Прикладная физика и школьная

Всем доброго времени суток, дорогие мои читатели!
Хочу поделиться с вами моей точкой зрения.

Я пришёл к выводу, что курс школьной физики слишком избыточен, и неправильно выстроен, потому что школьники изучают слишком много формул, да и из тех, что они изучают к тому же мало связанных с их бытовой жизнью. Сначала я хотел написать — с реальностью, но нет, потому что физика — это и есть реальность. Но вот если разобраться, то прикладными темами являются всего две. Ну может быть три, если очень постараться.

Теплопроводность.
Школьникам обязательно надо знать, как передаётся тепло, на уровне
теории. Важно понимать, как происходит теплопередача. Какие среды хорошо держат тепло — это теплоёмкость. Какие среды его хорошо передают вдоль вещества. И также каким образом сама среда может двигаться в тепловых потоках. Это немного сложнее — но это конвекция, и её необходимо изучить. Эта тема фактически не затрагивается в школе. Вернее, про неё вскользь упоминают на уроках, рассказывая про виды тепло передачи. Но формул уж точно не даётся. Также нам важно понимать, насколько много выделяет энергии конкретное вещество, при термическом окислении, или горении в присутствии кислорода. Тут нам поможет таблица удельной теплоты сгорания.

Да кстати, рассказывая про третий вид передачи тепла — излучением, в школе обычно не дают очень важную формулу Стефана-Больцмана, которая на самом деле является определяющей в нашей среде (при том, что теплопроводность воздуха крайне низкая).
Через неё мы можем посчитать теплопередачу от любого греющего источника. Да, пожалуй, чтобы применить эту формулу, необходимо хорошо знать прикладную стереометрию, и выглядит она довольно сложной даже для старшеклассников. Но она важна. Также необходимо дать понятие о чёрном теле. Потому что по опыту знаю, что есть такие золотые медалисты, сдавшие физику, но не способные объяснить этот термин вне контекста  бытового смысла. А это понятие говорит о свойстве тела поглощать излучение, а также способности этого тела излучать спектр.

Тут необходимо также упомянуть энергию, и посмотреть, как она распределяется в разных телах, и в каких формах. Но поскольку физика нам говорит о том, что энергия бывает не только тепловая, но и механическая, то перейдём к следующей теме.

Механика.
Очень важно в школе рассказать, почему и как передаётся механическая энергия,
как импульсы тел друг с другом взаимодействуют. Хотя задачи на закон сохранения импульса в жизни практически не применяются, ну вот разве что вы захотите сыграть в бильярд — тогда он, возможно, пригодится, и то не факт. Всё будет зависеть от вашей удачи в большей степени.
Очень важно изучить применение блоков и рычагов, это одна из самых востребованных и важных тем в физике. Сюда же относится давление, и как жидкостное давление, измеряемое высотой, так и прямое механическое, зависящее от силы по площади. Важно понимать, что давление распределяется по площади, и является куда более важной характеристикой воздействия, нежели сама сила. Объяснять на примере ножа и иголки. А также лыж и снегоступов. Ещё важно рассказать здесь про силу упругости, а главное, то, чего редко объясняют в школе  — разные коэффициенты упругости, зависящие от свойств материала. Рассказать, как её применять на практике, почему и как работают резинки. И чтобы не было удивлением для начинающих физиков в школе — рассказать про предел упругости, когда тело уже не натягивается, а становится хрупким, то есть оно разрывается.
Кто-то мне скажет: «Хей, да ведь это же из другой темы, из материаловедения!» И он будет прав, ведь это оттуда. Также буду прав я, ведь это же
механика, верно? Это ведь механические свойства тел. Значит, это сюда. Тут кстати было бы неплохо показать практический смысл силы архимеда, и это не воздушные шары. А вот умение при помощи неё держаться на воде — было бы хорошей прикладной штукой. Рассказать школьникам про плотность, про массу и объём.

Третья, хотя и не самая важная тема из физики — это

Кинематика, но её важность преувеличена. Да, конечно, неплохо бы знать подсчёт скорости, также понимать зависимость от ускорения, может быть считать время в пути, но скажите по-честному, разве это когда-нибудь пригодилось вам, кроме любопытной штуки с падением кирпича с многоэтажного дома?

Расчёт  и практика показывает, что время падения достаточно небольшое, потому как зависит от корня высоты. И мало меняется с каждым этажом. Но вполне обычные вещи — типа движения автомобилей, и любого другого транспорта… Эм, вы же никогда не задумывались, в повседневной жизни, что у них есть некоторое «ускорение», так ведь? Все мы привыкли, что скорость измеряется повсюду, а вот ускорение… это что-то из разряда фантастики… Но да, мы о нём слышали. В физике оно было, точно. В уме мы же просто перемножаем скорость на время, вот и всё, что нам нужно из кинематики.

Электрика, магнитные поля и прочая электромагнитная фигня…. Не нужна она школьникам, хотя ей уделяется так много времени в школьном курсе. Все ли школьники, сдающие физику, хотят стать электриками? Инженерами-электронщиками, а также прикладными физиками? Боюсь что нет. А те, кто хотят иметь дело с электричеством — пожалуйста, пусть изучают, но в ходе спецкурса, это должно быть уже ближе к вузовскому образования, или пожалуйста — профессиональное техучилище, может быть колледж.

Нам в быту никогда не пригодится ни закон Ома, ни правило правой (а чёрт его знает, может левой?) руки для силы Ампера, и прочая электромагнитная ерунда. Или может быть та формула из расчёта ёмкости конденсатора? Нет, что-то я не припомню, когда она в жизни мне пригодилась. Да и всяческая электростатика со своими силами Кулона остаются дружно за бортом. Что-то я не часто вижу, как кто-то толкает заряженные шары или другие предметы, чтобы посмотреть, как они притягиваются или отталкиваются. Ну не происходит у нас в жизни такого. Хотя объяснить на примере опасность статического электричества от обычной шерсти необходимо.

Электромагнетизм? Магнитный поток? Связь магнитной индукции с катушкой? Кому это всё нужно? Ну уж точно не школьникам.
Вы наверное уже вспомнили, что у вас дома есть чайник, пылесос, вентилятор и масса других электрических приборов, работающих от переменного (ого, переменного!) тока и напряжения, и можете задать наводящий вопрос, мол, так давайте же изучать свойства нашего бытового напряжения 220В/50Гц, наверное это очень прикладная штука! Но я опережая ваш вопрос, отвечу — нет, не стоит. Если человеку это не интересно, и нет дальшейшего желания разбираться с этими вещами, незнание принципов, как работает переменное электричество, никак не помешает вам в жизни. Достаточно просто изучить пару прописных истин, типа не трогать голые провода руками, и не тыкать всякими штуками в розетку (боюсь, этому учат ещё в детском возрасте, в школе об этом уже поздно рассказывать) — но это простая техника безопасности. А как применять электроприборы — думаю, мне смысла рассказывать тут нет. Дети очень быстро учатся пользоваться ими, и без всяких там формул типа закона Ома. Эта формула разве что поможет вам узнать, как быстро вскипит чайник. Но, взглянем правде в глаза — оно вам сильно надо? А посчитать скорость вращения вентилятора и ламинарный воздушный поток школьники всё равно не смогут — тут нужны инженерные знания куда высшего порядка (да и ваш покорный слуга без справочника тоже бы не смог это сделать).
В общем мой итог следующий: не стоит лезть глубоко в дебри формул, а то школьники начинают путаться и считать физику чем-то подобным дьявольской науке, где огромная куча непонятных формул, и необходимо их все учить.

Оптика, это довольно неоднозначная тема. С одной стороны, надо объяснить школьникам, какими свойствами обладает видимый свет, как он отражается, поглощается и преломляется. Но с другой стороны, все эти задачи с тонкими и толстыми линзами, кучей разных зеркал и разных сред с разными коэффициентами преломления… подождите, вы серьёзно? И школьнику надо это всё изучать, применять довольно сложный аппарат тригонометрии, а также зверскую формулу «тонкой линзы»? Для чего, вы скажите мне пожалуйста? Может быть мы хотим, чтобы наши начинающие физики сразу же умели делать себе микроскопы и телескопы? Или может быть что-то более прикладное, типа очков и линз? Хм, но ведь без необходимого оборудования они всё равно этого ничего не сделают… Тогда зачем? Ума не приложу, зачем всё это дают в школе, кроме специфики отработки самого математического аппарата. Рассказать про оптические свойства разных веществ — надо, решать задачи — бесполезно.

Одна из самых бесполезных тем в современном учебнике физики  — молекулярно-кинетическая теория. И я не буду давить на тот факт, что это лишь теория, и есть другая, не менее правдоподобная, но зато более визуально-наглядная теория тепловых элементов , и как мне МКТ не нравится в принципе, я просто обращу внимание на тот факт, что она не изучает ничего, кроме какой-то внутренней возни между молекулами идеальных (вы только вдумайтесь, идеальных!) газов. Реальные же газы вообще не изучаются, или же затрагиваются в контексте влажности. Говорится, что там формулы идеальных газов не работают (ну а как же, они должны работать-то, где же вы видели идеальные газы?). Также часто вспоминается тот факт, что школьники не умеют работать с гигрометрами (приборами для измерения влажности воздуха), потому что их этому не учат! Более того, они часто не понимают, для чего они вообще нужны! Влажность и влажность, ну и ладно.

В целом обмены энергий и сжатия газов в поршнях, при применении закона Менделеева-Клапейрона, довольно любопытны, но опять же не представляют особой ценности. Единственная практическая задача из всех, которую я когда-либо встречал — это задача по накачке мяча. И там нужно было посчитать, сколько разно нужно было качнуть насос, используя вышеприведённый насос. Но в реальности мы ничего считать не будем, а просто эмпирически прикинем, какой примерно объём воздуха заталкивается в камеру одним нажатием, и провернём процедуру N раз, поделив объём камеры на это значение. Или вовсе используем электрический насос, и он выполнил всю работу за нас. Оп-ля, красота! И не нужно ничего считать, здорово, не правда ли?

Среди прочих бессмысленных тем, разумеется, остались за бортом такие темы как:
Закон Всемирной гравитации (ну правда, какое значение он имеет для нас на земле? мизерное!), самая известная формула Эйнштейна (E=mc²), да и прочие формулы из теории относительности и квантовой механики. С ними работают только настоящие профессионалы!

Итак, посмотрел я тут все формулы по физике для 11 класса, и пришёл к выводу, что годных, практически значимых формул-то очень мало, их совсем мало, так мало что… ну, вы сами смотрите.

Механика:
Второй закон Ньютона (F=ma), закон рычага (M=F×l), Давление (P=F/S=ρgh)
Сила упругости (F=kΔx), Плотность (ρ=m/v)
Таблица плотностей веществ, таблица упругих коэффициентов (под вопросом)

Тепло:
Теплота нагрева (Q=mcΔT=qm), Мощность (W=ΔQ/Δt), Закон Стефана-Больцмана (S=σ(T²)²)
Таблица теплопроводности и теплоёмкости, удельная теплота сгорания топлива

Кинематика:
Скорость (V=Δx/Δt)

 

Я насчитал всего девять различных важных формул, и порядка трёх-четырёх практически значимых таблиц. Не очень-то сложно, для бытового и прикладного курса физики? Пожалуй, если преподавать именно этот курс, рассчитанный на ознакомление с курсом физики, а не нечто, преподаваемое в школе сейчас, то школьники будут меньше бояться этого предмета, а следовательно и проблем у них в жизни, связанных с физикой будет намного меньше.

Ты и чужая безответственность

Падает белая пелена, затылок наливается кровью, горячий ком застревает в горле. Страшно потерять контроль, совсем слететь с петель и катушек. Так и хочется надавать лещей наглецу напротив. Опоздание, прогул, заваленные сроки. Ну почему кто-то может позволить себе бездельничать, а ты нет?

Переживания по поводу безответственности окружающих постоянно сводятся к подобным мыслям: «Почему этот человек бессовестно проканывается и ему так нормально?» Конечно, ты бы себя отмутузил мокрыми полотенцами за подобное разгильдяйство, но на лице ленивца наблюдаешь лишь блаженное спокойствие на фоне сгорающего дедлайна.

Изначально у ребенка нет внутреннего контролера, и он делает то, что ему кажется интересным и приятным: ест горстями грязь, смотрит жестокие мультики, прогуливает продленку. Думать ни о чем не нужно: родители обозначают нормы и правила, бьют по рукам или же доходчиво объясняют. Ребенок начинает подчинять себя предлагаемой системе координат и накладывать на нее окружающий мир.

Чем чаще ребенок получал «нет» на свои желания, которые вдобавок высмеивались или осуждались, тем сильнее в дальнейшем он готов отказываться от самого себя.

Незрелое сознание делает принципиальный выбор между личными ощущениями и ожиданиями окружающего мира. Насколько велика готовность задавливать свои желания, чтобы не быть отвергнутым? Например, ходить в художественную школу, чтоб родители не огорчались, или же всегда давать одноклассникам списывать, для того чтобы они тусовались с тобой на большой перемене. Из этой точки непроизвольного выбора формируются две противоположные картины мира. «Мои интересы важнее всего, я никому ничего не должен, меня любят и так» и «Я так стараюсь понравиться окружающим, что забываю про свои собственные потребности и надеюсь, что это оценят». Люди первого типа более расслаблены и с легкостью пренебрегают сроками, договоренностями и дедлайнами. Они внутри себя все себе разрешили, и чужое неудобство для них пустой звук. Люди второго типа трясутся за свое слово и плохо спят, так как тащат на себе невероятный груз быть собой.

Эгоистичность и попустительское отношение к общественному договору здорово облегчают жизнь тому, кто выбрал себя, а не всех остальных.

Тот, кто вырастил свою личность в угоду мира, никогда не смирится с тем, что кто-то может позволить себе не ходить на «нормальные работы», лезть вне очереди и носить не выглаженную одежду. Невозможность позволить себе выбирать собственные желания вызывает агрессию и глубокую обиду. Это своего рода зависть чужой внутренней свободе.

Зависть — только твоя проблема, а не того человека, который живет вне твоей картины мира. Да, он моет посуду перед едой, а не после. Ну и что?

Решать задачу на внутреннее освобождение нужно из взрослого состояния, без осуждения своей невротичной матери и ее педагогических неудач. Способ совладания с любым внутренним конфликтом всегда сводится к осознанию происходящего. Буквально проговаривать внутри себя: «Меня так бесят чужие опоздания, потому что в детстве меня за них ругали. Теперь я сам ругаю других и себя впридачу». Осознал, значит, отделил эмоции от причин. Дальше ты будешь ломать надоевшие паттерны поведения раз за разом. Не заправляешь кровать, опаздываешь на пять минут, ходишь на концерты по средам. А потом чужая свобода перестает вызывать тошноту и агрессию. Твои собственные желания вернулись к тебе и робко ждут за уже незапертой дверью.

 

Источник: ИОНА ГУСАЧЕНКО

Какие алгоритмы нужно знать, чтобы стать хорошим программистом?

Данная статья содержит не только самые распространенные алгоритмы и структуры данных, но и более сложные вещи, о которых вы могли не знать. Читаем и узнаем!

Я предполагаю, что вы знаете как минимум один язык программирования и такие понятия, как объект и указатель. Алгоритмы и структуры данных будут перечисляться по степени их сложности.

Для начала давайте начнем с линейных структур данных и алгоритмов

  • Массивы
  • Связный список
  • Стек
  • Очереди

Перейдем к базовым алгоритмам

  • Сортировка — Сортировка слиянием, Сортировка вставками, Быстрая сортировка, Несколько взаимных перестановок.
  • Умножение матриц (Не обязательно реализовывать, главное — знать алгоритм)
  • Основные алгоритмы просеивания
  • Беззнаковая математика, включая умножение и деление
  • Алгоритм Евклида для нахождения НОД (наибольший общий делитель), Модульная инверсия, Быстрое возведение в степень
  • Числа Фибоначчи с матричным умножением
  • Нормальное распределение и математическое ожидание
  • Статистика – среднее вероятностное значение случайной величины, медиана, дисперсия, теорема Байеса

Также можно изучить популярные алгоритмические методы:

  • Алгоритмы декомпозиции – Бинарный поиск, Нахождение подмассива с наибольшей суммой элементов
  • Жадные алгоритмы – Выбор задач, кодирование по алгоритму Хаффмана
  • Динамичное программирование – Цепное матричное умножение, Алгоритм решения задачи по укладке ранца
  • Линейное программирование – Максимизация параметра, Линейное время сортировки
  • Криптографические алгоритмы – Алгоритм Манакера по нахождению длиннейшей подстроки-палиндрома, алгоритм нахождения наибольшей общей подпоследовательности (LSC), расстояние Левенштейна

Теперь перейдем к типичным нелинейным структурам данных

  • Деревья – Бинарное дерево, Дерево общего вида, Наименьший общий предок
  • Бинарное дерево поиска – Симметричный обход, Обход по уровням, Нахождение k’ого наибольшего элемента, Диаметр, Глубина, Количество узлов и т.д.
  • Динамическая память – Динамический массив, Двоичная куча, Пирамидальная сортировка
  • Алгоритм объединения-поиска
  • Хеш-таблица – Метод нахождения коллизий (Linear Probing), Открытая адресация, Предотвращение коллизий

Рассмотрим графы

  • Список смежных вершин графа, Матрица смежности графа, Взвешенные рёбра графа
  • Основные алгоритмы обхода – Поиск в ширину, Поиск в глубину и т.д.
  • Алгоритмы нахождения кратчайшего пути — Алгоритм Дейкстры, Алгоритм Флойда-Уоршелла, Алгоритм Беллмана-Форда
  • Минимальное остовное дерево — Алгоритм Крускала, Алгоритм Прима

К данному моменту вы должны быть хорошо знакомы с программированием, так как для дальнейшего прочтения и углубления в данную тему вы должны знать больше, чем студент.

Усложнённые деревья и графы

  • Сбалансированные деревья – AVL-дерево, Красно-черное дерево
  • Heavy-light декомпозиция, Б-деревья, Дерево квадрантов
  • Усложнённый граф – Минимальный разрез, Максимальный поток
  • Максимальное покрытие – Теорема о свадьбах
  • Гамильтонов цикл
  • Рёберный граф/ Линейный граф
  • Сильно связные компоненты
  • Главный подграф, Покрытие вершин, Задача коммивояжёра – Алгоритм аппроксимации

Продвинутые криптографические алгоритмы:

  • Алгоритм Кнута-Морриса-Пратта
  • Алгоритм Рабина-Карпа
  • Префиксные и суффиксные деревья
  • Автоматизация суффиксов – Алгоритм Укконена

Высшая математика

  • Быстрое преобразование Фурье
  • Проверка простоты
  • Вычислительная геометрия – Задача поиска ближайшей пары, Диаграмма Вороного, Выпуклая оболочка множества точек

Общие продвинутые темы:

  • Выполнение обхода всех комбинаций/перестановок
  • Поразрядная обработка

Ссылка на оригинальную статью
Перевод: Александр Давыдов
Источник

Хакатоним на блокчейне

Идея родилась в ходе совместной дискуссии на тему «Хакатон по блокчейну».

Так ли страшен блокчейн-хакатон, каким его малюют?
Или “Куда тебе точно не стоит идти в следующие выходные?”
Реалии завтрашнего дня или где юному специалисту применить умения.

Вы знаете, что такое блокчейн-хакатон? Я вот понятия не имею. Для меня эти слова вообще из другого мира, где обитают маги и волшебники сетевых технологий, и общаются на каком-то своем тайном языке, и иной раз послушаешь — будто какие-то заклинания читают.
Ну вот только послушайте: “Мы деплоим с юнит тестами по скраму мета-фреймворк, с докер-криптоконтейнерным-шифрованием и аутентификацией через кролика-эм-кью, используя хэш-функцию стрибога для подписи.” Ну вот чем не заклинание? Но какие-то странные люди всё равно ходят на мероприятия, посвящённые этим словам. Даже более того — они пытаются там что-то серьёзное обсуждать! Мне вот это всё это непонятно.
Я вот себе представляю себе серьёзных дяденек, которые “хакатонят на блокчейне”.
Ну, проблема образовалась куда крупнее. Вот сидишь ты на хакатоне, а тебя спрашивают про проблемы блокчейна. Я уже подумал, а не узнать ли у соседа, а что собственно, это такое — “блокчейн”. Не успел я задать вопрос, как меня пригласил ведущий на сцену.
Я удивлённо встал, и пошёл смущённый, понимая, что на любой вопрос мне придётся выдумывать ответ, будто бы двоечник, который не выучил домашнее задание.
Ну, вы знаете это чувство, когда идёшь, на тебя смотрит сотня глаз, а ты не то что плохо готов, да тебя и спрашивать будут по той теме, в которой ты не в зуб ногой.
Выхожу я значит, и меня ведущий спрашивает: “А собственно, какие ваши предложения по улучшению структуры блокчейна в современных условия?”
Про себя я подумал: “Не всё ли равно, что я им расскажу, если тема вообще незнакомая?”
Начал сразу с места в карьер: “А знаете, есть замечательная идея, вы же собрались здесь вместе, помещение большое, и людей здесь много. Вот, к примеру, концептуальная ориентация на результат. Чем не идея для обсуждения, если образ блокчейн недостаточно легко представим современным обществом? Как вам?”
В зале тихо засовещались. Ведущий окинул взглядом аудиторию. “Кто-нибудь из вас мог бы прямо сейчас изобразить структуру блокчейна, чтобы мы могли с ней работать, как с визуальным образом?”
Выходит такой матёрый программист, в очках и с бородой, и начинает маркером рисовать на доске какие-то линии, схемы, много разных кружочков, и всё соединяет, соединяет. Я пытаюсь не подать виду, и с умным видом формулирую новую мысль.
Когда базовая схема наконец-то нарисована, ведущий снова обращается ко мне: “Ну вот, смотрите, специалист изобразил структуру блокчейна в виде интегрального графа с взаимосвязями структурных компонентов. Есть ли какая-то идея, как это можно было бы улучшить?”
Я смотрю на эти все кружочки и лучи и понимаю, что единственное, что мне хочется сделать, это нарисовать вокруг этих солнышек море и облачка, что мне гораздо ближе и понятнее. Но я подхожу к схеме и стираю пару кружков, и дорисовываю какие-то кривые линии между другими прямыми.
“Вот моя основная идея, конечно, не идеал, но ведь работать можно?”
Зал удивлённо перешёптывается. Кто-то из присутствующих спрашивает: “А вам не кажется, что это невозможно осуществить? Да и потом такое количество связующих узлов понижает надёжность, не так ли?”
Я ни секунды не сомневался, и задал встречный вопрос: “А не для того ли мы все сегодня собрались, чтобы разрешить это коренное противоречие?”
Ведущий поблагодарил меня за нестандартную постановку задачи, и сказал, что теперь мы будем формировать команду, которая будет заниматься решением поставленного мной вопроса. И назначил меня капитаном этой команды.
Ко мне стали подходить люди из зала, говорить, что они готовы помочь с этой проблемой, с другой, с третьей. Мы образовали группу из восьми человек, которые с интересом начали обсуждать в незнакомых мне терминах структуру блокчейна, взяв за основу конфигурацию, которую я видоизменил. Кто-то начинает возражать из позиции, что это очень сложно и непонятно, а другой предлагает сделать что-то похожее на органичную динамическую структуру. Я соглашаюсь с ним, и предлагаю устранить противоречие, создаваемое модифицированной структурой. В других группах тоже возникают какие-то обсуждения, но не такие бурные, как в нашей команде. К нам подходит ведущий, и спрашивает, не сильно ли сложное решение мы пытаемся разработать?

Я смело отвечаю, что “Ресурсы, выделенные в данной схеме, позволяют нам улучшить доступ и упрощают взаимосвязи”. Мой сокомандник добавляет: “Да, но это увеличит риски, а также уменьшает надёжность, хотя это не однозначно. Впрочем, давайте подумаем про само решение. Оно действительно интересное.” Ведущий уходит к другим группам, а мы тем временем снова продолжаем разговаривать про какие-то криптоключи и хеш-шифрование, тем временем я продолжаю изменять конфигурацию схемы, попутно спрашивая: “А сложно ли это решение? Получится ли сделать вот так?”
Группа качает головой, и делает очень задумчивые мины, но через какое-то время у кого-то появляется интересная идея, и он продолжает её раскручивать.

Оказывается, хакатон по блокчейну — это не так сложно! Даже далёкому от этой темы человеку, можно попробовать выдвинуть свою идею, не особо разбираясь в сути самого явления. Впрочем, что это за слова — “криптошифрование”, “блокчейн”, я до сих пор особо не понял…
Кстати, наша команда заняла первое место, а потом стала крутой фирмой, по разработке блокчейнов, но это уже совсем другая история.