам наблюдатель повернут к наблюдаемому и не может определить,
что за фигуру в пространстве образует "прямое зрение" (Geradsichtigkeit).
Только если кто-нибудь, двигая рукой, укажет на ряд стульев, мы сможем вынести
рассудочное суждение о прямолинейности, исходя из движения и чувства дви-
108
жеиия. Затем после этого наблюдателя появляется третий наблюдатель,
который не идет вдоль ряда стульев, а прослеживает глазами шнур, протянутый
вдоль ряда стульев. (Для образования понятия совсем не обязательно
натягивать шнур очень сильно, чтобы он совсем не провисал. Понятие прямолинейности
возникает не от восприятия, а от интуиции (Р. ШТЕЙНЕР, 1894). Восприятие
имеет лишь задачу дать душе возможность действовать там и здесь с помощью
понятия и тем самым искать дальнейшее.)
Итак, от "прямого зрения" (одновременного исчезновения) мы приходим к
понятию о прямолинейности исключительно благодаря процессу движения,
сопровождаемому чувством движения.
И только потому, что в случае затенения речь идет о том, видно ли на
границах теней в прямом зрегаш собственно светлое, загораживаемое
непроницаемым телом, и возникает понятие прямолинейности при рассмотрении теней.
(Оп.П). Если позади затеняющего предмета поместить большой лист картона,
т.е. экран вместе с теневой картиной, таким образом, чтобы он приблизился к
темной обратной стороне этого предмета и снова отодвигать так, чтобы на нем
(на экране) постоянно была видна тень. При таком движении все края тени
описывают прямые линии.
Таким образом, мы можем абстрактно построить тень из прямых лшшй,
абстрактно потому, что не существует собственно светлой поверхности в форме точки
и создать ее невозможно (волновая оптика). В действительности резкость и
глубина тени меняется в зависимости от расстояния до затеняющего тела. Если, как мы
уже описывали, затеняющий предмет двигать вместе с картоном вперед и назад,
можно обнаружить эти линии лишь приблизительно. Возможные границы
светлого и темного позади затеняющего тела имеются лишь в идеализировашгых и в
конечном итоге нереальных геометрических рисунках, составленных из пучков
прямых линий. Об однородном, однообразном "теневом пространстве" позади
затеняющего предмета говорить не следует, так как феномен — это лишь возможность
привлекать к себе нечто видимое и благодаря этому получить самое разнообразное
(резкость и глубину тени). Теневое пространство обладает на своих границах
возможностью срздавать картины. Итак, эти линии не являются
действительными, это линии интуитивных возможностей, возникшие из идеального связывания
пространственных положений, возникающих при наблюдении более или менее
размытых границ темного и светлого. Полную картину можно увидеть в
пространстве, заполненном дымом или чем-то подобным. Но в этом случае теряются
контрасты. Некая полная, богатая контрастами картина границ
светлого/темного в пространстве до своей реализации (на экране, например) остается всегда
лишь возможностью.
Часто в дымке из-под облаков мы наблюдаем светлые лучеподобиые
полосы, указывающие на Солнце. Это не солнечные лучи, отбрасываемые вниз.
Здесь вообще нет движения. Это Солнце рисует в пространстве сияющий
рисунок. Этот рисунок находится в состоянии покоя п указывает на Солнце. Все
пространство указывает на него — не потому, что там нечто излучается, а
потому, что Солнце особенно видимо по всему участку такой полосы. И потому эта
часть воздушного пространства без солнечного сияния видится как дымка. Как
109
обычно, все видимое ориентировано на Солнце, на самое светлое. Дымка — это
как огромный картон, который просвечивает.
3. Резкость тени
Рассматривая тени, мы с самого начала заметили, что они могут быть более
или менее четкими или, наоборот, расплывчатыми. С помощью различных
экспериментов можно показать, что большие собственно светлые поверхности,
например участок картона, обтянутого папиросной бумагой (Оп.10), дают
расплывчатые тени. Чем меньше собственно светлая поверхность, тем резче тени.
Если мы сделаем ее еще меньше, взяв очень маленькую светлую лампу, например
галогеновую лампу от проектора, то получим в конце концов такие резкие
тени, которые никогда не увидим в природе под собственной "светлотой" неба
(Оп.Н). Это объясняется тем, что; например, в случае с японским шаром
(Japanballon) на затененной стороне мы должны пройти нашим глазом довольно
длинный путь, чтобы с того места, откуда еще совсем не видно большой
собственно светлой поверхности (лампы), до того положения, в котором она видна
вся. Тогда глаз должен продвинуться очень далеко на затененной поверхности
к границе светлого/темного (граница тени), чтобы вид собственно светлой
поверхности изменился от полной видимости до полнейшего исчезновения. В
нашем понимании поверхность светла всегда, если на нее смотришь из
светлого. Если мы видим половину лампы, то там светло наполовину; полностью
светло в том случае, если мы видим всю лампу целиком. Сделав
последовательные зарисовки, как это рекомендуется в опыте (Оп.1), мы тем самым обучаем
разум (Intelligenz), который черпает из восприятия внутренний смысл,
противоположностью этому является интеллектуальное обучение (Intellekt), которое
избегает внутреннего смысла, используя абстрактные геометрические
зарисовки лучей.
Физик при любом явлении начнет сразу же конструировать в своем
представлении лучи. Он посчитает глупостью описанные здесь наблюдения, которые,
по его мнению, можно объяснить обычной "лучевой" теорией, а преподавание
подчас просто детским. Можно возразить ему: только имея дело с
фактическими явлениями, двигаясь в игре светлого и переживая ее, можно определить
свое отношение к подобным вещам. Тогда эти вещи займут свое место в нашем
жизненном мире, и мы сможем соответствующе их оценить и использовать.
4. Текучая теневая картина
Создадим с помощью точечной лампы и свободно висящей на штанге
простыни четкую богатую теневую картину от крупной ветки с листьями (по
возможности еще и с цветками). Насладимся этой картиной. Затем начнем
топорщить простыню сзади, все сильнее создавая выпуклости во многих
местах; потом начнем комкать простыню, взявшись за ее край: мы увидим чудные
110
формы движения ветви. Как будто ветер колышет ее все сильнее и сильнее.
Можно также повесить простыню волнами, сдвигая лампу, заставить тени
образовывать волны.
5. Тень как картина целого
Мы можем заметить, что тени, находящиеся вблизи затеняющего тела,
гораздо резче, чем тени, удаленные от затеняющего предмета. Это очень хорошо
видно, например, на Солнце, которое формирует тени от дерева, кустарника,
или соломинки, или забора: тень от черенка и нижней части ствола будет
резкой; чем выше, тем она становится более расплывчатой, и, чем выше, тем
отчетливей наблюдается тенденция к формированию из листьев вершины
крупных темных и светлых поверхностей.
С помощью этого феномена мы сможем понять кое-что о сущности теней
вообще. В физике тень получают обычно на пустом полотнище, т.е. но
возможности на строго вертикально стоящей плоскости и во всех отношениях
чистой поверхности — на чем-то пустом. Но в жизни такого не бывает
никогда: тени всегда падают на что-то другое. Достаточно бросить один только
взгляд на поверхность, чтобы понять, насколько она дифференцирована.
Итак, мы видим, что благодаря тени на одном предмете появляется картина
другого предмета. И поскольку поверхность, на которой видна тень, в
большинстве случаев наклонна и неравномерно прогнута, картина
отбрасывающего тень предмета "искажена", т.е. переплетена с образом
предмета, на который падает эта тень, преобразуясь в новое выражение
картины, которое может кое-что сказать об обоих этих предметах (On.lld).
Тем самым мы снова встречаемся со связующей деятельностью света: коль
скоро Солнце стоит над ландшафтом, все видимые вещи, особенно если они
находятся близко друг от друга, переплетены между собой теневыми
формами. Кроме того, это накладывает свой отпечаток на весь ландшафт,
ориентированный на Солнце. Существует множество возможных форм тени,
отбрасываемой деревом. А зависит это от того, с какой стороны светит Солнце;
так что тени всегда приобретают ту форму, которую Солнце в данный момент
"видело" бы как силуэт. Ландшафт становится выражением "взгляда"
Солнца. То, что Солнце "видит" светлым, на Земле проявляется темным.
Тень в своей резкости по краям также становится картиной расстояний между
предметами. Тени тонких предметов, а также высоко летящих мелких птиц
вообще полностью растворяются, т.е. становятся невидимыми. На больших
расстояниях друг с другом связаны лишь огромные, массивные объекты;
мелкие предметы растворяются в тончайших затемнениях. Таким образом,
совершенно конкретно выражается связующая деятельность Солнца в
ландшафте, где предметы освобождены от своей изолированности. Я сам
освобожден от своей изолированности. Какое впечатление оказывает на меня
ландшафт, зависит от того, вижу ли я его при прямом свете (Mitlicht), при
боковом свете (Querlicht) или против света (Gegenlicht). Так и мое положе-
ш
ние по отношению к свету отражено во всеобщем феномене, в том, в каком
отношении он находится ко мне как наблюдателю.
V. ЧТО ТАКОЕ СВЕТ?
Познакомившись со всеми этими явлениями мы поймем, что свет становится
силой, которая позволяет нам в нашем сознании установить связи внутри
нашего мира и которая готова связывать многообразнейшим образом все со всем:
ведь сопутствующе светлые поверхности всех тел мира изменяются со "светлотой"
их купола, и каждая поверхность — это часть купола бесчисленного кол1гчест-
ва других поверхностей, которые в свою очередь являются частью их купола.
Например, это связывание всего воедино рисует Новалис, восхваляя свет в
своем "Гимне ночи". Но и он в своих квазифизических представлениях о свете
не совсем свободен. В первой строфе он говорит о пространстве (идея которого
возникает только в связи со светлым) с "лучами и волнами", связывает световые
теории своего времени: с лучами — корпускулярную теорию Ньютона, а с
волнами — волновую теорию Гюйгенса.
Итак, все поверхности связаны со всеми и, естественно, в наибольшей степени
с собственно светлыми поверхностями, которые находятся в их куполе.
Собственно светлые поверхности обладают своего рода иерархическим превосходством,
поскольку с одним-единствехшым собственно светлым телом связано очень большое
количество других поверхностей. Но мы не будем создавать цепь причинных
связей от собственно светлого тела к сопутствующе светлой поверхности —
посредством невидимого, мчащегося туда света. Просто причинность такова:
если я ставлю собственно светлое тело таким образом, что другая поверхность
повернута к нему, то эта поверхность — светлая. Невозможно поставить
собственно светлое тело так, чтобы обращенные к нему поверхности не были светлыми
(мы не рассматриваем скорости света ). Причиной возникновения сопутствующе
светлого является привнесение и установление собственно светлого, а не
излучение им света. Лучше сказать "условие", вместо "причина". Тогда понятие
"излучение света" становится ненужной гипотезой.
Это именно тот характерный признак светлого, при котором образуется связь,
охватывающая все, что вообще видимо, — без сообщения промежуточных
причин. Идею таких связей мы можем назвать светом. Если тела лежат друг па
друге, плотно прижаты друг к другу, световой связи не будет. Возьмем, к
примеру, кусок картона, держа его параллельно столу, а затем начнем
опускать его на стол. Тень будет становиться все чернее и резче. В момент, когда
мы хлопнем им по столу, тень будет иметь точную форму силуэта картона и
окрашена в глубоко-черный цвет. Она уже не является картиной формы и
величины лампы, не обладает "светлотой" окружающего поля, не занимает в
пространстве затеняющего и затеняемого положения относительно
направления к лампе. Такая тень выпадает из переплетающихся связей. Она является
лишь подобием материальной вещи: она выпадает из света. Таким образом, мы
можем сказать, что между картоном и столом свет больше не проникает. Тогда
112
отсутствие света означает: отсутствие отношения, отсутствие связи образов с
чем-то далеким в световом пространстве (связующем пространстве). Тем самым
мы имеем общепринятую в физике тень, но она тотчас же исчезает.
Поскольку свет является своего рода сущностью связей, он имеет
определенное родство с сознательной мыслительной деятельностью. Поэтому становится
понятным то описанное ранее действие возникновения света на деятельность
нашего сознания. Тогда свет не будет выступать как квазифизическое нечто.
Свет — это идея взаимосвязи светлых явлений, возникающая только
благодаря человеческим наблюдениям и мышлению.
Описывая древнее состояние развития Земли, ШТЕЙНЕР (1911) говорит,
что пространство возникло одновременно со становлением света.
Высказывания Штейнера в таких категориях лучше всего понимать как некий порядок
глубочайших слоев нашего переживания, который может указывать нам на
пра-основы сегодняшних мировых соотношений.
113
Описание опытов к разделу
«Оптика в 6-м классе»
Опыт 1. Опыт с рассветом
Лампу от велосипедной фары (6В, 3Вт) подключаем к источнику питания и медленно
увеличиваем напряжение. На лампочку надет картонный цилиндр, чтобы сама лампа была
не видна. Мы видим только, как возникает светлое сияние на потолке и передней стенке. Сверху
и снизу цилиндра кладем белую ткань (2 носовых платка). Между цилиндром и
наблюдателем устанавливается еще один картонный экран (Рис. 5 "р".) Этот опыт можно провести с
лампочкой от холодильника или швейной машинки и трансформатором. Чаще всего
напряжение снизить до конца не удается, и лампочки окончательно не гаснут. После того как лампочка
зажжена полностью (утреннее переживание), включаем 1000-ватпгую галогенную лампу (дневное
переживание). Дети должны перед опытом снять часы с подсветкой.
Доска
Ж
Рис. 5. Опыт с рассветом, сконструированный
на основе маленькой лампочки: р — картонный
экран
Опыт 2. Цветовые послеобразы
Приведем одну из многих возможных вариаций. Приложим к светлой стене любого
цвета, в том числе белого, цветную бумагу (картонку, ткань, платок) в форме круга
(треугольника, звезды) диаметром примерно 30 см. Дадим детям посмотреть на этот объект
спокойно, без напряжения, но неподвижно и через 20—40 секунд уберем его. Взгляд все
еще устремлен на это место, но уже пустое: мы видим дополнительный цвет (Гете),
совпадающий по форме и величине с предыдущей цветной поверхностью. Впечатление будет
ярче, если стена, на которую мы смотрели, будет все время освещена каким-либо сильным
светильником или диапроектором без диапозитива. Ни в коем случае нельзя получать цветную
поверхность, используя цветной фильтр и проектор.
Опыт 3. Горизонт и купол
Столик на колесиках покрываем хорошо выглаженной, без складок белой скатертью.
114
На высоте на конце двухметровой планки вмонтирован патрон с лампой в 100 ватт. Лампу
держим над серединой стола, планку ставим на стол: скатерть — ослепительно белая. Затем
планку начнем наклонять. Лампа, как и прежде, удалена от середины стола на то же расстояние.
И тем не менее становится темнее — стол уже не направлен на лампу так, как прежде.
Любое движение лампы в ту или иную сторону изменяет "светлоту". Но если мы повернем
планку так, что лампа окажется ниже поверхности стола, внезапно становится темнее, и
дальнейшие движения уже не оказывают никакого влияния. Лампа подобно Солнцу
"закатилась" за "горизонт". Отметим высоту лампы на стене (липкой лентой) и проделаем
тот же опыт с противоположной стенкой. Если соединить между собой все такого рода
отметки, получится горизонт данной поверхности; естественно, он является
продолжением ее плоскости.
Опыт 4. Видящий шар
Возьмем двухлитровую колбу с длинным горлышком и выкрасим ее в светлый цвет.
При необходимости можно обработать ее тонкой наждачной бумагой. Этот шар является
своего рода зеркалом "светлоты" во всем окружении — его можно носить вокруг как зонд.
Опыт 5. Палатка
Вместо обычной палатки можно сделать грот и обклеить его изнутри черным
картоном.
Опыт. 6. "Собственно светлое"
Электрическая лампочка в форме свечи (длинная и тонкая) ввинчена в патрон,
вертикально вмонтированный в планку. Шейка колбы из Опыта 4 насаживается на
электрическую лампочку и патрон, полностью закрывает его так, чтобы лампочка оказалась внутри
шара колбы. Материей или бумагой задрапируем подводящий провод так, чтобы его не
было видно. Затем на невидимом детям трансформаторе начинаем медленно вращать рукоятку
так, что сначала мы видим желтоватый шар и лишь потом замечаем, что он начинает светиться.
Сначала, несмотря на внутреннее "осветление", кажется, что шар темнеет.
Опыт 7. "Собственно темное"
Картонная коробка не должна быть слишком маленькой — примерно с тумбочку. В
ней проделывается отверстие размером с ноготь большого пальца с гладкими краями. Мы
освещаем коробку снаружи карманным фонариком, так что в отверстии не видно ничего
светлого. И чем сильнее мы освещаем поверхность, тем чернее становится отверстие.
115
On.8. "Собственно светлое" пламя свечи
Па столе рядом с видимой свечой № 1 стоят справа и слева от нас по две свечи,
закрытые от учеников. Если мы последние задуем, то фон (доска или еще что-то) позади
свечи № 1 станет темнее, а сама свеча — светлее. Если бы свеча № 1 была сопутствующе
светлой, то после того как другие свечи погасили, она стала бы темнее.
Оп.9. Тени
Описание полностью приведено в основном тексте.
Оп.10. Чернота теней
К маленьким деревянным планкам привинчены на уголках или фланцах два патрона.
Подводящие провода (двужильные), вместе с прикрепленными штекерами,
непосредственно подключены к источнику питания или трансформатору. Одна из дощечек прочно
прикрепляется шнуром или проволокой ко дну достаточно большой картонной коробки.
В коробке с узкой стороны проделываем круглое окошко и заклеиваем его копиркой или
вощеной бумагой. Диаметр окошка равен диаметру шара из молочного стекла, надетого
на вторую лампочку. Если лампочки находятся рядом, мы включаем их попеременно и
проверяем, которая из них делает стену класса светлее. Затем, ввинтив вместо нее более
слабую лампочку, уменьшаем ее воздействие на "светлоту" до уровня второй лампы с
помощью трансформатора. Это — подготовка. Для проведения опыта мы получаем с
помощью коробки, стула или чего-либо другого на стене комнаты большую тень. При лампе,
горящей в картонке, она темнее, хотя окружающее поле (как уже проверено) такое же
или даже светлее.
Оп.11. Резкость теней
а) Японский шар (Japanballon). Вместо стеклянной колбы наденем на патрон с
лампочкой (как и в предыдущем опыте) японский шар (Japanballon). Тогда все тени в
комнате станут мягкими, создадут атмосферу уюта. (Имеется в виду матовый шар с
равномерно светящейся поверхностью. — Прим. ред.)
Пусть лампа стоит сбоку, около переднего ряда учеников. На экспериментальный столик
поставим вертикально большую поверхность (полку от шкафа, кусок картона). Тогда сзади,
наискось, на стене возникнет тень. Уберем доску. Затем ученик идет на то место, где на
стене находится полутень, закрывает один глаз и другим смотрит на затеняющее тело. Он
медленно сдвигает свой глаз от незатененной области, через полутень к полной тени. При
этом он говорит, что видит лампу на 3/4,! /2»! /н или Уже не видит совсем. Данное сообщение
находится в строгой связи с местом или с резкостью тени, причем глаз его смотрит прямо.
Ученики могут подтвердить результат в ряде двойных картин следующего вида:
116
6) Лампочка.
Опыт, подобный 11а, можно провести с ненакрытой электрической лампочкой без японского
шара, тогда переход тени в светлое будет резче.
Взгляд ученика на стену: половина шара
Переход, внизу полная тень. Вид из класса. Глаз ученика в полутени
Рис. 7. Два взгляда с противоположных мест на возникновение теневых
переходов
в) Точечная лампа.
Галогеновая лампа 150—250 ватт смонтирована на штативе для бунзовой горелки с муфтой
и фарфоровым зажимом и подключена к трансформатору. Обратите внимание на
напряжение, описанное в предыдущих опытах. Нить накала должна быть повернута к
наблюдателю узкой стороной, тогда тени станут резче. Вообще, на эту неуютную лампу можно
и не смотреть. Комната наполнится призрачно точными тенями — яркая
противоположность японскому шару. Здесь нет нужды проводить выборочный опыт с двумя учениками,
как в (а) и (б), каждый ученик может сам провести его с помощью протянутой руки: лампа
через несколько миллиметров поперечного движения становится полностью невидимой/
видимой.
г) Текучая теневая картина.
Создадим с помощью точечной лампы и простыни, прикрепленной к штанге и
свисающей вниз, насыщенную теневую картину из крупной ветви с листьями, по возможности
еще и с цветками. Эта картина должна вызвать восхищение. Затем начнем топорщить простыню
изнутри, создавая выпуклости во многих местах и, наконец, комкать простыню, взявшись
за ее край. Мы увидим чудные формы движения ветви, как будто ветер колышет ее все
сильнее и сильнее. Можно также повесить простыню волнами или, сдвигая лампу, образовать
волны.
117
УЧЕНИЕ О ТЕПЛОТЕ В 6-м КЛАССЕ
За акустикой и оптикой следует термика — учение о теплоте. К сожалению,
обычная физика сегодня сводит все впечатления, связанные с теплом и холодом,
к измерению температуры и ее причинам, концентрации количеств теплоты в телах
и, затем, к ансамблям частиц. Во Введении изложено, какое педагогическое
значение имеет подобное ограничение областью количественного и к каким
последствиям для развития мышления приводят модельные представления. Подобных
вещей следовало бы полностью избегать. Напротив, важно увидеть, как
тепловые взаимосвязи действуют в самых различных, в том числе находящихся
далеко друг от друга, явлениях мира, и прежде всего в том, что доступно
переживанию. Во всех природных процессах можно найти связи с тем, что переживается
как тепловое воздействие. Наиболее достоверные восприятия получают тогда,
когда можно самому полностью погрузиться в тепловые ощущения
(атмосферное тепло, тепло воды, тепло огня). Однако не следует думать, что телесные
изменения, связанные с состоянием тепла, сами по себе уже способны дать нам верные
идеи, что переживание само по себе может привести к понятию. Наоборот, понятие
создается только в процессе сближения находящихся далеко друг от друга и
пережитых подобным образом явлений мира. Итак, мы должны культивировать
переживание, однако этим мы еще не достигнем цели.
Уже использование только лишь пальца в качестве температурного зонда
приводит нас в область обыкновенного измерения с помощью термометра — в котором
нечто чисто механико-форономическое (расширение в размерах) вытеснило все
остальное. Естественно, мы будем использовать и термометр, однако лучше это
делать в 7-м классе, а в б-м классе сначала необходимо почувствовать тепло и холод,
и по возможности большими поверхностями нашего тела, или по крайней мере ощутить
их в представ л ении.
1. От расплавленного металла ко льду
Эта тема могла бы представлять собой первую встречу с теплотой. Мы
начинаем с очень горячего и медленно переходим к холодному как лед. При этом
может быть построена качественная шкала, представляющая собой, например,
следующую последовательность:
— горячее, как кипящее масло;
— горячее, как кипящая вода;
— горячее, значительно выше температуры нашего тела;
— теплое, приближающееся к температуре нашего тела;
— холодное, значительно ниже температуры нашего тела;
— очень холодное, ледяное, около точки замерзания.
Небольшое предварительное рассмотрение следует за вопросом: как
происходит нагревание тела, как образуется тепло? Можно выделить три основные
области. Оно возникает:
118
1) иа непрозрачных поверхностях, если они ярко освещаются (земная
поверхность под Солнцем);
2) в пламени и в раскаленном состоянии, если что-либо поглощается
(сгорает); через дымовые газы оно передается телам;
3) через порывы, проявляемые живыми существами, которые возбуждаются,
инстинктивно или намеренно, или просто обладают способностью к
ощущениям (человек и животное).
Проявление силы нагревания и жизненной активности можно
продемонстрировать на примере добывания огня трением с помощью аппарата (Т 1).
Расплавленное, кипящее и накаливающееся характеризуют область "темного"
тепла, у которого еще отсутствует свечение, наблюдаемое при накаливании. Тела
еще сохраняют их естественный цвет. Так, мы показываем расплавленное олово, которое
течет вниз, ярко блистая (Т 2). Бурление и брызги, которые возникают, когда вода
попадает на расплавленное олово или когда это олово попадает в воду,
свидетельствуют о том, что расплав олова горячее, чем максимальная температура, которую
еще может "выдержать" вода, т.е. выше 100°С. Что же, собственно говоря,
представляет собой кипящая вода? Ее внутреннее состояние мы показываем с помощью
шумов при разливании (Т 3) и форм струй (Т 4). Из обычной физики известен опыт
по определению вязкости, при которой вода разной температуры протекает через
стеклянный змеевик; при этом засекается время протекания отмеренной массы воды.
В результате мы получаем объективные данные измерений, однако сам факт
переживается схематично. В противоположность этому мы попытаемся раскрыть, так
сказать, "внутреннее" жидкости, разливая ее на поверхности, так что чувству
движения наблюдателя откроется образ текущих волн. Характерно также различие мыльных
пузырей из холодного и горячего растворов — горячие мыльные пузыри
небольшого размера и недолговечны. Вливание газированной воды или введение чернил, по
капле, в горячую и холодную воду дают в результате разную картину, этот опыт
можно объединить с длительным опытом по нагреванию (Т 5).
Только холодная вода демонстрирует характерные волны и типичный плеск
при разливании. Собственно говоря, только холодная вода является водой в
настоящем смысле слова. Можно вспомнить, что на Земле регионы холодной
воды у полярного круга особенно наполнены жизнью (или были наполнены до
вмешательства человека). Многие виды живых существ, от тюленей до летучих
улиток, встречаются (встречались) в виде огромных популяций. Жизнь не
умирает в холодной воде, более того, некоторые виды рыб и китов размножаются
там в неисчислимых количествах. Напротив, теплая вода тропиков скрывает в
себе самые причудливые формы, богатство видов, но очень редко там
встречается какой-либо вид животных в столь больших количествах.
Лед и снег выводят нас из сферы жизнетворной воды, пусть даже и
холодной, в безжизненную, кристаллообразную область. Их воздействие в
противоположность живым существам проявляется, например, в местном
обезболивании (Т 6) и в застывании, затвердевании (Т 7).
Такое застывание у натуральных жиров происходит иначе; здесь речь идет о
температуре затвердевания. Подсолнечное масло застывает, т.е. становится
сиропообразным и даже при опрокидывании в течение 10 сек. не проявляет признаков
119
движения, при температуре —12°С. Напротив, рапсовое масло при поддержании
постоянной температуры в течение длительного времени застывает уже при 0°С,
неочищенное кокосовое масло — почти при +20°С, а говяжий жир — уже при
температуре +32 — 36°С. Застывание не означает затвердевания целым куском;
образуется склеенная, хлопьевидная мутная масса, крупа, наполненная маслом.
Эта крупа может разделяться и перемешиваться как тяжелая суспензия (Т 8).
Иначе обстоит дело с водой: она затвердевает целой массой и превращается в
лед без пор (если вода пресная). Она не застывает, а замерзает и становится твердой
как камень. Мгновенное прочное застывание показывает, что вещество простое
и имеет несложный состав, в нем нет жизни, Онемение, окоченение, застывание
и затвердевание можно проследить во многих областях природы.
Удивительное явление представляет собой кратковременное таяние льда под
давлением, например под полозьями коньков конькобежца. Как известно,
нечто подобное можно показать на глыбе льда, сквозь которую протягивают
проволоку (Т 9). Сильное давление проволоки вниз вызывает таяние, что
совершенно очевидно, без нагревания, так как вода замерзает поверх проволоки
и снова соединяет половины глыбы там, куда она проникает путем вытеснения.
Склонность к застыванию воды, тающей под давлением проволоки, можно
проследить лишь путем внешнего нагревания.
2. Каление
К области тепла с его бурлящими и клокочущими процессами,
приблизительно в интервале температур жидкого состояния воды, примыкает, с одной
стороны, царство холода, где все застывает в виде отдельных тел, с другой —
царство всеобщего, проявляющегося в цветах каления, плавлении, паре. Здесь
все материалы выглядят в конечном итоге одинаково и даже переходят друг в
друга.
Серое каление. Если нагреть камень или кусок металла до температуры,
например, выше точки плавления олова (232°С), можно достигнуть точки плавления
свинца (327°С) — насыпанные сверху свинцовые стружки сплавятся. Если
нагревать дальше, то поверхность куска начинает постепенно светлеть, что становится
заметным в очень темном помещении; беловато-серое тело выделяется на
окружающем его фоне, возникает впечатление "собственно светлого" (свечения). Это первое
восприятие "светлоты", которое появляется всегда при фиксированном
направлении глаз, обнаруживается при температуре 520 — 540°С. При температуре около
550°С в сплошной темноте возникает первое покраснение, которое, однако, при
мягком свете помещения смотрится как коричневый цвет.
Светлое каление, видимое также и при полном дневном свете,
воспринимается сначала как темный красно-коричневый оттенок при температуре около
650°С. При 800°С появляется светло-красный, при 1000°С — светящийся
желто-оранжевый, при 1100°С — светло-желтый, а при 1200°С — ослепительный
желто-белый цвет. Для учеников здесь в первую очередь интересно само
восприятие; постепенный переход цветов, например, от цвета серого железа к цветам
белого серебра или золота при раскаливании (Т 10).
120
3. Образы теплоты
Чтобы показать родство теплоты с различными явлениями мира, молено
показать в заключение еще один опыт с теплыми и холодными цветами и
звуками, а возможно, и начать с них изучение теплоты (Т 11).
По указанным вначале причинам при изучении теплоты на первом этапе мы
отказываемся от определений, измерений и расчетов. Вместо "копания" в ватт-
секундах и материи с ее "частицами" мы попробуем расширить рассмотрение в
целом, чтобы проследить связи, которые проявляются при нагревании и
охлаждении. Откуда на Земле появляется холод? На глубине 20 см от земной поверхности
дневное колебание температуры составляет 3°С с опозданием на 8 часов, на
глубине 30 см — ГС с опозданием на 12 часов, а годовое колебание температуры на
глубине 30 см достигает около 16*С с опозданием на две недели, на глубине 1м —
13*С с опозданием на шесть недель — по сравнению с максимальной температурой
воздуха, при этом берется средний тип почвы. На глубине 3 м годовые колебания
составляют менее ГС и запаздывают до 5 месяцев. Начиная с этой глубины и до
30 м преобладает с точностью до ГС примерно среднегодовая температура; в
Центральной Европе, в зависимости от местного климата, — от 8 до 10вС. Дальше по
мере продвижения в глубину температура медленно повышается, а именно в кра-
тонах первичной породы (континентальных щитах из гранита) — на ГС каждые
100 м. В Канаде на каждый градус приходится даже до 125 м (очень крупный
древний гранитный щит), в осадочных отложениях — только 30 м; в областях,
некогда отмеченных вулканической активностью, местами на 1 градус приходится
только 11м, как, например, на Швабском Альбе. (Данные температурные
значения не являются цифровым материалом, они служат для того, чтобы у преподавателя
сложилось определенное представление.) В шахтах на глубине 1000 м
естественная температура может достигать 40'С. Теперь вернемся к нашему вопросу о
происхождении холода. Снизу он прийти не может. Напротив, он приходит из
мест Земли, открытых во Вселенную, например из ночной обращенности Земли к
ясному небу. Эта обращенность к темной Вселенной с мерцающими холодным
светом созвездиями представляет собой настоящий феномен; тепловое излучение —
в данном случае излишнее, дополнительное представление. Вся область феномена
"излучение" будет подробнее исследована в 8-м классе.
Откуда приходит тепло? Любое переменчивое потепление на земной
поверхности возникает при обращении к Солнцу и подчинено ритму этих обращений.
Открытая, т.е. свободно обращенная к Солнцу, земная поверхность всегда
нагревается. Мрачный, необозримый звездный купол с вечно неподвижной картиной
созвездий — вот выгравированный образ холода. Он увлекает наше
представление в эту своеобразную, наполненную пустоту. Наоборот, Солнце, которое на
Земле все движет и которое приводит в движение день и год, дает человеку
почувствовать себя полностью на Земле. Солнце в его непрестанных
превращениях становится образом тепла. Приходит на память стихотворение Моргенштериа:
"О, взгляни на землю..." Холод и тепло соответствуют представлению и воле,
если их понимать в смысле учения о человеке ШТЕЙНЕРА (1919 d).
В мире животных существует градация организмов по теплу вплоть до выраба-
121
тывающих собственное тепло. Амфибии и рептилии среда позвоночных
нуждаются во внешнем тепле. Уже птицы и затем млекопитающие обладают собственным
теплом. А тепло человека — иное. Оно возникает не вследствие сосуществовашш
с природой и связанных с телом порывов, как это происходит у высших животных
организмов, а исходит из духа: человек действует в соответствии с целями,
которые он черпает из духа. И тогда он согревает себя для совершения определенного
дела. При помощи воли тепловая волна охватывает все тело.
В деятельности космоса тепло Солнца каждый раз заново появляется из
холода (звездной ночи). С появлением этого тепла начинает биться пульс природы.
В человеческой деятельности намерение развивается из "холода" представлений,
и, благодаря любви к действию, в воле на свет появляется новое тепло. В этом
тепле соприкасаются два процесса: мир и человек. Внешнее тепло Солнца
представляется как распространяющаяся воля одного существа, а возникшее в
человеческом организме тепло — как индивидуализированная сила космоса.
Размышление над тепловыми взаимосвязями приводит к мыслям об общей
физической картине мира, которая включает в себя человека. Попытку подобного
рассмотрения предпринял ШТЕЙНЕР (1920 а) в курсе лекций о теплоте, в
противоположность курсу о свете (1919), в котором свет описывается методом ему
сообразным (оба курса лекций трудны для понимания).
4. Тепловая изоляция
Мы еще не изучили тепло с точки зрения техники; об этом начнется разговор в
7-м классе и продолжится в 8-м и 9-м классах, в которых будут рассматриваться
тепловые двигатели. Мы рассматривали тепло в меньшей степени с точки зрения
использования его человеком для своих нужд, а скорее с точки зрения
космического происхождения. Это приводит нас к человеческой воле. В то время как она чисто
физически включается во внешний мир, возникает, что характерно, новая
проблема, а именно проблема теплой одежды. Не всегда воля человека действует в мире
лишь на основе одних усилий — существует еще и стремление сохранить тепло с
помощью одежды или жилища, чтобы развернуть волю и в конечном итоге
заставить ее действовать в своей собственной душе. Можно вспомнить о работающих в
помещении, которым при этом необходимо тепло. Таким образом, тепло в образе
одежды приводит нас к теме: «Выведенная наружу воля — воля, задержанная внутри».
Каждый человек хотел бы представлять собой своего рода остров тепла, для
этого ему нужны тепловые изоляторы, которые позволяют сохранять
внутреннее тепло при непосредственном соприкосновении с внешним холодом. Именно
благодаря этому контрасту мы чувствуем себя по-настоящему свободными,
полнокровными существами, которые могут проявлять сильную волю в этом мире.
Вопрос, как человеческое тело внешне может поддерживать тепло, приводит
нас к практическим сторонам, связанным с волокнами тканей одежды, так что
приходится обращаться к науке о жизни в повседневном смысле. И понятие
"тепловой изолятор" (что-то сухое, легкое, воздушное, в отличие, например, от
воды) подготавливает понятие «электрический изолятор» (Т 12).
122
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 6-м классе"
Т 1. Тепло, возникающее вследствие мускульных усилий
мягкое дерево, например ель
Рис. 8. Тепло вследствие трения
Т 2» Плавление
На сковороде величиной в ладонь расплавляется пруток свинцового припоя или
простое олово в количестве половины кофейной чашки. Сковорода нагревается на
треножнике над газовой горелкой или же на примусе. После расплавления мы продолжаем нагревать
в течение полминуты и затем разбрызгиваем холодную воду на поверхности олова — она
парит и шипит: таким образом, температура кипения воды превышена. Затем мы
демонстрируем мгновенно застывшее олово, переворачивая сковороду. Разбрызгиваемая во второй
раз вода снова шипит — таким образом, точка застывания находится выше 100'С. Этот
вывод делается на следующий день.
123
Теперь мы снова нагреваем металл в течение 10—20 сек после расплавления и даем
стечь под образовавшейся сверху пленкой: сначала по деревянному желобу, по
которому он стекает, блистая, затем — в большой стеклянный бокал с водой, на дне которого
помещена большая фарфоровая тарелка с целью защиты от брызг. Если сначала
разогревать очень долго, то расплав становится слишком горячим и сильно разбрызгивается
в воде (во время опыта необходимо надевать защитные очки); если нагревать мало, то
олово застывает на дощечке. Деревянный желоб может находиться под углом 45* и иметь
длину 0,5 м.
Т За. Шум при литье
Заранее готовится кастрюля (ок. 2 л) с ручкой, наполненная холодной водопроводной
водой, и такая же кастрюля, наполненная бурно кипящей водой. Несколько раз наливаем
эту воду поочередно по 1 л в раковину, которая по возможности должна быть большой
и тяжелой, чтобы можно было слышать не звук, издаваемый раковиной, а только шум и
плеск холодной воды или "пыхтение" и "сопение" кипящей воды, которая течет, как по
бархату. Можно лить воду также и на бетонный пол или на большой каменный блок,
лежащий в пластмассовой ванне, выстланной внутри большим количеством полотенец.
Т ЗЬ. Формы струй
Фанерная плита размером 130x80x1 см, помещается в следующем положении:
Рис. 9. Фронты течения воды различной температуры
Плиту нужно два раза промазать льняной олифой и через два часа после каждого
промазывания тряпкой удалять излишек олифы. Теперь, фанера прогрунтована до глубоких
пор и долговечна. Для удобства демонстрации она подсвечивается снизу при помощи
осветителя. Сначала наливаем горячую воду, чтобы смочить плиту. Затем попеременно
выливаем ледяную воду (льдинки не выливать) и воду температурой около 60 —70*С,
которая еще не начала закипать. Если при повторном выливании плита принимает
соответствующую температуру, то появляются характерные волны и скорости стекания. При
выливании холодной воды бросается в глаза, например, обильная волнистость наблюдающаяся
при стекании. Лампа должна заставить сверкать фронты волн.
124
T 4. Капли и пузыри
a) Мгновенное сравнение. Проще всего поставить рядом стеклянный стакан с
холодной водопроводной водой и такой же стакан с только что вскипевшей водой; также и в
данном случае можно быстро измерить температуру. Чернильные капли опускаются по-
разному, пенящиеся пузыри небольшого количества минеральной воды в горячей воде бурлят
еще сильнее.
b) Более длительное нагревание. Можно тот же самый опыт дополнить и модифицировать.
Высокий стакан из огнеупорного стекла емкостью 600 мл охватывается сверху скобой,
укрепляется на штативе и наполняется смесью из газированной воды и кусочков льда до
такой высоты, чтобы под скобой можно было еще видеть поверхность жидкости. Теперь
подогреваем с помощью 19-миллиметровой газовой горелки, которая поставлена на
начальное голубое, но не сильно шумное пламя. Если горелку подставить слишком резко
или не перемещать ее вперед и назад, то стекло может лопнуть. Если нагревать слишком
слабо, то и без того не очень увлекательный опыт становится скучным. Когда лед расплавится,
можно убедшгься: не чувствуется никакой жары, несмотря на нагревание (охлаждение благодаря
льду). 11ужио подождать некоторое время, чтобы успокоилась вода, и с высоты около 2 см
накапать с помощью шприца чернил: мы увидим спокойное, равномерное падение капель
гирляндообразными дугами. Во время дальнейшего нагревания чернила обесцветятся благодаря
теплу и растворению. Необходимо постоянно наблюдать: при увеличении тепла, в чем можно
убедиться лишь на очень короткое время, поднимаются бурлящие пузыри (диоксид
углерода) по сильно волнистым траекториям. Чернила отделяются и падают теперь тоже быстрее.
Наконец, раздаются чмокающие звуки кипения, в это время в воде царит хаос, как
показывают вновь впрыснутые чернила.
Т 5. Обезболивание
Дед разбивается молотком между двумя полотенцами; необходимо обратить внимание
на звук. Руку можно поцарапать при трении об остроконечные осколки. Теперь каждый
ребенок получает по обломку величиной с грецкий орех и трет им какую-либо часть тела,
например внутреннюю сторону руки над запястьем, до тех пор, пока не возникнет
неприятное ощущение. Можно нажать на это место иглой или ножкой циркуля, и их
прикосновение не будет вызывать болевых ощущений. Вместо этого чувствуется тупое,
неприятное давление.
Т 6. Окоченение
Ученик опускает руки в стакан емкостью 1 л с кусочками льда и ледяной водой. Когда
появляется неприятное ощущение, он на короткое время высоко поднимает руки,
показывая появившиеся красные пятна, и затем пытается заплести косу, поиграть на скрипке
и т.п.: пальцы двигаются очень медленно и скованно, рывками — гибкость исчезает. Этот
опыт — только вспомогательный пример, так как по-настоящему пальцы коченеют тогда,
когда у человека замерзает все тело.
125
T 7. Температура застывания
Стакан (например, емкостью 250 мл, удлиненной формы), наполненный
растопленным говяжьим жиром, помещаем в стеклянный сосуд с холодной водой. Жир помешиваем
термометром до момента появления кашицеобразной консистенции, так называемого
застывания. Уже до достижения точки застывания, равной теоретически 34еС, жир
становится крупообразным и малоподвижным. Таким же образом пищевое растительное масло
с помощью охлаждающей смеси (опыт Т 10, 7-й класс) можно довести до застывания.
Т 8. Ледяная глыба
В морозильнике с помощью разрезанного пакета из-под молока или формы для пирога
приготавливаем небольшую ледяную глыбу. Она помещается между опорами (стульями)
на ребро. Над глыбой натягиваем вязальную проволоку с гирями. Больший вес и тонкая
проволока необходимы в том случае, если нужно, чтобы она перемещалась быстрее. Если
проволока может выдержать большие нагрузки (стальная проволока или струны для
фортепиано), то опыт протекает мгновенно. Сначала нужно выяснить, при какой нагрузке
проволока рвется. Затем берем максимально 3/+ этой нагрузки для самого опыта. В течение
нескольких часов проволока движется вниз: однако ледяная глыба остается целой. Лишь
в конце отрывается осколок льда, и гиря с проволокой падают вниз (необходимо
подложить мат). Чем больше вес относительно площади проволоки, которая оказывает давление,
тем быстрее проволока проходит сквозь лед. Если температура льда ниже, чем —2*С, то
проволока не проходит. В таком случае вынутые только что из морозильника ледяные глыбы
нужно завернуть в полотенце и оставить на несколько часов в комнате; их поверхность подтает,
и постепенно также и во время опыта температура внутри станет нулевой.
т ■■•
—-^ Рис. 10. Ледяная глыба с проходящей сквозь нее
] проволокой
)
W
I
Т 9. Каление
Раскаливанию подвергаются кусок железной пластины темно-ржавого цвета толщиной
5 мм указанной ниже формы и величины и кусок чистого золота весом 60 г. Кусок золота
не должен быть гладким и блестящим, как зеркало, но скорее он должен иметь неровную,
необработанную поверхность. Куски держим в полутемном помещении с помощью тигельных
клещей над внутренним голубым конусообразным острием газовой горелки. Золото не должно
раскаливаться до оранжевого цвета, иначе оно расплавится.
Никогда не виданное прежде чудо — появление золотого цвета из красного жара в
полутемном помещении; видны цвета, подобные оттенкам персикового цвета.
126
Рис. 11. Металлические пластины перед опытом каления
Т10. Теплые и холодные цвета
Ставим пять колб емкостью 200 или 300 мл с цветными растворами. Одна наполняется
насыщенными раствором хлорида трехвалентного железа (FeCi3) с каплей раствора
хлористоводородного роданида калия (тиоцианата (KSCN) калия); эту каплю нужно всегда
добавлять снова, так как роданид в растворе медленно разрушается сам по себе. Вторая
колба наполняется насыщенным раствором сульфата меди (CuS04 *5Н20); третья колба —
тем же самым раствором, но с добавлением хлорида калия (KCl) до тех пор, пока он не
приобретет бирюзовый цвет, но не слишком темный; четвертая колба наполняется
насыщенным хлористоводородным раствором хлорида калия и хлорида натрия (поваренной
соли), к которым добавляется такое количество хлорида меди (CuCl2'2H20), чтобы он
стал насыщенного зеленого цвета; пятая колба наполняется раствором хромата калия (К2СЮ4).
По очереди каждая колба ставится на столик для экспериментов, например на
большую резиновую пробку таким образом, чтобы она освещалась лампой из опыта ТЗ и цвет
мог быть показан на стене. Отдаленность и неподвижность голубого цвета, почти
ощущаемый холод бирюзового противопоставлены близости и теплу оранжево-красного цвета раствора
соли железа. Эти ясные цвета минеральных веществ подобны цветовым оттенкам прозрачных
драгоценных камней. (Во время смены стаканов необходимо закрывать глаза.) Для
демонстрации холодных и теплых звуков прикасаются к деревянным и металлическим пластинам
или пруткам,.одинаковым по форме.
Т 11. Тепловая изоляция
Здесь можно было бы показать опыт Т 1 из 7-го класса.
127
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В 6-м КЛАССЕ
В данной области также нужно прежде всего стремиться не к какой-либо
систематизации, а к достижению полного впечатления от характерных
особенностей этого своеобразного царства. Эта область открывает для восприятия
мира новую гамму чувств, которую необходимо образно переработать. Это
должно быть связано с немногими наглядными, но тем не менее общими
представлениями.
Так как эта область труднодоступна для неподготовленного с точки зрения
феноменологии преподавателя, т.е. он едва представляет, как ее характеризовать
и разрабатывать, следует наряду с указаниями по проведению уроков продумать
главным образом некоторые вопросы, связанные с электричеством. Это
необходимо сделать не для того, чтобы теоретически приукрасить этот предмет,
а чтобы яснее представить себе загадочные явления этой области, с тем чтобы
дать учащимся возможность пережить их во время урока.
История какого-либо предмета — это уже он сам. Как было открыто
электричество, как оно родилось? Во времена античности янтарь был широко
распространен. С Балтийского моря его привозили в Грецию, его даже
добывали на Сицилии и в дельте реки По. Греки называли его электроном, т.е.
"желто-светлым". Самое позднее со времени Фалеса, который сообщает об этом,
уже знали, что при трении янтаря о мех очень быстро возникает
притягивающее действие, так что к нему пристают ворсинки хлопка и шерсти, шелковые
нитки, кусочки папируса и волосы животных. В янтаре греки видели пролитые
слезы, вокруг которых сплетались мифы о трагически погибших,
оплакиваемых "янтарными слезами". Хотя уже древние римляне были близки к пониманию
природы янтаря (минерализованная смола), сила янтаря оставалась, однако,
на протяжении 2000 лет неисследованной, в то время как акустика, оптика и
прежде всего механика в античности и в средние века продвигались все дальше
в своем развитии.
В Англии только с конца XVI века стали проводиться дальнейшие
исследования по электричеству. Что же это было за время? Господство над северной
половиной страны перешло наконец от глав кланов шотландских горцев и
шотландского королевского дома к английской короне, которая правила из Лондона,
крупного города с морским портом. Мария Стюарт пала, Елизавета I (1533 —
1603) заложила основы сильной власти на Британских островах. Она
освобождается от влияния старых авторитетов: Римская католическая церковь
вытесняется из Британии решительным образом, утверждается власть
Англиканской церкви. Драмы Шекспира взывают к индивидуальным силам судьбы
человека. Папа посылает бессильное проклятие с той стороны пролива.
Елизавета I держится стойко, создает великую морскую державу и устанавливает мировое
господство Англии. Ее личный врач Вильям Гилберт (1544 — 1603) был
выдающимся естествоиспытателем своего времени. Свою деятельность он посвящает
магнетизму, который он основательно исследует для целей морского
ориентирования, основывающегося на механическом искусстве, а не на воде и небе. Гилберт
128
разграничивает магнитные и электрические силы; кроме того, он основательно
излагает эти явления. Его гипотеза о флюиде представляет собой первую
всеобъемлющую теорию электричества. Слово "электричество" происходит от выражения
Гилберта: "vis electrica" (сила янтаря). После этого учение об электричестве
развивали Франклин, использовавший и продвинувший дальше идеи Гилберта,
и Гальваии. Вольта развил и использовал идеи Гальвани, затем электричеством
занимался Фарадей, идеи которого были использованы и развиты Сименсом. В
три этапа: Гилберт — Франклин, Гальвани — Вольта и Фарадей — Сименс, —
развивается наш учебный материал б, 7 и 8-го классов. Начинаем с Гилберта,
жившего в Лондоне, который первый с любовью исследовал это сделанное
человеком открытие, пробившее брешь в ковре природных взаимосвязей. Можно
было бы использовать в качестве материала для рассказывания описание
атмосферы этого времени, в котором увлеченно исследовалось столь странное явление;
при этом можно рассказать биографию королевы Елизаветы I, и прежде всего
все, что связано с предприимчивым Фрэнсисом Дрейком.
Если попытаться с точки зрения духовной науки понять исторический
момент, с которого электричество становится спутником человечества, то можно
прийти к одному интересному факту. Англия королевы Елизаветы I впервые в
истории становится государством, которое хочет охватить весь земной шар и
которое делает реальные шаги в этом направлении. По приказу Елизаветы I
лучший моряк королевства Фрэнсис Дрейк в 1578—1580 годах совершает
новое кругосветное путешествие. Елизавета хочет не только эксплуатировать
какие-нибудь отдельные, богатые золотом страны, как, например, Испания, но
и изучить мир, она хочет опутать весь земной шар сетью транспортных
сообщений и торговли. Появляются знаменитые морские карты Британского
адмиралтейства, лучшие для своего времени. Впервые в истории возникает
осознание Земли как некой целостности, включающей в себя как пустынные
морские побережья, так и страны, богатые пряностями, степи и пустыни вместе
с ледяными пространствами обоих полюсов. Стремление к познанию целого
распространяется на все. Ограниченные формы государственности и
общественных порядков, цеха, ограниченные жесткими рамками, а также промыслы и
промышленность — все становится подвижным. Мышление не остается в
старых границах, все более дает о себе знать новая свобода и движение духа, в том
числе и в науках.
Просыпаются силы, которые характеризуются как душа самосозиающая
(Р. Штейиер). Их не пугают ни пустынность антарктических морей, ни
таинственность запутанных электрических явлений. Так возникает электричество как
проводник, ведущий к новым, более могущественным «подприродным силам»:
дитя души самосознающей. Под душой самосознающей мы подразумеваем вид
стремления и образ ощущений человеческой души, которая в непреклонном
желании охватить все не отступает перед пропастями; которая хочет создать
собственными силами величайшие творения. Началось это с морских карт
Адмиралтейства, продолжается созданием научной картины мира.
Темой следующего рассказа может быть биография Бенджамина
Франклина — одного из представителей души самосознающей.
129
Возникновение и исчезновение — одна из великих загадок внешнего мира.
Как чисто внешне возникает состояние притяжения? Чтобы представить, как
происходило знакомство человечества с этим явлением на протяжении первых
2000 лет, начнем опыты с янтарем и кусочком меха — двумя простыми
естественными предметами (El).
На примере притяжения кусочка бумаги видно, что особенно подходит для
создания электрического состояния: нечто легкое, сухое, чаще всего горючее,
т.е. вещи, которые высушены или мертвы (Е 2). Это одновременно и
материалы, которые удерживают тепло и холод — так называемые тепловые изоляторы.
Эти мертвые вещи нужно плотно прижать друг к другу и затем отделить. После
того как мы их потерли и прижали друг к другу, они стремятся приклеиться
друг к другу: разделение, вопреки их сопротивлению, которое хорошо заметно
через пластиковые папки (для бумаги), создает напряженное состояние. При
этом возникает, теоретически всегда одинаково, сильный противоположный
полюс (на доске стола, в натирающем предмете), однако чаще всего уже при
своем появлении он переходит через соединенные тела в землю, т.е. ускользает
от нас. Объединение через притяжение — это только ответ на предыдущую
процедуру разделения: оба — непонятным образом взаимообусловленные
механические жесты. Но притягиваются не только натирающий предмет или клочки
от него и т.п., но и все остальное, даже легкие металлические тела, если они
подвешены на нитке.
Теперь стоит подробнее исследовать, усилить явление с помощью
искусственных материалов (пластика). В первый раз возникает отталкивание (Е 3).
Очевидно, это происходит так: если кусочки сами приняли состояние пленки,
то они отталкиваются. Напротив, притягивается то, что не имеет этого
состояния. Вата подлетает по широкой дуге и "отпрыгивает". Если предметы не падают
вниз, а отклоняются в сторону, то это означает, что произошло нечто
значительное. Все земные тела, несмотря на их всевозможные обособления, образуют
большое единство. Это образно показывает движение падения, при котором все
предметы стремятся к единому целому — Земле. Любая вещь, которая
поднимается над земной поверхностью, своим весом, которым она производит давление
на другие вещи, показывает, что она относится к лежащей внизу массе. Это
охватывающее все предметы единство, которое проявляется в силе веса и
движении падения, разрушается наэлектризованной пленкой; вата "падает" в
сторону, на пленку. Место создаваемого Землею великого объединения занимает
эгоистичный разрыв, который выпадает из общей картины мира.
Искусственные материалы сами по себе имеют склонность к такому состоянию, которое
именно на них усиливается и от которого трудно освободиться. Как правило,
все посторонние тела содействуют его устранению, в незначительной степени
также и воздух, и затем все, что имеет связь с Землей. Путем заземления с
помощью человеческой руки хаос исчезает — в большинстве случаев.
Необходимое при этом прикосновение внешнего роговидного слоя кожи и последующий
отрыв порой вновь вызывают электричество. От него нельзя избавиться.
"Целебная сила" большой Земли может при окунании в воду ликвидировать и эти
упорные остатки электричества, они проходят через мокрые стенки тазика,
130
стол, пол (Е 4). Очевидно, что Земля поглощает все эти странные возбуждения
и нормализует ситуацию.
Итак, мы выяснили: создать электрическое состояние можно только в чем-
то сухом и только с помощью мертвых вещей, которые не наполнены всегда
пронизанной влагой жизнью. Электрическое состояние создается не с
помощью кожи или дерева, которые имеют поры и в которых происходит незаметный
влажный воздухообмен (дерево работает). Также и близкое пламя быстро
устраняет напряженное состояние. Исследованный здесь вид электричества, так
называемое электричество, получаемое трением, или электростатическое
электричество, находится вне сферы стихий воды и огня. Внезапно вкрадывается
образ: электричество в образе больного, который исцеляется водой и землей.
Мы пока оставим это сравнение, потому что оно выражает переживание, а не
сущность. Позднее появятся и другие сравнения.
Теперь должны появиться проводники и изоляторы как основные понятия
электричества. Сначала на определенных материалах совсем незаметно появляются
островки электрического состояния (Е 5). После трения состояние
закрепляется. Если коснуться подобного "гнезда электричества", в каком-нибудь
потрескивающем месте, то его можно устранить (чувствуется небольшое покалывание
в пальце), при этом другие гнезда не исчезают. Это состояние не является
одинаковым на всей палке (чаще всего из-за неравномерного трения, неодинаковой
поверхности...). Оно существует местами; эти места не взаимодействуют друг с
другом. Они отделены друг от друга, как острова. Палка распределяет это
состояние по островам, она изолирует; итальянское isola означает "остров".
Применяемые для воспроизведения статического электричества тепловые изоляторы
оказываются одновременно и электрическими изоляторами.
Выскакивающие искры показывают, что изоляторам противопоставляются
материалы, которые это состояние целиком переносят на себя и по
возможности расширяют его (Е 6). Мы можем собрать в сосуды электрическое состояние,
словно невидимое материальное нечто: чем больше сосуд, тем больше в него
"помещается". Это видно на примере величины искры (Е 6). Дальнейшие
исследования показывают (если мы, например, переворачиваем банку), что дело
не во внутреннем объеме и не в существующих внутри подразделениях, а в
величине обращенной наружу поверхности. Как это ни странно, но совершенно
все равно, в каком месте к банке подводится электричество и где оно
устраняется путем прикосновения. Банка всегда "заряжается" как целое и разряжается
как целое. Очевидно, что с каждым касанием она соединяет разделенные
состояния и собирает их, они доходят даже до концов бумажных кусочков. По их
растопыриванию видно, что напряжение увеличивается порциями. И затем все
"имеющееся" на любом месте устраняется за один раз. При напряжении
20 000 вольт искры проскакивают на расстоянии примерно 1 см (20 кВ).
Поэтому нельзя приближаться к металлическому телу, имеющему напряжение 20 кВ,
ближе, чем на 1 см, иначе проскочит искра; все же наша банка (Е 6) из-за
краев и бумажных полосок не может достичь такого напряжения.
Заряжая банку, натертую палочку мы можем заменить электризующей
машиной (Е 7). Она была изобретена магдебургским бургомистром Отто фон
131
Герике и очаровывает даже и в наше время (Герике связывал ее с идеей о
силах, которые держат земной шар...).
Своего рода напряженность часто переходит на самого экспериментатора: мы
пугаемся и нервничаем, потому что заранее нельзя знать, выскочит ли искра и с
какой силой она выскочит (Е 7). Связь восприятий, но также пространство и
время некоторым образом разрываются. Все остальное в нашем мире
развивается — растения растут, облака тянутся по небу. Но здесь все происходит
неожиданно и внезапно. После несколько загадочной, почти ритуальной
подготовки напряжение молниеносно исчезает, как бы растворяется в небытии.
Что такое электричество? На этот вопрос нельзя получить ответ
посредством каких-либо комбинаций или же из книг. Лишь обращение мышления на
собственные переживания при восприятии ведет дальше. Характерным
является то, что в случае электричества не воспринимается ничего, с чем можно было
бы сжиться: внезапно появляются восприятия из различных областей чувств,
которые не имеют связи с остальной природой. Откуда возникает покалывание
в моем пальце, если ко мне приближалось нечто, но не более чем на 3 мм?
Вечное исчезновение. Явления, которые возникают, указывают, вероятно,
на какое-то состояние, но не на его существование, а всегда только на его
исчезновение; так и искра (типичное электричество) — она разряжается;
также и притягиваемые кусочки бумаги — немного снимают напряженное состояние,
отталкиваемые кусочки — снимают электричество и выносят его во внешнюю
среду для нейтрализации. Размещаемые полоски бумаги — уже немного
распределяют накопленное состояние; они как бы прикасаются к заземленному,
чтобы освободиться от напряжения. Притяжение, отталкивание, треск и
искры — все это уже пути снятия, исчезновения "вещи", которая реагирует на
"воспроизводящие" ритуалы. Что воспроизводится? Явление исчезновения! Ведь
сама "вещь", если таковая существует, окутана оболочкой, она лежит как бы
ниже уровня восприятий. Но каким-то образом проявляется. Предметы
приводятся в движение как бы невидимой рукой, на расстоянии возникают искры и
тепло. Рождается шумная мнимая жизнь.
Мертвое и "подприродное". Живые предметы, зеленые растения, дерево
и кожу мы должны были покинуть при создании электричества; жизнь
ведет к исчезновению электричества. Мы должны были войти в область
потрескивающего, сухого, отмершего, соединить его и потом разъединить —
тогда и возникает та внезапная мнимая жизнь. Тем самым мы выходим из
области мертвого, которое приводит к покою, к чему-то тяжелому и
застывшему, непредсказуемым образом приходим к новым движениям, новым
явлениям, но к другой стороне, не обратно к жизни, но к чему-то сухому,
трюкообразному, созданному изощренным образом и по расчету.
Комбинирование, включение и расчет указывают нам на автоматы и компьютеры.
Электричество чуждо живой природе. Через находящееся ниже области
мертвого мы врываемся в так называемую "подприроду" (Р. ШТЕЙНЕР, 1925),
где кончается оцепенение смерти и снова рождаются новые движения. "Под-
природой" я называю не мифическую область в себе, я только пытаюсь
охарактеризовать пережитое в виде обобщения внутри прочего иереживае-
132
мого мира. И тогда подприрода есть лишь некий род процессов (чего-то
невоспринимаемого, подприродного).
Нужно попытаться образно представить подобные идеи для занятий с
детьми, так как если опыты хорошо удаются, то ученики склонны к тому, чтобы
повторить их дома и пережить только ту сторону эффектов, которая связана с
их исполнимостью. Это чувство приобретает затем эгоистическое направление:
ощущения господства над миром или превращения явлений в средство для
развлечений. Жизнь чувства тем самым закрыта от мира, она становится
стереотипной и, наконец, ограниченной собственным телом (от трюкообразного к
инстинктивному). Педагогическая задача второй половины 70-х годов
представляет собой противоположность: дифференциация жизни чувства в
совершенно человеческой, исполненной света встрече с миром, а не в
манипуляциях и трюках. Стоило бы построить такие представления, которые, раскрывая
смысл, не являются абстрактными, а могут объективно ощущаться, а
именно — образы. Подробное обоснование сравнительного, образного содержится в
курсах для учителей Р. ШТЕЙНЕРА (1919). Однако здесь речь идет лишь о
вопросе: о каком образе вообще может идти речь? Созданный выше образ
болезни и исцеления — это только одна сторона. В принципе электричество
настолько чуждо наглядной, живописной природе, что о болезни или вражде
вообще нельзя говорить. Лишь в крайнем случае, когда оно чрезмерно развито
из мертвого, оно вызывает болезнь жизни. В общем, электричество не
уничтожает, оно проскальзывает, не имея ни к чему отношения. Исторически общение
с ним начинается, как это было показано выше, в Новое время, когда человек
вычленяет себя из природы, стремясь к независимому от нее творчеству. В
этом отношении не должна быть "отбита охота" к электричеству, в том числе и
у подростков, испытывающих склонность к подобным занятиям. Так как
именно электричество не находит своего выражения внутри "ковра" взаимосвязей
живых существ и природных явлений дня, года, жизни, то трудно исходя из
этого создать образ. Таким образом, мы, вероятно, оставим это явление таким,
каким оно представляется в экспериментах, но сами эксперименты мы
оформляем как образно-характеризующие.
Моделей, применяющихся в обычной физике, мы также должны по
возможности избегать, хотя они и появляются следующим образом. Хотя
электрические явления происходят не на телах, а в окружающем их пространстве
(выскочившая искра, притяжение...), представляется, что это вызвано
квазивещественными "зарядами", сидящими на телах и скапливающимися или
рассеивающимися, но всегда сохраняющимися. Поскольку такие заряды всегда
возникают из ничего (при трении) и исчезают в никуда (при нейтрализации
плюса и минуса при заземлении), то в любой материи уже должны
содержаться незаметные плюсовые и минусовые заряды в равном количестве. Так как,
однако, при всех экспериментах они тотчас нейтрализуются (поглощаются), то
они должны бы, поскольку существуют совместно, сидеть на отдельных
частицах, так называемых атомах, из которых в свою очередь состоят все предметы.
Мир, согласно этому, был бы построен на электричестве. Достаточно. Здесь
нет необходимости ни подробнее описывать эту модель "материя — электриче-
133
ство" (она содержится в школьных учебниках), ни "выколачивать"
теоретическое обоснование. Здесь для начальных уроков нужно только использовать образ.
В какой степени может существовать не только интеллектуальная модель, но и
символ явления? Модель как символ перевертывает явление с ног на голову.
Электричество стоит ниже или по крайней мере рядом со всей природой, если
мы характеризуем очевидные феномены, в виде модели же оно становится
всепроникающей, основой. Мир элекгрифицируется и автоматизируется внутри.
Внутреннее, существенное мира становится тем самым недоступным
человеческому переживанию, т.е. отодвигается в атомарно-малое. Ребенок исключен из
свободного мира. Этот образ действует отталкивающе на душу. Преподавание
естественных наук не должно быть ориентировано только на науку, не должно
навязывать теории, которые уподоблены явлениям по характеру и при этом
противоположны им по сути, оно требует, чтобы учитель все время помнил о
первоначальных восприятиях. Если наука и культура не помнят о них, то
преподаватель может привить это снова с помощью своего пра-образа культуры
(но прежде он все же должен привить его себе).
Следующие электрические явления можно было бы показать в изобилии:
концентрацию электрических зарядов на остриях, получение плюса и мшгуса
(последнее — с помощью стекла и шелка),.распространение, например с
помощью влажных шелковых шнуров и затем проволоки, и т.д. Однако на все это,
вероятно, не хватит времени. Лучше хорошо проработать несколько явлений.
Самое главное: не законченное изучение какого-нибудь раздела обычной
физики, а по возможности глубокое погружение в переживание данной области —
путем поиска образного изображения. Изобилие материала,
систематизированного наукой, дает пробуждающемуся интересу к миру камни вместо хлеба.
Если, однако, вместо систематического изучения данной области с увлечением
окунуться в совершенно иной мир переживаний, оставив сперва в стороне
учение об электричестве, то можно, наоборот, пробудить интерес к последнему.
134
Описание опытов к разделу
"Электричество в 6-м классе"
Е1. Янтарь
По возможности большой кусок янтаря потрем несколько раз о кусок меха, который
при необходимости сначала постираем в стиральной машине. Разорванные перед
учениками кусочки тонкой бумаги (салфетки) при соприкосновении с картоном или тетрадной
обложкой прилипают к ним. Лучше всего было бы предварительно подсушить все с
помощью тепловентилятора. Из-за влажности воздуха, которая возникает вследствие
дыхания учеников в классе уже через четверть часа, многие опыты удаются хуже, чем при
предварительной подготовке. Вспомогательные средства: тепловентилятор, электрокамин. Для
демонстрации опытов лучше всего привести детей в помещение, которое было проветрено
и воздух которого было предварительно подсушен с помощью тепловентилятора. Дождливая
погода неблагоприятна для проведения опытов.
Е 2. Тепло
Обычный лист бумаги формата А 4 кладется на хорошо отлакированную деревянную
или пластмассовую поверхность стола (по возможности ее можно протереть спиртом). Теперь
потрем краями ладоней (они должны быть сухими) бумагу, начиная с середины.
Поднимаем лист и держим над обрывками бумаги, упомянутыми в опыте El: ничего не
происходит. Однако, если мы теперь^немного нагреем бумагу, а также по возможности и
поверхность стола с помощью теплонагревателя, тогда, в большинстве случаев, маленькие
кусочки немного приподнимаются вверк.
Е 3. Полет ваты
Пластиковую папку для бумаг (прозрачную пленку) кладем на сухую, по
возможности подогретую с помощью тепловентилятора поверхность (дерево, другую полимерную
пленку) и плотно прижимаем, проводя ладонями. При приподнимании пленка
приклеивается снова. Ее нижняя сторона используется для экспериментирования.
а) Обрезки бумаги активно подлетают. Через несколько секунд некоторые снова
отскакивают от пленки и падают вниз.
б) Вата, которую держим на расстоянии нескольких сантиметров, притягивается. При
удалении "приклеивающаяся" вата притягивается к пленке и стремительно подлетает —
на этот раз с особенно большого расстояния. Если ее уронить вниз на расстоянии одной-
двух ладоней от пленки, то при падении она ускоренно движется в сторону; вата
описывает кривую в направлении пленки и "прыгает".
135
&
Рис. 12. Вата отклоняется при падении
Е 4. Снятие электричества
В заключение попытаемся снять электричество с пленки путем поглаживания обеих ее
сторон ладонями. Однако она все равно в некоторых местах притягивает обрезки. На короткое
время погружаем ее в воду. После ванны высушиваем ее, закрепляя бельевыми
прищепками на штативе на расстоянии 1 м от тепловентилятора. Только теперь электрическое состояние
исчезло.
Е 5. Острова
Палку длиной около 40 см (раньше брали стеклянную, теперь берут эбонитовую, но
лучше всего подходит полихлорвиниловая трубка) натираем шерстью, слегка надавливая.
Уже при удалении шерсти она должна трещать.
а) Проводим теперь пальцем вдоль палки на удалении в несколько миллиметров: в
некоторых местах неожиданно начинают проскакивать маленькие искры, которые чаще
всего не видны на свету; мы ощущаем иногда небольшие покалывания на коже. Можно
проводить палкой также вдоль щеки или губ (ученика).
б) Вместо пальца к палке прикасаемся неоновой лампой: наблюдаются частые
нерегулярные вспышки.
в) Снятие электричества рукой устраняет возможность покалывания согласно п. (а),
но не исключает возможность вспышек согласно п. (6), что следует из опыта Е 4.
Е 6. Проводники (соединители)
Большой металлический предмет (консервную банку из-под масла, томат-пасты емкостью
около 3 л), который не должен иметь острых углов и краев, ставим на различные
материалы; сначала, например, на пластмассовую банку. Снизу к металлической банке в двух
местах, обращенных к ученикам, с помощью липкой бумажной ленты приклеены свисаю-
136
щие вниз полоски из тонкой бумаги длиной в палец. Наэлектризованной путем трения (Е
5) палкой несколько раз проводим по металлическому предмету: бумажные полоски
растопыриваются. Затем мы приближаем палец к тому месту, по которому проводили
палкой. При приближении на несколько миллиметров — проскакивает искра, более светлая,
шумная и колючая, чем во время опыта Е 5. Дальнейшее приближение почти ничего
нового не дает. Электризация или приближение к другим местам приводит к тому же. Варьируем
материал изоляции (дерево, стекло, кожа, фарфор...). Например, если мы используем
дерево, то бумажные полоски опускаются быстрее или совсем не поднимаются. Изменяем
величину металлического сосуда; очевидно, что она соответствует силе искры. Если
металлическую банку наполнить водой, то после электризации искру можно выбить из середины
водной поверхности, например, с помощью кусочка льда. Вместо металлического
предмета можно наэлектризовать постепенно какого-нибудь ученика, поставив его на
изолирующую подставку, например на пластиковое ведро, протертое спиртом. Если к нему
прикоснется другой ученик, то искра будет достаточно сильной.
Е 7. Электростатическая машина
Трение большого пластмассового цилиндра самодельной электростатической машины
производится уже не вручную, а с помощью касания вращающегося цилиндра пластины
из губчатой резины. Благодаря трению и разъединению поверхность при удалении от
губчатой резины электризуется. При вращении наэлектризованная область оказывается вблизи
металлического лезвия. Оно тоже электризуется, несмотря на то что барабан его не
касается; между ним и широким пространством поверхности барабана в темноте можно видеть
тлеющий разряд в воздухе. Электризация тотчас переходит на большую металлическую
пластину — проводник, пока она не попадет под такое же сильное напряжение, как и
поверхность барабана, или еще более сильное, поскольку она представляет собой внешнюю
поверхность. От проводника можно получить искры на расстоянии до 5 см. Фрикцион
связан с землей через сцепные ролики рукоятки и человека, который вращает ее, — так
же происходит заземление фрикциона путем касания рукой при трении вручную (у
машины фрикцион как бы держится медно-д^еревяниой рукой).
137
МАГНЕТИЗМ В 6-м КЛАССЕ
Наступила очередь последней области эпохи физики — магнетизма. В
большинстве случаев осталось лишь несколько дней до завершения эпохи. По
магнетизму не следует брать слишком много материала, а необходимо
попытаться создать характеристическое впечатление. Как показывает Мой опыт, его
можно найти в земном магнетизме. Таким образом, мы показываем детям
компас, а также открываем загадку железа, железной руды, которая по всей Земле
уже в местах залегания имеет магнитную ориентацию на север. Компас можно
использовать также на уроках географии и истории Великих географических
открытий на этой же ступени обучения.
Естественный магнетизм до открытия магнитного действия проводника с
током (ЭРСТЕД, 1820) и сконструированной на его основе катушки (опыты
М 1 и М 2 в 8-м классе) был единственным источником магнитных объектов.
Большим обломком магнитного железняка прикасаемся, по определенным
правилам, к жестяным листам, стрелкам компасов и кускам железа. Сначала
кусок природного магнетита опускаем на деревянной подставке в большую
ванну, наполненную водой: спустя длительное время он устанавливается в
направлении, в которое возвращается при любых отклонениях (М 1). Во время
его медленного поворачивания можно поставить один из следующих опытов.
Намагничивание путем сотрясения удается, например, если мы отбиваем
молотком железный стержень и при этом держим его косо вниз и
направленным на север. Затем мы подвешиваем его горизонтально: и теперь он будет
поворачиваться на север (М 2). Что это означает? Кусок руды, если он
приводится в движение как бы в невесомости, т.е. без трения, снова возвращается в
ту позицию, в которой он находился в горах, в пласте руды. Сторона куска,
которая, если смотреть с его середины, была направлена на север, позднее
также поворачивается на север. Таким образом, кусок руды никогда не
является безотносительным предметом, а всегда сохраняет связь со своим
происхождением, но не с тем местом на Земле, откуда он взят, а с северным
направлением, которое было в том месте (равным образом и с южным
направлением). Таким образом, остается как бы воспоминание о земных направлениях,
существовавших в месте происхождения в виде заключенной в этом куске "силы".
То же самое происходит и с подвешенным, отбитым молотком железным
стержнем. Он стремится к тому положению, которое занимал во время отбивания
молотком. То, что в далекие времена руда приняла и сохранила, железный
стержень получает в считанные минуты. Благодаря сотрясению он становится
как бы обновленным.
Если большие куски железа годами лежат в покое, то они также
намагничиваются Землей, и тем сильнее, чем дольше они находятся в благоприятном
направлении. Это направление, как уже было всесторонне испытано с
помощью опыта М 2, не совпадает с горизонтальным направлением «север —юг», а
отклоняется примерно на 70 градусов вниз. Эту составляющую магнитной силы
Земли, которая опрокидывает магнитную стрелку вниз, называют магнитным
138
наклонением. Благодаря закреплению и распределению веса стрелки
предохраняются от опрокидывания, так что обычно магнитное наклонение
малозаметно.
Таким образом, собственное направление магнитного поля у нас
отклоняется от вертикали только на 20 градусов. Вертикальное же положение систем
центрального отопления, кузнечных решеток — короче, всех свободно
заканчивающихся массивов железа — достаточно для того, чтобы сделать их сверху
"южномагнитными", а снизу — "северомагнитыми". Сверху они притягивают
стрелку компаса, конец которой обычно указывает на север, снизу они ее
отталкивают. Тепловое расширение и легкие сотрясения зданий, в которых годами
живут люди, заменяют удары молотка из опыта М 2. Исследование при
помощи компаса, как влияет магнит на магнит, предвосхищает темы 7-го класса.
Если захочется рассказать о намагниченных кузнечных решетках, то можно
также сказать: «Возьмите стержень, как это было в опыте М 2, и подвесьте его,
он будет указывать на север». Намагничивание путем отбивания молотком
представляет для преподавателя область, в которой он может получить удовольствие
благодаря собственным впечатлениям от геомагнетизма, благодаря своей силе,
умению и терпению.
Нужно еще провести опыт по устранению магнетизма. Железо — это,
вероятно, тот самый металл, который благодаря своей прочности и твердости чаще
всего дает человеку силы для покорения внешнего мира. Сила собирается и
накапливается благодаря железу. Как с этим связана магнитная сила?
Прокаливаем небольшой кусок железного прута, который был, возможно, сильно
намагничен современными интенсивными магнитами; во время размягчения,
обусловленного нагреванием, магнитная сила исчезает; после того как она
исчезла, кусок становится немагнитным (М 3). Точная температура этого
размагничивания называется точкой Кюри и у чистого железа (которое
практически не встречается) составляет 768°С, а у конструкционных сталей — на
несколько десятков градусов ниже.
Компас, как первое применение магнетизма, предстает перед учениками как
нечто серьезное, великое, то, что указывает путь во внешний мир (М 4). Менее
эффективным представляется показ маленьких собачек, которые
поворачиваются с помощью магнитов и обнюхивают хвосты. Слово "компас" происходит
от среднеитальянского compassare, что дословно означает "проходить вместе"
или, точнее, "обходить вокруг", т.е. то, что совершает стрелка на картушке.
При этом следует обсудить то, что любой, даже самый точный компас, не
показывает точно на север. Также и наши отбитые молотками стержни немного
сильнее намагничиваются, если в процессе отбивания мы их немного повернем
па запад. Это отклонение называется магнитным склонением. К западу оно
увеличивается, что открыл еще Колумб.
Магнитные полюсы Земли. Если плыть на корабле через Шотландию,
Ирландию и Гренландию к Ледовитому океану севернее Канады, то склонение
будет все время увеличиваться. Скоро стрелка будет показывать точно на
запад. Затем она вообще больше не устанавливается: мы находимся на Северном
магнитном полюсе. Далее к западу, в районе Аляски, стрелка снова находит
139
новое положение, еще слабо и неуверенно: теперь она показывает на восток.
Если затем продвигаться к Сибири, то стрелка постепенно будет
поворачиваться на северо-восток. Когда впервые Росс в 1831 году исследовал области вокруг
Северного магнитного полюса, то он находился ниже полуострова Ботния, на
параллели 70°15' северной широты и 9645* западной долготы. В настоящее
время он передвинулся далеко на северо-северо-запад, примерно до 77°
северной широты и 102е западной долготы, т.е. примерно на 1000 км. Он находится
на островах Королевы Елизаветы, севернее острова Батурст. Стрелки
компасов в Северном полушарии показывают примерно туда. Стрелки компасов в
Южном полушарии, если говорить несколько упрощенно, показывают на
Южный магнитный полюс, который в настоящее время располагается на 65е
южной широты и 139° градусах восточной долготы, между Тасманией и
Антарктидой в океане, прямо перед антарктическим побережьем. 40 лет назад он
располагался еще на 72° южной широты и 155е восточной долготы па краю
Антарктиды. Он перемещается со скоростью приблизительно б км в год в
северо-восточном направлении.
Следующие карты показывают склонение на поверхности Земли 100 лет
назад и в настоящее время. На первой (1885 г.) западное склонение показано
сплошной, а восточное склонение — прерывистой линией. Нулевая линия
проходит сегодня в Европе намного дальше к западу, как показывает вторая карта
(см. рис. 14, 15).
Рис. 14. Карта магнитных
склонений 1885 г.
В каждом месте склонение медленно меняется, часто на 1 градус в
десятилетие, иногда еще больше. Так, в Париже были получены следующие данные:
Склонение
1580 11е
1618 8е
1663 0е
1763 8е
1780 17е
восток
восток
восток
запад
запад
1810
1852
1902
1944
1980
Склонение
22е
20е
15е
11е
5е
запад
запад
запад
запад
запад
140
Рис. 15. Карта магнитных склонений 1985 г.
141
Нулевая линия склонения с 1945 по 1975 год продвигалась от Калининграда
(бывшая Восточная Пруссия) до Берлина, т.е. со скоростью примерно 20 км в
год. Кроме этой долгосрочной, так называемой секулярной вариации
магнитного направления существует еще суточное и сезонное колебания. Оно невелико
и составляет чаще всего 1%о (промилле — тысячная доля. — Прим. ред.) от
абсолютной величины и направляется по Солнцу и, в незначительной степени, —
по Луне; таким образом, магнитная восстанавливающая сила, действующая на
стрелку компаса в обеденные часы и летом, — самая незначительная и,
напротив, ночью, а также зимой она всегда несколько увеличивается.
(Уже в течение более чем столетия геофизики наблюдают постоянное и
значительное снижение напряженности магнитного поля Земли. Если эта тенденция
сохранится, то в течение только 1500 лет поле полностью исчезнет.
Многие исследователи приписывают это уменьшение непостоянству
магнитного поля и полагают, что оно снова достигнет своей напряженности. Однако
не исключено, что ослабление напряженности поля является предвестником
явления, которое уже возникало в истории геологии: перемена полярности
геомагнитного поля.
Сегодня в геофизике существует твердое мнение, что магнитное поле Земли
может существовать в двух состояниях полярности: условно нормальном, при
котором указывающие на север стрелки компасов показывают на
географический Северный полюс, и реверсивном, т.е. обратном состоянии, при котором
они показывают на географический Южный полюс.
В шестидесятые годы при исследовании радиометрическим методом
возраста лавовых образований были сделаны записи ранних изменений магнитного
поля. Согласно этим записям, за последние 3,6 миллиона лет наблюдалось не
менее девяти значительных перемен полярности, последнее из которых
произошло 730 000 лет назад. Временная шкала изменений магнитного поля с тех пор
расширилась до 170 миллионов лет.
Кроме того, палеомагнитньщ,свидетельства показывают, что
электромагнитное поле не переходит резко из одного состояния полярности в другое. Скорее
существует переходный период, который, как правило, охватывает несколько
тысячелетий. Таким образом, поле 98% времени остается стабильным, а его
форма — известной. В оставшиеся 2% времени поле нестабильно, и его форма
неясна (по К.А. Хофману).)
Магнитным наклонением называют отклонение книзу (М 5). Наклонение
на магнитных полюсах равно 90е по отношению к горизонтальной линии,
поэтому перемещающийся только по горизонтали компас больше не устанавливается.
Если, напротив, магнитная стрелка подвешена точно посередине
горизонтальной оси, то на магнитном полюсе она показывает точно вниз. Вблизи экватора
наклонение составляет примерно нуль (см. рис. 16).
Таким образом, симметричный стальной лист, закрепленный точно
посередине, в земном поле одним концом опрокинулся бы вниз (наклонение!). Поэтому
все магнитные стрелки, которые имеются в продаже, с южного конца несколько
утяжелены. Южная половина магнитной стрелки тяжелее, чтобы уравновеши-
142
вать наклонение. Однако они функционируют хорошо только в том регионе
земного шара^ для которого они уравновешены.
Полноты ради следует упомянуть, что также и величина силы, действующей
на стрелку, изменяется от места к месту, и вблизи магнитных полюсов
достигает максимума. Величина этой силы (напряженность поля) проявляется в частоте
колебаний стрелки. Если действующие на нее магнитные силы велики, то она
колеблется чаще, пока в области полюса не замрет, указывая точно вниз.
В завершение этой эпохи можно показать изображение картушки компаса.
Дети постоянно задают вопросы о гирокомпасе. Он был изобретен около
1900 года, когда предполагалось с помощью подводной лодки подо льдом
пробиться к неизведанному Северному полюсу. Вблизи полюса магнитный компас,
как уже говорилось, не устанавливается точно (точно на географическом
полюсе отказывает также и гирокомпас). Магнитный компас в закрытом, находящемся
под давлением корпусе подводной лодки и без того перестает действовать, т.е.
он вообще не устанавливается; толстая, закругленная стальная стена является
как бы заграждающим экраном. При подводных плаваниях он должен
устанавливаться поверх башни или над палубой. Магнитный компас на современных
морских судах монтируется часто на надстройках, за ним наблюдают через
зеркало снизу с мостика. Он существует'сейчас только для безопасности.
Гирокомпасы показывают точнее, но они чаще выходят из строя, так как им требуется
небольшой электродвигатель для приведения в движение высокоскоростного
гироскопа.
143
Рис. 16. Карта магнитных наклонений 1985 г.
| 8
о
8 I
1
OD
9
8
1
9
8
144
Описание опытов к разделу
"Магнетизм в 6-м классе"
М 1. Плавающий магнит
По возможности круглая, легкая чаша (подставка для цветочного горшка и т.п.) плавает
в большой ванне с водой. В чаше лежит магнитное тело, например магнетитовая руда, в
случае необходимости короткий магнитный стержень. Вода должна долгое время
находиться в спокойном состоянии (наполнить ванну накануне вечером), "поплавок" должен
плавать точно посередине, иначе он подплывет к краю и "приклеится" к нему. У куска
магнетита необходимо проверить перед этим, никому не показывая, с помощью
маленькой стрелки компаса направление магнита, с тем чтобы правильно его положить. Эта проверка,
естественно, могла бы быть заменена многократным перекатыванием камня на поплавке
и ожиданием, когда он установится. Установленная при проведении накануне пробного
опыта отметка "север" постепенно указывает в направлении этой страны света
(устанавливаем в положении "восток"). Поворачиваем поплавок на запад — отметка снова
постепенно поворачивается на север.
М 2. Намагничивание и размагничивание
Стержень из конструкционной или арматурной стали длиной 40 см и толщиной до 2 см
кладем на наковальню и отбиваем молотком по всей длине. При этом его следует держать
в направлении, которое показывает компас; и, кроме того, книзу — так, как это
показывает стрелка инклинатора (М 5). Можно просто сказать самому себе и ученикам: «Этот
метод, как показывает опыт исследования всех горизонтальных, вертикальных и
наклонных положений, дает наилучшее намагничивание». Затем стержень подвешивается за не-
скручивающийся шнур, например рыболовную леску. На расстоянии двух метров
подвешивается такой же стержень, который не был отбит молотком. Первый раскачивается около
северного положения, другой, после легкого толчка, просто вращается и затем
останавливается в любой конечной позиции.
Если теперь держать стержень горизонтально в направлении «восток —запад» и при
этом отбивать молотком, то он практически размагничивается; т.е. он намагничивается не
вдоль, а поперек, и это сообщает шнуру слишком незначительные направляющие силы:
он ведет себя так же, как и не отбитый молотком стержень. Эти опыты требуют энергии
и предварительной тренировки.
Рис. 13' Отбитые молотком железные стержни,
подвешенные в поле Земли
■И'-Д1. :|
Л
ztztz,
145
M 3. Размагничивание
Перед опытом намагничиваем два продолговатых куска железа (например, гвозди)
прикосновением к ним сильного искусственного магнита. Подвешиваем их еще до начала
опыта, чтобы ученики могли видеть намагничивание. Один из них доводим до красного
каления с помощью пламени нескольких газовых горелок. Если весь кусок прокаливается
по частям, то он размагничивается, что становится заметным при подвешивании; он
раскачивается иначе, чем оставшийся намагниченным кусок (если опыт не получается,
следует нагревать сильнее).
М 4. Компасы
Демонстрируются различные магнитные стрелки на игле, а также рабочие компасы,
например шлюпочный компас, плавающий в спиртовом растворе. Демонстрируется
также игольное гнездо, которое имеет конструкцию корундовой или агатовой шляпки. Оно
должно обеспечить установку, свободную от трения, иначе стрелка зависнет, не доходя
до северного положения — там, где установочная сила уже очень слаба.
М 5. Наклонение
Инклинатор, используемый сначала не по назначению, держим в горизонтальном
положении, как обыкновенный компас, и устанавливаем на север; затем переводим в
вертикальное положение и наблюдаем незначительное отклонение вбок от вертикали. Такова
настоящая установка магнита у нас по отношению к Земле (около 65° относительно
вертикали).
146
7-й КЛАСС
В 7-м классе наша физическая дидактика, в противоположность 6-му
классу, предусматривает больше предметности — использования приборов, а не
только переживание великих сил природы. От описания и упорядочения мы
переходим к механическому обоснованию, используемому для богатой
трюками манипуляции с феноменами (см. Введение).
В б-м классе изучение начинается с музыки, и лишь потом от нее мы
переходим к отдельным звукам; 7-й же класс мы начинаем сразу с отдельного
звука. Мы изучаем сопровождающие этот звук колебания, как его материальные
условия. Мы экспериментируем с механическими, а не акустическими
феноменами. Вместо наглядной длины струны мы говорим о невидимой частоте
колебаний. В оптике мы больше не углубляемся в переплетение взаимосвязей
"светлоты", а с помощью приборов создаем новые образы мира, используя
зеркала и камеру-обскуру. Изучая теплоту, мы уже не двигаемся постепенно
по широкой дуге от расплавляющей жары к возникновению формы в
холодной воде и затвердеванию в виде льда, мы измеряем расширение и
теплоизоляционные свойства различных материалов. При этом теплота уже
не рассматривается в своей целостной действительности. Для того чтобы
описать состояния, она фиксируется как параметр (изменяемая величина). То же
можно сказать и об электричестве. От вспышек электростатических
напряжений около трущихся тел мы переходим в темноту проводов, покрытых
изоляцией, к замкнутой электрической цепи. От земного магнетизма мы
переходим к полю сильного магнита, купленного в магазине, и его проникающей
способности.
147
АКУСТИКА В 7-м КЛАССЕ
В 7-м класе различные области выстраиваются в тот же ряд, который
составлен Р. Штейнером для 6-го класса — и тем не менее они образуют некий
переход от более общего, бестелесного к предметности, манипулятивности,
которые мы встречаем в гальванизме (учении о постоянном токе) и в рычагах.
1. Камертон
Здесь мы начинаем не с маленького оркестра, а с набора камертонов на
деревянных ящичках (AI). Мы наблюдаем, как камертон издает звук, т.е. в
каком месте его следует ударить, в каком месте держать.
Вид движения мы демонстрируем следующим образом: сначала ударяем по
нему (А 2), а затем останавливаем, прикасаясь к нему или окуная его в воду
(А 3). Дно ящичка, колеблющееся вместе с камертоном, усиливает звук (А 4).
Стадии колебания камертона можно продемонстрировать на рис. 17, 18.
JJ_.V__Y.Y1
Конец ножки колеблется вниз
Т
Конец ножки колеблется вверх
Рис. 17. Следующие друг за другом изменения формы колеблющегося
камертона. Обратите внимание на вертикальные движения ножки
Зубцы
Поворотная
уточка
Дуга
Ножка
Рис. 18. Изменения формы камертона при колебаниях
148
Если зубцы выгибаются наружу, то дуга вместе с ножкой несколько
приподнимается, если внутрь — то она соответственно опускается. Таким образом
колебание переносится на деку; оно следует — при соответствующем
воздействии — продольным колебаниям ножки. Зубцы же производят поперечные
колебания, их отклонение на концах — наибольшее, а в поворотной точке
дуги — равно нулю. Изогнутая часть также производит поперечные колебания,
но с очень маленьким отклонением. Рукоятка, наоборот, производит
продольные колебания. Размах этих колебаний также очень мал, поэтому
рука, держащая камертон, практически не тормозит этих колебаний.
Движение от "а" до "с" представляет собой одно колебание. В точке "Ь"
вилка вновь проходит исходное положение. Однако направление движения
зубцов не одинаково: при "а" они движутся наружу, при "Ь" — внутрь.
Интервал времени, через который повторяются форма и при этом одинаковый вид
движения, называется периодом колебаний.
Количество колебаний в секунду называется частотой колебаний.
Измеряется эта физическая величина в герцах: 1 Гц=1 колебание в секунду (единица
измерения названа в честь Генриха Герца (1857 — 1894), экспериментально
доказавшего существование электромагнитных волн). С точки зрения логики
частота обратно пропорциональна периоду колебаний в секундах, т.е.
длительности одного колебания.
Если очень сильно ударить по камертону, возникнут обертоны; кроме
основного тона мы слышим тихие, еще более высокие, довольно пронзительные
звуки, которые затихают быстрее. При обертонах зубцы еще сильнее
изгибаются, имеют более сложную фигуру колебаний, чем это показано на рисунке.
Если мы ударим по камертону поперек (А 26), то более возбудим верхние
колебания; тот же эффект дает слишком жесткий удар (А2в), он воздействует
очень кратковременно, в результате чего возникают даже высокие обертоны с
очень коротким периодом колебаний. При мягком ударе, т.е. когда не слишком
большая амплитуда колебаний зубцов, камертон дает звучание, почти свободное
от обертонов. Поэтому звук получается пустой, стерильный и не
изменяющийся — для музыки неприемлемый, но очень удобный для акустических опытов.
Изобретен камертон примерно в 1700 году, применяется с 1711 года.
Очевидно, что высота звука, т.е. частота колебаний камертона, зависит от его
величины. Масса зубцов также связана с жесткостью (возвращающей силой).
Длинные, тяжелые лапшеобразные зубья вибрируют медленно туда и сюда и
колеблются с большим размахом. Короткие, толстые зубья, наоборот, вибрируют
очень быстро, и размах гораздо меньше (А 5). Если на концы зубцов надевают
зажим (упор) как дополнительную массу, колебание замедляется, звук становится
ниже (А 5). Макание в воду также способствует утяжелению зубцов (A3 а и 6).
2. След колебаний и частота
Когда камертон-самописец проводит пером по покрытой сажей пластинке,
образуется волновая линия, имеющая форму гармонических колебаний (А 6).
149
Видно, что зубцы не производят резких зигзагообразных движений, а плавно
останавливаются и скользящим переходом снова приходят в движение в
обратном направлении. Вся линия — округла. Частота колебаний вилки
камертона не зависит от амплитуды колебаний; звук постепенно становится
тише, но высота его сохраняется. Поэтому можно видеть по следу скорость
перемещения камертона (Рис. 21). Слева это движение быстрее, справа —
медленнее. Ширина следа зависит от размаха колебания. Чем больше
отклонение, тем громче звучит камертон. На правой кривой размах уменьшается
сильнее, так как перо самописца остается на пластинке дольше. Эти кривые
помогут нам наглядно продемонстрировать форму движения и ход
колебательного процесса.
Быстрое движение
Медленное движение
Начало записи
Начало записи
i-3
*—* Амплитуда
Колебание
Колебание
Более
значительное
уменьшение
амплитуды вдоль
кривой по
сравнению с
левой кривой
Конец записи
Конец записи
Рис. 21. Камертон проводят быстро (слева) и медленно (справа) над
закопченной пластинкой
Для измерения частоты следует поддерживать постоянную скорость
движения и измерять ее. Это можно сделать с помощью метронома (А 7).
В принципе колебания камертона можно было бы записать на покрытый
сажей барабан, делающий постоянное число оборотов. Можно также вращать
зубчатое колесо. Причем вращать его надо столь быстро, чтобы звук,
издаваемый камертоном, имел ту же высоту, что и звук, издаваемый задевающей за
150
зубья трещоткой. Тогда по числу оборотов и числу зубцов колеса можно будет
определить частоту этого звука (А 8). Оба способа измерений показывают, что
слышимая нами одинаковая высота звука не зависит от различий в
дребезжании и от материала, а обусловлена одинаковой частотой колебаний.
Частота звуковых колебаний настолько высока, что на камертоне они
невидимы. Мы видим только, что зубцы вибрируют, но проследить за
отдельными стадиями колебаний невозможно. Невозможно также и различить
одно колебание от другого или просто сосчитать их. Человеческий глаз может
зарегистрировать около 10 событий в секунду. В звуках же, которые мы
можем различить по высоте и которые мы слышим, частота колебаний составляет
по меньшей мере 30 колебаний в секунду. Слух и зрение в природе
несопоставимы. Дифференциацию слуха (высокие и низкие звуки) невозможно
заменить непосредственной дифференциацией зрения. Если же мы хотим
представить себе колебания видимыми, т.е. то, что мы в принципе не сможем
увидеть никогда, то в своем мышлении мы должны руководствоваться не
органами чувств, а сконструировать нечто механическое. И хотя такой прием
обычен для физики, мы должны осознавать его проблематичность. Для
обучения нам придется взять отвлеченное механическое представление как
условие измеримости высоты звука и прояснить, что ее источник находится
в механических, а не в музыкально-акустических устройствах и измерениях.
Путь измерения частоты надо пережить на всех этапах, при этом отходят от
искусно построенных слуховых переживаний. Должно быть раскрыто
соотношение этого представления с непосредственным явлением, чтобы ученик
не заучивал отвлеченную абстракцию. Число колебаний в сотни и тысячи
герц можно представить себе лишь абстрактно. Но еще труднее представить
себе блуждающее уплотнение и разрежение воздуха — сферические звуковые
волны. Оставим это для 8-го класса.
В заключение поговорим об интервалах и соотношении частот
колебаний. Самым наглядным и наиболее трудновоспроизводимым было бы, если
бы мы сразу воспроизвели и вычислили две кривые и таким образом на
одно колебание основного тона пришлось бы два колебания октавы или на
два колебания основного тона — три колебания квинты (А 9). Можно не
производить экспериментальный показ, а просто сосчитать количество
колебаний, записанных с помощью камертона; так, если, например, мы
слышим квинту, отношение колебаний будет два к трем и т. д. В прошлом
году мы демонстрировали интервалы с помощью струи, и оказалось, что
струна, которая длиннее в 2 раза, колеблется лишь наполовину медленнее,
а струна, укороченная до двух третьих первоначальной длины, колеблется
быстрее в две третьих раза. Тогда как нтервалы определяются только
соотношением длин струн, частоту колебаний можно определить
непосредственно по тону, безразлично, издается ли он столбом воздуха (флейтой),
струной или натянутой телячьей шкурой (барабаном).
Интересно проследить за числом колебаний различных тонов. При этом
следует определить разницу между двумя звукорядами. Отношения
интервалов (как-то: 1:2, 2:3, 3:4...) образуют так называемый чистый строй.
151
.
о
п
8
S
"л
3
*
"к
2
а.
"о
ч
я
>>
и
ГО
й
х
я
я
1
(в
1
>я
в *
оо
CS
ю
£
ч*
о
1
СО
CN
3
о
со
со
о»
es
3
CS
«
чистого строя
(в колебаниях
секунду=Гц)
CS
оо
\
•Л
*
со
\
CS
\
со
со
ч
**•
\
оо
\
S
о
&
Я
8
0>
Я
о в
N
£8
ю Я
Т" '"'
й »о
СЛ -Г-
II
СЛ ^
О "—
*"■ УГ*
оо •*-•
СЛ ^
И :
ю to
u :
О ~
II ю
со 2
Е
о в
9 ё
SS
Отноше
соседни
строя
л
Я
о
л
5
о
н
1
о
S
1
&
1
к
S
О
я»
Я
«
1 &
1 1
£ §
Названия и:
частого и
темпериров
ч
а
В
S
со
со
CS
ю
а>
of
о
5
CS
8
CS
со
CS
со
СГ>
CS
<о
CS
«*
i
il
Частота
темпери
(в Гц)
'Я
3
я
к
rt
Я
сх
(О j
о
""*
CS
"•-*
CS
▼*
CS
"*
ю
CS
•^
CS
§:i I
ШОР
5,1 и я
0) 2 $
я н о
я * а
Отноше
соседни
темпери
Таб. 2. Таблица частот
152
Чистый строй имеет тот недостаток, что ступени целых тонов не равны, и
поэтому звуковой ряд можно проигрывать только целыми тонами. Если,
например, речь идет о звукоряде в до мажоре, то тогда нельзя, например, брать
за основной тон ре мажор, поскольку тогда получится, что все звуки будут
звучать несколько иначе.
Отношение частот звуков "до" и "ре" есть 8:9 (= 0, 89); "ре" и "ми" — 9:10
(= 0, 9). Эта маленькая разница вполне слышима, поскольку звуковая ступень
зависит от отношения частот. Итак, если на инструменте с чистым строем
сыграть ре мажор с пониженной седьмой ступенью (до), то частота его будет ниже
(1:0, 9 вместо 1:0, 89). Для игры в ре мажоре все тона следовало бы настроить
немного иначе. В уравненном темперированном строе этого нет, поскольку
октава состоит из 12 одинаковых полутонов, причем соседние ступени
(полутона) всегда имеют отношение частот 1: V2.
Благодаря сдвигу в соотношениях между соседними ступенями для любого
звукоряда при темперированном строе мы можем сразу же проиграть любую
тональность (например, на фортепиано).
Теперь, в 7-м классе, так же как и в шестом, мы должны, упражняя,
развивать у детей хороший слух. В 6-м классе это было легко, тогда в нашем
распоряжении имелись музыка и интервалы на самых различных
инструментах. В 7-м же классе требуется услышать и воспринять чистые, даже слишком
чистые и поэтому почти "пустые" звуки камертона; звук же скрипки имеет
совершенно иное качество. Мы можем даже проследить за звуком, который
издает картон (А 8) на вращающемся гофрированном диске, что уже скорее
похоже на трещотку, и услышать в нем отголоски качественного звучания (этот
звук можно несколько облагородить, держа картон соответствующим образом).
Этот звук мы можем считать переходным к шумам, которые издают машины и
двигатели; когда слышится скорее треск, грохот, гудение или жужжание.
153
Описание опытов к разделу
"Акустика в 7-м классе"
А 1. Камертонный концерт
Ударяем по набору камертонов, составляющих трезвучие до мажор, смонтированных
на деревянных ящичках (резонансных коробках). Затем мы касаемся молоточком отдельных
камертонов: звук замирает. Слышно, что камертоны, установленные ниже, звучат
дольше. Здесь речь идет не о натуральных звуках, которые возникают, когда мы играем на
трубе или трогаем струны, и которые образуют натуральный диатонический мажорный
звукоряд, упоминаемый в основном тексте, а о звуках, одинаково звучащих,
темперированного строя, которые сейчас широко распространены (по меньшей мере у клавишных
инструментов, фортепиано). Часто камертоны имеют следующие частоты: "до" первой
октавы = 256 Гц, "ми" первой октавы = 322 Гц; "соль" первой октавы = 354 Гц, "до" второй
октавы = 512 Гц. И несмотря на то что наши камертоны созвучны камертону "ля" с частотой
не 440 Гц, а 430,6 Гц, они тем не менее достаточно хорошо звучат и вместе с камертоном
440 Гц.
А 2. Удар
а) Внизу. Возьмем камертон, например, с частотой 440 Гц, снимем с коробки и ударим по
нему резиновым молоточком в разных местах: удар по концам зубьев самый действенный.
б) Сбоку. Если ударить по камертону не спереди (рис. 19, слева), а сбоку (рис. 19,
справа), то мы получим высокий пронзительный звук, смесь обертонов; при ударе в этом
направлении камертон будет колебаться плохо, он скорее будет дребезжать.
?? 17
Рис. 19. Правильный и неправильный удар по камертону
в) Жесткий удар. Камертон будет также дребезжать, если по нему ударить
правильно, но перевернуть молоточек и, вместо того чтобы ударить резиновым концом, стукнуть
деревянной рукояткой.
А 3. Возмущение воды и соприкосновение с телом
а) Брызги летят вбок. Ударим по камертону с не очень низким звучанием (например,
с частотой 440 Гц) и коснемся зубцами поверхности воды, налитой в широкую стеклян-
154
ную посуду. Вода будет разбрызгиваться в стороны, как если бы по ней кто-то хлопнул
ладонью (Рис. 20, слева). При погружении звук понижается и затихает.
б) Брызги летят вверх. Если мы плавно опустим оба зубца (рис. 20, справа), то
увидим, как вода начнет разбрызгиваться: снаружи — в стороны, а внутри сбиваться и затем
лететь брызгами вверх.
Рис. 20. Различные виды возмущения воды посредством камертона
в) Кончик носа. Если мы коснемся зубцами не воды, как в случае "а", а кончика
собственного носа, то мы почувствуем противное, кусающее щекотание в носу. И если
вовремя не отпрянуть, из глаз брызнут слезы.
г) Если провести пальцем по зубцу, то, чем выше звук, тем сильнее будет ощущаться
вибрация, но очень быстро замрет звучание.
А 4. Колеблющаяся поверхность
а) Стол. Если ударить по камертону (например, с частотой 440 Гц), а затем концом ножки
прижать его к столешнице, то начнет резонировать весь стол. Причем если прижать не сильно,
то, в зависимости от вида столешницы, звук будет дребезжащим или нечистым. Подобные
опыты можно проделать с дверью, окном, шкафом и с массивным бетоном (он практически
не звучит).
б) Череп. Ученик затыкает уши. Камертоном касаются прижатой к голове дощечки.
Если сильно прижать, то он слышит звук черепом.
А 5. Высокий и низкий
Длина камертона и величина ящичка соответствуют высоте звука. Если мы для
увеличения массы к каждому концу зубцов применим зажим (хомутик), то звук будет ниже
и тем сильнее, чем ближе мы будем сдвигать этот зажим к концу зубца. По камертону с
очень короткими и толстыми зубцами с частотой в 2000 Гц (2 кГц) надо ударять металлом
и деревом, сильным и при этом быстрым ударом — только тогда мы получим быстрые
колебания. При соприкосновении с водой (А 3, "а" и "6") он не дает брызг, так как
амплитуда колебаний такого камертона слишком мала. По этой же причине при
соприкосновении с поверхностями (А 4) они только слегка резонируют.
А 6. Кривая колебаний
Возьмем кусок стекла в три ладони шириной и покроем его сажей. Закоптим стекло с
помощью горящего бензола (или бензина), налитого в крышку от банки (одна столовая ложка).
155
Проделывать все это лучше на улице. Можно тоже самое проделать над свечой. Не следует
держать стекло слишком низко над огнем, от жара оно может лопнуть. Самопишущие камертоны
из набора учебных пособий имеют слишком длинные и тонкие зубцы, частота колебаний
всего 100 Гц. Поэтому звук таких камертонов, к сожалению, слышен не во всем классе. Спереди
зубец имеет маленькое заостренное стальное перо, и, если ударить по камертону и быстро
и легко двигать им по закопченной пластинке, он будет писать прекрасные волнистые линии.
А 7. Измерение частоты по кривой колебаний
Поставим метроном, чтобы он громко отсчитывал секунды. Затем потренируемся на
незаконченном стекле, как надо опускать и поднимать камертон (А 6), укладываясь в 1 секунду.
1-й стук метронома — опустить; 2-й стук метронома — поднять. Таким образом, перо
камертона пишет на пластинке в течение 1 секунды. Затем пишем 1 секунду на закопченном стекле
и на нескольких кривых считаем количество отклонений (в одну сторону!). Таким образом мы
сосчитаем количество колебаний в 1 секунду, т.е. узнаем частоту колебаний. К сожалению, звук,
издаваемый камертоном, мы слышим только на очень близком расстоянии.
А 8. Измерение частоты колебаний на шлифовальном
станке
Возьмем, к примеру, шлифовальный станок с кривошипной рукояткой, отвинтим
шлифовальный круг и вместо него поместим фанерный круг диаметром 20 или 30 см. По краям
круга проделаем напильником 96 углублений (целое число, кратное 8, так лете
разметить) . Волны должны быть глубиной 1 мм. Один ученик равномерно крутит рукоятку станка
и таким образом вращает диск, второй ученик держит, прислонив к фанерному диску, кусок
картона в палец длиной (игральную карту). Этот кусок картона будет подниматься на
выпуклостях за 1 секунду столько раз, сколько их пройдет мимо него за это время.
Количество оборотов, умноженное на количество выпуклостей, и есть частота. Сформулировать
это можно следующим образом:
Обороты х Выпуклости ш Выпуклости ш Колебания = Частота колебаний
Секунда Обороты Секунда Секунда
Лист картона издает шуршащие звуки определенной высоты в зависимости от частоты
колебаний. Мы одновременно ударяем по нескольким камертонам, и ученики
определяют, звук какого камертона приближается по высоте к звуку, издаваемому картоном. Число
оборотов диска определяется с помощью секундомера. Например, измеряется время
десяти оборотов. Разумеется, все эти измерения не совсем точны. Все эти действия мы должны
сначала отрепетировать вместе с учениками.
А 9. Частоты интервалов
Тот, кто хочет провести замысловатый эксперимент, имеет для этого множество
возможностей. Например, он может взять покупной камертон в 100 Гц, отпилить и сточить
156
его и получить 200 Гц, снова укрепить стальное перо и; держа рукой этот камертон, вместе
с необработанным камертоном в 100 Гц, записать их частоты на закопченной пластинке.
Очень впечатляет следующий опыт. Крепко прилепить клеем к двум скрипичным
струнам обломанные кончики игл, затем, проведя по струнам, прислонить эти кончики к твердой
прозрачной пленке, покрытой сажей. Затем эти тончайшие волны можно будет показать
на стене с помощью обычного диапроектора, если вставить обрезанную по размеру пленку
в диапозитивные рамки.
157
ОПТИКА В 7-м КЛАССЕ
В б-м классе мы переживали деяния "светлого", ткущего связи между
Землей и космосом, между Солнцем и человеческим глазом. Видимые изображения
были при посредстве мыслей связаны между собой и выстроены в ряды.
Солнечные тени* выступают подобно жесту, который постоянно вплетает
изображения друг в друга, взаимопревращает их.
В 7-м классе мы также будем говорить об изображениях, а не о лучах. Лучи
можно нарисовать очень быстро. Но, мысленно упорядочивая ряды
изображений, очень хочется видимое изучить в деталях: как можно глубже изучить
зрение, как самостоятельное понятие, а не как дополнение к конструкции
лучей. Поэтому оптика и в 7-м классе займет более */б эпохи физики.
В 7-м классе связь между изображениями иная, чем в б-м. В последнем
наблюдаемые изображения, так называемые зрительные образы (Anblicksgestalten),
располагаются в определенном порядке (точечная лампа — тени силуэтов,
вырезанных из бумаги). В 7-м классе зрительные образы мысленно строятся на
основе других образов с помощью принципов симметрии (зеркало) или
правила обращения (камера-обскура). Мышление прослеживает не только явление,
оно пластически формирует внутри себя и внутренне вырисовывает детали.
Таким образом, простые тени схематически представленных картин, которые
мы наблюдали в 6-м классе, развиваются дальше в зеркале или в камере-обскуре
и превращаются в первое структурированное цветовое и пространственное
переживание передаваемых изображений. Сегодня искусственное создание
изображений является основной областью оптики и представляется ее
первейшей задачей. Теперь уже не стремятся к понимающему вживанию в образ
естественного солнечного воздействия, его оставляют крестьянам и морякам. В
сущности это стало "домашним заданием" по оптике. Но мы должны пойти на
компромисс с требованием времени, а также возраста учащихся и вместо
взаимопереплетения образов мира обратиться к использованию изображений человеком
на основе рассудка и повседневных потребностей. Камеру-обскуру мы будем
рассматривать также как прообраз фотоаппарата. Поскольку зеркало менее
привлекает внимание к технической стороне дела, мы займемся им в первую очередь.
I. ЗЕРКАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Очень часто познание человека и каждый способ рассмотрения мира
понимается как создание зеркальных изображений мира. (Ср. теорию отражения и
теорию приближения во Введении.) Человек отражает мир в образах своих
собственных представлений. Зеркало является не только деталью оптики, оно
часто используется в мифологии и в теории познания. Хотелось бы в
противовес общему, широко распространенному мнению проследить, опираясь на
естественнонаучный феномен зеркала, как оно превращает изображение
(Ansicht) , а не только передает его. Но прежде всего — как и где вообще возникает
158
зеркальное изображение. Для этого можно начать издалека — как
используется зеркало в литературе и в поэзии. В 7-м классе об этом можно просто
поговорить. Вообще, подход учителя к оптическому должен быть значительно
расширен.
1. Что мы переживаем вокруг зеркала?
Является ли зеркало вспомогательным средством, чтобы просто перевернуть
направление взгляда? Всегда ли оно возвращает встреченное им
неизмененным? Или оно создает образ мира, присущий только ему, который без него
увидеть было бы невозможно? Последнее, как мы убедимся, действительно
имеет место. Самым элементарным зеркалом является сама Земля там, где она
покрыта водой. Если игра стихий молчит, ветер не тревожит водную гладь,
волны не набегают на берег, не текут потоки, то в застывшей тиши воды и
воздуха появляется даль другого неба, простирающегося в глубь водной глади
до самого его дна. Мы смотрим сквозь облака в синеву неба, где сияет Солнце.
Нам открывается второй, потусторонний мир, как это говорится в сказке о
госпоже Метелице, живущей на дне колодца. Кажется, что Земля растворяется
при встрече со вторым небом. Ее тяжесть исчезает. Переживая это событие, я
тоже начинаю чувствовать себя как бы в невесомости, теряю замкнутость и вес.
То, что открывается внизу, превращается в ясную картину космоса, которая
обычно находится наверху. Когда на бескрайнем морском просторе
устанавливался такой зеркальный покой, моряк испытывал чувство страха. Ему казалось,
что жизнь элементов природы, которая всегда в движении, как бы замерла.
Если мы смотрим на зеркальную поверхность, то она кажется угасшей,
застывшей и мертвой.
Дремлют воды. Недвижимый,
Словно скован кругозор,
И с тревогой корабельщик
Смотрит в сумрачный простор.
Иль не стало ветра в мире?
Мертвенная тишина.
Ни одна в бескрайней шире
Не шелохнется волна,
(Гете. "Штиль на море", пер. Н. Вольпина)
В одном отрывке в 2 страницы СОЛЖЕНИЦИН (1970) описывает, как
богобоязненный, смирившийся человек, которого он сравнивает со стоячей
водой, может быть бессамостным зеркалом Высшего (но не застыл ли он в этом
состоянии?).
Но почему именно вода может отражать и "опускать" небо в находящееся на
глубине изображение? Вода исчезает наверху, в подвижном воздухе, потом она
снова появляется и просачивается сквозь Землю; она собирается и
формируется под небом в изменчивую поверхность, беспрестанно соединяясь наверху и
внизу — подобно собственной отражающей поверхности.
159
2. Человек перед зеркальной поверхностью
Любая зеркально гладкая поверхность в определенном отношении лишена
телесности, она неземная: на ней нет мест, отличающихся друг от друга, нет
направлений; так в воде нет никакого сопротивления при медленном
движении. Стекло в результате тщательной полировки теряет земную шероховатость.
Металлические зеркала такие же гладкие, и, если погладить их поверхность,
мы не встретим сопротивления. С каждым движением полировального круга,
смазанного пастой с тонкими как пылинки крупицами оксида железа, с
поверхности исчезают всякие ложбинки и выпуклости. Возникает блестящая
поверхность, похожая на гигантский кусок кристалла. Она должна быть как
можно более гладкой, иначе появятся искажения, особенно удаленных форм.
Хорошо отшлифованные и крупные стеклянные диски носят знак качества,
который называется "кристально ровное зеркало". Таким образом, плоское
зеркало изгоняет нас из царства изменчивости и неровностей к
кристаллизованным идеальным поверхностям минералов и кристаллов.
Так называемое плавкое стекло, поверхность которого покрывается
расплавленным оловом и в настоящее время конкурирует со шлифованным зеркальным
стеклом, происходит от куска земли (оловянной поверхности), который сам по
себе уже является совершенным зеркалом для окружающего мира.
Расплавленное олово совершенно неразличимо на земной поверхности. По своим
зеркальным свойствам оно похоже на водную гладь, совсем исчезнувшую, а
потому невидимую.
Иногда кажется, что листья растений тоже отражают. Такие листья мы
называем блестящими. Их обычная зеленая окраска покрыта беловатой
"светлотой", которая исчезает, когда наблюдатель начинает смотреть на них под
другим углом. Здесь можно сказать еще о "направленно светлом" (см. оптику
в б-м классе). Но в "направленно светлом" растений на поверхности листьев
никогда не возникает зеркальных изображений. Только гладкие мокрые
поверхности камней, а также улицы под дождем указывают на переход от
"направленно светлого" к зеркальному. Точно так же поверхность
полированного стола позволяет увидеть отраженную в ней лампу, которая сначала
двоится, а если мы будем стоять далеко и пристально смотреть "сквозь стол",
то мы увидим тогда одну лампу. Так мы приближаемся к зеркальному
изображению.
Наглядным является опыт с белым порошком (Оп. 1), насыпанным на
поверхность зеркала. Сверху чуть в стороне закрепим лампу, заслоненную от
остального затемненного пространства. Начнем медленно сметать порошок с
зеркала. Покрытая порошком поверхность зеркала будет "сопутствующе
светлой", как мы говорили на уроках б-го класса.
Освобождая зеркало полоса за полосой от порошка, мы увидим, что зеркало
полоса за полосой становится темным. В другом же месте, на потолке, мы
увидим светлые полосы. Затем появится светлое пятно в форме зеркала. Со
своего места (наискось к верху) можно увидеть лампу, а точнее, сквозь "окно"
(ограниченное рамой зеркала) в пространстве за зеркалом. При этом сама зер-
160
кальиая поверхность будет невидимой, если, конечно, она не грязная, не
поцарапана и не запотела. Мы видим в зеркале позади лампы весь интерьер комнаты
(темные стены), как будто смотрим в окно. При этом ощутимое (зеркало)
невидимо, а видимое (то, что мы видим в зеркале) — неощутимо.
И даже если я приближу лампу к зеркалу, его поверхность останется
невидимой. Только стол, на котором оно лежит, и весь видимый в зеркале интерьер
станут светлее. Как мы можем видеть интерьер? Скажем иначе: не случится ли
так, что часть пространства моего окружения станет невидимой, абсолютно
пустой, если я не брошу на него свой взгляд. Поле зрения расширяется во все
стороны, куда я могу направить свой взгляд. Всегда, в каждом углу
пространства мы имеем свое "содержание зрения" (Ansichtsinhalt), даже если оно в
тумане. Поскольку зеркало само по себе невидимо, мы должны взять видимое
"содержание зрения" где-нибудь в другом месте. Это зависит, очевидно, от
моего положения в пространстве по отношению к ставшей невидимой
поверхности, из которой нечто "извлекается". Эта зависимость и есть закон отражения,
который мы собираемся постепенно исследовать.
Я не могу войти в "содержание зрения", увиденного мною в зеркале, как в
окне. И тем не менее в нем есть своего рода реальность: лампа, увиденная
мною внизу ("лампа, отраженная в зеркале"), освещает потолок моей комнаты
и создает светлое пятно, будто она светит сквозь окно, ограниченное краями
зеркала. Еще таинственнее будет, если подержать руку над зеркалом: появятся
две тени. Так как рука, так же как и ее отражение, отбрасывает тень только от
видимой в зеркале лампы (надо как следует это рассмотреть и подумать над
этим).
Таким образом, видимое пространство и осязаемое пространство
раздваиваются. Наивную ориентацию такая ситуация смущает, пугает. Появляются
призрачные формы, открывается окно в несуществующее... Автор
фантастического романа дает возможность путем отражения в зеркалах приблизить к
нам существ других планет, сделать их огромными и извлечь их из зеркальной
поверхности в наш мир, находящийся по эту сторону зеркала...
Наиболее наглядно можно продемонстрировать разъединение видимого и
осязаемого пространств на поверхности воды. Небо и без того нельзя потрогать
руками, а видимое в воде и не будет восприниматься как такой предмет, который
можно потрогать руками. А то, что небо открывается нам внизу, сразу лее дает
нам почувствовать необычность ситуации, поскольку мы живем в мире,
упорядоченном сверху вниз. Лежащее зеркало создает впечатление неопределенности,
однако его легко заметить, вертикально поставленное зеркало вводит нас в
заблуждение! Ведь, если я вижу в зеркале обычные предметы земной поверхности,
я могу подумать, что они там — неблюдаемые сквозь окно — существуют в
действительности. При этом они находятся в совершенно других местах.
Лежащее зеркало, поверхность воды погружают в иной мир. Для нас,
понимающих наблюдателей, подобное переживание с новой силой пробуждает образ
из сказки о госпоже Метелице. Зеркало на стене, наоборот, лукаво и коварно
представляет привычный нам мир, смещает вещи на неверные позиции,
отражает неверные места и многое другое. И если я в конце концов наблюдаю себя
161
в зеркале, вероятно даже любуюсь собой, я ощущаю себя как нечто
сформировавшееся, как узника моего физического облика. В чертах моего лица
отпечатались душевные силы и жизненные пути моего прошлого. Совершенно
иначе происходит, если я хочу увидеть себя не в зеркале, а хочу заглянуть
внутрь самого себя. Тогда я тихо обращусь в будущее, потому что я должен
быть душевно деятельным во внутреннем восприятии. Таким образом, внешнее
отражение самого себя в зеркале направлено против сил будущего и крепко
связывает нас с прошлым. И снова в сказочном образе мы видим зеркало на
стене, которое вызывает вражду, действует против Белоснежки, против того,
что существует для будущего, для молодого поколения. В "Фаусте" у Гете
зеркало передает взгляд в прошлое и вечное Елены ("Шабаш ведьм").
Вспомним "Короля Солнце" — Людовика XIV, который в зеркальном зале —
тогдашнем чуде техники с гигантскими зеркалами — провозгласил:
"Государство — это я!" В окружении придворных, лощеных министров и генералов,
уменьшенных в зеркальном изображении, — возвышался он в своем
застывшем величии. Мы видим, как расхождение между зрением и чувством движения
делает переживание проблематичным.
3. Кто знаком с зеркальным изображением?
Перед нами большое зеркало, установленное вертикально (Оп. 2а). Мы
видим в нем, как в окне, части комнаты. Это части той самой комнаты, в которой
мы находимся. Все, что мы видим в зеркале, мы можем увидеть позади себя,
если обернемся. Но сначала мы не поворачиваем головы, не ходим туда-сюда —
просто рассматриваем кажущееся пространство за "окном". Мебель, дверь и
вообще обстановка комнаты такие же, к каким мы привыкли. Все эти вещи
имеют более светлую сторону в направлении, откуда, очевидно, идет
невидимая для нас "светлота". Итак, это пространство так же последовательно
освещено, как это бывает в привычной нам комнате. Кажется, что с той и
другой стороны "окна" (зеркальной поверхности) видимое пространство с
точки зрения возможностей освещения — одинаково. И тем не менее что-то не
так. Если бы мы поставили зеркало перед собой на лугу в долине, то мы
увидели бы в нем ландшафт (аналогично тому, что находится позади нас),
который у края зеркала без перехода перепрыгнул на другой ландшафт
(лежащий перед нами рядом с зеркалом). У края зеркала общая картина
прерывается, как это бывает с обычным окном. Но здесь нет оконной рамы,
нет стен. Если я обставлю зеркало козырьками, т.е. построю в пространстве
справа и слева от него некую стенку, этот разрыв замаскируется, и тогда это
больше будет похоже на окно в комнате, где такой обрыв не является
неожиданным. Теперь я оборачиваюсь и смотрю на то, что осталось позади
меня: мое "окно" не открыло внутреннего (комната), я все еще стою на лугу.
Если я закрою стену позади себя, исчезнет увиденный мною в "окне" мир и
снова появится комната, зеркало становится окном между двумя комнатами.
Но обычно окна расположены между внутренним и внешним пространством.
162
А как раз с зеркальным "окном" подобное невозможно! Если должно появиться
наружное пространство (ландшафт), я нахожусь снаружи. А если я стою в
комнате, то передо мной появляется внутреннее пространство (комната). Для
наблюдателя, который различает переживания внешнего и внутреннего
пространства, зеркало не может быть обычным окном. Подобные ситуации
встречаются не часто. Мы просто думаем об окне, которое приоткрывает нам
нечто иное, например, как окошечко ъ кассе или вентиляционная дверь в
руднике. Итак, если мы приблизимся к зеркалу, то при переживании
достоверного окружения мы сможем заметить, что на ту часть мироздания,
которую мы видим, мы смотрим не через окно и не сквозь стеклянное отверстие,
которое находится между наружным и внутренним; искажение же мира,
окружающего человека, гораздо глубже, чем при наблюдении через окно.
До сих пор мы все время говорили об "окне", как будто обычного
зеркального изображения вообще не существует. Это правильно: то, что мы
видим в зеркале, не является плоскостным изображением, которое
находится на поверхности зеркала. Перед нами открывается пространство, которое
для нашего зрения простирается за зеркалом. Когда мы смотрим в глубь
(кажущегося) пространства внутри зеркала, происходит точно такая же
аккомодация глаза и точно такое же схождение оптических осей при
бинокулярном зрении, как и при отсутствии зеркала. Здесь мы можем
проделать множество разнообразных опытов (Оп. 2в). Но это потустороннее
пространство имеет не только пространственную глубину, для зрения оно
подобно самому обыкновенному пространству. Мы видим, что освещение и
глубина потустороннего пространства, а также порядок расположения
вещей, находящихся ближе и дальше от наблюдателя, точно такие же, что и у
пространства, находящегося по эту сторону. Я поворачиваю голову и вижу
то же пространство. При этом все предметы, которые я видел в зеркале,
находятся точно на таком же расстоянии. Если я буду быстро двигаться
вдоль зеркала, то все, что стоит по ту сторону "окна" (зеркала) на близком
расстоянии, т.е. находится близко от меня, останется на месте, сильно
удаленное будет двигаться вместе со мной. И даже край зеркала закономерно
включается в этот процесс: если я двигаюсь в левую сторону, то передо
мной открывается новое поле зрения справа. При движении наблюдателя
этот различный характер перемещения далеких и близких видимых
объектов можно (и должно) наблюдать во время прогулок совершенно независимо
от исследований зеркала. Только тогда станет ясно, что представляет собой
пространство, которое предстает нашему глазу в зеркале. На поверхности
зеркала мы не видим изображения. Не существует никакого зеркального
изображения, существует только зеркальное пространство.
4. Потусторонний ящик
Тот, кто изучает зеркало, прежде всего спросит: какая связь существует
между зеркальным изображением и тем, что мы видим, — "действительными"
163
(реальными) предметами? На этот вопрос нельзя ответить просто: "Мы видим
то же самое, только в зеркале". Сначала мы должны осознать, что же мы все-
таки видим. При этом мы не будем употреблять давно укоренившийся термин
"зеркальное изображение", вместо него мы будем говорить о зеркальном
пространстве. Мы назвали его "потусторонним". Оптически оно вполне
совершенно, но с точки зрения посюстороннего принципиально недоступно —
и потому потусторонне.
Если несколько человек сидят перед зеркалом, то по ту сторону они видят
соответствующую мизансцену. Мы для начала не будем задаваться вопросом:
какая связь может существовать между потусторонними людьми и людьми,
находящимися по эту сторону зеркала, — подобие или тождество? Сперва
спросим: выглядят ли все находящиеся в зеркале одинаково? Конечно, нет. Край
зеркала отсекает обзор потустороннего пространства по-разному: что-то
закрывает, что-то, сбоку, открывает. В центре потустороннего поля зрения, т.е. то,
что видит в зеркале сидящий в центре, имеется широкая зона, которую видят и
все остальные. Сбоку иначе: и можно убедительно представить себе, что
каждый из смотрящих в зеркало имеет в потустороннем видимом пространстве
свой "ящик", в котором прячется от других то, что он видит сам. Это видимое
им пространство начинается у поверхности и уходит в глубь зеркала, в
бесконечность. Боковые стенки "ящика" образуют плоскости, которые определены
местом наблюдателя и ограничены краем зеркала (плоскости показаны
пунктирными и сплошными линиями). Другой наблюдатель будет проецировать
свой "потусторонний ящик" у лее в другое пространство.
ТогпУсторо„Ний
.___ Зеркало
Рис. 23. "Потустороннее" пространство, ограниченное четырьмя
плоскостями
Если зеркало у нас без рамы, то потустороннее пространство начинается без
промежуточного пространства там, где край зеркала отрезает посюстороннее
пространство, находящееся за зеркалом. Между ними не существует мертвой
зоны: потустороннее находится без перехода в посюстороннем; и это
потустороннее для всех наблюдателей (находящихся в разных местах) одинаково. Если
наблюдатель перемещается, его "потусторонний ящик" движется вместе с ним,
смещается через все еще видимое посюстороннее, и при боковом (косом)
взгляде этот ящик сдвигается, становится уже, уменьшается и исчезает, если мы
заходим за зеркало, т.е. его удлиненная плоскость прерывается. Поэтому
никто не может войти в свое собственное потустороннее и тем самым — из-за
того, что он может видеть только свое собственное — никогда не сможет войти
164
ни в какое чужое потустороннее. Чем ближе мы подходим к зеркалу спереди,
тем шире становится "потусторонний ящик" вдали, тем шире становится
основание усеченной пирамиды, тем площе оно становятся, и в конце концов
полностью занимает половину пространства. Большим потустороннее
пространство, начинающееся с плоскости зеркала, уже не станет.
То, что мы до сих пор называли потусторонним, есть существующее в себе
самом видимое пространство за поверхностью зеркала. Если мы оглянемся
вокруг, мы не увидим отличий от посюстороннего. И возникает вопрос: каким
образом потустороннее пространство переходит в зеркальную поверхность, а
затем в посюстороннее пространство? существует ли какое-либо
промежуточное пространство, скачок в оптических взаимосвязях?
5. Посюстороннее исчезает
Существует простой, но впечатляющий опыт (впервые его поставил Фриц
ЮЛИУС в 60-х годах в Голландии, он описан вновь Иоганнесом Кюлем в
предисловии к книге Юлиуса "Введение в оптику" в 1984 году).
На стол, покрытый белой скатертью, ставят перед зеркалом зажженную
свечу, а еще ближе к зеркалу — деревянную фигурку (например,
щелкунчика). Тени, падающие на поверхность стола с той и с этой стороны, преломляются
на границе поту- и посюстороннего (Оп. 2с).
Зеркало
Рис. 24. Свеча и отбрасывающее тень тело перед зеркалом в опыте
Юлиуса
Получается так, как будто на одном столе — о зеркале можно полностью
забыть — стоят две свечи и две фигурки. На одной части стола лежит особенно
глубокая тень, глядя от которой мы видим, что одновременно прикрывают:
посюсторонний щелкунчик — посюстороннюю свечу, потусторонний щелкун-
165
чик — потустороннюю свечу. Эта двойная тень всегда расположена
симметрично па границе (на рис. слева). Отсюда мы можем вывести известный нам
закон тени: всегда темнее то место, с которого видно меньше "светлого", чем с
соседнего. Например, в данном опыте не видно свечи. Проверим этот закон п
в потустороннем пространстве, как если бы можно было в нем оглядеться
вокруг. Сначала такое требование кажется смешным. Но мы можем бросить
взгляд из потустороннего очень легко, если сначала используем эффект,
который позднее также подвергнем исследованию: мы можем в потустороннем
делать то же самое, что делаем но эту сторону. Итак, мы отсылаем
исследователя по эту сторону н просим его медленно двигать своей головой вдоль стола,
при этом он может сообщить нам, когда посюсторонний щелкунчик закроет
потустороннюю свечу. Мы проверим, находится ли его лицо в данный момент
в тени. Тогда одновременно на той стороне также появляется исследователь.
И этот заговорит, и мы сможем услышать его высказывание и одновременно
увидим его лицо, находящееся в тени. По ту сторону и ио эту все происходит
одинаково. Сначала мы можем подумать, что потусторонний исследователь
ошибается, когда говорит: "Посюсторонний щелкунчик закрыл от меня
потустороннюю свечу". Ведь это был потусторонний щелкунчик, который что-то
от него закрыл. Наше мнение справедливо лишь в том случае, если мы имеем
в виду паше посюстороннее положение. Л потусторонний наблюдатель говорит
верно лишь тогда, когда его посюстороннее пространство находится там, но
ту сторону, а мы для него — потусторонние. Для чистого зрения различий в
местоположении не существует. Поэтому отбросим понятия "посюсторонний"
и "потусторонний". На данном этапе наших исследований мы будем говорить
просто о "пространстве А" и "пространстве В". Конечно, у нас сохраняется
такое чувство, что пространство А все-таки отличается от пространства В, одно —
"действительное", а другое — всего лишь "кажущееся". По мы не будем
останавливаться на этом чувстве, отбросим его и обратимся к восприятию.
Для сомневающихся используем следующее:
1. Может быть, пространство, существующее ио эту сторону, характеризуется
тем, что в нем можно передвигаться? Мы уже видели: и в потустороннем
пространстве каждый может передвигаться чисто оптически, в рамках
оптических законов, отбрасывать тень и т. д.
2. Может быть, плоскость зеркала образует непроницаемую границу для
всех посюсторонних движений, которые отличаются от потусторонних?
Например, я могу стучать только ио эту сторону зеркала. Конечно,
каждый мир полностью замкнут в своих телесных перемещениях. По не
существует движений, которое возможны были бы только здесь:
одновременно кто-то ударяет но зеркалу с той стороны. Да, это кажется
невозможным, дотронуться до зеркала отсюда, ио мой стучащий по
зеркалу палец стучит не ио поверхности зеркала, а по пальцу, который
стучит с другой стороны!
Даже ощущение гладкости зеркальной поверхности базируется, ио всей
вероятности, только иа продолжающемся контакте с движущимся потусторонним
пальцем. И если коснуться стекла зеркала, ощущение холода значительно
166
ослабляется благодаря зеркальной фольге. У лее приближаясь к зеркалу, мы
ощущаем лучистое тепло, которое, как кажется, исходит от руки, протянутой к
нам с той стороны (действие спасительной фольги). Впечатление тепла при
касании может создать также теплопзолятор, например стиропор, который
защищает зеркальную фольгу сзади, но переживания полной теплоты крови
достичь все-таки не удастся.
Пас может также мучить вопрос, равно ли расстояние между предметами,
видимыми нами по ту сторону, расстоянию по эту сторону, не сдвинуты ли
предметы, одинаковой ли они величины? Тогда для сравнения их размеров
можно будет перенести потустороннее тело и поставить его рядом с
посюсторонним. По так не бывает! Тогда можно сделать по-другому. Приложим к
зеркалу с этой стороны дюймовую линейку. Точно такая же лежит по ту
сторону у "окна". Мы можем приложить обе линейки друг к другу. Их
сантиметровые деления полностью совпадут. Нам могут возразить:
«Потустороннее равно посюстороннему только в двух измерениях — снизу вверх и в
сюропу, по в третьем измерении — в пространственной глубине потустороннее
пространство может оказаться искаженным, сплющенным». Ответом на этот
вопрос станут непосредственные наблюдения. Продолжим наш стол вперед (Оп.
2) на такое же расстояние, что и в отраженном пространстве, его длина — мера
для сервировки сюла на 6 персон! Тогда зеркало продолжит мир видимых
вещей в зеркальном пространстве. Но это молено будет увидеть только в том
случае, если мы не будем постоянно ощупывать зеркало руками. (В осязаемом
пространстве возможно некое измерение, но оно мало что нам скажет, так как
здесь предусматривается соединение осязаемого и видимого пространств, как в
посюстороннем пространстве, например при боковом смещении.)
Установим перед зеркалом, например, стойку солнцезащитного зонтика или
что-нибудь подобное. По ту сторону появляется такой же предмет в форме
палки. За зеркалом поставим второй посюсторонний предмет, который тоже
стоит вертикально и такой лее высоты, что и тот, который виден в зеркале.
Этот второй посюсторонний предмет возвышается над зеркалом. Он находится
в области "потустороннего ящика" наблюдателя (в пространстве, перекрываю-
идем зеркало в так называемом "заднем плане"), следует двигать его (смещать
туда пли сюда) до тех нор, пока при перемещении наблюдателя, если он
перемещает свою голову то в одну, то в другую сторону, он не остановится
непосредственно над первым потусторонним предметом, и тогда на заднем
плане молено будет измерить расстояние от потустороннего предмета до зеркала.
Оно точно совпадает с аиологичиым расстоянием перед зеркалом.
6. Только кровь нас спасет
Итак, если мы ограничимся одним только зрением и всерьез воспримем
увиденное, то при последовательной проработке отношений мы придем в
некоторое замешательство. Об этой неуверенности говорит Конрад Фердинанд Мейср
и своем стихотворении (1882):
167
ПОЛЕТ ЧАЕК
Вижу чаек, у скалы кружащих,
Тот же круг без устали чертящих,
Распластав в невидимом усильи
Белизной сверкающие крылья;
В тот же миг, взглянув на гладь морскую,
Увидал я в глубине зеленой
Гонку крыльев, в точности такую ж,
Вкруг вершины той же — отраженной.
И в зеркальной ясности движенья
Точно так же крылья поднялися
В глуби моря, как в небесной выси:
Не понять, что явь, что отраженье.
Видимость и сущность схожи страшно!
По спине моей пошли мурашки;
Я тогда спросил себя на пляже,
Видя крылья в призрачном мираже:
Ну, а сам ты? Вправду ль окрыленньш?
Или только образ отраженный?
В миражах и ты кружишь, быть может?
Или кровь в твоих есть жилах все же?
(Пер. Л. Фельдмана)
Стихотворение кончается вопросом: как мне вести себя? как мне относиться
к истинному моему существу, когда я вижу отражение в зеркале? (В 7-м классе
вообще не стоит пробуждать скепсис в отношении существования. Тогда мы
предъявили бы слишком высокие требования к мыслительным способностям
детей. Стихотворение приводится лишь для того, чтобы мы смогли
сопереживать человеку в его поисках своего места в видимом им мире, искаженном
зеркальным отражением.) Я должен обратить внимание на* кровь, на силу.
Последняя строка в 1881 году звучала так: "Но есть ли сила в твоих взмахах?"
(итак, вместо слова "кровь" слово "сила").
Я должен прийти к тому, что я внутренне уверен: здесь присутствует мое
тело, которое я одновременно изнутри согреваю теплом и кровью, когда я, как
в зеркале, вижу других людей. Итак, если я держу одну руку перед зеркалом,
хватаюсь за что-то, в то же время в потустороннем появляется подобная рука,
и если в этом движении и в этот момент эта рука встречается с моей рукой, то
я должен спросить себя: "Одной или двумя руками я двигал? Которое из двух
тел принадлежит мне, в каком из них я знаю себя изнутри и которое близко
тому, другому, потустороннему человеку, в ком я себя не знаю?"
Это происходит благодаря низшим чувствам — чувству движения и чувству
равновесия. Благодаря им я знаю, что внутренне я даю импульс движению
посюсторонней руке, а не потусторонней. Я знаю, что я должен видеть эту мою
посюстороннюю руку в определенном положении определенным образом. Если
я ее заложу за спину, она исчезнет. Если я подниму ее вверх или отведу в
сторону, назад, то, чтобы все это увидеть, я должен буду повернуть или
поднять голову. Это неприменимо к "потусторонней" руке.
168
Я вижу мое потустороннее изображение снаружи, с некоторого расстояния.
Мое посюстороннее я вижу очень ограниченно. Но я знаю, что оно подчинено
моей воле. Таким образом, я могу различать эти два мира. Я отказываюсь от
чисто оптических категорий.
По в стихотворении есть еще один вопрос: я, как посюсторонний, телесный
человек, завишу ли от качества отражаемых явлений? Может быть, вообще ист
никакого моего присутствия? Отсюда возникает еще один вопрос: сколь далеко
человек с его высшей сущностью самостоятельно проникает в свое телесное
существование? Или он движется вокруг, ведомый также кем-то, и не имеет
собственной сущности, как зеркальный образ в зеркальном пространстве?
Поскольку из феноменов мы сможем определить четкое различие между
тем, что мы видим с этой стороны, и тем, что мы видим по ту сторону — но
только с помощью наших внутренних чувств (равновесия и собственного
движения), — целесообразно задать вопрос о возникновении "изображения".
II. СТРУКТУРЫ ЗЕРКАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИИ
1. Закон отражения в предварительном виде
До сих пор мы все время спрашивали, насколько похожи потусторонние
явления (наблюдаемое в зеркале) и явления по эту сторону (наблюдаемое
непосредственно)? Не полностью ли они идентичны? Видим ли мы то же самое?
Нет. Во-первых, потустороннее мы всегда видим из другой точки наблюдения, и,
во-вторых, лево и право в зеркале мы видим наоборот. И хотя полное равенство
явлений невозможно, между ними существует тесная закономерная связь. Как ее4
можно сформулировать? Сначала мы должны спросить следующее: откуда
можно рассматривать предмет, находящийся на этой стороне, чтобы он выглядел так
же, как потусторонний, т.е. видимый в зеркале с этой стороны.
Для этого проведем еще одни эксперимент — лучше всего самый обычный.
Поместим горизонтально зеркало без рамки и положим на него несколько пальцев.
/Л Рука
Вид спереди, /
скользящий
взгляд / Зеркало
М~
Рис. 25, Переход от предмета к отражению при очень пологом угле зрения
Наблюдатель, который смотрит на зеркало сверху под наклоном, видит
отраженные пальцы с другого направления, чем те, которые видны непосредственно.
Он, например, не видит кончиков отраженных пальцев, так как смотрит под
другим углом. Но для того, кто смотрит на зеркало спереди, почти скользя но нему
169
взглядом, потусторонняя и посюсторонняя группы пальцев равны, потому что он
видит их с одного направления. Он видит почти симметричную картину. Когда
кончаются перпендикулярные границе зеркала видимые линии, в нашем случае —
края пальцев, то те же краски и та же "светлота" без какого-либо скачка переходят
в зеркальное изображение. Граница с потусторонним будет невидимой. С малого
расстояния у края зеркала мы видим двойную абсолютно симметричную картину.
Это происходит не только на серебряных пластинах и непосредственно
отражающих поверхностях; нормальное зеркало, покрытое сзади амальгамой, также дает
отражение от наружной стеклянной поверхности при косом угле зрения. Это и
есть ясный природный принцип. Вода, и вообще все влажное, при скользящем
взгляде дает почти идеальное отражение. Для наблюдателя, садящего на
корточках на берегу пруда, вода в пруду у его колен довольно прозрачная, но в отдалении
она металлически зеркальна. Если еще ближе склониться к воде, можно увидеть
цвета зеркального изображения столь же насыщенными и светлыми, как и цвета
оригинала. Но для непредубеждешюго взгляда симметричное положение
потусторонней картины по отношению к посюсторонней сохранится при любом угле
зрения; мы видим просто, что потусторошше предметы соответствуют
посюсторонним предметам по вертикали, даже если в потустороннем мире имеют другой
вид, т.е. если мы их видим под другим углом (Оп. 3). И тогда через множество
таких симметрии перед памп откроется, в идеальном случае, невидимая
плоскость симметрии — поверхность зеркала. С помощью одного только чистого зрешш
эту зеркальную поверхность мы можем распознать лишь благодаря симметрии.
Зеркальная поверхность делит — для осязаемого пространства — точно по
вертикали и точно в центре лшшю соедшгения предметов, удвоенных с помощью
зеркала.
Итак, чтобы увидеть то, что находится рядом со мной по эту сторону, так,
как я это вижу в зеркале по ту сторону, я должен сам переместиться в
положение за зеркалом, которое находится напротив моего теперешнего положения, —
и удалиться от зеркала. Еще раз: прежде всего я могу представить себе объект,
находящийся по ту сторону, вертикально перемещенным через зеркало па эту
сторону (не принимая во внимание, что левое и правое меняются местами).
Тогда, убрав зеркало, мы будем иметь тот же угол зрения. Если смотреть сверху,
получим следующий порядок:
А потом
Рис. 26. Наблюдение из
А* V ЯР
0*^, ч . положения напротив
•*' ' \ Д'-.
* ß '
|| '
2 к ! — — Зеркало
IV.
170
*Ч
Л сначала
"А" стоит (сверху мы видим голову и плечи) рядом с "В" перед зеркалом.
"А" видит "В" или по эту сторону в направлении а в профиль (он видит ухо
"В"), или "А" видит "В" как "В"' по ту сторону (направление взгляда ß), но
скорее в анфас (он видит его глаза). Теперь, для того чтобы увидеть "В" на
этой стороне под тем же углом, под которым он видит его по ту сторону, "А"
должен перейти по вертикали на место за зеркалом, как раз напротив. Он
должен быть отдален от зеркала на такое расстояние, чтобы иметь вид у. Не
является ли подобный закон прафеноменом?
2. Смена правое—левое
К сожалению, найденный закон отражения мы до сих пор не можем
объяснить чисто оптически, основываясь только на зрении. Он скорее базируется
на расчетах (расстояниях), а также на перемещении предметов, а не только
на элементах видения. Кроме того, это всего лишь половина истины: ведь все
отраженное трансформировано слева направо и справа налево. Тот, кого мы
видим по ту сторону, например "В'" (рис. 26), поднимает левую руку, если
"В" будет поднимать правую. И нет никакой возможности увидеть "В" с
какой-либо стороны посюстороннего пространства, где можно было бы
сделать так, чтобы левая рука стала правой, как у "В"' в потустороннем
пространстве.
Если мы не можем, таким образом, избежать выворачивания явления
влево—вправо, попытаемся отказаться от пего, чтобы спасти зеркальный закон в
его самой простой форме, о которой мы уже говорили выше. Может быть, мы
скажем: "У того, кого мы видим по ту сторону, у "В"', которого мы видим в
потустороннем пространстве, не пропало н не появилось ни одного пятнышка,
ни одной веснушки на лице, которых мы не видели бы у "В" под
соответствующим углом у. Правый и левый поворот — это лишь маленькое дополнительное
осложнение, на которое мы можем просто не обращать внимания". (В 1978
году профессор физики Давид Эмиль Томас (США) запатентовал зеркало
седлообразной формы, т.е. двояковогнутое, которое на определенном
расстоянии дает боковое изображение без смены правого—левого.)
Давайте лучше посмотрим, что означает смена правого на левое для
рассматриваемых предметов.
Известно, что левая перчатка превращается в правую, только если
вывернуть ее наизнанку. И тогда все швы выйдут наружу. Руки же наши мы
никак не сможем перевести и превратить одну в другую. Если мы все же
захотим вывернуть человека "наизнанку", сделаем следующее: поставим его
рядом с пластиной той лее высоты. И каждый кусочек его тела перенесем по
другую сторону от этой пластины. Точно напротив. Тогда левое плечо
передвинется и станет правым. Все тело внутри будет разбито, все как бы будет
пронизано всем. Это неосуществимо, по крайней мере по отношению к чему-
либо целостному.
171
Пятно
на теле
Пятно
на теле
Первоначально
Вывернуто
Рис. 27. Смена право—лево
Такое "переделывание" мы можем попробовать на яичном белке, вытягивая
его таким образом, что задняя часть при вытекании переходит вперед. В конце
концов местами поменяются только маленькие кусочки слизи, но никогда ни
одна маленькая часть яичного белка не превратится в зеркально отраженную.
Никогда мы не сможем реально осуществить процессы течения жидкости, при
которых произошла бы упорядоченная смена правого — левого всех
мельчайших порций жидкости. Выворачивание наизнанку возможно лишь для
двумерного, например бесконечно тонкая перчатка. Итак, мы должны заняться
сменой правое —левое и попытаться объяснить это.
Каждый может задаться вопросом: почему зеркало меняет местами только
лево и право и никогда верх и низ? Здесь надо поразмыслить: какие формы
как таковые могут иметь правую и левую стороны? Например, идеальная
голотурия (морской огурец), имеющая ротовое отверстие впереди, — своего
рода валик, имеет осевую симметрию, и поэтому нельзя сказать, что у нее
находится справа, так как у нее нет правой и левой стороны. Если же мы
возьмем ее в руки как-нибудь иначе, правое станет левым. Только если к
переднему — заднему добавить еще и верх —низ, например маленький спинной
плавник, можно будет распознать правую сторону тела при любом
положении. Только если тело имеет две различных стороны {изнутри), можно
установить третью сторону. Если форма спереди иная, чем сзади, а наверху
иная, чем внизу, то эти два различия всегда позволят нам отличить правую
сторону тела от левой. Это различие происходит не потому, что правая
сторона чем-то отличается от левой. Мы говорим преимущественно "право" и "лево",
даже если не существует никаких внешних признаков, отличающих их друг
от друга, только мысленное упорядочение по отношению к другим
направлениям, установленным уже с помощью каких-либо других отличий. Что это
за мысленное упорядочение? Представим себе правый винт, который
вкручивается в предмет при поворачивании сверху направо на четверть оборота, а
левовращающийся винт — налево (при заворачивании вперед —
"подтягивании"). Первичная форма трехмерных различий при максимальной
172
идентичности — это правый винт и левый винт. Других винтов не бывает.
Различие правого и левого как таковых заключается в направлении
вращения. Только благодаря направлению вращения мы приобретаем уверенность,
когда мы на основе переднего — заднего и верхнего — нижнего схватываем
правое—левое. Если я изменю свое положение по отношению к другому
человеку, который стоит сбоку от меня, чтобы проверить, какая из его рук правая,
мне придется это проделать с помощью правого поворота, например с
помощью незначительного движения руки.
Выводы: право и лево не являются внешне у станов ливаемыми
направлениями в пространстве, составляющими одно из трех измерений евклидова
пространства. Они не содержатся во внешней форме, а служат для определения
различий этой формы независимо от положения по отношению к внешним
направлениям пространства. Соответствующей форме приписываются внутренние
винтовые направления. Мы говорим все время: "писать", "вращать", "двигать".
Здесь речь идет о дополнительной деятельности, которая происходит во
времени. Таким образом, различия право —лево указывают не на внешние
конфигурации пространства, а несколько созвучны тому, что связывает нас со
временем. Но являются ли правое—левое противоположными во времени?
Прежде чем перейти к этому очень сложному вопросу, давайте продол жим
разговор о пространственных отношениях.
Итак, для того, чтобы использовать различия между правым —левым, тело,
над которым мы должны все это проделать, должно получить некоторые
предварительные пространственные ориентиры. Тело должно обладать присущими
именно ему отличительными признаками, в двух перпендикулярных друг
другу измерениях. Яйцо не имеет правой и левой сторон, но если на каком-либо
теле мы видим различия в нескольких направлениях, то тогда возьмем его и с
помощью одного различия обозначим верх —низ, а другого — спереди —сзади:
например самолет. Возьмем систему координат и произвольно подпишем
направления "вниз" и "вперед":
"вниз"
^вперед"
вправо!
Рас. 28. Три пространственных направления
173
Тогда третья стрелка в точно определенном направлении укажет "направо".
Если я захочу изменить одно из направлений, например "вниз" или "вперед",
то в любом случае право и лево поменяются местами. Если я изменю одновре-
мешго оба направления, то направление право—лево сохранится. Мы повторяем
вопрос: «Почему зеркало меняет местами правое и левое, а не верх и низ, хотя
оно как плоскость распространяется в пространстве одинаково вверх и в
стороны?» Сейчас мы можем сформулировать первую часть ответа. Внешние
пространственные измерения в этой плоскости вообще не изменились.
Например, если я смотрю прямо на север и именно там находится зеркало, тогда то,
что направлено на восток от меня, и в зеркале будет направлено на восток от
моего зеркального изображения, так же как все, что расположено вверху и
внизу. Все связующие линии между предметами в зеркальном пространстве,
если они идут параллельно зеркальной поверхности, указывают в ту же
сторону горизонта, что и в посюстороннем пространстве.
Но вы спросите, каким же образом зеркало может вообще переворачивать?!
Сначала остановимся на внешних, измерениях. Я стою перед зеркальной
стеной, которая простирается с запада на восток. Я поднимаюсь по лестнице вверх,
и тот, кто находится по ту сторону, делает то же самое. Если же я иду на север
(приближаясь к зеркалу), то потусторонний не идет также на север (в том же
направлении в пространстве), он не поворачивается назад, он идет ко мне, а
значит, к югу!
Cgf> .}:•.. Восток
Юг
Север
СОЬ .::.• Восток
Рис. 29. Изменение одного из трех направлений
Итак; одно из внешних направлений пространства изменилось на
противоположное. Потусторонняя личность будет двигаться в противоположную
сторону. Но для этого не нужно движение, так как уже расположение
показывает: с одной стороны к северу обращена передняя сторона тела, а с другой
стороны — задняя. Тело, увиденное мною в зеркале, меняет свое направление
относительно направления верх —низ. Это может означать, что в указанной
выше системе координат право и лево меняются местами.
Зеркало
174
Попробуем представить все это следующим образом:
1. Я могу представить себе конструкцию из трех линий:
2. Я могу для каждой линии установить определенное направление.
Например, я выбираю:
вверх
вперед
в противоположную,
сторону
> вбок (вправо)
назад
Рис. 30.
3. Я принимаю здесь правый винт — он вкручивается вперед, если я вращаю
им сверху "вбок" (в отношении вверх и вперед). Из-за того, что винт
правый, "боковое" оказывается правым, с чего я и начинал.
4. Затем я произвольно "заднее" делаю передним — и опять делаю правый
винтовой поворот, на этот раз в другую сторону, т.е. туда, где прежде
было "заднее". Тогда я должен буду вращать сверху в противоположную
сторону. Итак — теперь "право" находится с противоположной стороны.
5. То же самое происходит с воображаемым вшггом: если я ввинчиваю винт
в зеркало, в зеркальном пространстве, направление вперед фактически
переворачивается и я вижу там левовращающийся винт. Если я его
поворачиваю вперед по направлению от зеркала, то, значит, это та сторона,
175
которая в результате поворота от верхнего положения на Х/А оборота
становится "левой".
6. Если я на предыдущем рисунке "вниз" обозначу как "вверх", то "вбок"
больше не будет правым, мы должны будем назвать его левым, так как
тогда мысленный правовращающийся винт будет вращаться в
"противоположную сторону" от нового "верха".
Решение проблемы зеркального поворота — если все предыдущие рассуждения
понятны — очевидно: я иду вперед к зеркалу, и потусторонний человек идет мне
навстречу и обращен ко мне лицом. В этом заложено все: поменялось внешнее
направление, и вместе с ним поменялись местами лицо и спина. Тогда вхгутреинее
соотношение направлений изменяется: вкручивающийся винт меняет свое
направление. 51 могу также положить перед зеркалом реальный BiniT в любом положении,
но в зеркальном пространстве я обязательно увижу его перевернутым, в этом и
заключается вся проблема. Можно (и нужно!) выбросить винт.
Это гетевский метод: познание не с помощью аппаратуры, а через
внутреннее переживание.
3. Зеркальный закон с точки зрения чистого зрения
После того как мы достаточно глубоко познакомились со сменой правое —
левое и поняли, что это неотделимое качество изображения, создаваемого
зеркалом, перейдем к изучению зеркального закона.
Зеркало
А
Рис. 31. Взаимное расположение двух объектов в посюстороннем
пространстве
Откуда следует смотреть на посюсторонний предмет "В", чтобы видеть его
так, как "А" посюсторонний видит потустороннего "В"' в зеркале? В любом
случае "А", как это показано на рисунке, должен переместиться по вертикали,
т.е. за зеркало, на место "А"' и тогда он — отойдя от зеркала — будет иметь
правильный угол зрения. Но он увидит "В" по сравнению с "В"' иначе
(правое—левое поменялись местами).
176
Давайте поразмыслим над тем, что увидит тот, кто стоит на месте "А"'. Это
ведь именно то место, в котором "В" видит "А" стоящим в зеркальном
пространстве, с измененным правым—левым. Итак, "А" совсем не нужно заходить за зеркало,
так как там уже есть потусторонняя (недосягаемая) область, которая совпадает с
задним планом посюсторонней (досягаемой) области. Эта область уже
просматривается наблюдателем — наблюдателем "Л"'. Все персоны, наблюдаемые в зеркале4,
находятся в стране, где для приветствия протягивают левую руку и вообще все
делают левой рукой (завинчивают, режут, пишут). Это постоянно можно
наблюдать у всех потусторонних людей. Итак, если нормальный потусторонний "А'"
идет к посюсторошшму "В" с протянутой для приветствия левой рукой — он
назовет ее для себя правой, — то он видит напротив себя человека, который протягивает
ему не ту руку, па пашем языке — правую, и называет его левшой, с отклонением
от нормы. Но как будет разочарован "А"' когда он постепенно начнет понимать,
что все потусторошше люди (для нас они посюсторонние) используют не ту руку,
не тот визирный глаз, не ту толчковую ногу.
Прежде чем покинуть это проклятое зеркало (со вздохом облегчения),
сформулируем все увиденное нами в виде закона, обычного зеркального закона.
Содержание зрения в "отверстии" зеркальной поверхности, ставшей
невидимой, у лее описано нами выше.
Все, что наблюдатель видит в зеркале, совершенно идентично тому, что
видимый в зеркале наблюдатель видит в пространстве перед зеркалом, т. е.
в его зеркале.
Таким образом, зеркальный закон — поскольку он ограничивается
высказываниями о чистых взаимосвязях видимого — сам имеет форму зеркального
изображения. Он касается не только посюстороннего. Это имеет смысл лишь
для того, кто хочет с пониманием упражняться в том, что он сам видит, а не в
том, что он может сконструировать. Впрочем, стоит попытаться однажды
восстановить все мыслительные ходы этого зеркального закона в применении к
собственному зеркальному изображению...
Конрад Витц (1400—1445), первый пейзажист европейской традиции, в своей
картине "Христофор" сумел использовать зеркальный закон (Музей искусств
в Базеле. Плохо отреставрирована). Отраженная в воде капелла изображена
таким образом, как будто Конрад Витц смотрит из так называемого
потустороннего, из глубины вод наклонно вверх на здание так, как его видит
нарисованный им монах.
Микеланджело в росписях "Сикстинской капеллы" воплотил в
художественной форме проблему правого — левого при изображении сотворения Адама.
В этом и других произведениях искусства угадываются связи (Ausgesetztscm) с
узаконенным и развивающимся, с упорно стремящимся вперед и сохраняющим
старое, можно также сказать, с духом и душой, с женским и мужским.
Возникают вопросы о цели жизни и происхождении человека. Смена же лево — право
при рассмотрении этих картин в диапроекторе выглядит чем-то
отвратительным. То, какое значение для человека, его легких и сердца, имеет проблема
право —лево, в рамках этой книги может быть лишь вскользь упомянуто.
Последнее напоминание: человек с правым, поменявшимся на левое, т.е.
177
человек, которого мы видим в зеркале, будучи личностью, устремленной
вперед, будет глубоко оскорблен, если его начнут действительно воспринимать
искривленным и перевернутым.
Глубокое описание, касающееся опытов с зеркалом, можно найти в книге
ФИНН (1977а).
4. О критике "потустороннего" возникновения
изображений
Термин, введенный мною, который раздражает своей близостью к мифологии,
так называемое "потусторогагее", следует из оптики изъять. Однако мне
кажется, что он очень помогает постичь истинное переживание зрения как
действительность мироздания. В настоящее же время больше думают в
представлениях. Слово "потусторошшй" помогает привести мышление в соответствие
с восприятием. Слово же это можно отклонить не из-за его многозначности, а
просто потому, что зеркало вообще ничего не открывает (взгляду по ту
сторону). Скорее оно, как плоскость, ставит преграду нашему взгляду и не дает
увидеть всесторонность мира. Как мы уже говорили в самом начале, при
чтении стихов, зеркало не создает новых видов, которые обогащают картину, оно
дает застывшую обитую картину. Оно не оживляет, а искажает общий вид, ведь
само оно не что иное, как застывшая мертвая поверхность.
В персидской мистике рассказывается о существовании противообраза мира,
в котором правое и левое поменялись местами. Ои существует независимо и
создан особым образом. Он ориентирован не вперед (направо), а назад
(палево), и кажется, что ои тайно пронизывает наш мир.
В зеркале этот спрятагашй мир выходит наружу, например на поверхности
воды появляется отражение персидских храмов. Обратите внимание: зеркало
как очки в иной, противоположный мир? Но физик будет разочарован. Если
речь идет о факте, интересном с точки зрения духовной истории человечества, то
для современного естествешюнаучиого рассмотрения он малоинтересен, так как
при этом зрительное переживание объявляется следствием некоего
мифического потустороннего мира. Вместо того чтобы исследовать весь круг явлений,
связанных с зеркалом, видимое представляется как следствие некоего готового
произведения, которое можно только представить, вовсе не задействовав свои
чувства, и которое затем снова обнаруживается предметно. Для понимания
какой-либо вещи мало проку в абстрактном высказывании: "это было когда-то
создано" (ШТИРЛЕН, 1976).
Итак, зеркало ничего не открывает. Все, что оно показывает, искажено.
Возникновение изображений в зеркале происходит в три этапа:
1. Мы смотрим, скользя взглядом, например, когда держим голову
вплотную к водной поверхности и получаем симметричную картину. Видимый
предмет подходит вплотную — зеркально, отражается, между ним и
изображением нет перехода. Этот случай типичен для зеркальной
поверхности воды и менее типичен для зеркала, висящего па стене.
178
2. Мы смотрим наклонно, под углом около 45°. По сравнению с
предыдущим случаем предмет в зеркале кажется удаленным гораздо сильнее.
Предмет и его зеркальное отражение удалены друг от друга под
большим углом зрения. Кроме того, предмет, видимый в зеркале, еще
искажен. Мы видим другие части видимого нами перед зеркалом
предмета, и при этом под совершенно другим углом зрения. Это отодвигание
и искажение по отношению к видимому типично для большого
настенного зеркала.
3. Я смотрюсь в маленькое зеркальце для бритья или вижу в нем вытянутую
вперед руку. Тогда изображение (видимое зеркальное пространство)
оказывается не только отодвинутым, но и оторванным от того, что видно по
эту сторону. Мы видим то, что никогда бы не увидели в этом
пространстве, — свое собственное лицо. Вместо тыльной стороны ладони мы видим
а зеркале саму ладонь. И остальное увиденное мною в зеркале я увижу
по эту сторону лишь в том случае, если совсем отвернусь от зеркала. Но
тогда зеркальное отражение исчезнет.
Во втором случае мы очень четко переживаем удаление и искажение
изображения, поскольку сам предмет еще находится в нашем поле зрения. Итак,
совершенно новая картина не появляется, просто при нашем взгляде на нее она
вытягивается и искажается. Третий случай скорее напоминает нам эффект с
колодцем из сказки о госпоже Метелпце или отражение летящих облаков.
В зеркале происходит превращение образа, в которое мы хотим мысленно
проникнуть. Это не механический бег лучей, отталкивающихся от зеркала. Вы
должны представить связи изображения не только (как это обычно принято)
обусловленными материальными процессами в пространстве. Эти процессы
должны быть отражены и упорядочены внутри наблюдаемого нами; внутри
мира, который немыслим законченным без нашего восприятия.
Наше обращение к лирике, басням и новеллам, где говорится о зеркале,
показывает, что как раз из предметного, нефеномеиологического
рассмотрения расцветает тревожное приукрашивание потустороннего мира. Возникают
мировые и душевные драмы: где зеркало передает только содержание зрения,
отвлеченного от времени. Благодаря смене право —лево и временное
проявление в пространстве также изменяется (КЕМПАС, 1982, см. указанную в нем
литературу).
III. ШКОЛЬНАЯ ФИЗИКА
1. Переход к традиционному зеркальному закону
Осмысление превращения изображений — сфера деятельности
интеллигенции, разума, а конструирование отражения лучей — дело интеллекта. Пути
обоих могут педагогически сильно различаться. Путь разума самый трудный.
179
Ниша
Плоскость зеркала
Наблюдатель*
^
Отраженный
дом
Дом с угловой
башней,
видимый
сверху
Рис. 32. Упрощенное объяснение посредством удвоения предмета
Для первого занятия мы могли бы предложить упрощенный вариант,
мысленно сформулировав зеркальный закон для чистого зрения примерно таким
образом: все увиденное нами в зеркале (потустороннее) может быть получено
из находящегося перед зеркалом (из посюстороннего); мы представляем себе,
что все видимые пятна (предметы) воссоздаются вертикально через зеркало и
на том же расстоянии. То есть все предметы устанавливаются
зеркально-симметрично. Они существуют еще раз на той стороне, и мы их нормально видим
с этой стороны. Здания, которые прислоняются к зеркальной поверхности,
будут похожи на симметричный замок в стиле барокко с двумя одинаковыми
половниками (см. рис. 32). Это можно назвать законом перпендикуляра. Его
доказательство от противного можно построить на основе вышеизложенного
зеркального закона.
Если я буду двигаться перед зеркалом вдоль него, то изменится угол зрения
па видимую мною половину здания, находящуюся за зеркалом. Станут
просматриваться пиши и прочее, как будто дом там действительно находится.
Закон перпендикуляра кажется реалистичным. Ценой этой реалистичности
является то, что предметные представления смещены на место чисто зрительных
взаимосвязей. Реальные предметы проецируются в зеркальном пространстве
иа место, ошибочно представляющееся нам достижимым.
Кажется, что перемещаются целые дома. Не возникает и мысли о том, что
зеркальная поверхность на самом деле непроницаема. Из нашего закона о
перпендикуляре мы легко можем вывести обычный закон отражения.
Как видно иа рис. 33, согласно закону о перпендикуляре, мы получаем
следующее. Поскольку а = а' и обе эти линии перпендикулярны к зеркальной
линии (плоскости), то и а = а'. А поскольку угол ß — противолежащий и равен
углу а', то и ß = а. Поэтому, угол падения а для "светового луча", исходящего
от S, равен углу отражения ß, если он продолжается дальше к наблюдателю
"В". Таким образом, все лучи, которые исходят от черепахи (ее ног, панциря и
т. д.) могут быть сконструированы так, что "В" видит в зеркале законченную
картину — с этой точки наблюдения: благодаря закону отражения! Поскольку
180
"В" ничего не знает об отклонении направленных на него "световых лучей",
его вводят в заблуждение и ему кажется, что черепаха находится в пункте S',
если он не узнает каким-либо образом, что смотрит в зеркало.
^ >/*-', г) Зеркальная
fi/^&J U плоскость
г \ а
Рис. 33. Угол падения и угол отражения
Закон отражения можно изобразить еще нагляднее. Вместо световых лучей мы
можем использовать видимое направление (визирную линию). Визир1гую линию
можно получить экспериментально или мысленно из линий перекрытия обзора.
Закон отражения может быть выведен также из следующего факта: два
человека могут увидеть друг друга в зеркале. Если бы при взгляде первого человека
угол отражения был больше угла падения, он должен был бы быть равным
углу отражения взгляда второго человека, смотрящего на него; итак, этот
человек должен был бы видеть другое пятно зеркала, в другом направлении
(например, под меньшим углом). Тогда в действительности встреча взглядов
была бы невозможной. Отсюда: угол падения равен углу отражения.
2. Дидактические замечания
В 7-м классе занятия с зеркалом (на них отводится три дня) хорошо было бы
начать с описанного нами опыта (Оп. 1): сметание порошка с зеркала, лежащего
под небольшим наклоном. Затем следует опыт со свечой и фигуркой щелкунчика
у зеркала, установленного вертикально (Оп. 2): тени от свечи и щелкунчика,
пересекают границы зеркала. В третьем опыте мы перемещаем щелкунчика и
ребенка в положение перед зеркалом. Чтобы ребенок мог видеть щелкунчика по
эту сторону зеркала, так же как он теперь видит его по ту стропу, он должен
выглядывать из потустороннего таким же образом, как видят его в этом
потустороннем остальные ученики. Если это окажется трудным для понимания, можно
будет сразу перейти к зеркальному закону о перпендикуляре (см. рис. 32). Так
ищется путь через различные возможности этой главы. Очень хорош также опыт,
181
который на уроке может продемонстрировать учитель или же сами ученики.
Напишите свое имя иа бумаге так, чтобы его можно было видеть только через
зеркало (Он. 4). Этот опыт позволяет прочувствовать искажение, которое дает
зеркало по сравнению с нашим нормальным миром.
Всегда существуют каверзные вопросы для проверки: какой величины должно
быть зеркало, чтобы увидеть самого себя во весь рост? какую роль играет при
этом расстояние до зеркала? Нужно стоять вертикально по отношению к
зеркалу, чтобы смотреть в зеркало так, как будто смотришь в окно. Таким образом,
зеркало должно — независимо от расстояния — быть в 2 раза меньше, чем тот,
кто хочет увидеть себя целиком (если он стоит прямо), так как зеркало всегда
находится на половине расстояния между ним и его "зеркальным партнером".
Или еще один вопрос: перед зеркальной стеной движется штора, на каком
месте следует ее остановить, чтобы в получившуюся щель тот, кто где-то стоит,
смог увидеть предмет, который стоит где-то в другом месте? Труднее вопрос
следующий: кто-то хочет увидеть предмет, находящийся вблизи, в зеркале, для
которого установлено только место, но не угол его поворота. Все эти задачи
надо решить с помощью закона о перпендикуляре, без световых лучей. Можно
использовать также зубоврачебное зеркало, калейдоскоп, "угловой глазок"
(искривленная трубка с зеркалом, находящимся под углом).
В 7-м классе так называемый потусторонний мир должен лишь слегка
прозвучать, чтобы вызвать удивление зеркальным пространством. Мыслительное
рассмотрение его на основе полноценного ориентирования в мире станет
возможным лишь в 12-м классе. Но и тогда, рассматривая самые общие формы
зеркального закона, ученик задает себе вопрос: "Могу ли я осилить это своим
тупым умом, или я духовно слишком слаб?" Тогда в 12-м классе можно будет
познавательно-методически сопоставить все здесь предложенное с мышлением,
основанным на лучевой модели.
В том, что мы предлагаем, содержится больше материала, и он дан более
углубленно, чем это необходимо для учащихся средней ступени. Пашей целью
было показать, что гетеаннстнческн ориентированный метод, который сильнее
воздействует на восприятие, приводит к тому же пониманию явлений, что и
лучевая модель; но он требует конкретного и тем самым более сильного
мышления и благодаря этому развивает. И гетевская оптика ие означает создания
прелестных детских картинок. Она означает более энергичное и насыщенное
мышление. Так возникает педагогический инструмент. Так можно объяснить
родителям отход от обычного школьного учебного материала.
IV. ШАГИ К ИЗОБРАЖЕНИЮ, СОЗДАВАЕМОМУ
ОТВЕРСТИЕМ
После зеркала перейдем к камере-обскуре (дырочной камере). Однако мы
ие советуем демонстрировать ученикам уже готовый опыт с камерой-обскурой;
давайте лучше попытаемся такой аппарат сконструировать сами, постепенно, с
помощью предварительных опытов.
182
1. Неподвижные тени и противодвижение
Уже тень в солнечном ландшафте может выявить все необходимое. Солнце
формирует облик каждой тени — это мы уже видели на тенях ранее: чем дальше
тень от своего предмета, тем круглее и гроздевиднее становятся ее формы.
Просветы в кроне деревьев в лесу никогда не имеют форму светлых полос
(благодаря щелям между листьями), они представляют собой скопление круглых дисков.
Неравномерное угловатое отверстие преобразуется в круглую форму, т.е. в
форму Солнца. Тени, как и светлые пятна, обретают характер господствующего
"собственно светлого". Мы можем скопировать это, продемонстрировав опыт с лампой
в форме полумесяца (Он. 5). Мы получим лунный характер в сети теней (ср.
также Ои. 11 6-го класса). Важнейшим результатом эксперимента является
вывод, что полумесяц дает тень обратной формы. Выпуклая часть превращается в
вогнутую, а вогнутая — в выпуклую. Это все легко можно увидеть, детям ничего
не надо доказывать. Если мы на экране внимательно рассматриваем тень от
округлого края какого-нибудь листа (ср. еще раз Оп. 10 в б-м классе), то мы
замечаем, как постепенно места частичной видимости полумесяца и снижения
"светлоты" экрана выстраиваются в форму перевернутого полумесяца.
Это постоянно появляющееся переворачивание контура лампы, это пере-
страшзаннс изображения на противоположной стороне можно
продемонстрировать и па большом опыте (Оп. 6). За своего рода щелью в стене движется
освещенная белая фигура (с запада на восток). Тогда с другой стороны щели
на стене начнет двигаться белая полоса в противоположном направлении
(например, с востока па запад). На этом движении в противоположную сторону
мы можем убедительно продемонстрировать переворачивание изображений
полумесяца. Поскольку противодвнжение строго основано на принципе, который
мы можем применить для тени (см. 6-й класс), то светло там, откуда светлое
может быть видимо. Светлая полоса находится именно там, откуда я мог бы
увидеть светлую фигуру, если бы мои глаза глядели с экрана, по которому
движутся светлые полосы. Любому знакомы светлые и темные полосы,
которые бегают по степе, когда свет от фар автомобиля пли тень движущегося по
улице человека попадают в щель через неплотно сдвинутые шторы.
Если сдвинуть две большие пластины, то из ступенчатых теней трех свечей
мы получим изображение полосы (Оп. 7). Ступенчатые тени краев
упорядочение накладываются друг на друга, причиной этого является щель между
двумя пластинами. Если сузить щель сверху и снизу и превратить ее в
отверстие, то полоса превратится в светлое пятно, которое повторяет вид
производящей его светлоты: появляются язычки пламени горящих свечей. Напрашивается
мысль, представлять возникновение, например, образа лампы благодаря
наложению ступенчатых теней обеих пластин.
2. Камера-обскура
Подчас в полутемном подвале или пещере с вертикальными стенами можно
видеть призрачную картину: на степе, противоположной входу, в виде схема-
183
тичных пятен появляется окружающий ландшафт в перевернутом виде. Люди
стоят на голове, небо находится внизу. И кроме того, тот, кто внутри пещеры
видит эту картину, заметит, что произошла смена правой и левой сторон. Такое
явление можно продемонстрировать с помощью затеняющего занавеса или даже
в классе (Оп. 8).
Можно объяснить возникновение этой картины из ступенчатых теней и изобра-
жешш щели. Можно также искать объяснение, не рассматривая преобразовашге целой
картины, а на основе рассмотрения отдельных пятен. А именно: если наблюдатель
смотрит от поверхности экрана, постепенно перемещаясь, то, если отверстие мало,
он сможет увидеть из всего наружного ландшафта лишь малые пятнышки. Он едва
ли распознает, к чему относится это пятно, но он может воспринять определешхый
цветовой тон с определенной "светлотой" — на каждом участке экрана по-разному.
Экран — это как бы огромный глаз, который все эти пятна воспринимает
одновременно и позволяет их увидеть (разумеется, все это в переносном смысле, экран не
живет). Эти мысли могут вернуть нас к светлому пятну на "видящем шаре" (Оп. Зв
б-м классе). Чудом остается то, что появляется такая общая картина в тодогайших
деталях, в мельчайших оттенках. Объяснение через пятнышки переживается больше
как следствие явления, а не как его причина. Изображение — блеклое. И ввиду подобного
характера изображения следует прояснить собственные восприятия. Обратим внимание
также на то, что, если отверстие увеличить, изображение станет светлее, но в той же
степени оно будет менее резким, расплывчатым. Итак, дырочное изображение
появляется незадолго до наступлешм полной темноты: при маленьком отверстии оно
очень резкое. Если отверстие станет менее 2 мм, появится новое расплывание изображения
в форме колец вокруг светлых участков (дифракционные кольца). То же наблюдается
и с тенями. Если предмет, отбрасьгоэдощий тень, только слегка отодвинуть от
затеняемой поверхности, то мы получим наиболее резкую теш». Итак, в обоих случаях
сгсвеществленное, т.е. механическое, изображение возникнет на грашще света, если
поверхности выпадают из взаимосвязей светлого, которое живет в открытом пространстве.
Свету больше соответствует такое превращение изображешш, которое не механически
отпечатывается, а создает новые, связмптге с друтми картинами изображения. Нечто
подобное совершают и renn Солнца.
Нечто родственное картинам световых пятен мы наблюдаем при противо-
движении на многократных тенях. Многократные тени возникают в случае,
когда два предмета отбрасывают тень, причем если одна из затененных
поверхностей более удалена, чем другая, и если они движутся поперек направления
солнечного света. В природе это тени от облаков, деревьев, кустов и т. п. Здесь
мы имеем первичное указание на дырочное изображение. Эти отношения
можно воспроизвести с помощью проектора, лба и руки (так называемые помехи).
Тени перемещаются не механически, формы меняются при приближении.
Ученики любят дырочные камеры-самоделки. Можно посоветовать им, как
соорудить нечто подобное из консервной банки (Оп. 9) или из картона (Оп. 10)
и матового диска, сделанного из пергаментной бумаги. Если вы хотите
продемонстрировать эту камеру в классе, то на ученика, который будет смотреть в
нее, надо накинуть черный платок так, чтобы из-под него выглядывала только
передняя часть камеры.
184
Описание опытов к разделу
"Оптика в 7-м классе"
Оп. 1. Возникновение зеркальной поверхности
Перед учениками на стол кладем горизонтально зеркало произвольной формы, но
лучше всего треугольной, размером в 50 см. Создаем на поверхности зеркала холмистую
поверхность из сыпучего материала: соли, гипса, мела, муки и т. п. Прямо на потолке
комнаты, в переднем углу, монтируется лампа около 60Вт. Начинаем постепенно сметать
порошок с зеркала, затем очищаем его поверхность и наблюдаем возникновение светлого пятна
на потолке — пятно приобретает форму зеркала. Ученик забирается на стол под светлым
пятном и ищет лампу, отраженную в зеркале. Он видит эту лампу только в том случае,
если он сам освещен лампой, одновременно затеняя светлое пятно на потолке. Все ученики
по очереди смотрят и сообщают, что они видят в темной, а потому невидимой зеркальной
поверхности (кусок доски, стены и т. п. ). Рука, которую мы прислонили к зеркалу, двигая
ею в ту и в другую сторону, отбрасывает две тени: одну — над зеркалом и одну — под
зеркалом, но обе от лампы под зеркалом.
Оп. 2. Зеркальное пространство
а) Поставим вертикально на столик с колесами более крупное зеркало — около 90 см
шириной и 50 см высотой. Стол покрыт белой скатертью. Желательно, чтобы стойки,
удерживающие зеркало, были невидимы.
f 1
w
Рис. 22. Опыт Юлиуса по неразличению зазеркальиого пространства
б) Перед зеркалом на расстоянии 1 м поставим вытянутый предмет, например
однорукого щелкунчика.
Смотрим сперва на большой палец, затем на предмет перед зеркалом, затем на предмет
за зеркалом и дальше на то, что мы видим в зазеркальном пространстве. При этом мы по
напряжению замечаем, что наш взгляд постепенно перемещается на дальние предметы.
Дальномер фотоаппарата показывает то же самое. Движение головой в сторону, при котором
близкие предметы перемещаются в сторону быстрее, чем отдаленные, указывает на
удаление от наблюдателя предметов в зеркале.
185
в) На перевернутую чашку устанавливаем свечу. Ее пламя находится на^ 40 см выше
интенсивно освещенной белой поверхности. Это единственное освещение в комнате.
Тогда фигурка, отбрасывающая тень, например упомянутый нами щелкунчик, должна быть
высотою 20 см. Свеча стоит справа спереди, щелкунчик левее, на расстоянии ладони от
зеркала, как это показано на рис. 24.
Оп. 3. Зеркальный закон
Стол с зеркалом, как в Оп. 2, но без свечи. В переднем углу ставим однорукого
щелкунчика (чтобы продемонстрировать смену право—лево). Ребенок садится перед другим
углом по возможности так, чтобы весь класс мог видеть обоих.
Оп. 4. Самоделки для демонстрации зеркального
отражения
а) Можно, например, попросить учеников принести в класс маленькое зеркальце с
наклеенной на него растопыренной картонной ножкой, затем кусок картона большей величины,
который можно устанавливать так, чтобы невозможно было прямо видеть лежащий перед
зеркалом листок бумаги, на котором мы будем писать. Затем тщательно рассмотрим в зеркале
записанные нами имена, слова или нарисованные фигуры.
б) Ученик пытается, стоя рядом с доской и глядя в зеркальце, начертить квадрат с
диагональю.
Оп. 5. Неподвижные тени
В картонной коробке (Оп. 10 6-го класса) проделано круглое, "собственно светлое"
окошко. Перед окошком мы прикрепляем круглый кусок картона диаметром с это окошко
(из гофрированного картона) таким образом, чтобы открытым оставалось отверстие
подобное трети Лупы. Коробку располагаем отверстием к передней стене, ближе к боковой
стене, около первого ряда учеников. Между этим отверстием и передней стеной
устанавливаем ветку с листьями. Листья не должны быть маленькими (например, листья
тополя). Если мы находимся в темной комнате, а в картонной коробке горит сильная
маленькая лампочка, то на экране мы увидим теневое изображение. Сначала повернем коробку
ущербным серпом Луны в сторону учеников, а затем снова повернем его к экрану. Затем
перевернем коробку так, чтобы Луна из ущербной превратилась в нарождающуюся. Затем,
во время вращения мы замечаем на теневом изображении маленькие расплывчатые
серпики. Они вращаются вместе с картиной, но они повернуты на 180* по сравнению с серпом
на коробке, так что превращаются из нарождающихся в ущербные. Взрослый человек должен
какое-то время приглядываться, чтобы увидеть эту картину. Контрастность ее зависит от
листвы и просвета между листьями, а также от расстояния до экрана. Надо будет
приспособиться. Этот увлекательный опыт позволяет увидеть эстетически переживаемую
форму; вся эта картина кажется необъяснимой, пока мы не продемонстрируем следующий опыт.
186
On. 6. Встречное движение
Построим в классе декорации, как это показано на рисунке. Заставим ученика,
завернутого в простыню, двигаться туда-сюда.
у Большой] {.
экран I у
V
§
Экран,.
по которому
движется
светлая полоса
Щель
Малый
экран j
Светлая
I О лампа
Ширма
/if
1
Рис. 34. ^*
Лампа должна хорошо освещать движущегося человека слегка наискось сверху,
боковая стенка должна быть освещена слабо. Для экранов можно приспособить
географические карты или киноэкраны на соответствующих устройствах — стойках. Можно также натянуть
шнур, а на него навесить простыни или скатерти.
Оп. 7. Картина световых полос
Два экрана, две географические карты, или подобное на передвигающихся стойках, или
два листа фанеры, смонтированных на столиках с колесами, устанавливаются в классе
аналогично Оп. 6, наискосок, с большим промежуточным пространством.
1-й лист
2-й лист
ерное
полотнище
Ученики
Рис. 35. От изображения световых полос к изображению на щели
Три лампочки (слабые) располагаются следующим образом: две в 50 см друг от друга,
а третья — между ними в середине, но сантиметров на 30 выше. Позади ламп висит черное
187
полотнище, чтобы в помещении не было слишком светло. Дети видят на экране
трехступенчатую тень от края 1-го листа. Если к 1-му листу придвинуть 2-й лист так, чтобы
расстояние между ними составляло несколько сантиметров, дети увидят, что на экране
появились три светлые полосы, когда ступенчатая тень от 2-го листа наложится на
ступенчатую тень от 1-го листа. Прикрыв картоном на время одну из нижних ламп, мы увидим,
что светлая полоса на противоположной стороне принадлежит именно ей. Насколько
высоко расположены лампы, для светлой полосы значения не имеет. Это становится
заметным, когда вдобавок прикрывают щель снизу. Вообще четкое изображение лампы
появляется только в случае, если щель прикрыть еще и сверху четвертым куском картона,
сужающим щель до отверстия. Для близкого расстояния можно проделать опыт с тремя
свечами.
Оп. 8. Классная комната как камера-обскура
Чем темнее будет класс, тем большей величины световые изображения можно
получить. Они могут быть величиной до 5 м и будут видны отовсюду. Вполне достаточно
спроецировать изображение на маленький экран от диапроектора, который
расположен на столике с колесами недалеко от отверстия. Отверстие в занавеси (в шторе) должно
находиться на уровне глаз и быть величиной с ноготь, высота также зависит от характера
местности за окном. Если местность находится внизу, то и отверстие должно быть ниже.
Величину отверстия можно варьировать с помощью картонной заслонки.
Перед тем как затемнить, пошлите нескольких ребят в яркой одежде, чтобы они гуляли
перед окном и при этом в одну сторону шли спокойно, а обратно возвращались бегом или
прыгая на одной ножке, подняв руку и т. п. Попросите также понаблюдать извне, какого
цвета будет отверстие и меняется ли его "светлота".
Оп. 9. Камера-обскура из жестяной банки
Учащиеся с удовольствием сами смастерят камеру-обскуру. Проще всего ее сделать
из жестяной консервной банки. Вместо крышки мы затянем ее пергаментной бумагой
(придав жесткость куском гофрированного картона). На дне, в самом центре,
проделаем консервным ножом отверстие диаметром 1—2 см, но изображение при
конкурирующем дневном свете увидеть будет трудно, лучше всего погасить лампы и
отгородиться от света, падающего из окон. Камера может функционировать лишь в темной
комнате.
Оп. 10. Камера из картонной коробки
Лучше всего картонную камеру сделать с маской для лица. Во внешний ящик с
отверстием вставляется внутренний ящик, одна из сторон которого сделана из матового стекла,
а в противоположной стороне вырезан профиль для носа и лба:
188
Отверстие
Матовое
стекло
Рис. 36. Самодельная камера-обскура
Благодаря этому глаза находятся в темноте, а двигая второй ящик взад-вперед, можно
подобрать масштаб уменьшения.
189
УЧЕНИЕ О ТЕПЛОТЕ В 7-м КЛАССЕ
В 7-м классе мы изучаем теплоту скорее в обычных, традиционных для
школы представлениях. И мы должны их ясно, четко прорабатывать — иначе,
чем в б-м классе. Мы будем изучать расширение, температурные шкалы, так
называемую теплопроводность.
1. Теплота и окружающая среда
Нальем в жестяную банку горячей воды и будем попеременно помещать ее в
различные материалы. Таким образом мы можем продемонстрировать, как
происходит нагревание или охлаждение при окружении различными материалами (Т 1).
Банка, завернутая в шерсть, осталась горячей, однако сама шерсть нагрелась
слабо: мы получили теплый островок, отделенный от остальных предметов окружающей
среды. В этом случае говорят об отделяющем (изолирующем) материале, о тепло-
изоляторе. Но полностью изолировать холод или тепло невозможно. В самом
хорошем термосе через сутки лед потечет, а кофе остынет. Опыт с теплоизоляцией
был уже продемонстрирован в эпоху химии, когда обжигали известь.
Раскаленные с одного бока камни диатомита с другого можно было потрогать рукой.
Металлы являются такими материалами, которые не изолируют теплоту, а
очень быстро выравнивают тепло и холод. Однако и у них мы почувствуем
различия в скорости (Т 2), с которой тепло на одном конце стержня
распространяется на другой конец. Представьте себе большой бак с кипящей водой,
тепло которой постоянно поддерживается. С ней граничит другой бак, в
который налита холодная вода. Разделяющая их стенка сделана из различных
материалов. Холодная вода здесь будет нагреваться с различной скоростью в
зависимости от материалов стенки. Причем бак с холодной водой хорошо
изолирован от окружающей среды, так что он не может ни нагреваться, ни
охлаждаться под воздействием окружающей среды. Сначала сделаем стенку из
прессованной серы толщиной 1 см. Пройдет довольно много времени, прежде
чем холодная вода станет достаточно горячей. Затем сделаем стенку из шерсти
в тонкой резиновой оболочке, чтобы шерсть не намокла. Теперь, чтобы
холодная вода быстро не нагревалась, толщина слоя шерсти должна быть 3 см, а
других материалов — еще толще. Ниже приведена соответствующая таблица.
Сера 1 см
Кора, подушка из конского волоса, шелка или шерсти около 10 см
Древесина, подушка из хлопковой ваты, диатомита около 10 см
Кирпич около 30 см
Стекло около 60 см
Природный камень, песок около 150 см=1,5 м
Железо (сталь) около 6000 см=60 м
Алюминий около 200 м
Серебро и почти столько же медь около 450 м
Мы можем себе в какой-то мере просто представить все, что дано в таблице,
190
лишь до природного камня. Если стенка между баками будет толщиной 1 м, то
следует изолировать и ее боковые поверхности.
/ Изолирующий слой |
Бак с ] I
холодной I
водой, I I
нагрева- I I
ющийся { I
у 1
Рис. 37. Теплообмен при посредстве стержня
Кроме того, должна прогреться сама промежуточная стенка, и прежде всего
со стороны бака с кипящей водой. Итак, холодная вода с самого начала будет
нагреваться очень медленно. Поэтому тепловое равновесие наступит через
длительный период времени, причем в баке с холодной водой постоянно содержится
тающий лед. В конце концов, когда толщина стенки из серебра будет
превышать 0,5 км, эксперимент станет малореальным. Поэтому для исследования
металлов промежуточную стенку сооружают из теплоизоляционного материала
(например, серы), а исследуемый металл монтируют в эту стенку в виде
стержня. Тогда контактная поверхность торцов стержня будет уменьшена, но ее
можно будет рассчитать. У одинаковых материалов нагрев будет точно
соответствовать (пропорционален) площади контактной поверхности. Мы находим,
что серебро, расположенное между баками, действует таким образом, как
будто баки были плотно прижаты друг к другу, а сера так, как будто они
расположены далеко друг от друга (самое медленное выравнивание
температур). Серебро очень быстро выравнивает все противоположности, приближает
и связывает, а сера разделяет. Таким образом, мы видим, какие материалы
изолируют тепло (или холод) от окружающей среды, как будто их разделяет
огромное расстояние (пространственно этого на самом деле нет), и какие
материалы связывают их (тепло или холод) с окружающей средой.
Понятия "изолятор" и "проводник" могут быть теперь применены к системе
центрального отопления. Стоит также нарисовать то, что мы знаем и видим:
печь, котел, трубы, радиаторы. В котле вода и пламя разделены тонкой
стенкой котла (4 мм стали). Сам огонь и вытяжка отгорожены от окружающей
среды шамотной футеровкой и кирпичной кладкой. Трубы, расположенные в
подвале, укрыты стекловатой. В жилых же помещениях, напротив, между
горячей водой и воздухом находится лишь тонкий слой металла. Кроме того,
поверхность радиатора сильно увеличена. Ученики могут сами выделить на
схеме теплопроводники и теплоизоляторы.
Теплый предмет в конце концов отдаст свое тепло окружающей среде, и мы
не можем ему в этом помешать, можем только затормозить этот процесс. Если
бы не было Солнца, живых существ, вулканов и огня — исчезла бы разница в
температуре, изменение тепла. Они являются выражением жизни — как
отдельное живое существо, так и вся Земля в ее космическом ритме.
рак с
ЬсипящеЩ
[водой
ПромежуА
точная
стенка
191
2. Тепловое расширение
Начнем с твердых тел. Сначала продемонстрируем нагретый стальной шар,
который не проходит через кольцо (Т 3) или так называемый "болтовырыватель"
(Т5). Твердые материалы весьма различаются по способности расширения,
что характерно для царства твердого, мертвого. Способность к расширению
жидкостей не столь различна. То же можно сказать и о газах (см. табл.).
Материал Удлинение метрового стержня
при нагревании на 10° С (округлено)
Алюминий
Медь
Железо (сталь)
Бетой
Стекло
Кварц
Материал
0, 23 мм
0, 16 мм
0, 12 мм
0, 12 мм
0, 09 мм
0, 005 мм
| Железобетон
Увеличение литрового объема
при нагревании на 10° С (округлено)
Вода
Ртуть
Спирт
Толуол
Железо (ср. выше)
Воздух
2смЗ
2смЗ
И смз
12смЗ
0, 36 см3 = удлинению
в трех направлениях
ЗОсмЗ
Здесь можно продемонстрировать опыт Т 6. Расскажем об использовании
этого свойства в технике (например, деформационный шов в мостах).
Железнодорожные рельсы теперь уже не являются удачным примером расширения,
так как для их строительства используют сталь с очень малым расширением,
предусматривая, в известной мере, упругую деформацию. Можно на уроке
организовать маленький опыт с раширеиием, который ученики будут проводить
сами со свечой и монетой (Т7). Можно показать большое различие между
кварцевым и обычным стеклом. Трубочки из того и другого стекла сильно
нагреем, а потом опустим в воду: кварц не разлетится на куски.
Жидкости расширяются сильнее, чем твердые тела. Это определяется по
увеличению объема. Поскольку расширение происходит в трех направлениях,
то оно будет в 3 раза больше, чем при линейном расширении. (Дети должны
обязательно это усвоить.) Объемное расширение мы демонстрируем с
помощью 2-литровой колбы с капиллярной трубкой, которая представляет собой
гигантский термометр (Т 8). Жидкость поднимается в трубке удивительно
быстро, даже при едва заметном нагреве. По делениям капиллярной трубки можно
определить температуру жидкости в колбе.
192
Газы обладают одинаково высокой способностью расширяться (на !/27з пх
первоначального объема, например при 0е С, при повышении температуры па
1 градус). В этом случае нам достаточно исследовать один газ — воздух. Мы
демонстрируем, с одной стороны, увеличение объема, а с другой — рост
давления (Т9). Только газы обладают способностью сжиматься (велосипедный
насос). Поэтому, наполняя бутылку жидкостью, мы должны всегда оставлять
часть ее незаполненной, чтобы там оставалось воздушное пространство;
поскольку жидкость практически несжимаема, то при нагревании ее может
вылететь пробка. Демонстрация расширения тела может дать нам
представление о теплоте вообще. При этом особенно показательно расширение газов.
3. Технические термометры
В качестве наполнителя лучше всего взять жидкость, которая расширяется
лучше всех и не так быстро закипает или замерзает. Кроме того, она должна
быстро воспринимать тепло окружающей среды, т.е. она должна быть хорошим
проводником тепла. Этим условиям лучше всего удовлетворяет ртуть. Вшшын
(этиловый) спирт сильнее расширяется, но обладает меньшей
теплопроводностью. Его и родственные ему пентан или толуол используют в термометрах,
измеряющих низкие температуры, так как ртуть при —38,9е С замерзает (кипит
при 357,3° С).
Конструкция самого распространенного термометра такова: стеклянная
трубка, с которой связана шкала. Внутри этого пространства находится полностью
изолированная жидкостная система: колбочка, которая чувствует теплоту, и
капилляр, который ее показывает. Свободный объем капилляра заполнен азотом
под давлением в 1 атм, для того чтобы в жару ртутные капилляры не
покрывались оксидной пленкой под воздействием кислорода воздуха. У этого так
называемого термометра с вложенной шкалой капилляр и шкала заключены в
стеклянную трубку. Устройство других термометров гораздо проще, например у
стержневого термометра шкала прижата непосредственно к толстостенному
капиллярному стержню. Но такие термометры менее точны из-за значительного
расстояния между капилляром и шкалой. Сувдествуют еще термометры с
азотным наполнением. В такой высокотемпературный термометр нагнетается азот
под давлением 50 атм, благодаря чему ртуть закипает только при температуре
675° С. Такие термометры можно использовать при температурах до 600° С.
Обычные ртутные термометры работают в интервале от —38 до +356° С.
Чувствительность термометра зависит, естественно, от величины
способности расширения или, точнее, от коэффициента расширения наполнителя.
Особенности конструкции прибора также играют немаловажную роль.
Тончайшие капилляры, соединенные со сравнительно большой колбочкой (сосуд с
жидкостью), дают значительное увеличение объема и достаточно большое
расстояние между градусами на шкале. Благодаря этому нам станет понятна
высокая чувствительность нашего водяного термометра в опыте Т 8. Более
точные показания, чем те, которые может дать ртутный термометр — 0,01° —
193
нам не нужны. Для обычных измерений достаточно точности шкалы в 0,1° С.
Градуировка термометра производится по меньшей мере по двум
фиксированным значениям температуры. Упрощенно можно сказать, что точку таяния
льда мы принимаем за 0°, а точку кипения воды при нормальном атмосферном
давлении на уровне моря — за 100е. Эту шкалу изобрел шведский профессор
географии и астрономии Цельсиус из Уппсалы (1742). Еще раньше (1715)
инструменталист и исследователь Фаренгейт из Амстердама впервые создал
термометр с последовательно согласованной шкалой, т.е. согласованно
показывающий термометр. Он использовал три фиксированные точки: температуру
смеси воды, льда и нашатыря равную самой низкой температуре, которую он,
Фаренгейт, наблюдал в Данциге, и эту нижнюю точку столба он принял за 0°.
Эта температура соответствует —17,8° С, по принятой у нас шкале Цельсия.
Точка таяния льда у него соответствовала 32°, а температура здорового
человека 96°. Еще и в настоящее время в Великобритании и США температура
измеряется обычно по шкале Фаренгейта (F). Итак, по этой шкале лед тает
при 32° F, а вода закипает при 212° F.
4. Опыты со льдом
Мы можем продемонстрировать интересный опыт со льдом, например с
ледяной смесью (Т 10). Раздробить куски замерзшего льда нам поможет
поваренная соль, она будет способствовать размягчению льда. В данном
случае таяние вызвано наличием соли, а ие теплом, поступающим извне, раствор,
наоборот, охлаждается. Имеет смысл остановиться на так называемой
аномалии поведения воды в водоемах, реках, прудах и т. п. (Т 11). Плотность воды
при 0°С - 0,99984 «Усмз, При 4°С - 0,99997, при 8°С - 0,99985 и при 100°С -
0,95835 г/см3. Таким образом, вода, имеющая температуру 4°С, — самая
тяжелая и всегда опускается на дно.
Аномальным является также то, что вода при замерзашп! увеличивается в
объеме мл 9%. 11оэтому в пресной воде выступает на поверхность 9% объема льда, т.е.
!/tl глыбы, а над поверхностью моря выступает Ve айсберга.
Из природных явлений, пожалуй, можно было бы поговорить о том, как
замерзает море, это описано, например, в книге "Одна женщина переживает
полярную ночь" (РИТТЕР, 1978). Примерно, при —2° С в морской воде
образуется сначала зернистая ледяная кашица (шуга). Но, для того чтобы
льдообразование продолжалось, нужны более низкие температуры, поскольку ниже
точки замерзания нет максимума плотности. Самая холодная вода вверх не
поступает, она медленно опускается па дно. Поэтому лед образуется только у
берегов или только там, где теплая вода поднимается медленнее, чем идет
охлаждение сверху. Морской лед мутный, так как он весь пронизан капиллярами
и мельчайшими трещинами, заполненными остаточным, концентрированным
солевым раствором, который может частично таять при температуре ниже —2° С.
Таким образом, мы видим, сколь многообразны явлешш льдообразования на
море.
194
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 7-м классе"
Т 1. Теплоизоляция
Возьмем 4 литровые жестяные консервные банки, 4 более широкие стеклянные
емкости, в которых помещаются банки на кафельных подставочках, сверху банки накрываются
блюдцами. Наполним банки кипящей водой па 3/4. В первой емкости у нас будет воздух;
прикроем ее картоном. Пусть ученик сразу же пощупает воздух в емкости, у ее стенок
снаружи и, очень быстро, содержимое банки. Вторую емкость заполним холодной водой
и закроем дощечкой или картонкой, третью — мелким песком, а четвертую — ватой или
шерстью. Через 5 — 8 минут предложим детям в том же порядке, в каком мы наливали
поду и ставили банки, проверить содержимое банок, состояние в емкости на разных
расстояниях от банки, а также коснуться с внешней стороны стенки емкости. В емкости, куда
насыпали песок, приходится пробовать совсем близко от банки.
Т 2. Нагревание стержней
Возьмем стержни из меди, алюминия, стали и стеклянную трубку, минимальной
длиной 30 см, диаметром примерно 1,5 см. Во избежание взрыва стекло должно представлять
из себя стеклянную трубку и, по возможности, быть огнеупорным. Устанавливаем на столе
четыре одинаковые маленькие газовые горелки. Отрегулируем горелки на самое слабое
горение. Укажем ученикам, с которой стороны им стоять и с которой стороны пламени
держать концы стержней (у верхушки пламени). Сначала мы проверим — каждый ли стержень
по всей длине одинаково холодный. Затем будем держать их над пламенем. Стеклянную
палочку нагреваем осторожно (чтобы не лопнула). Уже через минуту можно предложить
одному из учеников проверить, в каком месте стержень уже горячий, в каком теплый, а
в каком еще холодный, как прежде. Можно также проверить, в каком месте стержня
прислоненный мокрый палец уже шипит. Ученик, держащий медный стержень, будет
первым из тех, кто не сможет держать его в руке, настолько он будет горячим. Тогда стержень
устанавливают на треножнике так, чтобы он продолжал нагреваться и в конце концов стал
со всех сторон одинаково горячим. Следующим будет алюмшшевый стержень, а потом, через
достаточно продолжительный период времени, — стальной. Стекло так и останется в руке
холодным. В заключение мы можем показать, что в разных частях медного стержня
прислоненный мокрый палец будет вызывать одинаковое шипение.
Т 3. Расширение шара
Возьмем традиционный, всем известный металлический шар с кольцом и нагреем его на
газовой горелке — он не проходит через кольцо. Но если его опустить в воду, через
некоторое время он снова будет через него проходить.
195
T 4. Стеклянный диск
Этот опыт очень впечатляющ, но довольно опасен (я благодарен за него Георгу Майеру,
Дорнах). Кусок стекла любой формы в ладонь величиной "разлетается" на куски. Если опыт
проводить по инструкции, это совершенно безопасно. Стеклянный диск шириной в ладонь
должен быть не толще 3 мм. Его кладут горизонтально таким образом, что кончик пламени
горящей свечи находится непосредственно под ним. Через 1 -3 секунды осколки диска с
резким звоном разлетаются во все стороны до / м в плоскости расположения диска, поэтому
свечу надо поставить на пол, а ученики пусть стоят на стульях. Для того чтобы осколки не
впивалисьв деревянные ножки стульев, их можно отгородить картоном, который должен быть
в 2 раза выше расположения диска. Чтобы безбоязненно проводить опыт, надо сначала
потренироваться. Однако существует опасность, что дети захотят повторить этот опыт дома.
Т 5. Болтовырыватель
Этот обычный школьный опыт часто не удается из-за того, что имеют дело с
изношенной рамой, куда болты не ввинчиваются, или из-за отсутствия болтов. Поэтому сначала
надо подготовиться и все проверить. Нагреем посередине на горелке медную цапфу, клинья
затянутся. Уже через полминуты после окончания нагрева болт может лопнуть. Если прибор
недостаточно хорошо свинчен, можно способствовать процессу, охлаждая болт водой. (Цапфа
расширяется от нагревания, болт испытывает напряжение.) Болт выскакивает, пролетая
расстояние до 3 м. Не направлять в сторону учеников.
Т 6. Железо и алюминий соревнуются в расширении
Слева стержни свободно лежат на булавках, опираясь на них своим весом так, что могут
свободно кататься. Чтобы лучше было видно, на булавку можно наколоть соломинку в
виде стрелки. Когда булавки катятся, соломинки поворачиваются и показывают, насколько
удлинился стержень при нагревании. Справа каждый стержень лежит свободно в скобе,
в которой перед торцом стержня зажаты для упора кусок мела или монета. На ровных
дощечках располагаются свечи, они должны быть хорошо закреплены и правильно
размещены (по прямой и на одинаковой высоте).
Рис. 38. Соревнование в
расширении
196
Свечи зажигаем и одновременно подставляем под стержни: спереди — маленькие и сзади —
большие. В начале опыта соломинки находятся в вертикальном положении. Через 4 минуты
соломинка с алюминиевым стержнем переворачивается на 180', а с железным — чуть больше,
чем наполовину.
Т 7. Расширение монетки
Каждый ученик должен иметь свечу, два лезвия бритвы (затупленных наждачной бумагой),
две деревянные бельевые прищепки и монетку (в 50 рублей). Бритвы зажимаем
прищепками и располагаем так, как это показано на рисунке, чтобы монета могла проходить через
отверстие. После нагревания она через отверстие не проходит, после охлаждения — проходит
снова.
Рис. 39. Опыт по расширению монеты
Т 8. Гигантский (сверхчувствительный) термометр
Возьмем круглую стеклянную колбу емкостью 2 л и резиновую пробку со вставленной
8-миллиметровой стеклянной трубкой (капилляр) длиной около 40 см. Заполним колбу до
краев и заткнем пробкой. Быстро проведем по ней голубым слабым (не шумящим)
пламенем горелки, и этого будет достаточно, чтобы вода поднялась по капилляру. Будем
нагревать, пока вода не дойдет до края трубки, дадим колбе остыть и снова нагреем.
Т 9. Расширение воздуха
а) Присоединим к колбе U-образную трубку, а затем нальем в нее немного воды,
окрашенной чернилами. Вода начнет двигаться, если мы просто возьмем колбу и согреем ее
в руках.
Рис. 40. Расширение воздуха
б) Заткнем колбу пробкой с краном и поставим перед этим краном горящую свечу. Нагреем
с помощью горелки колбу так, чтобы при прикосновении к ней мокрый палец вызвал шипение,
а затем откроем кран — выходящий воздух задует свечу.
197
Рис. 41. Тепловое расширение воздуха
Т 10. Ледяная смесь (лабораторная работа)
Разобьем иа куски достаточно большую глыбу льда, затем положим эти куски в кусок
ткани и раздробим их молотком. В большую пластиковую миску высыпем этот
раздробленный лед и смешаем его с поваренной солью (соли — */б объема льда). Смесь тает, и
образуется концентрированный раствор, охлаждающийся при этом до —20е С. Это
становится особенно наглядным после того, как каждый ученик возьмет маленький
тонкостенный высокий стаканчик, например 100-миллиметровый химический стакан, и опустит
его в более широкую и мелкую посуду емкостью 250 г, например вазочку для варенья; в
маленьюш стаканчик заливаем вышеописаштую смесь, а в большую емкость — малое количество
обыкновенной воды и оставляем на несколько минут. Мы увидим, что на внешней
поверхности стакана образовался слой льда. Вынем стакан, опорожним его, ополоснем изнутри
водопроводной водой. После этого ледяное кольцо можно легко снять со стакана.
Рис. 42. Получение ледяного кольца
Холодная
jcmecb
-Слой льда
'Вода
Т 11. Максимальная плотность воды
а) Сжатие при нагревании. Круглую колбу емкостью 250 мл поместим в миску со льдом,
внутрь колбы положим достаточно крупную круглую гальку (для помешивания) и
заполним колбу до краев натекшей со льда водой. Заткнем горлышко колбы пробкой с
капиллярной трубкой и термометром таким образом, чтобы вода заполняла и капилляр. Если диаметр
капилляра трубки составляет 2 мм, то при нагревании содержимого колбы до 4'С уровень
воды в нем понизится на 1 см. Для нагревания можно опустить колбу в горячую воду.
б) Расширение при охлаждении. Стеклянный шар доверху заполняется водой и
закрывается. Он помещается в'большое количество смеси из опыта Т 10. Установка
помещается в угол комнаты н накрывается перевернутым ведром. Через 10 минут шар
разлетается на куски. _
Рис. 43. К наблюдению ^
за изменением плотности воды
Капилляр
^Талька для
размешивания
198
УЧЕНИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ В 7-м КЛАССЕ
В начале XVII века Гильберт последовательно рассмотрел различные
электрические явления и открыл путь к их исследованию. Благодаря этому XVII и
XVIII века стали веками открытий в области электричества:
электростатической машины, лейденской байки, электрического колокольчика, "бузинного
телеграфа", мерцающего свечения в наэлектризованных вакуумных сосудах, и,
наконец, молниеотвода (громоотвода) Франклина. Но это все было
статическое, создаваемое трением электричество; такой тип электричества не может
способствовать созданию электрических машин и приборов для
промышленного использования. Все это было скорее игрушкой до тех пор, пока не появился
громоотвод. Но и он, в известном смысле, способстовал устранению
электричества, а не использованию его. Электричество еще не проявилось как нечто
необходимое для домашнего хозяйства или работы производства, еще не были
созданы бытовые электрические приборы, электрические машины.
Во времена барокко специальности электрика не было. Публике
электричество казалось чем-то забавным, служило для развлечения дам и кавалеров,
придворных больших и малых дворов. В физических кабинетах людей
наэлектризовывали для того, чтобы насладиться острыми ощущениями, чтобы
приблизиться к чему-то призрачному. Однажды в 1730 году Грей подвесил на
шелковых шнурах лежащего мальчика, подвел к его йогам натертый стеклянный
шар электростатической машины. Клочки бумаги, которые находились около
головы мальчика, полетели ему в лицо. В обществе того времии любимой
шуткой был так называемый "электрический поцелуй". Камеристка, соединенная с
электростатической машиной (стоящей на закрытой скамеечке) передавала этот
поцелуй входящему гостю. Забава эта была несколько болезненна для обоих.
И громоотвод Франклина еще не открывал основных возможностей
использования электричества. Его задачей было удалить электричество, а не
использовать непосредственно его воздействие. Первые громоотводы начали
использовать в 1752 году в Париже. Бенджамин Франклин (1707—1790) был
странным человеком. Об этом свидетельствует надпись на его надгробии,
которую он сочинил сам в двадцатитрехлетнем возрасте:
"Тело Бенджамина Франклина, книгопечатника, покоится здесь как пища
для червей, как иод переплетом старинной книги покоятся рассыпавшиеся в
пыль страницы, а титул и позолота исчезли. Но труд не пропадет зря. Он
верит, что возродится в новом, еще более прекрасном издании, исправленном и
дополненном автором''.
I. ГАЛЬВАНИЗМ
Причиной поворота к практическим открытиям явились результаты
многолетних опытов Гальвани, но поворотом, собственно, стали превосходные
199
исследования Вольты. Благодаря ему появился новый, очень примитивный, но
достаточно производительный "источник" электричества: гальванический
элемент с металлическими пластинками и жидкостью.
Открытия часто обрастают различными слухами и небылицами. Многие
исследователи довольно долго экспериментировали в одном направлении, а
именно с электрическими рыбами. С древних времен известны в Средиземном
море так называемые парализующие рыбы. Но тогда никто не думал об
электричестве. Электрический скат (Torpedo marmorata), распространение которого
простирается до побережья Индийского океана, является рыбой уплощенной,
дисковидной формы. Обитает он на мелководье, в донном иле, ожидая там
добычу. Приблизившуюся к нему жертву он оглушает серией быстрых
электрических разрядов. За одно мгновение он "производит" напряжение до 200 В с
силой тока 0,5 А (100 Вт) и может вызвать судороги у человека. После
открытия в 1745 году лейденской банки, была установлена аналогичность ударов,
производимых рыбой и банкой. В 1773 году стал известен эксперимент, с
помощью которого была продемонстрирована электрическая природа явления:
трепещущая рыба лежит между двумя изолированными от всего остального
сетями. Удар чувствуется только в том случае, если дотронуться до рыбы сразу
двумя руками: одной рукой до спины, другой — до живота. Если потрогать
рыбу одной рукой, то ничего не произойдет. После серии ударов, примерно за
одну секунду, следующие удары станут слабее, пока совсем не прекратятся.
После этого рыбе надо будет отдохнуть (см. также: ГРЖИМЕК, 1977). Как
это похоже на медленную зарядку и удароподобную разрядку лейденской
банки. После того как была доказана электрическая активность еще и
электрического угря и электрического сома, в моду вошло животное
электричество, выделившееся в отдельную область исследований. Не базируются ли
все движения животных на электричестве? Тогда об этом задумывались
совершенно серьезно. В то же время Беккариа открыл постоянный
положительный заряд атмосферы и провозгласил перед послушной, падкой
па сенсационные открытия публикой, что все метеорологические явления,
вплоть до метеоритов, имеют электрическую природу!
Сегодня мы знаем, что электрический ток (гальваническое электричество)
не играет никакой роли в открытых нашему восприятию явлениях
природы — за исключением электрических рыб. Такие открытые нам явления
позволяют вжиться в природные силы и существа, которые могут быть
осмыслены на основе наших чувственных восприятий. В этом смысле именно
эти рыбы характеризуют гальваническое электричество.
После рыб, которые почти невесомыми плавают в воде, появляются
знакомые нам наземные животные. Они преодолевают силу тяжести, обладают более
тонкими органами чувств, более высоким сознанием и большей автономией.
Они менее связаны с окружающей средой. И наконец, сухопутные животные
приобретают самовыражение и собственную физиономию. У них постепенно
образуются подвижные конечности. Скаты, сомы и угри, наоборот, являются
дойными рыбами с редуцированными конечностями. Их плавники
редуцировались, деградировали, глаза — тоже. Эти животные опустились на дно, в темноту.
200
Благодаря этому они связывают себя с неким импульсом, направленным
против нормального хода явлений. Их появление является шагом во встречное
направление, как будто духовный источник, из которого возникают природные
существа все в новом и новом совершенстве, начал давать обратный импульс. С
помощью своей электрической атаки они продвигаются между открытыми нам
природными силами как нечто непостижимое, магическое. Удар из илистой
глубины кажется прорывом из какой-то чужой сферы, если, конечно, не
останавливаться на примитивном знании количества вольт и ампер.
Профессор анатомии Луиджи Гальвани (1737 — 1798) из Болоньи, в
прошлом гинеколог, работал в • своей домашней лаборатории. Он
экспериментировал с общеизвестными в то время лягушачьими лапками, которые быстро
реагируют на слабое электричество. Как и многие его современники, он
искал, каким образом нервы являются проводниками душевного в живых
существах. О том, что произошло тогда, летом 1780 года, Гальвани сообщил
лишь 11 лет спустя, в опубликованных им результатах этих исследований
(мы увидим, почему он так долго ждал): "С этим открытием произошло
следующее: я препарировал лягушку и подготовил ее в виде фигуры омеги,
чтобы потом положить на дощечку. Но сначала я положил ее просто так, па
стол, на котором стояла электростатическая машина, которая была
отключена от кондуктора и находилась достаточно далеко от препарата. Ио как
только один из моих студентов кончиком ножа слегка коснулся внутренних нервов
ляжки этой лягушки, мышцы всех членов сократись так, как будто их
поразили сильные конвульсии. Другой из присутствующих заметил, что это
произошло в тот момент, когда из кондуктора вылетела искра. Я подивился этому
новому повороту дела и обратил внимание на это, имея в виду нечто
совершенно иное. Мною тут же овладело страстное желание все уз]гать,
исследовать все скрытое, извлечь его на свет Божий. Тогда я сам стал касаться кончиком
ножа то одного, то другого нерва в тот момент, когда один из
присутствующих извлекал искру. Это явление наблюдалось точно так же: мышцы всех
членов сокращались, как будто все животное свело судорогой, в тот момент,
когда электрическая машина производила искры".
Это первое открытие Гальвани не было оценено по достоинству, вскоре его
стали объяснять так называемым разрядом, возникавшим благодаря индукции,
который встречается и в мире неживого. Ученые считали, что эти опыты не
являются основанием для увековечения имени исследователя. Просто
исследуемые мышцы лягушки слишком чувствительны. Но именно потому, что эти
простые физические объяснения не смогли полностью удовлетворить врача
или же они были ему не до конца понятны, Гальвани решил продолжать
эксперименты. Половинки лягушек, соединенные с высокой антенной, легким
подергиванием предвещали нашествие пока еще отдаленной грозы. В ходе
многих практически однотипных экспериментов отдельное случайное наблюдение,
сделанное в начале сентября 1786 года, принесло нечто принципиальное новое.
Тело лягушки, с которой была снята сухая изолирующая шкурка, положили на
чугунные перила, чтобы оно "впитывало в себя" атмосферное электричество.
Оно было также проколото железным крючком, так как раньше на чем-то
201
висело, как раз в том месте, где проходил спинной мозг. И всегда, лишь
крючок касался перил, мышца вздрагивала.
То же самое происходило (Гальвани вскоре опробовал и это) в закрытом
помещении! в любое время, с различными металлами, служащими ложем или
крючком. По лучше всего, когда и крючок, и ложе были из разных металлов.
Казалось, был найден источник животного электричества, не зависящего от
атмосферы. Нерв и мышца образовывали, по мнению Гальвани, своего рода
лейденскую банку; они и после смерти некоторое время продолжают быть заряжены
электр1пеством, а металлы являются лишь замыкающим цепь проводником. Все
публикации Гальвани 1791 года сводились к вере в то, что душу человека и
животного можно будет вскоре постичь с помощью электричества и что
электричество является причиной всех жизненных явлений. Этим великолепным
спекуляциям, продолжавшим жить в раннем романтизме Германии, нанес смертельный
удар Вольта, занявшийся систематическими исследованиями. Наполеон лично
слушал ясные речи Вольты о явлениях природы и премировал его. Животное
электричество сгинуло, но одновременно была основана электротехника, когда
ои обнаружил, что не нерв и мускул лягушки производят электричество, а два
металла, которые к тому лее должны быть различными.
В этот же месяц 1786 года в Италии, в соседнем городе, свершилось еще одно
культурно-историческое открытие, идущее в совершенно ином направлении. Это
случилось 27 сентября в ботаническом саду города Падуи, где Гете осознал идею
деятельного творения растений, перед ним "замаячило" сквозь чувственную
форму "сверхчувственное растение" (Гете. "История моего ботанического обучения").
В то время как гетевский взгляд на растение открыл людям глаза и изменил их
представление о растении, открыл некую сферу деятельной полноты,
гальванизм открыл им дорогу к техническому творчеству, которое в своем
наисовременнейшем виде парализуют^ действует на силы души.
II. ВОЛЬТОВ СТОЛБ
Давайте оставим исторический экскурс и обратимся к простейшему
эксперименту Вольты, проведенному в 90-х годах XVIII столетия. Сначала попробуем
па вкус металлы. Положим на язык одновременно два разных металла,
касающихся друг друга вне языка. Мы почувствуем странный кисло-горький вкус
(Э1, Э2, ЭЗ).
Такого рода явления находятся в полном противоречии с электростатикой:
если там мы брали в руки легкие, сухие, теплоизолированные материалы, то
здесь мы берем тяжелые, обладающие высокой теплопроводностью металлы,
которые к тому же должны быть смочены. Предметы следует соединять в
жидкости, вместо того чтобы разъединять их в сухом состоянии. Откуда известно,
что этот вкус происходит от электричества? Во всяком случае об электричестве
здесь ничто не говорит. Из повседневного опыта мы знаем, что вкус может
измениться, если мы добавим что-нибудь другое, Таким образом, мы ощущаем
особый вкус, если нам в рот одновременно попадают две разные вещи. Это
202
так обычно! Но загадочным в опыте Э 1 остается вопррс: что происходит при
соприкосновении друг с другом полос вне рта? Мы как бы совершаем ритуал,
колдовское действо. Затем, демонстрируя опыт Э 3, соединив пластинки
проводами, мы видим, что вообще шгаего не происходит. Эти пластинки должны
быть обязательно соединены в замкнутую цепь. Если где-то существует
разрыв, ощущение вкуса исчезает.
Но в целом возникает нечто характерное, находящееся в противоречии с
остальными явлениями природы. В природе явления развиваются постепенно,
шаг за шагом, в суточном и годовом ритме. Они разрастаются и запихают. Мы
имеем в виду погоду, рост растений, тепло и холод в открытом пространстве.
Кроме того, все связано еще и с местоположением. Здесь действует одно, там —
другое. В шумах естественных предметов проявляются их твердость, величина,
напряжение. Например, когда падает яблоко, валится дерево, трескается лед.
Шум связан с предметом, непосредственно с его состоянием. У животных он
открывает даже нечто внутреннее, какое-то переживание животного, которое
гонит его, от которого оно страдает. Даже в механике все еще можно услышать
в треске древесины силы, которые направляются с помощью рычага к месту их
приложения. Ток же не виден в проводнике. Совершенно иное происходит с
тем, что мы называем электричеством. Здесь разорвана связь пространства и
времени. Как в ритуале воздействует нечто призрачное: моментально, в любом
месте, издалека.
Составными частями ритуала, т.е. условия встречи с этим явлением,
являются: замкнутая цепь из металлов и жидкость, как показано в опыте Э 36, в.
Если одновременно дотронуться языками до расположенных в одинаковой
последовательности цинковых и медных пластинок, окажется, что действие
усиливается. Если мы перевернем все пары цинк —медь, действие окажется
прежним. Если мы перевернем лишь половину, действие почти исчезнет.
Сначала медные проводники (провода, соединяющие пластины) не принимаются
во внимание, они просто должны использоваться.
Язык в данном случае выполняет роль так называемого источника
напряжения (источника тока) и одновременно — индикатора. Но для учеников
развивать дальше эту тему не стоит. Эти простейшие предварительные опыты
позволяют нам ввести новое понятие, которое неожиданно выпадает из
природного развития и придает явлениям довольно "нервозный" характер.
Последовательное построение этих трех опытов задумано скорее для учителя,
чтобы ему стало все ясно. Ученикам быстро наскучат подтверждения и
доказательства данной интерпретации посредством повторения различных
вариаций одних и тех же явлений.
Им нужно одно сильное переживание и один ясный образ. Достаточно
одного опыта. Теперь следует перенести эти явления из тьмы рта в прозрачные
стаканы. Сначала покажем "корону" из чашек — последовательно включенные
элементы Вольты, которые зажигают лампочку (Э 4), затем знаменитый в свое
время вольтов столб (Э 5).
Сам Вольта очень четко и наглядно описывает конструкцию в письме Royal
Society (1800), знаменитому английскому научному обществу:
203
"Самым существенным из этих результатов, который охватывает все
другие, является создание аппарата, который благодаря своему действию, т.е.
благодаря ударам, производимым им на руки и т. и., аналогичен лейденской
банке или скорее слабозаряженной электрической батарее, но который
действует непрерывно. Иными словами, который имеет неисчерпаемый заряд.
Да, аппарат, о котором идет речь и который, несомненно, приведет Вас в
изумление, является не чем иным, как рядом некоторого числа хороших
проводников различного типа, следующих друг за другом в определенном порядке.
Я приобрел несколько дюжин маленьких круглых медных, латунных или,
лучше, серебряных дисков дюймового диаметра, например монет, и такое же
количество пластинок из олова, а еще лучше цинка, приблизительно такой же
формы и величины... Кроме того, я подготовил достаточное количество
кружков картона, кожи или другого пористого материала, который может впитывать
жидкость или воду. Эти слои, которые я называю влажными пластинками, я
делаю несколько меньше, чем металлические диски, чтобы, когда их
прокладывают между металлическими, они не выступали наружу. Металлические
диски должны быть хорошо начищены, а неметаллические — пропитаны
водой, а еще,лучше солевым раствором, и слегка отжаты, чтобы жидкость не
капала. Их следует лишь расположить в определенном порядке.
Этот порядок очень прост и легок: я кладу на стол горизонтально одну из
металлических пластин, например серебряную, и на нее кладу цинковую
пластину, затем влажную прокладку, на нее вторую серебряную пластину, затем
цинковую, на нее вновь влажную прокладку... и таким образом я выкладываю
целый столбик до тех пор, пока он не начнет падать.
Такой столбик имеет 20 — 30 этажей, или пар металлов, он в состоянии
зарядить не только конденсатор путем простого прикосновения, но также и пальцы,
если ими одновременно коснуться обоих концов, почувствуют один или
несколько легких ударов, и эти удары будут повторяться, если прикоснуться снова...
Чтобы получились легкие сотрясения, палец должен быть влажным, так
чтобы кожа, которая иначе не является достаточно хорошим проводником, была
хорошенько смочена.
Более сильные удары можно получить, если нижнюю часть столба
соединить с горшком с водой так, чтобы можно было окунуть в воду несколько
пальцев, а лучше — целую руку, при этом вторую руку следует прижать к
металлической пластине верхушки столба. Мы чувствуем укол в пальцы, когда
касаемся уже третьей или четвертой пластины. Интересно наблюдать, как
постепенно усиливаются сотрясения при прикосновении к пятой, шестой паре и,
наконец, к последней..."
Единственное замечание: сильно преувеличено утверждение, что столб
неисчерпаем. Трудно себе представить, что электрический свет и тепло, которые
мы получаем, возникают из ничего. Где же в опыте Э 4 восполняются эти
затраты? Если лампочку заставить гореть довольно продолжительное время, то
одна из металлических пластин столба претерпит сильное изменение: цинк
будет разъеден. На пластине будет образовываться налет белой цинковой соли,
перемешанной с гидроксидом цинка. Поэтому вольтовы столбы нужно время
204
от времени чистить. Это большой недостаток; кроме того, они очень
непрактичны, нетранспортабельны, требуют очень большого помещения для
размещения батарей.
Во времена Вольты, чтобы постичь тайну электричества, при
проведении опытов человеческое тело наэлектризовывали со всех сторон. Вольта
пишет: "Еще пару слов о слухе: я проводил опыты с этим органом чувств,
а именно сперва я тщетно пытался возбудить его с помощью пары
металлов, хотя выбирал самые действенные металлы — серебро или золото и
цинк, и только теперь мне удалось возбудить его с помощью аппарата,
содержащего 30 или 40 пар пластин. Перед этим я воткнул в уши два
металлических штыря с закругленными концами и соединил их с аппаратом.
В момент соединения я почувствовал сотрясение в голове, а несколько
позднее, когда я попривык, я слышал звук, скорее шум в ушах, который очень
трудно описать. Это был своего рода треск, или хруст, или шелест, как
будто твердая (вязкая) материя попадает в кипяток. Этот шум
продолжался, не усиливаясь и не ослабевая, до тех пор, пока ток был подключен. Я
испытывал неприятное чувство опасности, так как чувствовал сотрясение в
мозгу. Поэтому я больше уже не повторял этот опыт".
Если вольтов столб почти сразу перестал применяться в электротехнике, то
батарея элементов стала прародительницей всех сухих батарей и
аккумуляторов. И в наше время эти приборы употребляются миллиардами штук. Это и
счетчик Гейгера, и электростимулятор сердца. Простейшие батареи-элементы:
медь — свинец в растворе медного купороса — использовались на телеграфных
станциях в прошлом столетии (элемент Даниэля), позже появился элемент:
цинк—оксид марганца (элемент Лекланше), очень похожий на сухие батареи,
от которых работают наши современные карманные фонарики.
III. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
Источник и потребитель. Смысл внешних условий в предпринятых нами
опытах неясен; суть происходящего все еще скрыта от нас.
Давайте теперь посмотрим на эти условия, необходимые для возбуждения
человеческого тела (судороги, жжение) и горения электрической лампочки, и
сопоставим их:
1) Нужно взять два различных металла, по возможности благородный и
неблагородный, и окунуть в соляной, кислый или щелочной раствор.
2) Нужно проложить между ними дорогу из металлической проволоки или
жидкости (электрическая цепь).
3) К этому пути можно подключить электрическую лампочку или часть
человеческого тела, т.е. коснуться в двух местах. Если вы хотите вызвать
свечение или сияние, вы должны включить сюда отрезок тончайшей
проволоки (как в электрической лампочке).
Второе условие предусматривает самый широкий диапазон в количестве и
видах материалов, первое же, напротив, очень строгое и, очевидно, самое
205
важное. Можно показать (во времена Вольты именно это и делалось), что
концы большого вольтова столба дают эффект и без электрической цепи
(условия 2 и 3), а именно тонкие золотые пластинки (так иазвыаемый электроскоп)
отталкиваются друг от друга, т.е. действуют, как напряженные полюсы в
электростатике! Эти слабые отталкивающие воздействия, которые можно
произвести лишь в лабораторных условиях и с которыми мы знакомы по полоскам
бумаги в опытах со статическим электричеством, приводят к тому, что можно
говорить, что вольтов столб также и без электрической цепи находится в
наэлектризованном состоянии, и это мы называем напряжением. Это и есть
источник (источник напряжения), исходный пункт всех явлений. Итак,
напряжение — это статическое электрическое явление, характеризующее состояние
готовности к действию любого вида: либо между двумя отдельными предметами
в электростатике, либо между двумя частями одного предмета в гальванике,
например между полюсами батарейки для карманного фонарика. Напряжение
может вызвать явления потом, само по себе оно еще не является событием.
Напряжение можно купить в форме батарейки для карманного фонарика. Оно
будет каким-то образом зафиксировано и будет храниться вместе с батарейкой.
Чем выше напряжение, т. е. чем более напряженным является состояние
батарейки, тем больше из нее можно извлечь. При напряжении в несколько десятков
тысяч вольт лишь при простом приближении полюсов искровой разряд бьет на
1 см. Высокое напряжение требует больших расстояний и мощной изоляции.
В электростатике мы ставим заряженные банки на баночки из-под йогурта или
на куски пенопласта, т.е. создаем несколько сантиметров изоляции. В гальванике
требуется только очень тонкая изоляция. Достаточны такие плохие изоляторы,
как дерево или кожа. Обычно изоляция служит лишь для того, чтобы избежать
короткого замыкания, т.е. цепь следует изолировать саму от себя. Для людей при
низких напряжениях достаточной защитой является кожа.
Понятие тока. Если замкнуть, как в нашем опыте Э 4 и Э 5, электрическую
цепь на электроды источника напряжения, то из состояния покоя и тихой
готовности начнется двойной процесс: в одном месте накаляется проволочка в
лампочке, в другом — разъедается цинковая пластинка, образуя цинковую соль.
(Одновременно незаметно для глаза возле медной пластинки из воды
выделяется водород, и из солевого раствора получается щелочь.) Между нагреванием
в лампочке и превращением металла в гальваническом элементе существует
необходимая связь, которая может осуществляться через провода, протянутые
на многие километры в гору и с горы, под землей или на воздушном шаре. Эта
связь между разъеданием и свечением (накаливанием) называется током.
Конечно, в смысле классической физики по проводам ничего не течет. Если у нас
есть несколько лампочек, они вспыхивают при замыкании цепи одновременно,
а не так, что ближайшая к выключателю вспыхивает первой. Таким образом, у
этого "тока" нет никакого переднего фронта, который бы перемещался. Также
нет и никакого направленного движения, в котором бы он "тек", так как не
существует вовсе никакого движения. В нашем реальном мире так называемый
ток не является чем-то вещественным, он суть идея связи через петлю провода,
через так называемую электрическую цепь. Во всяком случае ток — это неиод-
206
вижное состояние провода или промежуточной жидкости, а вовсе не процесс
движения. Поэтому мы должны говорить: ток "царит здесь", вместо — ток
"течет". В таком случае произвести ток означает установить связь между
затраченным (металл) и полученным (лампочка), а вовсе не нечто
квазиматериальное, которое приводится в движение по проводам. Во всяком случае это
означает еще и возникновение магнитного поля вне проводов (8-й класс), а в
проводах — слабого, идущего изнутри нагревания, зависящего от поперечного
сечения провода. Так, например, у толстой проволоки оно слабое, но полного
отсутствия нагревания не наблюдается никогда. Происходит некое событие,
являющееся как бы двойником тока, который как событие происходит вовсе не
в проводниках; проводники лее, будучи необходимым условием возникновения
тока, несут в себе зародыш совсем другого, а именно тепла (тепло как начало
всех событий). Важную информацию к вопросу о том, движутся ли но
проводам электроны с небольшой дрейфовой скоростью (около 0,03 мм в сек.)
навстречу распространяющемуся по проводнику состоянию включения, можно
почерпнуть у ХЕХТА (1980).
Сила тока. При очень осторожном объяснении ученикам, что же такое ток,
мы должны более или менее решительно поговорить о физической величине;
таким образом нам ни в коем случае не следует отказываться от традиционной
"силы тока". Сильный ток означает быстрое разъедание цинковой пластинки —
1 г цинка исчезает за очень короткий промежуток времени. Одновременно
лампочка производит много тепла и дает яркий свет. Если при
соответствующей величине пластинки процесс разовьет такую интенсивность, при которой
за 1 час разложится 1 грамм (точнее, 1,22 грамма) цинковой пластинки, мы
получим электический ток силой в 1 ампер (1 Л). Для того чтобы увеличить
скорость разъедания, т. е. увеличить силу тока элемента, нужно, чтобы
поверхность металлической пластины, опущенная в жидкость, была как молено
больше или чтобы она была пористой. Для того чтобы сила тока смогла
преодолеть сопротивление цени, например тонкие провода или множество
включенных друг за другом лампочек (елочная гирлянда), требуется высокое
напряжение, т.е. не только величина, но и количество включеннх друг за
другом пар пластинок (Э 4, Э 5). Величина, или, что то же самое, количество
пластин, наглядно характеризует силу тока и напряжение. Итак, если
напряжение обладает способностью, готовностью, то ток — это ул<е событие. Это
событие может происходить в двух местах: в быстром разряжении батареи и в
сопротивлении, например, лампочки, имеющемуся напряжению. Итак, ток —
это событие, а напряжение — это способность помочь току преодолеть плохие
проводники. Вместе с понятием тока можно еще ближе познакомиться с
аккумулятором (свинцовый аккумулятор), с плавким предохранителем (короткое
замыкание) и лампой накаливания.
Устройство аккумулятора заключается в следующем. Берут два различных
металла: с одной стороны свинец, с другой — черно-коричневый диоксид
свинца, который тонким слоем нанесен на пластину свинца (Э 6). Для получения
большой силы тока и большой производительности наши экспериментальные
аккумуляторы, разумеется, не годятся — слишком мала поверхность. Электро-
207
ды (свинец н диоксид свинца) должны быть пористыми. Таковыми являются
покупные аккумуляторы, которые мы применяем в опыте Э 7.
Автомобильный аккумулятор, которым мы пользуемся в опыте Э 7, может
давать ток от 20 до 50 А, в зависимости от толщины и длины провода, поэтому
мы уже ощущаем тепло проводника, намотанного на руку. Самым горячим
является самый тонкий проводник: в разобранных на нити проводах
поверхности соприкосновения бывают столь малы, что металл плавится и даже
испаряется, излучая белое свечение — и поэтому во все стороны разлетаются искры,
как при взрыве. Это так называемое искрение тока имеет материальную
природу—в противоположность искрению при напряжении в опыте Э 6 6-го
класса, которое является линейным, стянутым и вообще атмосферным явлением.
Искровой разряд (искрение тока) возникает после соединения, при
разъединении его еще называют искрением обрыва. Искрение напряжения возникает
до соединения. Его еще называют пробоем. Если электрическая цепь
составлена только из толстого провода, т.е. если сопротивление слишком мало, так
как отсутствуют тонкие, плохо проводящие провода, например в форме
промежуточно включенной лампы накаливания, то возникают очень сильные
токи: электропроводка может перегреться, раскалиться, может вырваться
пламя. Итак, опыт показал нам сверхсильные явления электрического тока и
характерное для этих явлений искрение. Такой сильный нагрев
обусловливает также объем расхода электричества, металла и солей металла. Пластины
аккумулятора выдерживают такой расход только благодаря тому, что он
распределяется по большой поверхности пластин. Таким образом, мы наглядно
видим связь между толщиной провода и соответствующей величиной
пластины. Толстый провод или толстый кабель (в котором множество проволочек
включены в цепь параллельно) выделяют много тепла и, следовательно,
требуют больших пластин. Компоновка электрической цепи исключительно из
проводников с малым сопротивлением дает очень большой ток.
Короткое замыкание. Аккумулятор может работать с большим током, но
спокойно может работать и со слабым. Лучше всего это можно представить
себе па следующем опыте с сопротивлением (Э 8). Проволока сопротивления
гораздо тоньше и хуже проводит электричество, чем подводящий медный
провод. Весь нагрев приходится на нее, именно она ограничивает "величину
явления", т. е. тока. Если мы укоротим проволочное сопротивление, то длина
плохо проводящего отрезка цепи станет меньше — подводящий провод будет
горячее, электрический ток — сильнее. Если мы в нашем опыте будем
проволочку укорачивать, нагревание усилится и ток будет усиливаться до тех пор,
пока проволочка не расплавится и не сгорит: произойдет короткое замыкание
(слишком уж ее укоротили). В опыте с медной проволокой она прогорает уже
при большей длине, демонстрируя этим лучшую электропроводность. Медь —
материал с очень малым сопротивлением, и поэтому для кабеля он подходит
лучше всего.
В процессе обучения учегапси могут сначала воспринять электрический ток,
напряжение и сопротивление качественно, с помощью органов чувств и
исключительно в их экспериментальном значении. Этого достаточно. Учитель же
208
должен суметь всегда найти ответ, какие величины стоят за вышеупомянутыми
понятиями, без обращения к формулам.
Что такое напряжение? Напряжение — это состояние готовности к
электрическим явлениям, которые наступают непосредственно, если, например, тело
приближается к натертой пленке, если замыкается электрическая цепь и т.д.
Если речь идет о наличии напряжения на предметах, то оно возникает, как
правило, в результате трения, разрывания, погружения металлических
пластин и т. п. Но в то же время напряжение не является феноменом. Если же мы
наблюдаем какие-либо электрические события, не только покоящиеся силы, но
и какое-то движение или нагревание, то мы уже не можем применять к нему
одно только понятие напряжения. В заключение повторю, что напряжение —
это чистая возможность появления электрических событий, но не само
событие, это состояние ожидания события. Способность к событию (напряжение)
может стать более или менее необходимой. При высоких напряжениях начинается
искрение. Количественная величина напряжения, в вольтах, — это сравнение
того, насколько необходимость данного состояния сильнее необходимости в
случае напряжения в 1 вольт. В опытах по гальванике с влажными
металлическими пластинами (7-й класс) напряжение от 1 до 2 вольт на пару пластин
мало по сравнению с электростатикой (6-й класс), где мы имели десятки
тысяч вольт, но почти нулевую силу тока, т.е. почти отсутствующее событие.
Гальваника не дает так называемого искрения напряжения, которое начинается
при приближении, но дает искру при размыкании после соприкосновения.
Каким образом можно увеличить напряжение пары пластин, медной и
цинковой? Путем последовательного соединения нескольких элементов, как в
Э 3 и Э 4! Для самого напряжения величина пластин роли не играет, это
могут быть и металлические полоски (ЭЗ). Решающим является лишь
испытанное направление соединения.
| о
Одинарное + I Медь к
напряжение -Т^^^ Цинк т
Удвоенное
Одинарное * » напряжение
напряжение - —i— Цинк #
Для наглядности медная пластина обозначена длинной чертой, а цинковая —
короткой. Можно ли увеличить напряжение? Напряжение всегда находится
между двумя полюсами. Один из полюсов обозначим знаком "плюс", а
противоположный ему — знаком "минус". Здесь медная пластина на правом рисунке
имеет знак "плюс". Это можно обосновать следующим образом: потрем стекло
шелковой тканью, возникшее электричество стекла обозначим знаком "плюс",
в противоположность электричеству ткани, ведь ткань мы держим в руке, а
сами стоим на земле, значит, — в противоположность земле. Смола, потертая о
Мех, напротив, отрицательна. Смолистые и стеклянные тела, подвешенные на
Длинной нитке, притягивают друг друга, т.е. при приближении тело несколько
притягивается (подплывает) к другому. Если мы, например, 1000 ячеек вклю-
>Медъ 1
Цинкгг 1
Напряжение
отсутствует
Цинк *
• Медь 1
209
чим последовательно друг за другом, как это показано на левом рисунке, и
положим самую нижнюю цинковую пластину (полюс минус) на землю, а
самую верхнюю медную пластшгу (полюс плюс) — через провод на металлическое
тело, то вышеупомянутое стеклянное тело, натертое шелком, при приближении
будет отталкиваться. Плюс и плюс отталкиваются друг от друга. В
противоположность двум соединенным друг с другом цинковым пластинам обе медные
пластины имеют плюс. Итак, обе медные пластины находятся по отношению к
общей исходной точке (соединенным цинковым пластинам) под одинаковым
напряжением. Тогда между медными пластинами разности напряжений не
будет. В идеальном случае различий не будет совсем.
Но батарея с очень высоким напряжением окажет слишком сильное влияние
на явление: лампочка перегорит. Итак, напряжение в батареях и
сопротивление в электрической цепи должны соответствовать друг другу.
Сопротивление цепи связано с материалом, из которого сделаны провода.
Свою роль играют здесь все предметы, являющиеся непосредственной частью
проводника. Если разрезать эти предметы или убрать их, тока просто не будет.
Кусок провода, как и любая часть электрической цепи, характеризуется тремя
показателями: длиной, толщиной (поперечное сечение) и материалом. В
нашем опыте Э 8 с накаливаемой проволокой мы можем подводящие провода
(концы подключают к аккумулятору) сделать короче или длиннее, при этом
накал стальной проволоки практически не изменится. Но если мы укоротим
саму проволоку, то накал тотчас же усилится. Значит, это и была та часть
электрической цепи, которая определяла электрический ток (меру общего
явления). В данном случае накаливаемая проволока (нить накала) служит
мерилом сопротивления. Мы можем оценить сопротивление подводящего
провода как очень низкое но сравнению с сопротивлением накаливаемой проволоки
(нити накала), так как этот провод не оказывает никакого влияния на явление.
Здесь нам не следует особенно долго размышлять. На опыте Э 8 мы уже
видим, что сопротивление более короткой проволоки было меньше, и тем самым
ток был гораздо сильнее. Теперь давайте натянем две такие проволоки
параллельно друг другу. На обеих проволоках мы будем наблюдать точно такое же
явление (нагрев), что и с одной проволокой. Аккумулятор будет садиться в 2
раза быстрее. Итак, общая сила тока увеличивается вдвое. Кроме того, опыт
показывает, что без изменений общего тока мы можем обе проволочки
приблизить друг к другу и они сплавятся; мы снова получим одну проволоку, но
вдвое большего диаметра. Тогда эта проволока даст во всей цепи удвоенную
силу тока по сравнению с одной начальной (более тонкой) проволокой. Итак,
толстая проволока имеет сопротивление в 2 раза меньшее. Вообще,
электрическое сопротивление возрастает пропорционально длине проводника и
уменьшается пропорционально его поперечному сечению. Чтобы исследовать
свойства разлшшых материалов, можно было бы вместо стальной проволоки
взять проволоки из различных металлов одинаковой длины и толщины. Какая
из них сильнее нагревается, та и лучше проводит. Точную величину силы
тока мы могли бы получить из скорости разложения пластин аккумулятора.
Проводя такой эксперимент, следует позаботиться о том, чтобы подводка к
210
аккумулятору — если таковой имеется — всегда имела сопротивление
намного меньшее, чем сопротивление испытываемой проволоки. Как этого добиться?
Она должна быть толще и из материала с лучшей электропроводностью. В
эксперименте Э 8 она медная и имеет в 2 раза большее поперечное сечение,
чем сечение накаливаемой проволоки. Проводимость ее в 8 раз выше, чем
проводимость стали, из которой сделана проволока. На этом принципе
основаны конструкции всех видов бытовых электрических приборов, да и все
электроснабжение: сопротивление проводки всегда ниже, чем сопротивление
используемого объекта, например по сравнению с тонкой и спирально
закрученной нитью накала в электрической лампочке. И там, где имеется высокое
сопротивление, происходит нагревание. И даже толстые, сплавившиеся куски
провода подводки, опорные колонки спиральной нити накала внутри
лампочки имеют гораздо меньшее сопротивление, чем тонкая, свободно висящая
спиралька.
Очень много поучительного даст ученикам история, в которой
рассказывается об Эдисоне и о том, как он изобрел лампочку накаливания. По ней можно
изучить взаимодействие напряжения, сопротивления и тока, а также, что
значит изобретать так, чтобы это можно было применить на практике — ведь
кажется, что все так просто.
Часто решающую роль играет величина батареи, т.е. величина пластин
элементов, а не их количество. Сначала подытожим вышесказанное. В цепи с
сопротивлениями ток возрастает при увеличении напряжения и уменьшается при
увеличении сопротивления. Чем меньше сопротивление, тем сильнее ток.
Однако существуют определенные границы. Батарея не может усиливать ток до любой
величины. Ее напряжение падает. С помощью 12-вольтовой батарейки,
предназначенной для транзистора, нельзя завести двигатель автомобиля, хотя
автомобильный аккумулятор также имеет всего 12 вольт. Но поверхность его
пористых свинцовых пластин во много тысяч раз больше, чем поверхность
цинковых стенок маленьких сухих батареек. Большие аккумуляторные пластины
способны разряжаться в сотни раз интенсивнее, так как разъедание происходит
на поверхности пластин. Итак, максимально возможный ток при очень малом
сопротивлении цепи зависит уже не от внешней цепи, а ограшгчен величиной
аккумуляторных пластин. От величины элемента аккумулятора зависит
максимальный ток, от количества элементов — напряжение.
IV. ПЕРЕЖИВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Какое суждение, основывающееся на чувствах, какую точку зрения должен
иметь ученик в отношении к электричеству? Можно было бы ответить быстро:
тема вводится и далее оставляется открытой. Однако так не получится — разве
что со взрослыми. Для изучения какой-либо вещи следует найти ее связь с
чувством, ученик должен глубоко переживать предмет и суметь связать его со
своим внутренним миром, вплоть до религиозного и морального переживания,
в противном случае ядро подрастающей личности будет ослаблено. Только не
211
стоит думать, что формализм, холодное манипулирование, возбуждение при
умении продемонстрировать эффектный эксперимент и само собой
разумеющееся использование так называемых "подчувственных" природных сил не
строят этой связи чувства с миром. И даже нейтральное, чисто предметное
изучение фактического материала содержит в себе элемент переживания мира,
например переживание изолированности, отверженности от мира.
Вдалбливание такого отношения к миру глубоко впечатляет, но часто ошибочно
понимается как "объективное обучение".
Итак, тому, кто, занимаясь изучением какой-либо вещи, одновременно
работает с ориентацией на чувства хорошо бы дать возможность исходить из
знания ребенка и его возрастного развития. Данная ситуация очень зависит от
учителя и от класса. И все же изучаемый материал несет в себе постулаты,
которые могут говорить сами за себя. Я хотел бы их назвать: первый постулат
гласит о прорыве пространства и времени, или, с точки зрения теории
познания: в отношении электричества невозможно построить соответствующие
вариации пространственного и живых превращений во временном, которые
обычно строит наше мышление. Электричество внезапно разрывает образную ткань
природы. Мы сравниваем подобный характер его появления с нервозностью.
Второй постулат указывает на стремление к изолированности, которое
несет в себе каждая электрическая цепь. Положительный полюс электрической
батареи сможет вызвать электрические явления, только будучи соединенным
цепью с отрицательным полюсом этой же батареи. Кусок провода можно
одновременно подключить к двум электрическим цепям, и при этом особых
изменений не произойдет. Электрические цепи влияют друг на друга только
изменением величины нагревания общего участка проводника и заложенным
в нем малым напряжением противоположного знака. В следующем
расположении это остается еще более незаметным:
>ft
Ь—'
Лампочка (х)
Батарея ~
Металлический стержень
с зажимами "крокодил"
Рис. 50. Независимые цепи, пересекающиеся на одном и том же отрезке
проводника
Каждая электрическая цепь проникает в мир чисто эгоистическим путем,
создавая форму, присущую только ей. Она замкнута. Ничто окружающее на
нее не действует. Она руководствуется теми свойствами, которые присущи только
ей. Поэтому электрические приборы можно носить в кармане, в ухе, в груди.
212
Как это сравнить с акустикой? Звуки зависят не только от струн, но и от всего
инструмента, от пространства в целом. Светлое соединяет самые отдаленные
части мирового пространства. Температура изменяется в окружении нагретого
тела. Электрическая цепь со своими материалами, чуждыми природе, с сильно
проводящими или, наоборот, изолирующими свойствами (в противоположность
коже и древесине) переживается как чужеродное тело.
Если первый постулат обращен к мышлению, а второй — к различным
нашим чувствам, то третий намечает некое поле деятельности с
неограниченными возможностями. Если полностью усвоены вышеизложенные понятия
напряжения, тока и сопротивления, то можно благодаря электричеству разумно
использовать и дозировать самые разнообразные воздействия, не углубляясь в
природные связи. Поняв суть процесса, мы можем чисто внешне соединить
слабые батарейки и получить изменение силы. Присоединение нескольких
бессильных проволочек достаточно для того, чтобы высокое напряжение
превратить в большую силу тока (параллельное включение). Предварительно
все абстрактно рассчитав, молено без труда, включая и переключая цепь,
добиться большого эффекта.
Разумеется, с помощью трех постулатов сказано еще не все. Но они тесно
связаны друг с другом и дают общую картину. Чувственно-нравственное (Гете
в учении о цвете) не должно быть забыто. Ученики должны почувствовать все
это и — в обсуждениях — поразмыслить над этим. Ясное понимание должно,
вероятно, прийти позднее, к 8-му классу, после годичного "сна" (перерыва).
Тогда мы начнем размышлять о последствиях сверхмощной электрической
цивилизации (века электричества), о ее месте в жизни отдельной личности и в
социальном организме, о том, что будет с Землей, о моральных импульсах и о
том, как в связи с этим управлять техникой.
Но существует совершенно иной путь возникновения электрических
явлений, это все то, что заключено в творчестве Гальвани. Мы имеем в виду
электрических рыб. В некоторых зоопарках их можно увидеть. Например,
электрического угря из Южной Америки и электрического сома из Центральной
Африки. Об этом можно прочитать выше в этой книге, а также в зоологической
литературе (например, ГРЖИМЕК, 1980). При этом надо больше говорить на
уроках об образе жизни и об окружающей природе и меньше об анатомии
электрического органа.
213
Описание опытов к разделу
"Электричество в 7-м классе"
Э 1. Вкус электричества
Ученик пробует на вкус по отдельности цинковую и медную пластинки, зачищенные
добела наждачной бумагой. Они имеют вкус неочищенного металла, но различить их по
вкусу практически невозможно. Ничто не меняется, если их приложить одновременно к
кончику языка (рис. 44, слева).
Если же мы соединим пластины (рис. 44, справа), мы почувствуем кисловатый, слегка
щиплющий вкус, который у цинка выражен гораздо сильнее.
Вкус
Язык
Рис. 44. Вкус металлических пластин, касающихся языка
Э 2. "Отдаленный вкус"
Соединим металлические пластины с проводами с помощью зажимов "крокодил". Если
мы соединим концы проводов, то сразу почувствуем вкус.
Рис. 45. "Отдаленный" вкус металла на языке
Язык
214
Соединение проводов можно производить за спиной ученика. Он сразу заметит, что
произойдет. То же самое наблюдалось бы, если бы мы провели провода до школьного двора
и там их соединили.
Э 3. Усиление
Создадим цепочку из трех или четырех учеников следующим образом:
Рис. 46. Усиление вкуса посредством соединения друг с другом
а) Для того чтобы показать, что вкус появился, ученики должны тогшугь ногой. Как
только цепь замыкается, они топают одновременно.
б) Если один из учеников вынет изо рта всего одну пластинку, вкус пропадает у всех.
в) Вместо того чтобы соединять штекеры между собой, приложим их на отдаленном
расстоянии друг от друга к деревянной дощечке (никакого вкуса), затем к консервной
банке, ножницам, наковальне, к железной трубе или зачищенной трубе центрального отопления
(вкус появляется).
Э 4. "Корона" из чашек
Раньше цепочку элементов, собранную в кружок, называли "короной" нз чашек, так
как она выглядела как корона.
I Соленая вода
' &> >
Лампочка
Рис. 47. Построение "короны" из чашек
Положим в стеклянные стаканы с насыщенным солевым раствором (поваренная соль
215
и водопроводная вода) три-четыре пары наших медных и свинцовых пластин. Пластины
надо как следует почистить наждачной бумагой средней жесткости, чтобы металл
блестел. Особенно обратите внимание на серые и черные слои на цинковой пластине, они должны
быть сняты. Соеиняем цепь, как мы уже проделывали в Э 3. Лампочка (3,8 В — 0,07 А
или 4 В — 0,04А) загорается. Лампочка в 1,5 В (0,1 А) горит даже с одной парой пластин,
так называемым вольтовым элементом, который при меди и цинке дает около 1 В. Мы можем
вместо лампочки поднести провод к языку. Сила вкуса соответствует яркости горения лампочки.
Э 5. Вольтов столб
Три и более (до пяти) пар пластин из Э 4 проложить фильтровальной бумагой
(промокательной или в крайнем случае газетой), сложенной во много слоев и пропитанной уксусом
пли концентрированным солевым раствором.
Медь
( Цинк \°
I Медь ] г
Цинк
X Фильтровальная
-^ бумага,
пропитанная
солевым
раствором
^1Г
Медь
Цинк
Г—
Рис. 48. Копс7прукцая вольтова столба
Медь и цинк чередуются друг с другом следующим образом: один контакт (одна
сторона) пластин — мокрый и один — сухой. Мокрые контакты соответствуют сосудам батареи
"из чашек", а сухие — соединительным проводам. И цинковые, и медные пластины должны
быть хорошо зачищены. Каждая пара должна давать минимум 0,7 В. Раствор не должен
заливать края пластин. Для этого пропитанную раствором прокладку следует слегка
отжать. Зажимы "крокодил" не должны контактировать с соседней пластиной. Опыт
следует опробовать до урока.
Э 6. Аккумулятор
Возьмем два куска листового свинца, например 8x12 см, сдвинем, нанесем ножом на
их поверхность царапины крест-накрест и "зарядим" свинец в 20 —30%-ной серной
кислоте (на несколько часов без большого газообразования подводится ток). Пластинка,
подключенная к плюсу становится темно-коричневой. Таким образом, мы получили
аккумулятор. Подключенная маленькая лампочка в 1,5 В и 0,1 А (Э 4) горит равномерно.
216
Э 7. Искрение тока
Возьмем 3 м обычного одножильного провода. Оголим участок в 20 см, а другой конец
вставим в штекер. Сделаем два таких провода. Один, с оголенным размочаленным концом,
повесим сверху над экспериментальным столиком и соединим его с отрицательным
выводом 12-вольтового аккумулятора или мощного источника питания 30 В/30 Л.
Другой провод обмотаем трижды вокруг голой руки ученика (ученик должен надеть
очки). Затем второму ученику (тоже в очках) дадим в руки оголенный участок этого провода
и подключим другой конец, например, к положительному выводу 4В того же
аккумулятора. Второй ученик получает задание проводить вдоль висящего над столом другого
провода оголенным куском первого провода. Напряжение следует постепенно увеличивать
до 12В и — наконец начнется сильное, чуть зеленое искрение. Отдельные проволочки
начнут накаляться, будут отскакивать раскаленные кусочки металла, провод, накрученный
на руку, начнет нагреваться. При стальных контактах искры будут другого цвета.
Укрепляем над столом в горизонтальном положении штангу из нехромированной стали и
подсоединяем ее с помощью зажимов "крокодил" и двух метров обычного провода к
аккумулятору. Подключаем таким же образом стальной провод. Затем берем прихваткой оголенный
участок и проводим по штанге — получаем оранжевые искры, что типично для стали. Мы
можем без всякого опасения трогать сухими руками концы проводов, которые дают такие
зловещие искры, и ничего не чувствовать. Мы можем и весь акку^лятор "прощупать" обеими
руками, так как напряжение очень низкое. Неприятные ощущения появляются, если стараться
жестко обхватить кабель кистью или пальцами и фиксировать руку, тогда начинается ужасный
треск.
Э 8. Сопротивление
Возьмем кусок тонкой металлической проволоки длиной около 1 метра и поперечным
сечением около 0,5 мм2, натянем ее горизонтально над столом. Проволока должна быть
изолированной (достаточно штатива и зажима на нормальной столешнице). Подадим на
нее через короткие провода несколько вольт от аккумулятора.
Ученик прикасается к проволоке рукой и сообщает, насколько проволока нагрелась.
Кусок бумаги, наколотый на проволоку, опускается вниз (тепловое расширение
проволоки). Поднимаем напряжение до 12В, прихватываем зажимом "крокодил" все меньшие
отрезки проволоки. Вскоре бумага начнет дымиться и упадет вниз, вероятно загоревшись,
проволока начинает накаляться. Если мы возьмем совсем маленький кусочек проволоки,
он загорится в считанные секунды, пылающие искры запляшут над столом (ничего не зажигая).
Незадолго до того, как расплавиться, накалившаяся проволока становится мягкой и надает
вниз, увлекаемая собственным весом. Медная проволока такой же толщины
расплавляется и при большей ее длине благодаря лучшей проводимости (малому сопротивлению).
217
МАГНЕТИЗМ В 7-м КЛАССЕ
Если в прошлом году мы говорили о магнетизме лишь как о направлении на
земной поверхности, а магнит как таковой рассматривали лишь с точки зрения
земного магнетизма, который и вызывал действие этого магнита, то теперь мы
перейдем к старым, а затем и к современным техническим магнитам.
Отвлечемся от направлений, существующих на Земле, от судоходства и мировых морей
и поищем "спрятанные" в намагниченных кусках металла магнитные полюсы.
Обращаясь к сильно намагшгчениым кускам, например, железа, мы выделим
главный мотив, а именно безграничное усиление при обыкновенном
приближении; любое железо, приближаясь к магниту, "инфицируется". Это просто
пугающее пас явление.
Уже римлянам были известны намагниченные камни. Плиний Старший
пишет в своей большой "Истории природы":
"Что может быть ленивее нечувствительного камня? И смотри, природа дала
ему и чувствительность, и руки. Что больше противостоит, чем твердое
железо? И все же оно поддается и становится послушным. Магнитный камень
притягивает его к себе, и этот покоренный металл следует за незнакомцем, а
когда приближается к нему, тихо останавливается и, прикованный, повисает в
его руках" (ПЛИНИЙ).
Древние магниты были природными магнитными камнями (магаиттый
железняк), к которым прикладывали железные пластшпси; таким образом "армировался"
природный кусок руды, к нему привешивался анкер, и камень поднимал груз, в 30
и даже в 50 раз превышающий его собственный вес.
Рис. 51» Армированный магнит времен И. В. Гете
То место камня, которое ориентируется на север, а также то, которое
ориентируется на юг, через арматуру — железные пластины, связашше с анкером —
замыкаются на анкере. Именно благодаря этому подъемная сила увеличилась
218
почти в 100 раз. Более мелкие камни могут поднимать больший груз
относительно собственного веса, чем более крупные, так как у них магнетизм имеет
относительно большую поверхность, которая и оказывает действие.
Гете в детстве исследовал такой армированный магнит. В один прекрасный
день "оправленный магнит, очень изящно зашитый в ярко-красный платок,
помог мне своим действием испытать радость исследователя. Меня поразила
его таинственная сила притяжения, которая проявлялась не только в том, что к
нему притягивались железные брусочки, но и в том, что эта сила со дня на день
увелшшвалась и магнит мог притягивать все больший и больший груз. Эта
таинственная добродетель привела меня в такой восторг, что я долгое время
находился под впечатлением этого воздействия. Потом я подумал, что я лучше
разберусь и найду объяснение этим явлениям, если сниму с магнита его
оболочку. Я проделал это, но умнее не стал, так как обнаженная арматура ничему
новому меня не научила. Я убрал и ее, и у меня в руках оказался
обыкновенный камень, с которым я неустанно проделывал опыты, используя железную
стружку и швейные иглы, но, несмотря на многообразие опытов, мой юный дух
не получил никаких преимуществ. Я не сумел восстановить этот аппарат,
растерял его детали, а вместе с ними и этот прекрасный феномен" (ГЕТЕ, 1811).
Каким же образом мы будем демонстрировать ученикам этот раздел?
Сначала мы демонстрируем концы, или полюсы, на двух больших
открытых стрелках компаса; а именно: как отталкиваются северные полюсы и
южные полюсы стрелок и как притягивается северный полюс одной стрелки к
южному полюсу другой стрелки и южный полюс этой стрелки к северному
полюсу первой стрелки (М 7). Отсюда выводим известное правило:
разноименные концы притягиваются друг к другу, а одноименные —
отталкиваются. В свете этого факта мы должны обозначить Северный полюс
земного магнетизма южным магнитным полюсом, так как он притягивает
северные концы магнитных стрелок компаса. Возьмем магнитный брусок и будем
двигать вокруг него небольшую магнитную стрелку компаса; мы обнаружим,
как на Koinjax этого магнита концентрируются притяжения; середина же его
остается индифферентной (М 2), металлические опилки к ней не притягиваются
(ср. М 5). Поэтому концы магнита мы называем полюсами; кажется, что вся
сила воздействия магнита заключена в них. Но сам полюс не находится ни на
поверхности магнита, ни в какой-либо фиксированной точке внутри: если мы
проследим все направления, через которые они проходили (до пересечения). И
тем не менее с помощью таких полюсов очень хорошо объясняются многие
магнитные явления. Если мы разделим (без особых сотрясений) пополам
магнитный брусок с двумя полюсами (на одном конце южный полюс, па
другом — северный), разделив его по уже заранее заготовленному разлому, то
окажется, что каждая половинка снова имеет два полюса и столь же сильные,
что и предыдущие, и т.д. (М 3). Итак, полюсы вовсе не являются неизменной
причиной явления, так как они возникают и исчезают по нашей воле. Но при
этом направление намагничивания всегда остается неизменным. Там, где это
паправлешю переходит из железа в воздух, т.е. там, где находится граница
возможного перемещения магнитных стрелок, там устанавливается место полюса.
219
Давайте поговорим также об общеизвестном явлении — притяжении
железа. Каким образом мы можем объяснить постоянно наблюдаемое нами
явление — притяжение ненамагниченных кусков железа? Сначала они не
обладают магнитными свойствами, но затем вблизи магнита они эти свойства
приобретают — намагничиваются, и притом в том же направлении. Итак, при
приближении к северному полюсу первичного магнита кусок железа
приобретает на ближайшем конце южный полюс — они притягиваются. Другой конец
вторичного магнита стал северным полюсом. Если мы расположим параллельно
два вторичных магнита, то они будут отталкиваться (см. опыт М 4а).
Конец вторичного магнита, получившего свои магнитные свойства от
первичного, может намагнитить следующие куски железа и тем самым притянуть
их к себе (М 46). В этом опыте первичный магнит действует подобно Земле:
все, что вблизи, магнетизируется. Но Земля нигде не действует одновременно
притягивая — вопреки легендам о магнитной горе, — она только дает
направление. Правда, в местах, где имеется большое скопление железных масс — в
железорудных месторождениях, — это направление несколько меняется,
собираясь в пучки и усиливая интенсивность магнитного воздействия.
Магнитное поле относится к самым чудесным явлениям магнетизма. Как
получаются линии? Прежде всего, можно получить равные кривые, если
соединить намагниченные иголки и уложить их различными путями в одну линию от
одного полюса к другому. Иголки сами выстроятся в соответствующую линию
магнитного расположения, но для этого потребуется целый день. С помощью
железных опилок или стружек это можно увидеть почти сразу (М 5). Для
объяснения поразмышляем над предыдущим отрывком. Железные зерна
намагничиваются. Они отталкиваются в поперечном направлении по отношению
к намагничиванию, но при этом они слипаются друг с другом в направлении
намагничивания — как иглы в М 4. Четкость этих линий позволяет судить о
силе магнитного поля. С расстоянием сила эта ослабевает. Сила, которая
распространяется в свободном пространстве, называется полем, ее место не
ограничивается линиями, она действует, например на намагниченные иглы,
однородно и равномерно. Поле — это вовсе не предметная реальность, а
олицетворение (обобщенная идея) всевозможных положений иголок, фиксирующая
направление и силу, с которой действует магнит в данной точке; это также
олицетворение возможных магнитных воздействий на железные опилки и их
последовательное расположение. Итак, мы имеем три ступени:
1. Вокруг магнита ничего нет, но если мы поднесем к нему стрелки
компаса, они начнут поворачиваться.
2. Можно представить картину этих возможных расположений игл вокруг
магнита, фиксирующую направление и силу воздействия, и назвать ее
полем.
3. Если рассыпать там железный порошок, то мы сможем воплотить в нем
эти возможности расположения, которые мы также называем полем, здесь
образуются изогнутые линии, которые указывают направление ноля в
каждой точке.
Металлические опилки, например у полосового магнита, ясно показывают,
220
что намагничивание происходит не только в двух местах — у концов стержня
(так называемых полюсов), где оно концентрируется. Постоянные магнитные
поля, которые окружают намагниченные куски железа (потому мы и говорим:
"Этот кусок — магнит"), постоянно перекрываются земным полем, а также
друг другом — скажем так: намагниченная стрелка занимает среднее
положение в зависимости от силы действия отдельных полей, а именно так, как будто
каждый по отдельности притягивает стрелку (это важно для М 2).
Экранироваться от воздействия магнитных сил, или если есть желание, то
можно сказать — «от магнитного поля», не удается ни бумагой, ни деревом,
ни стеклом, ни оловом, ни алюминием, ни водой. Мы можем
продемонстрировать опыт со спрятанным магнитом и показать, как действует магнитное
поле (М 6). Однако стальная пластина, поставленная поперек, а лучше
стальной шар, внутрь которого помещен компас, экранируют достаточно
эффективно. Стальной прут, напротив, обладает способностью намагничиваться
и проводить магнитную силу дальше, если его положить между магнитной
стрелкой и возбуждающим магнитом. Он намагничивается сам, т.е. приобретает
намагниченный конец, обнаруживаемой с помощью магнитной стрелки.
Поставленное поперек полушарие, и, в небольшой степени, пластина, напротив,
приобретают намагниченный край, расположенный у возбуждающего
магнита. В середине поверхности, на которую мы направляем нашу пробную
магнитную стрелку, мы не обнаруживаем магнитного полюса, таким способом
мы можем заслониться от возбуждающего магнита. Если мы приблизим
магнитную стрелку к экранирующей пластине, то обнаружим побочное явление,
демонстрируемое в М 2. Итак, для экранирования от воздействий магнита
используют материалы, хорошо поддающиеся намагничиванию.
Остаточная намагниченность требует особого, магнитно-твердого
материала. Часто надо иметь так называемые твердые, или постоянные, магниты,
которые и после устранения возбуждающего магнита (намагничивающего поля)
еще долго сохраняют свои магнитные свойства. Так называемые мягкие
магнитные материалы теряют свои магнитные свойства достаточно быстро.
Хорошо намагничиваются под воздействием других магнитов лишь такие
металлы, как железо и, несколько слабее, кобальт и никель, легированные
сплавы (например, сталь с 5% никеля), а также стали с медно-марганцево-
алюминиевыми добавками. Такие материалы называют "ферромагнитными",
исходя из слова Ferrum (железо). Магнитный колчедан (сульфид железа) и
магнетит поддаются намагничиванию слабее. Чем механически тверже
выплавленная из железа сталь, тем труднее она поддается намагничиванию,
но тем лучше она сохраняет магнитные свойства даже после сильных
механических сотрясений. Лучшая сталь для этого — сталь свежей закалки
(см. содержание эпохи химии в 8-м классе) или хромо-вольфрамовая сталь.
Наиболее твердыми являются открытые в 1950 году металлы альнихо,
например легированные сплавы из 48% железа, 33 — кобальта, 18 — никеля
и б — алюминия. Для школьных опытов мы используем сильные магниты
из этого материала. Намагничиванием их занимается непревзойденный в своей
силе электромагнит (см. опыты Е 56 8-го класса).
221
Описание опытов к разделу
"Магнетизм в 7-м классе"
М 1. Притяжение и отталкивание
Возьмем две большие магнитные стрелки компаса. Одна из них, подвижно
закрепленная на ножке, качается как маятник и показывает на север, вторую, которая тоже
показывает на север, снимем с ножки и подведем южным или северным концом к первой стрелке,
которая начнет реагировать. Если есть такая возможность, можно взять два кольцевых
магнита ("парящие магниты"), надетых на стержень. Один будет висеть над другим. Покатим
их по столу. Они мгновенно разворачиваются друг к другу и сцепляются. Если их взять
в руки, соответствующим образом поднести друг к другу, то чувствуется очень сильное,
почти вещественное отталкивание друг от друга. Можно показать, как открытые стрелки
компаса, почти соприкасаясь, вытягиваются в одну линию, расположенную, к примеру,
в направлении юго-восток—северо-запад.
М 2. Полюсы
Приблизим маленькую стрелку компаса к несколько приподнятому горизонтально
лежащему полосовому магниту.
Полосовой магнит
дяга Деревянная подставка
уЛрл или кирпич
Рис, 52. Действие магнитного полюса на компас
Точно посередине магнита стрелка займет параллельное положение, и, только
приближаясь к концам магнита, она будет притягиваться соответствующим образом. При
демонстрации такого опыта нас может привести в изумление тот факт, что северный конец стрелки
при слишком близком приближении внезапно "приклеится" к северной половине
магнита. А на некотором расстоянии от него она, как и ожидалось, слегка отталкивается. Если'
же она находится очень близко к магниту, то отталкивание внезапно переходит в
притяжение. Это происходит потому, что полосовой магнит намагничивается от очень сильно
намагниченной стрелки компаса и меняет свой полюс в противоположность своей предыдущей
магнитизации. Если произошло намагничивание полосы, поскольку конец стрелки
плотно стоит перед ней, мы имеем полюс, противоположный стрелке компаса, и наблюдаем
притяжение. Точно так же мы можем продемонстрировать опыт с магнитной стрелкой и
куском ненамагниченного железа. Такие опыты просто ошеломляют.
222
M 3. Направление
Возьмем два коротких толстых намагниченных бруска в форме четырехгранника из
арматурной стали, имеющих плоские торцы; перед опытом прижмем их торцами друг к
другу, северный полюс притянется к южному так, что следов соединения этих брусков ие
будет видно. Середина такого бруска будет столь же индифферентной, что и в
предыдущем опыте. Если же мы отделим половинки друг от друга, то на индифферентных местах
внезапно возникнут новые полюсы, как это было раньше.
М 4. Намагничивание
а) Подвесим рядом на нитках два больших ненамапшченных гвоздя (рис. 53, слева).
Затем поднесем подковообразный магнит, который должен быть столь сильным, чтобы
ученик не мог поднять якорь.
сз
Рис. 53. Только что образовавшиеся полюсы отталкивают друг друга
Оба гвоздя притянутся к магниту, но противоположные стороны этих гвоздей будут
отклоняться друг от друга (рис. 53, справа). Это можно как следует проверить и
внимательно пронаблюдать. Опыт совершенно однозначен.
б) Цепочка иголок. Иголки лежат друг за другом и не притягиваются, попробуем осторожно
приподнять их магнитом, пока они ие повиснут. Если верхнюю иголку оторвать от
магнита, остальные тоже упадут. В лежачем положении иголки все же сохраняют небольшие
свойства притяжения и отталкивания.
в) Размагничивание. Если мы захотим размагнитить иголки и другие металлические
предметы, с которыми потом будем проводить опыты, то их надо будет или прокалить,
или долго бить молотком, пока они не деформируются; можно также использовать
катушку переменного тока. Для этого возьмем одну из катушек из опыта Е 4 или Е 5 (8-й класс),
поместим внутрь ее размагничиваемый материал и включим в сеть через трансформатор;
будем вращать рукоятку трансформатора до тех нор, пока он не загудит, а затем медленно
повернем обратно — готово. Постояшюе перемагнич1шание в поле переменного тока приводит
к тому, что магнитные свойства этих предметов постоянно пересекают нулевое состояние
и в конце концов исчезают.
223
M 5. Поле
Возьмем большой, сильный подковообразный магнит, повернем его концами вверх и
поднесем снизу к тонкой книге в твердом переплете. На эту книгу осторожно положим
кусок белого картона с равномерно рассыпанной на нем железной стружкой.
Начнем слегка постукивать по краям картона. Вблизи от полюсов возникнет
соответствующая картина: над концами магнита скопление стружек образует своеобразную "щетку".
Можно будет провести несколько опытов, меняя расстояние между магнитом и картоном
со стружкой; для этого берутся книги разной толщины. Таким образом, мы проследим за
пространственной картиной поля в различных плоскостях.
Пространственное поле вблизи полюсов будет видимым, если мы подковообразный или
полосовой магнит погрузим в стальную стружку, вынем из кучи и увидим, что он
образовал пучковидную бороду из стружки. Но потом оторвать стружки от магнита довольно
трудно.
М 6. Спрятанный магнит
На демонстрационном столе "случайно" лежит мраморная плита или деревянная
доска, к внутренней стороне которой прикреплен (скотчем) невидимый для учеников
полосовой магнит. Один из учеников определяет направление "север —юг". Однако на плите,
с какой бы стороны мы ни подходили, стрелка компаса начинает "сходить с ума".
Попробуем предположить, в чем же здесь кроется причина (кусок железа, спрятанные
провода) . Начнем обследование, в каких случаях, в каких направлениях и в каких местах плиты
или доски стрелка компаса застывает. Таким образом мы исследуем поле спрятанного магнита
и сможем показать, где расположены его северный и южный полюсы.
М 7. Экранирование
Возьмем короткий полосовой магнитный брусок или съемную пластину с сильного магнита,
которую называют анкером или ярмом, и положим его наискосок на книгу, которую держит
ученик. Если мы начнем перемещать расположенный под книгой сильный магнит, то анкер
будет поворачиваться вместе с ним. Таким образом, действию магнитных свойств не
воспрепятствуют ни те материалы, о которых говорится в основном тексте, ни ладони рук,
которые держат книгу. Задерживают его только толстые железные (стальные) пластины.
Если мы положим магнит в стеклянное корыто, наполненное водой, то он потянет за собой
плот с иголками или с плоским магнитом.
224
МЕХАНИКА В 7-м КЛАССЕ
Вполне оправданно то строение курса по механике, которое в 1919 году
предложил Р. Штейнер: "И только после вы переходите к важнейшим
основным понятиям механики, а именно к рычагу, подвижному и неподвижному
блокам, полиспасту, наклонной плоскости, вальцу, винту и т. п."
Из четырех, а может быть, и пяти (лучше три плюс две) недель,
посвященных в этом учебном году физике, одну, максимум две, мы посвятим механике.
Только с рычагом и его применением можно работать неделю. Рассмотрев
программу, предложенную Р. Штейнером, мы сразу же увидим, что многое другое
можно почерпнуть из глубоких переживаний, и вовсе нет нужды долго
упражняться в работе с формулами или же расчетами. Из всех приведенных
механизмов, увеличивающих силы, так называемых простых машин, которые
всегда приводятся в действие с помощью мускульной силы, только для одного
механизма при его повседневном использовании потребуется тоттйшее знание
чисел — это весы. А для точнейшего взвешивания — "золотые весы"! Для
остальных ручных приборов достаточно приблизительной оценки степени
увеличения приложенной силы. Точно так же мы можем с помощью рычага достичь
увеличения силы, первоначально не пользуясь числами.
1. Рычаг
Давайте сконструируем рычаг с помощью лома; это устройство позволит нам
поднимать различные предметы. Дети переживают процесс преодоления
большого веса, который создается силами тяжести. Они наблюдают, как
человек берет нз мира древесины, которая сама борется с силой тяжести, деревянный
рычаг, чтобы поднять с его помощью что-нибудь другое; человек из железа и
древесного угля (т.е. с помощью того, что породила жизнь) выплавляет
крепкую стальную штангу, которая может оказать еще большее сопротивление силам,
тянущим ее вниз и привести их в движение. Вскоре дети смогут сделать
заключение, какую роль играет при этом длина рычага. Штангу следует установить
таким образом, чтобы руки человека явились как бы ее продолжением. Это
явление мы подтвердим опытом с длинным брусом (К 2). Если плечи рычага
равные, то, как мы знаем по качелям, и силы должны быть приложены к ним
равные. И совсем не такие, какие надо было бы приложить к длинному плечу.
Сформулируем все вышесказанное следующим образом: чем длиннее плечо
рычага, тем с большей силой он действует, и, наоборот, чем рычаг короче, тем
эта сила слабее. Можно ли увеличивать силу до бесконечности? И вообще, что
происходит внутри рычага, каким образом происходит увеличение силы? Вся
ли внутренняя его часть испытывает одинаковое напряжение? (К 3).
Прочность утолщенного посереддше рычага показывает, что наибольшее напряжение
существует не на концах рычага, на которых лежит груз, а у точки опоры.
Дуговидная форма рычага показывает непосредственно, что плечо рычага при
225
изгибе сверху подвергается растяжению, а внизу сжимается. Итак, вверху он
испытывает напряжение растяжешш, а внизу — сжатия.
Сильное
напряжение
Рис. 55. Изогнутый брус рычага
Мы видим, что рычаг изогнут и по кривизне его можем определить, что
ближе к точке опоры напряжение растяжения и сжатия увеличивается, а к
концу — уменьшается.
Я могу, например, положить на левое плечо рычага определенный груз,
тогда на правом плече груз той же величины может быть уравновешен, если он
подвешен на том же расстоянии; но тот же груз на правом плече рычага сможет
удерлсать во много раз больший груз на левом, если тот будет находиться на
меньшем расстоянии от точки опоры. При этом внутреннее напряжение рычага
не изменится, ведь, несмотря на то что вес груза на левом плече рычага
увеличится, правое плечо с его грузом удерживает рычаг в состоянии
равновесия. Итак, рычаг всегда испытывает большее напряжение у точки опоры, даже
если груз маленький. К середине рычага локальные напряжения всегда
увеличиваются (вверху — растяжение, внизу — сжатие), а при этом увеличивается
вес груза, который можно было бы на него подвесить.
Итак, возрастающее внутри напряжение подобно увеличению силы,
которую необходимо приложить, от конца к поворотной точке рычага. Если
изобразить это в виде формулы, получится:
Вес умножить на Плечо подвеса равно Силе, умноженной на Плечо силы,
или:
Pxlp = Fxlf.
При этом произведение веса па соответствующее плечо "стремится"
повернуть рычаг в одну сторону, а произведение силы на другое плечо — в
противоположную. Но чаще всего приходится показывать еще и другие опыты
и — основываясь на уверенной связи с переживанием — еще немного
развивать овладение материалом, чтобы связать пробуждающиеся силы интеллекта
со спокойными усилиями. Можно перейти к весам. В этом случае еще больше
проявляется внутренняя взаимосвязь плеч рычага, и уже не возникает большое
напряжение, — теперь существенно лишь то, что подвешено к обоим плечам
(К 4). И наоборот, если мы будем рассматривать рычаг с его концов, мы
обнаружим увеличение внутреннего напряжения с конца рычага к точке опоры,
подобно увеличению прикладываемой силы.
226
Эти рассуждения не являются надуманным добавлением к математически
ясному закону о рычаге, они обозначают собственно педагогическую цель
данной темы. Изучение формулы, произведение вычислений и вообще занятия
любой чистой наукой о движении (форономией) превращает в абстракцию то,
что мы получаем благодаря низшим чувствам (мера, число, линия). Так
обучается лишь оторванный от переживаний интеллект. Сопереживание же внутренних
напряжений в реальных вещах приводит к проработке конкретных
переживаний всех чувств. Ученик спрашивает себя: «Как бы я чувствовал себя под тем
напряжением, которое господствует в этом брусе, под действием этой внешней
силы?» Воля, порожденная переживанием силы, вызывает к восприятию такие
чувства, как чувство движения, чувство равновесия и чувство жизни; они
присоединяются к высшим чувствам, так как наблюдатель ориентируется на видимый
изгиб и на слышимый треск. Если нагрузить брус настолько сильно, что он
готов будет сломаться, то этот процесс вызовет сочувствие, сопереживание. После
такого опыта мы можем охарактеризовать чувство, и под конец пронизать его
представлением (например, локального напряжения в древесине). В этом
принимает участие человек весь целиком. От желания (приложить руку) просветление
проходит через чувство к различающему размышлению. Задачей воспитания во
второй половине второго семилетия является вовлечение чувства, его
дифференциация на конкретном. Поэтому было бы ошибкой получить сенсационный
результат от мощнейшего, впечатляющего опыта с силой и потом, чисто внешне
абстрагируя, т.е. форономически, вывести формулу закона рычага, чтобы затем
заниматься одними расчетами. Это значило бы из воли, самой по себе
стремящейся к хаосу, извлечь лишь тончайший интеллектуальный слой. Это
приведет к тому, что занимательность абстракции займет место пронизанного
чувством проникновения в явления. "Если вы не прочувствовали, никогда не
постигнете" (Фауст, ГЕТЕ, 1808).
После того как пережита и рассмотрена сообразная чувству связь с
отдельными частями реального рычага, можно эту тему спокойно прервать; вот теперь
уже можно, исходя из обстоятельств, предложить закон о рычаге в его
численном выражении и позаниматься вычислениями.
Существуют многообразные применения рычага: открывалка для бутылок,
щелкунчик для колки орехов, домкрат и т. д. (К 1). В Италии уличные
торговцы до сих пор пользуются древними римскими ручными весами (двуплечным
коромыслом). Такими же являются охотничьи весы для взвешивания дичи, на
них можно взвесить ученика (К 5). Опыт К 3 поможет нам
продемонстрировать, какую роль играет толщина плеча рычага, а старинные весы нужны нам,
чтобы показать, с каким художественным мастерством они сделаны, например
весы на гравюре Дюрера "Меланхолия". Когда мы пользуемся одпоплечным
рычагом, мы тянем его в том направлении, куда мы хотим передвинуть груз; у
двуплечного рычага все наоборот (если мы хотим что-нибудь поднять, мы
давим на рычаг вниз). Клещи действуют как двойной двуплечный рычаг (два
рычага друг против друга), а лопатой мы можем пользоваться и так, и эдак.
Если мы длинными ножницами для резки бумаги начнем перерезать веревку,
то мы используем выигрыш в силе, а если будем резать бумагу — выигрыш в
227
скорости (медленное движение пальцев, быстрый процесс резанья),
благодаря чему бумага будет разрезана раньше, чем мы сомкнем ножницы.
2. Колесо, закрепленное на оси
Поговорив о силах, действующих на довольно свободно двигающуюся
штангу рычага, перейдем теперь к приложению таких сил к телу, закрепленному на
оси (валу), последняя прочно закреплена и позволяет совершать лишь
вращательные движения. Культура Тибета еще двадцать лет тому назад не знала
колеса. Несмотря на очевидное преимущество ходового колеса перед
обыкновенными санями, которые скользят по земле (трение), понять величину сил,
которые от оси передаются колесу не так то просто. Что происходит внутри
оси, благодаря которой усилие передается всему колесу? Для простоты
понимания представим себе сначала ось с поперечными рычагами на каждом конце.
Рис. 57. Двуплечпый рычаг с закрепленной осью
Вал (ось) нашего рычага с закрепленной осью (Wellhebel) представляет
собой растянутую точку опоры двух половинок рычага. Внутреннее
напряжение кручения, которое, деформируясь, испытывает подобная ось, передает
полезную силу (силу, приложенную к рычагу) от одного конца к другому.
Ось, в противоположность штанге рычага, испытывает напряжение,
одинаковое по всей длине (скручивание), однако оно не распределяется равномерно в
поперечном сечении. У внешней поверхности вала, в наружнем слое, она
испытывает в основном напряжение сдвига (кручения). К середине это
напряжение ослабевает, так как уменьшается сдвиг. Поэтому для экономии
материала мы можем в качестве вала использовать трубу, не теряя при этом
величины нагрузки. Так, несущие приводные оси транспортных средств
выполнены чаще всего в виде труб.
В наших опытах мы используем рычаг с закрепленной осью с плечами
различной длины (К 6). На одной стороне напряжение исчезает и через
четырехгранник передается на вал и снова возникает на другой стороне. При
этом особенно сильное напряжение испытывают части поверхности вблизи
ребер четырехгранника. Мы видим, что наиболее сильное напряжение испытывает
поверхностный слой вала, а не его сердцевина. Если бы мы попробовали
сопереживать происходящему внутри вала (букв.: "поставить себя на место
вала". - Прим. ред.), мы почувствовали бы внутри его скручивание, в проти-
Л
228
воположность изгибу рычага. С педагогической точки зрения важнее всего
обращать внимание на ось; после хорошо рассмотреть колесо, закрепленное
на валу, к которому в конце концов добавится и качественное рассмотрение
(К 7). Представьте себе, например, колодец. На цепи поднимается
пятидесятикилограммовая бадья. Цепь накручивается на ворот. Этот ворот вращает
деревянное колесо, по которому бежит веревка, а веревку эту тащит маленькая
сгорбленная старушонка. Как же она может поднять такую тяжелую бадью?
Очевидно, что чем больше колесо, тем меньше необходимое тяговое усилие и
тем больше рычаг силы (Krafthebel — момент силы. — Прим. ред.), также:
чем тоньше ворот, на который накручивается цепь, тем меньше "рычаг груза"
(Lasthebel — момент веса. — Прим. ред.), что также уменьшает требуемое
тяговое усилие. В колесе, закрепленном на валу, мы снова узнаем рычаг с
закрепленной осью (спица колеса — это плечо рычага). В случае равновесия
в неподвижном состоянии веревку можно мыслить закрепленной на колесе в
том месте, где она соприкасается с поверхностью колеса. Тогда расстояние от
места крепления до оси будет представлять собой плечо рычага (=радиус).
Если же веревка разматывается, эта точка перемещается по окружности, но
длина плеча рычага остается неизменной. И если мы мысленно распределим
связь веревки с колесом по всему его периметру или по нескольким периметрам,
то, так как веревка благодаря трению сцепления прочно скреплена с
барабаном по всей длине, сила распределится равномерно. Но везде мы имеем одну
длину плеча рычага — радиус. Все эти отдельные рычаги вместе оказывают
такое же воздействие на ось, как и силы, действующие на закрепленную точку,
так как отдельные силы вместе равны силе в этой точке.
3. От неподвижного блока к полиспасту
Неподвижный блок можно использовать как весы для сравнения веса двух
учеников. Зная вес одного из учеников, мы можем уравновесить их, добавляя
груз к нему или к другому ученику (К 8). Неподвижный блок используют на
стройплощадках. Он позволяет поднимать груз, который движется снизу вверх,
если мы тянем веревку вниз, сохраняя при этом расстояние от стены,
строительных лесов и т.п. При этом сила натяжения каната не уменьшается,
меняется только ее направление.
Подвижный блок, напротив, уже дает облегчение: человек должен держать
только половину веса.
Чтобы блок мог вращаться вокруг своей оси, натяжения (Zugspannungen)
участков троса "а" и "Ь" (рис. 58) должны быть уравновешены. Итак, участок
троса "а" тянет блок с грузом вверх, также как и участок троса "Ь". Если мы
неподвижный крюк заменим человеком, то ему придется удерживать тот же груз,
что удерживает другой человек. Но поскольку натяжения (Zugkräfte) участков
'а" и "Ь" совокупно удерживают груз, то каждое из них в отдельности равняется
половине направленного В1шз тягового усилия (Abwärtszug) груза (веса груза. —
Прим. ред.) Итак, порядок таков — исключая собственно вес подвижного
229
ц
Неподвижный Ч I
КрЮК а\ /ь
\j J Подвижный блок
Г ^
/Л
/ Груз
Рис. 58. Приложение сил при подвижном блоке
блока: вес груза уменьшается в 2 раза, т.е. происходит удвоение силы. Как
мы уже знаем из закона рычага, увеличение силы происходит за счет длины
пути: человек тянет вдвое слабее, чем без подвижного блока, но зато
приходиться тянуть в 2 раза больше. Ему приходится вытянуть в 2 раза больше
веревки, чем если бы он поднимал груз просто на одной веревке. Таким же
образом можно вместо неподвижного крюка использовать второго человека,
который будет тянуть вместе с ним. Благодаря уже упомянутым
преимуществам вытягивания вниз, мы перекладываем конец натя1гутого каната через второй
блок, который закреплен на крыше, так называемый неподвижный блок. Тогда
человек может отойти в сторону и спокойно тянуть вниз или наискось (К 9).
Полиспаст представляет собой ряд одинакового количества подвижных и
неподвижных блоков собранных в соответствующие обоймы (рис. 59).
Верхняя обойма состоит из неподвижных блоков, нижняя — из подвижных.
Между верхней и нижней обоймами насчитывается 4 участка троса. Они
соединены друг с другом как части единого троса, но перекинуты при этом через
вращающиеся ролики блоков. Поэтому они имеют одинаковое натяжение.
Когда мы начинаем тянуть за конец троса, сила, с которой тянут трос, четырехкратно
прикладывается к нижней обойме, которая, если исключить из расчета ее
собственный вес, может нести в 4 раза больший груз. Естественно, при поднятии
придется укоротить все четыре участка троса, но последний участок,
сбегающий с последнего блока, придется удлинить в 4 раза (К 10). В строительстве,
на грузоподъемных кранах, которые поднимают тяжелые панели домов, почти
230
всегда у крюка, несущего груз, используют полиспаст с большим числом
участков троса, так как они не будут так легко скручиваться, как один-единственный
канат. Полиспасты старой конструкции заменены теперь новыми, где все блоки
нанизаны на одну общую ось, т.е. друг рядом с другом, а не один над другим.
Ыо для школьников, для лучшего понимания процессов, лучше использовать
первую конструкцию.
Верхняя
обойма J
Нижняя.
обойма
Тяговое усилие
Рис. 59. Полиспаст
Итак, с двумя блоками мы имеем двукратное увеличение силы (К 9), с
четырьмя — четырехкратное. Сколько же нужно блоков для трехкратного
увеличения силы?
Обойма
ИИ
( Ы Подвижный
V I J блок
Рис. 61. Полиспаст, троекратно увеличивающий силу
231
4. Наклонная плоскость, винт
После того как мы благодаря рычагу, колесу, закрепленному на оси, и
блокам усвоили количественные законы, пора перейти к наклонным
плоскостям. Хотя подробнее мы будем это проходить в 10-м классе. Для этого
достаточно взять пластину, поставить ее наклонно и через поворотный ролик с
помощью гирьки небольшого веса поднять большой груз. При этом угол
наклона можно менять. Отсюда вывод: чем положе расположена пластина, тем
меньше будет "тяговый вес" (Zuggewicht) (при отсутствии трения на
горизонтальной поверхности он будет почти равен нулю). Если же путь будет круче и
станет почти вертикальным, то груз и сила уравняются и по этому пути
движения груз перемещаться не сможет. В качестве примера гигантского груза,
который можно было поднять лишь по наклонной плоскости, можно привести
надгробный камень мавзолея Теодориха в Равенне.
Итак, мы видим, что, чем положе наклонная плоскость, тем меньшую силу
тяги надо приложить и тем больший груз можно будет передвинуть. Это
можно разъяснить следующим образом. Груз на наклонной плоскости давит, согласно
законам природы, вертикально вниз. Наклонная плоскость, если она не очень
крутая, почти все принимает на себя. И лишь небольшая часть действующей
вниз силы, большую часть которой плоскость принимает на себя, действует в
направлении вдоль плоскости. Направление действия этого груза на плоскость
будет перпендикулярно к наклонной плоскости. И если направление
действующей на плоскость силы не совпадает с направлением силы тяжести, то часть
силы тяжести начинает, как бы скользить вдоль плоскости.
Нечто подобное происходит и с винтом. В этом случае сила тяжести,
действующяя на груз, находящийся, на наклонной плоскости, соответствует
силе, с которой конец винта (шурупа) ввинчивается вперед (полезная сила).
Малой силе тяги на наклонной плоскости соответствует сила вращения отвертки
(приложенная сила); при этом здесь действует толщина рукоятки отвертки по
отношению к ширине ее лезвия, как двуплечный рычаг (рычаг с
закрепленной осью). При этом распределение сил в рукоятке отвертки то же, что и в
"рычаге на оси". Этот рычаг с закрепленной осью можно еще усилить,
используя толстую рукоятку или гаечный ключ. Тогда вращение смещает
наклонную плоскость хода винта и возникает поперечная, достаточно большая
сила, которая двигает вперед кончик винта. По этому принципу построен так
называемый архимедов винт, благодаря которому, приложив малую силу
вращения, можно поднять воду, вес которой многократно превышает эту силу.
Или: трение хода резьбы выдерживает гораздо большую силу в направлении
оси винта. Такая же поперечная сила действует при работе с топором или
если мы вбиваем клин.
232
Описание опытов к разделу
"Механика в 7-м классе"
к 1. Лом
Пятидесятикилограммовый камень лежит одним концом на доске, под которую можно
подсунуть лом. То, что не сможет сделать голыми руками сильный мальчик, при помощи
этого приспособления сумеет сделать хрупкая девочка, даже если на этом камне стоят несколько
детей. Если вы делаете этот опыт не на каменном полу, то для опоры лома можно
использовать стальную пластину, положив ее под камень.
К 2. Плечи рычага
Два ученика сидят на узкой скамейке. На высокую колоду положена доска так, что
она одним концом засунута под скамейку и вплотную к ней прижата. Распределим длину
плеча так, чтобы третий ученик своим весом (все трое весят примерно одинаково) смог
поднять скамейку с обоими учениками или, при другой длине плеча, — только с одним.
К 3. Переламывание рычага
Склеим из гладких тонких реек три бруска. Все рейки одинаковой длины, но
приклеены в разных местах.
3
Рис. 54. Ломание брусков
Прибьем к колоде круглый кусок из древесины. Это будет нашей точкой опоры. Штанга
"Ь" при нагрузке, которую выдерживает "с", сразу же ломается, а "а" угрожающе
трещит, но ломается не так быстро.
233
К 4. Весы
Возьмем брус длиной в 125 см и закрепим его на штативе в точке центра тяжести. На
каждом плече этого бруса имеются 12 крючков, расстояние между ними — 5 см. Покажем
равновесие этого бруса с разными весами, или даже сначала предположим, потом
проверим. (Например, 2x9 = 2x3+2x6: т.е. два веса на расстоянии 9, будут уравновешены двумя
на расстоянии 3 и двумя на расстоянии 6.)
К 5. Оригинальные охотничьи весы для взвешивания дичи
Здесь речь идет лишь о дополнительном укреплении места подвеса весов из опыта К 4,
так чтобы они легко выдерживали вес до 100 кг. Сиденье для школьника можно снять с
полиспаста и закрепить его на расстоянии 50 см от оси. На другой стороне, на дальнем
от оси крюке, подвешены гари для уравновешивания. (Оописаиие дополнено редактором.)
К 6. Рычаг с закрепленной осью
Возьмем деревянный рычаг с длинной осью. Сначала используем односторонний, у него
короткое плечо направлено в противоположную cropoiry от длинного плеча. Мы получим
обычный двуплечный рычаг с фиксированной точкой опоры (ось). При сравнении сил
побеждает ученик, который сидит на длинном плече. Используем ось (вал). При нагрузке
вал пружинит, оба рычага вращаются друг против друга. При этом ось вращается по всей
своей длине (это можно понять по темному штриху).
Рис. 56. От двуплечпого рычага к
рычагу с закрепленной осью
К 7. Колесо, закрепленное на оси
Круглая механическая ось несет на своих концах маленькие и большие диски
(ступенчатые шкивы), па которых можно наматывать шнуры с грузами. Можно показать, как
ведут себя шкивы одинаковой величины без нагрузки при движении вверх и вниз; затем
обратим внимание, что диски разной величины поднимают груз с разной скоростью и, наконец,
что равновесие наступает при определенном соотношении весов. Уравновешиванию могут
помешать даже недостаточно округлая форма дисков, например стершаяся древесина; очень
малые отклонения веса, а также собственный вес шнура, несмотря на это, неправильный
вес сразу же становится заметным.
У
234
К 8. Неподвижный блок
Неподвижный блок грузоподъемностью в 200 кг подвешен на коротком крюке с такой
же грузоподъемностью. Через блок к потолку перекинута веревка (например, пеньковая
D = 8 мм). Два ученика висят на ней с обеих сторон. Они качаются, и можно узнать, кто
из них больше весит. Добавленные гири помогут установить равновесие и позволят
определить разницу в весе.
К 9. Подвижный блок
Два подвешенных к потолку крюка грузоподъемностью минимум 100 кг находятся на
расстоянии в полтора диаметра блока друг от друга.
Ученик висит на подвижном блоке. Пока он там катается, мы определяем силу на веревке
(добрая половина). Затем мы поднимаем его немного вверх и просто наблюдаем или
измеряем мерной палкой его путь вверх и соответствующую длину веревки (удвоенная). Для
этого можно использовать метки на веревке, например обвить нужные места цветной клейкой
лентой. Если мы перекинем веревку, перенеся ее с крюка "а" на крюк "Ь" бюгеля
отводящего ролика, то ничего не изменится. Таким образом, мы уже подходим к полиспасту,
мы используем только один крюк, а именно "с".
Увеличение силы
при помощи
подвижного блока
Рис. 60. Подвижный и неподвижный блоки дополняют друг друга
К 10. Полиспаст
Возьмем четырех- или шестикратный полиспаст и поднимем с его помощью ученика,
сидящего на дощечке. Поднять его можно одним пальцем, но втягиваемая веревка будет
и б раз длиннее высоты подъема. Ученик может с легкостью поднять себя сам (даже при
шести блоках он должен приложить силу, еще меньшую, чем */б» так как он сам станет
легче на свое подъемное усилие: 1/7 его собственного веса висит на руке и 6/7 давит на
сиденье). На это учитель должен обратить внимание. Интересно наблюдать различную
скорость движения веревки: внешняя пробегает мимо внутренних, что хорошо видно с
помощью цветной маркировки (К 9).
235
8-й КЛАСС
Изучение разделов физики выстраивается в ином порядке, нежели в 7-м
классе. Лучше всего начать его* с оптики, где еще доминирует
феноменологический подход. За ней следует учение о теплоте, где определяющим часто
является уже некое промежуточное пространство, например при конвективном
теплообмене в воздухе и воде.
Затем мы перейдем к изучению явлений электромагнетизма. С появлением
кругового магнитного поля вокруг токоведущего провода полюсы исчезают,
концы промежуточного пространства отсутствуют. Пространство вокруг
становится действенным, действующим, но не как некий предмет, а как вращающееся
поле, как некое направление. В катушке реле, например, усилие переходит на
анкер, благодаря чему происходит включение аппаратуры. Мы опять имеем
дело с таинственным промежуточным пространством. С помощью телеграфа
преодолевается пространство целых континентов, причем сама Земля
загадочным образом включается в цепь в качестве проводника. Что лее происходит в
этом промежуточном пространстве? Это и есть тема данной эпохи.
Намного осязаемее становится промежуточное пространство при передаче
усилий в воде с помощью насосов и поршней. Этим занимается гидравлика —
следующая область изучения физики в 8-м классе. Давление, как
материальная сила, распространяется от точки к точке и концентрируется в глубине водного
столба. В следующей области, аэромеханике, пространство открывается вверх,
создаются разрежение и вакуум. Нематериальная сила всасывания
объясняется давлением, формирующимся с другой стороны, промежуточное пространство
сферически замыкается сзади. Наиболее сильно расчленено промежуточное
пространство в акустике, где оно содержит наибольшее число всяких тонкостей.
Разрежения и уплотнения путешествуют в виде волн от генератора звука к
приемнику, возникают сферические волны, происходит отражение и т.д. Так
проходит эпоха от неосязаемого воздушного пространства оптики (не
превращенного в механизм лучевыми представлениями) к промежуточному
пространству акустики, населенному разнообразными волновыми фигурами.
Таким образом, разделы выстраиваются в такой последовательности:
"Оптика",
"Тепловые явления",
" Электромагнетизм",
"Гидравлика",
" Аэромеханика",
"Акустика".
Изложение материала в 8-м и в еще большей степени в 9-м классе почти не
отличается от подходов, характерных для общепринятого школьного курса
физики. Анализу подвергаются предметные причинно-следственные связи.
Отчасти мы даже ищем цепочки материальных причинно-следственных связей
во времени и пространстве; отдельные явления сводятся к неявленным
процессам в некой существующей в самой себе материи: это касается как воздушных
236
волн в акустике, так и конвекции в термодинамике. Тем не менее при
изложении материала на уроках следует избегать упрощений, создающих впечатление,
будто звук есть не что иное, как перемещающийся сгусток воздуха, будто
атмосфера есть всего лишь мертвая газовая оболочка, находящаяся под воздействием
силы тяжести, будто тепло есть не что иное, как форма передачи энергии.
Необходим предметный анализ причин явлений, позволяющий поставить
перед учащимися достаточно трудные задачи, чтобы они могли самостоятельно
выяснить, какой материал они сумели усвоить, а какой нет. Так, чтобы
возникало стремление предпринять усилия в нужном направлении. Теперь уже
малопродуктивна чисто описательная манера изложения предмета, в которой
глубинные связи между предметами просто сообщались ученикам. Нужно
создать некоторое напряжение познавательных усилий и почувствовать внешнее,
созидательное в мире.
Как раз в 8-м классе наступает время, когда желательно проработать
отдельные разделы вплоть до технического применения. Учащийся должен
почувствовать, что в реальности происходит с изучаемыми предметами, какое
применение они находят в жизни. Желательно, например, организовать
посещение трамвайного депо и познакомить при этом учащихся с работой двигателей,
тормозов, сопротивлений и пр. Тем самым учащийся расширяет свой опыт в
познании физики явлений.
237
ОПТИКА В 8-м КЛАССЕ
1. Методические указания
Разделу оптики уделяется повышенное внимание в 8-м классе, поскольку
данный материал не входит в программу с 9-го по 11-й класс и рассматривается
снова лишь в 12-м классе. В 8-м классе учащиеся знакомятся с телескопом,
прибором, открывающим тайны Вселенной. Здесь же рассматривается явление
оптического преломления и смещения изображения благодаря призматическому
преломлению света, что нагляднее всего можно показать на каком-нибудь
водоеме; то же касается эффектов увеличения на каплях воды или на ее струе над
камнями; интересны наблюдения па волнах в ванночке. Но подобный способ
рассмотрения возможен, лишь если имеешь дело со взрослыми или же с
шестиклассниками. Это основано на том, что можно свободно пользоваться своим
интеллектом, активно применяя его для познания природных явлений и
выработки новых понятий (так поступает взрослый). Либо же на том, что можно с
готовностью подчинять свой разум постороннему водительству (так поступают
учащиеся начальных классов). До первого восьмиклассник еще не дорос, второе
его уже не устраивает. Он не может думать объективно, часто только
субъективно, судит жестко и решительно, не чураясь при этом великих проблем. Нашей
задачей является забота о том, чтобы его мышление не стояло на месте, а
развивалось. Учитывая этот субъективизм и одновременно стремление к пониманию и
решению проблем, необходимо, основываясь на наблюдаемом, задавать четкие,
но сложные вопросы. Эти вопросы должны относиться к области, в которой
человек может успешно манипулировать отдельными явлениями, а не просто к
волшебному устройству природы — лишь тогда они вызывают интерес. Тем
самым мы очертили сферу преподавания предмета. Преподаватель должен исходить
из четко поставленного эксперимента, а также использовать оптические
приборы, которые позволяют взглянуть на мир с новой стороны. Более тонкие
природные явления приберегаются на самый конец, чтобы обогатить новыми
красками палитру ковра, сотканного интеллектом и волей. Мальчиков больше
интересует техническая часть дела, все, что связано с приборами, а девочек —
эмоциональная. Поэтому, с учетом их интересов, можно развить тему, как
чувствует себя близорукий человек, с какими проблемами он сталкивается, как он
может себе помочь — все это в чисто описательном плане, показывая, что линзы
играют немалую роль в жизни людей. Можно расспросить кого-то в классе, кто
страдает близорукостью, или просто рассказать об исследованиях в этой
области. Здесь прослеживается связь с преподаванием биологии. Следует избегать
обычных в этом случае рисунков хода лучей в глазу близорукого или
дальнозоркого человека. Эти схемы решительно отвлекают от сути проблемы, состоящей в
том, как воспринимает мир близорукий человек, сводя ее к дефекту
стекловидного тела в его глазу. Нас должна интересовать не теория искаженного зрения, а
238
личные переживания индивидуума. Это могло бы послужить противовесом,
компенсацией другой стороны преподавания физики в 8-м классе — четкому
мышлению и чисто внешнему эспериментированию.
Этот недостаток при постановке опытов можно компенсировать следующим
образом. Вначале следует уяснить себе, что ознакомление с внешней стороной
явлений в определенном возрасте, оказывает благотворное воздействие.
Учащийся должен постичь внешние отношения окружающего мира, иначе говоря,
он должен услышать то, чего никогда не слышал, увидеть то, чего никогда не
видел, пережить то, что до сих пор не чувствовал, и т.д. Судить о
плодотворности того или иного подхода можно по его воздействию на учеников: начинать
ли оптику с экскурсии на природу или же ставить сложный эксперимент —
судить должен сам учитель.
Чтобы пережить во время такой экскурсии нечто новое, необходимы некая
самоотстраненность и направляющая духовная сила. Ученики этими
качествами не обладают. Если же учитель — сам источник таких качеств, то это уже не
соответствует возрасту учеников. Если знакомить с оптикой путем
эксперимента, то учитель ставит учащихся перед ясным фактом: "Смотрите и судите сами!"
Таким образом он перекидывает мостик в будущее, в старшие классы.
В 8-м и 9-м классах нам понадобится, таким образом, масштабный,
впечатляющий эксперимент. Но при этом следует избегать, по крайней мере в этом
году, такой ситуации, когда интересует только занимательная сторона
явлений. Вместо этого следует обеспечить постепенный переход от эксперимента к
целостному восприятию явлений природы, к описанию наблюдений на
водоемах и т.д. (см. ниже). Благодаря этому появляется тонкое чувство
физиогномики природных феноменов. Этот процесс можно еще углубить, если перейти
к освещению того, что человек переживает, руководствуясь своими органами
чувств, когда он, например, заглядывает в глубину вод: проникает ли он в
самую глубину подводного пространства, или же все увиденное производит
лишь впечатление поверхностного образа? Что чувствовал и переживал бы
человек, находясь на глубине? Можно спросить человека, которому становится
плохо при увеличении картин через линзу (такое случается!), что здесь
неприятного? Надо постоянно снова и снова вовлекать в процесс переживания всего
человека.
2. Наблюдения на водоемах
Всем известно, что водоем, в котором видно дно, совсем не такой мелкий,
как это кажется па первый взгляд. С увеличением расстояния от водоема до
тех пор, пока еще видно дно, глубина его кажется все меньше. Находясь над
водой, невозможно обозреть обширные, глубоко залегающие подводные
пространства так, как просматривалась бы с высоты большая долина. То, что
происходит в глубине водоема, видно лишь на небольшом расстоянии. Дно как
бы приподнимается с увеличением расстояния от наблюдателя, приближается
к нему, кажется плоским. Наблюдатель оказывается в положении двух золо-
239
тоискателей из рассказа Дж. Лондона (ЛОНДОН, 1910), добравшихся до
легендарного Неждашюго озера. Находясь на расстоянии друг от друга, оба приятеля
видят у ног другого золотые самородки величиной с кулак на глубине по
колено, в то время как у собственных ног глубина достигает метра, и каждый ждет,
когда его приятель спрыгнет в воду... Опытные рыбаки бросают гарпун с лодки
не в то место, в котором они видят рыбу.
То же явление можно наблюдать на колодезных желобах-поилках для
скота, в плавательных бассейнах с горизонтальной донной окантовкой, иногда даже
в наполненной до краев ванне, на небольшом пруду или на берегу реки без
береговых откосов, если подвесить на поплавках с грузами рейку длиной несколько
метров и шириной в несколько ладоней. Если смотреть на рейку с небольшой
высоты, т.е. под небольшим углом, то рейка покажется изогнутой. В том
месте, где угол между глазами наблюдателя и поверхностью воды наибольший, рейка
изогнута сильнее всего; при движении вдоль нее этот излом сопровождает
наблюдателя. Другой опыт под открытым небом: если рейку опустить одним концом
в воду под углом, то рейка уже не покажется прямой даже в том случае, если
смотреть вдоль нее сверху. При взгляде сбоку полу погруженная рейка имеет
излом в месте контакта с поверхностью воды, причем ее погруженная часть всегда
сдвинута вверх.
По причинам, названным во Введении, учителю следует, однако,
проработать эти явления поначалу мыслительно, а в классе продемонстрировать на
ясных экспериментах. Для этой цели удобен аквариум (0 1). Можно
констатировать следующее: видимый в воде предмет кажется приподнятым тем выше,
чем меньше угол наблюдения.
Ученикам можно задать вопрос, какая связь существует между провисанием
нижнего ребра ванночки при взгляде на него с противоположной стороны (О 16)
и предыдущими рассуждениями (взгляд на это ребро направлен в сторону углов
под все большим наклоном к поверхности воды, отсюда кажущееся уменьшение
глубины по краям). Видимая (кажущаяся) глубина намного меньше, чем
осязаемая, определяемая опытным путем. Даже при взгляде строго сверху вниз глубина
немного скрадывается (О 1).
Пример: глубина воды в ванне достигает 28 см. На дне ванны лежит монета,
размер которой равен размеру монеты, находящейся в воздухе на высоте 7 см
над днищем ванны. Монета, находящаяся в воде, кажется нам расположенной
на расстоянии в 21 см от поверхности. Это мнимая глубина Нм, на которой
измеряется видимый размер предмета, зависящий от расстояния. Соотношение
между мнимой и фактической глубиной Нф соответствует коэффициенту
преломления п:
п = Нф/Нм.
В нашем примере:
Нф = 28 см, Нм = 21 см, п = 1,33.
Коэффициент (показатель) преломления п — безразмерная величина,
которая всегда больше единицы; для воды этот показатель равен 1,33. Если смотреть
на дно водоема под углом 90°, то оно кажется приподнятым на четверть
истинной глубины и немного увеличешгым. Показатель преломлешш у разных жидкостей
240
неодинаков, у воды он один из наименьших. Чем больше этот показатель, тем
сильнее преломление и тем меньшей кажется глубина, на которой находится предмет
в данной жидкости, особенно если смотреть на него под углом. Обычно
показатель преломления демонстрируют на косопадающих светлых полосках с
поверхностным "изломом", называемых "лучами" или пучками света, а именно
как соотношение значений синусов углов к вертикали (согласно Сннелнусу и
Декарту, 1615 — 1620 гг.). Поскольку в 8-м классе синусы не проходят, приходится
ограничиться понятием видимого изменения глубины.
Табл. 4. Показатели преломления различных веществ
Вещество
Жидкий метиловый (древесный)
спирт (метанол)
Лед
Вода
Этиловый (винный) спирт (этанол)
Уксусная кислота
Глицерин, а также бензин
Керосин
Льняное масло
Бензол
Сероуглерод
Йодистый метилен (дийодметан)
Твердый полевой шпат
Кварцевое стекло
Оконное стекло
Янтарь
Природный кварц
Бериллий
Рубин (корунд)
Цирконий
Алмаз
Показатель
преломления
относительно
воздуха
1,27
1,31
1,329
1,36
1,37
1,45
1,45
1,48
1,50
1,63
1,74
1,43
1,46
1,47
1,54
1,54
1,58
1,77
1,96
2,42
Показатели преломления драгоценных камней приведены здесь ради
полноты информации. Эти камшг вряд ли пригодны для наблюдения видимого изменения
глубины. Их блеск, нарядность и цветовые переливы объясняются двумя
иными эффектами, которые намного слабее проявляются в воде и также связаны с
преломлением. Это, во-первых, эффект полного внутреннего отражения. Он
возникает, если смотреть вверх из-под воды под очень малым углом к поверхности.
Тогда поверхность воды сверкает серебром. Нечто подобное происходит с
пузырьками в газированной воде; более подробно мы рассмотрим это явление в 12-м
241
классе. Второе явление связано с возникновением цветного ореола (Ol). Чем
острее угол наблюдения, тем заметнее это явление. Поскольку при больших
показателях преломления цвета возникают при взгляде даже под углом близким
к 90°, бриллианты сверкают всеми цветами радуги.
Как объяснить возникновение цвета? Оно закономерно связано с гетев-
скнм прафеиоменом. Если чем-то замутить светлый фон, то возникают теплые
краски, например это происходит вечером иа закате (красное солнце) или
при окрашивании снежной дали в желтый цвет. Наоборот, если темный фон
виден сквозь освещенную среду возникают холодные цвета. Примеры:
голубой цвет неба, голубые горы, чистый светло-голубой дым от костра на фоне
темных гор, поросших лесом и грязно-желтый дым на фоне белесого неба.
Этот вывод можно подкрепить опытным путем (О 2). Он показывает, что
нужно учитывать не только то, что происходит в направлении наблюдения
(дымка в атмосфере, снег), но также и то, что имеет отношение к
поперечному направлению. Рядом с темным пятном леса на округлой вершине в поле
зрения находится голубое небо, и серый дым забирает какую-то часть яркости
неба на себя — на фоне темного леса дым голубеет. Темное осветляется,
таким образом, со стороны. Контрасты смягчаются, контуры нерезки, как при
прогулке в тумане в лесу. Под замутнеиием, средой я понимаю,
следовательно, что при взгляде в каком-то направлении как среда (воздух, дым, ту май)
находится перед взором наблюдателя. Результатом является осветление или
затемнение. Если это стороннее воздействие достаточно тонко, то возникает
окраска: при освещении сбоку — голубовато-фиолетовая,» при затемнении с
боков — красно-желтая. Если темная полоска в сосуде при наполнении его
водой сдвигается в направлении от наблюдателя пли же вверх (расширение и
преломление-поднятие), то тот участок (в направлении наблюдения),
который ранее имел светлую окраску на "передней" кромке полоски, темнеет.
Из-за потемнения возникает желто-красная окраска. Поскольку данное
изменение (например, потемнение) не захватывает всю поверхность, а имеет место
лишь на узкой границе, сдвинутой вперед (при заполнении сосуда водой), то
и окрашивается только эта граница (краснеет и т.д.). Но цвет все еще
присутствует, даже если прервать процесс наполнения сосуда пли же если наблюдатель
не меняет точку наблюдения сверху вниз (благодаря чему "поднятие" дна
могло бы продолжаться). Таким образом, цветные кромки являются
результатом произведенного ранее движения, при котором они возникли. Теперь же
они присутствуют в настоящем, а именно в разделении зрительного и
осязаемого пространств, так как все видимые глазом вещи растянуты или же сжаты,
находясь на самом деле не там, где их видит глаз. Это явление сходно с
замутнеиием дымкой, которая также ослабляет пространственную
"прописку" вещей, воспринимаемую зрением. Цветовая кайма есть своего рода
выражение того разрыва, что существует между ориентированием с помощью
органов зрения и органов осязания. Здесь происходит трансформация
понятия замутнения, его переход от вещественности (влажная дымка) в область
функционального, в область совместного действия находящихся в поле
зрения светлого и темного.
242
3. Призма
Призма — это прибор, взгляд в который или из которого входит или
выходит всегда под наклоном. Она представляет собой часть поставленной на попа
водной поверхности, за которой снова воздух. Мы попросим одного из
учащихся пройтись за призмой на расстоянии 1—2 метров, пересекая линию зрения
(призмой в опыте служит наполненное водой и называемое водяной призмой
устройство, состоящее из стальной рамки, в которую вставлены склеенные
силиконовым клеем стеклянные пластины). Наш учащийся неожиданно возникает
в призме, когда он еще не зашел за нее (О 3). Если смотреть через призму, то
его изображение смещено вбок (рис. 62).
При взгляде па поверхность воды изображения предметов сдвигаются в
том направлении, в котором смещался бы мой взгляд, если бы я захотел
взглянуть на воду под еще меньшим углом. То же происходит в опыте с
призмой. Изображения смещены в сторону вытягивающего (классическое
обозначение — "преломляющего") ребра (справа от направления зрения призма,
в нашем случае, имеет одно ребро, слева — два). Если увеличить угол у
преломляющего ребра, то смещение в сторону возрастает (О 3). Такое
впечатление, как будто взгляд вместе с захваченным изображением соскальзывает по
наклонной поверхности (воды или стекла). В самом начале мы
констатировали то же самое для случая с водой: при желании измерить протяженность
подводного пространства взглядом в боковом направлении взгляд как бы
соскальзывает по наклонной водной глади вместе с воспринимаемой картиной.
И чем острее угол, тем больше соскальзывание, так что взгляд не может
проникнуть вглубь: возникает нечто уплощенное, поверхностное, вместо
пространства, имеющего глубину.
Боковое смещение
Рис. 62. Призмеппый сдвиг
243
При взгляде из воды или из призмы, особенно если взгляд на нее направлен
вертикально к первой поверхности, приходится констатировать, что взгляд как
бы затягивается внутрь, начинает скользить (по внутренней поверхности
призмы) — но это уже из программы 12-го класса.
По возможности каждый учащийся должен посмотреть через небольшую
стеклянную призму (О 4). По большей части там возникают сильные смещения
и интенсивные цвета по краям, в том числе и на границах с серым цветом. С
законом смещения изображения в направлении преломляющего ребра можно
ознакомиться, поворачивая призму в различных направлениях.
Рис. 64. Различные комбинации двух призм
Если две призмы составить вместе, как на рис. 64, слева, чтобы
образовался илоскопараллельный блок, то вид за призмой даже при взгляде под острым
углом почти не смещается, нет никакой цветной каймы (см. О 5). То же самое
наблюдается, если смотреть через толстое оконное стекло, в котором нет
дефектов, поскольку такое стекло представляет собой плоскопараллельный лист.
Если же составить призмы так, чтобы образовался плоский треугольник (см.
рис. 64, справа), то мы увидим, что изображение ученика, находящегося за
призмой, при достаточном удалении от нее раздваивается (Об). Если ученик
приближается к данной системе призм, то мы увидим в правой призме его
правое плечо, в левой — левое, в обеих призмах — среднюю часть. Можно ли
говорить, что мы тем самым достигли увеличения? Расстояние между
плечами в данной системе призм действительно сильно увеличилось, они далеко
отстоят одно от другого. Но средняя часть тела между плечами не
растянулась, она отчасти лишь удвоилась. Никакого действительного увеличения не
достигнуто. Но как можно было бы это сделать?
Вернемся еще раз к нашей бипризме. Пусть участник опыта, на которого мы
смотрим через бипризму, медленно продвигается назад, не покидая средней
оси; мы получим в плане следующие положения (рис. 65, слева) и увидим
следующие изображения (рис. 65, справа).
Если тот, на кого мы смотрим, еще больше сместится назад, то его
изображение совсем исчезнет с поверхности призм, разъехавшись в разные стороны.
Если же он подвинется затем вправо, то его изображение переместится в левую
призму.
Таким образом, мы нигде не имеем дела с настоящим увеличением, а
только со смещением того направления зрения, в котором что-то видно
через призму, по отношению к направлению, в котором это нечто
обнаруживается осязанием.
244
Вид на плане
экспериментальной
системы
Двойная
призма
/ Наблюдаемое
III Взгляд
Наблюдатель
Изображение ученика
с палкой на плече,
полученное через двойную призму
3D
Наблюдаемое
||| Взгляд
<5> Наблюдаемое
|| Взгляд
Ф Наблюдаемое
II
ж
III
д д
/V
in
Взгляд
I ii
Рис. 65
245
4. От смещения к увеличению
Ради простоты представим себе линейное тело всего из 5 элементов,
находящихся на одной линии (например, а — левое плечо, Ъ — левый лацкан, с —
галстук, d — правый лацкан, е — правое плечо):
a b с d с
так воспринималось бы тело с его элементами, если бы его видели без призмы.
Согласно вышеописанному наблюдению (рис. 65, II), тело через двойную
призму имело бы следующий вид:
abcdbcdc
Таким образом, при переходе от осязания к зрительному восприятию
возникает смещение. Сначала рассмотрим лишь правую сторону двойной призмы.
Каждый элемент одинаково далеко сдвинут вправо от истинного его
положения по отношению к зрительно воспринимаемому:
i
Истинное положение
->.
Видимое положение
lb с d с
Середина
Левая призма Правая призма
При большем смещении это должно привести к распаду единой фигуры на
две картинки. Сначала раздвоится грудь, затем плечи. Вопреки этому
представим себе смещение совсем иначе: каждый элемент смещался бы в той мере,
которая соответствовала бы его расстоянию от середины! Вначале установим,
что в этом случае середина, центр, т.е. элемент с теоретически оставался бы на
своем месте. Крайняя точка фигуры (элемент е) сместилась бы дальше всего, а
точка d — лишь наполовину:
с d
<Е d~
Середина
Истинное положение
Видимое положение
Правая призма
246
Вот это и было бы истинным увеличением. Как его добиться? Смещение не
зависит ведь от водяной толщи призмы, через которую мы смотрим (тогда
любой вид в призме искажался бы, поскольку мы смотрели бы через призму
одновременно в нескольких точках, соответствующих разной ее толщине).
Смещение зависит лишь от угла на отдельном ребре (на преломляющем ребре,
см. О 3). Следовало бы смотреть на точку d предыдущего эскиза через призму
с более острым углом, чем иа точку е, а на точку с через плоскопараллелыгый
блок (ср. О 5):
Призма для Призма для
наблюдения наблюдения
точки с
Призма для
наблюдения
точки е
Рис. 66
Эти три призмы можно собрать в ступенчатую призму:
Первая ступень Вторая ступень Третья ступень
Рис. 67. Ступенчатая призма
Так мы вплотную приблизились к линзе. Не забудем сдвинуть все точки
между с, d и е соответственно их удалению от центра (от точки с), так что нам
понадобится бесконечное число промежуточных значений углов призмы.
Поверхность последней округляется, мы получаем лиизу.
247
Рас. 68. Угол ß между касательными в произвольной точке как угол
соответствующей призмы
Касательные плоскости, проведенные из двух противоположных точек
линзы, дают при пересечении определяющий угол призмы ß (угол "вытягивающего"
ребра). Сразу можно предположить, что толстые силыювыпуклые линзы
имеют большее оптическое действие, нежели более тонкие плоские с меньшими
значениями углов ß, приближающиеся к плоскопараллельным стеклам.
Испробуем увеличение с помощью большой выпуклой линзы (О 7). Сначала все
происходит, как в случае с призмой: когда тот, на кого смотрят, вплотную
подходит к линзе, то она дает совсем малое увеличение; чем больше ои
удаляется, тем больше увеличивается.
Можно также определить, что, чем больше увеличение, тем меньше поле
зрения и тем меньше общего имеется с окружающей действительностью.
Гиперболизируя, можно сказать, что всю площадь линзы может заполнить
одна-единственная веснушка; вокруг же линзы мы увидим только шею, волосы
и уши. В линзе же поместилась одна веснушка, для всего ©стального лица
места в ней не нашлось. Таким образом, теряется связь с действительностью,
теряются ориентиры, и это происходит как раз в случае большого увеличения.
Увеличенный предмет теряет присущее ему лицо в окружающем мире, не
позволяя произвести его качественную оценку. Гете говорил: "Увеличение вводит
меня в заблуждение, поскольку малое предстает большим". Он указал на
следующий факт: "Все существующее имеет в природе свою характерную величину.
И наиболее существешгые черты всех созданий в природе проявляются как раз
в том положении, которое они занимают по своей величине в своем
окружении". Кое-что из этого учащиеся могут почувствовать, наблюдая опыт О 7.
5- Лупа — зажигательное стекло — очки
При увеличении расстояния между предметом и линзой возникает расплыва-
ние: увеличите возрастает с отдалением наблюдаемого предмета. По краям
изображение как бы размывается, появляются широкие пестрые полосы, как в опыте
с призмой с большим преломляющим углом. Скоро изображение начнет
собираться с краев в большие "пузыри", которые при малом изменении дистанции
возникают прямо из середины (О 8 и 9а). Возникает своего рода хаос.
Достигнута так называемая точка расплывания. Для наблюдателя, находящегося очень
далеко, это явление наступает тогда, когда рассматриваемый через линзу
предмет отстоит от нее на расстоянии, равном фокусному. Если человек, рассматри-
248
ваемый через линзу, или газета, которую он держит, отодвинется еще больше
назад, то из хаоса плавающих туда-сюда "пузырей" выделится увеличенное
изображение в перевернутом виде, которое постепенно станет меньше и
отчетливее. Итак, если предмет попадает в точку расплывания, то увеличение делается
бесконечным; изображение предмета распространяется вправо и влево в
бесконечность. В пределах линзы видно лишь бесконечно малое пятно предмета,
зачастую в виде бесформенной пестрой поверхности. Если предмет отодвинется
дальше, то его изображение вернется, но в опрокинутом виде. Получается, что
изображение наблюдаемого предмета, разбегаясь вправо и влево с обоих боков,
как бы прошло через бесконечность и теперь решило вернуться с другой стороны
этой бесконечности, явившись в перевернутом виде. Этим эффектом обладает
только линза, призма на это неспособна. В опыте О 8 мы бегло коснулись
соотношения между фокусом и точкой расплывания. Здесь мы рассмотрим этот
вопрос подробнее. Следующий чертеж покажет, о каких расстояниях идет речь:
Наблюдатель Объект
U Расстояние -JL Pdccmo- J
до наблюдателя I яиие д°
I I объекта |
Рис. 70. Различные расстояния до линзы
Наблюдатель, находящийся от линзы на расстоянии намного большем, чем
в опыте О 8, просит пододвинуть предмет к линзе на расстояние, при котором
он расплывается сильнее всего. Это расстояние до предмета и есть,
следовательно, дальность расплывания и — для бесконечно далекого
наблюдателя — одновременно величина, называемая фокусным расстоянием.
Это характерный параметр линзы, который связан с ее толщиной. Это
означает, что нельзя добиться меньшей дальности расплывания. Как раз напротив:
дальность расплывания возрастает при приближении наблюдателя к линзе.
Величина данной минимальной дальности расплывания возникает еще раз
при ином способе наблюдения. На место наблюдаемого предмета поместим
действующее лицо, которое при взгляде иа первого наблюдателя также установит,
что он полностью расплывается.
Теперь заменим первого наблюдателя вечершгм солнцем, затянутым облачной
дымкой, иначе оно ослепит наблюдателей. Второй наблюдатель по-прежнему
видит расплывчатую картину. Блеск солнца заполняет все пространство линзы.
Одновременно мы имеем в данном случае наименьшее расстояние между
наблюдателем и линзой для эффекта расплывания. Близко поставленная лампа заставила
бы отойти наблюдателя, желающего увидеть этот эффект. Это минимальное
расстояние до наблюдателя равно вышеупомянутому минимальному расстоянию до
предмета и является одновременно фокусным расстоянием.
249
То, почему эта величина зовется фокусным расстоянием (лат.: focus, нем.:
Brennweite — расстояние зажигания), вытекает из эффекта, появляющегося,
когда на место последнего наблюдателя помещают листок бумаги. На нем
возникает яркое пятно, которое прогорает при ярком солнце (О 10). В отсутствие
линзы солнце для нашего листка — лишь шар диаметром полградуса. Взяв
линзу и направив ее на солнце, мы подвергнем бумагу намного более сильному
его воздействию, так как благодаря заполнившему все пространство
близкорасположенной линзы солнцу бумага подвергается воздействию светящегося
шара существенно большего углового диаметра. При отсутствии линзы это
наблюдалось бы только при значительно большем видимом диаметре солнца.
Отсюда и большая яркость, и высокая температура.
Итак, мы описываем фокусное расстояние не как расстояние до той точки
линзы, где собираются лучи, а как минимальную величину расстояния до
предмета или до наблюдателя, при которой еще не наблюдается расплывание.
Рассмотрим возможности прямого, а не перевернутого увеличения при
использовании увеличительного стекла или лупы.
6. Лупа и очки
Каждого ученика в классе следует снабдить приличной выпуклой линзой,
чтобы он измерил увеличение лупы при разных расстояниях объекта от линзы
(О 9). Любой нормальный глаз при взгляде через лупу становится ужасно
близоруким. Максимальное удаление предмета от линзы при прямом изображении
не превышает фокусного расстояния; к этому надо добавить соответствующее
расстояние между глазом и линзой.
Лупа есть простейшее оптическое устройство для улучшения зрения. Она
увеличивает угол зрения предметов.
Даже молодому, здоровому глазу понадобится лупа, если нужно рассмотреть
какие-то детали, представляющиеся простому глазу под углом менее одной
угловой минуты (0 9в). В этом случае изображение на сетчатке глаза — если
использовать традиционный подход — будет менее семи тысячных (0,007)
миллиметра и закроет собой одну-едшгствешгую палочку на сетчатке. Предел, за которым
глаз ничего не может различить при взгляде на что-либо, равен величине предмета
0,07 мм при его удалении на расстояние наилучшего зрения (« 25 см). Это
составляет примерно 1 угловую минуту в качестве вышеназванного угла зрения.
Если поместить вышеописанную выпуклую линзу непосредственно перед
глазом, то мы получим очки. Расстояние до объекта ограничено, объект
увеличен. Мы заметим также, что глаз при этом может совсем расслабиться, как
если бы он смотрел вдаль. Тем самым мы окажем помощь дальнозоркому
глазу, поможем ему видеть вблизи, где он сам по себе бессилен. Мы искусственно
уменьшаем дальнозоркость глаза. Иначе говоря, мы относим образ близкого
предмета вдаль с помощью выпуклой линзы — туда, где дальнозоркий человек
хорошо видит. Если же предмет действительно далеко, то этот человек сможет
его увидеть только без очков.
250
Напротив, если для отчетливого различения глаз требует приближения
предметов, — как если бы ои не мог расслабиться в достаточной мере, — нам
придется помочь ему заглянуть вдаль. Тогда расслаблению можно помочь
извне: перед глазом помещается вогнутая линза, уменьшающая выпуклость
хрусталика. Другими словами, мы приближаем образ удаленного предмета с
помощью вогнутой линзы и способствуем аккомодации (приспосабливанию)
глаза. Опт1Р1ески предмет находится рядом, на самом же деле — далеко.
7. От свободного изображения к телескопу
При преподавании физики в 8-м классе не ставится задача дать учащимся
полное представление о таком ее большом разделе, как оптика. Даже тот путь
до телескопа, который мы мысленно проделаем, будет иметь определенные
пробелы (как вслед за призмой сразу же последовал переход к
увеличительному стеклу). Но если учащиеся однажды освоят данный подход, заключающийся
в трансформации образов, то на этом месте можно было бы и закончить раздел
"Оптика". Разумеется, можно было бы еще кое-что сделать, чтобы расширить
горизонты, открывающиеся с завоеванной высоты. Например, мы можем
показать, что те линзы, которые служили нам лупой, годятся не только для
рассматривания изменившихся изображений (увеличенных, перевернутых), по
и для получения на бумаге "свободных изображений" (О И), подобных
изображению солнца с помощью зажигательного стекла (О 10).
Со "свободными изображениями" (в обычной терминологии —
"действительные изображения". — Прим. ред.) мы уже знакомы по опытам с камерой-обскурой.
Это картины, возникающие помимо глаза, а именно на какой-либо видимой, по
возможности белой, плоскости, на которую могут смотреть одновременно
несколько человек. Ибо наблюдатель вовсе уже не смотрит через или на линзу, а
глядит из какого-то направления на оптически индифферентную точку в
пространстве, на так называемый экран (ОН). Вначале он вовсе и не знает,
возникла ли наблюдаемая картина только что, или же кто-то нарисовал ее
прежде. Речь теперь не только о том, о чем шла раньше — трансформации
изображения предмета (вещи), на который мы смотрим определенным образом
и в определенном направлении с использованием вспомогательных средств
(через слой воды, в зеркало, через линзообразное стекло), — речь идет о картине,
которая возникает в помещении как по волшебству и которую можно свободно
рассматривать с любой стороны, как если бы это была поверхность какого-
либо тела. Созерцание картины не побуждает наблюдателя исследовать ее
источник, этим объясняется многообразие технических приложений подобных
изображений.
Возникновение подобной картины всегда загадочно, как если бы линза
приобрела способность видеть мир подобно глазу и давать его отображение для
сознания неким окольным путем — на находящемся за ней экране.
Исчерпывающее объяснение последует лишь в 12-м классе. Оно будет исходить из факта,
что полное расплывание некого изображения получается тогда и только тогда,
251
когда наш глаз находится на месте свободного изображения и глядит через
линзу на окружение объекта. Объекты находятся на дистанции раснлывания,
соответствующей упомянутому расстоянию между наблюдателем и линзой. То,
что ясно нарисованная картина возникает как раз на том месте, где глаз самого
наблюдателя не видит ничего, кроме размытых пятен, сначала поражает,
однако приводит прямо к объяснению главной причины. Каждая точка изображения
имеет цвет и яркость, которые ей сообщает линза, как часть купола этой точки
(если смотреть на линзу с этой точки изображения).
Как показывает опыт ОН, одной линзы недостаточно, чтобы соорудить
телескоп. Только в 1600 г. неизвестному стеклянных дел мастеру удалось
найти нужное расположение двух линз, и это было уже великим изобретением.
Его подхватили астрономы Галилей и Кеплер и ввели в обращение первые
"телескопы". Мы построим так называемый телескоп Кеплера, или
астрономический телескоп, состоящий из двух знакомых нам собирающих линз, но дающий,
к сожалению, перевернутое изображение (О 12).
Каким образом телескоп приближает отдаленные предметы? Линза,
обращенная в сторону наблюдаемых вещей (объектов), называется объективом.
Объектив создает в фокальной плоскости небольшое изображение, известное
из опыта ОН. Чем больше фокусное расстояние, тем больше должно быть это
изображение, потому что оно дальше от линзы:
Фокусное расстояние:
Линза короткое длинное
7*'
Свободная !
картина
двух объектов
па фокусном
расстоянии
Можно произвести, например, наводку из точки а фокальной поверхности
через центр линзы, которая в этом месте имеет плоскопараллельную
поверхность, на объект Л в направлении а—А. Объектом А может служить бесконечно
далеко расположенная звезда. Объект В расположен в направлении Ъ — В. По
это ие значит, что изображение появится между точками а\\Ъ на листе бумаги,
помещенном в фокальную плоскость. Мы заявляем лишь, что оно, если
появится, будет иметь величину а — Ъ. Возникает же оно не потому, что мы смотрим
из точки а через центр линзы в направлении А, а потому, что мы из точки а
воспринимаем наполняющие всю линзу яркость и цвет, соответствующие А.
Если бы линза обладала большим фокусным расстоянием, то появилось бы
*
Лг4
В
Бесконечно далеко
удаленные объекты
Рис. 71. Объектив телескопа
252
изображение a* — b\ Размеры произведенного объективом свободно парящего
изображения зависят, таким образом, от величины фокусного расстояния
объектива и пропорциональны ей. Ничего не даст нам попытка получить большее
увеличение за счет использования в объективе совершенно плоской линзы,
имеющей очень большое фокусное расстояние. В этом случае мы получили бы
хотя и большое, но совершенно тусклое изображение — объектив имел бы
слишком малую светосилу. Поэтому в телескопах и полевых биноклях
применяются не только плоские, но и большие выпуклые передние линзы (объективы),
дающие большое увеличение. Однако есть пределы, которые нельзя
преодолеть при нынешней технологии изготовления. По диаметру передних линз можно
примерно определить, годится ли данный бинокль для ночного видения.
Вторая линза, находящаяся вблизи глаза, называется окуляром (от слова
"око"). Она служит в качестве лупы, увеличивающей свободно парящее
изображение, которое должно находиться поэтому почти на фокусном расстоянии
от окуляра. Чем больше выпуклость окулярной лупы, тем больше ее
увеличение, т.е. тем меньше ее фокусное расстояние. Увеличение лупы обратно
пропорционально ее фокусному расстоянию.
Увеличение телескопа есть результат увеличений окуляра и объектива,
следовательно, оно возрастает с уменьшением фокусного расстояния окуляра.
Увеличение V телескопа зависит, таким образом, от соотношения обоих
фокусных расстояний. Можно выразить это соотношение формулой:
у = объектив ^ где £ _ фОКуСПОе расстояние линзы.
'окуляр
Увеличиваются вовсе не размеры изображения, а угол. Если мы видим Луну
невооруженным глазом под углом 0,5°, то через телескоп уже под углом Vx0,5°.
Длина телескопа равна сумме обоих фокусных расстояний; такой длины
должна быть труба для него.
Вот теперь мы почти все объяснили в области видимых изображений и их
превращений, не прибегая к сложным геометрическим выкладкам, и даже смогли
вывести формулу для увеличения телескопа. Руководствуясь этой формулой,
каждый желающий ученик сможет построить свой телескоп, скажем, с
20-кратным увеличением. Проблема состоит, собственно, не в способе закрепления
линз (окуляр можно закрепить клеем в небольшой гильзе из картона,
двигающейся внутри основной трубки), затруднения возникают при устройстве
устойчивого штатива.
Было бы совсем хорошо, если бы удалось, следуя за Галилеем, показать
спутники Юпитера с применением простого телескопа, и вовсе не для того,
чтобы основать науку о светилах на базе отдельных наблюдений неба в
телескоп, а для того, чтобы пережить радость проникновения во Вселенную,
знакомства с ее тайнами и познания нового.
253
Описание опытов к разделу
"Оптика в 8-м классе"
О 1. Эффект поднятия (преломления)
а) Оклейте аквариум или иной вместительный стеклянный сосуд длиной не менее 70 —
80 см бумагой с наружной стороны — снизу белой, сбоку темной. 11а бумагу, которой оклеено
дно и торцы сосуда, нанесен рисунок, например черные горизонтальные полосы шириной
2 см. Лучше всего взять 8 белых кафельных плиток с наклеенными на них черными полосами.
На каждую плитку наклеена одна полоса, которая должна располагаться в итоге
параллельно торцу сосуда. Одна плитка уложена спереди, там, где находится наблюдатель, и
располагается на дне сосуда рядом с торцом. Рядом с ней, но вне аквариума, кладется
вторая, для сравнения их размеров. Третья располагается в центре днища в воде.
Четвертая прислонена к противоположной боковой стороне и находится в воде. Аквариум
быстро наполняют водой. При этом учешжи могут неоднократно подходить к аквариуму. Рисунок
на стенке с торцевой стороны будет все больше сжиматься, на дне же растягиваться и
приподыматься — наибольшее растяжение наблюдается в точке, где находится голова наблюдателя,
а сжатие — на противоположной стороне. При этом возникает множество пестрых
каемок, например голубовато-фиолетовая на ребре между дном и стенкой, желто-красная на
обращенном к наблюдателю (верхнем) ребре.
На практике рекомендуется взять два одинаковых, почти полных аквариума и быстро
долить в них воды из приготовленного заранее ведра. Но еще лучше использовать вместо
стеклянных аквариумов жестяные ванночки — они не дают отражений от стекла,
значительно дешевле и не бьются. Нужно лишь позаботиться о достаточном верхнем
освещении.
б) Если двигаться вдоль продольной стороны сосуда и смотреть при этом на
противоположный край днища, то мы заметим, что он изгибается, как бы провисает, и больше
всего там, где мы находимся. Привыкнув к этому эффекту, мы можем углядеть
небольшое провисание и на торцевой стороне сосуда.
в) С краю на дио кладем монету. Такую же монету ведем снаружи вверх вдоль стенки,
пока не установим равенство ее размеров с видимыми в воде размерами монеты при
вертикальном наблюдении. Это равенство достигается примерно в точке, лежащей на четверть
выше дна сосуда. Этот опыт можно повторить в мензурке, покрытой стеклом и
наполненной сероуглеродом: поднятие составит 2/s ее высоты.
О 2. Гетевский прафеномен
Небольшой стеклянный аквариум объемом 10 л наполнить водой и поставить на
подоконник. В аквариум накапать немного мыльного щелока или гомогенизировашюго молока.
а) Если за слоем воды поставить черный картон, то учащиеся, глядя в замутненную,
освещенную сбоку тьму, заметят ее белесо-голубую окраску.
254
б) Если накрыть аквариум картоном с трех сторон, то учащиеся, глядя на светлую часть,
затемнегагую черным фоном н замупгашую молоком, заметят появление желтовато-бурого тона.
По мере коагуляции и уплотнения замутненной среды условия
возникновения голубого тона ухудшаются, так как он темнеет теперь
сам по себе и не может, таким образом, воздействовать осветляюще
на темный фон. Слишком плотная мутная среда по-прежнему и даже
еще сильнее производит оранжевую и красную окраски. Особо тонкая
замутненная среда повышает синий тон до фиолетового, ио в
качестве затемнителя не покидает область желтого спектра. В немецком
языке есть выражение "напустить голубого тумана", равнозначное
похожему русскому "напустить туману", т.е. заморочить голову.
В малом количестве воды можно растворить 150 г тиосульфата натрия (фиксажный
раствор), в который накапали разбавленную серную кислоту при перемешивании, до
появления первого помутнения. Эта мутная среда становится все плотнее без дальнейшего
постороннего вмешательства.
О 3. Водяная призма
а) Уже по причине сходства явлений, наблюдаемых с помощью аквариума и через
наполненную водой призму, следует отдать последней предпочтение перед другими
устройствами. Наша призма такого размера, что в ней виден ученик до пояса. Водяную призму
ставят на экспериментальный стол и просят ученика пройтись медленно за призмой. С любого
места видно, как он на время появляется в призме, всегда перемещаясь в направлении
втягивающего (преломляющего) ее ребра.
б) Теперь следует повернуть призму так, чтобы на ребре преломления образовался угол
в 60': смещение видимого через призму изображения по сравнению с истинным
положением предмета возрастает, то же касается цветной каймы (при рассматривании под
острым углом возникают явления сжатия изображения, которые мы не рассматриваем).
в) Чем дальше отодвигается наблюдаемый ученик от призмы, тем больше смещение.
О 4. Стеклянная призма (выполняется учащимися)
В качестве двойных призм годятся бракованные призмы полевого бинокля. Их
возможности вполне достаточны для целей преподавания, они позволяют наблюдать
смещения не только в горизонтальном направлении, как в опытах, проведенных всем классом
выше, но и в любых направлениях, в том числе и в вертикальном. Опыты начинают с
единичной призмой (половина бипризмы), ориентируясь вначале по преломляющему ребру;
затем переходят к опытам с целой бипризмой.
О 5. Плоскопараллельный блок
Очень толстый блок можно соорудить из двух водяных призм, ставя их друг за дру-
255
гом. При этом взаимно уничтожается "вытягивающий" эффект отдельных призм. При
наблюдении под углом еще есть небольшое смещение, но им можно пренебречь, так как оно
совсем иного рода, нежели у призмы:
— оно не увеличивается, если наблюдаемый сквозь призму отходит от нее назад;
— оно зависит от толщины блока (слоя воды), в отличие от ситуации с призмой.
У тонких плоскопараллельных тел (оконных стекол) оно почти равно нулю. То лее значение
оно имеет и в центре тонкой линзы.
О 6. Бипризма
См. описание в основном тексте.
О 7. Увеличивающая линза
На уровне лица закрепить большую выпуклую собирающую линзу, например с
фокусным расстоянием 50 см и диаметром 12 см. Один из учащихся вплотную
приближает свое лицо к линзе — первое малое увеличение. Постепенно отодвигаясь на 20 —
30 см, он обеспечивает все большее увеличение. Отдельные участки лица пропадают
из поля зрения, достигая краев линзы и не возникая с другой стороны. Этого,
пожалуй, достаточно, чтобы провести сравнение с бипризмой. При использовании линзы
немаловажна ее выпуклость: ученик ощупывает толщину линзы с края, в середине и
снова с противоположного края. Предлагается крупно изобразить линзу в сечении,
ощупываемом пальцами, на классной доске:
Рис. 69. Ощупывание выпуклой формы
О 8. Точка расплывания
Этот опыт проводится так же, как и О 7, с той только разницей, что учащиеся
должны разместиться сзади классной комнаты, чтобы они могли наблюдать
исчезновение изображения все одновременно, т.е. при одном и том же расстоянии от
наблюдаемого предмета до линзы. Для того чтобы показать предмет в перевернутом (на
180е) виде, можно вместо лица испытуемого ученика поместить сзади линзы
движущуюся картонку с крупными буквами. Измеряем расстояние до линзы при
исчезновении изображения. Оно по большей части всего на несколько сантиметров больше
заданного фокусного расстояния линзы (в пределах точности измерений),
поскольку учащиеся не особенно отдалились, теоретически же должно быть бесконечное удаление.
256
О 9. Опыт с линзой (выполняется учащимися)
Требуется набор больших и толстых собирающих лииз, например диаметром 50 — 60 мм
и с фокусным расстоянием от 60 до 100 мм. С одной линзой будут работать два ученика.
Им потребуется еще два куска бумаги в клеточку и сантиметровая линейка длиной не менее,
чем фокусное расстояние.
а) Дальность расплывания (исчезновения изображения).
Положить линзу на бумагу, одному ученику встать на стул, другому медленно
поднимать линзу от бумаги и замерять дальность, при которой изображение расплывается, в
сантиметрах, как расстояние от листа бумаги до центра линзы в тот момент, когда первый
ученик определил возникновение расплывания. (Должно получиться примерно фокусное
расстояние, определяемое также из опыта О 10.)
б) Измерение увеличения.
Один ученик держит второй лист бумаги в клеточку так, чтобы пол-листа прикрывало
линзу: он же поднимает линзу от первого листа на 9/ю предварительно измеренной
дальности расплывания изображения. Второй ученик определяет увеличение клеточки по
центру линзы, сравнивая ее с размерами клеточек, видных до увеличения, и подсчитав их
(примерно 3—5).
в) Отдаленность предметов.
Используя линзу как лупу в б), рассмотреть распределение нажима графита при проведении
широкой черты мягким карандашом. Можно ли, при некотором напряжении, наблюдать
то же самое простым глазом? (ответ: нет). По опыту мы можем сказать, что даже такие
простые наблюдения но большей части представляют сложность для восьмиклассников.
Если поставлена многоплановая задача, то они не могут еще решительно преодолеть барьер,
отделяющий суждение о событии от его восприятия. С более простыми задачами они,
однако, справляются лучше.
Расстояния, измеренные в а) и в) должны примерно равняться фокусному расстоянию.
О 10. Фокус линзы
Линзу (см. О 8) обратить к солнцу или же к точечной лампе большой мощности,
установленной в углу комнаты. Сзади нее перемещают лист бумаги туда-сюда,
демонстрируя большую яркость самого маленького пятна, появляющегося как раз тогда, когда лист
находится точно на фокусном расстоянии от линзы. Иногда удается обуглить лист бумаги
или же поджечь спичку. Эта яркая точка есть образ Солнца, а не сборный пункт неких
"лучей".
О 11. Переворачивание изображения и "свободный образ"
(выполняется учащимися)
Высоко держа линзы, примененные в опыте 9, направить их на окно,
а) Описать изображение, даваемое линзой, когда ее направляют на окно, держа на
вытянутой руке (перевернутое, уменьшенное).
257
6) Сзади линзы поместить листок бумаги и двигать его в сторону линзы. На листке
довольно резко возникнет вдруг изображение оконной рамы, аещеближеклиизе — ландшафт
(свет в комнате надо выключить).
Расстояние между изображением и линзой по крайней мере равно или же несколько
больше фокусного расстояния. Сравните четкость изображения на бумаге с картиной при
прямом взгляде: последняя явно лучше! С помощью одной-единственной линзы нельзя
получить увеличенный дальний план, а только лишь увеличенный ближний (и исправить
близорукость).
О 12. Телескоп
Повторить О 10 с линзой из опыта О 7, которая послужит объективом (фокусное
расстояние, скажем, 50 см, диаметр 12 см), и с другой собирающей линзой
(окуляром) диаметром 4 см и с фокусным расстоянием 5 см. Затем собрать из них телескоп.
Расстояние между линзами 55 см, увеличение 10 крат. Линзы закрепить так, чтобы
оптические центры были на одной высоте, установив их на доске. Используя
подкладки, доску можно наклонять вперед-назад. Прибор направить на ландшафт, выбрав,
например, тот его участок, где на расстоянии 300 м видна вершина сосны, а на
расстоянии 30 м — ветви другого дерева, видные сбоку от сосны. Глаз приблизить к окуляру.
В центре линзы обеспечить четкое перевернутое изображение; если смотреть под
более тупым углом, то на изображении появятся пестрые полосы или даже хмурые
облака, поскольку линзы не скорректированы и имеют дефекты, прежде всего
хроматические. Чтобы навести прибор на более близкий, чем сосна, предмет, надо немного
развести линзы в стороны, так как свободное изображение, даваемое объективом,
расположено в этом случае вне фокусного расстояния, т.е. дальше от объектива.
Следовательно, нужно немного отодвинуть лупу-окуляр. Рекомендуется соорудить
несколько таких телескопов, чтобы учащиеся могли по очереди посмотреть через них
и установить, что:
а) простым глазом видно меньше веток и веточек на удаленной вершине сосны — в
телескоп видны даже птицы и летящие вдали самолеты;
б) для наблюдения близких* объектов нужно немного отодвинуть окуляр от объектива.
В это время другие учащиеся могут изобразить на листе бумаги, например, устройство
телескопа (вид сбоку в масштабе), с указанием кривизны линз, их диаметров и
расстояний между ними и, кроме того, два вида: вершину сосны при наблюдении
невооруженным глазом и с использованием телескопа.
258
УЧЕНИЕ О ТЕПЛОТЕ В 8-м КЛАССЕ
Другие разделы физики представлены в 8-м классе весьма полно.
Преподавание термодинамики продолжается в 9-м классе, поэтому программу 8-го можно
сократить, несмотря на то, что в этом классе затрагиваются крайне интересные
темы, а именно: конвекция, излучение, теплотехника; затем теплопроводность,
теперь у лее с формулами.
1. Конвекция — тепловой поток
Налив воды в высокий небольшой химический стакан и нагревая ее, можно
показать движение потока, возникающее в центре днища, как если бы пламя,
нагревающее стакан, продолжалось от середины днища в глубь стакана, в то
время как у внешних стенок вода опускается вниз, что хорошо видно, если в
воду добавить немного краски (Т 1).
Затем мы берем, например, П-образную трубку и нагреваем только одно ее
колено, пока вода в нем не поднимется. Теперь добавляем несколько капель
разведенных чернил, которые не должны быть тяжелее воды, в воду в нагретом колене
н опускаем в нее горизонтально закрепленный сифон-мостик (Т2):
Сифон
погружается
глубоко
\vi
Разведенные
чернила
Сифон
погружается неглубоко
Теплая
вода
Холодная
вода
ч
#-
iL
Равновесие давлений
Рис. 72. Соотношение давлений в сифоне
Вскоре начинается выравнивание уровней воды. До опускания сифона
разность температур воды в коленах и равновесие в нижней части П-образцой
259
трубки сохранялись, несмотря на перевес одного столба по длине. После
опускания сифона, закрепленного горизонтально, начинается перетекание
жидкости из теплой части в холодную, вследствие того что па входе существует разность
давлении воды — давление больше на глубоко погрузившемся конце сифона.
Тогда внизу нарушается равновесие из-за притока на холодную сторону, где
столб жидкости начинает давить сильнее: возникает круговое течение, или
циркуляция, жидкости. Если убрать горелку, то циркуляция, естественно,
прекратится, когда теплая вода окажется вверху, в сифоне, а холодная внизу.
Подытоживая, можно показать конвекцию с помощью известной "модели
водяного отопления" на циркуляционной трубке (ТЗ).
Было бы полезно отказаться от описания процесса конвекции только как
результата движения тепла вверх; следует рассматривать такое движение как
результат соседства и обширного контакта теплой и холодной воды. Холодная среда
давит вниз с той же силой, что и теплая вверх. В этом смысле конвекция
является гидростатическим или же аэромеханическим феноменом давления и может
всесторонне изучаться только в соответствующем классе, где давление воды и
воздуха рассматривается подробнее. Воздушную конвекцию можно
продемонстрировать в опыте с дымом, выпущенным из длинной трубки в сторону трех
разгоряченных бегом учеников. Дым поднимается вверх, поскольку давит соседний
холодный воздух (Т 4). Из очень тонкой японской салфетки делается венчик и
поджигается: не догорев, он поднимается в воздух (Т5). Неплохим примером
является II опыт с воздушным шаром, наполняемым горячим воздухом, и со свечами,
приводящими в движение вертушку на Рождество (украшение рождественского
праздника). Движения воздуха и воды на Земле всегда объясняются
подобными тепловыми взаимодействиями. Обнаруженные в лаборатории взаимосвязи не
следует объявлять причиной сходных явлений природы, их нужно считать
уменьшенным подобием таких явлений.
Можно рассмотреть расслоение водной массы в водоемах, образование льда и
т.п. (материал для этого имеется в учении о теплоте для 7-го класса). Расслоение
воды можно наблюдать в пробирке, которую с наклоном держат в руке за нижний
конец, нагревая верхний до кипения (Т 6). Расслоение атмосферных масс
уместнее будет рассмотреть в разделе аэромеханики. Пример техшгческого применения:
отопление помещешш. Холодный воздух опускается вниз у окон и внешних стен,
его встречает поток теплого воздуха от батарей отопления, чем достигается
равномерный нагрев помещения. (Если поддерживать одинаковую температуру и во
всех остальных помещениях, прихожих, служебных помещениях и в
автомобилях, то нашему организму не надо будет заботиться о тепловом режиме, в результате
будут распространяться простудные заболевания.)
2. Излучение
Прообразом "теплового излучения" является открытое обращение через
пустое пространство, например обращенность земной поверхности к
темному мировому пространству зимней ночью или же к ясному солнечному небу
260
прохладным летним утром. Тепло, как и холод, не приходят в "парадном
строю", Земля не излучает ничего, что можно воспринять или ощутить,
напротив, открытость ее поверхности вызывает тепловое изменение. У нас,
находящихся на поверхности Земли, оно вызвано без всяких пространственных
перемещений периферией небесного окружения. Поверхности не
подвергаются облучению, а вовлекаются в процесс. Гипотеза о том, что в промежуточном
пространстве проносятся некие лучи или энергии, выходит за рамки
феномена и создает представления, которые хотя и наглядны и применяются в
технических устройствах, но не дают возможности полностью понять сам жест
феномена или же свыкнуться с ним. При создании технических приборов
остается открытым вопрос, не могли ли иные представления, например излагаемые
здесь, привести к созданию технических средств и технологий.
Это обращение Земли к периферии можно воспринять вполне конкретно.
Самый верхний слой, верхний миллиметр поверхности может действительно
рассматриваться как своего рода орган восприятия Земли условий,
задаваемых окружающей средой. Температура солнечного пятна на земной поверхности
колеблется от минимума при восходе Солнца до максимума в час, прошедший
с момента прохождения Солнцем наивысшей точки на небосводе, и эта
разность составляет иногда 60°С. Все участки ниже этого самого верхнего слоя
имеют меньшую разность температур. (Подробнее см. 6-й класс.) Если над
поверхностью, обращенной к Солнцу, находится воздух, то начинается его
нагревание; если же метровый слой воды или льда, то нет. В ледяном гроте не
станет теплее, даже если Солнце просвечивает через лед. В нем
распространится холодный блеск, холодное сияние; нагреется чуть-чуть лишь внешний
слой льда, граничащий с воздухом. Рыба, плывущая в лучах света у дна
водоема, вряд ли ощущает тепло (поэтому стайки мелких рыб резвятся всегда
у поверхности). Даже если Солнце освещает дно, его температура почти не
повышается, нагревается лишь самый верхний слой воды.
Поверхностный слой толщиной в пол-ладони является здесь органом
Земли, служащщ* для восприятия теплового окружения; роль органа восприятия
яркости окружения берет на себя скорее дно водоемов (при очень чистой и
прозрачной воде). Следует ли объяснять эти явления при помощи привычных
представлений об излучении, которое проходит сквозь воздух, а через воду
нет? Фактом является лишь то, что предметы па Солнце постепенно
согреваются с момента, как только оно осветит их, как бы побуждая к нагреву. Не следует
думать, что причина явления — некая вещь, перемещающаяся в пространстве
вместе с излучением и проводимостью. Можно оставаться вполне в границах
явления и сказать, что тела взаимодействуют друг с другом в отношении тепла
и холода, постепенно приноравливаясь друг к другу. "Вызвать, сопроводить,
приспособиться, настроиться" — не важно, как обозначить, важно без всяких
гипотез определиться с реально переживаемым событием, чтобы затем
поместить его в мозаику более крупных причинно-следственных связей. Склонность
объяснять пережитое следствием не пережитых пространственных
вспомогательных процессов, объявляя его своего рода отвлекающим маневром природы
(если бы мы все же могли видеть тепловые лучи!), — эта склонность есть
261
результат решения принимать как объективную данность лишь то, что можно
облечь в математическую форму (Кант). Этому искушению не стоит
поддаваться (см. Введение). Если мы пытаемся отказаться от термина "излучение", мы
отказываемся от понятия, от мыслительной модели, и благодаря этому мы
можем свободно мыслить и действовать среди разных явлений. А от самого слова
"излучение" мы отказываться не будем! Напротив, учащиеся должны знать,
что нечто подобное можно себе вообразить, но что дело этим еще не
объясняется, даже если у нас есть что сказать по этому поводу.
Что же происходит в действительности при так называемых феноменах
излучения? Открытое обращение (см. выше), которое, однако, вовсе не вызывает
никаких тепловых явлений в промежуточном пространстве. Рекомендуем
показать опыт Т 7: слабое нагревание ртутного термометра с покрытым сажей медным
наконечником или же воздушного термометра (см. Т 8) на одну десятую
градуса позади тонкого стеклянного сосуда толщиной в несколько миллиметров, с
постоянно обновляемой холодной водой и положенными спереди горячими
камнями. Нужно добиться установления теплового контакта без всякого участия
света. Еще можно показать разный нагрев воздушного (газового) термометра,
если стеклянная колба прозрачна, покрыта сажей, белой краской или
зеркальным экраном (Т8). Уберем камни и поставим на их место рядом с покрытым
сажей воздушным термометром большой химический стакан с маслом,
нагретым до 200°С. Мы определим разницу в показаниях в зависимости от того,
прозрачен стакан или же покрыт сажей. Вовлечение в "тепловой" процесс сильно
там (на черных поверхностях), где слабо световое (например, перед
раскаленными телами); наоборот, та поверхность, которая сильно участвует в световом
процессе (например, поверхность белого цвета), намного слабее участвует в
тепловом. Точно так же ведет себя та поверхность, которая вызывает тепловой
процесс. Плохая способность светопередачи (черные поверхности)
сопровождается хорошей способностью вызывать нагревание. При этом то черное тело,
которое хорошо вовлекает остальные в тепловой процесс (т.е. нагревает), само
остывает, разумеется, очень быстро в отличие от белого или зеркально
отражающего тела той же температуры.
Интерес вызывает и явно разное отношение к окружению. Если накалить
серебро с нанесенными на него сажей штрихами или уголь со штрихами,
нанесенными мелом, то темная поверхность, в обоих случаях, скоро начинает
светиться, светлая же всегда темнее. Здесь мы имеем дело непосредственно с
инверсией отношения к окружающей среде. Ибо усиливающееся свечение
накаляемого тела способствует вовлечению окружения в тепловой процесс. А
поскольку отношение к окружающей среде стало противоположным (темное
стало светлым), то силы, вовлекающие в тепловой и световой процесс, теперь
совпадают. То, что мы поднесли к светящимся раскаленным поверхностям,
нагревается сильнее.
Различное восприятие и отдачу тепла черным и белым можно
иллюстрировать по-разному. Положим на снег, освещаемый солнцем, два лоскутка ткани —
белый и черный. Черный погрузится в растаявший под ним снег, белый
останется на поверхности. Покрытые белой известью стены и крыши домов в
262
районах пустынь поглощают меньше тепла днем и мало отдают его ночью.
Если надеть летом в солнечную погоду черный костюм, он нагреется
довольно сильно. Л ботинки отдают наружу тепло тела зимой сильнее, если они
черные, а не белые.
Резюмируя, молено сказать следующее. Тело, сообщающее другим тепло или
холод через открытое пространство, само должно охладиться или же нагреться
при этом; тела воздействуют друг на друга, все время находясь в процессе
выравнивания. Свободное пространство может быть и большим;
распространение тепла в пространстве происходит по закону, который мы обнаружили при
изучении распространения света: важное значение имеет сфера, т.е.
пространственный угол. Световой и тепловой процессы протекают по большей части
одновременно — кожа моего тела нагревается при свете яркого солнца. Однако
молено провести водораздел мелсду тепловым и световым процессами (зимняя
ночь, опыты с теплом в отсутствии света, см. опыты Т 7 и Т 8). Нужно
стараться провести этот водораздел, пользуясь различием в ощущениях, переживаниях,
абстрагируясь от внешней схожести процессов. Взаимосвязь световых
процессов лежит на поверхности и устанавливается сразу. .Постепенно, проникая в
глубину, развивается тепловое взаимодействие. Исследователь, воспитанный
на традиционных понятиях, с трудом воспринимает эту разницу. Опыт говорит
нам, что переживание тепла отличается от переживания света. Поняв разницу,
можно спокойно перейти к техническому использованию существующего
сходства со светом, например применить параболическое зеркало (холодный
алюминий) нагревательного прибора в качестве связующего звена между
испытуемой поверхностью и нагревательной спиралью; параболическое зеркало
увеличивает телесный угол (если смотреть со стороны испытуемой
поверхности), накал спирали виден на всей площади зеркала. С помощью таких зеркал
возможно управление тепловой связью в пространстве (Т 9).
3. Теплотехника
Здесь следовало бы рассмотреть три прибора: термос, солнечную батарею и
биметаллический регулятор. Описание двух первых приборов содержится во
многих учебниках. Для демонстрации биметаллического регулятора можно
разобрать обычный утюг с терморегулятором. Если снять с него верхнюю часть,
а нижнюю установить на электроплитку, то через несколько минут можно
заметить поднятие размыкающей биметаллической пластины, закрепленной на
"дне" утюга (описание данного опыта дано нами. —Прим. ред.).
4. Теплопроводность
С помощью теплопроводных стержней мы познакомились в 7-м классе с
различной теплопроводностью твердых материалов. И в опытах, проводимых
в 8-м классе, не обойтись без упоминания о теплопроводности, лучше было бы
263
сказать: о "восприятии тепла" через вещество, например при нагревании воды
сквозь стеклянные стенки сосуда.
Для всех материалов исследованы так называемые коэффициенты
теплопроводности А., результаты сведены в таблицы. Этот коэффициент показывает
мощность в ваттах, которую отдает брусок из соответствующего материала
длиной 1 м, сечением 1 м2 на стороне с меньшей температурой, в то время как
температура на противоположной стороне возрастает на Г.
Рас. 75. К экспериментальному определению теплопроводности различных
материалов
Чтобы было еще нагляднее, то же численное значение можно получить,
увеличив разность температур на 100° и уменьшив вместе с тем сечение до V too м2>
например до размера 10 см х 10 см (теплопроводный стержень). Поместив
такой стержень между двумя сосудами с кипящей водой в одном и с ледяной в
другом, мы определим на основе известного коэффициента теплопроводности,
сколько ватт потребуется, например, чтобы растопить то же количество льда за
определенное время, если заменить обычную горелку электрическим
нагревателем.
Если при одинаковой разнице температур можно увеличить длину 1 или
уменьшить сечение q, с тем чтобы на конце стержня развилась определенная
тепловая мощность, значит, данный материал имеет большую теплопроводность.
Отсюда получаем следующую формулу:
К q х AT '
где Р — мощность в ваттах,
/ — длина в метрах,
q — площадь в квадратных метрах,
AT — разность температур на обоих концах стержня в Кельвинах.
Таким образом, X дается в единицах <в* х м)/<м2 х к) =Пт/(м х ю-
264
ТАБЛИЦА 5. Коэффициенты теплопроводности в Вт/мхК при 20° С
Материал
Алюминий
Алюминий
Свинец
Железо (Армко)
Золото
Медь
Магний
Натрий
Никель
11икель
Платина
Серебро
Вольфрам
Уран
Цинк
Олово
Хромоникелевая сталь
18/8 нерж.
Дюралюминий
Чугун (нелегированный)
Константин
Латунь Ms 72
Ковкое железо
Сталь нелегированная
Сталь марки Ст37
Ртуть
Гранит
Песок, речной песок, сухой
Чистота, содержание, в %,
формула
99,990
99
высокочистый
99,8 (технически чистое)
99,999
99,995
высокочистый
высокочистый
высокочистый
97-99
высокочистая
высокочистое
99,96
ЧИСТЫЙ
высокочистый
высокочистое
18-20Cr; 8-10Ni
94-69 AI; 3-5 Си
ЗС; 1-2,5 Si; 0-1 Р
60 Си; 40 Ni
70Си; 30Zn
99,5 Fe; до 1,0 С
0,1-0,1 С
0,13 С; 0,4 Мп
Песок, речной песок, влажность 11%
Грунт, влажность 15%
Лабораторное стекло
Твердый фарфор (техн.)
Дуб* (высушенная на воздухе
Ель* (высушенная на воздухе
Вода
Этанол
Бутан
Гептан
древесина)
древесина)
С2И5(ОН)
с4н1в
с7н16
Коэффициент
теплопроводности
238
220
35
74
318
397
156
135
85
60
71,6
428
173
27
112
66
14-15
165
45-50
22,6
125
62
58-42
62
8,2
2,9
0,33
1,1
0,8-1,2
1,04
1,6
0,16-0,19
0,10-0,12
0,600
0,165
0,108
0,124
* В поперечном направлении к древесным волокнам.
265
Эти цифры дают общую характеристику материалов, подразделяя их на
близкие к серебру или же к древесине. Посередине разместились кампеобраз-
ные материалы.
Эту таблицу важно рассмотреть вместе с учащимися и дать им возможность
понять полученные единицы измерения.
5. Картина природы
Можно несколько упорядочить рассмотренные выше виды тепловых
взаимодействий, используя образ земной поверхности. Мы будем использовать
технические термины. Теплопроводность характеризует тепловые изменения,
на которые придется обратить вшшание при проникновении в глубь Земли.
Конвекция играет определяющую роль в атмосфере) без нее не обойтись так лее
при осмыслешшн тепловых процессов, протекающих в водоемах, тут же надо
принять во внимание и ту роль, которую играет проводимость тепла. Па
поверхности земли (и воды) доминирует излучение. Здесь уже все явления
встречаются вместе.
К этим эффектам надо добавить еще так называемые охлаждение при
испарении или теплоту конденсации. Нагревание при сжатии и охлаждение при
расширении поясняют перемещение областей давления в погодных процессах.
Эти явления мы оставим для 9-го или даже 10-го класса.
266
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 8-м классе"
Т 1. Течение в водяном баке
Наполнить водой высокий химический стакан из термостойкого лабораторного стекла
емкостью около 2 л и нагревать его через сетку в середине днища пламенем газовой
горелки. Перед нагреванием положить на дно, по центру, три кристаллика перманганата
калия (марганцевокнслого калия KMnO^), чтобы окрасить воду в стакане и облегчить тем
самым наблюдение. Мы увидим движение жидкости при ее нагревании в сосуде.
Коричневый налет на стенках стакана можно после удалить соляной кислотой.
Т 2. Конвекция с применением сифона
Можно подобрать нарисованные выше трубки для опыта, пршгем оба нижних
отверстия сифона должны иметь внутренний диаметр менее 4 мм, иначе из них будет капать.
Воду в одном колене П-образной трубки можно подкрасить синими чернилами. При сильном
разбавлении или нагреве они бледнеют, что мешает опыту. Лучше использовать
специальные порошковые красители. Описание опыта см. в основном тексте.
ТЗ. Конвекция в трубке
Наполнить циркуляционную трубку водой. В воду накапать немного чернил,
предварительно разведешшгх водой, затем нагреть. Вскоре вода начнет /пшгаться. Мы снова получили
циркуляцию, как в опыте с водяным баком. Вместо чернил лучше использовать
вышеупомянутые порошки.
Т 4. Тепло человеческого тела
Попросив трех учеников пробежаться по нескольким лестницам раза четыре, усадим
их плечом к плечу на лабораторный стол. Весь остальной класс размешается в отдалении,
чтобы на нарупгать чистоту эксперимента. В сторону этих трех разгоряченных бегом
учеников пускаем табачный дым из трубки длиной не менее 2 м и наблюдаем, как дым
медленно поднимается.
Т 5. Конвекционный поток
Берется очень тонкая, прозрачная японская салфетка. Из нее делается колечко или
венчик, который поджигается в нескольких местах. lie догорев, венчик приподнимается
со стола в воздух и летит.
Т 6. Кипятим, не обжигая рук
Этот опыт хорошо известен: держим пробирку с водой в руке за нижшш конец и нагреваем
верхний до кипения на пламени газовой горелки.
267
T 7. Действие тепла сквозь холод
Опыт потребует длительной подготовки. Горячие, почти раскаленные шамотные
кирпичи, постоянно обновляемые, надо экранировать стиропоровыми панелями по
периметру стеклянного бачка от термометра, чтобы исключить попадание на него потока теплого
воздуха. Колебания температуры в помещении (вследствие нагрева кирпичей) следует
фиксировать другими термометрами. Далее см. описание в основном тексте.
Т 8. Тепловой процесс между белой и черной
поверхностью
Нижеследующий воздушный термометр может эксплуатироваться со сменными
литровыми колбами: одна будет прозрачна, другая окрашена матовой белой краской, под цвет
стен, третья матовой черной или покрыта сажей, четвертая временно наполняется горячей
водой и устанавливается в большом химическом стакане с серебрильным раствором
(зеркально экранирована наружу).
П-образная трубка с водой и чернилами
\ Высота подъема,
* соответствует
температуре
в плоскодонной колбе
Рис. 74. Воздушный термометр
Высота подъема при нагреве продолжает увеличиваться после закупорки пробкой. Колбу
надо поставить перед электронагревательным прибором, рядом с пламенем газовой
горелки, перед нагретыми кирпичами или химическим стаканом с налитым в него горячим (t = 200вС)
моторным маслом. Меньше всего поднимется столбик в воздушном термометре,
окрашенном белой краской, а также в термометре с зеркальным экраном, быстрее всего — в
вымазанном сажей (высоту подъема измерять каждые 20 сек.). Это особенно видно при
нагреве излучателя до яркого свечения.
Т 9. Параболическое зеркало
Частично описан в основном тексте. Можно также посадить ученика на расстоянии
нескольких метров от газовой горелки, попросив его закрыть глаза. Если за горелкой
держать параболическое зеркало, то ученик скажет, что ему тепло; посмотрев в зеркало, о«
увидит по всей его площади яркое пламя.
1Г\
Литровая колба,
наполненная воздухом
X&J
268
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ В 8-м КЛАССЕ
В 8-м классе можно объединить темы "Электричество" и "Магнетизм",
начиная эту часть эпохи физики сразу с электромагнетизма. Важные для понимания
электромагнитов элементы открывают путь к некоторым техническим
приборам, без которых немыслима современная цивилизация. Это реле, двигатели,
измерительные инструменты, звонки и — что важно упомянуть с исторической
точки зрения — телеграфный аппарат Морзе. Произведения техники в
современном окружении учащихся — это человеческие идеи, ставшие определяющими
в современном обществе и теперь приходящие к нам извне. Учащийся должен
их постичь и тем самым найти свой путь в мир. Электромагнитов (медная
катушка с железным сердечником) в природе не существует. Такие
конструкции и явления — дело человеческих рук. Для их создания человек исходит из
естественнонаучных принципов, понимание которых доступно каждому.
Электромагнетизм характеризуется универсальной применимостью и
техническим всемогуществом. Электричество может найти применение почти в
любом техническом приборе. Это связано с тем, что оно не имеет в природе
такой собственной области явлений, какие имеются у света в оптике или у
звука в акустике. Электрические явления существуют то в виде света, то в
виде звука, а то снова в виде действующей механической силы. Если бы
электричество имело в природе свою собственную, качественно иную сферу, то оно
имело бы внутри ее и свои пределы. В универсальности электрических и
электромагнитных эффектов можно усмотреть как бы чужеродность этих сил
для природы. Зато благодаря этому мы обращаем эти силы себе па пользу в
полном объеме.
1. Электромагнит
Систематическое введение будет обеспечено опытом Эрстеда (1820). В то
время было известно, что удар молнии в мачту корабля может перемагнитить
стрелку компаса, оказавшегося поблизости, после чего стрелка будет
показывать на юг (ФРАУЕНБЕРГЕР, 1960а). Напротив, если коснуться полюсом
вольтова столба (см. 7-й класс) стрелки компаса или даже включить стрелку в
цепь, то никаких магнитных изменений не последует. Однако если повторить
опыт Эрстеда и поместить компас непосредственно под проволокой,
находящейся под сильным током, то стрелка более или менее сильно отклонится от
северного направления и установится примерно поперек проволоки (ЭМ 1).
Если поднять компас над проволокой, то стрелка поменяет свое направление
па противоположное, установившись опять же поперек. Вместо проволоки можно
взять любой металлический стержень, как изолированный, так и нет, годится
Даже труба с солевым раствором. Направленное действие на стрелку тем
сильнее и она поворачивается в поперечное положение тем круче, чем ближе она к
"току" и чем сильнее последний (ср. "Сила тока", 7-й класс). То же попере-
269
чиое положение стрелки вызывается участком солевого раствора между
пластинами батареи, например между медной п цинковой пластинами вольтовой
батареи. Вся электрическая цепь действует, таким образом, на магнитное иоле
Земли как помеха. Простейшая цепь — к этому выводу мы пришли в 7-м
классе — замыкается сама на себя, в отличие от "мимолетных
электростатических состояний" физики для 6-го класса, связывая меж собой па длительный
срок явления, зависящие только от цепи (ее напряжений и сопротивлений), а
не от предметов окружающего мира. В отличие от проводника, находящегося
под напряжением, мы можем положить эту замкнутую цепь к себе в карман
(карманный фонарик). В 8-м классе мы, кроме того, обнаружим, что цепь но
магнитному действию можно уподобить крошечной Земле. Двигаясь из центра
проводящей петли вперед, вокруг провода и снова внутрь сзади, мы установим,
что свободно крутящаяся магнитная стрелка совершает такое движение, какое
она совершила бы при движении от Южного магнитного полюса Земли к
Северному. Таким образом, проволока соответствует экватору.
Проводящая петляет ■ «^
с током f ^v
I $\ s Путь магнитной
\ %ly стрелки
Рис. 77. Круговое магнитное поле, как реальность "тока"
Это движение демонстрирует опыт ЭМ 2 в виде статичной картины.
Маленькие компасные стрелки, помещенные вокруг вертикально натянутого
провода, начинают как бы "водить хоровод" вокруг последнего, если его
включить в цепь. К исследованной в 7-м классе взаимосвязи событий, например
между нагреванием провода и разъеданием батареи, добавляется третье
свойство: круговое магнитное поле вокруг всего проводящего тракта полной цепи.
Правда, магнитное поле не является очевидным явлением, и мы не вправе
говорить о нем, как это часто бывает, как о предъявленном нам предмете. Оно
является скорее воплощением возможных силовых воздействий па компасные
стрелки во всех точках вокруг проводника. Можно сказать иначе:
воплощением направлений, в которых установятся стрелки во всех точках. Магнитная
сила, возникающая с появлением электрического тока, растет с увеличением
силы тока (понятие из 7-го класса), уменьшаясь с расстоянием от проводника.
Она быстро уменьшается до крохотных величин, но нигде ие исчезает вполне,
т.е. безгранична. Может, "ток" — это скорее явление окружающего
воздушного пространства, а ие внутреннего пространства проводника?
Теперь учащиеся поймут следующий воирос-головоломку: "Переодетый ни*
рат нанимается иа судно, отправляющееся в море. Однажды безлунной ночью,
270
когда корабль плыл мимо пиратского острова, направляясь точно на север, пират
сделал попытку сбить стрелку компаса, подложив под него проволоку (с током. —
Прим. ред.). Как ои должен подложить ее, поперек пли же вдоль корабля?"
Правильный ответ: "Вдоль". Интересен также следуюнцш вопрос: "Можно ли
определить с помощью поднесенного компаса, находится ли ироводшш,
натянутый в направлении с востока на запад, под током или нет?" Правильный ответ:
"Да. Стрелка поворачивается на 180е между верхом и низом!"
Вместо того чтобы зажимать провод и заставлять плясать вокруг него магнит,
исполненный в виде стрелки, посаженной на острие, можно сделать наоборот —
зажать магнит, п пусть провод в виде гибкой жилы движется вокруг магнита,
образуя свободную петлю (ЭМ 3). Мы увидим, как кабель наматывается на
магнит, образуя сам (!) так называемую катушку с железным сердечником.
Все изложенное до сих нор слишком научно для большинства классов, но
тем не менее это должно быть описано... Не имеющее полюсов магнитное поле
в опыте Эрстеда (ноле в виде цилиндра вокруг проводника) сбивает сперва с
толку — ведь учащиеся привыкли представлять себе магнитные поля в виде
некой плоскости между полюсами. Намного практичнее с технической точки
зрения, да и нагляднее следующее исследование, где катушка с сердечником
возникает вроде бы сама по себе еще одним способом. Навивая проволоку в
спираль, т.е. наматывая катушку с воздушным сердечником, получаем внутри
ее и на концах более сильные поля, чем в случае отдельного провода. Ведь
катушку можно уподобить стержневому магниту. Ее отверстия суть
"воздушные полюсы". Они возникают благодаря тому, что витки катушки взаимно
"усиливаются", т.е. магнитные поля всех проводов суммируются,
накладывала друг на друга (ЭМ 4атв). Поместив до половины внутрь катушки стальной
сердечник и замкнув цепь, мы увидим, как его затянет внутрь до конца некая
волшебная сила. Одновременно усилится магнитное действие всей возникшей
конструкции, распространившись в окружающем пространстве (ЭМ 4г, д).
Магнитное поле катушки охватывает и намагничивает положенную перед
ним сталь, так что перед северным полюсом катушки (воздушным полюсом на
месте ее отверстия) в куске стали или железа возникает южный полюс. Эти
полюсы притягиваются. Затянутый внутрь кусок железа намагничивается еще
сильнее, увеличивая магнитную силу катушки. Если не начинать главу с опыта
Эрстеда, можно было бы начать ее серией опытов ЭМ 4.
В каком порядке расположились бы магнитные стрелки вокруг катушки,
показывает опыт ЭМ 5 с железными опилками. Эта картина демонстрирует
возможности, существующие в пространстве вокруг катушки, находящейся под
током. Эту систему возможностей называют магнитным полем. Если в
пространство этого ноля поместить подвижные магниты, то они расположатся в
определенном порядке. Наши железные опилки немедленно намагничиваются
от катушки. Возникшие таким образом южные и северные полюсы соседних
опилок притягиваются, выстраиваясь в цепочки и образуя линии, которые мы
можем наблюдать. Часто удается нарисовать эту завораживающую картину с
ее легкими линиями. В сущности, вся она подчинена общему порядку: ни одна
из линий не выпадает из пего, не существует сама по себе. Нужно понять или
271
по крайней мере почувствовать этот общий порядок, когда рисуешь линии. Вот
что представляет определенную трудность для отдельных учащихся.
Неотъемлемой частью общего порядка является, например, наличие лишь двух
совершенно прямых линий: они находятся на оси катушки. Закономерно
расположены по всей картине изгибы линий, определенному порядку подчинена
их плотность.
Можно показать, какие неожиданные силы таит в себе катушка со стальным
сердечником, особенно если замкнуть концы сердечника с наружной ее
стороны (ЭМ6). Непосредственно перед завершением этой операции северный п
южный полюсы, почти смыкаясь, развивают сильнейшее притяжение. Ученик
может повиснуть всем телом на ярме П-образного сердечника, возбуждаемого
током слабой батарейки для карманного фонарика (ЭМ бг). Такие
конструкции из меди и стали, где соединены суровая и мрачная сталь с мягкой и
теплоцветной медью, из которой сделана обмотка, и где благодаря тесному
соседству обоих разнородных материалов развиваются большие усилия,
называются электромагнитами. Любой ученик, сидя за партой, может за минуту
соорудить электромагнит из гвоздя и исследовать его (ЭМ7). Па практике
большие услуги человеку оказывают конструкции побольше,, которые на
верфях п в сборочных цехах переносят металлолом, стальные детали и пр. Издали,
одним нажатием кнопки, можно включать и выключать силы сцепления; если
работает магнит, то отпадает необходимость крепить детали вручную на крюке
крана для их переноски.
2. Телеграфная связь
Клитемнестра, жена Агамемнона, сообщила в Микены о падении Трон с
помощью зажженных огней (трагедия Эсхила "Агамемнон"). Зажженные огни
послужили сигналом к восстанию против власти фогтов (драма Шиллера
"Вильгельм Телль"). И при виде зарева горящих селений всякому ясно, что происходит
или война, или мятеж. Тревожная весть напрямую связана с драматическим
характером самого сигнала. Когда штормовой прилив нагоняет волну до
самого верха плотины, начинают бить тревогу, ударяя в колокол. Если заранее
договориться о значении сигналов, то их истолкование не составит труда.
Намного сложнее передать па далекое расстояние весть о непредвиденном событии.
До самого последнего времени в Тибете для этого посылали гонцов Далай-
ламы. Гонцы использовались уже в древнем Персидском царстве, согласно
описаниям Геродота (8-я кн., гл. 98). Вестник с грамотой на пергаменте или на
глиняной табличке оставался тысячелетиями единственным способом передачи
более или менее обширного послания. Прорыв в этой области был сделан лишь
с изобретением в 1793 году оптического телеграфа — системы визуальной
связи с использованием семафорной азбуки. Передающее устройство оптического
телеграфа — совокупность подвижных реек, установленных на башне, а в
делом линия оптического телеграфа состояла из цепочки башен, находящихся в
прямой видимости друг от друга. Автором изобретения был французский ни-
272
женер К. Шапи. Оптический телеграф помог Наполеону завоевать иол-Евро-
иы. Передача одной буквы из Парижа в Страсбург занимала 6 минут — при
ясной погоде! Этот аппарат был родоначальником телеграфа и телеграфии
(последнее слово буквально означает "письмо на расстоянии").
До этого уже высказывались идеи об использовании электричества для
моментальной передачи сообщений на далекие расстояния. В 1774 году в Женеве
был построен "бузинный телеграф": па конце каждой из 24 проволочек — но
числу букв в латшгском алфавите — висело по паре бузинных шариков на
льняных нитях, а другой конец был подключен к электростатической машине, которая
выдавала разряд, заставлявший шарики расходиться. Однако изолировать столь
большое число проволок от очень высоких электростатических напряжений,
причем на большом расстоянии, было невыполнимой задачей. В 1809 году был
изобретен столь же непрактичный "пузырьковый" телеграф. Его автором был
мюнхенский профессор анатомии Земмеринг, переписывавшийся с Гете по
вопросам проводимости нервов. Его телеграф имел также 24 провода, но уже для
низких напряжений. На одной стороне концы проводов опускались в воду, на
другой лее использовался недавно изобретенный вольтов столб, подсоединяемый
к тем концам провода, которые возбуждались в данный момент. Один из двух
проводов служил обратной цепью. Когда они оба находились под током, на
концах проводов, опущенных в воду, немедленно возникали пузырьки, что
обозначало ту или иную букву. Наполеон потешался над этим изобретением,
грозившим заткать иаутниой из 24 проволочек обширные пространства: у
Наполеона уже был свой, семафорный телеграф. С отступлением армии Наполеона
победители нещадно разрушали его башни с рейками, поскольку по ним передаг
вались приказы бывшего покорителя Европы.
После 1820 года (опытов Эрстеда) во многих местах начались работы по
созданию электромагнитного телеграфа. В 1833 году Гаусс и Вебер построили
игольчатый телеграф для передачи сигналов между двумя
естественнонаучными институтами Геттингена. Этот телеграф мало отличался от конструкции,
использованной для опыта ЭМ 1 (опыта Эрстеда). Путем многократного
кратковременного включения батареи на передающей стороне выдавался сигнал,
индикацию которого на принимающей стороне обеспечивала серия отклонений
компасной стрелки. В это же время Уитстон в Англии разработал разные
конструкции игольчатых и стрелочных телеграфов. Решающим стало, однако,
изобретение простого якорного телеграфа и несложной системы символов,
автором которого был Сэмюэл Морзе; на его базе была построена первая
телеграфная линия между Вашингтоном и Балтимором в 1844 году.
Рекомендуется по возможности продемонстрировать старый аппарат,
модель, учебный аппарат или же прибор, применяемый па современном флоте
(ЭМ8). В многочисленных копиях азбуки Морзе отсутствует по большей
части один очень важный момент: точка в действительности выходит в виде
короткого тире. Длинное тире равно трем тактам, одна такая "точка"
равна одному такту. Между двумя знаками (точкой или тире) всегда есть
одни такт интервала. Интервал между буквами занимает три такта, между
словами — семь.
273
Пишущее
колесико Jt Пишущий
рычаг
Телеграфный
ключ
^Якорь—~^ 1розо
Галъвантес- \^_JM- зй"<мтя1
кий элемент Катушка
кии элемент катушка сзд
Пластины заземления
Реки
1&*. Яры
z=zl4z Ухцелъя
Cid
Рис. 83. Телеграфная станция
На рис. 83 показана местная телеграфная станция Морзе. Отдельно
представленные аппараты только тогда воспримутся как нечто существенное, когда
станет ясно их место в жизни, переживаниях и деятельности человека. Однако,
как только возникает вопрос об использовании аппарата на станции,
находящейся в какой-то местности, актуальными становятся новые проблемы: (а)
сколько линий потребуется? (6) как вовремя обнаружить порванные провода?
(в) как защититься от удара молнии?
К (а): скоро обнаружилось, что один из полюсов можно заземлить. Даже
на самом большом расстоянии огромный и глубокий объем Земли может
служить частью электршгеской цепи и тем самым заменить один из двух проводов.
Земля оказывает даже меньшее сопротивление, нежели провод. Ключ к
пониманию причины дает материал, изученный в 7-м классе. Ибо вклад куска
провода в сопротивление электрической цепи тем меньше, чем толще этот
кусок, а толща Земли есть и останется непревзойденной в этом отношении.
Удивителен тот факт, что Земле удается разом замыкать множество
пересекающихся цепей, которые при этом не создают помех друг другу и не мешают
упорядоченному прохождению сигналов Морзе. Здесь используется уже
рассмотренная полная изоляция подобной цепи от окружения и от соседних цепей
(ср. рис. 50).
К (б): аппараты работают не с нормально разомкнутой, а с нормально
замкнутой цепью, т.е. якорь аппаратов Морзе постоянно находится под током,
прерываемым при работе ключом. Пружинный привод подачи бумаги
приводится в движение через пружинный рычаг с закрепленным на нем якорем при
первом прерывании тока, т.е. при первом движении якоря. Если же на бумаге
появится длинная черта, то телеграфист сразу поймет, что линия порвана, и
274
вышлет ремонтников. Итак, пока аппарат не пишет, он в порядке. Правда,
расходуется заряд батареи, но дело того стоит.
К (в): грозозащитное устройство состояло из двух латунных пластин с
рифлением на сторонах, обращенных друг к другу:
Пластины молниеотвода
Рис. 84. Защита телеграфной линии от молнии
Между выступами противоположных пластин, разделенных по краям
слюдяными шайбами толщиной 1 мм, проскакивала небольшая искра, и молния
отводилась по возникшей при этом электрической дуге, так как дальнейший
путь к аппарату Морзе преграждало большое (прежде всего индуктивное)
сопротивление.
Больишнство аппаратов Морзе могло работать одновременно и в режиме реле:
рычаг якоря приводил в действие не только пишущий инструмент, но и контакт
прерывателя, расположенный в другой, независимой цепи со своей собственной
батареей и обеспечивающий ее прерывание в такт с поступающими сигналами
Морзе. Первая цепь могла, таким образом, сама принимать эти сигналы. Во
втором контуре реле заменяло ключ. Вторую цепь можно было оформить точно
так же, как первую, рассматривая ее как передающую на следующую
телеграфную станцию. Почему отказались от соединения обеих цепей в одну и от прокладки
единственной ддиниой линии через все станции (потом через электромагнит
соответствующего аппарата)? Ведь тогда можно было бы сконцентрировать все
батареи на одной станции? Есть общая причина: сеть, состоящую из множества
коротких линий, и построить, и обслуживать легче, чем огромную линию с
высоким напряжением, а при неисправностях в сети легко создать обходной путь.
Кроме того, можно обойтись тонкой изоляцией.
Драматическая глава в истории техники связана с прокладкой
трансатлантического кабеля, начатой С. Филдом в 1856 году и законченной с помощью
гигантского парохода "Грейт Истерн" в 1857 году (19 000 тонн
водоизмещением), описанного также Стефаном Цвейгом. Людей всегда восхищали и радовали
новые известия, новые пути сообщения. Когда заработала связь по
трансатлантическому кабелю в 1858 году, то в Америке были отменены занятия в школе.
Правда, через месяц вышла из строя изоляция, и линия отказала. Когда Чарлз
Лиидберг приземлился в Париже по возвращении из первого полета над
Атлантикой, толпа от восторга чуть было не разнесла его самолет в кускн. С
одной стороны, связь между людьми — это насущная необходимость. С другой
275
стороны, техника связи, играющая господствующую роль в современном мире,
во все большей мере подавляет отдельного человека содержанием, которое
больше не переживается человеком в непосредственном восприятии естественного и
социального окружения. Это содержание может быть дано ему только в форме
представления. И такие всего лишь из точек и тире возникшие представления
журналист полуосознанно наполняет более-менее подходящими эмоциями,
поскольку публика не воспринимает бесстрастно поданного материала. Да и сам
журналист зачастую не является очевидцем события и не переживает его, а
собирает всего лишь частности. Тем самым устраняются личные контакты с
миром, основанные на наших чувствах и переживаниях, а их место занимают
пассивно воспринятые чувства толпы. Поскольку известия со всех концов
света, кроме того, сменяют друг друга неожиданно и с головокружительной
быстротой, человек не может длительное время сконцентрироваться на чем-то
одном и вплотную заняться этим. Приходится ежедневно снова и снова
подогревать чувства, внушаемые людям, чтобы добиться нужного результата. Для
этого и нужна сенсация, ставшая повседневной потребностью. Я ужасно много
знаю о событиях, происходящих в самых дальних уголках Земли, но я не могу
разобраться в них. Из-за этого я меньше уделяю внимания своему
непосредственному окружению, своим близким. С одной стороны, человечество чувствует
себя единым целым: все всё знают об одних и тех же событиях, все чувствуют,
что им угрожают одни и те же опасности. С другой стороны, поскольку
события неудержимо надвигаются откуда-то издалека и существуют как данность,
как некий огромный мир в себе, в котором трудно сориентироваться, который
равнодушен к чувствам и переживаниям каждого отдельного индивидуума, у
человека неизбежно возникает отчуждение. Раз я ничего не могу изменить,
пусть все идет как идет. Это настроение принимать все как есть и не
вмешиваться создает у человека неспособность изменить жизнь в его непосредственном
окружении. Человек острее чувствует свою оторванность, одиночество в мире,
полном чуждых ему вестей, им легче манипулировать, поскольку он
склоняется скорее к конформизму, чем к действенной и самостоятельной позиции. Вот
общая линия, общая тенденция. Но как раз современное молодое поколение
пытается во многом отбросить подобные технократические оковы, создать
новые формы жизни. Удастся ли людям покончить с информационным террором
извне и с жаждой информации изнутри, начать жить своей жизнью, жизнью
сообщества и природы, постоянно расширяя этот круг?
Важно добиться того, чтобы коммуникационная техника
рассматривалась как область, порождающая не только технические, но и человеческие
проблемы.
3. Электрический звонок
Электрический звонок дает возможность ученикам потренировать свой
интеллект. В отличие от аппарата Морзе, где движение якоря вверх-вниз
обеспечивается соответствующими движениями руки, здесь оно возникает само
276
по себе, при плавном нажатии на кнопку звонка (ЭМ 9). Ученикам полезно
внимательно проследить за тем, как взаимодействуют напряжение, ток,
магнитное поле и механические перемещения. Можно затем сделать описание этого
процесса. Получится примерно следующее: "При нажатии на кнопку звонка
цепь оказывается под током. В катушке благодаря этому возникает магнитное
поле, и сердечник намагничивается. Тогда на нем у воздушного зазора под
полотнищем возникает, например, северный полюс, в то время как полотнище
над ним образует южный полюс, и полюсы притягиваются.
Кнопка звонка (клавиша)
Акку
муля
тор
Прерыватель
'^/&
Звонковая
пластинка
гг/
Рис. 85. Самодельный звонок с прерывателем
Одновременно в батарее происходит разъедание металла. В контур
включены в данный момент катушка, полотнище до контакта прерывателя и т.д.
Магнитная сила упомянутых полюсов (для простоты речь идет о якобы
материальных полюсах, а не о поле) создает там притяжение. Поэтому полотнище
начинает двигаться вниз. Пружинящий контакт прерывателя некоторое время
еще следует за ним, но затем отрывается. Возникает искра размыкания
(электрическая искра), говорящая о прерывании тока. Сразу после этого исчезает
магнитное поле. Однако по инерции полотнище движется дальше. Это
движение прекращается при ударе молоточка. В этом состоянии полотнище изогнуто:
собственная сила упругости заставляет его снова разогнуться. В момент
касания им контакта прерывателя, оно почти вернулось в исходное положение;
поднимающая сила упругости практсгчески исчезает. Контакт прерывателя
тормозит его остаточное движение вверх. После этого тот же контакт снова включает
электромагнит, который сильно тянет вниз: полотнище меняет направление
движения на противоположное. Весь цикл повторяется".
Необязательно в такой форме, но примерно в таком направлении будет
двигаться описание, составляемое самими учениками.
Чтобы попять ход процесса, можно еще и изобразить на бумаге его
отдельные стадии:
277
1. Стадия. Кнопка разомкнута, тока нет
2. Стадия. Кнопка замкнута, начало движения
АЙН
3. Стадия.
Контакт прерывателя разомкнут,
тока нет
= + напряжение (красный)
=- напряжение (синий)
длллг= ток (зеленый)
Рис. 86. Ряд схематических изображений: напряжение, ток, магнитное
поле, механическая сила, движение на протяжении одного колебания
278
Обозначая путь тока на схеме, скажем, зеленым цветом, мы не имеем в
виду, что в данном месте течет нечто вроде сока, а предполагаем лишь
следующее: 1) наличие магнитного поля в виде оболочки вокруг проводящего тракта,
например вокруг проволоки (см. ЭМ 1); 2) тот факт, что рассматриваемый
кусок провода есть условие взаимосвязи явлении, о которой шла речь в 7-м
классе и которую мы называем током. Л именно: если убрать кусок провода, то
магнитное поле моментально прекращается, прекращается и разъедание
металла в батарее. Электрический звонок с прерывателем был изобретен в 1839 году
во Франкфурте и нашел применение в богатых домах для вызова прислуги.
Быстро рос спрос на провода с шелковой обмоткой, служившей изоляцией.
Лишь позже догадались провести звонок от входной двери. Несколько
десятилетий используются звонки переменного тока без прерывателей. В них
применяются пружины, настроенные на частоту переменного тока и
закрепленные на рычаге якоря, который, в свою очередь, служит опорой для молоточка.
4- Предохранители
Сегодня улсе редко встретишь плавкие предохранители (в круглом
фарфоровом корпусе с кнопкой). В основном используются электромагнитные
предохранители с рычагом рубильника (так называемые автоматы). Когда
такой предохранитель "вылетает", его не надо заменять, нужно просто нажать на
рычаг, чтобы снова включить свет.
Этот предохранитель состоит по большей части из плоского пластмассового
корпуса. Электрическая цепь проходит через находящийся внутри
электромагнит, якорь которого (стальная деталь, которая притягивается) служит
контактным язычком для отключения именно данной бытовой электроцепи.
Эту конструкцию можно объяснить на последнем рисунке электрического звонка.
Вместо клавиши или кнопки вообразим себе множество бытовых приборов и
светильников. При их включении электромагнит на рисунке находится под
током. Но сила этого тока еще недостаточна для того, чтобы оттянуть
полотнище (якорь) вниз. Однако если сила тока значительно возрастет, например при
включении дополнительных мощных потребителей или при коротком
замыкании, то магнитная сила моментально увеличится и сможет преодолеть
сопротивление пружины и оттянуть якорь (в нашем случае полотнище) вниз.
Тогда ток в цепи сам себя прерывает! В предохранителе есть упор-защелка,
которая на дает соскочить якорю под действием пружины, чтобы вернуться в
исходное положение; ток отключен, пока кто-нибудь не вернет якорь в
исходное положение нажатием рычажка.
Важно еще и то, что ток не может появиться, пока не устранено короткое
замыкание. Для защиты от ползучей перегрузки в предохранитель встроен
термовыключатель на биметаллической основе. Вся конструкция называется
"бытовой силовой защитный выключатель с комбинированным
электромагнитным тепловым размыканием цепи". Ои должен срабатывать при трехкратном
номинальном токе (при коротком замыкании) максимум через 0,2 сек.
279
5. Измерительный инструмент
Для наблюдения и измерения силы тока, т.е. масштаба взаимодействующих
явлений в контуре, можно было бы просто сравнить силу каких-либо явлений,
например установить, какая из проволок нагреется сильнее? Мы уже знаем,
что толстый провод с хорошей проводимостью нагревается слабо, а тонкий
сильно. Для определения силы тока по степени нагрева нужно, следовательно,
включить в цепь эталонные провода. Их расширение при нагревании могло бы
чисто механически показать силу тока. Таким индикатором тока служил лист
бумаги в опыте Э 9 в разделе для 7-го класса. Но в показаниях всегда есть
погрешность, поскольку провод вносит свой вклад в сопротивление
измеряемого контура, особенно если его нужно сильно нагреть, чтобы обеспечить точное
считывание показаний. Это дополнительное сопротивление обусловливает
уменьшение силы тока. Трудно оценить, насколько такой измерительный прибор
искажает измеряемую величину. Тем не менее ранее в стандартных контурах
применялись специально настроенные так называемые амперметры с
нагреваемой нитью (много позже они еще применялись, в частности, для высоких частот,
из-за малой собственной индуктивности).
Наше вмешательство в контур будет намного слабее, если использовать для
измерешш наличие мапштного поля вблизи провода, которое охватывает последний.
Просто надо положить компас рядом с проводом (ЭРСТЕД, ЭМ 1). Тогда поле
Земли будет соревноваться с полем проводника, и стрелка займет некое среднее
положение (наискосок). Чем сильнее ток, тем больше она отклонится в
поперечном направлении. Этот инструмент назвали "тангенс-гальванометром". Однако он
годился для измерешш не всегда, а только в том случае, когда провод проходил,
например, горизонтально в направлении север—юг. Чтобы снять это ограничение,
надо было обеспечить независимость от поля Земли, заменив его воздействие
возвратной силой пружины (ЭМ 10). Тем самым изменялся принцип
тангенс-гальванометра на прямо противоположный: отклонялся не магнит в маг-
шгпюм поле тока, а проводник в стационарном маппгпюм поле. Последнее создается
сильным подковообразным магнитом, первое обеспечивает лигам, находящаяся
под током, провод которой смотан, однако, в катушку, что усиливает эффект. Эта
катушка начинает вращаться, лишь находясь под током. Для простоты можно
снова воспользоваться для объяснения моделью с локализованными полюсами.
Таковые находятся как на концах (отверстиях) подвижной катушки, так и на
концах подковообразного магнита. Вращение катушки обусловлено силами
притяжения и отталкивания. Упруго скрученная подводящая лента обеспечивает
необходимое возвратное усилие при скручивании. Некоторые, например старые,
учебные и промышленные приборы после частичной разборки открывают доступ к
магниту и подвижной катушке. Подводящие линии скручены как пружина в
спираль и служат одновременно возвратными пружинами вращающейся катушки.
Благодаря применению добавочных и шунтирующих сопротивлений
распространенные сегодня так называемые комбинированные электроизмерительные
приборы переключаются на самые разные диапазоны измерения напряжения
и тока; но это скорее тема для старших классов.
280
Эта тема также может интенсивно прорабатываться на уроках в течение по
крайней мере целой недели. Мы ограничимся, однако, рассмотрением
основного принципа.
Что нужно изменить в конструкции нашего электроизмерительного прибора с
подвижной катушкой (ЭМ 10), чтобы обеспечить его вращение в течение долгого
времени? Если подать очень сильный ток, то катушка повернется хотя и
энергично, но лишь до следующего магнитного полюса и застрянет там. Южный и
северный полюсы "приклеятся" друг к другу после этой четверти поворота более чем на
90е. Отключенная в этот момент катушка проследует по инерции мимо полюсов и
войдет в следующую четверть поворота. Тут надо снова побыстрее включить ток,
но уже обратной полярности. Там, где раньше было притяже1ше, заработали силы
отталкивания, погнавшие катушку дальше. Под их действием она совершит эту
четверть поворота, под действием притяжешш — следующую. Здесь она снова
застрянет. Нам поможет тот же трюк: перемена полярности. За этим последует
опять полоборота и т.д. Питающие липни вращающейся катушки должны,
разумеется, иметь иное исполнение; в прежнем ошг бы быстро порвались уже после
нескольких циклов кручения. Их можно, например, снабдить колечком на оси
катушки. Оба изолированных колечка будут задевать при вращении за
металлические щетки, обеспечивая питание. Но кто же обеспечит быстрое переключение
напряжения для необходимой перемены полярности при определенных
положениях катушки, а именно в момент ее прохождения мимо магнитных полюсов?
Потребуется ведь второй ашшрат с той же скоростью вращения для управления первым.
Итак, электродвигатель, который предстоит построить, должен быть исполнен как
самопереключающпйся аппарат! Эту дилемму решает остроумное изобретение:
переключающий аппарат насаживается на вал двигателя, так что последний будет
теперь переключать сам себя (будет переключаться автоматически):
Ротор Ось
)jßw7p Подвижная катушка
^///ПрпапЪ к половичке контактного
/ЯГ* ^>чх кольца
//Коллекторах
(\~~^;/ \\ Половинка контактного кольца
\\ //*—"//"с прикрепленным проводом
Половинка K°N^s^y#_^K
тактного кольца <4г^—::^Колодка-изолятор
с прикрепленным
проводом
Рис. 88. Линия тока и намагничивание ротора
В центре нарисованного ротора (вращающейся части двигателя) есть ось, на
которую насажена пластмассовая шайба, так называемый коллектор
(собиратель); эта круглая изолирующая шайба имеет с внешней стороны половинки
281
металлического контактного кольца. Их задевают подводящие напряжение щетки
(скользящие контакты). С этих половинок напряжение подается через два
проводника на оси ротора к катушке. В этом и состоит аппарат переключения. К
нему же относятся обе названные щетки. Современные щетки уже не выглядят
как металлические кисточки, это уже скользящие контакты в виде кусочков
прессованного угля, мягко прижимаемых пружинками к плоскости кольца. Как
расположены оба скользящих контакта (обе щетки) вокруг коллектора? В то
время как один из них касается одной половинки контактного кольца, другой
задевает другую. Тогда контур через катушку замыкается, п катушка
намагничивается. Она вращается между полюсами внешнего магнита. Как до л лены
располагаться скользящие контакты относительно этих полюсов?
Ток в подвижной катушке
Коллектор
Скользящий
контакт
Питающий
провод
Ток в катушке отсутствует
III
Обратный ток в подвижной
катушке по сравнению с I
Подвижная
катушка.
Магнит (индуктор), создающий поле
Рис. 89. Смена тока, магнитного поля и силы в процессе поворота ротора
282
Рис. 89, I: Катушка снабжается током через половинки контактных
колец, становясь, таким образом, стержневым магнитом. Ее
полюсы притягиваются противоположными полюсами
подковообразного мапгата. Она вращается под действием этих
магнитных сил в указанном направлении.
Рис. 89, II: Здесь зафиксирован момент, когда катушка проходит как
раз перед полюсами подковообразного магнита и должно
произойти ее переключение. Скользящие контакты должны в
этот момент сойти с половинок контактных колец и попасть
па изолирующие островки между половинками,
располагаясь параллельно к полюсам внешнего магнита. На короткое
время катушка обесточена и свободна от всяких сил. Лишь
ее инерция помогает ей проскочить мертвую точку.
Рис. 89, III: Скользящие контакты опять соприкасаются с половинками
контактных колец. Катушка снова намагничена, по
наоборот. Ибо каждый скользящий контакт, всегда соединенный
с определенной клеммой батареи, сменил теперь позицию и
находится на иной половинке контактного кольца. Ток в
катушке "поворачивает" в обратном направлении. Там, где
раньше существовало притяжение между торцами катушки
и конечной точкой подковообразного магнита, теперь
действует отталкивающая сила, и ротор продолжает вращаться.
Все это подтверждается опытом ЭМ 11: действительно, при вращении
существует позиция, в которой ротор обесточивается и обессиленио
останавливается — это так называемая мертвая точка. Ротор нужно подтолкнуть или заранее
поставить для самозапуска на 90° дальше. Искрение показывает, что
происходит постоянное размыкание линии тока в момент перемены полярности. Чтобы
двигатель запускался сам, можно было бы на одну ось посадить две
крестообразно смещенные катушки, одна за другой, с двумя несмещенными
подковообразными магнитами, как если бы два двигателя были составлены вместе. Как
только один из них попадет на мертвую точку, другой обеспечит дальнейшее
вращение, попадая в наилучшие условия. И в самом деле, все двигатели имеют
исполнение, соответствующее этой идее, у них несколько полюсов (а не два).
Но разные катушки вставлены друг в друга, поэтому нужен лишь один
подковообразный магнит (виешшга шщуктор). Такой миогополюсный и потому плавно
вращающийся ротор называется цилиндрическим (пеявпополюсиым) ротором
(раньше он назывался барабанным якорем).
Чтобы генерировать большие силы, нужно установить особенно большие и
сильные подковообразные магниты в качестве создающих поле. Последшш
именуется также статором, в отли»ше от ротора. Однако такие статоры сильно увелтгат
вес и размеры двигателя. Этого можно избежать, если использовать для
генерации внешнего поля не постоянный магнит, а электромагнит, т.е. статорную
катушку. Все крупные двигатели снабжаются сегодня статорной обмоткой.
Большой демонстрационный двигатель, показывающий барабанный якорь,
позволяет проводить эксперименты со статором вручную, причем можно даже
283
как бы пощупать ту силу, которая вращает двигатель (ЭМ 12). Дома ученики
могут соорудить небольшой двигатель из деталей конструктора,
продемонстрировать (описать), объяснить, как ои работает (ЭМ 13). Кроме того, можно
попытаться открыть двигатель пылесоса или миксера и показать, где
находятся угольные скользящие контакты, время от времени требующие замены как
быстроизнашивающиеся детали.
7. Динамо-машина
Напоследок можно показать принцип действия генератора, а именно
создание тока (напряжения) путем вращения, как в велосипедном генераторе. Любой
электродвигатель, имеющий в роторе стальной сердечник (ио не так называемый
короткозамкнутый ротор, или ротор с беличьей клеткой), генерирует на концах
питающей линии напряжение при принудительном вращении (ЭМ 14). О
генерации тока путем индукции речь пойдет в старших классах. Такие генераторы
устанавливаются на всех электростанциях, производящих электроэнергию.
8. Переменный ток и штепсельная розетка
Для завершения темы "Электричество" каждый учитель хотел бы дать
понятие о виде тока, применяемом в быту. Лампочку накаливания, отопительные
приборы и плавкие предохранители мы рассмотрели в 7-м, магнитный
предохранитель (автомат) и двигатели — в 8-м классе. Но что такое переменный
ток, который повсеместно применяется в хозяйстве? Представим себе, что
полярность меняется 100 раз в секунду. Из двух фаз (проводов) питающей линии
одна в определенный момент плюсовая, но через сотую секунды минусовая,
еще через сотую опять плюсовая. Каждую пятидесятую долю секунды любой
полюс возвращается в то же самое состояние, и речь идет, таким образом, о 50
полных переменах в секунду: переменный ток имеет частоту 50 герц.
Такие смены происходят настолько быстро, что просто дух захватывает, ио
они не представляют никаких сложностей — ведь скорость вращения и
контактные кольца генераторов (дшгамо-машин) на электростанциях выверены так,
что они выдают нужную частоту автоматически.
Уже давно произошел переход с постоянного на переменный ток. Причина в
том, что преобразовать можно только переменный ток, т.е. уменьшить пли
увеличить напряжение в цепи. Это имеет большое значение для линий эиерго-
иередачн — для снижения потерь по ним передается ток высокого напряжения
(высоковольтные линии всем известны).
9. Электрифицированный мир
Только сейчас мы начинаем понимать то, что можно было бы иоиягь давно.
284
Уже по чисто объективным причинам, связанным с топливом, вредными
веществами, вопросами энергетики и экологии, технизация и индустриализация
общества не могут продолжаться теми же темпами, какими они развивались до
сих пор. Общество сверхтехнизировано. Ненужное расточительство уже стало
для многих основой их жизни. Почти каждый молодой человек может сегодня
это подтвердить. Не потому, что он владеет всеми цифрами, а потому, что эта
сверхтехнизация немедленно ощущается, как только он начинает стремиться к
достойным человека условиям жизни. И в центре всего стоит электричество.
Именно с его помощью человек постепенно создает враждебные ему же
условия, "работая" в трех основных направлениях (вспомним и то, что уже было
сказано выше в разделе о телеграфе):
(1) Сказанное о телеграфе в полной мере относится и к радио, телевидению,
бытовой электронике, делающими ненужным индивидуальное участие,
разделяющими людей. Когда люди в непосредственном общении, а не через средства
массовой информации узнают нечто важное, обогащающее их дух, между ними
возникают совершенно особые связи. В познавательном смысле информация
может быть той же самой, но общение посредством электроники обедняет
человека, лишая его возможности ощутить себя частью общества и очеловечить
сферу своих чувств.
(2) Следует посетовать и на то, что городская жизнь лишает человека
возможности сделать своими руками что-то существенное. В ней не стало места
для жертвенной концентрации физических усилий, которые, учитывая
стихийную объективность воли, устанавливают связь между человеческим духом и
окружением. Люди немногих профессий могут похвастаться тем, что они
именно так работают. Эта потеря невозместима, ее не компенсируют занятия спортом,
различные хобби и занятие любимым делом во время отпусков.
(3) Если в первом пункте мы констатировали обеднение эмоций, во втором
отчуждение воли, то в третьем речь пойдет об интеллекте. Электронная
культура не требует иных усилий, кроме комбинирования и включения-выключения.
Компьютеры легко вошли в пашу жизнь еще и потому, что мы и без них
привыкли думать и решать формально, комбинируя понятия во всех сферах жизни
формально п только по логике "да —нет", не вникая в содержание и не пытаясь
ухватить нечто новое.
В 8-м классе нельзя требовать самостоятельности суждений о новейшем
развитии техники и общества, и вряд ли их можно выработать в классе. Поэтому
целью вышесказанного является стремление пробудить у учителя критический
взгляд на "достижения" электротехники, желание добровольно ограничить их
применение, прежде всего в своей частной жизни. Ставя перед учениками вполне
конкретные вопросы из практики, учитель старается передать это настроение и
желание своему классу. При этом он не руководствуется аргументами
футурологов, доказательствами Римского клуба, а осторожно осмысливает место
человека в мире. Пожалуй, уже устарело вагнеровское "...как далеко шагнули
мы вперед" ("Фауст" Гете, часть 1, картина 1).
285
Описание опытов к разделу
"Электромагнетизм в 8-м классе"
ЭМ 1. Отклонение стрелки компаса (опыт Эрстеда)
Берется изолированный толстый кабель и натягивается на высоте примерно */2 м над
столом горизонтально, примерно в направлении с юга иа север. Его длина составляет 1 м.
Рис. 76. Исследования кругового поля
а) Провод подключить к источнику тока, например к батарейке для карманного
фонарика, и поднести к нему снизу установленную на дощечке стрелку компаса без корпуса:
у самого проводника стрелка немного отклонится в поперечном к нему направлении
(батарейку необходимо после этого быстро отключить, так как она работает в режиме
короткого замыкания и подвергается чрезмерной нагрузке).
б) Силу тока увеличить до нагрева кабеля (используя аккумулятор или другой
мощный блок питания), поднося стрелку компаса сверху и снизу: наблюдается более сильное
отклонение. Стрелка стремится к поперечному положению относительно проводника, не
достигая его окончательно, и вверху, и внизу, причем разница направлений составляет
180е. Небольшое воздействие заметно уже на некотором расстоянии.
в) Вместо кабеля включить в цепь стальную штангу (от штатива и пр.).
Повторить опыт 6). При отключенном токе стрелки снова показывают на север. При
переполюсовке тока происходит то же, что и при переносе стрелки сверху вниз и обратно.
ЭМ 2. Стрелки водят хоровод
Для опыта нужны трубка или толстый, с карандаш, стержень из алюминия, латуни
или стального листа, а также тонкая пластинка из оргалита или фанеры (можно взять лист
толстого картона) размером 20x20 см. В центре проделать отверстие и плотно вставить в
него трубку. Одну сторону пластинки заклеить белой бумагой. На маленьких стоечках
разместить по кругу 6—12 компасных стрелок без корпусов.
286
Северное
направление
Рис. 78. Ставшее видимым круговое поле. Также наблюдается зависимость
от расстояния до проводника
Лккумуляюр должен давать такое напряжение, чтобы питающие кабели не очень
нагревались. Стрелки не должны находиться близко друг от друга, иначе они собьются
с направления север —юг. Одну-две стрелки поставить в некотором отдалении от
проводника, ближе к краю пластинки, а именно на север или юг. При включении особенно сильно
поворачиваются те стрелки, которые стоят севернее или южнее проводника, а все стрелки
образуют вдруг хоровод вокруг него; находящиеся же в отдалении плохо следуют за
остальными (если ток небольшой). При переключении полюсов аккумулятора стрелки меняют
ориентировку относительно проводника на прямо противоположную.
ЭМ 3. Самонамотка проволоки (сложный опыт)
Зачищен
изолирован
Изолированный провод
(питающий)
Очень гибкий
голый канатик
Зачищен
Изолированный провод
(питающий)
Рис. 79. Самопаматывающийся провод
287
Болт из инструментальной стали Ст 59 имеет размеры 200 х 40 мм и шлицы на обоих
концах шириной 55 мм, в которые пропущен поперечный штифт так, чтобы вокруг него молено
было намотать проволоку. Нужно как можно сильнее намагнитить болт в катушке,
насчитывающей, например, 250 витков, при импульсе тока 10—20 А (при помощи одного удара
молотка). Болт обмотать тефлоновой пленкой и подвесить вертикально с изоляцией между
толстыми изолированными медными проводами. Непосредственно над концами болта
зачистить провод и закрепить вверху и внизу тонкий гибкш! канатик сечением, например, несколько
десятых миллиметра так, чтобы он мог легко вращаться. При этом несколько раз накрутить
канатик на проволоку, чтобы он не сползал. На короткое время подключить проволоку, а
следовательно, и канатик к очень сильному источнику тока, пока канатик не раскалится и
не обмотается сам вокруг болта. Опыт очень интересен и не требует никаких затрат.
ЭМ 4. Катушка-магнит
а) Компасная стрелка без корпуса устанавливается в направлении север —юг. Она
закреплена на дощечке, а та, в свою очередь, горизонтально укреплена на штативе. 11ад стрелкой
поместить кусок четырехметрового одножильного кабеля, подключенного к очень
сильному источнику постоянного тока. Стрелка будет вести себя как в опыте ЭМ 1
(использовать аккумулятор или мощный блок питания).
б) Теперь необходимо смотать несколько метров кабеля в шесть витков такой
величины, чтобы дощечка могла свободно входить внутрь: отклонение стрелки усилится.
Рис. 80. Действия фокусника
в) Поставленная на стол стрелка компаса будет теперь подвергаться воздействию с
расстояния в один локоть сначала со стороны стержневого магнита (вначале северного,
затем южного полюса), а потом со стороны катушки, имеющей 250 витков (поднести сначала
одно отверстие катушки к стрелке, затем другое). Когда ток в катушке усилится до
значений, при которых та становится на ощупь теплой, она начинает действовать так же, как
постоянный магнит. Использовать надо по возможности большую катушку, с сечением
отверстия « 42x42 мм, т.е. для сердечника сечением 40x40 мм.
г) Отставить сдрелку на время в сторону и немного задвинуть в катушку,
отключенную от источника питания, относящийся к ней стальной сердечник, чтобы его центр не
288
доходил до середины катушки. При усилении тока тяжелый сердечник вдруг сдвинется
и прыгнет за середину, как будто его толкнула невидимая рука, и центры совпадут
(катушка и сердечник расположатся симметрично относительно друг друга).
д) Повторить опыт в) с использованием катушки и вставленного в нее сердечника: эффект
будет намного сильнее.
ЭМ 5. Магнитное поле катушки
В одну из катушек из опыта ЭМ 4в вставить с обеих сторон куски картона, соединив
их скрепками.
Рис. 81. Магнитное поле катушки с током
Всю площадь картонки засыпать тонкими железными опилками из солонки с
дырочками в крышке. Теперь включить сильный источник тока (аккумулятор, блок питания от
сети). Опилки образуют дуги и линии, сначала перед отверстиями катушки, затем, если
слегка постучать по картону, и на некотором расстоянии от них. Отдельные скопления
опилок заберутся внутрь катушки (как сердечник в опыте ЭМ 4г). Мы получим узор,
возникающий как по мановению волшебной палочки.
ЭМ 6. Электромагнит
Можно провести несколько простых опытов с магнитными силами:
а) Как и в опыте ЭМ 4в, подключить катушку на короткое время к сильному
источнику тока и поднять ее вверх. Сердечник повиснет внутри катушки, пружиня при
движениях. При отключении тока он со стуком упадет на подставку.
б) Гвозди, ключи и прочие предметы "приклеиваются", если их забросить внутрь, отчасти
даже "всасываются" внутрь со стола, падая вниз при отключении катушки. Катушка не
должна становиться теплее руки.
в) Катушку, по которой проходит даже не очень сильный ток, надеть на П-образный
сердечник. Попытаемся замкнуть это "П" использованным ранее сердечником (так
называемым ярмом) беззвучно. Ничего не получится: на последнем миллиметре пути он
вырвется из руки и закроет "П" со щелчком. Дадим испытать свои силы ученикам. Никто
не сможет оторвать это ярмо, пока ток не отключен!
г) Специальный электромагнит, состоящий из П-образного сердечника с двумя
катушками (ярмо плотно примыкает к сердечнику и имеет мощный крюк), висит на потолке.
289
Источником питания служит батарейка 1,5 В для карманного фонарика. Ярмо с ручкой
прилипает к магниту так крепко, что никто не может его оторвать, даже повиснув на нем.
(Для безопасности рекомендуется пользоваться мотоциклетным шлемом.) Когда
батарейка начнет садиться или же когда ученик начнет с силой раскачивать ярмо за рукоятку, он
неожиданно упадет на пол. Несмотря на то что он был к этому готов, отрыв происходит
настолько неожиданно (особенно если снять провод с клеммы батарейки), что учетж может
серьезно удариться.
ЭМ 7. Каждый ученик наматывает электромагнит
Для опыта нужно 60 — 80 м изолированного так называемого звонкового, или
монтажного, провода сечением «0,6 мм на какой-либо деревянной катушке:
V
Внутренний
конец
Рис. 82. Намагничивание гвоздя
Внутренний конец, служащий для подключения, должен выглядывать, как иа рисунке
(вся обмотка не показана). Теперь нужно пройти в классе по рядам, чтобы каждый ученик
отмотал себе кусок длиной 1 м. Концы провода вставить в блок питания, подключенный к
сети, и увеличить напряжение. Ученики почувствуют, что провод нагревается: идет ток! Па
карандаш наматывается по 20 витков, и у всех получается катушка. С карандашом и без
него надо попытаться притянуть мелкие гвозди. Магнит пока еще слишком слаб. По
принесенный в класс компас реагирует на него. И если в катушку с воздушным сердечником
вставить большой гвоздь, то магнит сможет поднять целые цепочки мелких гвоздей и
железок, которые слегка намагнитятся. После отключения источника тока болыной гвоздь
будет сильнее намагничен. Его можно перемагнитить, в частности постукиванием, что мы
определим по компасу, или же почти совсем размагнитить, вставив его обратным концом в
катушку иа очень короткое время. Для этого потребуется некоторая ловкость и быстрота.
ЭМ 8. Телеграф
Описание опыта дается в применении к старому телеграфному аппарату. Если
такового в наличии нет, то придется импровизировать.
а) Вместо ключа в цепь включить короткий кусок кабеля для размыкания цепи
вручную, причем освобождается якорь. Тем самьш начинает двигаться бумажная лента, апиигущил
рычаг прижимает к ней чернильное колесико — иа бумаге возникает длинная черта.
б) Ключ установить вблизи аппарата, подключить его и показать, как перерывается
цепь при работе ключом, так что якорь снова освобождается.
290
в) Показать работу реле аппарата Морзе: при работе ключом загорается лампочка,
включенная в отдельную цепь с батарейкой.
г) Отнести ключ, соединенный с аппаратом двухжильным проводом, в глубь класса
и дать ученикам на нем поработать в режиме передачи сообщения.
ЭМ 9. Электрический звонок
С помощью нескольких тяжелых зажимов типа "крокодил", служащих для баланса,
и молоточков столярная ножовка заставляет тихо звучать хладниеву пластинку. Важно
проследить, чтобы ножовка не только вибрировала, но и раскачивалась с большой
амплитудой. Это требует некоторой тренировки. Штифт прерывателя (подвижный контакт)
должен быть эластичным, чтобы некоторое время следовать за полотнищем ножовки до
размыкания контакта. Па этом месте надо обработать полотнище наждаком до блеска. В
качестве контакта прерывателя служит резиновый штепсель с пружинящим контактом,
прихваченный сзади штативиой скобой так, чтобы металлический штифт штекера мог
упруго двигаться вверх-вниз; можно вместо этого использовать стальную пружину. Сначала
демонстрируют качание ножовки без хладниевой пластинки.
ЭМ 10. Измерительный прибор
Взять катушку с воздушным сердечником, состоящую из б витков, намотанных из жесткой
проволоки с большими промежутками, и ровно подвесить ее с натягом на проводящей гибкой
металлической плетеной ленте (жгутике).
Подводящая лепта
Соломинка-индикатор
Настолько подается
вперед постоянный
магнит
Подводящая лепта
Рис. 87. Принцип действия измерительного прибора с вращающейся катушкой
W
Катушка может вращаться между полюсами сильного подковообразного магнита,
возвращаясь, однако, в исходное положение под действием натяжения подвески.
Чувствительность показаний силы тока, полученных при помощи вращения катушки, зависит, таким
образом, от силы натяжения подводящих лент. Оборудование прибора завершают
длинная стрелка (соломинка) и размещенное перед ней стекло с наклеенными делениями
шкалы: показания соответствуют, например, изменяющейся при помощи лабораторного не-
291
точника питания яркости лампы, включенной в контур. При перемене полярности тока
стрелка отклоняется в другую сторону.
ЭМ 11. Электродвигатель
Первая задача — показать на двигателе ("моторная приставка с двойным Т-образным
якорем"), с подключенными лампочкой и аккумулятором напряжением »2 В, как
работает коллектор, т.е. в какой позиции якорь оказывается под током при вращении. С помощью
стрелки компаса проверить намагниченность подвижной катушки, например, в ее
вертикальном положении. Затем разместить моторную приставку на сильном постоянном
магните и проверить точно так же полярность создающего поле магнита. Теперь нужно
вставить подвижную катушку в том же вертикальном положении, в каком ранее проверялась
ее намагниченность, и подать к ней ток. Зная полярность, можно предсказать, как она
будет двигаться. Ток берется слабым, чтобы якорь остановился в горизонтальном
положении.
То же повторить при увеличенном напряжении и запустить двигатель, немного смазав
подшипники. Понаблюдать искрение на скользящих контактах при размыкании. Затем
показать, что в мертвой точке двигатель не запускается, самозапуск при трехполюсном
якоре и, наконец, барабанный якорь, который вот уже 100 лет применяется во всех
машинах.
После этого заменить магнит П-образным сердечником и катушкой с током.
Поскольку полюсы возбуждения (статора), как и полюсы якоря, не сконцентрированы в одной
точке, а занимают довольно большую дугу окружности, начинающееся сближение
полюсов означает появление сил притяжения уже на дальних подступах к горизонтальному
положению, обусловливая плавное вращение.
ЭМ 12. Большой демонстрационный электродвигатель
Рис. 90. Мотор, у которого можно рукой почувствовать развиваемое
усилие
292
На нем можно повторить все, что описано в опыте ЭМ 11, но в большем масштабе и
потому нагляднее. Двойной Т-образный якорь и барабанный якорь можно просто
заменить. Хорошо виден путь тока. Полюсные наконечники сделаны съемными. Благодаря
этому можно запустить оба якоря простым сближением стержневого и П-образного
магнитов. В основном тексте описаны его особые возможности.
ЭМ 13. Самодельный моторчик
Наряду с конструкциями, предлагаемыми в магазинах игрушек, имеется полный
набор для сборки электродвигателя всего за 8 марок с инструкцией, как его собрать.
Рис. 91. Мотор, который может собрать каждый школьник
ЭМ 14. Динамо-машина
Лучше всего использовать демонстрационный двигатель из опытов ЭМ 11 или ЭМ 12
с барабанным якорем в качестве динамо-машины. Она приводится в максимально быстрое
вращение с помощью ременного шкива и ручной передачи из опыта А 7 (см. раздел
"Акустика", 7-й класс) через приводной ремень, с использованием в качестве последнего
подтяжки. Через 2 провода динамо-машина приводит в движение второй маленький
моторчик, который теперь заработал с электрическим приводом: один двигатель привел в
движение другой! Вместо этого можно зажигать лампочку, используя лишь один двигатель
в качестве динамо-машины.
293
ГИДРАВЛИКА В 8-м КЛАССЕ
К данной теме Р. Штейнер дал следующее указание: "В 8-м классе вы
должны расширить путем повторения те знания, которые получены в G-м, увеличивая
тем самым багаж, заботливо собранный ранее, и перейти к изучению
гидравлики, к учению о силах, действующих посредством жидкой среды (воды). Итак,
вам предстоит заняться всем, что касается таких понятий, как "давление воды
на стенки сосуда", "выталкивающая сила", всем, что связано с законом
Архимеда и принадлежит к сфере гидравлики". Речь идет, таким образом, о
гидростатике — механике сил, действующих в неподвижной воде. Заводя речь
о воде, мы должны иметь в виду скорее мертвую субстанцию. Тем не менее
глубокий интерес, внутреннее чувство истины пробуждаются лишь тогда,
когда мы станем рассматривать воду реально, в ее роли в природе как целом — не
только с точки зрения твердого, но и (по множеству нюансов) с точки зрения
"водного". Последнее совершенно чуждо обычной школьной физике, но мы
попытаемся развить на этой основе некоторые идеи.
Важно следующее. Вода в воде ничего не весит. Если я хочу се взвесить, то
придется налить ее в сосуд, придав ей твердость тела. Если же затем вылить воду
в водоем, то она снова потеряет вес. Этим не отрицается тот факт, что представлс-
пие о весе может быть связало и с водой в водоеме. По явлешш выдвигают на
передний план нечто совсем иное, а именно течение, вытекание, смачивание, кап-
леобразовашге, с одной cropoimi, и давление — с другой. Частичную потерю веса
в воде испытывают также кашш: они становятся легче. Вначале мы не будем
вспоминать выученные теоремы о весе вытесненной воды и т.п., а используем
иной подход. Не станем набирать воду в твердые емкости, чтобы ее взвесить, а
опустим что-нибудь плотное в воду, чтобы, например, измерить давление (к
плотному относится в некоторой creneim и прилегающий воздух, обеспечивающий
измерение давления). При спуске лодки па воду важно не столько ее
водоизмещение, сколько герметичность: не откроется ли течь в дшице из-за давления воды
снизу. Известно, что такая течь самая опасная: вода бьет из нее фонтаном, и с ней
трудно справиться. Проще справиться с течыо из боковой стенки недалеко от
ватерлшиш: хотя вода льет В1гутрь сквозь каждую щель, она не брызгает как
фонтан. Бортовую течь заделать легче. Феноменом, В1гутреине присущим воде,
является не вес, а давлешю, с которого мы и начнем. Под этим углом зрения и
нужно рассматривать высказывание Р. Штейнера, приведенное выше.
1. Сила и давление
Давление воды, как и вообще давление жидкости, — это зачастую
довольно-таки непроясненное понятие. Поэтому, прежде чем исследовать повышение
давления воды с увеличением глубины, нам следует заняться давлением как
изменчивым свойством жидкостей в замкнутом пространстве.
Почему тонкий шприц (цилиндр с поршнем) брызгает дальше, чем толстый
294
(см. Г 1)? Очевидно, что дальность попадания брызг обусловлена внутренним
состоянием жидкости, дающей выход давлению. Чем больше давление, тем
сильней ищет вода выход из своего заточения, тем дальше она выстреливает.
Жидкость в цилиндре шприца давит на стенки повсюду, причем, как
показывает уголковый шприц, иа боковую стенку точно так же, как и на дно. Ее давление,
таким образом, не имеет одного определенного направления; это результат
всесторонне напряженного состояния, "желания" расчистить себе место, неважно,
в каком направлении. Это "желание" идет, разумеется, не от воды, а от того,
кто создаст давление. Эта направленная сила, распространяясь, теряет свою
направленность.
Многие ученики находятся вначале в заблуждении, полагая, что
разбрызгивание — это явление движения: движение поршня как бы продолжается, вызывая
движение воды через сопло (выпускную трубку), и продолжается прямолинейно.
По опыт с уголковым шприцем опровергает это утверждешге. Он заставляет
осознать, что все это в целом не результат продолжения движешш воды, которую
подтолкнули в определсшюм направлении, а феномен вытеснешш, выталкивания.
Вытеснение воды поршнем или иное сильно сжимающее, сдавливающее, давящее
наружу двнжешге создает общее напряженное состояшш, называемое давлением.
С какой стороны идет давлсшгс, совершешю неважно.
Где есть отверстие, там вода и выходит, с одинаковой силой в любом
направлении. Первоначальное направление силы давления может легко поменяться
на иное — поперечное и даже противоположное. А именно только потому, что
остальные стенки держат давление. Это напоминает нам неподвижный блок
(направляющий, или обратный, блок) из "Механики" 7-го класса.
Прилагаемое усилие создает во всех шприцах давление воды. Если поршень
имеет большую площадь, то, как видно на опыте Г 1а, давление, очевидно,
будет меньшим, чем при использовании маленького поршня. Усилие
передается вдоль поршневого стержня, разветвляется внутри шприца и распределяется
по внутренней поверхности; там оно и начинает давить на воду.
Если усилие распределяется по большой площади, то оно не может оказать
сильного давления и привести воду в состояшкз сильного напряжения. Все совсем
по-иному в случае с очень маленьким шприцем: там сила концентрируется на
очень маленькой площади, и вся небольшая поверхность воды должна
выдерживать эту мощь. При этом иа едшшцу площади приходится большее усилие, большее
давление. Эго напряженное состояшю царит во всей жидкости одновременно;
исключением ие является и сопло, из которого вода выбрасывается с силой,
соответствующей напряженному состоянию. Точно такое же действие оказывает
давление на стенку, которая противостоит ему. Трубчатая стенка шприца
подвергается растягивающей нагрузке. Если ие прилагать дополшггельных усилий, то
истечение воды из сопла сразу прекратится, поскольку давление спадет.
То же происходит с человеком, на которого оказывают давление, чтобы чего-то
от пего добиться: на него давят, как иа воду в шприце, с одной стороны, чтобы на
другой стороне получился результат, т.е. чтобы человек что-то исполнил.
Итак, давление в объеме жидкости распространяется во все стороны
равномерно — также и через шланг. Силу, приложенную иа одной стороне, можно
295
"поймать" на другой. Два одинаковых цилиндра с поршнем можно
использовать, например, в качестве гидравлических весов (Г 2). Два неодинаковых
цилиндра демонстрируют нам возможности гидравлического пресса, домкрата и
пр.: небольшой поршень производит высокое давление при небольшом усилии, а
большой с его большей граничной поверхностью с помощью той же величины
давления воды или масла производит большую силу (ГЗ). Можно мысленно
представить себе, что поверхность большого поршня разделена на две меньшие,
тогда мы установим закон. Усилия соотносятся как площади, а высоты подъема
(длины пути), разумеется, обратно пропорциональны им. Итак, если
совершается переход от равновесия сил к движению, то усилие, например, увеличится в
100 раз, но преодолена будет всего лишь одна сотая пути, как и при
использовании рычага. С такой передачей усилий знаком каждый, кто видел работу
гидравлического домкрата или масляного тормозного привода в автомобиле.
Чтобы выразить давление при помощи формулы, нужно принять, что
давление равно силе, деленной на площадь; сила равна давлению, помноженному на
площадь. Давление — это всегда величина силы на единицу площади:
„. _ сила
Раньше единицей измерения служил кг на см2, и 1 кг/см2 называли одной
атмосферой. Примерно такой величины достигает обычное давление воздуха.
Здесь под кг имеется в виду не масса, а сила тяжести, созданная массой в 1
кг. В настоящее время принята иная единица — Н/м2 (ньютон на квадратный
метр), равный одному паскалю (Па). (Груз массой 1 кг имеет вес около 9,8 Н. —
Прим. ред.)
По настроению класса можно определить, есть ли склонность к изучению
формул и единиц измерения. Они не обогатят учеников новыми понятиями, но
смутят эмоционально ориентированную часть класса, и в то же время их
освоение придаст дополнительный импульс его интеллектуальной части.
Выше мы познакомились с силой, действующей посредством воды и
проявляющейся всякий раз там, где вода заканчивается и где начинается стенка,
ограничивающая воду со всех сторон. Чтобы использовать эту силу, нужно
обеспечить перемещение части этого ограничения — частей стенки —
параллельно друг другу, подобно поршню, перемещаемому в цилиндре. Но поршень
должен плотно прилегать к стенкам, чтобы не расходовать ни капли жидкости
без пользы. Гидравлика ковшей экскаваторов снабжена масляными
гидроцилиндрами, поршень в которых сидит без зазора, благодаря эластичным
резиновым манжетам (у плотните л ьным прокладкам). Между поршнем и
стенкой имеется лишь тончайший слой масла в 0,001 мм для смазки.
Внутри жидкости царит давление, которое нельзя увидеть своими глазами.
Приходится представлять себе нечто совсем неупорядоченное и бесформенное.
Единственное, что можно вызвать в своем воображении, это смутное чувство
зажатости и напряженности, спрессованности со всех сторон. Ясное
представление о направлении сил, мобильности и пр. можно получить лишь при переходе
к стенкам, т.е. если от жидкого перейти к твердому.
296
Табл. 6, Коэффициенты пересчета единиц давления
1 Па =
1 мбар =
1 торр =
1 ат =
1 бар =
1 атм =
Паскаль
(Па)
1
100
133,32
9, 8067-10 *
105
1,01325105
Миллибар
(мбар)
10-2
1
1,3332
980,67
103
1013,25
Бар
10-5
Ю-з
1,333210-3
0,98067
1
1,01325
Торр
7,500610-3
0,75006
1
735,56
750,06
760
Техническая
атмосфера
кгс/см2 (ат)
1,019710-5
1,019710-3
1,359510-3
1
1,0197
1,0332
Физическая
атмосфера
1 (атм)
9,8692-10-6
9,8692-10-4
1,3158-Ю-з
0,96784
0,98692
1
1 ат соответствует давлению, создаваемому весом груза массой 1 кг, на
площадь 1 см2
1 атм «760 мм ртутного столба
Если считать округленно, то 1 атмосфера = 1 бар = 1000 мбар = 100 000 Па.
2. Давление на глубине
Гидравлические движения наблюдаются в техшисе, если, например, лопается
труба, а также в виде направленных перемещений в гидравлшгеских прессах. А в
природе давление жидкости проявляется лишь иа глубине водоемов. Нам не дано
почувствовать, как вода давит на дно пруда. Мы молсем лишь узнать, как она
давит на погруженные полые тела, например на нырялыщжа. Уже на глубине
нескольких метров ощущается давление на грудную клетку и голову. А почему
именно иа грудную клетку? В ней ныряльщик прихватил с собой воздух, который
он вдохнул перед прыжком в воду, и этот воздух сжимается, поскольку газы, как
известно, поддаются сжатшо. Жидкости подвержены ему в 1000 раз меньше.
Остальные части тела, руки, ноги, не ощущают шнсакого давления. Так же обстоит
дело у рыб, в частности у рыб, лишенных плавательного пузыря, например у
акул. Никакого давления они не ощущают, да и не могут ощутить, потому что их
тело пронизано жидким веществом, а его внешшою поверхность назвать жесткой
тоже никак нельзя. Тело, подобное воде по свойствам, шнсогда не ощущает
давления. Оно появляется только при вторжении чего-то с твердой граничной
поверхностью, например воздуха в пузыре или легких, или же в подводной лодке
со стальными стенками. Измерения показали, что давлешш в воде увеличивается с
глубшюй почти равномерно, до 1000 атмосфер (около 1000 бар) иа глубшге 10 000 м.
Ступени проявления феномена:
1. Однородный водный объем (который молсет содержать в себе
пропитанные водой мягкие тела) не обнаруживает в самом себе ни веса ии давления.
2. На грашщах с каким-либо водонепроницаемым препятствием или иа
оболочке заполненного воздухом и погруженного в воду тела обнаруживает
себя давление, но не вес.
3. Вода в сосуде, окруженном воздухом, обнаруживает себя как вес
(действует на подставку для сосуда), так и давление (на стенки сосуда).
297
С помощью специального прибора можно измерить давление на разных
глубинах в обыкновенном аквариуме (Г 4). Величины бокового и вертикального
давления снизу вверх совсем не отличаются друг от друга! Они зависят не от
положения измеряемой мембраны относительно стенки, не от формы и
величины водного бассейна, а от глубины замера, и только: глубина наполовину
меньше — и давление меньше тоже наполовину. Для измерения давления на
дно сам прибор из набора учебных пособий (Г 5) служит в качестве бассейна,
как вспомогательное средство. Лучше было бы вставить цилиндр с поршнем
снизу, в днище большего бассейна. Дело в том, что измерение усилия на
поршне упомя1гутым прибором из набора учебных пособий практически означает
взвешивание, да и рассматривается нередко лишь как таковое. Но тот же
самый прибор может скорректировать восприятие веса, если продемонстрировать
гидростатический парадокс. При этом количество воды роли не играет, важна
лишь высота уровня воды, как показывают сосуды разной формы. То же
демонстрируют сообщающиеся сосуды (Г 6). Если есть достаточно длинная гибкая
трубка (и две воронки), то можно легко соорудить гигантский ватерпас
(гидростатический нивелир) и проверить с его помощью, действительно ли цоколь
здания строго горизонтален. Примерами сообщающихся сосудов служат также
носик кофейника и сифон под мойкой в кухне.
Все явления доказывают нам, что в жидкостях происходит выравнивание
давления по всем направлениям и что давление зависит исключительно от
глубины. В воде давление возрастает примерно на одну атмосферу (примерно на 1
бар) каждые 10 м. На поверхности мы имеем дело лишь с атмосферным
давлением воздуха в 1 бар, а ниже к нему добавляется давление толщи воды. Рост
давления великолепно демонстрирует жестяное ведро с отверстиями в стенке
(Г 7). Если с усилием погрузить такой же сосуд, но из стекла, в наполненный
аквариум, то можно заметить те же различия в интенсивности втекающих струй
в зависимости от глубины, что и при вытекании.
Этот рост давления в водоеме означает, что, чем ниже я доставлю некое
скопление воздуха, будь то измерительная трубка, или подводная лодка, или
что-то еще в этом роде, или чем выше будет наслоение воды в высоком сосуде,
тем больше она будет стараться покончить с этой полостью (раздавить
подводную лодку) пли же вытечь. В этом давлении проявляется тенденция заполнить
земные глубины, округлив земную форму при образовании морей и океанов.
3. Плавание
Когда мы опускаем пустую лейку в бочку с водой, то мы явно ощущаем
сопротивление воды, которая выталкивает лейку. Представим себе какое-нибудь
тело с вертикальными боковыми стенками и горизонтальной нижней
плоскостью, опущенное в воду. На его нижнюю поверхность действует, как и положено
на глубине, выталкивающая сила, а собственный вес тела тянет его вниз.
Сможет ли тело плавать? Сначала представим себе плоский чурбак (деревянный
параллелепипед), положенный на воду. Он, понятное дело, не тонет (рис. 98).
298
tttttft
Рис. 98. Давление па дно (выталкивание) и вес
На суше ему требуется поддерживающая сила, направленная вверх и
мешающая ему упасть на землю; когда я держу его в руке, я поддерживаю его снизу
усилием, направленным вверх. Можно просто предположить, что эта
поддерживающая сила при погружении в жидкость не меняет своей природы, что она не
сформирована в результате взаимодействия с окружающей средой. Таким
образом, при выработке понятий хотят исходить не из целого, а из частностей. Это
причинно-следственный, аналитический путь, приемлемый для механики.
Согласно такому толкованию, вода должна создавать поддерживающую силу,
заменяющую ту, которая действует в воздухе, в виде выталкивающей силы,
действующей на днище (нижнюю поверхность) тела. Поддерживающая сила, которую
мы по привычке отождествляем с весом, обеспечивается в этом случае водой,
иначе тело погрузилось бы на дно. Давление на днище (нижнюю поверхность)
тела снизу должно создать силу, которая выдержит вес тела. Поскольку
давление в воде растет с глубиной, то тело при постепенном погружении должно попасть
в область, где на его нижнюю поверхность будет воздействовать слишком
большая выталкивающая сила, которая вытолкнет это тело снова наверх. По той же
теории, если поднять плавающее тело в верхние слои, где на него, наоборот,
будет воздействовать слишком малая выталкивающая сила, то эта сила не
сможет выдержать вес тела и оно снова опустится ниже. Если тело вообще может
плавать, то для него должна существовать определенная глубина погружения,
при которой существует равновесие сил.
(Вес, или сила тяжести, — это не самостоятельный феномен, таковым
является лишь ускорение падения, а в состоянии покоя — поддерживающая сила.
Из-за недостатка места мы не станем давать здесь подробных пояснений,
ограничившись указанием, что можно было бы свести все вышеизложенное к обычной
силе тяжести, действующей на твердые тела. Однако следует решительно
избегать подхода, при котором жидкое вещество рассматривается лишь с точки
зрения силы тяжести. Ибо где вы видели поддерживающую силу жидкого в
жидком? Поэтому мы удовлетворимся объяснением всех феноменов через
давление. (О силе тяжести см. фундаментальные работы БАУЭРА, 1976.).)
Когда тело тонет? Когда оно полностью погрузится в воду и когда
выталкивающая сила не сможет его поддержать на плаву, т.е. когда тело окажется
слишком тяжелым. Ничего не даст и увеличение глубины погружения: хотя
давление на нижнюю поверхность тела будет расти с глубиной, однако на
верхнюю его поверхность будет одновременно воздействовать растущее давление
сверху вниз, которое "съест" прирост давления снизу без остатка. Эта разность
между давлением снизу вверх и давлением сверху вниз будет на любой глубине
почти постоянной (рис. 99).
299
_ .. Давление сверху вниз _ __
ерхняя поверхности
[Нижняя поверхность]
ТТТТТТ "- "
Давление снизу вверх
Рис. 99. Давление па нижнюю и верхнюю поверхности
Рассмотрим еще раз момент погружения. Пусть над телом еще нет воды. Па
его днище действует только выталкивающая сила. Чтобы тело больше не
погружалось, она должна равняться поддерживающей силе, которая потребовалась
бы на суше для удержания тела на весу. В обычном понимании она равна весу
тела. Какова величина давления воды снизу вверх на глубине, скажем, 10 см?
Это можно измерить (см. Г 4). Получим 10 г/см2. На глубине 10 см вода
действует на каждый см2 нижней поверхности тела с силой 10 г (здесь и далее
автор не делает различия между массой и силой, поскольку оно изучается
позже. — Прим. ред.). Если для поддержания тела на плаву требуется большая
сила (если тело тяжелее), то тело утонет; если меньшая, то вода вытолкнет его
до такого уровня, что над водой покажется определенная часть тела.
4. Плотность
Рассмотрим теперь объемный (удельный) вес. Положим, что тело в форме
кубика объемом 1 см3 погрузилось на глубину 1 см:
Рис. 100. Давление на дно единичного объема
Выталкивающая сила равна 1 г, так как на глубине 1 см давление воды
равно 1 г/см2. Увеличим объем тела до 2 см3. Тогда у него два варианта
погружения:
"Т V
К /ft tf\A
х^1
Рис. 101. Выталкивающая сила при различных положениях плавающего
тела
На рис. 101а действует (из-за двойной глубины погружения) выталкиваю-
300
щее давление в 2 г; на рис. 101b лишь 1 г/см2, но поскольку поверхность стала
в 2 раза больше, то и сила составляет те же 2 г. Экспериментальным путем
(Г 8) мы устанавливаем следующий важный факт: выталкивающая сила
зависит лишь от той части объема тела, которая погрузилась в воду, а от формы
тела зависит только положение тела на плаву. Если его объемный вес больше
1 г/см3, то выталкивающая сила уже не сможет поддержать тело на плаву
(заменить поддерживающую силу).
Материалы, удельный (объемный) вес которых больше 1 г/см3, тонут в
воде; более легкие плавают, выступая над поверхностью воды. Эта величина
1 г/см3, должна быть одновременно и удельным весом воды, так как воду
держит сама вода. Возьмем, для примера, столб воды высотой 10 см сечением
1 см2 в небольшом мерном цилиндре. Давление на днище составляет ровно 10 г
(см. выше). Величины бокового давления на стенку цилиндра взаимно
уничтожаются. Итак, цилиндр с водой весит настолько же больше, насколько его вес
без воды стал больше из-за давления воды на днище, здесь это 10 г. Итак,
получим удельный вес воды: 1 г/см3. Поэтому говорят, что плавают лишь те
тела, удельный вес которых меньше удельного веса воды.
Выталкивающая сила, или уменьшение веса тела в воде, всегда — если
брать в общем и целом — равна весу вытесненной воды (Г 9). Так гласит закон
Архимеда. При этом сосуд с водой должен в целом стать настолько же
тяжелее, насколько легче стало погруженное в воду тело. Если рассматривать процесс
с точки зрения давления, то мы получим результат быстрее: поскольку уровень
воды в сосуде повышается, днище его оказывается на большей глубине,
испытывая тем самым большее давление находящейся над ним воды.
Если такое объяснение выталкивающей силы через давление покажется кому-
то неубедительным, то можно начать с опыта Г 9. Для плавучести верным
останется утверждение, что корабль настолько погружается в воду, насколько
его вес равен весу вытесненной им воды (Г 10). Подводная часть корабля, его
стенки должны выдерживать при этом давление воды, растущее с глубиной.
При осадке корабля 5 м это давление на самую нижнюю часть трюма 0,5 кг/см2,
т.е. 5 т/м2!
Всем известно, что вода в дома поступает по трубам под давлением. Работу
водопроводного крана можно объяснить на макете в разрезе.
5. Вопросы для закрепления пройденного материала
1. Канал проходит над дорогой в виде моста-водовода. Доехав до
путепровода, водитель видит, что по каналу над ним идут суда. Надо ли лсдать, пока
пройдет судно, становится ли нагрузка на мост при наличии на нем судна
больше или нет? (Пет. Давление воды становится больше лишь с глубиной и не
зависит от количества плавучих средств на поверхности или в глубине; то же с
точки зрения силы тяжести: судно весит столько, сколько весит вытесненная
им масса воды, всегда текущей по каналу.)
2. Становится ли нагрузка на мост-водовод больше, если иа нем затонет суд-
301
но, т.е. ляжет на дно, наполнившись водой? (Да. Ибо к весу воды добавляется в
этом случае полный сухой вес корпуса судна, от которого надо отнять
водоизмещение груза, бортов, палубного настила и пр.; если брать порожнее судно, то это
составит, вероятно, t/б- Поэтому считается, что дополнительная нагрузка на
мост будет примерно равна водоизмещению неповрежденного судна.)
3. В шлюзовой камере пришлось спустить на воду катер с судна.
Поднимется ли уровень воды в камере? (Нет. Ибо масса воды, вытесненная катером,
равна его весу, который до спуска на воду надо прибавить к весу самого судна,
равному весу вытесненной этим судном воды.)
4. С баржи, находящейся в шлюзовой камере, просыпался щебень в воду.
Поднимется ли уровень воды в камере? (Нет, он станет ниже. Вес этого щебня
больше не компенсируется за счет водоизмещения, а объем вытесненной до
этого воды был больше, чем объем соскользнувшего в воду груза.)
5. Судно, находящееся в шлюзовой камере, получило пробоину и затонуло.
Поднимется ли уровень воды в камере? (Нет, он опустится. Объяснение то же,
что в п. 4.)
5. Погружение
Небольшая бутыль наполняется водой и тонет. Если вдувать в нее воздух
через гибкую трубку, то она начнет через некоторое время всплывать и
покажется на поверхности, а именно тогда, когда масса воздуха вытеснит воды
столько, сколько весят стекло и пробка (Г И). Это "надувание" подводной
лодки взятым с собой сжатым воздухом проводится обычно лишь на малой
глубине для окончательного всплытия, в иное время лодка движется вверх-
вниз благодаря своему горизонтальному приводу и рулю глубины. Ибо при
огромном давлении воды в 10 атм (избыточных атмосфер) на каждые 100 м,
тот воздух, который вдувается в балластные цистерны, не сможет полностью
расшириться и вытеснить достаточно воды, чтобы судно всплыло с больших
глубин. Для этого потребовалось бы неимоверное количество сжатого воздуха,
особенно вначале.
Захватывающе интересен опыт с декартовым "водолазом" (Г 12). Пузырь
воздуха, помещенный в закрытом сосуде в воду, сжимается больше или меньше
под действием внешнего давления воды. Когда он расширяется, увеличивается
водоизмещение "водолаза", и стеклянный "водолаз" всплывает внутри сосуда.
Здесь было бы уместно рассказать об экспериментах по сверхглубокому
погружению и о жизни в глубинах морей и океанов.
302
Описания опытов к разделу
"Гидравлика в 8-м классе"
Г 1. Какой шприц брызнет дальше?
а) Взять 2, еще лучше 3 шприца разного объема, например 20, 100 и 500 мл, имеющих
сопло одинаковой величины («3 мм в диаметре), и определить, какой брызгает дальше.
Один из учеников должен испытать все три, брызгая из них с одинаковым усилием в
горизонтальном направлении. Окажется, что самый маленький и есть самый
дальнобойный.
б) Уголковый шприц брызгает вбок и вперед одинаково далеко.
т
Рис. 92. Уголковый шприц с двумя соплами
в) Во все стороны одинаково брызгает шар Паскаля при демонстрации
распространения давления.
//1
Рис. 93. Давление действует во все стороны одинаково
Г 2. Гидравлические весы
На оба поршня в цилиндрах одинакового объема, скажем 100 мл, поставить по гире
точно посередине, иначе поршень заклинит. Если на весах недовес или перевес, то вниз
пойдет перегруженный поршень.
Рис. 94. Гидравлические весы
303
ГЗ. Получение гидравлического усилия
Рис. 95
Вместо цилиндра с поршнем из опыта Г 2 нам понадобится другой, с меньшим объемом,
например 50 мл. Можно взять вместо него шприц объемом 20 мл. Па меньший ставится
и соответственно меньшая гиря, причем в расчет принимается ие объем, а конечная
площадь поршня (лхг2). При точных измерениях надо учесть разный собственный вес
поршней. Если два пробника заставить "боксировать" друг против друга (см. рис. 95), то
больший оттолкнет меньший, поскольку развивает большее усилие при равном давлении. Можно
продемонстрировать работу гидравлического домкрата для легковых автомобилей. Отвинтить
балансирный рычаг и нажать на свободно торчащие штыри. Обычно запас масла
находится в рубашке подъемного цилиндра. Малый поршень нагнетает в подъемный цилиндр масло,
откуда оно возвращается в рубашку при помощи опускного винта.
Г 4. Давление на глубине
Прибор, разработанный специально для измерения этого давления, состоит из легкого
поршня на конце плексигласовой трубки. Внутри поршня воздух, снаружи — вода,
которая давит внутрь. Шток поршня не поддается этому давлению благодаря
сопротивлению пружинных весов. Измерить давление снизу вверх (в вертикальной трубке) на
глубинах 10 и 20 см и, кроме того, боковое давление, разместив трубку по возможности более
наклонно, на глубине 10 см, т.е. с центром конечной плоскости поршня на глубине 10 см
под водой.
Все измерения провести в стеклянном аквариуме.
Г 5. Давление на дно
Такой измерительный прибор (например, для измерения давлешш на дно), днище которого
на определенной глубине откидывает рычаг, показывает, что давление зависит не от количества
воды в сосуде и не от его формы, а только лишь от глубины погружения.
304
Г 6. Сообщающиеся сосуды
а) Хорошо зарекомендовали себя при показе стойки с 4 или 5 трубками разной формы:
FSS^-^i
Можно также согнуть над горелкой отрезки трубок разного диаметра и получить
самые разные с1юрмы, после чего соединить их, используя резиновые пробки, трубки и шланга —
можно и поперек всего класса. Тогда можно наблюдать и колебания жидкого
содержимого.
б) Для еще одной трубки подготавливают донную кружку, закрепленную на шнуре.
Для тяжести ее снабжают винтами, так что она ие может нн всплыть, ин быстро утонуть.
Поддерживаемая водой, крышка отчасти герметична. Постепенно трубку заполняют
водой. Когда уровни воды в трубке и в сосуде сравняются, то давление снизу, прижимавшее
крышку, станет равно давлению на нее сверху, и крышка упадет.
\г7"
— - Лит. |*
-
I i
Ж°Ф \
J
Рис. 96. Разность давлений, зависящая от заполненности трубки
Г 7. Скорость вытекания
В большом жестяном ведре емкостью 10 л проделать (можно ножницами) три
отверстия диаметром «5 мм. В них заделать клеем и клеющей лентой соломинки, через которые
пьют сок, нарезанные на кусочки длиной «2 см. Наполнить ведро водой. Скорость
вытекания воды из ведра будет разной на разных уровнях:
ft;
V
Рис. 97. Дальность вытекания показывает
зависимость давления от глубины
305
Г 8. Плавучесть
От одного и того же сплошного куска дерева отпилить два бруска одинакового объема,
но разной формы:
Рис. 102. Одинаковые выталкивающие силы при различной форме тел
Хорошо отлакированные куски опустить на воду один за другим и нагружать до тех
пор, пока они не утонут. Дополнительная нагрузка на каждый из них окажется одной и
той же. Разумеется, оба куска надо измерить и вычислить их объём.
Г 9. Закон Архимеда
Кусок алюминия в виде кубика размером, например, 4x4x4 см, подвесить на
пружинных весах в широком химическом стакане (объемом, например, 400 мл), заполнив
последний до половины водой (200 мл). Стакан ставится на лабораторные весы. До
погружения кубика и те и другие весы показывали по 500 г. После погружения первые
показывают на 125 г меньше, вторые на столько же граммов больше.
Г 10. Водоизмещение
I3 наполненный водой мерный цилиндр объемом 2000 мл опускают предварительно
взвешенный кусок дерева. По делениям на цилиндре определяется высота подъема
уровня воды. Кусок дерева вытеснит массу воды, равную весу этого куска вне жидкости.
Г 11. Подводная лодка
В бутыль объемом 200 мл вставляется пробка с двумя сквозными отверстиями.
Рис. 103. Бутылка с грузика ни
в качестве подводной лодки
~~ш
Грузы
306
Методом проб приклеить к ней грузики, можно монетки, так, чтобы они не мешали
видимости. Под их тяжестью бутыль должна сама наполниться водой и затонуть. Если
затем вдувать в нее через трубку воздух, то она, как лодка, поднимется на поверхность,
выбрасывая струйку пузырьков. Она должна проплыть немного горизонтально, если заткнуть
гибкий шланг. Он должен быть очень тонким и подвижным.
Г 12. Декартов "водолаз"
Известный опыт с декартовым "водолазом" произведет огромное впечатление, если взять
для него так называемую отстойную склянку большого размера с донным тубусом на 10 л;
если таковой в вашем распоряжении нет, то можно соединить цилиндр с поршнем через
верхнюю пробку со сквозными отверстиями:
Поплавок
с пузырьком воздуха
_ - ~ - I Цилиндр
~ - с поршнем^ Рис. 104. "Водолаз"
I _^сд
Отрезать от пробирки 30x200 колпачок длиной «5 см (от донной части пробирки), Лентой
приклеить к его отверстию гвоздики для стабилизации положения на плаву (если
необходимо). Кромки защитить от ударов клейкой лентой.
Движением поршня заполнить цилиндр до половины водой; воздух из него
удаляется через пока открытую бутыль путем многократной откачки. После этого
наполненный водой "водолаз" быстрым движением опускается в бутыль, заполненную
до краев водой так, чтобы он при этом захватил воздух и мог плыть с воздушным
пузырьком или медленно опускаться вниз. Когда это получится, нужно заткнуть
бутыль пробкой так, чтобы часть воды при этом из нее вылилась. Если теперь потянуть
за поршень пробника, то поплавок начнет подниматься, если нажать, то он будет
опускаться. Пузырек воздуха в поплавке будет увеличиваться или уменьшаться в
зависимости от давления воздуха, создавая большую или меньшую выталкивающую силу.
Требуется ловкость, чтобы заставить поплавок висеть на одном месте. Уже на этом
опыте, предваряя следующую главу, можно познакомиться со сжимаемостью
воздуха. Вода, в отличие от воздуха, сжатию почти не поддается.
307
АЭРОМЕХАНИКА В 8-м КЛАССЕ
К сожалению, и этот раздел нередко начинают с веса, вместо того чтобы
раскрыть данную тему через давление. Представляют, скажем, вес воздушной
оболочки Земли. Но как сделать это конкретно, неизвестно, так как плотность
воздуха с высотой уменьшается, а атмосфера не имеет границы. Если смотреть
только с точки зрения веса или силы тяжести, то действительные взаимосвязи
будут искажены еще больше, чем в случае с водой, поскольку эта точка зрения
базируется в конечном итоге на противопоставлении наполненной воздухом
среды безвоздушной среде, вакуума — Земле. Составить себе более-менее
реальное представление об этом невозможно.
Это не означает, что надо с порога отринуть самую мысль об использовании
таких ходов в размышлении и о применении этой возможности в прикладных
областях техники, а лишь то, что при таком подходе мы отрезаем себе путь к
истокам явлений.
1. Атмосфера
У лее в античные времена люди наблюдали, что если запечатать сосуд,
наполненный воздухом, на равнине, а открыть высоко в горах, то из него выходит
воздух; если лее запечатать его в горах, то на равнине распечатанный сосуд
всасывает в себя воздух. Если его перевернуть, опустить в воду и открыть, то он
всосет немного воды. Уже известна была горная болезнь; люди знали так лее, что
на приготовление горячей пищи в горах нужно больше времени. Было высказано
предположение, что воздух наверху не "хуже", но разреженнее, чем внизу.
Подобно тому как давление в воде заметно убывает снизу вверх, убывает и
давление воздуха, но не столь быстро: кажется, что воздух становится все
тоньше. Может ли быть некое пространство или место в мире, где бы не было
никакого воздуха, а одна лишь пустота? Может ли быть на земле совершенная
пустота, где бы не было вообще никакого движения воздуха, ни малейшего
дуновения, ни ветерка?
Сначала казалось, что все философские принципы, все эксперименты
отрицают такую возможность, что сама природа восстает против этого (AM la). В средние
века возник далее термин "боязнь пустоты" и выражение "Природа не терпит
пустоты" (horror vacui, natura abhorret vacuum; CANONICUS, XIII век). Где есть
НИЧТО, не может быть Бога — вот в чем проблема! Имелось множество
каталогов экспериментов, подтверждающих этот вывод; например, опыт с пипеткой
(AM 16). По наивным представлениям — это касается и учащихся, — речь идет
всего лишь о всасывашш. Но как действует, это "всасывание"? Почему, в самом
деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что ее увлекает? Кажется, что между
ртом и жидкостью натянуты невидимые нити, хотя воздух не таит ничего
твердого. Очевидно, что между воздухом и водой не молсет быть вакуума. Надо полагать,
"что вода и воздух близки друг другу по своей природе, а посему граница между
308
ними принадлежит обоим сразу, не разделяя, а склеивая их друг с другом.
Всасывая воздух в пипетку, мы заставляем воду следовать за ним" (DIJKSTERHUIS,
1956). Галилей пытался отыскать разгадку в своих "Беседах" (1638): "Отчего
нельзя поднять воду mi на волос выше, чем на 18 локтей, используя насосы и
другие подъемники, увлекающие воду при подъеме за собой? Откуда берется этот
предел высоты подъема, не зависящий от размеров насоса?" Его собеседники
пришли в конце концов к выводу, что водяной столб на критической точке
подъема отрывается, подобно веревке, деревянному или железному стержню, которые
могут разломиться от собственного веса. Причину удивительной сплоченности
воздуха и воды Галилей все еще усматривает в загадочной "силе вакуума", не дающей
частицам воздуха и воды отделиться друг от друга. Сегодня мы думаем шгаче:
всасывает и втягивает не вакуум, а давление, создаваемое на другой стороне еще
не откачанным (атмосферным) воздухом. Причина не в аппарате, который мы
обслуживаем, а в воздушной оболочке Земли. Можно проследить все
исторические этапы борьбы с наивным представлешгем о всасываншг, которое понимается
сейчас как эффект, связанный с давлением воздуха.
Вернемся, однако, к повседневным явлениям, показывающим действие
вакуума. Мы знаем, например, что вода вытечет из бутылки лишь тогда, когда на
ее место войдет воздух (AM 2). Все держали в руках банку сгущенного молока
и знают, что в ней надо проделать 2 дырки, чтобы молоко быстрее вытекало.
Если поступление воздуха в опорожняемый сосуд затруднено, то вода выходит
из него толчками и разбрызгивается, поскольку паузы нужны для пополнения
расширившегося воздуха в сосуде (ему нужны эти паузы "для вдоха"). У
канистры, например, есть для этого канал подачи воздуха в горловине, а узкое
отверстие пипетки сильно затрудняет этот "вдох". У автопоилки для домашней
птицы похожий принцип действия: порция воды поступает лишь после того,
как в резервуар откроется доступ для следующей порции воздуха.
\}g Рис. 110. Самоиаполняющаяся поилка для домашней птицы
Как только уровень воды в поилке опустится ниже края горлышка
опрокинутой бутылки, в бутылку сможет войти порция воздуха, а из нее вытечет немного
воды, которая вновь перекроет доступ воздуха. Уровень воды в поилке всегда
минимален, птица в ней не утонет, но и запас воды всегда наготове.
Па этом, хотя и начальном, этапе наших рассуждений мы не забываем о
действительной роли воздуха на Земле — повсюду проникающего и все собой
заполняющего вещества. В этом гибком проникновении заключен очевидный
жест воздуха. Что касается давления, то его предстоит еще раскрыть в экспери-
309
менте; еще дольше путь к весу воздуха по Герике. Красной нитью в учебной
программе Р. Штейнера проходит мысль о роли давления (но не веса) как
механической силы воздуха: "После этого вы в определенном смысле
завершите курс физики разделом аэромеханики, т.е. воздушной механики, причем не
забудете сказать обо всем, что связано с климатологией, барометрической и
синоптической наукой" (ШТЕЙНЕР, 1919).
Уже в средние века был известен тот факт, что применяемый и сегодня
откачивающий насос с его ручной качалкой-коромыслом не поднимет воду на
высоту более 10 м, так же как и известный нам сифон. Чтобы понять причину,
еще во времена Галилея был проведен ряд опытов. Берти сделал попытку,
например, повысить уровень воды, удлинив вертикальную трубку. Что у него
получилось, показывает опыт AM 3, проводимый вне стен школы. Поскольку
удалить весь воздух из воды невозможно, то и полный вакуум недостижим;
всегда есть остаточное давление, несколько уменьшающее высоту
вертикального столба воды, которая равна примерно 10 м (легко запомнить!). (Свой вклад
в это остаточное давление вносит и давление паров воды равное 18 мбар при
12°С и 30 мбар при 20°С. Только благодаря ему высота столба воды меньше на
18 — 30 см.) Если брать точно, то на уровне моря она равна 10,3 м, а на высоте
300 м над уровнем моря, например в курортном парке Касселя над замком
Вильгельмсхёэ, она составляет всего 9,9 м из-за малого давления воздуха.
Г\
ЛО^ *J
\-
У
ъ
Здесь почти нет давления
Давление сверху вниз
величиной 1 кг/см2
Давление снизу вверх
величиной 1 кг /см2
Рис. 111. Пустое пространство над 10-метровым водяным столбом
Для объяснения опыта можно сказать, что природная "боязнь пустоты" имеет,
по-видимому, какой-то предел: висеть может водяной столб высотой всего 10 м-
310
Ширина (толщина) этого столба, как и его форма, никакой роли не играют
(см. АМЗ); все дело лишь в разности высот по вертикали. Поэтому можно
предположить, что бутыль в опыте AM 26 могла бы иметь длину 10 м. Тогда
давление воды 1 кг/см2 на глубине 10 м как раз компенсировалось бы
давлением воздуха. Это и есть величина атмосферного давления на уровне моря,
равная 10,3 м водяного столба, или, если быть точнее, 1,033 кг/см2
(соответствует 1013 мбар). (Имеется в виду, конечно же, килограмм-сила, т.е. вес о;"юго
килограмма, но объяснение разницы между ними выходит пока за рачки
нашей программы.) Столб большей высоты давлением воздуха не скомпенсировал .
вода вытечет, и высота упадет до Юм, создавая над собой значительное
разрежение.
Первые приборы для измерения атмосферного давления — барометры —
создавались с использованием высоты столба жидкости. Столб воды и есть уже
своего рода барометр. При очень низком атмосферном давлении высота столба
воды уменьшается на уровне моря с 10,3 м до 9,5 м и увеличивается примерно
до 10,8 м при очень высоком. В пересчете на более употребительные
миллибары (мбар) среднее давление на уровне моря составляет 1013 мбар,
максимальное — «1070, а минимальное — «930 мбар. В наших обычных погодных условиях,
при низком давлении, сильных ветрах и дожде, барометр падает лишь до 990
мбар, а при высоком поднимается до 1030 мбар. Независимо от этого есть еще
суточные колебания давления: около 10 и 22 часов оно по большей части на
одии-два миллибара выше, чем в промежутках.
Ртутный барометр работает так же, как водяной столб, с одним отличием:
зависящее от глубины жидкости (гидростатическое) давление растет у ртути в
13,6 раза быстрее; удельный (объемный) вес ртути составляет 13,594 г/см3.
Таким образом, атмосферное давление сможет держать всего 760 мм рт. с г., и
у барометра вполне удобная длина — 76 см. Изобретателем ртутного
барометра был Эванджелиста Торричелли, работавший вместе с Галилеем. После
1643 года такие барометры оставались в обращении вплоть до наших дней,
поэтому мы до привычке все еще пользуемся миллиметром ртутного столба,
или, что то же самое, торрами, как единицами атмосферного давления. Хотя
ртутный столб короче водяного, обращение с ним не совсем удобно: Поэтому
все давно перешли к использованию барометров-анероидов (гр. aneros —
сухой; barys — тяжелый). (В самом слове "барометр", т.е. "прибор для измерения
тяжести", уже кроется некая односторонняя интерпретация в смысле силы
тяготения, а не первоначально наблюдаемого давления. Слово "манометр"
(измеритель давления) относится к приборам, измеряющим величины
давления, которые по большей части больше атмосферного, например давление воды
в трубопроводах. В то время как барометры показывают абсолютную
величину атмосферного давления, манометры определяют разность давлений
(избыточное давление или разряжение) по отношению к атмосферному
давлению.) Барометр-анероид состоит из плоской металлической коробочки с упругим
тонким днищем-мембраной, поддерживаемым изнутри стальной пружиной. Из
коробочки выкачивается воздух, и она запаивается. При изменении
атмосферного давления днище вдавливается слабее или сильнее. Рычаг усиливает эти
311
небольшие колебания, передавая их на стрелку прибора (технические детали
перечислены во многих справочных изданиях под рубрикой "Барометр").
Хорошо, если есть подобный демонстрационный барометр, показания которого можно
временно изменить, если подуть в гибкую трубку (шланг) — AM 4. Барометр-
анероид можно изготовить дома самостоятельно (AM 5).
С точки зрения методики познания ясно, что все эти приборы для измерения
атмосферного давления мало что дают в смысле изучения воздушного океана,
поскольку отсутствуют сами восприятия явлений широко раскинувшегося
воздушного пространства. Для измерений создается нечто вроде антиатмосферы,
разреженное пространство, например над столбиком ртути в торричеллиевой
трубке. Ясно, что это разреженное пространство надо герметично закрыть и
изолировать от прочего мира. С последним ои может вступить лишь в
механическое взаимодействие. Так получается установка столбика жидкости по
высоте, т.е. измерение длины, и на основе измерений вырабатываются представления
о силах атмосферы. Как можно исследовать огромный воздушный океан, с
самого начала отказавшись от встречи и общения с ним, заменяя это общение
наблюдением за поведением столбика ртути в трубке длиной не менее 80 см,
опущенной в открытую чашку с ртутью же? И это для того, чтобы установить
всего лишь его длину? Здесь и речи нет о восприятии внешнего мира, здесь
руководствовались старыми, но прочно укоренившимися механиспгческнмп
идеями. Именно так возникла механика атмосферы. Однако подобная
односторонность восприятия все же имеет значение для природы: как пи удивительно,
погода однозначно связана с механическими воздействиями атмосферы, а именно
с давлением. Здесь было бы уместно вплести эмпирические приметы погоды,
которые подтверждаются показаниями барометра.
В салопах пассажирских лайнеров давление снижается при подъеме с
уровня земли до высоты 2000 м и поддерживается затем на этом уровне при полетах
па больших высотах; в салоне создается, таким образом, избыточное давление.
При нарушении герметичности пассажиры могут быть выброшены наружу, что
тоже бывало. В любом случае за разгерметизацией и быстрым падением
давления следует расширение и охлаждение воздуха в салоне. Влага конденсируется,
и пассажиры видят друг друга как в тумане. В военных самолетах давление
может понижаться до высоты 12 000 м, но для дыхания летчику подается
кислород через специальную кислородную маску.
В среднем по времени атмосферное давление равно:
Па уровне моря 760 мм рт. ст. = 1013 миллибар (мбар)
Па горе Монблан (4807 м) 416 мм рт. ст. = 555 миллибар (мбар)
Па вершине Эвереста (8848 м)235 мм рт. ст. = 313 миллибар (мбар) = 3,09 м под. ст.
На вершинах этих гор вода закипает соответственно при 84° и 70°С. Точка
кипения снижается каждые 1500 м на 5°С, начиная с уровня моря. На высоте
примерно 5500 м давление составляет всего лишь половину, на высоте 11 км —
уже только четверть от атмосферного давления на уровне моря. (В болыиннст-
312
ве таблиц даются завышенные значения атмосферного давления на больших
высотах, вроде тех, что указаны для Монблана и Эвереста, поскольку в
таблицах не учтено, что температура там на несколько десятков градусов ниже, воздух
суше, а плотность его, следовательно, меньше, чем далеко внизу. Поскольку
для подсчетов берется ускорение свободного падения на широте 45е,
неизбежны и другие незначительные отклонения. Таблица составлена для средних
температур (нормальная атмосфера).)
Таблица 7. Таблица атмосферного давления при средней синоптической
ситуации
Высота места на Земле Расчетная величина Показания барометра
среднего атмосферного (м вод. ст.)
давления (мбар)
0 м над ур. моря
100
200
300
400
600
800
1000
2000
4000
6000
8000
10 000
8848 м, Эверест
1013
1001
989
978
966
943
921
899
795
616
470
356
264
314
10,3
10,17
10,06
9,94
9,82
9,59
9,36
9,14
8,08
6,27
4,80
3,62
2,69
3,09
Значительные силы могут быть достигнуты при помощи магдебургских
полушарий. Но эти силы проистекали в конечном итоге из воздушного насоса
Отто фон Герпке. Чтобы создать разрежение, требовалась мускульная сила
двух рабочих, качавших этот насос. Он представлял собой переоборудованный
пожарный водомет городской пожарной команды и помог Отто фон Герпке
провести ряд широко известных теперь экспериментов. Чтобы понять ужас
человека, оказавшегося в вакууме между этими полушариями, попробуйте
вдохнуть с зажатым рукой носом и закрытым ртом или растянуть мехи, отверстие в
которых заткнуто пробкой. Мы продемонстрируем уменьшенную копию
магдебургских полушарий, оригинал которых имел 52 см в диаметре (AM 6).
Поскольку ручной насос смог создать разрежение внутри до 50 миллибар, мы
получим усилие примерно в 1 кг/см2, а у наших маленьких полушарий
диаметром 19 см это составит примерно 78 кг, т.е. 3/4 центнера. Если открыть
край, то воздух войдет внутрь с коротким шипением, и все силы исчезнут.
Столь большая сила развивается столь малым количеством воздуха! Раньше
313
думали, что здесь есть какое-то волшебство. Но уже Герике понимал, что здесь
работает атмосферное давление, действующее на полушария и прижимающее
их друг к другу. Форма роли не играет: если вместо округлых полушарий
взять цилиндры или конусы, то сила, сдавливающая их вместе, не изменится,
изменится лишь количество откачиваемого воздуха (станет больше или
меньше, что совсем не важно). Важнее размер поверхности соприкосновения
прижимаемых друг к другу тел — иначе на половинку цилиндра (рис. 115)
действовала бы большая часть внешнего давления, чем на полушарие, и это
привело бы такое асимметричное тело в движение само по себе, как только из
него откачали бы воздух (слева на него действует большая сила, чем справа):
Разъем
Давление воздуха
Давление воздуха
Рис. 115. Сила атмосферного давления не зависит от формы
соприкасающихся тел
Мы создали бы таким образом вечный двигатель, что невозможно.
(В приведенном описании правильнее было бы, разумеется, указывать силы
не в килограммах как единицах массы, а в килограмм-силах (кгс) или
ньютонах (Н): 1 кгс = силе тяжести 1 кг при нормальном ускорении свободного
падения. Но поскольку целью преподавания является знакомство с
атмосферным давлением и феноменом вакуума, а не со стандартными физическими
единицами, мы удовлетворимся на данном этапе килограммами.)
Силу атмосферного давления можно продемонстрировать в опыте с
небольшой банкой из жести. Если откачать из нее воздух, то она сразу сомнется как
листок бумаги (AM 7). Рассчитаем, например, силу давления, которое
испытывает телевизионная трубка с высоким разрежением, если на 1 см2 действует
сила в 1 кг: мы получим несколько тонн на переднюю поверхность. Трубка
должна иметь толстые стенки и большой вес. Если при ударе будет нарушена
ее герметшшость, то кусочки колбы полетят не наружу, а внутрь. Как
используется атмосферное давление, показано на модели и принципиальном чертеже
упомянутого старинного водного насоса с коромыслом-качалкой, бывшего
прототипом поршневого насоса (AM 8). Рисунки, изображающие работу насоса и
разные стадии цикла с указанием уровня воды, положения поршня и
направления его движения, позволяют завершить интеллектуальную проработку темы с
поручением рабочих заданий и их последующей проверкой.
314
Герике считал, что полученная сила сцепления полушарий равна весу
воздушного столба, простирающегося до самого верха атмосферы и имеющего
сечение, равное сечению разъема полушарий. На каждый квадратный
сантиметр давит, таким образом, вес воздушного столба, простирающегося на сотни
километров до самого верхнего края атмосферы, равный 1 кг. Вес всей
воздушной массы Земли относится к силе, приложенной к полушариям, как поверхность
всей Земли относится к площади сечения (разъема) полушарий. Такие
представления Герике развивал еще и затем, чтобы указать пределы атмосферного
слоя, за которым могло бы поместиться пустое пространство между телами во
Вселенной согласно планетарной модели Коперника. В 8-м классе, как уже
говорилось, надо дать лишь самое общее представление о весе и силе тяжести,
доминировать должны представления о вездесущем давлении. Мы не станем
его называть, как в учебниках, давлением, вызванным силой тяжести, речь
идет скорее о давлении, которое все и повсюду собой наполняет.
Впервые эксперимент с полушариями Герике провел в 1657 году. На
старинных гравюрах показано, как лошади тянут в разные стороны, пытаясь разнять
эти полушария. В 1663 году он повторил этот опыт при дворе курфюрста Бран-
денбургского в городке Кёльн на реке Шпрее и в присутствии самого курфюрста.
На имперском съезде в Регенсбурге Герике продемонстрировал опыт с
поршнями, двигавшимися в стационарных цилиндрах. Это было в 1654 году, еще до
опытов с полушариями.
Чтобы не мешать нашему знакомству с атмосферным давлением и погодой в
8-м классе, насыщенному новыми впечатлениями, мы прибережем популярные
опыты с будильником, стеклянным шаром, воздушным шаром, мыльной пеной
и мыльными пузырями, свечками и т.п., помещенными под вакуумный колпак,
для раздела акустики, изучая сперва вакуум в темных сосудах больше с
внешней стороны, с точки зрения всей атмосферы, и лишь позже делая шаг, чтобы
проникнуть в само вакуумное (разреженное) пространство, с помощью самых
разных опытов под стеклом. Эксперимент со звонком под вакуумным
колпаком завершит раздел акустики в части воздушных волн.
315
Описание опытов к разделу
"Аэромеханика в 8-м классе"
AM 1. Всасывание
а) Задвинуть поршень в цилиндр до конца, заткнуть отверстие н выдвинуть поршень:
вы почувствуете, с какой силой природа сопротивляется появлению вакуума (пустоты).
б) Всосать воду из миски через не очень узкую стеклянную трубку. Уровень воды
поднимается вверх без усилий.
AM 2. Полое пространство в бутылке
а) Берем обычную пустую бутылку, наполняем ее водой и быстро переворачиваем: вода
выливается толчками.
б) В бутылку вставить резиновую пробку со сквозным отверстием диаметром до 7 мм.
Вода не выливается, хотя над воздухом свободно нависает открытая водная поверхность
шириной в каплю.
в) В горлышко бутылки вставить длинную стеклянную трубку. Одно отверстие в трубке
прикрыть при этом пальцем. Если его открыть, то вода выливается уже не толчками, и
она будет вытекать совсем спокойно, если верхнее отверстие трубки окажется в
опорожненной части (а).
^1
Рис. 105. Вытекание при помощи свободного поступления воздуха
г) Наполнить стакан без носика водой до краев. Можно также взять для опыта
химический стакан. На воду положить лист бумаги так, чтобы между бумагой и водой не было
воздуха. Если теперь опрокшгуть стакан, то вода из него не выльется, даже если его слегка потрясти.
Бумага держит всю воду в стакане. Начав с пробирки, можно постепенно переходить ко все
более широким сосудам и закгигчивать данный опыт уже с небольшим ведерком. Можно натянуть
вместо бумаги марлю и наполнять сосуд через нее, чтобы показать, что отверстия не мешают
воде проходить. Атмосферное давление удержит всю воду в перевернутом сосуде.
316
д) Верно и обратное утверждение: вода не вольется в сосуд, если из сосуда не сможет
выйти воздух. Смять листок бумаги, обернуть его денежной купюрой и положить все это
глубоко в стакан. Если погрузить перевернутый стакан глубоко в воду, то купюра не намокнет.
AM 3. Водяной столб
Прозрачный пластмассовый шланг внешним диаметром до 12 мм и длиной до 15 м наполнить
предварительно вскипяченной (для освобождения от воздуха) и окрашенной водой без
образования пузырей (!); оба конца шланга заткнуть резиновой пробкой. Для
окрашивания воды использовать специальный красящий порошок или водную краску. Закрытый
шланг или опустить вниз с моста, скалы, стены дома, или поднять вверх на веревке:
Г
/Ют
I
+
\&J ^
Рис. 112. Водяпой барометр
Нижний конец опустить в ведро с водой и вытащить нижнюю пробку под водой:
водяной столб немедленно упадет до указанной на рис. 112 отметки 10 м; та часть шланга,
которая находится над водяным столбом, сразу сомкнётся из-за потерн давления внутри,
прихватив заодно и самую верхнюю часть с водой. Теперь шланг можно приподнимать,
опускать или наклонять, длина водяного столба в нем не изменится. Отметить верхнюю
точку на шланге и измерить длину.
317
Затем заткнуть нижний конец шланга пробкой со сквозным отверстием и медленно вытащить
его из воды: из шланга не вытечет ни капли, крошечное зеркало воды в отверстии пробки
повисает над слоем воздуха. Если теперь поднять шланг кверху так, что лежавшая на земле
нижняя часть его поднимется над ней, то из шланга вытечет некоторое количество воды,
но 10-метровая высота столба жидкости сохранится. Если кто-то вытащит пробку из верхнего
конца шланга, то вся вода вытечет.
AM 4. Барометр
Специальный барометр, описанный в основном тексте, можно приобрести в магазинах
учебного оборудования.
AM 5. Самодельный барометр
Здесь мы приведем цитату из работы Г. ПРЕССА (1977). В этой книге описан целый
ряд опытов в домашней лаборатории, но все описания выдержаны, к сожалению, в духе
механистических воззрений, не забыты даже гипотетические "частицы", часто играющие
главную роль. Книга представляет собой, мягко говоря, непедагогическую мешанину из
наблюдений и представлений, чуждых естественному взгляду на мир. Однако это не уменьшает
ценности бесчисленных указаний по проведению опытов:
"Натянуть на горлышко широкогорлой бутылки (из-под молока) пленку от
воздушного шарика, наклеить на нее соломинку, зажав под ней спичку. Барометр готов.
Оставьте его в помещении с постоянной температурой и укрепите на нем шкалу. В зависимости
от суточных колебаний атмосферного давления конец соломинки движется вверх или вниз.
При хорошей погоде давление возрастает, и резиновая пленка вдавливается внутрь
бутылки. Конец нашей стрелки идет вверх. Если же давление падает, то стрелка идет вниз,
поскольку пленка выпрямляется. Тот же принцип действия у обычного барометра:
движение мембраны жестяной коробочки, из которой откачен воздух, передается иа стрелку
через рычажок и колесико".
Рис. 113. Барометр, который можно изготовить в домашних условиях
318
AM 6. Магдебургские полушария
а) Ход эксперимента ясен без дальнейших пояснении. Особое внимание следует
обратить на усилие при откачке воздуха ручным насосом и на неполное разрежение,
создаваемое путем отсасывания воздуха ртом.
б) Свесить с потолка пластмассовый шланг небольшого диаметра, опустив один его конец
в таз с водой, стоящий на полу. Всей силы наших легких хватит лишь на то, чтобы создать
в нем разрежение при отсосе не более 2 м вод. ст. 0/s атм).
AM 7. Сплющенная жестянка
Для опыта лучше взять не круглую, а прямоугольную жестянку; годится и
пластмассовая канистра, но во время опыта могут разлететься осколки (надо надеть защитные очки).
Отсос воздуха можно произвести с помощью водяного насоса-аеннратора. Большое
впечатление производит опыт по методу Герике: жестянка соединяется с другим
сосудом-реципиентом (стеклянным колпаком), из которого заранее откачен воздух. Если этот сосуд
достаточно большой, то жестянка сплющивается мгновенно.
AM 8. Водяной насос
В продаже встречаются небольшие прозрачные модели подобных откачивающих
насосов с поршнем, уплотненным шнуром. Они действительно могут качать воду.
Интересен простой принцип действия клапанов в форме резиновых шариков.
319
АКУСТИКА В 8-м КЛАССЕ
Познакомившись в б-м классе с возникновением звука в музыкальных
инструментах и с интервалами, а в 7-м — с колебаниями и частотой, мы должны перейти
в 8-м классе к изучению роли воздуха в акустике. Здесь мы входим в
соприкосновение с аэромеханикой, разделом, также предусмотренным для изучения в 8-м
классе. Но представлять себе воздушные волны и следить за ними сложновато, а
экспериментальный материал весьма обширен. Поэтому мы уступим часть
явлений следующему, 9-му классу. Там мы рассмотрим все еще раз, отчасти повторяясь,
но подробно. Для этого есть еще одна, В1гутрешшя пршшна. В 9-м классе вся
теория звука занята проблемами электроакустики, в частности телефонной
техники, и основной целью является объяснение технических достижений. На второй
план отступает изучение чисто природных явлешгй. Уже в разделе акустики для
7-го класса практиковались выход за рамки естествешшх взаимосвязей и
объяснение их с помощью материальных причгашо-следственных представлешш, например
в случае с частотомером. Подобная практика не прекращается и в 8-м классе.
Такой способ давать объяснения сам по себе тяготеет к технической стороне дела.
Мы не видим причин прерывать эту традицию mi в 8-м, ни в 9-м классе.
1. Воздушные колебания
В отличие от колебаний пластинок и проволок колебания воздуха в замкнутом
объеме представляют собой более сложное явление. Ведь воздух не просто
двигается туда-сюда, он еще уплотняется в одних местах и разреж1|рается в соседних,
причем картина меняется с калейдоскогагческой быстротой. Не мешает
разобраться, что лее действительно происходит. Что заставляет воздух вообще бегать туда-сюда
в замкнутом объеме? Чтобы заставить звучать сосуд (бутылку) определенным
образом, нужно сильно подуть через край ее отверстия. Тогда там возшшает
вихревое движение воздуха, и эти вихри скачут туда-сюда с частотой соответствующего
топа, издаваемого бутылкой. Вихрь создает первое уплотне1ше. Возвратное
движение воздуха, созданное этим уплотнением, оттесняет вихрь назад на короткое
время, после чего он распространяется дальше — так, словно качели, развивается
одно колебание. Правда, частота, зависящая от размеров бутылки, должна
соответствовать величине и скорости образования вихрей. Если дуть тихо, то появятся
низкие тона, если сильно, то втгхри станут маленькими и будут быстро меняться:
возникнут высокие тона.
Учение о возбуждении вихрей слишком абстрактно для учеников. Нам
следует его просто вычеркнуть из наших занятий.
Лучше заняться изучением более определенно существующих колебаний
воздуха, скажем в стеклянной трубке. В ней они возбуждаются либо
громкоговорителем для воспроизведения высоких частот на пылевой трубке (трубка
Хундта), либо камертоном на водной трубе (AI). Одного из двух опытов будет
достаточно. На водяной трубе импровизировать легче, а трубка Хундта зато
320
нагляднее, хотя мала и опыт с ней сложнее. Столь же хорошо удается показ
колебаний воздуха в "воющей трубе" — куске толстого шланга. Если его
вращать над головой, то он начнет издавать разные звуки (Л 2).
В водяной трубке (AI) мы вынуждаем поверхность воды постепенно
опускаться и наблюдаем, что трубка издает звук лишь в двух положениях уровня
воды. Очевидно, колебание, которое задает камертон, подходит нашей трубке
лишь для тех длин столба воздуха, которые как раз в эти моменты
сформировались над жидкостью. При высоких частотах колебания воздуха требуют,
по-видимому, мало места, при низких много. Чтобы уплотнения при низких
тонах формировались одно за другим ие слишком быстро, воздух должен
преодолевать более долгий путь, нежели при высоких — высокая частота означает
для воздуха короткий путь и короткую трубку. По опыту мы знаем, что это
утверждение всегда верно. То, что в трубке колеблется именно воздух, видно, во-
первых, из того, что когда прикасаешься к трубке во время колебаний, то они не
прекращаются, и еще из того, что звучание, как и звук любой флейты,
прекращается сразу же, как только мы убираем источник возбуждения звука (перестаем
дуть, убираем камертон); струны продолжали бы звучать, и тем дольше, чем они
толще и массивнее; и массивный камертон звучит дольше всего. Также и вода
должна была бы ие прекращать звучание. Начертим для ясности, как меняется
давление в трубке (точки на чертеже обозначают плотность воздуха, их ие надо
понимать как частички воздуха или нечто подобное):
Направление движения воздуха
"•••. ....*••• • *Л' 'I ' •' Нормальное
'Нормальное^]' -формальное V.у ;:'-. Нормальное \ 1:£давление с
Избыточное
[давление
Dada
давление
■-W.
давление с
небольшим,
разрежением*
Нормальное^
[давление
давление
Разрежение
Ш
небольшим
избыточным
давлением*
Нормальное
давление
о Уч % Ун
Рис. 115. Перемещения воздуха и изменение давления в звучащей "водяной
трубке" (*за счет подгоняющего движения "вилки" камертона)
Пусть на стадии 0 над поверхностью воды сформировалось избыточное давле-
1ше. Водяной столб настолько тяжел и инертен, что действует как прочная стенка.
Через четверть колебания, на стадии V4» сжатый воздух пришел в большое двп-
ж«ше. Хотя нормальное давление им уже достигнуто, он с ходу проскакивает это
состояшге. Эго происходит в основном благодаря его собствегаюй, пусть и
небольшой, инерционной массе, в меньшей степени из-за воздействия поднесенного к
трубке сверху камертона (на рис. отсутствует), в момент, когда лепесток его вилки
321
поднят в самое высокое положение и гонит воздух из трубки. Тем ие менее мы
проигнорируем роль камертона, чтобы не забыть о главном — колебашшх
воздуха. Будем исходить из того, что на входе трубки неизменно нормальное давление
и максимальное движение воздуха. Над поверхностью воды давление меняется
сильнее всего, а движение воздуха в непосредственной близости от воды равно
1гулю. В соответствш! с этим на стадии i/г» начинающейся позже на четверть
колеба1Шя, над поверхностью воды отмечается разрежение, в то время как воздух
в этот момент меняет направлешге своего движения на противоположное.
Наступает стадия 3/4, когда закончены 3/4 колебания: идет максимальное движение
воздуха в направлении уплотнения, как раз в этот момент достипгуто нормальное
давление. Затем наступает очередь первой стадии с избытошгым давлением...
Стрелки иа чертеже показывают направления движения с большим
преувеличением. Воздух в трубке движется слабо, всего на несколько сотых миллиметра
в том или ином направлении. Между тем как все соседние порции воздуха
слабо смещаются туда-сюда, воздух в целом перемещается иа пространстве
больших размеров, создавая значительно большие длины волн.
Теперь мы можем заняться новым понятием — длиной волны. Очевидно,
необходима совершенно определенная длина трубы, позволяющая воздуху
совершать собственные колебания во время такта, заданного камертоном. Она
соответствует, как мы еще увидим, четверти длины волны датюго тона. Труба
зазвучит снова, если мы понизим уровень воды в ней на велшшпу, равную
трехкратной длине свободного пространства. На рнс. 117 изображены отдельные
стадии (N — нормальное давление, Ü —избыточное давление, U — разрежение,
t — движение воздуха, скорость его движения соответствует длине стрелки):
w ... vw/
i i
i-.w.:
щ
•У/Л
L ц._
i N
t t
4 I 1
1 ф
у
*" -
u.
W:
'$.&'*
t t
V
f t
♦и*
За ней снова следует
первая стадия
Рис. 117. Движение и давление воздуха при более низком звучании трубки
Полной длиной волны считают, например, расстоягахе от одного максимума
избыточного давления до другого. Пространствешпый промежуток между двумя
подобными точками и определяется как длина волны. Между максимумами избыточного
давлеш-ш и разрежешш проходит тогда интервал в половшгу длтпы волшы. Длшга
322
свободного пространства в трубе, определенная экспериментально, равняется
поэтому 1/4 и 3/л длины волны. Труба снова зазвучит при 5/4 длины волны. При
проведегаш этого опыта ученики получат экспериментально подкрепленное пред-
ставление о длине волны звука в воздухе. С помощью камертонов шхзкого или
высокого тона можно показать зависимость ее от частоты. Мы произведем еще
необходимые расчеты. Но уже сейчас мы получили одно такое значение, равное для
камертона ля примерно 80 см. (Точными исследованиями доказано, что колебшше
выходит из трубы па^хлхг, где г — радиус трубы; поэтому паши измерешш грешат
прошв истины примерно на 1 см дшшы, т.е. получаются короче. При этом
предполагается, что камертон, возбуждающий колебашш, находится на расстоянии
нескольких диаметров, а не рядом, как в нашем опыте. На уроке можно пренебречь
всеми этими тонкостями.)
Похожее объясните можно дать и в случае применения трубки Хундта с его
фигурами из пыли. В этом случае мы видим дшшы воли визуально. Поскольку для
обстоятельного проведешш опыта нужно много разного оборудовать, отошлем
читателя к соответствующим книгам (КРЁНКЕ, 1962а). Желательно прибепгуть к
помощи электронного генератора звуковых колебашш регулируемой частоты с
громкоговорителем для воспроизведется высоких частот большой громкости.
В опытах с трубкой Хундта происходит перемещение порошкового
наполнителя везде, где имеет место максимум перемещения воздуха. Это выглядит как
танец в точках гармонических колебаний, там, где они стараются подладиться
под амплитуду основного колебания.
Расстояние между точками максимального перемещения равно половине
длины волны, как это и следует из рассуждений в опыте с водяной трубкой (см.
выше). Фигуры из пыли напоминают звуковые фигуры Хладпи (см. 6-й класс),
с той лишь разницей, что многозвенные звездообразные формы в нашем случае
застыли, позволяя измерить длину.
Если это покажется интересным, то восьмиклассники могут поломать
голову над тем, как меняются движение и давление воздуха в ходе его колебаний в
трубке от стадии к стадии.
Стоячая волна (колебание), поддерживаемая громкоговорителем L:
Стадия
I .НИН Р НИ
Движение воздуха меняет направление
на противоположное, т.е. скорость равна пулю.
-Я-
Разности давлений поворачивают-вспять,
следовательно, равны нулю
323
///
/Я Р Н И II Р
/ -.—гтт: ~~ '- ..«Лл'Лт ■■...:•■— 1
/ ;• .у;...-.; / : • :;.Ч*.;'. '.;*.; -Г. ££$?• Г--.? }.>•/./" •. I
Направление меняется на противоположное
IV
'Я'
-^-> <г«г-<-
Г<--«- ->-> ->—>->
Рис. 118. Стоячие волны в трубке Хундта:
Р — разрежение, И — избыточное давление, Н — нормальное давление, f —
движение воздуха, длина стрелки соответствует скорости перемещения
Воздух в трубке перемещается на несколько тысячных миллиметра; при
небольшой громкости на открытом воздухе это перемещение составляет
несколько миллионных миллиметра.
Примерные задачи для упражнения:
1. Сделать похожий чертеж, изобразив давление, направление и скорость
перемещения для стадии, находящейся точно посередине III и IV.
2. Для стадий с I по IV начертить кривые давления (р) и скорости (v):
Во втором случае поставлена задача перенести величины давления и
скорости, взятые в продольном направлении, т.е. по длине трубы, на чертеж в
поперечном направлении в зависимости от длины трубы / в виде абстрактной
кривой, чтобы получить настоящий график зависимости давления р от /; над
горизонтально проведенной нулевой линией имеется тогда избыточное
давление, иод ней — разрежение.
На графике перемещений следует отложить, скажем, правое направление
скорости (Vf) вверх, а левое вниз.
С помощью таких графиков вполне можно дать объяснение известным
"узлам" и "пучностям" колебаний. Там, где кривая пересекает горизонтальную
ось, находятся "узлы".
2. Воздушные волны
В то время как в герметично закрытом помещении воздушное колебание
застывает на месте со всеми своими узловыми точками и пучностями, на откры-
324
том воздухе оно пускается в путь, распространяясь все шире и шире,
охватывая пространство кругами постоянно растущего размера. Если бросить камень
в пруд, то волны пойдут концентрическими кругами в разные стороны. Нечто
подобное происходит и с колебаниями воздуха.
Волны на воде в центре значительно выше, чем на периферии. Сила волны
(ее размах) уменьшается по мере увеличения площади ее распространения.
Звуковая волна спадает таким же образом; с расстоянием звук ослабевает. Это
ослабление происходит даже быстрее, поскольку звуковая волна
распространяется не по поверхности, как волна круговая, а в целом пространстве
(сферическая волна). Но что же именно перемещается в воздухе, например от
камертона, к нашему уху, когда мы слышим его звучание? В каком виде волна
присутствует в воздухе?
Подсказать, что это такое, может обыкновенная веревка, если ритмично
двигать ее конец вверх-вниз. "Горб" будет перемещаться вдоль веревки. Но такое
движение веревки дает лишь упрощенное представление, здесь речь идет о так
называемых поперечных волнах, поскольку движение веревки идет вверх-вниз,
поперек направления распространения волн, образующих "горбы".
Волны в воздухе представить себе сложнее, чем волны на воде или на
веревке, поскольку в воздухе нет ничего твердого, никакой поверхности. Но у
воздуха имеется ведь свое собственное внутреннее давление, благодаря
которому он и может распространяться за пределы любой поверхности. В воздухе нет
сил, действующих поперек направления распространения. Порция воздуха,
увлеченная в каком-то направлении, будет постоянно, следуя этому порыву,
смещаться все дальше и никогда не будет спешить возвращаться назад. В воздухе
невозможны вышеупомянутые поперечные волны. При распространении воли
воздух никогда не смещается поперек направления распространения! Как это
происходит? Вспомним опыт Ale трубкой, наполненной водой. На
определенных длинах мы слышали звучание трубки, т.е. колебания воздуха были в труб-,
ке стационарными. Перемещение воздуха у отверстия трубки совпадает с
направлением распространения звука, т.е. происходит в направлении наружу
от отверстия. В этом направлении воздух перед трубкой, как видно, то
сжимается, то расширяется. Воздушная волна, таким образом, может возникнуть лишь
благодаря движению воздуха в направлении распространения. Так было в
трубке в опытах AI и А 2. Избыточное давление возникает, когда воздух
движется с разных сторон в одну точку, а разрежение, — когда воздух разбегается
в разные стороны. Обычно точки разрежения и избыточного давления
движутся не так, как колебания в трубке, — они перемещаются через свободное
воздушное пространство все дальше и дальше. В какой-то точке распространения
звука избыточное давление и разрежение постоянно сменяют друг друга.
Каждая точка этого волнового поля совершает, таким образом, колебание подобно
буйку на море, но не поперек, а вдоль направления распространения. Если
звучит музыка на нормальной громкости и средней тональности, расстояния,
которые пробегает небольшая порция воздуха при движении туда-сюда, равны
нескольким миллионным миллиметра. Это значит, что амплитуда движения
воздуха составляет обычно несколько нанометров (нм). Если сделать момен-
325
тальный снимок давления воздуха в области распространения звука, то мы
увидим нечто вроде концентрических сфер-оболочек, попеременно
представляющих избыточное давление и разрежение и находящихся друг от друга на
расстоянии до 40 см, если звучит камертон ля. Чуть позже все сферы-оболочки
смещаются еще дальше, в соответствии со скоростью звука, увеличив свой
диаметр на 2xVxt, где V — скорость звука, t — интервал но времени. По
настроению класса следует решить, надо ли вооружать учеников такими
представлениями или нет. Л вот учитель должен быть во всеоружии.
Резонанс двух камертонов может наглядно продемонстрировать
распространение звука (А 3). Немедленно возникает вопрос: кто заставил звучать второй
камертон? Ответ одни: воздух. Но этот толчок воздуха был, видимо, очень
легким, поскольку даже вблизи от первого камертона, если поднести к нему
руку, не ощущается ни малейшего движения воздуха. Откуда же у воздуха
появилась вдруг сила резинового молоточка? Из повторения! Основную роль
здесь играет резонансная коробка, настроенная на четверть длины волны
камертона. Как известно из опыта с водяной трубкой, четверть длины волны дает
нам резонанс. (Эта четверть стоячей волны па несколько сантиметров
выпирает из широкого отверстия футляра, поэтому футляр и сделан короче на эти
несколько сантиметров.) На входе в приемный футляр попеременно и очень
незаметно происходит то всасывание, то выталкивание воздуха 400 раз в
секунду, вовлекающее в этот процесс стенки футляра. Постепенно в движение
приходит его крышка, затем ножка камертона и наконец вилка последнего. Но
поскольку центры тяжести пластин расположены рядом с точкой опоры
(продолжением ножки), то возникает легкий опрокидывающий толчок в момент
движения ножки вверх. Камертоны имеют одинаковую собственную частоту,
поэтому легкие удары, тысячекратно повторяющиеся один за другим,
поступают как раз в нужный момент. Таким образом, второй камертон постепенно
вовлекается в процесс:
/I д
Рис. 119. Согласованное действие коробок при испускании и поглощении волн
Хорошим примером генерации тонов одним только воздухом служит сирена
(A4). Воздушный поток, идущий через отверстия в диске, то и дело
прерывается при его вращении. Воздух, находящийся на противоположной стороне
диска и продолжающий двигаться, создает па короткое время разрежение. Тут
же па месте оказывается следующее отверстие, через которое проскакивает
следующая порция воздуха. Возникает сжатие..
326
Границы слышимости обозначают самые низкие и самые высокие частоты,
которые может воспринять человеческое ухо. Нижняя граница расположена в
районе 30 Гц; контра-до имеет частоту 33 Гц. У взрослых верхняя граница
диапазона слышимости — это 12—14 тыс. Гц, у маленьких детей — 20 кГц, в
отдельных случаях — даже 24 кГц. Телевизионный трансформатор строчной
развертки имеет частоту 15625 Гц, так что дети, а иногда и подростки слышат
непрекращающийся свист при работе телевизора.
3. Скорость звука
В детстве нас не раз изумляло, что мы видим удар топора, например при
рубке леса, раньше, чем слышим его. Тем не менее, слыша где-то вдали
стрельбу, мы никогда не говорим себе: "Событие уже было, мы узнаем о нем лишь
через несколько секунд". Даже раскаты грома воспринимаются так, будто они
происходят сию секунду. Мы говорим себе: "Вот это грохнуло!" Редко кто
считает секунды с момента вспышки молнии и до раската грома. Ни в сказках,
ни в рассказах не встречается выражение "быстр как звук". Если брать
конкретно, то дело обстоит совсем иначе. Звук и не думает уходить с места своего
рождения, он всего лишь трансформируется. То, что прозвучало как резкий
выстрел, лишь глухо отдается вдали. Сочный звук не только затихает, но и
слышится вдали совсем иначе. Эта внутренняя трансформация требует
времени — времени превращения, а не пробега звука. В процессе трансформации
участвует все окружение, звук меняется в зависимости от характера местности.
Поэтому учитель должен подводить учеников к техническому пониманию
скорости звука лишь постепенно!
Занятия с эхом и реверберацией должны быть прежде измерения времени
пробега при помощи сантиметра и секундомера. Сначала надо расставить
учеников по пути распространения звука и попросить их взмахнуть рукой, чтобы
видеть последовательность (Л 5) прохождения звука. После этого можно
обсудить явление эха (минимальное расстояние до стены для разрешения по времени
составляет 30 м). Очевидно, что звуковые волны отражаются от стены,
подобно волнам на воде. Вся серия волн возвращается в том же порядке назад, звуки
не меняют своей последовательности, слова четко различаются. Низкие
частоты речи (до 100 — 200 Гц в мужском голосе), имеющие большую длину волны,
2 — 3 м, могут попутно отражаться от препятствий с метровыми пробелами,
например от стены леса. Мы слышим, что эхо явно предпочитает низкие тона.
В больших залах и храмах звук раздается гулко, особенно под каменным
сводом, известна и гулкость широких лестничных клеток. За каждым шорохом
следует размытый отзвук, длящийся зачастую несколько секунд. Это
отражения от каменных поверхностей. Речь идет о так называемой плохой' акустике.
Поэтому стены концертных залов отделывают деревом, поглощающим звук и
не дающим отражения. Если каждый музыкальный топ будет еще пару раз
повторяться с некоторым опозданием, то в зале нельзя будет слушать музыку,
даже речь нельзя будет понимать. Совершенно фантастическое многократное
327
эхо существует в круглом низком подземном заде памятника морякам в Лабе
(Киль). Эхо семь раз и с интервалом до двух секунд повторяет любой звук,
постепенно затухая. Каждый шаг слышен так, как будто марширует целая рота.
Очень долго длится реверберация под сводом памятника Битвы народов под
Лейпцигом.
Измерения времени пробега звука в сравнении с оптическим сигналом на
известном отрезке дадут нам скорость звука (А 6). Найденное значение имеет,
разумеется, довольно большую погрешность, прежде всего из-за ошибки при
измерении времени. Точное значение при температуре воздуха 0°С составляет
331,3 метра в секунду, или 1193 километра в час. Примечательно то, что очень
трудно заметить или измерить скорость звука, если звучит музыка или речь,
если какой-то звук раздается длительное время. Для измерений нужен
отрывистый звук, мы измеряем, таким образом, скорее скорость звука при громком
щелчке и хлопке.
Скорость звука V3e возрастает с увеличением температуры t согласно
формуле:
V3B (t) = 331,3 + 0,6t в м/сек [t в °С].
При разной температуре воздуха скорость звука составляет:
Температура воздуха (°С) Скорость звука (м/сек)
- 20 319,3
0 3313
+20 443,3
+40 355,3
Почти в 3 раза выше скорость звука при взрывах и тому подобных
"громких" происшествиях, она достигает 1000 м/сек. Поэтому не следует доверять
измерениям, произведенным в старые времена с помощью выстрелов из орудий
на короткой дистанции (точнее всего было проведено измерение в 1660 году во
Флоренции).
Независимо от температуры воздуха важную роль играет твердость
материалов. Чем тверже и крепче материал, тем больше скорость звука в нем.
Купальщики знают, что под водой можно издать крик. Скорость звука в воде
равна примерно 1500 м/сек, т.е. весьма велика. При взрывных работах под
землей, в широко разветвленных штреках, можно установить скорость звука в
породах, используя электрические сигналы. Она достигает иногда 5000 м/сек.
Скорость звука можно просто вычислить на основе измерений длины
волны, произведенных так, как указано в опытах А 1 и А 2, если известна частота
/*, которую мы научились измерять еще в 6-м классе:
/ — длина волны в метрах,
Ixf = V3b f гДе f ~ частота в герцах (колеб. в сек.)
V3B — скорость в м/сек.
Это можно доказать кратким рассуждением. За секунду любую точку в
звуковом поле пройдут f волн, например f максимумов разрежения, т.е. точка
328
будет колебаться с частотой f (см. выше). Между максимумами разрежения
лежит интервал длиной /, согласно определению длины волны. Итак, волна
проходи г за 1 секунду расстояние, равное f собственным длинам, т.е.
продвигается иа отрезке, равном fxl. Снижение скорости звука на холоде означает,
что духовые инструменты н трубы органа, например в неотапливаемом
помещении (церкви), будут звучать ниже. Рассмотренные выше колебания воздуха
проходят в органной трубе медленнее, воздушная среда возбуждается плохо.
Тем самым снижается скорость звука V3B. Если принять, что колебание
воздуха представляет собой стоячую волну, которая благодаря отражению все время
воз вращается в одно и то же место, то длина волны / должна быть постоянной,
несмотря иа холод, поскольку определяющей для нее является длина трубы.
По раз мы приняли, что fxl = V3Q, и раз V3B стала меньше, то частота должна
пропорционально уменьшиться. Воздух уже не может столь быстро попасть на
точки своих максимумов и минимумов, звук делается ниже. Если в церкви
всего 5°С, то орган звучит на четверть тона ниже, чем камертон или тот же
орган при 15°С. То же происходит и у музыкантов, играющих на медных
духовых инструментах, которые вовсе не нагреваются, когда в них дуют. И наоборот,
тс музыканты, которые играют иа деревянных духовых инструментах,
согревают своим дыханием инструмент во время игры, чтобы тон не стал выше, они
играют, следовательно, нормально н потому выше, чем орган.
Определение направления на источник звука связано в нижних диапазонах
частот с разным временем пробега. Явления и эксперименты описаны в соот-
встствуюидих работах (СТЕФЕНС, 1970а; ПРОЛЬ, 1969). Например, берется
пластмассовый шланг толщиной в палец, кладется ученику на плечи, оба конца
приложены к его же ушам. Если теперь постучать рядом с маркировкой
посередине шланга, то ученик услышит звук слева, поскольку ои поступит в левое
ухо чуть раньше, чем в правое. При высоких частотах происходят небольшие
различия в интенсивности, вызванные экранирующим эффектом собственной
головы н направлением входа в орган слуха.
4. Вакуум
Достойно завершить развитие наших представлений о роли воздуха нам
помогут опыты с вакуумом. Что представляет собой вакуум и чем он
отличается от обычной атмосферы, мы рассмотрели в разделе "Аэромеханика". Сперва
продемонстрируем, как затихаег звук электрического звонка под колпаком
воздушного насоса, если из последнего откачивать воздух (А 7). Там, где нет
воздуха, нет атмосферы, царит вечная тишина.
Все вещи в вакууме существуют сами по себе и ие могут вступить в контакт.
Музыка и пение парят лишь в "струях эфира", иначе говоря, существуют в
шумных и оживленных местах вблизи от поверхности Земли и не могут
существовать в подземелье или в почти безвоздушном пространстве высоких слоев
атмосферы. В подводной глубине также становится тише, и настоящие рыбы
тоже молчат. В подземных выработках царит давящая тишина. Возможны лишь
329
посторонние звуки, сама же природа здесь застыла в мертвой тишине. Такая
же тишина царит в верхних слоях атмосферы, выше 100 км.
5. Переживание звука
В 6-м классе мы шли от музыки через интервалы к пронзительному тону
фигур Хладни и к постукиванию. В 7-м классе мы занялись "стерильным"
звучанием камертона и пришли к картонной трещотке. В 8-м классе зазвучали
трубки, в которых были возбуждены колебания воздуха. После звучания
камертона и скулящего звука динамической сирены мы пошли дальше, определяя
скорость звука с помощью устройств-хлопушек. И заверит ли изучение
звуковых колебаний опытами в вакууме.
Несмотря на кажущуюся ясность понятий, связанных с механическими
колебаниями, следует иметь в виду, что в действительности происходит
"столпотворение" бесчисленных отдельных воли, что звуки приходят с разных
направлений, пронизывая друг друга, и все же воспринимаются ухом,
определяющим заодно н направление, откуда идет звук, по отдельности. Далее у
камертона есть свои гармонические составляющие, которые мы наблюдали в 7-м
классе в опыте А б с закопченной пластинкой, вычерчивая на ней волнистую
линию стальным пером, закрепленным на звучащем камертоне, и получая
кружевной рисунок. И именно на основе гармогагческнх колебаний, возникающих
по отдельности в гармоническом ряду духовых инструментов, можно
построить звукоряд. Таким образом, мы направили свое внимание не только на
выработку четких представлений, но и на восприятие всего многообразия звуков, иа
упорядочение качественных характеристик звучания. Ведь конечная задача
состоит в том, чтобы научить детей восприятию того, что звучит в мире,
заботясь о полном и зрелом понимании ими всего происходящего.
330
Описание опытов к разделу
"Акустика в 8-м классе"
А 1. Трубка, наполненная водой
о
»V
i
I
Рис. 116. Трубка, наполненная
водой, с изменяемым уровнем
Поднимая склянку для установки подходящего уровня и ослабляя зажим шланга, добиться
медленного подъема воды в трубке. Методом проб, постояшю заставляя звучать
камертон, определить, в каком месте звук усиливается (наступает воздушный резонанс в
трубке). Эти точки незаметно пометить для себя перед показом опыта.
А 2. Воющая труба
Взять гофрированный шланг длиной до 73 см и диаметром до 4 см (например,
внешнюю оболочку кабеля, похожую на шланг от пылесоса). Держа его за один конец,
раскрутить шланг над головой. Раздастся звук частотой 440 Гц. Чем сильнее раскрутка, тем
выше обертон. Основной тон мы услышим, если будем дуть в шланг как в гори или если
постучим по отверстию лежащего шланга.
A3. Резонанс
Взять два одинаковых камертона, поставить на деревянные коробки. Один оставить
у всех на виду, другой спрятать в соседней комнате. Кроме того, разместить еще
несколько камертонов другой частоты более-менее открыто в разных местах. Если ударить
молоточком по первому из двух одинаковых камертонов, то он зазвучит. Если через,
скажем, две секунды зажать его рукой, то звук не прекратится. Звук идет тише — но откуда?
Наконец находят спрятанный камертон, зажимают его рукой и тем самым устанавливают
331
его соучастие в колебаниях. Когда второй камертон войдет в резонанс, зажать его рукой:
звук между тем уже перейдет на первый камертон, который отзвучал ранее.
Если приделать к дырочной сирене двигатель с переменной скоростью вращения пли
если запускать ее вручную, но очень равномерно, то можно заставить камертон зазвучать
от сирены.
A4. Дырочная сирена
Дуя в дырочки, расположенные кругами па вращающемся диске, молено заставить звучать
целые гаммы и интервалы. При постоянном вращении частоты разных кругов
соотносятся как число дырочек на круге. В этом отношении данный опыт мог бы подкрепить наш
показ в конце 7-го класса, при изучении раздела акустики. (Имеется в виду демонстрация
отношений частот различных интервалов.) Вместо того чтобы дуть в дырочки, можно взять
картонку. Звук появится, если провести ею но дырочкам при вращении диска.
А 5. Распространение звука
Сделать хлопушку из двух длинных дощечек с шарниром посередшю. Картонные флажки
на дощечках позволяют видеть момент хлопка и с расстояния более 100 м. Поставить трех
учеников на расстоянии 100, 150 и 200 м и завязать им глаза. Они должны дать отмашку
при звуке хлопка (предварительно необходимо потренироваться, поскольку они услышат
хлопок с интервалом в доли секунды).
А 6. Скорость звука
Расставить учеников на расстояшш до 200 м от хлопушки (см. предыдущий опыт), снабдив
их секундомерами для фиксации промежутка между видимым и слышимым хлопками. После
этого обойти всю дистанцию, катя перед собой колесо от велосипеда и считая его обороты.
До этого в классе определить периметр колеса по окружности.
В случае ветра приходится определять интервал в обоих иаправлешшх (но ветру и против
ветра).
А 7. Вакуум
Откачать воздух из-под колокола, под которым находится электричесюш звонок. О гкачку
произвести по возможности вручную, можно с помощью водоструйного насоса. По мере
откачки звонок слышен все тише. Чтобы звук не проходил через подставку, надо
поместить звонок на резиновый коврик или повесить его на шнур. Колокол воздушного насоса
должен выдерживать большое разрежение и воздействие огромных внешних сил,
грозящих его раздавить. Поэтому надо обращаться с ним очень осторожно. Собственно говоря,
этому опыту место в разделе аэромеханики.
332
Список литературы
ADAM, Konrad (1980): Die Such? nach dem
Kanon, in: Frankf. Allg. Zeit, vom
15.12.1980, S.21
ÜARAVALLE, II.v. (1951): Physik als reine
Phänomenologie, Bd.3 Akustik und
Optik; Troxlcr Verlag, Bern
BARAVALLE, II.v. (1954): Physik als reine
Phänomenologie, Bd.2; Troxler Verlag,
Bern, S.207
BAUER, Hermann (1966) in:
Erziehungskunst, 30. Jg., S.13
BAUER, Hermann (1968): Aus dem Reich
der Uchtcrschcinungcn; Erzichungskunst,
32 . Jg., Hefte 10/11, S.346/404
BAUER, Hermann (1976) in: Mathematischc-
Physikalische Korrespondenz, Nr. 100, Juli
76
BAUMGART, U. (1982) et al.: Übersicht
Ober wichtige wissenschaftstheoretische
Fragestellungen und Positionen; in: Der
Physiküntcrricht, Jg. 16 (Mai/82), S.5
BAUMGART, U. (1982 a): s. Baumgart
1982, S.13
BAUMGART, U. (1982 b): s. Baumgart
1982 S 8
BERGMANN-SCHÄFER (1965): Lehrbuch
der Experimentalphysik, 1. Bd.; De
Gruyter Verlag, Berlin
BERKELEY, George (1710/1734): Die
Prinzipien der menschlichen Erkenntnis;
Felix Meiner Verlag, Hamburg, 1957
BÖHME, Gernot (1979): Entfremdete
Wissenschaft; Suhrkamp TB Verlag,
Frankfurt, S.126
BÖHME, Gernot (1980): Alternativen der
Wissenschaft; Suhrkamp TV Verlag,
Frankfurt, S.246/247
BÖHME, Gemot (1981)in: DUIT/JUNG/
PFUNDT: AJItagsvorstcllungcn und
naturwissenschaftlicher Unterricht; Aulis
Verlag, Köln, S. 109/111
BRÜDER GRIMM: s. Grimm
BUROW, Olaf-Axel; SCHERP, Karlheinz
(1981): Lernziel Menschlichkeit; Koscl
Verlag, München, S.170 f
CANTZ, Rudolf (1986): Wesenszüge der
Elektrizität; Verlag der Kooperative
Dürnau, 7952 Dürnau, S.75
CHRISTEN, Rudolf (1980): Ist der
Chemieunterricht tatsächlich in eine
Sackgasse geraten?; in: Der
mathematische und naturwissenschaftliche
Unterricht, 33. Jg., S.482
CLUB OF ROME (1979): Das menschliche
Dilemma; Moldcn-Verlag, Wien
DESCARTES, Rene (1641): Meditationen;
Felix Meiner Verlag, Hamburg I960, S.39
Descartes, Rene (1644): Die Prinzipien der
Philosophie; Felix Meiner Verlag,
Hamburg 1965
DIJKSTERHUIS, E.J. (1956): Die
Mechanisierung des Weltbildes; Springer
Verlag, Berlin, S.89
DUIT, Reinders; JUNG, Walter; PFUNDT,
Helga (1981): Alltagsvorstellungen und
naturwissenschaftlicher Unterricht; Aulis
Verlag, Köln, S.VII
DUIT, Reinders (1981a); s. Duit 1981,
insgesamt
DUIT, Reinders et al. (1981b): Unterricht
Physik; Aulis Verlag, Köln, S.160
DUIT, Reinders (1982): Erlernen
physikalischer Begriffe im
Physikunterricht — ein zu hoher Anspruch für die -
Sekundarstufe I?; in: Der Mathematische
und naturwissenschaftliche Unterricht,
Jg.35, S.289
FEYERABEND, Paul (1981): Erkenntnis für
freie Menschen; Suhrkamp, S.18
FISCIIER-WASELS, Horst (1978): Non
vitae, sed scholae diseimus?; in: Die
höhere Schule (9/78), S.339
FLÜGGE, Johannes (1979):
Vergesellschaftung der Schüler (Rehabilitierung der
Sinnestätigkeit); Verlag Julius
Klinkhardt, Bad Ileilbrunn, S.72/73
FRAUNBERGER, Fritz (1960): Elektrizität
im Barock; Aulis Verlag, Köln, S.10 f u.
S.198 f
FRAUNBERGER, Fritz (1960 a): Vom
Frosch zum Dynamo; Aulis Verlag, Köln
S.103
FROMM, Erich (1976): Haben oder Sein;
Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, S.38
FROMM, Erich (1976 ä): s. Fromm 1976,
S.152
FUNN (1977): Hallo Mister Gott, hier spricht
Anna; Scherz Verlag, München
FYNN (1977 a): s. Fynn, 1977, S.100 f
GALILEI, Galileo (1638): Unterredungen
und mathematische Demonstrationen über
zwei neue Wissenschaftszweige, die
Mechanik und die Fallgesetze betreffend;
Wissenschaftliche ßuchgescllschaft,
Darmstadt, 1964, S. 17
GÖGELE1N, Christoph (1972): Goethes
Begriff von Wissenschaft, Einzelarbeitcn
aus dem Max-Planck-Institut zur
Erforschung des Lebensbedingungen der
wissenschaftlich-technischen Welt, Hrsg:
С F. von Weizsäcker; Ilanscr-Verlag,
München; S.66 f
GOETHE, Johann Wolfgang v. (1808): Faust
I; J.G.Cotta'sche Buchhandlung
Nachfolger, Stuttgart 1951, S.176; Zeile
534; Szene: Nacht .
GOETHE, J.W. (1811): Dichtung und
Wahrheit; Kapitel: 4. Buch
GOETHE, J.W. (1815): Zur Farbenlehre, 2.
Bd.: Materialien zur Geschichte der
333
Farbenlehre; Kapitel: Betrachtungen über
Farbenlehre und Farbenbehandlung der
Alten; enthalten z.B. in : Goethes
naturwissenschaftliche Schriften, Hrsg. R.
Steiner, 4. Bd., erste Abteilung, Union
Deutsche Vcrlagsgescllschaft, Leipzig
ojg. (1920)
GORSCHLÜTER, Hans-Peter (1979)
Vorwort in Wolfgang Zöller: Gemeinsam
Lernen; Ehrcnwirth Verlag, München, S.7
GRIMM, DIE BRÜDER (1819): Kinder- und
Ilausmärchen; Bardtcnschlagcr Verlag,
München o..Jg. S.83 («Das tapfere
Schneidcrlein»)
GRZIMEK (1973): Tierlcbcn, Sonderband
Vcrhaltensforschun; Kindeier Verlag,
Zürich, S.131 f
IIARRER, Heinrich (1977): Sieben Jahre
Tibet; Ullstein TB Verlag, Frankfurt
HASS, Hans (1976): Welt unter Wasser
(Kapitel: Die Geburt des Fischmenschen
und folgendes), Heyne TB Nr. 7020,
München
HECHT, Karl (1980) in: Der mathematische
und naturwissenschaftliche Unterricht,
33. Jg., S.221 f
HEISENBERG, Werner (1959): Physik und
Philosophie; Ullstein Verlag, Frankfurt/
M.f S.35/40/111/112
IIELMIIOLTZ, H.v. (1857): Über die
physiologischen Ursachen der
musikalischen Harmonie; in z.B.
Deutscher Geist, Hrsg: Oskar Locrke, S.
Fischer Verlag, Berlin 1942
HOFFMAN, Kenneth A. (1988): Umkehr des
Erdmagnetfeldes: Aufschluß über den
Geodynamo; in: Spektrum der
Wissenschaft, 7/1988
HÖFLING (1980): Physik Bd.I; Dümmlcr
Verlag, Bonn, S.162 f
HUBER, F.O980 und 1981) Leitartikel in:
Nachrichten aus Chemie, Technik und
Laboratorium, Jg. 28 S.5G9 und Jg 29,
S.533
HÜBNER, Kurt (1979): Kritik der
wissenschaftlichen Vernunft; Verlag Karl
Alber, Freiburg/München, S.275/27G
HÜBNER, Kurt (1979 a): s. Hübner 1979,
S.280
HÜBNER, Kurt (1979 b): s. Hühner, 1979,
S.219
HÜBNER, Kurt (1979 c): s. Hübncr, 1979,
S.377
IMSCI1WE1LER, Volker (Hrsg.) (198G):
Materialien zur Gestaltpädagogik;
Hessisches Institut für Lehrcrfortbildung:
Reinhards Waldschule, 3501 Fuldatal/
Kassel
JONAS, Hans (1981): Im Zweifel für die
Freiheit? Interview in: Nachrichten aus
Chemie, Technik und Laboratorium 29,
S.434
JULIUS, Frits IL (1984): Entwurf einer
Optik; Verlag Freies Geistesleben,
Stuttgart, S.77
JUNG, Walter (1979): Aufsätze zur Didaktik
der Physik und Wissenschaftstheorie;
Verlag Dicstcrweg, Frankfuit/M., S.iG
JUNG, Walter (1979 a): s.Jung 1979, S.34
JUNG, Walter (1980): Ist elemental isierter
Physikunterricht noch zeeitgemäß?; in:
Der mathematische und
naturwissenschaftliche Unterricht, 33. Jg.,S.472
JUNG, Walter (1980 a): s. Jung 1980, S.471
JUNG, Walter; WIESNER, IL; ENGEL-
IIARDT, P.0981): Vorstellungen von
Schülern über Begriffe der Ncwtonschcn
Mechanik; Didaktischer Dienst, Verlag
Barbara Franzbecker, Bad Salzdetfurth,
S.2/3
JUNG, Walter (1981 a): s. Duit et al. 1981,
S.13
JUNG, Walter (1981 b): s. Duit et al. 1981,
S.G9
JUNG, Walter (1981 c): s. Duit et al. 1981,
S.66
JUNG, Walter (1981 d): s. Duit et al. 1981,
S.9
JUNG, Walter (1981 e): s. Duit et al. 1981,
S.14 u. S.82
JUNG, Walter (1981 f): s. Duit et al. 1981,
S.G9
JUNG, Walter (1982): Phänomen, Begriff,
Theorie — 3 Thesen zur
Wissenschaftstheorie und Didaktik der Physik; in: Der
Physikuntci rieht, Jg.16 (Mai, 1982), S.28
JUNG, Walter (1982 a): s. Jung 1982, S.23
JUNG, Walter (1982 b): s. Jung 1982, S.28
u. S.29
KALEVALA (1929): Nationalcpos der Finnen
übertragen von Schiefner und Bubcr;
Lambcit Schneider Verlag, Berlin
KEBSCIIULL, W.(1980):«Ilundcrt Jahre
Glühlampen»; in Spektrum der
Wissenschaft, 1/1980, S.li
KEMPAS (1982): Ausstellungskatalog
Spiegelbilder; Verlag und Versand:
Fröhlich und Kaufmann, Berlin 65,
Wildenowstr.5
K1NZEL, Helmut (1979): Wissenschaftliche
Erkenntnis und menschliches Erleben; in:
Biologie in unserer Zcit,9.Jg.,S.112
KLINGENBERG, Günter: Der übertriebene
Anspruch, die unsozialen Folgen des
wissenschaftsorientierten Unterrichts; in:
Frankf. Allg. Zeitung vom 18.8.1982, S.19
KRAUL, Walter (1992): Wärme und Kälte.
Aus dem Physikuntenicht der Mittelstufe;
in Erzichungskunst, Jg.5G (Mai/92),
Verlag Freies Geistesleben, Stuttgart
334
KRÖNCKE, Helmut (1962): Mechanische
Schwingungen und Schall; August Lax
Verlag, Hildesheini
KRÖNCKE, Helmut (I9G2 a): s.Kröncke
1962, S.85 f
KUHN, Wilfried (1975): Physik Ud.I;
Westermann Verlag, Braunschweig,
S. W 28
KUHN, Wilfried (1975 a und b): s. Kulm
1975, S. M54/E37
LAVATER-SLOMAN, Mary (1974):
Elisabeth I.; in: Die Großen der
Weltgeschichte, Hrsg. Kurt Fassmann,
Bd.5, Kindlcr Veilag, Zurich (30 Seiten)
LAVATER-SLOMAN, Mary (1974): Elisabeth
I.; Bastci-Lübbc-TBNr.G1039, Bcrgisch-
Gladbach 195G/1979
LEBER, Stefan (1981): Gcschlechtlichkcit
und Erziehungsauftrag; Veilag Freies
Geistesleben, Stuttgart
LINDBERGH, Chailcs (195G): Mein Flug
über den Ozean; Fischer Veilag, Berlin,
S.389 ff
LINDENBERG, Christoph (1981): Die
Lebensbedingungen des Erzichcns;
Rowolth Verlag, Hamburg
LINDENBERG, Christoph (1981 a):
s.Liudenbcrg 1981, S.52
LONDON, Jack (1910): Alaska-Kid, Kid und
Co.; Arena Verlag, Würzburg 1973
MACKENSEN, Manfred v. (1980/83):
Erzichungskunst; 44Jg.,S.l f (1980),
wieder abgedruckt in: Felder, Strahlen
und Atome; (1983/88), s.Schriftcnliste
S.231
MACKENSEN, Manfred v. (1981): Ein
Kapitel Optikunterricht —das freie Bild;
in: Elemente der Naturwissenschaft, Nr.34
(Heft 1/81), Philosophisch-
Anthroposophlschcr Verlag, Dornach/
Schweiz, S.l
MACKENSEN, Manfred v. (1987):
Optikunterricht; s. Schriftcnliste, S.231
MACKENSEN, Manfred v. (1993): Felder,
Strahlen und Atome; s. Schriftcnliste
S.231
MACKENSEN, Manfred v. (1987 a und b):
Feuer — Kalk —Metalle und Stärke,
Eiweiß, Zucker, Fett; S. 122 f/85 F; s.
Schriftcnliste, S.231
MAI ER, Geoig (1977): Der Zusammenhang
des Weltbildes am Licht; in: Bockcmühl,
J. (11rsg.), Erschcinungsformen des
Ätherischen, Verlag Freies Geistesleben,
Stuttgart, S.57 .
MAI ER, Georg (1981) in: Elemente der
Naturwissenschaften, u.a. Hefte: 2/1973,
2/1975, 1/1977, 2/1981; Philosopbisch-
Anthroposophischer Veilag, Dornach/
Schweiz; ferner in MAIER, 1977
MAIER, Georg (1986): Optik der Bilder;
Verlag der Kooperative Dürnau, 7952
Dümau
MEVES, Christa (1981): Die Schulnöte
unserer Kinder; Gütersloher Verlagshaus,
Gütersloh, S.125/129
MEVES, Christa (1982): Problemkinder
brauchen Hilfe; Verlag Herder, Freiburg,
S.64
NIEDDERER, Hans (1982):
Vorbemerkungen; in: Der Physikunterricht, Jg. 16
(Mai/82), S.3
NIEDDERER, Hans et al. (1982): Ziele und
Methodik eines wissenschaftstheoretisch
orientierten Physikunterrichts in: Der
Physikunterricht, Jg.16 (Mai/82), S.65
PESTALOZZI, Hans Л. (1979): Nach uns die
Zukunft; Kösel-Verlag, München
PETZOLD, ILG.; BROWN, G.J. (1977):
Gestaltpädagogik; Verlag J. Pfeiffer,
Mühchen, S.39
PFROGNER, Hermann (1976): Lebendige
Ton weit; Langen-Müllcr Verlag,
München, 1976, S.240 f
PICCARD, J.; BEEBE, W. (1977): 1100 m
unter dem Meeresspiegel; Arena Verlag,
Würzburg
PLINIUS der Ältere: Histor., nat., lib.
XXXVI c.16
POHL, R.W. (1969): Mechanik, Akustik und
Wärmelehre; Springer Verlag, Berlin,
S.239
POST, Laurens v.d. (1962): Das Herz des
kleinen Jägers; Karl IL Heusei Verlag,
Berlin, S.287
PRESS, IIJ. (1977): Spiel -
das Wissenschaft; Otto Maier Verlag,
Ravensburg, Exp.-Nr.60
RITTER, Christiane (1978): Eine Frau erlebt
die Polarnacht; Ullstein Verlag, Berlin
RUMPF, Horst (1976): Gespräch mit Martin
Wagenschein; in dessen: Naturphänomene
sehen und verstehen; Hrsg. Christoph
Berg, KIctt Verlag, Weinheim 1980, S.22
RUMPF, Horst (1980): Kein Leitfossil; in: s.
Rumpf 1976, S.357/358
SACIIER, Werner (1980): Muß der Lehrer
eine Persönlichkeit sein?; in: Die
Bedeutung de Lehrerpersönlichkeit für
Erziehung und Unterricht, Hrsg. Hans
Gröschel, Ehrenwirth Verlag, München,
S.44
SCIILICHTING, II.J. (1992): Spielzeug im
Physikunterricht; in:Praxis der
Naturwissenchaften, Jg.41 (März/92);
Aulis Verlag Dcubner & CO KG, Köln
SCIIORMÖLLER, Josef (1974): Lehrbuch
der Lcbcnsmittelchcmie; Springer Verlag,
Berlin, S.221
335
SCHRÖDER, et al. (1975): Physik und
Chemie 5/6; Cornelsen-Velhagen-Klasing-
Verlag, Berlin, S.100 f
SCIIUBERTII.E. (1979) in: Dieter Volk
(Hrsg.): Kritische Stichwörter —
Mathematikunterricht; Wilhelm Fink
Verlag, München, S.350 f
SCHUMACHER, E.F. (1979): Rat für die
Ratlosen; Rowolth Verlag, Hamburg,
S.166 f
SENNER (1974): Europa-Fachbuchreihe f.
elektrotechnische Berufe Fachkunde ET,
S.35 ff
SILKENBEUMER, Rainer (1981):
Model Ischulen — Schulmodelle;
Fackelträger Verlag, Hannover, S.14/15
SOLSCHENIZYN, Alexander (1970): Im
Interesse der Sache; Luchtcrhand Verlag,
Berlin, S.265 (Das Spiegelbild im
Wasser)
SPIES, Werner (1979): Morphologische
Didaktik; Schroedel Verlag, Hannover,
S.35
SPIES, Werner (1979 a): s. Spies 1979, S.34
SPÖRLE, Erich (1982): Gedanken zur
gegenwärtigen Situation der Schul
biologic; in: DER Mathematische und
naturwissenschaftliche Unterricht, Jg.35
(7/82)
STADLER, M. (1975): Psychologie der
Wahrnehmung; Juventa-Verlag, München,
S. 153 ff
STEINER, R. (1886), Vorrede in: Goethes
naturwissenschaftlichen Schriften (Hrsg.
R.Steiner) 3.Bd.; Union Deutsche
Verlagsgesellschaft, Leipzig o.Jg., S.XXI
(GA1)
STEINER, R. (1911): Die Evolution vom
Gesichtspunkte des Wahrhaftigen; Rudolf
Steiner Verlag, Dornach/Schweiz 1979,
S.34 f, Vortrag v.7.11.1911 (GA 132)
STEINER, R. (1818): Die Philosophie der
Freiheit; Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 1963 (GA 4) Goethes
Weltanschauung (1921); Rudolf Steiner
Verlag, Dornach/Schweiz 1963 (GA 6)
Die Rätsel der Philosophie (1923); Rudolf
Steiner Verlag, Dornach/Schweiz, 1968
(GA 18) Grundlinien einer
Erkenntnistheorie der Goetheschen Weltanschauung
(1924); Rudolf Steiner Verlag, Dornach/
Schweiz, 1979 (GA 2) Goethes
Naturwissenschaftliche Schriften,
Einleitungen (1883); Rudolf Steiner
Verlag, Dornach/Schweiz 1973 (GA 1)
STEINER, R. (1892): Wahrheit und
Wissenschaft; Rudolf .Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 1980 (GA 3)
STEINER, R. (1918 a): Philosophie der
Freiheit; Philosophisch-anthroposophi-
scher Verlag, Dornach/Schwciz, 1949;
S.73f/123 f(GA4)
STEINER, R. (1919): Erzichungskunst -
Seminarbesprechungen; Rudolf Steiner
Verlag, Dornach/Schweiz, 1969, S.166,
Lehrplanvortrag v.6.9.1919 vormittags
(GA 295), Erziehungskunst- Methodisch-
Didaktisches; Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schwciz, 1974; Vortrag v.
21.8.1919 (GA 294)
STEINER, R. (1919 a): Allgemeine
Menschenkunde als Grundlage der
Pädagogik; Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 1960, S.108 f, Vortrag
v.28.8.1919(GA293)
STEINER, R. (1919 b):
Geisteswissenschaftliche Impulse zur Entwicklung der
Physik, 1. naturwissenschaftlicher Kurs:
Licht, Faibc, Ton, - Masse, Elektrizität,
Magnetismus; Rudolf Slcincr Verlag,
Dornach/Schwciz 1964, S.10S f, Vortrag
v. 29.12.1919 (GA 320)
STEINER, R. (1919 c.d.f): s.Stcincr 1919 a,c:
S.36, Vortrag v.22.8.1919; d: Vorträge
v.22.8. u.23.8.1919
STEINER, R. (1919 c): s.Stcincr 1919 a,c:
S.36, Vortrag v.22.8.1919; d: Vorträge
v.22.8. u.23.8.1919
STEINER, R. (1919 f,c,d): s.Stcincr 1919 a,c:
S.36, Vortrag v.22.8.1919; d: Vorträge
v.22.8. u.23.8.1919
STEINER, R. (1919 e): s.Stcincr 1919 b
STEINER, R. (1920): Die Erneuerung der
pädagogischdidaktischen Kunst durch
Geisteswissenschaft; Rudolf Sleiner
Verlag, Dornach/Schwciz, 1958, S.122,
Vortrag v.3.5.1920(GA 301)
Die pädagogische Praxis vom
Gesichtspunkt geistcswissenchaftlichcr
Mcnschcncrkcnntnis (1923); Rudolf
Steiner Verlag, Dornach/Schwciz, 1956,
S.106f (GA306)
STEINER, R. (1920 a):
Geisteswissenschaftliche Impulse zur Entwicklung der
Physik, 2. naturwissenschaftlicher Kurs,
14 Vorträge; Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 1972/1979 (GA321)
STEINER, R. (1921): Die gesunde
Entwicklung des Leiblich-Physischen [...];
Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz,
1969, S.161; Vortrag v. 31.12.1921
(GA 303)
STEINER, R. (1924): Die Kunst des
Erziehcns aus dem Erfassen der
Menschen Wesenheit, Vortrag v. 19.8.1924;
Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz
1963, S.113f (GA 311)
Der pädagogische Wert der
Mcnschcncrkcnntnis und der Kulturwert der
Pädagogik; Rudolf Steiner Verlag,
336
Dornach /Schweiz, 1965, S.8I f; Vortrag
v.20.7.1924 (GA310)
STEINER, R. (1924 a): Anthroposophische
Pädagogik und ihre Vorraussetzungen;
Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz,
1972, S.7G f; Vortrag v.17.4.1924 (GA
309) Die gesunde Entwicklung des
Leiblich-Physischn als Grundlage der
fieien Entfaltung des Sclisch-Gcistigenn
(1922); Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 1969, S.208 f und
S.227; Vorträge v.2.1. und 3.1.1922
(GA 303) Gegenwärtiges Geistesleben und
Erziehung (1923); Rudolf Steiner Verlag,
Dor nach/Schweiz, 1957 S.178; Vortrag
v.15.8.1923(GA307)
STEINER, R. (1924 b): Konferenzen mit den
Lehrern der Freien Waldorfschulen in
Stuttgart 1919-1924, 3.Dd.; Rudolf
Steiner Verlag, Dornach /Schweiz, S.147,
Konferenz v. 29.4.1924 (GA 300/3)
STEINER, R. (1924 c): Zum Problem der
Linkshändigkeit für die medizinisch-
hcileurythmische Arbeit, Auszüge und
Beiträge, 1978; Berufsverband
Ileileurythmie e.V., 7000 Stuttgait 1,
Amciscnbergstr., 2G
STEINER, R. (1925): Anthroposophische
Leitsätze; Rudolf Steiner Verlag,
Dornach/Schweiz, 197G; letzter Leitsatz:
Von der Natur zur Unternatur (GA 26)
STEVENS.S.S. (1970): Schall und Gehör;
Rowohlt TB Verlag, Hamburg, S.10
STEVENS.S.S. (1970 a): s. Stevens, 1970,
S.105 f
STIEGLER (1976): Physik 1 der Reihe Natur
und Technik; Cornclsen-Velhagen-Klasing
Verlag, Berlin, S.81 f
STIEGLER (1976 a): s.Sticgler, 1976, S.101 f
STi ERLEN, iL (1976): Isfahan, Spiegel des
Paradieses; Atlantis Verlag, Zürich,
Vorwort
STIFTER, Adalbert (1845): Bunte Steine;
Wilhelm Goldmann Verlag, München,
S.137 ff
STOCKMEYER, E.A.Käil (1976): Rudolf
Steiners Lehrplan für die Waldorfschulen;
Hrsg. Pädagogische Forschungsstclle beim
Bund der Freien Waldorfschulen
Stuttgart, 1976
THES1NG, Jan (1981): Chemie zum Anfassen;
in: Nachrichten aus Chemie, Technik und
Laboratorium, Jg.29 S.683
UNGER, Georg (1961): Vom Bilden
physikalischer Begriffe II; Verlag Freies
Gcistcslben; Stuttgart, S. 12/14 u. S.44
UNGER, Georg (1967): Vom Bilden
physikalischer Begriffe, Bd.2 u. 3.; Verlag
Freies Geisteslben; Stuttgart, S.12/14 u.
S.44
WAGENSCHEIN, Martin (1965):
Ursprüngliches Verstehen und exaktes
Denken; Ernst Klett Verlag, Stuttgart,
S.209
WAGENSCHE1N, Martin (1968): Verstehen
lehren; Beltz Verlag, Weinheim;
Naturphänomene sehen und verstehen;
Hrsg. Hans Christoph Berg, Ernst Klett
Verlag, Weinheim, 1976
WAGENSCIIE1N, Martin (1968 a):
Verstehen lehren; Beltz Verlag,
Weinheim, S.55 f
WAGENSCHEIN, Martin (1980):
Naturphänomenc sehen und verstehen;
Hrsg. IL Chr. Berg. Klett Vcilag,
Stuttgart
WAGENSCHEIN, Martin (1980 a):
s.Wagnschein, 1980, S.98
WAGENSCHEIN, Martin (1980 b):
s.Wagnschein, 1980, S.93
WEIZSÄCKER, Carl Friedrich v.(1971): Die
Einheit der Natur; Hanser Verlag,
München, S.244 f
WIELAND, Wolfgang (1981): Möglichkeiten
und Grenzen der Wissenschaftstheorie; in:
Angewandte Chemie, 93. Jg., S.633
WILLIAMS, Neville (1972): Elisabeth I
(The life and times of Elisabeth I,
London, 1972); übersetzt beim Brockhaus
Verlag, Wiesbaden, 1978
WOLF, Erich (1973): Die Musikausbildung,
Bd.l, Allgemeine Musiklehrc; Breitkopf-
und Härtel-Verlag, Wiesbaden
ZIETZ, Karl (1969): Kind und physische
Welt; Köscl Verlag, München, S.45/46
ZIETZ, Karl (1969 a): s. Zictz, 1969, S.53/54
ZIETZ, Karl (1969 b): s. Zietz, 1969, S.58
ZIETZ, Karl (1969 c): s. Zietz, 1969, S.49
ZISCI1KA, Anton (1962): Pioniere der
Elektrizität; Bertelsmann Verlag,
Gütersloh, S.102 ff
ZÖLLER, Wolfgang (1979): Gemeinsam
lernen; Ehrcnwirth Verlag, München, S.87
ZWEIG, Stefan (1927): Sternstunden der
Menschheit; Fischer Verlag, Frankfurt,
1984,S.154 f
337
Дополнительный список литературы на русском языке
(составитель — С. А. Ловягин)
1. Араго Д.Ф. Биографии знаменитых астрономов, физиков, геометров.
Т. I — III. СПб., 1859-1861.
2. Гете И.В. Учение о цвете//Гете И.В. Избранные сочинения по
естествознанию. М.;Л.: Наука, 1957.
3. Гете И.В. Избранные философские произведения. М.: Наука, 1964.
4. Голип Г.М. Филонович СР. Классики физической науки//Справ.
пособие. М.: Высшая школа, 1989 (хрестоматия научных текстов).
5. Демонстрационные опыты по физике в б—7-м классах. М.:
Просвещение, 1970.
6. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе.
Ч. 1-Й. М.: Просвещение, 1978-1979.
7. Кудрявцев П. С. История физики: В 3 т. М., Учпедгиз-Просвещение,
1948-1971.
8. Лакур /7., Аппель Я. Историческая физика. Т. 1—2. Одесса. Mathe-
sis, 1908.
9. Jlitncon Г. Великие эксперименты в физике. М.: Мир, 1972.
10. ЛихтепштадтВ.О. Гете. Борьба за реалистическое мировоззрение. —
СПб.: Гос.изд., 1920.
И. Ловягин С.А. Формирование ориентировки в теоретическом и
эмпирическом знании при обучении школьников//Дис. канд. пед. наук.
М., 1992.
12. Льоцци М. История физики. М., Мир, 1970.
13. Перельман Я.И, Знаете ли вы физику? М.: Наука, 1979.
14. Перельман Я.И. Занимательная физика. Кн. 1. М.: Наука, 1979.
15. Перельман Я.И. Занимательная физика. Кн. 2. М.: Наука, 1979.
16. Перельман Я.И. Занимательная механика. М.: Наука, 1979.
17. Практикум по общей физике/Под. ред. проф. В.Ф.Ноздрева.
М.: Просвещение, 1971
18. Розенбергер Ф. История физики. Ч. 1-3. М.;Л.: ОНТИ, 1934-1937.
19. Уилсон М. Американские ученые и изобретатели. М.: Знание, 1975.
20. Учебные программы Московской Свободной вальдорфской школы.
1—9-й классы. М.: Парсифаль, 1996 (готовится к изданию).
21. Штейнер Р. Духовно-научные импульсы к развитию физики:
Первый естественнонаучный курс (GA 320) (имеется только
^отредактированный перевод).
22. Штейнер Р. Духовно-научные импульсы к развитию физики:
Второй естественнонаучный курс (GA 321) (имеется только
^отредактированный перевод).
23. Штокмайер К., Штейнер Р. Материалы к учебным программам валь-
дорфских школ. М.: Парсифаль, 1996.
24. Элементарный учебник физики/Под ред. акад. Т.С.Ландсберга
Т. I — III. 10 изд., перераб. М.: Наука, 1985.
25. Энциклопедический словарь юного техника. М.: Педагогика, 1988.
338
Приложение
Основные положения проекта программы по физике
для вальдорфских школ России
Сложившаяся в последние годы благоприятная ситуация в системе
школьного образования России обеспечила широкие возможности для
разного рода прогрессивных педагогических инноваций. Этому
способствует принятый в 1992 году Закон РФ об образовании, в котором школе
предоставляется большая степень самостоятельности в выработке
собственных образовательных программ (ст. 14). При этом в статье 15
фиксируется обязательность соответствия итогов обучения
государственным образовательным стандартам, что устанавливается итоговой
аттестацией выпускников (по завершении основного и полного среднего
образования). При существующей в нашей стране системе образования
это означает соответствие указанным стандартам результатов обучения в
конце 9-го и 11-го классов.
Основополагающим принципом для работы над созданием
ориентировочной программы по физике для вальдорфских школ России является
следующее положение: на основе выработанного вальдорфской
педагогикой представления об этапах возрастного развития ребенка, а также
современных научно-философских положений о содержании
естественнонаучного знания распределить обязательный для усвоения материал
(государственный образовательный стандарт) так, чтобы он давал пищу
уже существующим способностям детей и развивал те способности,
которые еиф не актуализировались, но находятся в зоне ближайшего
развития ребенка. При этом учитывается, что за каждым понятием,
темой, обозначенными в стандарте, стоит многоуровневый и многосторонний
конкретный физический материал. Это дает возможность, изучая
указанные темы, обращаться к тем уровням и сторонам содержания, которые
действительно соответствуют развитию детей в соответствующем
возрасте. К этому добавляется также развитие методики обучения в
соответствии с возрастом, что также облегчает изучение различных
тем. Хочется сразу же оговорить, что в содержание обучения наряду с
упомянутыми в стандарте включаются также и иные темы, которые, как
показал 75-летний опыт работы вальдорфских школ, являются
необходимыми для полноценного образования.
В дополнение к рассмотрению указанных принципов следует добавить
также не являющийся самоочевидным вопрос о числе лет обучения в школе
339
(12 (13), как в западных вальдорфских школах, или же 11, как это
принято во всей России). И здесь исходным принципом нашей работы является
уважение к национальной традиции: мы разрабатываем программы для
11-летней российской школы. Необходимость последнего продиктована
также и желанием не отрывать будущих выпускников наших школ от
реальной социальной ситуации современной России.
В данный момент государственные образовательные стандарты
находятся в стадии разработки, однако появившиеся региональные проекты
(например, Московские образовательные стандарты. М., 1995) уже начинают
определять содержание итоговых аттестаций и дают некоторые ориентиры
инновационным школам для разработки собственных программ.
Ниже приводится сравнение государственной программы и стандартов
п проекта программы по физике для российских вальдорфских школ,
разработанного Московской Свободной вальдорфской школой и
Московским Центром вальдорфской педагогики, а также «традициошю-вальдорф-
ского» распределения материала.
В кратком* изложении этого проекта программы по физике для
вальдорфских школ России темы распределяются следующим образом:
6-й класс (начало обучения физике в вальдорфской школе): первое
знакомство с многообразными акустическими, оптическими,
тепловыми явлениями, с двумя типами электризации, полюсами магнита и
земным магнетизмом.
В школах России с обычной системой обучения физике в 6-м классе
этот предмет еще не изучается. Указанный перечень совпадает в целом с
«традиционным» набором тем для этого класса в вальдорфской школе
(см. главу «О составлении учебной программы для 6-го класса»).
Следует сразу же оговориться, что не существует единой для всех европейских
(и даже немецких) вальдорфских школ программы обучения физике.
Автору этих строк приходилось рассматривать ученические тетради
различных школ, а также изучать различные публикации по этой теме (наряду
с данным изданием существуют еще многие другие, например: Finkbeiner
L, Rebmann IL Zum Anfangsunterricht in Physik an der Waldorfschule.
Stuttgart, 1989; Gabert R. Physik 6.-8. Klasse. Stuttgart; Келлер Т. Свет и
тьма//Вальдорф-дайджест. Смоленск, 1992) —все они не повторяют друг
друга и сходны между собой скорее только в подходе к изучению
физических явлений, а также в ежегодной концентричности (повторяемости тем)
курса физики первых 3 лет обучения этой дисциплине.
Различия же достаточно легко зафиксировать па одном примере. М. фон
Макензен ограничивается в оптике для 6-го класса самыми обобщенными
* Более проработанный вариант содержится в сборнике: Учебные программы
Московской Свободной вальдорфской школы: 1—9-й классы —А/., 1996.
340
исследованиями света и тьмы (см. соответствующие разделы этой книги) и
явлениями послеобразов; И. Финкбайнер и X. Ребман вводят в этом
классе преломление света и камеру-обскуру; Р. Габерт считает, что в б-м классе
следует рассматривать цветные тени, призмы и линзы; Т. Келлер линзы не
включает, но у него есть в 6-м классе преломление света в призме и
цветные тени и нет того проницательного исследования света, которое проводит
М. Макензен. Что касается классических учебных планов (программ) К.фон
Гайдебранд или К. Штокмайера, то они дают лишь самые общие и очень
краткие указания относительно того, какие темы являются основными для
каждого года обучения (см.: Штокмайер К., Штейпер Р. Материалы к
учебным программам вальдорфских школ. М.,1995).
7-й класс: изучение звуковых колебаний, понятий амплитуды,
частоты, резонанса, измерение скорости звука, исследование законов
отражения и преломления света, законов рычага и устройства простых
механизмов, теплового расширения и принципа работы термометра,
конструирование гальванического элемента и электромагнита и изучение
понятий: «сила тока», «напряжение», «сопротивление», закон Ома,
Если заглянуть в соответствующие разделы данной книги,
посвященные обучению в 7-м классе, можно увидеть, что принципиальных отличий
от «традициошю-вальдорфской» школы тут нет, хотя, как уже
отмечалось выше, предложенный М. фон Макензеном вариант обучения в 6—8-м
классах не является единственным.
В действующей базовой программе по физике для российских школ
(Программы общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия. —
М., 1994, с. 7—22) в 7-м классе (начало изучения этого предмета в обычной
школе) рассматриваются следующие разделы: «Молекулярная физика»,
«Гидростатика», «Аэростатика», «Движение и силы», «Скорость»,
«Масса», «Плотность», «Тяготение», «Деформация», «Трение», «Закон
рычага», а также такие понятия, как «работа», «мощность», «энергия» и
«КПД механизма». Все эти темы входят и в проект Московского
образовательного стандарта, правда, с меньшей подробностью н меньшим
дроблением на отдельные подтемы.
8-й класс: звуковые волны, длина волны, линзы, оптические приборы,
виды теплопередачи, двигатель внутреннего сгорания, проводник с
током в магнитном поле, электродвигатель, телефонный аппарат, давление
жидкости, закон Паскаля, архимедова сила, плотность, атмосферное
давление.
Здесь наряду с «традиционными» темами для 8-го класса вальдорф-
ской школы появилось несколько тем, которые ученики школ
соответствующего направления изучают обычно в 9-м классе (ДВС, телефон). Чем
вызвана необходимость столь «революционного» изменения
существующей традиции? Прежде всего коренным отличием российских
образовательных условий. Если в Германии, к примеру, программа обучения
рассчитана на 12 лет (при наличии еще и 13-го года, ориентированного
341
специально на подготовку к экзаменам и не имеющего специфически «валь-
дорфских» задач обучения и воспитания), в России все
общеобразовательные школы, гимназии и лицеи имеют 10—11-классное образование
(в том числе негосударственные). Не вдаваясь в дискуссию по поводу
целесообразности и возможности иного числа лет обучения, чем это принято
в России, мы разрабатывали проекты программ для российских валь-
дорфскхгх школ, учитывая традицию и сложившуюся у нас в стране систему
образования. Таким образом, 7-летнюю программу обучения физике в
вальдорфской школе (6—12-й классы) пришлось переработать в
6-летнюю (б— 11-й классы). Причем переработать кардинально, так как
существуют еще и традиционные, сложившиеся в России требования к
содержанию естественнонаучного образования, которые значительно
превышают среднеевропейские стандарты (напомним об обязательности
государственных образовательных стандартов для каждого учебного
заведения).
В этой связи в предлагаемом проекте программы было предложено
«переместить» две отмеченные центральные темы из 9-го класса
традиционной вальдорфской школы в программу 8-го класса, с соответствующим
увеличением времени обучения физике в 8-м классе примерно на 20
академических часов. Необходимость этого обусловливается еще и тем, что,
согласно проекту образовательных стандартов, до конца 9-го класса
должны быть изучены основные разделы механики (включая
кинематические зависимости скорости и координаты от времени, движение тела под
действием силы тяжести), а также понятия работы, энергии, атома,
электрона, иона и т.д. О трудности правильного усвоения последних речь
пойдет ниже. Сейчас же следует отметить значительный объем этих тем,
для которых целесообразно выделить последний (9-й) год обучения в
основной средней школе (см. ниже). Смещая изучение ДВС и телефона
на год раньше, мы освобождаем 9-й класс для обучения по указанным
выше темам. Отметим, что данное решение проблемы, возможно, не
является единственным, однако эти темы не становятся чужеродным
элементом для обучения в 8-м классе, так как познавательные силы детей
уже достаточно окрепли, и при этом им соответствует и остальной
материал («Оптические приборы», «Электродвигатель» — в физике,
«Промышленная революция» — в истории).
В российской школе в 8-м классе обычно изучаются: тепловые
явления (тепловое движение частиц вещества, внутренняя энергия, виды
теплопередачи, количество теплоты, теплоемкость, изменение агрегатных
состояний, удельная теплота плавления и парообразования, кипение,
ДВС); электрические явления (два типа электрических зарядов,
электрон, ион, сила тока, напряжение, сопротивление, закон Ома, виды
соединений проводников, работа и мощность тока); электромагнитные
явления (магнитное поле тока, магнитное поле Земли, действие
магнитного поля на ток, электродвигатель); световые явления (прямолинейное
342
распространение, отражение, преломление света, линзы, фотоаппарат,
очки). Практически все перечисленные темы (кроме ДВС) входят и в
проект Московских образовательных стандартов.
Прежде чем перейти к проекту программы обучения в 9-м классе валь-
дорфских школ России, следует указать на фундаментальное отличие
содержания уроков физики в G, 7, 8-м классах вальдорфской школы от
общепринятого. Его можно зафиксировать так: отсутствие моделей на
этом этапе изучения природы. Обоснованию этого посвящено Введение
данной книги. Следуя этому принципу и образовательным стандартам
(указанному выше проекту), мы поместили изучение физических
моделей в 9-й класс.
При этом мы, конечно же, понимали спорность предложенного решения,
так как основной трудностью при согласовании обучения физике в
вальдорфской школе с любым государственным стандартом является
именно поиск известного компромисса при определении подходящего
возраста для изучения моделей — ведь традиционно в вальдорфской школе
изучают модели только в 11, 12, 13-м классах. В настоящее время нами
разрабатываются основные положения такой методики. К этой работе
привлекаются и опытные вальдорфские учителя-специалисты старшей
школы, хорошо знающие предмет, а также особенности возрастного
развития ребенка, так как методика изучения моделей в 9-м классе должна
исходить из учета двух важнейших моментов v особенностей возраста и
специфического абстрактного характера моделей. Ее основные
положения нам уже в целом ясны, однако следует учесть, что она еще не была
реализована в 9 классе вальдорфской школы. Есть надежда, что после
практического онробывання, которое должно состояться в скором
будущем, эта методика получит значительное развитие и детализацию. А может
быть, будет выработай и иной подход к изучению моделей. Важно, чтобы
он действительно соответствовал возможностям детей.
Тот лее М.фон Макензен в другой книге (Mackensen, von, М. Felder,
Stralen und Atome. Kassel, 1993) утверждает, что перемещение моделей
на столь поздние (в сравнении с государственными школами и
гимназиями) годы возможно лишь в случае, если «ни один ученик не уходит до
12-го класса» (там же, с. 190). Для сложившейся и утвердившейся в
общественном мнении западноевропейских стран практики вальдорфских
школ это условие легкодостижимо. Хотя надо признать, что и на Западе
ситуация с вальдорфскими школами не во всем гладкая (достаточно
привести пример Германии, в которой учащиеся 10-х классов в отличие
от своих сверстников в государственных школах лишены права сдавать
обычный для этой страны выпускной экзамен, позволяющий тем, кто не
хочет просто поступать в университет, покинуть общеобразовательную
школу). К тому же там вальдорфские школы имеют свой «контингент»
учащихся, пополняемый в основном за счет семей, хорошо
осведомленных об этом педагогическом направлении. В России же ситуация
343
кардинально отличается: нередко имеют место переходы детей в другие
школы и приход их из других школ, у родителей отсутствует основанная
на многолетнем опыте уверенность относительно социального будущего
выпускников и т.д.
В связи с этим нами не будет в дальнейшем обсуждаться вопрос: как
можно было бы реализовать точно такую же программу изучения
моделей, что существует в «традиционных» вальдорфских школах. Мы, исходя
из трезвого анализа ситуации, считаем, что в российской вальдорфской
школе первое знакомство с физическими моделями должно состояться
в 9-м классе. Кстати, и в упомянутой книге М. фон Макензеиа говорится
о необходимости выращивать с 9-го класса познавательные способности
детей, позволяющие им впоследствии на должном уровне понять
сложные физические модели, объясняющие, к примеру, интерференцию
электрона (там же, с. 190).
Сознательно идя на этот компромисс, мы ставим вопрос иначе: как
правильно, в соответствии с возрастными возможностями детей 9-го
класса, начинать изучение моделей? Мы считаем, что решение вопроса о
возрастном соответствии обучения моделям следует перенести из
плоскости содержания на уровень методов обучения.
9-й класс: кинематические величины и их зависимость от времени
для прямолинейного движения; законы Ньютона; импульс тела; силы
упругости, трения, тяжести; вес, невесомость, закон всемирного
тяготения; работа, мощность, энергия, закон сохранения энергии,
коэффициент полезного действия; молекулярная модель строения вещества,
тепловое движение; теплообмен, количество теплоты, теплоемкость;
плавление, отвердевание, испарение, конденсация и кипение,
соответствующие температуры и удельные теплоты; электрон; модель
строения атома.
В западных вальдорфских школах в этом возрасте, повторяем, не
изучают модели, относя их к 11-му и 12-му классам. Также и 13-й класс
посвящен изучению моделей, так как его основной задачей является подготовка
к «абитуру»—экзаменам, дающим право поступления в университет (в
любой вуз). В девятом классе занимаются, к примеру, расчетами теплоты,
теплового расширения, газовыми законами, понятием абсолютной
температуры. Обязательными для изучения в этом возрасте являются ДВС и
телефонный аппарат. Механикой занимаются в 10-м классе.
В России механика является основным объектом изучения именно на 9-м
школьном году (при традиционном характере обучения). В программу входят:
кинематика прямолинейного движения и движения по окружности; законы
Ньютона; силы тяжести, упругости, трения; вес, невесомость; законы
сохранения энергии, импульса; развитие космонавтики, авиации; давление в
движущейся жидкости; амплитуда, период, частота при механических
колебаниях, резонанс; волновое движение, длина волны, звук.
344
Все эти темы, за исключением освещающих вопросы развития
космонавтики, авиации и изменения давления в движущейся жидкости, входят
и в проект Московских образовательных стандартов. При этом, правда,
стандарты не фиксируют, какие темы на каком году должны изучаться. В
программе базовой школы каждая тема раскрыта несколько подробнее,
чем изложено здесь или же в стандарте, к тому же программы содержат
еще некоторое количество тем, не включенных в стандарты наряду с только
что отмеченными. К ним относятся: «Диффузия», «Динамометр»,
«Подшипники», «Сообщающиеся сосуды», «Шлюзы», «Водопровод»,
«Гидравлический пресс», «Тормоз», «Барометр», «Манометры», «Насосы»,
«Воздухоплавание», «Условия равновесия рычага», «Момент силы»,
«Энергия рек и ветра», «Удельная теплота сгорания топлива», «ДВС»,
«Паровая турбина», «Амперметр», «Вольтметр», «Удельное
сопротивление», «Реостаты», «Количество теплоты, выделяемое в проводнике с
током», «Плавкие предохранители», «Электромагнитное поле»,
«Мгновенная скорость», «Центр тяжести», «Движение искусственных
спутников», «Первая космическая скорость», «Период колебаний
математического маятника», «Связь длины волны со скоростью ее
распространения и периодом», «Эхо».
Большинство остальных подтем в неявном виде содержится в
названных ранее темах (например, «Устройство глаза» в «Компенсации дефектов
зрения», «Фокусное расстояние» в «Оптической силе линзы»). Таким
образом, получается, что проект Московских образовательных
стандартов на самом деле содержит примерно 70 — 80% тем традиционной
программы обучения физике в российской школе. (Точный процент
рассчитать невозможно, можно только грубо оценить его по затратам часов в
примерном тематическом планировании материала.)
Рассмотрим теперь в дополнение почасовое распределение материала
(учебные планы). Для удобства сравнения сведем все данные в одну
таблицу. Государственные нормативные рамки определяются в ней
Московским региональным базисным учебным планом
общеобразовательных учреждений (М., 1994). Единая графа «Естествознание» в Базисном
плане может быть истолкована как 1 час в неделю на каждый из
предметов естественнонаучного цикла. При этом конкретное минимально
необходимое число часов на физику не указывается (в таблице дается в
скобках).
В пояснение к данной таблице следует упомянуть, что указанное в 4-м
и 5-м столбцах количество часов является результатом примерного
пересчета, так как в вальдорфской школе основной формой обучения является
обучение по эпохам (ежедневное полуторачасовое обучение одному
предмету в течение так называемой «эпохи», длящейся 3 — 5 недель).
Следовательно, 1 час в неделю соответствует 35 урокам в год, что
примерно равняется числу уроков одной эпохи.
345
Учебные планы средней ступени (физика)
Классы
5
6
7
8
9
Традиционная
российская
школа
_
—
2
2
3
Московский
базисный
минимум
(-)
<-)
(1)
(1)
(1)
Проект для
российских
вальдорфских
школ
_
1
1
2
2
Западные
вальдорфские
школы
_
1
1
1
1-2
Всего часов 7 (3) б 4—5
Из анализа данной таблицы вытекает, между прочим, что минимально
необходимое количество часов (базисный учебный план) примерно в 2
раза меньше указанного в программах базовой школы. Из чего можно
было бы сделать вывод о необходимости примерно такого же
соотношения объемов содержания образовательного стандарта и базовых программ.
Однако, как показано выше, это соотношение в значительной степени не
выполнено в проекте Московских образовательных стандартов:
действительная реализация предлагаемых стандартов требует значительного
превышения временных нормативов Базисного учебного плана.
Подводя итоги сравнения программ и стандарта, можно сказать, что
проект программы по физике для российских вальдорфских школ
отвечает требованиям, предъявляемым к обязательному минимуму
содержания образования (на примере проекта Московских образовательных
стандартов). Исключения составляют только темы: «Равномерное
движение по окружности», «Центростремительное ускорение», «Свободные и
вынужденные механические колебания», «Закон сохранения импульса»,
«Реактивное движение», «Поглощение света и цвет тел». Эти темы не
вошли в наш проект по причине недостатка учебного времени для
серьезного рассмотрения столь широкого спектра вопросов. Заметим, что при
этом проект программ для российских вальдорфских школ
предусматривает на изучение физики вдвое больше часов, чем того требует Базисный
учебный план.
С.Л. Ловягин,
кандидат педагогических наук,
учитель физики Московской
Свободной вальдорфской школы.
Содержание
Предисловие к русскому изданию 5
Методика обучения физике
(из опыта работы) 8
Введение 11
I. Предварительное замечание 11
II. Школа, педагогическая
наука, культура 12
III. Место в научно-теоретическом
ландшафте 13
Аспектный характер. Претензия быть единственным представителем...
Восприятие — источник без оформления. Мышление оживает в
восприятии. Сверхпарадигма против жизненного мира — или: разница
между научной теорией и теорией познания. Решения.
IV. Альтернативная наука —
спасибо, не надо? 24
Томление и ужас. Силы человеческие. Слабости феноменологии.
Обобщение обоих методов: пропедевтика.
V. К психологии развития 32
Вопросы и проблемы. Пиаже и Штейнер. Каузальное суждение.
Телесное развитие. Обнаружение "я". Распределение физического
материала в соответствии с возрастом. Обобщение.
VI. Педагогические методы 47
Структуралистское и ситуативное обучение. Модельные представления
как объяснения?. Морфологическая дидактика и интеракционные
методы — гештальтпедагогика. Наш первый мост: органы чувств.
VII. К учителю 54
Плюсы и минусы предварительной работы. Опыты подобного
преподавания. Непривычный язык. Построение книги и сокращения
материала. Заключительное замечание.
6-й класс 61
О составлении учебной программы 61
Акустика в 6-м классе 64
I. Музыка рождает акустику 64
Высокие и низкие звуки смычковых инструментов. Дополнительные
замечания с точки зрения теории познания. Высокие и низкие звуки
других инструментов. Педагогические размышления.
II. О возникновении звука 68
Октава. Интервалы и числовые отношения. Феномен колебаний.
Фигуры Хладни, самодельный инструмент.
III. Гортань 75
IV. Обобщение и вывод 78
Оптика в 6-м классе 81
Как следует искать познание? 81
I. Первые уроки 82
Утро. Послеобразы и контрастные феномены. Сопутствующее светлое.
"Собственно светлое'У"собственно темное". Небо и Земля.
"Сквозьсветлое"/"направленно светлое". Выводы. О методах.
И. Зрение и Солнце 94
Как и почему "учение о свете"? Зрение. Поле зрения и отдельное пятно.
Учение о чувствах. Космическое окружение. Дальше к послеобразам и
цвету.
III. Повторение и обоснование 103
Купол и поле зрения — повторение. Изменение понятия "свет".
IV. Тени 107
Чернота тени. Построение тени. Резкость тени. Текучая теневая
картина. Тень как картина целого.
V. Что такое свет? 112
Описание опытов к разделу
«Оптика в 6-м классе» 114
Учение о теплоте в 6-м классе 118
От расплавленного металла ко льду. Каление. Образы теплоты.
Тепловая изоляция.
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 6-м классе" 123
Электричество б-м классе 128
Описание опытов к разделу
"Электричество в 6-м классе" 135
Магнетизм в 6-м классе 138
Описание опытов к разделу
"Магнетизм в 6-м классе" 145
7-й класс 147
Акустика в 7-м классе 148
Камертон. След колебаний и частота.
Описание опытов к разделу
"Акустика в 7-м классе" 154
Оптика в 7-м классе 158
I. Зеркальные явления 158
Что мы переживаем вокруг зеркала? Человек перед зеркальной
поверхностью. Кто знаком с зеркальным изображением?
Потусторонний ящик. Посюстороннее исчезает. Только кровь нас спасет.
II. Структуры зеркальных изображений 169
Закон отражения в предварительном виде. Смена правое—левое.
Зеркальный закон с точки зрения чистого зрения. О критике
"потустороннего" возникновения изображений.
III. Школьная физика 179
Переход к традиционному зеркальному закону. Дидактические
замечания.
IV. Шага к изображению, создаваемому отверстием 182
Неподвижные тени и противодвижение. Камера-обскура.
Описание опытов к разделу
"Оптика в 7-м классе" 185
Учение о теплоте в 7-м классе 190
Теплота и окружающая среда. Тепловое расширение. Технические
термометры. Опыты со льдом.
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 7-м классе" 195
Учение об электричестве в 7-м классе 199
I. Гальванизм 199
И. Вольтов столб 202
III. Электрическая цепь 205
IV. Переживание электричества 211
Описание опытов к разделу
"Электричество в 7-м классе" 214
Магнетизм в 7-м классе 218
Описание опытов к разделу
"Магнетизм в 7-м классе" 222
Механика в 7-м классе 225
Рычаг. Колесо, закрепленное на оси. От неподвижного блока к
полиспасту. Наклонная плоскость, винт.
Описание опытов к разделу
"Механика в 7-м классе" 233
8-й класс 236
Оптика в 8-м классе 238
Методические указания. Наблюдения на водоемах. Призма. От
смещения к увеличению. Лупа — зажигательное стекло — очки.
Лупа и очки. От свободного изображения к телескопу.
Описание опытов к разделу
"Оптика в 8-м классе" 254
Учение о теплоте в 8-м классе 259
Конвекция — тепловой поток. Излучение. Теплотехника.
Теплопроводность. Картина природы.
Описание опытов к разделу
"Учение о теплоте в 8-м классе" 267
Электромагнетизм в 8-м классе 269
Электромагнит. Телеграфная связь. Электрический звонок.
Предохранители. Измерительный инструмент. Электродвигатель.
Динамо-машина. Переменный ток и штепсельная розетка.
Электрифицированный мир.
Описание опытов к разделу
"Электромагнетизм в 8-м классе" 286
Гидравлика в 8-м классе 294
Сила и давление. Давление на глубине. Плавание. Плотность. Вопросы
для закрепления пройденного материала. Погружение.
Описания опытов к разделу
"Гидравлика в 8-м классе" 303
Аэромеханика в 8-м классе 308
Атмосфера.
Описание опытов к разделу
"Аэромеханика в 8-м классе" 316
Акустика в 8-м классе 320
Воздушные колебания. Воздушные волны. Скорость звука. Вакуум.
Переживание звука.
Описание опытов к разделу
"Акустика в 8-м классе" 331
Список литературы 333
Дополнительный список литературы
на русском языке 338
Приложение
Основные положения проекта программы по физике для вальдорфских
школ России 339
Мы хотим предложить Вашему вниманию
книги нашего издательства
1. Громан Г. Жизнь растений. Книга для чтения по ботанике, 95 г. (материал для
учащихся 5-6-х классов, включающий в себя рисунки и специально подобранные
стихотворения о различных видах растений).
2. Слезак-Шиндлер К. Искусство речи в школьном возрасте, 96 г. (подробное
изложение методики формирования четкой, выразительной, художественной речи с
многочисленными примерами упажнений).
3. Театр в школе, 96 г. (пьесы с нотами для постановок с детьми в 1—6-м классах).
4. Юлиус Ф. Мир веществ и обучение химии, 95 г. (обучение химии в 7-8-м кл. на
основе феноменологического подхода).
5. Воспитание к свободе, 95 г.(2-е издание книги Ф.Карлгрена, дающей обзор
обучения в вальдорфских школах, со множеством цветных иллюстраций).
6. Штейнер Р. Духовное обновление педагогики, 95 г. (большой цикл лекций по
педагогике, прочитанный в Базеле, в нем содержится множество конкретных
методических и дидактических указаний).
7. Штейнер Р. Общее учение о человеке как основа педагогики, 96 г. (анртопологи-
ческие основы построения педагогики, учитывающие сложную
духовно-душевно-телесную организацию человеческого существа).
8. Штейнер Р. Искусство воспитания. Методика и дидактика, 96 г. (основные
методические принципы и элементы содержания учебных предметов в вальдорфской
школе).
9. Штейнер Р. Искусство воспитания. Семинарские обсуждения и доклады по
учебному плану, 95 г. (один из трех основополагающих циклов, прочитанных в 1919 г. для
учителей открывающейся первой вальдорфской школы. Содержит подробные
рекомендации по работе с темпераментами, обучению истории, ботанике и пр.).
10. Штокмайер К., Штейнер Р. Материалы к учебным программам вальдорфских школ,
95 г. (собрание указаний Р. Штейнера по распределению учебного материала по
годам обучения, служащее основой для составления учебного плана любой
вальдорфской школы).
11. Альманах вальдорфской педагогики № 3 , 95 г.(со статьями о самоуправлении
вальдорфских школ, об индивидуальных изречениях для учеников, а также с
методическими материалами по русскому языку).
12. Линденберг К., Рудольф Штейнер, 95 г. (иллюстрированная биография
основателя вальдорфской педагогики, одна из глав посвящена вальдорфской школе).
Вы также можете приобрести у нас изданные нами ранее книги:
1. Альманах вальдорфской педагогики №1, 93 г.
2. Альманах вальдорфской педагогики № 2, 94 г.
3. Грюнелиус Э. Вальдорфский детский сад, 92 г.
4. Штейнер Р. Методика преподавания и предпосылки воспитания, 94 г.
5. Штейнер Р. Воспитание ребенка с точки зрения духовной науки, 92 г.
6. Штейнер Р. Истина и наука, 92 г.
7. Штейнер Р. Очерк теории познания гетевского мировоззрения^ г.
Вы можете купить эти книги в помещении Московского Центра вальдорфской
педагогики, либо заказать их у нас наложенным платежом.
Наш адрес: (113093, Москва, Стремянный пер. 33/35)
М. фон Макеизен
Обучение физике
на основе
феноменологического подхода
(6 —8-й класс)
Редактор С. Ловягин
Корректор Б. Прилипко
Оформление и макет А. Куцый
Лицензия № 030403 от 8.06.92 г.
Формат 60x84/16. Гарнитура Петербург. Бумага офсетная.
Печать офсетная. Усл.печ.л. 20,46. Физ.печ.л. 22.
Тираж 1000 экз. Заказ М°