От ракет из пластиковых бутылок до будущих научных открытий

Еще до войны в Киеве появилась традиция проводить олимпиады по физическому эксперименту ExPhO для школьников. Соревнования проходили в КНУ имени Тараса Шевченко. Из-за ковида и войны традиция приостановилась, но недавно ее возобновили — состоялась ExPhO 2025. Желающих участвовать было так много, что соревнование провели в два этапа.

Это уникальная возможность для молодых почувствовать драйв научного поиска и эксперимента. Для страны, которая стремится к научному и технологическому прорыву, поддержка таких соревнований — инвестиция в будущее. Это не только о первых попытках настоящих научных экспериментов, но и о популяризации естественных наук, селекции талантов и поощрении старшеклассников вступать в украинские заведения высшего образования — ведь второй этап этой олимпиады прошел в ангаре Киевского авиационного института (КАИ), а ее организаторами стали КАИ, Киевский академический университет (КАУ) и Научно-исследовательская школа «Базис» (первый тур состоялся именно в ней). В состав жюри вошли известные ученые-физики, преподаватели.

Место проведения — ангар КАИ — выбрали неслучайно. Оно важно, чтобы показать школьникам, где могут понадобиться знания прикладной физики и наноматериалов. Здесь можно увидеть самолеты, вертолеты, авиадвигатели, макеты ракет, пушку с самоходной зенитной установки. «В авиации нужны знания по физике, математике и другим наукам, — отметил декан Аэрокосмического факультета Святослав Юцкевич. — Рад видеть столько умных учеников, которые решают задачи разными, часто нестандартными способами».

По условиям соревнований в олимпиаде принимали участие команды старшеклассников — учеников 7–11 классов. За пять часов они должны были решить шесть экспериментальных физических задач. Школьники могли пользоваться чем угодно, даже смартфонами. Единственное, что было запрещено, — просить помощи у учителей.

В день олимпиады учеников ждали и оригинальные задачи, и все необходимое для экспериментов: пусковая установка для ракет, жидкий азот, гелий, магнитные шарики и т.п.

Поэтому неудивительно, что во время олимпиады большой ангар Киевского авиационного института превратился в территорию приключений: школьники запускали ракеты, взвешивали воздушные шарики, измеряли вязкость воздуха. Это был драйвовый и незабываемый день.

В олимпиаде приняли участие 15 команд из разных городов страны. Первое и второе место заняли команды Украинского физико-математического лицея UBEBIBO 2.0 и OBEBIBA 2.0. Третье место заняла команда «Лудомани squad» из Львова.

Спрашиваю у одного из организаторов и инициаторов олимпиады, учителя физики школы «Базис» Александра Трилиса, чем объясняется такой интерес к соревнованиям. Ведь победа не дает ни материального вознаграждения, ни преимуществ во время поступления в вуз.

«Объяснить можно только одним — любовью к физике и интеллектуальным соревнованиям, — отвечает Александр. — Важно также, что во время олимпиады дети чувствуют себя среди единомышленников. Бесценно и ощущение поиска, когда сначала что-то не получается, а потом «Эврика!», и все удается».

Интерес вызывают и оригинальные задачи. «Например, wow-эффект имеет задача «Азотная ракета», — отмечает Трылис. — Ученики должны предложить оптимальный состав топлива (соотношение воды и азота). Во время запуска ассистент помещает бутылку со смесью в пусковую установку — ракета с шипением взлетает, из сопла вырывается белая струя. Это очень зрелищно».

Не было ли опасений, что ученики привлекут к решению задач искусственный интеллект, ведь они имели возможность пользоваться смартфонами? «Нет, не было, — улыбается Александр Трилис. — Решение экспериментальных задач невозможно найти в Интернете. И чат GPT их тоже не решит. Во время первого тура мы предложили ИИ выполнить конкурсные задачи, и он не справился. ИИ может предложить план, но провести эксперимент и объяснить его ход придется самим участникам».

Физический эксперимент и исследования считает преимуществами олимпиады и директор КАУ, академик НАН Украины Александр Кордюк. Ведь обучение в КАУ как раз и построено на привлечении студентов к исследованиям — университет является точкой входа в науку.

К сожалению, у детей, интересующихся физикой, проседает именно эксперимент. И на украинских, и на международных олимпиадах теоретические задачи ученики выполняют лучше, чем экспериментальные. «Я бы даже сказал, что с экспериментами катастрофа, — добавил Александр Анатольевич. — Эта же олимпиада экспериментальная, с исследовательской составной частью. Есть задачи, которые можно решить с помощью эксперимента, а есть задачи, где нужно провести настоящее исследование».

Чтобы привлечь молодежь к исследованиям, а следовательно, и к науке, на Аэрокосмическом факультете КАИ совместно с КАУ создана образовательно-профессиональная программа «Прикладная физика». Это единственная в Украине учебная программа по научному дуальному образованию.

Первые студенты смогут поступить на специальность «Прикладная физика и наноматериалы» уже в 2025 году. «Это пилотный проект. Мы смотрим, как лучше проводить исследовательское обучение на бакалаврате, какие практики применять», — добавил Александр Кордюк.

Возможно, участники олимпиады, которые живо дискутировали о ракетном топливе, станут первыми студентами этой программы.

Об особенностях программы «Прикладная физика» рассказал участникам соревнований преподаватель кафедры прикладной физики и наноматериалов КАУ Олег Фея. Он объяснил, что большинство учебных курсов программы будут преподавать ученые из академических институтов, с третьего курса студенты будут проводить исследования под руководством ученых. С четвертого — стажироваться в европейских университетах и лабораториях.

А что подготовили для школьников организаторы, какие исследовательские задачи им нужно решить? Спрашиваю об этом Олега Фею, в то время как команды работают над задачами.

«Исследовательской является, например задача со звездочкой, где нужно рассчитать вязкость воздуха с помощью воздушного подшипника из двух пластиковых стаканчиков. Эту задачу не успели решить даже члены жюри, ее результат сейчас неизвестен. Приятно видеть, что школьники относятся к выполнению этой задачи как к приключению», — заметил Олег Фея.

Кстати, участники олимпиады должны не только решить задачи и провести эксперименты, но и защитить свои расчеты перед жюри. За этим общением наблюдали (и болели душой за учеников) учительницы физики из Научного лицея имени Анатолия Лигуна из города Каменское Ольга Рыжко и Наталия Мирошник. Их команда прибыла в Киев в день открытия олимпиады, а вечером должна была отправляться домой. К сожалению, волнения детям добавила ночная атака «шахедов»: обломок дрона попал в дом, где живет один из участников. Несмотря на это парень не отказался от участия и сумел сосредоточиться на задачах.

«У наших учеников большой опыт участия в олимпиадах и конкурсах МАН. Недавно они заняли шестое место в финале программы Destination Imagination, — рассказала Наталия Мирошник. — Очень хорошо, что ExPhO предлагает именно экспериментальные задачи. Эксперимент — это всегда о свободе. Мы видим, что дети не боятся ошибок и отстаивают свое мнение».

Спрашиваю у капитана команды «Энтропийный хаос» из Каменского Валерии Наголенко, какой была ее мотивация приехать. «Приехала, потому что мне невероятно интересно», — ответила школьница. Кстати, задачу со звездочкой ее команда решила одной из первых. «Мы это сделали с помощью шариков и пластиковых стаканчиков, — объяснила Валерия. — Сначала не удавалось, но мы все же вытянули воздух из промежутка между стаканчиками. Получился воздушный подшипник, и мы рассчитали коэффициент вязкости воздуха».

В это время звучит громкий взрыв — одна из команд тестирует свою ракету. К сожалению, неудачно. Капитан команды Basis1 восьмиклассник Михаил Кажан спокойно анализирует ошибки: «Похоже, я слишком оптимистично оценил переход энергии в тягу, и ракета взорвалась в установке», — улыбается он.

В это время его команда готовится представлять жюри решение задачи об определении высоты ангара. «Мы использовали несколько способов, в частности по скорости подъема воздушного шарика, — объясняет участник команды Юрий Переверзенцев. — Наша команда — это союз единомышленников. Экспериментировать очень интересно. Именно эксперименты помогают узнавать что-то новое о мире».

Оригинальным способом попробовала решить задачу о высоте ангара и команда из Новопечерской школы Immortals. Сперва ученики определили вес конфеты, потом — конфеты с воздушным шариком, учли силу тяжести, архимедову силу, ускорение. За час до окончания олимпиады ученики еще дискутировали о правильности своего решения.

«Не понимать физику — это как не знать историю, — считает участник команды Immortals Назар Гаврищук. — Тот, кто не знает прошлого, не может принимать решения в настоящем, потому что будет наступать на те же грабли. С физикой так же. Если ты не понимаешь процессы, которые происходят вокруг тебя, как тогда будешь развиваться и что-то создавать? Физика важна».

ExPhO — это не просто соревнования по физике. Это о науке как пространстве силы и надежды. О школьниках, которые, несмотря на тревоги и воздушные атаки, экспериментируют и выполняют исследования.

И, возможно, именно из таких олимпиад и ракет из пластиковых бутылок начинается путь к прорывам. К технологиям, которые усилят страну. К ученым, которые останутся в Украине.