В столице Коми появилось научно-просветительское пространство «Мастерская науки «ИКСпериментУМ». Для школьников старших классов ученые-физики будут проводить бесплатные экскурсии, чтобы сделать сложный учебный предмет понятным и интересным за счет интерактивных экспонатов, которые можно и нужно трогать.

Создатели «ИКСпериментУМ» Ольга Петрова и Ксения Бакина не просто просветители, а настоящие ученые. Обе трудятся в лаборатории экспериментальной физики в Физико-математическом институте Коми научного центра.

— Мы — физики-экспериментаторы, активно занимаемся наукой, ездим на эксперимент на синхротронные исследования. Раньше мы проводили исследования в Германии, в какой-то моменты мы начали осваивать местного производителя, стали ездить в Курчатовский институт на синхротрон. Раз, два раза в год мы ездим на экспериментальные исследования уже в Москву, — объяснила Ольга.

Ольга занимается популяризацией науки с 2018 года: тогда она как председатель совета молодых ученых КНЦ получила грант на проведение тематической конференции, затем стала участвовать в массовых мероприятиях Сыктывкара, чтобы через научно-популярные лекции и демонстрацию опытов сделать науку доступной и открытой для всех желающих. Это стремление выросло в создание два года назад некоммерческой организации «Лучи ИКС», которая объединила молодых и активных ученых. А потом — в целое научно-просветительское пространство «ИКСпериментУМ».

— У нас был проект, который назывался «Наука на колесах». Команда молодых ученых выезжала в муниципалитеты и показывала опыты, эксперименты, рассказывала о науке изнутри по разным направлениям. Это были физиологи, физики, химики и социологи. У нас стали спрашивать: «А куда к вам приехать?» И мы поняли, что приезжать на самом деле некуда. Потому что институты достаточно закрытые, на экскурсию в них тяжело попасть. По физике у нас особо показывать тоже нечего, потому что мы эксперимент проводим в другом городе или в другой стране. У нас зародилась идея, что надо сделать пространство, куда бы можно было именно приглашать, например, из других городов, из сел, поселков, чтобы люди из Сыктывкара могли приходить в какое-то стационарное место, а мы могли все это показывать. А не так, что мы ситуационно на праздниках раз или два раза в год рассказываем о науке, — прокомментировала Ольга.

Реализовать идею удалось с помощью Фонда президентских грантов, который выделил ученым шесть миллионов рублей на обустройство пространства и приобретение экспонатов. Так как и Ольга, и Ксения занимаются физикой, экспозиция тоже посвящена ей. Основная аудитория — школьники 7-11-х классов, для которых занятия будут бесплатными. Ученые ставят перед собой задачу избавить их от страха перед физикой как учебным предметом.

— Это профориентация. В седьмом классе начинается «Физика», и обычно школьники боятся ее. Они вообще, когда слышат слово «физика», начинают паниковать, они сразу откладывают учебник. Они боятся страшных формул, они боятся к ним приступить. Они не чувствуют связи с повседневностью. В школах не всегда есть хорошее оборудование, хорошие лаборатории, где это можно почувствовать. А даже если это есть, то часы сокращаются на «Физику», — пояснили создатели мастерской.

Пространство разделено по блокам школьного предмета: механика, молекулярная физика, оптика, электричество и магнетизм. Экспонаты кажутся очень простыми. Это шестеренки, гиря в 32 килограмма, шары, компьютерные диски, даже два молотка и стержень между ними.

— Вот закон сохранения импульса. Когда мы отодвигаем молоточек, он приобретает потенциальную энергию, которая потом переходит в кинетическую. В процессе движения у него скорость увеличивается, это кинетическая энергия. В момент удара происходит обмен импульсами, это закон сохранения импульса. Импульс от молотка переходит в стержень, но стержень у нас статичен, он не может двигаться, поэтому он передает импульс второму молотку. Таким образом, мы стукаем одним молотком, а отлетает второй, — продемонстрировала Ольга.

Все предметы в мастерской можно трогать, они сопровождаются табличками с разъяснениями. Большую часть экспонатов Ольга и Ксения сделали сами или при поддержке коллег, использовали даже материалы с конференций, такие как сборник «Нанофизика и наноэлектроника». Маятник Максвелла, который показывает закон сохранения энергии, выглядит массивным, но выполнен вручную создателями мастерской.

— Мы накручиваем маятник, таким образом, придаем ему потенциальную энергию, то есть энергию покоя. Мы поднимаем его на высоту. Когда отпускаем, маятник раскручивается, приобретает кинетическую энергию. Закон сохранения энергии говорит, что энергия никуда не пропадает и ниоткуда не берется. Поэтому маятник поднимается вновь вверх. Энергия может переходить в другие виды, в данном случае — во внутреннюю энергию, тут трутся поверхности, немного нагревается. Если в практическом плане, то это игрушка йо-йо, — прокомментировала Ольга.

А маятник Ньютона сделали из бильярдных шаров, подвешенных на нитях: нужно отклонить крайний и отпустить, при соударении отклоняется последний с противоположного конца, остальные остаются почти неподвижными, движение повторяется в обратном направлении несколько раз до затухания. Это тоже закон сохранения импульса и энергии. Промежуточные шары передают импульс практически без потерь.

Экспозиция знакомит школьников не только с мировыми достижениями, но и локальными. Координиметр — устройство, которое разработали и запатентовали сотрудники Института физиологии Коми научного центра. Верхняя платформа координиметра подвижная, на ней находятся ворота, через которые надо провести маленький шарик. Так ведутся исследования координации лыжников республики: какая она до нагрузок и после, за какое время шарик прошел через все ворота.

Часть об оптике больше похожа на множество игр. Она объясняет, как мы видим. В глазу человека есть палочки, которые отвечают за черно-белое зрение, и колбочки, которые ответственны за цвета. Последних всего три, они раскладывают цвета на красный, синий и зеленый, остальные появляются уже в головах людей.

— Такой же эффект в телевизоре. У нас в телевизоре есть все три вида пикселей: красный, синий, зеленый. Мы подсветим красным, подсветим синим — получим фиолетовый. В разных комбинациях получаются разные цвета, — пояснили руководители мастерской.

Экспонаты показывают, как люди видят преломление света. В двух колбах находятся палочки из боросиликатного стекла: одна в воде, другая в масле. Первую видно хорошо, вторую — вовсе не различить. Дело в том, что у боросиликатного стекла коэффициент преломления такой же, как у масла, свет проходит через них одинаково.

В специальной темной комнате расположились «Загадочные тени». На стену транслируют те самые три цвета. Если выставить перед проектором руку, то появятся разноцветные тени, образованные от сложения оригинальных цветов.

Здесь же расположили лава-лампу и шары Тесла — но не для декора, как обычно. Первая наглядно показывает, как под воздействием температуры меняется плотность воска, заставляя его подниматься или опускаться. Вторая — как притягивается ток, ведь тело тоже его проводит.

— Такие шары [Тесла] продаются как лампы буквально на маркетплейсах для дома. На самом деле он заполнен плазмой, внутри находится электрод, от которого идет ток. Плазма — это состояние вещества, которое может проводить ток, поэтому мы видим такие «молнии», — пояснила Ксения.

Особенно интересен «монитор для шпиона». На первый взгляд, экран полностью белый, на самом деле с него сняли поляризационную пленку. Видеть изображение теперь можно только с помощью фильтра. Сейчас подобную технологию используют, чтобы никто не мог прочесть, что человек печатает или смотрит на своем гаджете.

В пространстве нашлось место макету синхротрона, с которым работают Ксения и Ольга в качестве сотрудников КНЦ. Это кольцевой циклический ускоритель заряженных частиц, в котором они двигаются по круговой орбите. В России действует три таких: Курчатовский источник синхротронного излучения в Москве, Ускорительный комплекс в Новосибирске, Сибирский кольцевой источник фотонов в Новосибирской области. Синхротронное излучение применяют в самых разных областях: от фундаментальной физики и химии до медицины, археологии и искусства; это универсальный инструмент для исследования материи на атомарном уровне и решения прикладных задач.

— Синхротрон дает очень мощное излучение, большой поток излучения, причем в разных диапазонах. Это и видимое, и ультрафиолетовое, разные виды рентгена, даже заходит по энергии в гамма-излучение. Здесь показано, как он работает. Специально генерируются электроны, они запускаются в линейный ускоритель, немного ускоряются. Потом попадают в ускорительное кольцо — первое, или бустерный синхротрон. В нем они уже движутся со скоростями, близкими к скорости света. Затем попадают в большое кольцо, где как раз идет генерация излучения, — пояснила Ольга.

Синхротрон как фонарик, он помогает увидеть химические связи веществ, в том числе новых, расшифровать структуру белка, сделать рентгеновский снимок археологических находок, чтобы не повредить их, и многое другое.

— В Курчатовском институте было исследование. Крестик закрытый в раскопках нашли. Его не хотели открывать, но хотели узнать, что внутри. С помощью рентгеновского излучения просветили и поняли, что там находится. Там была глина, остатки текстиля. Можно исследовать объекты искусства и находить подслои под картиной, что раньше было нарисовано, какой был состав красок, — рассказала исследовательница.

В будущем создатели «ИКСпериментУМ» хотят подключить к уже имеющейся экспозиции другие научные отрасли. Сейчас стоит задача привлечь к проекту как можно больше школьников, в том числе через образовательные учреждения. Охватить хотят не только Сыктывкар, но и другие районы. Экспозиция мастерской — это учебник физики, только в него можно забраться и все потрогать, подчеркивают создатели.

БНК