Физика в годы Великой Отечественной войны

Сборник межпредметных задач (урок-решение задач) для учащихся 7-11 классов

 Финя Магруфовна САБИРЗЯНОВА, учитель физики и информатики, заместитель директора по воспитательной работе МБОУ «Мичанская ООШ Сабинского муниципального района Республики Татарстан», с. Старый Мичан, Сабинский район, Республика Татарстан   

Введение

Данный сборник предназначен для учителей физики, которые захотят использовать на своих уроках межпредметные задачи, или знакомство с именами учёных-физиков и характеристиками техники того времени; возможность представить, какими были для нашего народа годы великой битвы. Физика – наука об окружающем мире, а значит она обязана работать на объяснение явлений природы и других жизненных процессов, как воспитание чувства гордости за вклад физики в исход войны, развитие культуры поведения на уроке, повышение культуры общения, воспитание любви к предмету. Сборник задач ориентирован на работу с учащимися при самостоятельном изучении мате­риала о вкладе физики как науки в исход победы нашей страны в Великой Отечественной войне, вы­рабатывание исследовательских умений, учащихся; совершенствование умения слушать, делать выводы.
Мой опыт работы показывает, что такой материал оказывает воспитательное воздействие на учащихся, вызывает и повышает интерес как и физике, так и к другим школьным предметам, способствует прочности усвоения знаний.
Я уверена, что решение межпредметных задач способствует комплексному развитию образовательного опыта учащихся, содействует самоорганизации деятельности, позволяет ориентироваться в ключевых проблемах современной жизни, получить интегрированные знания, рассмотренные в процессе изучения вклад физики в исход войны.
Мои замечательные коллеги!
Если мой сборник покажется вам интересным, и вы будете использовать мои задачи в своей практике работы, то значит, я не зря потратила время на его составление. Я не привожу в сборнике решения задач, да и решение ситуативных задач не может быть единственным. При их решении важнее рассуждения и живой диалог с учениками.

УЧИТЕЛЬ: Мужеством исполнены страницы истории нашей Родины. И высочайшей вершиной этого мужества была Великая Отечественная вой­на. Эта война самая народная и поистине самая священная из всех войн на Земле. Тема истории вой­ны неисчерпаема; очень хочется, чтобы вы знали её с разных сторон. Поэтому сегодня на уроке мы услышим и увидим, какой вклад в Победу внесли учёные-физики, узнаем их имена, увидим технику того времени и познакомимся с её характеристика­ми. Мы будем решать задачи.

Глава 1.

О технике, которая во многом определила Победу
Война была не только битвой армий, но и длительным, изнуряющим сражением техники, битвой умов. К началу войны с СССР гит­леровская Германия обладала мощным военным потенциалом. У неё были совершенные танки, са­молёты… Она превосходила нашу страну не толь­ко по качеству, но и по количеству единиц военной техники. Вот несколько цифр: промышленная ба­за Германии превышала советскую в 1,5-2 раза, а в 1942 году в связи с захватом богатейших райо­нов нашей страны — в 3-4 раза.
Командование, конструкторы, учёные понима­ли, как сильно исход войны зависит от техническо­го оснащения нашей армии! Нужно было в кратчай­шие сроки не только организовать выпуск нужного количества военных машин разного назначения, но и создать новые, превосходящие аналоги против­ника. С первых дней войны начался величайший в истории поединок воздушных армий, битва кон­структорских умов. Небывало быстрыми темпами совершенствовались наши воздушные корабли. Нам нужно было иметь лучшие, чем у врага, само­лёты, а для этого требовалось увеличить высоту их полёта, скорости подъёма и движения, улучшить маневренность машин, их огневую мощь. Стояло много технических задач, и все они были сложные. Авиаконструкторы использовали результаты ис­следований, выполненных в предвоенные годы на­шими учёными, в частности Мстиславом Всеволодо­вичем Келдышем, который проанализировал причи­ны и теории сильного самовозбуждения колебаний крыльев и хвостового оперения самолёта, приводя­щих к разрушению машины в полёте.
Широко известны слова нашего знаменитого авиаконструктора Семёна Алексеевича Лавочкина, сказанные в лихие военные годы: «Я не вижу мо­его врага — немца-конструктора, который сидит над своими чертежами… в глубоком убежище. Но, не видя его, я воюю с ним… Я знаю, что бы там ни придумал немец, я обязан придумать лучше. Я со­бираю всю мою волю и фантазию, все мои знания и опыт… чтобы в день, когда два новых самолёта — наш и вражеский — столкнутся в военном небе, наш оказался победителем». Так думали и такую  мысль считали главной многие создатели отече­ственной военной техники.
В суровых условиях воен­ного времени наши авиаконструкторы сумели соз­дать и запустить в серийное производство 25 новых и модернизированных типов военных самолётов. В их числе:

истребитель Ла-5 конструкции С.А. Лавочки­на, обладавший мощным двигателем, большой скоростью подъёма, маневренностью, огневой мощью, значительной высотой полёта (более 11 км), простотой в управлении; стремитель­ность и «живучесть» машине придавал новый мощный, надёжный двигатель с воздушным охлаждением (первые полки истребителей Ла-5 участвовали в сражениях уже через год после начала войны);

самый лёгкий и маневренный истребитель Вто­рой мировой войны — Як-3, сконструирован­ный в 1943 году в конструкторском бюро Алек­сандра Сергеевича Яковлева; его взлётная масса составляла 2650 кг, высота полёта — до 12 км, для подъёма на 5 км требовалось всего 4,1 мин; он обладал высокими аэродинамическими каче­ствами;

пикирующий бомбардировщик ТУ-2, созданный в конструкторском бюро Андрея Николаевича Ту­полева. Он мог летать на высотах до 9,5 км при дальности полёта 2100 км и развивал скорость до 570 ; специальное оборудование позволяло прицельно сбрасывать бомбы при разных режимах полёта;

штурмовик Ил-10 конструкции Сергея Влади­мировича Ильюшина, созданный в 1944 году, обладал мощным двигателем и вооружением, усиленной бронёй; он был прозван фашистами «летающим танком», «чёрной с Опыт боевых действий по­казал, что сконструированные в годы войны мно­гие наши самолёты обладали преимуществом перед вражескими машинами аналогичного назначения. Творческий союз учёных и авиаконструкторов дал хорошие результаты: скорость наших истребителей возросла на 25%, дальность полёта — на 300%, скорость подъёма в воздух — более чем на 200 %, а калибр используемого стрелково-пушечного ору­жия возрос более чем в 2 раза. В конце войны пре­восходство в небе нашей авиации было явным: в по­лёте уничтожали почти любой самолёт врага!
В конструкторских бюро танкостроения тоже полным ходом шла напряжённая творческая работа.

В 1943 году, в очень короткие сроки, был соз­дан новый тяжёлый танк ИС-2 массой 45 тонн. Тех­нические характеристики танка в лучшую сторону отличались от параметров предшествующих моде­лей: толщина брони была 90-120 мм, развиваемая скорость — до 52  (на 30 % больше, чем у отечественных машин этого класса; раньше так бы­стро могли передвигаться лишь лёгкие и средние танки). Для машины был сконструирован ряд но­вых компактных узлов: планетарный механизм по­ворота башни, более совершенная силовая переда­ча. Танк ИС-2 был оснащён мощным вооружением: пушкой 122-миллиметрового калибра и четырьмя пулемётами.
Создание ИС-2 считалось выдающимся научно- техническим достижением. Эта машина была при­знана одной из самых удачных и совершенных в истории военной техники тех лет. На базе танка ИС-2 в 1944 году было создано несколько тяжёлых самоходных артиллерийских установок, в том чис­ле на гусеничном ходу — ИСУ-152, оснащённая гаубицей-пушкой 152-миллиметрового калибра. Эта машина совмещала в себе мощь полевого ору­дия, подвижность и надёжную броневую защиту. Её прозвали «царь-пушка». Она вступила в строй в конце войны. Появление на полях сражений на­ших ИС-2 и ИСУ-152 нанесло сокрушительный удар по представлениям фашистов о техническом превосходстве их танков — «пантер», «тигров», «Фердинандов» — над нашими.
Перед войной группа наших учёных создала новую артиллерийскую установ­ку — реактивную, которая обеспечивала мощный массированный огонь; её любовно называли «катю­ша». Установке не требовался длинный орудийный ствол из высококачественной стали; она была эко­номичной, малогабаритной и монтировалась на ав­томобиле, что обеспечивало её высокую маневрен­ность. Ни в одной из армий капиталистических го­сударств в то время не было реактивных снарядов и пусковых установок, подобных «катюшам».

Снаряд этого орудия представлял собой порохо­вой реактивный двигатель, масса снаряда состав­ляла 42,5 кг, длина — 1,5 м, дальность полёта — около 8 км. Полк таких реактивных установок за 8-10 секунд обрушивал на врага 384 снаряда, уничтожая живую силу и технику на площади свыше 100 гектаров. В создании этого реактивно­го оружия участвовали ряд учёных и конструкто­ров, в частности Николай Иванович Тихомиров и Вла­димир Андреевич Артемьев. К началу войны были разработаны не только боевые ракеты, но и пороха к ним, а также пусковые системы. Новое оружие впервые было применено в бою 14 июля 1941 года вблизи белорусской железнодорожной станции Орша. Снаряды, выпущенные из установки, рвались с оглушительным рёвом, свистом и раскатистым скрежетом, всё вокруг окутывали огромные клубы красно-чёрного дыма. Горели не только танки и ма­шины противника, горела и земля; врага охвати­ли ужас и паника. Наши очевидцы рассказывали, что сердце переполняли радость и гордость за твор­цов этого грозного оружия!

Но души многих наших соотечественников сжи­мались от горя, когда они узнавали или вспомина­ли, что в ноябре 1937 года одни из создателей зна­менитой «катюши» — Георгий Эрихович Лангемак и Иван Терентьевич Клейменов — были арестованы и через два месяца приговорены к расстрелу. Рабо­ты по ракетной технике затормозились. В резуль­тате реактивная артиллерия смогла выступать в во­енных операциях как мощное и широкомасштабное средство подавления врага лишь с лета 1944 года. Раскрывая эту тему, нельзя не сказать о том, какая лавина страшных карательных мер обрушилась на наших ведущих военных специалистов: с мая 1937 года по сентябрь 1938 года 40 тысяч человек ко­мандного состава были репрессированы, из 85 круп­ных военачальников на свободе остались только 7!

Как отечественные физики спасали флот
Фашисты понимали, какую ценность для го­сударства представляет его флот. Он нужен для охраны границ, торговли. Потому один из первых и жесточайших ударов врага был обрушен имен­но на Военно-Морской Флот нашей страны. Уже 24 июня 1941 года в устье Финского залива на ми­нах магнитного действия подорвались эсминец «Гневный» и крейсер «Максим Горький».

Фаши­сты рассчитывали уничтожить основную часть на­шего флота неожиданным мощным ударом, а дру­гую — запереть на морских базах, перекрыв выход с них с помощью мин разной конструкции (в том числе новейшей), а затем ликвидировать. Фашисты приступили к установке мин и минных загражде­ний всюду, где это было возможно, тем самым угро­за уничтожения нашего флота стала реальностью. Возник вопрос: «Что делать, как быть?»
Удалось обнаружить, что новые мины магнит­ные: они приводились в действие магнитным полем проходящего вблизи корабля. Конструкция мин была засекречена рядом технических мер, не позво­лявших ей попасть в руки противника и вскрыть устройство. Потом удалось выяснить, что магнит­ное поле проходящего корабля улавливал специ­альный прибор; он же управлял её взрывателем. Стало ясно, что помочь флоту могут только высо­коквалифицированные научные специалисты. Ещё до войны в Ленинградском физико-техническом институте под руководством профессора Анатолия Петровича Александрова группа учёных начала ис­следования, направленные на уменьшение возмож­ности поражения кораблей магнитными минами. В процессе был создан обмоточный метод размаг­ничивания кораблей. Заключался он в следующем: из специального кабеля делали большую петлю, которую клали на палубу или подвешивали с на­ружной стороны бортов. По петле пропускали элек­трический ток, который создавал вокруг корабля искусственное магнитное поле. Замысел учёных заключался в том, чтобы это поле было противо­положно по направлению собственному магнит­ному полю корабля. После сложения обоих полей результирующее магнитное поле корабля станови­лось незначительным и не вызывало срабатывания магнитной мины. Через 5 дней после начала воен­ных действий (27 июня 1941 года) пришёл приказ об организации бригад по срочной установке раз­магничивающих устройств на всех кораблях фло­та. В одну из бригад добровольцем пошел физик, профессор Игорь Васильевич Курчатов. Уже к авгу­сту 1941 года специалисты защитили от магнитных мин врага основную часть боевых кораблей на всех флотах и флотилиях. Позднее был разработан дру­гой вариант методики: безобмоточный метод раз­магничивания кораблей. Предложила его группа учёных, среди которых был В. М. Тучкевич. Науч­ный подход и знания помогли хранить для Роди­ны сотни кораблей и многие тысячи человеческих жизней. В апреле 1942 года группе сотрудников Ленинградского физтехника и военных моряков за эту работу была присуждена Госпремия 1-й степени. В Севастополе для увековечения памяти о подвиге учёных по спасению в годы войны наших кораблей от мин, установлен памятник.
В центре памятника надпись: «Здесь в 1941 го­ду в сражающемся Севастополе группой учёных под руководством А. П. Александрова и И. В. Кур­чатова были проведены первые в стране успешные опыты размагничивания кораблей Черноморского флота».
Хотя наша страна располагала значитель­но меньшей военно-промышленной базой, чем противник, она во второй половине войны пре­взошла врага в производстве военной техники:

• по орудиям — более чем в 2 раза;
• по танкам и самоходным артиллерийским уста­новкам (САУ) — почти в 2 раза;
• по самолётам — в 1,7 раза;
• по автоматам и минометам — в 5 раз!

Наша промышленность выпустила за годы войны 137 тысяч самолётов, 104 тысячи танков, 488 тысяч орудий. В январе 1945 года мы име­ли в 2,8 раза больше танков, чем гитлеровцы, в 7,4 раза больше самолётов! В ходе войны было проведено не просто оснащение техникой нашей армии, но и её полное перевооружение. Таких фак­тов история до этого не знала!
Жаль, бесконечно жаль, что это произошло с большим опозданием.
За этот мир платили мы в боях Ценой немалою, большой ценою…
Поэтому День Победы — «Праздник со слезами на глазах».

Глава 2.

Задача 1. Максимальные скорости советских самолётов истребителей периода Великой Отечественной войны Як-3, Ла-5, МиГ-3 составляли соответственно 660, 648, 640 км/ч. Выразите эти скорости в м/с.

Задача 2. Лётчик самолёта Як-3, летевшего со скоростью 140 м/с открыл огонь из пулемёта по вражескому самолёту Ме-109, летевшему в том же направлении со скоростью 150 м/с. Скорость вылета пули, относительно Як-3 800 м/с. Какова скорость пули относительно Ме-109? Относительно неподвижного наземного наблюдателя?

Задача 3. Масса прославленного в Великой Отечественной войне танка Т- 34 равна 31,4 тонны. Длина той части гусеницы, которая соприкасается с полотном дороги равна 3,5 м, ширина 0,5 м. Вычислите давление танка на грунт и сравните его с тем давлением, которое семиклассник производит на землю при ходьбе (р≈36 кПа)

Задача 4.  Во время Великой Отечественной войны для защиты Москвы от налётов вражеских самолетов применяли аэростаты заграждения, привязанные к тонким стальным тросам, наткнувшись на которые, гибли фашистские самолёты. Рассчитайте массу троса, который может поднять аэростат объёмом 1000 м ³ , наполненный водородом, если масса его оболочки 200 кг.

Задача 5. В годы ВОВ выдающееся советские физики академики А.П. Александров и И.В. Курчатов предложили стальные корпуса кораблей «обматывать» несколькими витками кабеля, по которому время от времени пропускали электрический ток. С какой целью это делали?

Задача 6. Несколько дней в 1952 г. Лондон был окутан столь густым и чёрным туманом (смогом), что видимость была минимальной, и в городе погибло около 4 тысяч человек. За последние 10 лет лондонские туманы стали относительно слабыми. Одна из причин этого заключается в том, что сейчас там для отопления очень редко используют уголь. Объясните этот факт.

Задача 7. Сила тяги двигателя снаряда боевой ракетной установки «Катюша» составляла 19,6 кН. Масса снаряда 42,5 кг. Определите ускорение, с которым двигался снаряд.

Задача 8. В 1942 году на смену КВ-1 было начато производства танка КВ-1с, масса которого составляла 42,5 т. Площадь гусениц уменьшилась на 13 % по сравнению с КВ-1. Как изменилось давление танка на грунт?

Задача 9. Аэростат заграждения АЗ имел объём 290 м³. Вычислите Архимедову силу, действующую на аэростат, если он наполнен гелием.

Задача 10. Партизан, плывя на лодке по озеру, стреляет из автомата ППШ под углом 30⁰ к горизонту в сторону направления движения. С какой скоростью двигалась лодка, если она остановилась после 10 выстрелов? Масса лодки с партизаном 120 кг, масса пули и заряда 6 г, скорость вылета пули и пороховых газов 500 м/с.

Задача 11. На каком расстоянии от советского воина находился в Великую Отечественную войну фашистский танк, если пуля выпущенная солдатом из противотанкового ружья со скоростью 1000м/с, настигла танк через 0,5 с?

Задача 12. Скорость бронированного самолета штурмовика ИЛ-2, участвовавшего в Великой Отечественной войне, равно 440 км/ч. Какой путь преодолел самолет, если полет по заданию командования продолжался 1ч40 мин.

Задача 13. Во время Великой Отечественной войны страшным для врагов смертоносным оружием зарекомендовал себя лучший в мире советский танк Т-34. Какую скорость развивал этот танк, если танковая колонна, перебрасываемая с одного участка фронта на другой, прошла 165 км за 3 часа?

Задача 14. Какова площадь опоры одной такой боевой машины пехоты БМП, если при массе 11т она оказывала давление на почву 59 кПа?

Задача 15. Сила, действующая на снаряд первой советской боевой ракетной установки «Катюша», громившей захватчиков с самого начала Великой Отечественной войны, 19,6кН. Выпущенный из нее снаряд летел на расстоянии 8км. Какую работу совершала установка по выпуску всех своих снарядов, если у нее их 16?

Задача 16. Через сколько времени Як-3, летевший со скоростью 650 км/ч мог догнать фашистский бомбардировщик, находящийся от него на расстоянии 3 км и двигавшийся со скоростью 500 км/ч?

ИТОГ УРОКА

Учитель. Сейчас, по прошествии более 75-ти лет с момента окончания войны, это со­бытие и сама война лучше видятся с далёкого расстояния, о них много написано, многое осмыслено. Думается, справедливо считать, что салют Победы, состоявшийся 9 мая 1945 года, славил подвиг всех людей страны — тех, кто с оружием в руках в смер­тельной схватке с врагом отстоял свободу и незави­симость нашей Отчизны, кто варил сталь, изготав­ливал снаряды, строил танки и самолёты, кто делал оружие Победы, кто, не жалея сил, день и ночь тру­дился в тылу на благо фронта, кто создавал воору­жение, — учёных, конструкторов, исследователей, деятелей техники. Это благодаря их труду, знани­ям, практическому опыту и полёту творческой мыс­ли рождались в небывало короткие сроки проекты новой боевой техники, призванной громить врага, и совершенствовалась техника, уже имевшаяся. Страна салютовала всем своим гражданам: ведь это их неимоверными усилиями была завоевана вели­кая Победа. Она салютовала нравственному подви­гу народа, выстоявшего в жесточайшей длительной борьбе и вышедшего из неё победителем. (Звучит музыка песни «День Победы».) Хочу услышать ва­ше мнение, учащиеся, по материалу урока. Что для вас было интересно, что ещё нового по этим вопро­сам вам бы хотелось узнать? (Обмен мнениями.)