Исследовательские работы для школьников

http://igorivanov.blogspot.com/2012/10/student-research-activity.html

В контактном посте меня попросили предложить какие-нибудь темы исследовательских работ, которые могли бы выполнить школьники без какого-то спецоборудования, с помощью приборов, которые можно найти в обычном школьном кабинете физики. И мне захотелось ответить отдельным постом.


В 90-е годы в новосибирском Академгородке работала уникальная «Научная лаборатория школьников» под руководством Владимира Ивановича Шелеста. Вот её сайт, который не обновлялся, по-моему, с 2001 года (и в котором стоит кодировка KOI-8). Среди мероприятий, которые проводились в рамках неё, были и исследовательские задачи для школьников. Происходило это так: ребятам предлагалось несколько задач, они разбивались на команды, примерно месяц над этими задачами работали (как теоретически, так и экспериментально), а потом на Турнирах Юных Физиков происходила «битва решений». Точнее, не решений даже, а подходов — задачи это были такие, что у них не было какого-то одного «правильного» решения, это были скорее темы для исследований.

Так что я решил тут собрать вместе, с одной стороны, то, что вспоминается с тех времен, и с другой стороны, что мне уже сейчас приходит в голову в качестве воможных тем. И сразу пара общих замечаний:

• предложить тему — это только самое начало работы; дальше надо самому ставить перед собой конкретные вопросы, надо самому думать, куда двигаться и что потребуется изучить; цель — это не получить ответ, а научиться ребятам самостоятельно думать и экспериментировать.
  
• решением считается не получение конкретного ответа, а проведение исследования, разностороннее понимание явления (как экспериментальное, так и теоретическое), способность ориентироваться не только в этой, но и в других близких задачах. Конкретно, если в задаче требуется что-то найти, то под этим подразумевается не только «чему равно», но и «как зависит от параметров задачи».
  

Инструментарий предполагается обычный (измерительная техника, желательно осциллограф, электроприборы, лазер и простейшая оптика, хороший фотоаппарат и желательно видеокамера), однако в процессе решения иногда может потребоваться самому создать новый прибор.

Механика

• Шарик скатывается с трамплина высоты h. Подобрать форму трамплина так, чтобы шарик улетел как можно дальше (имеется в виду расстояние в длину между точкой отрыва и точкой первого касания).
  
• Металлическая цепочка, свисающая одним концом со стола, начинает соскальзывать с него и падает на пол. Какую форму примет цепочка на полу?
  
• Изучите вращение (и более широко, динамику столкновения) двух (или больше) магнитных шариков (см. мои посты раз и два)
  
• Постройте механическую модель коллайдера, типа той, что я описывал у себя, и с её помощью поизучайте законы сохранения и прочие механческие явления.
  
• Может ли камень, упав в песок, полностью в него зарыться?
  
• Прозрачный контейнер с песком можно установить на платформу, которая дрожит с настраиваемой амплитудой и частотой. Выяснить, что происходит с песком при этом. В частности, должно наблюдаться «разжижение» песка (т.е. спонтанная текучесть), причем оно должно быть сильнее на поверхности, чем в глубине. На самой поверхности могут возникать интересные солитоны или волны. При опускании предметов в такой дрожащий песок они начнут тонуть, исследовать и это явление тоже.
  

Гидродинамика

• Из ёмкости с водой через дырочку в дне вытекает вода. На какой высоте эта струя разбивается на капли? Выяснить, как эта высота зависит от параметров задачи (размера дырочки, высоты уровня воды, времени отстаивания воды, вязкости/поверхностного натяжения и т.д.)
  
• Попытаться реализовать и исследовать «прыгающую каплю» (см. видео на Youtube)
  
• В стакан с газировкой кинули виноградину. Она то всплывает, покрывшись пузырьками, то снова тонет. Определить период этих колебаний.
  
• Как известно, в воздушной струе, направленной вверх, может легко зависнуть лёгкий шарик. Имеется утверждение, что если в шарике просверлить сквозную дырку, он будет не просто висеть, а быстро крутиться. Исследовать это явление.
  

Электричество и магнетизм

• В открытую стеклянную трубку насыпали смесь песка и железных опилок, подвели с обоим концам электроды и пропустили ток. Как зависит сопротивление смеси от процентной доли опилок? Как меняется ответ в случае, если песчинки и опилки примерно одинакового или сильно отличающегося размера?
  
• Придумайте и сконструируйте устройство, наиболее эффективно превращающее энергию горящей свечи в электричество.
  
• Изучить, как сопротивление контакта между двумя проводниками зависит от прижимающей силы. Тут тонкость в том, что эффект заметен только для очень малых прижимающих сил (вес грузика в доли миллиграмма). Кстати, этот прибор потом можно будет использовать как чувствительный, ну не сейсмограф, но датчик мелкой тряски.
  

Оптика

• Попробуйте получить лазерный луч с орбитальным угловым моментом. В принципе, это сделать несложно — надо приготовить дифракцонную решетку с дислокацией. Если есть хороший лазерный принтер, то такую решетку можно просто взять и напечатать на прозрачке. Если будет желание, я могу потом описать задачу подробнее.
  
• Поизучать законы многократного отражения от двойного степлопакета (см. мой пост).
  
• Изучить свечение, возникающее при разматывании скотча, и попробовать добиться рентгеновского излучения (см. мой пост).
  

Если у кого еще есть интересные предложения, поделитесь в комментариях.