«Ти — космос»: як інтегрувати фрагменти з фільму в уроки фізики й астрономії

Фільм «Ти — космос» збирає великі перегляди, має схвальні відгуки від глядачів та глядачок, кіноекспертів та експерток. Перша українська повнометражна науково-фантастична стрічка розповідає історію космічного далекобійника Андрія. Астронавт має завдання — перевезти ядерні відходи на супутник Юпітера, але вже в космосі бачить, як вибухає Земля, а він залишається останньою людиною у всесвіті. Раптом на зв'язок виходить француженка Катрін, яка потребує допомоги. Андрій вирішує врятувати її за будь-яку ціну.

Стрічка зацікавить не лише кіноманів/ок, а й учителів та вчительок фізики та астрономії. Фрагменти фільму можуть стати:

• матеріалом для розрахункових задач;
• ілюстраціями фізичних концепцій і понять (інерція, перший закон Ньютона, закон збереження та перетворення енергії, закон збереження імпульсу тощо);
• основою для дискусій на уроці.

Як доцільно та цікаво урізноманітнити заняття з фізики чи астрономії матеріалом із фільму «Ти — космос», розповідає Ярослав Федько, учитель фізики Дніпровського ліцею № 144, лауреат всеукраїнського конкурсу «Учитель року — 2024».

Ярослав Федько пропонує показати учнівству скриншоти або короткі фрагменти з фільму (із трейлерів, які є у вільному доступі) для демонстрації певних явищ, об’єктів чи законів, наприклад:

• на астрономії використати кадри планет (Юпітера та його супутників Ганімеда, Калісто і Європи; Сатурна й Землі) або пояса астероїдів як ілюстрацію до відповідного уроку;
• на фізиці — зображення астронавта Андрія в скафандрі, космічного корабля чи його уламків, щоб продемонструвати явище невагомості (тема «Вага тіла» в 7-му та 9-му класах);
• на фізиці — фрагмент космічного корабля (обертового модуля) для ілюстрації явища штучної гравітації.

Читайте також:

1. Зображення корабля або його уламків, що рухаються в міжпланетному просторі далеко від великих планет (у режимі «вільного польоту»). Можна використати на етапі проблемного питання на уроці для 9-го класу.

Дії вчителя/ки:

Акцентувати, що корабель Андрія з вимкненими двигунами перебуває в режимі «вільного польоту», або орбітального руху, і є опорою, яка вільно падає під дією гравітації.

Питання до учнів/иць:

Яке прискорення мають корабель та Андрій під час «вільного польоту»? Як це впливає на формулу ваги: P = m (g − a)?

Висновки. Дії вчителя/ки:

Пояснити: невагомість — це стан, у якому вага тіла дорівнює нулю (P = 0) унаслідок того, що тіло рухається з прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння: (a = g).

Питання до учнів/иць:

Що таке невагомість? Це відсутність гравітації чи ваги? (Відсутність ваги!)

Також можна продемонструвати відео руху космічного корабля, контейнерів із відходами, стрибка астронавта для ілюстрації явища інерції та руху за інерцією (тема з фізики «Закон інерції Галілея, перший закон Ньютона» в 9-му й 10-му класах).

Відеофрагмент із рухом космічного корабля Андрія або контейнерів із відходами у відкритому космосі. Космічний корабель (або контейнери), які вже набрали необхідну швидкість і летять із вимкненими двигунами.

2. Відеофрагмент із рухом космічного корабля Андрія або контейнерів із відходами у відкритому космосі. Космічний корабель (або контейнери), які вже набрали необхідну швидкість і летять із вимкненими двигунами.

Перший закон Ньютона.

Як його ілюструє фрагмент фільму:

Корабель перебуває далеко від значних гравітаційних впливів. Після того як йому надали початкову швидкість, він продовжує свій рух прямолінійно та рівномірно без використання палива.

Питання для обговорення:

Чому в космосі рух за інерцією триває практично нескінченно довго? (Немає опору повітря).

Інерція.

Як це ілюструє фрагмент фільму:

Допомагає зрозуміти, що для підтримки постійної швидкості сила не потрібна. Сила потрібна лише для зміни швидкості (тобто для прискорення чи гальмування).

Питання для обговорення:

Що відбудеться з кораблем, якщо Андрій вирішить змінити напрямок руху? Яку силу він повинен застосувати?

Епізодом розгону космічного корабля завдяки гравітації Юпітера (гравітаційний стрибок) доцільно проілюструвати такі теми з фізики:

• «Закон збереження імпульсу» — 7-й і 9-й класи;
• «Закон збереження та перетворення енергії» — 8–9-й класи.

Читайте також:

3. Фрагмент фільму, де космічний корабель Андрія наближається до Юпітера складною траєкторією та, облетівши його, віддаляється з набагато більшою швидкістю (тема «Закон збереження імпульсу» в 7-му та 9-му класах).

Концепція: імпульс — це міра руху тіла, що дорівнює добутку маси на швидкість (p = m*v). У замкненій системі сумарний імпульс зберігається.

Пояснення: розглядаємо систему, що складається з корабля та планети Юпітер.

• Коли корабель наближається до Юпітера, він взаємодіє з ним (притягується гравітаційно).
• У результаті цієї взаємодії швидкість корабля значно зростає.
• Сумарний імпульс системи має зберегтися:

p(корабля) до + p(Юпітера) до = p (корабля) після + p(Юпітера) після

• Тож корабель отримує величезний додатковий імпульс.
• Натомість Юпітер втрачає мізерно малу частину свого імпульсу (його швидкість зменшується на нескінченно малу величину, оскільки його маса величезна), що забезпечує виконання закону збереження імпульсу для всієї системи.
  

Ключовий висновок для учнівства: корабель «запозичує» імпульс у масивної планети, щоб прискоритися, не витрачаючи власного палива.

4. Той самий фрагмент гравітаційного маневру. Зверніть увагу, як корабель спершу «падає» до планети, а потім «відлітає» від неї (тема «Закон збереження та перетворення енергії» у 8-му та 9-му класах).

Концепція: повна механічна енергія замкненої системи зберігається. Кінетична енергія (Ek = ½ mv2) може перетворюватися на потенціальну енергію (Ер) і навпаки. 

Пояснення: розглядаємо перетворення енергії корабля щодо Юпітера.

• Наближення (фаза «Падіння»): коли корабель наближається до Юпітера, його потенціальна енергія в гравітаційному полі зменшується, а кінетична енергія (швидкість) збільшується.
• Віддалення (фаза «Стрибка»): корабель віддаляється від Юпітера. Він «краде» частину «орбітальної енергії» планети. Завдяки особливій траєкторії, кінетична енергія, яку він набрав у полі Юпітера, не лише не втрачається повністю, а й додається до його початкової енергії руху в Сонячній системі.
• Фінальний результат: корабель залишає зону гравітації Юпітера з більшою загальною кінетичною енергією (тобто з більшою швидкістю), ніж мав до маневру, оскільки він ефективно перетворив потенційну енергію взаємодії з планетою на власну кінетичну енергію, не порушуючи закону збереження енергії всієї системи (корабель + планета + Сонце).

Аналогія для 8-го класу: можна порівняти гравітаційний маневр із катанням на скейтборді, коли людина розганяється, спускаючись із горба (набирає кінетичної енергії через зменшення потенційної), а потім використовує цю швидкість для руху далі. Але у випадку з Юпітером «гірка» сама рухається, що дає ще більший «поштовх» (можна використати симуляцію phet: «Парк для скейтів»).

Читайте також:

Фрагменти з фільму стануть у пригоді для створення та виконання розрахункових задач із фізики.

• Для 7-го й 9-го класів для задачі на рівномірний рух можна використати фрагмент фільму із зазначенням часу подорожі до супутника Юпітера (два роки) для розрахунку швидкості руху.
• Для 7-го й 9-го класів для задачі на рівномірний рух (поєднання із попереднім завданням) підійде фрагмент фільму із зазначенням відстані між Сатурном та Юпітером для розрахунку часу подорожі.
• Для 7-го й 9-го класів як приклад задачі на рівномірний рух доречний фрагмент фільму із зазначенням часу та швидкості руху уламків для розрахунку відстані космічного корабля від Землі.
• Для 9-го класу (розділ про механічні та електромагнітні хвилі) для задачі про електромагнітні хвилі можна використати фрагмент фільму із зазначенням часу передачі радіосигналу між головними героями (три години) для розрахунку відстані між ними.
• Для дев’ятого класу під час вивчення явища доцентрового прискорення та закону всесвітнього тяжіння доречно розглянути фрагмент розгону космічного корабля завдяки гравітації Юпітера (гравітаційний стрибок).

Можна використати кадри чи короткі фрагменти з фільму, які є у вільному доступі, для обговорення проблемних ситуацій або постановки проблемних питань.

Сцени, де Юпітер або його супутник виступають як фон, або момент, коли Андрій наближається до цілі:

• Які відомі супутники Юпітера? Чому саме ці супутники часто фігурують у науковій фантастиці?
• Обговорення відстаней у Сонячній системі та часу, необхідного для подорожі.

Сцена, де згадують або показують знищення Землі та уламки, які руйнують усе навколо:

• Що таке пояс астероїдів? Чим відрізняються астероїди, метеороїди та метеорити?
• Які природні та техногенні загрози є в космічному просторі?
• Згідно із законами фізики, як би поводилися ці уламки? (Обговорення інерції та орбіт).

Сцени всередині космічного корабля, де Андрій рухається або маніпулює об’єктами в стані, близькому до невагомості:

• Чи дійсно Андрій перебуває в стані нульової гравітації — чи в стані невагомості? У чому різниця?
• Як космонавти керують своїм рухом у невагомості? Чому Андрій, щоб зупинитися, має прикласти силу у зворотному напрямку?

Моменти, де згадують або показують ядерний вантаж, який перевозить космічний корабель:

• Чому у фільмах часто пропонують вивозити ядерні відходи в космос? Чи є це практичним та безпечним рішенням?

Фото «Суспільного»