ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Название «Элементарный учебник физики», которое мы решили присвоить этой книге, отражает стремление дать учебник, пригодный для ознакомления с элементами физики как науки. Это — задача, которую должно ставить себе преподавание в старших классах общеобразовательной средней школы, равно как и в техникумах или в профессиональных средних школах. Поэтому мы надеемся, что настоящая книга может быть использована как основной учебник физики во всех подобных школах, ибо принципиальные установки, положенные в ее основу, справедливы для средней школы любого типа.

Установки эти сообщают нашей книге некоторые особенности, отличающие ее от существующих учебников средней школы. Эти особенности требуют пояснений, представляющих интерес главным образом для лреподавателей. Именно к ним и обращено настоящее предисловие.

У преподавателей высшей школы сложилось печальное убеждение, что знания по физике, с которыми приходят учащиеся из средней школы, стоят на совершенно неудовлетворительном уровне. Нас смущает не столько, недостаточность фактов и теоретических представлений, находящихся в распоряжении учащихся, сколько отсутствие ясного и правильного суждения об их соотношении. Учащиеся зачастую плохо ориентируются в том, что положено в основу как определение, что является результатом опыта, на что следует смотреть как на теоретическое обобщение этих опытных знаний. Нередко новые факты расцениваются как самоочевидные следствия, и поэтому все глубокое значение этих фактов остается неосознанным или, наоборот, различные формулировки одних и тех же положений воспринимаются как разные закономерности.

Конечно, по объему преподаваемого материала, по глубине изложения, по систематическому использованию более или менее сложного математического аппарата преподавание в высшей школе существенно отличается от преподавания на более ранних ступенях. Однако и на этих ступенях преподавать физику нужно именно как науку (или введение в нее), а не как совокупность отдельных фактов. Другими словами, на базе фактического материала в сознание учащихся должно проникать ясное представление о научном методе, характерном для физики. Само собой разумеется, не возникает никаких споров о том, что этот метод есть метод экспериментальный.

Никому не приходит в голову отрицать, что физика есть опытная наука и что ее законы находятся с помощью опыта. Однако нередко в учебниках эти утверждения иосят характер деклараций, которым отведено место на первых страницах. В дальнейшем же опыт служит главным образом для иллюстративных целей, и то обстоятельство, что физические понятия самым тесным образом связаны с опытом, ускользает от учащихся. А между тем необходимо, чтобы учащиеся осознали, что определения, формулируемые логически, наполняются содержанием лишь при помощи опыта, через посредство измерений. Всякое понятие, вводимое в физике, получает конкретный смысл только при условии, что с ним связывается определенный прием наблюдения и измерения, без которого это понятие не может найти никакого применения в исследовании реальных физических явлений.

Рассмотрим, например, простейшее понятие равномерного движения. Вопрос о равномерности данного движения получает решение, зависящее от метода наблюдения. Некоторое движение, например движение поезда, мы вправе рассматривать как равномерное, если применяем грубые методы наблюдения отрезков пути и промежутков времени; то же движение может оказаться неравномерным при более тонких методах. Если при выбранном методе наблюдения движение удовлетворяет установленному определению равномерности, то, следовательно, к нему применимы все законы равномерного движения и справедливы все выводы и расчеты с точностью, соответствующей методу измерения.

Отчетливое понимание этого экспериментального характера физических законов имеет крайне важное значение: оно делает из физики науку о природе, а не систему умозрительных построений; с другой стороны, оно прививает мысль о границах применимости установленных физических законов, основанных на них теорий и открывает перспективы дальнейшего развития науки.

Не менее важную роль на первых шагах обучения играет правильное представление о схематизации изучаемых явлений, ее смысле и ценности. И в этом отношении, конечно, любой преподаватель или составитель учебника признает необходимость схематизации и широко пользуется ею. Нередко, однако, такая схематизация заходит слишком далеко.

Правильный смысл схематизации состоит в том, чтобы пренебречь чертами явления, несущественными для рассматриваемого комплекса вопросов, ко сохранить то, что необходимо. В этом смысле одно и то же явление можно схематизировать по-разному, в зависимости от изучаемой стороны дела. Более того, при правильной схематизации мы нередко можем опустить одни черты явления, сохранив другие, казалось бы, с ними неразрывно связанные. Одной из весьма распространенных и очень полезных схематизаций в механике является, например, представление об абсолютно твердом теле или представление о несжимаемой жидкости. Эти схематизации необходимы при изучении обширного комплекса механических вопросов, в которых деформация не играет существенной роли и где можно отвлечься от изменения размеров и формы тел. Но деформациями обусловлены напряжения, возникающие в деформированном теле и играющие существенную роль в динамике явлений. Поэтому схематизированное представление об абсолютно твердом теле как теле, в котором нет деформаций, если этим представлением пользоваться без всяких оговорок, лишает физического содержания самые элементарные вопросы механики. Необходимо ясно установить, что мы пренебрегаем деформациями твердого тела или жидкости, но учитываем те напряжения, которые возникают в таком схематизированном теле при деформациях и которые объясняют весь комплекс наблюдаемых явлений. Без ясного представления об этом мы не можем понять самых элементарных явлений, не можем, например, ответить на вопрос, почему лежит неподвижно груз на столе, хотя на него действует сила тяжести, ибо не видно, что наряду с этой силой на груз действует и вторая, уравновешивающая ее сила упругого напряжения стола.

Введение в науку и преподавание подобных схематизированных понятий должно совершаться чрезвычайно осмотрительно. При правильном употреблении этих понятий они весьма полезны и могут очень облегчить и формулировку закономерностей и проведение расчетов. Но недоговоренность или неточность в пользовании такими понятиями может привести к самой главной опасности, с которой сопряжено преподавание: к образованию представлений, которые будут служить тормозом к дальнейшему более глубокому пониманию. Примером может служить пользование представлениями о магнитном полюсе или геометрическом луче. Употребление этих понятий, несомненно, ценно, и было бы нерационально отказываться от их использования. Однако необходимы сугубая осторожность и тщательное выяснение сути дела для того, чтобы избежать вреда, который они могут принести. Многие из нас, кому приходится отвечать на запросы или давать оценки изобретениям, знают, к каким недоразумениям может приводить, например, уверенность в непогрешимости геометрической оптики, покоящаяся на неправильном понимании полезного понятия геометрического луча.

* * *

Преподавание в средней школе, как, впрочем, и всякое иное преподавание, не может быть, конечно, исчерпывающим. Однако его необходимо строить таким образом, чтобы в дальнейшем учащийся мог и должен был бы доучиваться, но никогда не был бы вынужден переучиваться. Избежать этой главнейшей опасности — вот цель, которую должны иметь перед собой составители учебника. Для достижения ее и следует тщательно избегать методологических и методических погрешностей, подобных перечисленным выше.

Стремление создать подобную книгу и руководило коллективом физиков, которые взялись за составление настоящего «Элементарного учебника физики». Именно эти соображения, а не стремление существенно изменить фактический материал играли определяющую роль. Поэтому в настоящей книге нередко отводится довольно много места тем «простым» вопросам, которые излагаются обычно в нескольких строчках. Главным образом благодаря этому подходу, а отнюдь не за счет увеличения фактического материала книга эта приобрела размеры, несколько превышающие общепринятые.

Москва, июнь 1948 г.        Гр. Ландсберг