Глава 1. Реализация политехнического принципа в преподавании физики в условиях современного научно-технического прогресса

§ 1. Основные направления развития народного хозяйства

XXV съезд КПСС наметил величественную программу строительства коммунизма, создания его материально-технической базы, дальнейшего прогресса нашей страны. Он конкретизировал применительно к текущему пятилетию долговременную ориентацию экономической политики партии, принципиальные установки по коренным вопросам этой политики в условиях развитого социалистического общества, определил задачи и цели экономической и научно-технической стратегии партии. Главной ее целью остается неуклонный подъем материального и культурного уровня жизни народа. Средства и пути достижения этой цели, определенные XXV съездом партии, состоят в динамичном и пропорциональном развитии общественного производства и повышении его эффективности, росте производительности труда, всемерном улучшении качества работы. В решении этих задач важнейшая роль принадлежит ускорению научно-технического прогресса. "...Только на основе ускоренного развития науки и техники,- указывал на XXV съезде КПСС товарищ Л. И. Брежнев,- могут быть решены конечные задачи революции социальной - построено коммунистическое общество"^*.

^* (Материалы XXV съезда КПСС. М., 1976, с. 47.)

Научно-технический прогресс заключается в повышении технического уровня производства за счет развития и совершенствования орудий труда, технологических процессов, процессов управления на основе использования достижений науки, и прежде всего физики. В преподавании физики важно это разъяснить учащимся.

Все значительнее становится роль физической науки и как непосредственной производительной силы общества, которая или прямо, или через ряд промежуточных звеньев воздействует на все отрасли материального производства, и прежде всего на развитие таких отраслей, как энергетика и машиностроение. Важнейшие проблемы современной энергетики, такие, как производство, преобразование, передача и использование различных видов энергии, решаются на основе достижений физики. Машиностроение - комплекс отраслей промышленности, изготовляющих орудия труда, приборы, средства автоматизации и другую продукцию,- также во многом опирается на использование достижений физической науки (применение конструкционных материалов с различными физическими свойствами, создание энергетических машин, применение технологических процессов, основывающихся на физических явлениях и законах, и т. п.).

Такие отрасли промышленного производства, как энергетика, электроника, машиностроение, средства автоматизации, имеют решающее значение в переводе всей экономики на новейшую техническую и технологическую базу. В текущей пятилетке эти отрасли развиваются опережающими темпами. Велика роль физики, и в развитии других отраслей производства и народного хозяйства, в частности в создании новых средств транспорта и связи, без которых невозможно представить жизнь современного общества.

Рассмотрим более подробно главные пути ускорения научно-технического прогресса. Одним из них является совершенствование орудий труда. Этот путь связан прежде всего с механизацией и автоматизацией производственных процессов.

Возможности увеличения выпуска продукции путем вовлечения в сферу материального производства новых контингентов работников ограничены. Как указывалось на XXV съезде КПСС, для успешного решения многообразных экономических и социальных задач десятой пятилетки нет другого пути, кроме быстрого роста производительности труда, резкого повышения эффективности всего общественного производства. Рост производительности труда почти на три четверти зависит от повышения технического уровня производства. Именно поэтому В. И. Ленин, говоря о росте производительности труда как о самом важном и самом главном для победы нового общественного строя, подчеркивал необходимость широкого применения техники как решающего средства повышения производительности труда. "...Прогресс техники,- писал он,- в том и выражается, что человеческий труд все более и более отступает на задний план перед трудом машин"^*.

^* (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 1, с. 78.)

За счет роста производительности труда в текущей пятилетке обеспечивается 85-90% прироста национального дохода, примерно 90% прироста промышленной продукции, весь прирост продукции сельского хозяйства, строительно-монтажных работ^*.

^* (Данные о росте производительности труда за период 1970-1977 гг., а также в предыдущие пятилетки приведены в приложении (табл. 7).)

Для повышения производительности труда определяющими являются такие направления технического прогресса, как механизация и автоматизация производственных процессов. Механизация - замена ручных средств труда машинами и механизмами - не только повышает производительность труда, но и освобождает человека от тяжелого, малоэффективного, монотонного, малопривлекательного ручного труда.

Характерная особенность развития механизации в десятой пятилетке - последовательный переход к комплексной механизации производства, т. е. переход от создания отдельных машин и технологических процессов к разработке, производству и массовому применению высокоэффективных систем машин, оборудования, приборов и технологических процессов, обеспечивающих механизацию всех процессов производства, всего технологического цикла, начиная от поступления сырья и кончая отгрузкой готовой продукции.

Например, в угольной промышленности ведется разработка и освоение серийного производства механизированных комплексов оборудования для добычи угля, в строительном, дорожном и коммунальном машиностроении создаются и осваиваются системы машин для комплексной механизации работ в промышленном, сельскохозяйственном, мелиоративном, жилищном и дорожном строительстве. Выпуск средств механизации трудоемких строительных, подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ будет увеличен примерно в два раза, уровень комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном транспорте доведен до 90% (1977 г.), а на морском транспорте - до 92,8%.

В земледелии в текущей пятилетке предусматривается завершение комплексной механизации возделывания зерновых культур и свекловодства, ускорение перехода к комплексной механизации работ в кормопроизводстве и приготовлении кормов. На основе внедрения комплексной механизации значительно снижаются затраты труда в овощеводстве и картофелеводстве. С этой целью в сельское хозяйство направляется огромное количество техники и транспортных средств (см. табл. 3 и 4 приложения).

Совхозы и колхозы страны получат в текущей пятилетке в 1,5 раза больше техники, чем в предыдущей, причем техники современной, высокопроизводительной. Кроме того, сельское хозяйство получит огромное количество электроэнергии (только в 1980 г.- 130 млрд. кВт*ч). В результате энерговооруженность труда в сельском хозяйстве в расчете на одного работника повысится с 12,5 кВт*ч в 1975 г. до 20,6 кВт*ч в 1980 г., а производительность труда вырастет на 27-30%.

В постановлении Пленума ЦК КПСС "О дальнейшем развитии сельского хозяйства СССР" (3-4 июля 1978 г.) подчеркнуто, что "интенсификация сельскохозяйственного производства на основе его всемерной механизации и электрификации, химизации и мелиорации земель остается основным направлением аграрной политики партии на современном этапе"^*.

^* (Коммунист, 1978, № 10, с. 8.)

Предусмотрено значительное увеличение поставок сельскому хозяйству современных энергонасыщенных тракторов с полным набором навесных и прицепных машин и орудий, специализированных грузовых автомобилей, высокопроизводительных зерновых комбайнов, кормоуборочных машин и другой сельскохозяйственной техники.

Механизация и электрификация сельского хозяйства сближают характер сельскохозяйственного труда с трудом индустриальным, способствуют выравниванию материальных и культурно-бытовых условий жизни города и деревни, что важно в социальном аспекте.

Большие задачи решаются в текущей пятилетке в области автоматизации и комплексной автоматизации промышленного производства. Автоматизация позволяет передавать функции управления и контроля, выполнявшиеся человеком, приборам и автоматическим устройствам, что еще в большей мере повышает производительность труда, а также значительно улучшает качество выпускаемой продукции. Выпуск приборов и средств автоматизации увеличивается в текущей пятилетке в 1,6-1,7 раза, средств вычислительной техники - в 1,8 раза.

Развитие электронно-вычислительных машин позволило создать автоматизированные системы управления целыми отраслями производства. С использованием ЭВМ разрабатываются и координируются народнохозяйственные планы, ведутся сложнейшие расчеты в науке и технике, поиск, хранение и обработка информации и т. д. На повестке дня - создание единой общегосударственной системы сбора, обработки и выдачи информации.

В области связи продолжается выдающаяся по своему научно-техническому значению и важности работа - создание единой автоматизированной системы связи страны. Количество телефонов в городах и сельской местности за годы десятой пятилетки увеличится в 1,4 раза. Для обеспечения телевизионным вещанием районов Западной и Восточной Сибири и для телефонно-телеграфной связи с отдельными районами страны используются искусственные спутники Земли.

Бурно развивается также ряд отраслей электротехнической, радиоэлектронной промышленности и приборостроения. Необходимость развития производства радиоэлектронной аппаратуры, лазерной и другой новой техники и приборов связана с оснащением промышленности прогрессивными видами оборудования, широким внедрением новейших технических процессов, применением систем контроля за качеством продукции.

Генератор мощностью 800 тыс. кВт, созданный на ленинградском объединении 'Электросила' им. С. М. Кирова

Второй путь ускорения технического прогресса состоит в тенденции увеличения единичных мощностей технических агрегатов, установок, машин. Эта тенденция легко прослеживается на примерах развития в десятой пятилетке большинства отраслей промышленного производства, выпускающих современную технику.

Так, например, в минувшей пятилетке типовые блоки тепловых электростанций имели единичную мощность в 200 и 300 МВт.

В 1976-1980 гг. осуществляется переход на типовые блоки в 500 и 800 МВт. Максимальная единичная мощность гидроагрегатов увеличится к концу пятилетки до 640 МВт, а турбоагрегатов - до 1200 МВт; на атомных электростанциях устанавливаются реактора электрической мощностью до 1000 МВт. Наибольшая единичная мощность сельскохозяйственных тракторов достигла 220 кВт, магистральных электровозов - 6320 кВт и т. д.

Чем же объясняется эта тенденция роста единичной мощности агрегатов?

Потребности страны в энергии, материалах, сырье, топливе непрерывно растут. Поэтому весьма важно добиться рационального, экономного использования ресурсов. Какие пути существуют для этого? В материалах XXV съезда КПСС указывается, что определяющее значение приобретают такие качественные показатели, как снижение материалоемкости продукции, уменьшение удельных расходов сырья и топлива. Как правило, агрегаты большей мощности отвечают всем этим показателям. Поэтому, например, переход к использованию на тепловых электростанциях энергоблоков большей единичной мощности как раз и позволяет более эффективно и экономно использовать финансовые средства, сырье, материалы. Например, энергоблок мощностью 300 МВт при работе экономит до 20% топлива по сравнению с тремя турбинами по 100 МВт и требует для своего изготовления на 30% меньше металла.

Трактор 'Т-200', созданный на Челябинском тракторном заводе

Показателен и такой пример. Энергоблок в 800 МВт дает экономию в 8 г каменного угля на каждый выработанный киловатт-час электроэнергии по сравнению с энергоблоком в 300 МВт; установка на электростанции мощностью 2,4 млн. кВт трех таких блоков вместо восьми блоков по 300 тыс. кВт уменьшает строительные расходы на 10% и т. д.

Третьим направлением ускорения технического прогресса в десятой пятилетке является создание новых высокоэффективных машин, приборов, установок. В этом первостепенная роль принадлежит машиностроению, и прежде всего производству орудий труда, которое возрастет к 1980 г. примерно в 1,6 раза.

В текущей пятилетке расширяется производство более мощных, чем выпускавшиеся ранее, тракторов ("Кировец-701", Т-150, Т-150К, энергонасыщенного трактора "Беларусь МТЗ-80"). Новые тракторы позволяют повысить скорость на пахотных работах с 5 до 9 км/ч, увеличить ширину захвата прицепных агрегатов, что в свою очередь приводит к росту производительности труда. (Некоторые технические параметры этих новых машин приведены в табл. 9 приложения.)

Значительно вырастут поставки автомобилей для сельского хозяйства, а также поставки новых самоходных зерноуборочных комбайнов "Колос", "Нива", "Сибиряк", производительность которых в полтора-два раза больше производительности ранее выпускавшихся машин. Мощность двигателя внутреннего сгорания у комбайнов "Нива", "Сибиряк" составляет 73,5 кВт, у комбайна "Колос" - 110 кВт, тогда как у комбайна СК-4А она равна 55 кВт.

Быстрые темпы механизации сельскохозяйственного производства создают условия для сближения промышленного и сельскохозяйственного труда. Уже в 1974 г. на один колхоз приходилось в среднем 36 тракторов, 10 комбайнов, 17 грузовых автомобилей, а на один совхоз - 56 тракторов, 19 комбайнов, 25 грузовых автомобилей.

Автомобиль 'Нива'

В десятой пятилетке получает дальнейшее развитие автомобильный транспорт: растут масштабы производства и качество автомобилей - увеличиваются их грузоподъемность, рабочий ресурс, надежность, эксплуатационные качества; вошел в строй Камский завод большегрузных автомобилей. Основная модель автомобиля этого завода имеет грузоподъемность 7 т, максимальную скорость 80 км/ч, мощность восьмицилиндрового дизельного двигателя составляет 150 кВт. Заводы страны в текущей пятилетке начали выпускать ряд новых моделей автомобилей ("ВАЗ-2106", "Москвич-2140", "Нива ВАЗ-2121"). Продолжаются исследования по разработке экономичных моделей электромобилей.

На железнодорожном транспорте осуществляются крупные мероприятия по увеличению пропускной способности, повышению скоростей движения грузовых и пассажирских поездов, увеличению среднего веса грузовых поездов. Для реализации этих мероприятий необходимы новые мощные тяговые средства. На стальные магистрали выходят мощные локомотивы, развивающие большую силу тяги и высокие скорости; создан тепловоз ТЭП75, не имеющий себе равного в мировой практике,- дизель этого локомотива мощностью 4400 кВт обеспечивает скорость движения до 160 км/ч. К 1980 г. будет электрифицировано 3,5 тыс. км новых линий, железные дороги получат за пятилетку 2,2 тыс. электровозов и 8,9 тыс. тепловозов.

Электромобиль

С достижениями физики теснейшим образом связано ускорение технического прогресса воздушного транспорта - важной отрасли народного хозяйства.

Испытание тепловоза мощностью 2,9 МВт

Впервые в нашей стране создан самолет-аэробус. Его огромная скорость (950 км/ч) и пассажировместимость (350 человек) позволяет уменьшить напряженность на авиамаршрутах с наиболее интенсивным пассажиропотоком. Новый реактивный пассажирский лайнер Як-42 способен садиться на бетонные и грунтовые аэродромные полосы. Он постепенно заменит на ближних магистральных линиях самолеты Ан-24, Ту-124, Ту-134. Могучий грузовой самолет Ил-76 рассчитан на перевозку грузов массой до 40 т. На всех этих самолетах, созданных в текущей пятилетке, устанавливается современное радионавигационное оборудование, обеспечивающее уверенный взлет и посадку машин в самых неблагоприятных метеорологических условиях. Создан легкий универсальный самолет Ан-28, предназначенный для местных воздушных линий. Этот двухмоторный самолет перевозит пассажиров, грузы, несет патрульную службу по охране лесов от пожаров, проводит аэрофотосъемку. Технические показатели нового самолета превышают соответствующие показатели самолета Ан-2, используемого на местных авиалиниях. (Некоторые параметры новых самолетов в сравнении с еще эксплуатирующимися на воздушных линиях приведены в табл. 10 приложения.) В течение десятой пятилетки услугами Аэрофлота воспользуется более полумиллиарда пассажиров: каждый житель нашей страны в среднем совершит за пятилетие не менее двух воздушных путешествий.

Важным направлением ускорения технического прогресса является совершенствование технологических процессов, большинство из которых базируется на достижениях различных разделов физической науки. Это направление имеет непосредственное отношение к решению задач, поставленных в десятой пятилетке в области повышения качества выпускаемой продукции. Высокое качество- это сбережение труда и материальных ресурсов, лучшее, более полное удовлетворение потребностей общества. "Вот почему,- указывал на XXV съезде КПСС товарищ Л. И. Брежнев,- на повышение качества продукции должны быть нацелены весь механизм планирования и управления, вся система материального и морального поощрения, усилия инженеров и конструкторов, мастерство рабочих"^*.

^* (Материалы XXV съезда КПСС. М., 1976, с. 44.)

Товарный состав, ведомый электровозом

Предусматривается широкое внедрение новых и совершенствование существующих технологических процессов (например, производство стали в электропечах, электрошлаковый переплав, применение плазмы для переплава и обработки материалов), что обеспечивает повышение качества продукции. Об эффективности повышения качества металла можно судить по такому частному примеру. Из стали, получаемой методом электрошлакового переплава, изготовляют буровые долота. Их высокая стойкость и прочность (по сравнению с долотами, изготовляемыми из других сортов стали) позволяют на каждом долоте (а ежегодно потребность в них составляет более миллиона штук) экономить около 100 руб. На более широком внедрении такого технологического процесса, как электролиз, основано значительное увеличение в пятилетке производства многих металлов (алюминий, титан, никель и др.)" играющих важную роль в материальном обеспечении современной промышленности и новой техники.

Непрерывно повышаются требования к металлам и сплавам, из которых изготовляются многие узлы и части самолетов, ракет, турбин, станков, автоматических линий, различных приборов, радиоэлектронного оборудования и т. д. Развитие производства ставит задачи создания новых материалов, отличающихся высокой чистотой, прочностью, стойкостью к радиации, агрессивным средам, высоким температурам и т. д. В решении этих задач велико значение фундаментальных и прикладных исследований в области физики твердого тела.

Сверхвысоковакуумная высокотемпературная электропечь

В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы" намечено развитие исследований, связанных с совершенствованием существующих и разработкой новых способов преобразования энергии.

Характерная особенность развития электроэнергетического хозяйства страны в десятой пятилетке - форсированное развитие атомной энергетики. Мощность атомных электростанций в этой пятилетке увеличится на 13-15 млн. кВт, т. е. составит около 20% от всей мощности, вводимой в стране на электростанциях в 1976-1980 гг. Опережающее развитие получит атомная энергетика в европейской части СССР.

'Токамак-10'

Ввиду огромной концентрации энергии в ядерном топливе - при ядерной реакции 1 кг делящегося вещества (например, урана 4235) освобождается энергия, эквивалентная 2,2*10⁷ кВт*ч,- работа атомных электростанций не зависит от расположения запасов топлива. Если, например, современная тепловая электростанция мощностью 2,4 млн. кВт ежесуточно потребляет около 18 000 т угля, то атомная электростанция той же мощности расходует всего около 11 кг ядерного горючего в сутки: при эксплуатации атомных электростанций отпадает необходимость в перевозках огромных количеств органического топлива. Таким образом, использование атомного горючего, с одной стороны, экономит органическое топливо (уголь, нефть, газ), а с другой - позволяет разгрузить железнодорожную сеть страны. Немало атомных электростанций уже дает более дешевую электроэнергию, чем тепловые, работающие на угле, и по мере совершенствования техники производства электроэнергии на АЭС ее себестоимость будет постоянно снижаться. Следовательно, развитие атомной энергетики становится составной частью научно-технического прогресса, повышения эффективности народного хозяйства страны. Важно отметить, что десятая пятилетка послужит стартом для развития атомной энергетики на новой технической основе: начато создание крупных атомных электростанций (4-8 млн. кВт) преимущественно с новыми реакторами - в 1; 1,5; 2,4 млн. кВт. Таким образом, тенденция увеличения единичной мощности энергоагрегатов наблюдается и в атомной энергетике. Новым в ее развитии стало то, что советские ученые приступили к подготовительным работам по использованию атомной энергии для целей теплофикации. Одним из направлений технического прогресса в атомной энергетике является предусмотренное решениями XXV съезда КПСС ускорение строительства и освоения реакторов на быстрых нейтронах. Это объясняется тем, что*с развитием атомной энергетики задачи рационального использования урана перерастают в крупную проблему обеспечения ядерным топливом атомных электростанций: если рассчитывать только на использование урана-235, то можно достаточно скоро оказаться без ядерного топлива. В этом смысле реакторы на быстрых нейтронах имеют определенные преимущества, так как воспроизводят новое ядерное горючее. Техника реакторов на быстрых нейтронах находится в настоящее время в стадии экспериментальной отработки и поиска наилучших инженерных решений. После накопления опыта эксплуатации этих реакторов они будут широко внедряться в энергетику.

Выступая на XXV съезде КПСС, президент Академии наук СССР А. П. Александров отмечал, что в конце столетия в производство электроэнергии будут включены магнитогидродинамические генераторы и термоядерные установки.

'РАТАН' слушает Вселенную

Решение проблемы термоядерной энергетики откроет человечеству практически неисчерпаемый источник энергии, будет поистине революционным шагом в развитии энергетики. В исследовании проблем термоядерного синтеза советская наука, советские физики занимают передовые позиции в мире: об этом, в частности, свидетельствует тот факт, что на крупнейшей термоядерной установке "Токамак-10" получена устойчивая реакция на дейтерии и продолжительность удержания плазмы увеличена в пять раз, а выход нейтронов - в сто раз по сравнению с предыдущей установкой того же типа. Создание "Токамаков", которые в настоящее время представляются наиболее перспективными с точки зрения продвижения к термоядерному реактору, стало возможным только вследствие достижений советских физиков в различных областях науки.

Пузырьковая камера 'СКАТ'

Особенностью развития электроэнергетики в десятой пятилетке является также увеличение масштабов использования дешевого твердого топлива для производства электроэнергии с последующей ее передачей в центральные районы страны. На базе экибастузских и канско-ачинских углей, добываемых наиболее экономичным открытым способом (без строительства шахт), сооружаются сверхмощные тепловые электростанции; ряд крупных тепловых электростанций Урала и Поволжья переходит на,использование угля вместо жидкого топлива. Одновременно предусматривается значительное расширение масштабов гидроэнергетического строительства - мощность гидроэлектростанций возрастет примерно на 14 млн. кВт (в 1971-1975 гг. прирост мощности составил 9,4 млн. кВт). Вошли в строй многие крупные ГЭС, начали работать первые агрегаты Саяно-Шушенской гидроэлектростанции - крупнейшей в мире. Сооружение гидроузлов ведется с учетом комплексного решения ряда задач - получения электроэнергии, орошения земель, обеспечения водой городов, развития судоходства. Осуществляется строительство гидроаккумулирующих станций для выравнивания пиковых нагрузок. "В этой пятилетке,- говорил в докладе на XXV съезде КПСС товарищ А. Н. Косыгин,- закладываются основы для того, чтобы в дальнейшем рост нашего энергетического потенциала шел преимущественно за счет гидроэнергии, атомного топлива и дешевых углей"^*.

^* (Материалы XXV съезда КПСС. М., 1976, с. 140.)

В текущей пятилетке сделан важный шаг в формировании Единой энергетической сети страны: к ЕЭС европейской части страны подключена энергосистема Сибири, намечено подключить и энергосистему Средней Азии. Это позволяет обеспечивать надежное, бесперебойное энергоснабжение потребителей на огромной территории страны. Когда ЕЭС СССР полностью войдет в эксплуатацию, будет экономиться 20-25 млн. кВт дополнительных энергетических мощностей.

Работа с рентгеновским анализатором

Физические исследования в различных областях науки определили создание разнообразных технических устройств - от приборов, исследующих Вселенную (радиотелескоп "РАТАН"), до сложнейших устройств, помогающих раскрывать тайны микромира (пузырьковая камера "СКАТ") и свойства материалов (рентгеновский анализатор).