ПРЕДИСЛОВИЕ

В поражающий наше воображение эйнштейновский мир околосветовых скоростей хотелось бы заглянуть каждому. Но истинно увлекающегося физикой не могут удовлетворить одни только общие рассуждения. Он хочет не удивляться, а понимать, научиться (хотя бы и в очень скромных размерах) самостоятельно применять законы и формулы теории относительности.

Вернейший путь к этому — через решение задач. Они помогают постичь глубинный смысл утверждений, которые подчас представляются начинающим либо непостижимыми, либо же, наоборот, обманчиво простыми. Сознательно оперируя в раздумий над задачей трудными понятиями, вживаешься в их суть, приобретаешь желанную физическую интуицию. Попутно совершенствуешь и познания из области классической физики, так как многое из казавшегося «давно известным» предстает неожиданно в новом свете. Оттачиваются и качества ума, полезные при изучении любых областей науки.

Наоборот, при чисто пассивном, «беллетристическом» чтении научно-популярных книг по теории относительности весьма велика опасность превратно понять написанное, да еще и заразиться при этом дурной привычкой глубокомысленно щеголять словами, точное значение которых и самому не ясно. Поэтому-то иногда и предостерегают от чересчур раннего увлечения теорией Эйнштейна. Мы же скажем немножко иначе: пусть каждый интересующийся приобщается в меру сил к теории относительности, но только с решением задач\

Предлагаемый вниманию читателей элементарный задачник как раз и предназначается для школьников старших классов, изучающих специальную теорию относительности

факультативно или самостоятельно. Но он может пригодиться и взрослым, которые желают всерьез «подружиться» с теорией Эйнштейна в порядке самообразования. Расположение и характер задач соответствуют способу изложения, принятому в книге того же автора «Начала теории относительности», которая выпущена в 1970 г. издательством «Просвещение» (Москва) в качестве учебного пособия для факультативных занятий в школе (подходят и предыдущие издания: Москва, «Просвещение», 1964; Новосибирск, Западно-Сибирское книжное изд-во, 1967; а также украинский перевод — Киев, «Радянська школа», 1967).

Но, конечно, задачник может быть использован также и при изучении теории относительности по другим источникам. Надо только иметь в виду, что под скоростью v в задачнике понимается отношение скорости тела к световой скорости, а расстояния обычно предполагаются выраженными в световых единицах (например, в световых секундах или же световых годах). Для скорости света во всех задачах принимается округленное значение 300 000 км/сек.

Для ориентации читателей задачи условно разделены на три группы: легкие (Л), средние (С) и трудные (Т) — соответствующие пометки даются в скобках рядом с их номерами. Только две особо отмеченные задачи требуют знаний и навыков по математике, немного выходящих за рамки обязательной школьной программы; все остальные решаются совершенно элементарно.

Может показаться, что некоторые задачи (например, 32, 48, 58) даны преждевременно. В действительности же они подготавливают к лучшему восприятию последующего материала: размышляя над ними, учащиеся самостоятельно подходят к идеям, которые потом будут систематически излагаться в курсе. Этим активизируется познавательная деятельность.

Ко всем задачам даны ответы, а к трудным и средним — также и полные решения. Кроме того, к каждой из трудных задач имеется указание. Иногда это — строго дозированный намек, сдвигающий с мертвой точки, а иногда и развернутая канва («программа») всего решения. Такие наводящие указания способствуют расширению круга лиц, активно размышляющих над задачами. Однако заглядывать в указания, а вслед за тем и в решения рекомендуется только после достаточно напряженных и длительных поисков собственного подхода.

Не стоит особенно огорчаться, если не удается справиться с некоторыми из задач, помеченных как «трудные»: одни из них требуют для элементарного решения искусственных приемов, не всякому приходящих в голову, другие предполагают широкий кругозор в соседних областях физики и т. д. Уже успешное освоение хотя бы всех «легких» задач и части «средних» свидетельствует о том, что Вы сумели в какой-то мере приобщиться к теории Эйнштейна, которая еще недавно считалась «непостижимой для простых смертных».

Однако в любом случае очень полезно внимательно разобраться в приведенных здесь решениях задач повышенной трудности: ввиду лаконизма текста и непривычности основных понятий, такой разбор уже и сам по себе — поучительное упражнение, способствующее углублению знаний, конкретизации их и приобретению важных навыков. А некоторые задачи (например, 22—25, 55, 67, 78, 80, 89, 94, 95) фактически представляют собой как бы дополнительные главы курса, рассчитанные на самостоятельное изучение. Они познакомят Вас с релятивистским эффектом Доплера, преобразованиями Лоренца, инвариантностью интервала, превращениями элементарных частиц ... Вы сможете убедиться, что уже и элементарные начала теории относительности, при творческом отношении к делу, открывают дальнейший путь и вширь, и вглубь.

В этот сборник вошли 24 задачи из методического пособия того же автора «Уроки теории относительности в школе» (Новосибирск, НГУ, 1965) и 71 новая. Идея задачи 2 заимствована у Дж. Пойя, задач 65, 80 и 81 — у Р. Фейнмана; все остальные задачи (за исключением пары общеизвестных из области классической физики) составлены автором специально для этой книги (в сокращенном виде она была впервые ротапринтировано небольшим тиражом в 1968 г., а решения и ответы — в 1969).

Так как это, по-видимому, первый опыт написания задачника по теории относительности, адресованного школьникам, в нем могут быть промахи. Автор будет признателен всем, кто о них сообщит. Замечания, вопросы и предложения просьба направлять по адресу: Новосибирск, 90, Университет, кафедра педагогики. Особенно важны суждения учителей и школьников насчет классификации задач по степени их трудности.

Автор