Что такое физические бои и как к ним готовиться
Предисловие
Этот план — краткое введение в турниры по физическим боям. Он должен помочь участникам понять, как готовиться к разным частям турнира. Большая часть советов написана для одного вида таких турниров, но многие из них пригодятся и на других длительных соревнованиях: от олимпиад до республиканских сборов.
О турнирах по физическим боям
Турнир по физическим боям — соревнование школьников и студентов, на котором нужно решать задачи по физике и защищать свои решения перед критически настроенной аудиторией. Такие турниры проводятся с 1980-х годов. В отличие от предметной олимпиады, во время защиты решений участники напрямую взаимодействуют друг с другом.
Среди самых известных — International Young Physicists' Tournament и российский Турнир юных физиков.
Турниры бывают двух типов:
- Турнир юных физиков (ТЮФ). На решение нескольких сложных исследовательских задач по теоретической и экспериментальной физике даётся несколько месяцев.
- Флешбои. Участники узнают условия задач только на самом турнире, и времени на решение меньше. Порядок боя тоже другой: задачи закрытые, жюри меньше, практических туров нет.
У подготовки к обоим типам турниров есть свои особенности. Кроме решения задач, нужно уметь выступать перед аудиторией и быстро придумывать стратегию и тактику игры при ограниченном времени.
Дальше речь пойдёт о флешбоях. На момент написания плана, насколько нам известно, единственным турниром по физическим боям в Центральной Азии был Almaty Physics Battles (APhB). Он проходит в два этапа: отборочный и финальный.
До турнира
Правила и структура
Подготовку к любому соревнованию стоит начинать с правил и формата задач. Физику, конечно, тоже нужно учить, но этим лучше заниматься заранее, а не за три месяца до турнира. Ниже мы коротко описываем правила физических боёв. Полностью они изложены в регламенте турнира: регламенты APhB начиная с 2024 года опубликованы на сайте Beyond Curriculum.
Турнир состоит из нескольких туров. Каждый тур включает прорешку, капитанский бой и физбой.
- Прорешка — первый этап тура: каждая команда отдельно решает задачи.
- Капитанский бой — капитаны команд на скорость решают одну задачу. Победитель получает право выбрать роль своей команды в первом раунде физбоя.
- Физбой состоит из нескольких раундов. В каждом раунде одна команда докладывает решение задачи, и его сразу проверяют: сначала соперники (это называется оппонированием), потом жюри. По итогам раунда каждая команда может получить баллы за свою роль. В конце тура жюри подводит итоги и на основе баллов начисляет обеим командам очки по системе «победа — ничья — поражение».
Физбои чаще всего проводятся по швейцарской системе. Она позволяет обойтись небольшим числом туров без выбывания команд. Начиная со второго тура, встречаются команды с одинаковым числом очков, поэтому заведомо сильные и слабые команды пересекаются реже.
Теоретическая подготовка
Обычная подготовка к олимпиадам по физике уже покрывает большую часть того, что нужно для физбоёв. И всё же стоит прорешать задачи прошлых турниров: так вы привыкнете к формату, к разным ограничениям по времени и к тому, что решать приходится командой. На APhB задачи по сложности обычно соответствуют районному и областному этапам республиканской олимпиады, хотя бывают и отклонения. Подробнее об этом — в планах подготовки к олимпиадам по физике уровней 2 и 3.
Работа в команде
Чтобы победить, не обязательно каждому участнику знать все темы на уровне республиканской олимпиады, хотя это и не помешает. Гораздо важнее, чтобы команда вместе хорошо владела всеми разделами. Каждый в чём-то сильнее сокомандников, а в чём-то слабее, и так складывается баланс. Например, один хорошо знает механику, другой силён в термодинамике и МКТ, третий в электромагнетизме, четвёртый в оптике. В итоге нужно решить как можно больше задач за короткое время, как на олимпиаде, только всей командой. Узнайте друг друга получше, разберитесь в сильных и слабых сторонах каждого. И главное: доверяйте друг другу и не тяните одеяло на себя.
Разносторонние знания по физике важнее всего капитану. На капитанском бою он представляет всю команду и в одиночку решает задачу на скорость против капитана соперников. Кроме того, капитан координирует работу команды и общается с жюри во время боя. Поэтому ему нужно хорошо разбираться во всех разделах: так проще распределять роли и быстро вникать в решения сокомандников.
Во время турнира
Прорешка
Распределяйте задачи с учётом уровня каждого участника и времени на решение. Обычно тот, кто решил задачу, и докладывает или оппонирует её у доски, но число выходов к доске у каждого участника ограничено. Начинайте с более простых задач: все задачи стоят одинаково.
Физбой
В каждом раунде одна команда докладывает, другая оппонирует, затем роли меняются. Поддерживайте докладчика: если нужно передать ему информацию, возьмите короткий перерыв. Остальные участники в это время могут продолжать решать задачи.
Тактические приёмы
- Замена докладчика. Разрешена, но выход к доске засчитывается обоим участникам, а регламент иногда ограничивает число замен. Используйте её в крайних случаях.
- Проверка корректности. Если вызванная команда не решила задачу, она может проверить корректность вызова. Если вызов окажется некорректным, вызывающая команда теряет часть баллов в пользу соперника. Ограничения и штрафы определяет регламент.
- Отказ от вызова. Если решённых задач не осталось, команда может завершить тур без штрафов. Это тактический приём, который помогает сохранить позиции.
Продумайте эти сценарии заранее. Тогда на турнире всё время уйдёт на задачи.
После физбоя
Ваш первый физбой закончился. Вы подписали лист с баллами и вышли из аудитории.
Что дальше? Отдыхайте. Попейте воды, перекусите, сходите в туалет, полежите, поиграйте в настольные игры, выйдите на свежий воздух. В отличие от обычной олимпиады, физбои похожи на марафон, поэтому силы нужно расходовать с умом. Не стоит перерешивать задачи или повторять теорию: так энергия закончится к середине турнира. Если очень хочется сделать что-то полезное, подумайте о стратегии: что в ней поменять, как лучше вызывать соперников и с чего начинать тур, если вы выиграете капитанский бой.
Об этом плане
Авторы
План составили члены Организационно-методической комиссии (ОМК) Almaty Physics Battles 2024 Ернур Кайроллаев (бронза IZhO, бронза республиканской олимпиады) и Досжан Бисимби (серебро IPhO, серебро IZhO, золото республиканской олимпиады).
IPhO — Международная физическая олимпиада, самая престижная олимпиада по физике в мире. IZhO — Международная Жаутыковская олимпиада.
Редакторы: председатель ОМК Арсен Кожабек и член ОМК Almaty Physics Battles 2024 Алишер Еркебаев.
Лицензия
Этот план подготовки является интеллектуальной собственностью общественного фонда Beyond Curriculum и распространяется по лицензии CC BY-NC-ND 4.0. Вы можете распространять план полностью или частично при следующих условиях: нужно указать правообладателя (BY, ОФ «Beyond Curriculum») с активной ссылкой на первоисточник; план нельзя изменять (ND); использовать его можно только в некоммерческих целях (NC).
Напоминаем, что Республика Казахстан, как и многие другие страны, присоединилась к Бернской конвенции Законом РК № 297-I от 10 ноября 1998 года, и для Казахстана конвенция вступила в силу 12 апреля 1999 года. По этой конвенции страны-участницы охраняют авторские права граждан других стран-участниц в той же мере, что и права своих граждан.
Рекомендуемые темы финального этапа
Список академического комитета APhB
Здесь председатели жюри APhB задают условный силлабус туров финального этапа. Составители могут выбрать любую из перечисленных тем, а также дать задачу на тему вне списка, если приложат необходимую теоретическую справку.
Младшая лига
Школьная программа по физике и математике до 9 класса включительно.
Механика
Кинематика
- Основные понятия кинематики. Движение с постоянной скоростью. Средняя скорость
- Равноускоренное движение
- Графическое представление движения
- Относительное движение. Системы отсчёта. Преобразования Галилея
- Вращательное движение. Угловая скорость. Центростремительное и тангенциальное ускорения
- Движение в однородном поле тяжести (баллистика)
- Кинематические связи
- Мгновенная ось вращения
Динамика, гравитация
- Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта
- Законы Ньютона
- Блоки и системы блоков
- Сила трения
- Закон Гука. Системы пружин
- Гармонические колебания
- Центробежная сила
- Движение центра масс. Приведённая масса
- Закон всемирного тяготения. Законы Кеплера. Базовые знания об эллиптических орбитах
Статика, механика жидкостей
- Момент силы
- Условия равновесия. Устойчивость равновесия
- Давление. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Плавучесть
- Уравнение непрерывности потока
- Средняя плотность
- Нахождение центра масс системы
- Плотность кристаллической решётки
Законы сохранения
- Закон сохранения энергии
- Закон сохранения импульса
- Работа, мощность
- КПД
- Упругие и неупругие соударения
- Второй закон Ньютона в импульсной форме
- Кинетическая и потенциальная энергия
Термодинамика, оптика, электричество
Теплообмен
- Тепловой баланс, теплоёмкость
- Фазовые переходы
- Теплота сгорания топлива
- Закон Ньютона — Рихмана
- Тепловое расширение
Электрические цепи
- Эквивалентное сопротивление системы
- Закон Ома
- Правила Кирхгофа
- Сбалансированный мост
- Амперметр, вольтметр, ЭДС, реостат, диод в цепи
- Вольт-амперная характеристика
- Закон Джоуля — Ленца
- Бесконечные цепи
Оптика
- Принцип Ферма
- Оптическая плотность среды
- Закон Снеллиуса
- Закон отражения
- Тонкие линзы. Формула тонкой линзы
- Оптическая сила
- Плоские и сферические зеркала
- Построение изображений в оптических системах
Электростатика
На уровне общего понимания
- Закон Кулона
- Напряжённость и потенциал
- Принцип работы конденсатора
Математический аппарат
Геометрия
- Аксиомы геометрии
- Свойства треугольников
- Теорема Пифагора
- Тригонометрические функции и тождества
- Векторы. Графическое представление векторов в задачах. Радиус-вектор. Сложение векторов и скалярное произведение
Алгебра
- Пропорции. Значащие цифры. Степени. Корни. Решение систем уравнений
- Формулы сокращённого умножения
- Квадратные уравнения. Степенные и показательные функции. Графики функций
- Числовые последовательности. Арифметическая и геометрическая прогрессии
- Общие представления о малых приращениях. Физический смысл касательной к графику функции и площади под графиком
- Метод размерностей в физических задачах
Старшая лига
Силлабус младшей лиги, а также школьная программа по физике и математике до 11 класса включительно.
Механика
Кинематика
- Относительное движение
- Неравномерное движение
- Криволинейное движение. Радиус кривизны. Тангенциальное и нормальное ускорения
- Движение в поле тяжести. Баллистика
- Уравнения движения в координатной и векторной форме. Уравнение траектории. Кривая максимальной достижимости (парабола безопасности)
Динамика, гравитация
- Силы трения. Трение скольжения
- Силы упругости. Закон Гука
- Сила сопротивления среды
- Гармонические колебания. Общие понятия о затухающих колебаниях
- Закон всемирного тяготения. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия. Законы Кеплера. Движение тел по коническим сечениям
Твёрдое тело, статика
- Центр масс. Система отсчёта центра масс. Теорема Кёнига
- Свойства абсолютно твёрдого тела
- Статика. Равновесие тела. Упругие деформации. Модуль Юнга
- Момент импульса
- Момент инерции и момент силы. Кинетическая энергия вращения
- Теорема Штейнера. Момент инерции относительно точки и оси
Механика жидкостей, волны
- Гидростатика. Равновесие жидкости. Закон Паскаля
- Закон Архимеда
- Уравнение Бернулли
- Общие представления о механических волнах. Частота и длина волны
Термодинамика, электромагнетизм, оптика
Термодинамика
- Число Авогадро. Молярная масса
- Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Количество теплоты
- Уравнение Менделеева — Клапейрона. Свойства идеального газа. Изотермы, изобары, изохоры и адиабаты идеального газа
- Тепловые машины. Графики циклов
- Цикл Карно. Теорема Карно
- Понятие энтропии. Закон возрастания энтропии в изолированных системах
- Понятие квазистатического процесса. Различие между быстрыми (адиабатическими) и медленными (квазистатическими) процессами
- Теплоёмкость. Удельная и молярная теплоёмкости. Теплоёмкости при постоянном объёме и постоянном давлении. Степени свободы молекулы. Соотношение Майера
- Теплопроводность. Закон Фурье
- Свойства твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Давление и температура при фазовых переходах
- Свойства водяного пара. Насыщенный пар и его парциальное давление. Кипение жидкости
- Коэффициент поверхностного натяжения
- Краевой угол смачивания
- Капиллярные явления. Формула Лапласа
Электромагнетизм
- Напряжённость электрического поля. Теорема Гаусса
- Потенциальность электростатического поля. Работа электрических сил
- Электрический диполь
- Свойства проводников. Закон Ома в локальной форме. Удельное сопротивление и проводимость
- Свойства диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость
- Индукция магнитного поля. Закон Био — Савара — Лапласа. Теорема Гаусса для магнитного поля. Теорема о циркуляции (закон Ампера)
- Свойства магнетиков. Магнитная проницаемость. Основные понятия о магнитных диполях
- Сила Лоренца. Сила Ампера, действующая на проводник с током
- Электромагнитная индукция. Закон Фарадея
- Правила Кирхгофа
- Конденсаторы и катушки. Ёмкость и индуктивность. Энергия конденсатора и катушки. LC-, RL- и RC-цепи
- Работа источника. Мощность элементов цепи. Баланс энергии: работа источника, выделение тепла, работа внешних сил и изменение внутренней энергии системы
Оптика
- Законы геометрической оптики. Принцип Ферма и принцип таутохронизма
- Преломление света. Закон Снеллиуса
- Плоские и сферические зеркала
- Свойства тонких линз
- Центрированные оптические системы. Системы тонких линз
- Интенсивность излучения
- Свет как электромагнитная волна
Математический аппарат
- Дифференцирование. Решение простейших дифференциальных уравнений. Уравнение гармонических колебаний
- Интегралы. Интеграл степенной функции
- Векторы. Векторное и скалярное произведения. Разложение вектора по базису
- Кривые второго порядка: парабола, гипербола, эллипс
- Метод размерностей в физических задачах