Систематическая таблица групп физических явлений

Объявление. Таблица в формате pdf , готовая для распечатки на формат А0 в цвете, может быть выслана автором на Ваш Е-адрес по Вашему запросу. Бесплатно.

УДК 530.1 , 372.853

Краткое изложение статьи: Даммер М.Д., Горшков А.В. Систематическая таблица групп физических явлений как преобразований видов энергии и их связей с физическими свойствами материи. 2011-2013.

АННОТАЦИЯ

Усовершенствована квадратная таблица преобразования форм энергии друг в друга. Её значащая часть содержит не менее чем 21х21 ячеек, содержащих явления, происходящие с преобразованием одной формы энергии в другую. Заголовки строк и столбцов построены по многоступенчатому иерархическому принципу на основе классификации физических взаимодействий и движения материи. В статье дана методика её построения. Таблица как трёхмерная база данных содержит ещё и соответствующие свойства веществ, закономерности, применения, историю, персоналии, иллюстрации. Оказалось, что таблица преобразования энергии обладает (подобно таблице Менделеева) ещё и предсказательной силой: предсказан ряд новых явлений.

ВАРИАНТ АННОТАЦИИ

Построена и применяется с 1999 года в педагогической практике при обучении физике, проектно-изобретательской деятельности и научных исследованиях в области физики квадратная систематическая таблица физических явлений. Принцип её построения таков: строки – из какого вида (формы) энергии, столбцы – в какой вид (форму) энергии происходит преобразование в данном явлении. В методике обучения физике эта таблица обладает ориентирующим, систематизирующим (а в общей физике – предсказывающим) свойствами.

Ключевые слова: физические явления, систематическая таблица, методика обучения.

A.V.Gorshkov – sen.t. of ch.TDB SUSU, M.D.Dammer – d.ped., chief of ch.ThMEPh of ChSPU.

s.Chelyabinsk

The systematical Table of physical Phenomena as Transformations of the Forms of an Energy

The square systematic Table of the physical Phenomena is build and used since the 1999 year in the pedagogical Praxis, Inventions and Projects, scientific Researches in the Field of Physics. The Principle of his building is that: the Strings – from which Form of the Energy, the Columns – in which Form of the Energy comes the Transformation  in this Phenomena. In the Methods of the Teaching by the Physics this Table has the orienting, systematizing (and in the general Physics – also the predicting) Properties.

Keywords: physical Phenomena, systematic Table, Methods of the Teaching.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что систематизация сведений в виде таблицы позволяет сформировать более прочные связи между рядами данных, нежели линейное их перечисление. Давно применяется (например, в практике А.В. Усовой в ЧГПУ и в МФТИ) небольшая квадратная таблица преобразований видов энергии друг в друга, у которой в ячейках расположены указания на осуществляющие их явления. Квадратность таблицы гарантирует достаточную полноту знаний по преобразованию одного вида энергии в другой. Таблица преобразования видов энергии также является важным средством формирования устойчивого понятия о принципе сохранения и преобразования энергии, общем для всех естественных наук. Такая таблица является важным средством обучения и применяется в учебном курсе, по меньшей мере, дважды – на вводном и на обобщающем уроках.

Однако изменение содержания учебной физики в средних и высших учебных заведениях, произошедшая за последние несколько десятков лет, диктует необходимость внести некоторые дополнения в её состав и изменить её структуру, чтобы яснее выделить существенные признаки каждого из видов энергии, изучаемых на уроках физики и химии в школе, а также внеурочно и внешкольно. Формирование готовности к исследовательской деятельности у учащихся предпрофильного и профильного обучения требует построения такой таблицы, во-первых, доступной (с помощью учителя) пониманию школьника даже 5–9 классов и, во-вторых, обладающей ненулевой познавательностью для школьника даже 10–11 классов. Как сочетать эти два свойства?

Принципы усовершенствования таблицы преобразования энергии

Систематическая иерархическая таблица хороша тем, что её изучение можно вести как дедуктивным, так и индуктивным методом – в зависимости от конкретного этапа обучения и его основных задач.

Сконструированная учебно-научная иерархия видов энергии должна быть, с одной стороны, достаточно фундаментальной физически, а с другой стороны, достаточно элементарной в конкретных своих видах. Выделим 2 частных задачи: 1) выбрать «самый фундаментальный» уровень иерархии, 2) выбрать множество «элементарных» учебных видов энергии. Представляется, что на высших уровнях иерархии следует указать традиционное деление на кинетическую и потенциальную энергию. В свою очередь, потенциальную энергию следует подразделить на основании современной классификации физических взаимодействий  – на гравитационное (всемирного тяготения), электрослабое (электромагнитное и слабое взаимодействия) и сильное (межадронное). На низших уровнях иерархии следует подразделить виды энергии столь элементарно, чтобы можно было указать хотя бы одно (а желательно – не более одного) явление или технический способ, наиболее характерные именно для такого преобразования энергии из одного вида в другой, достаточно понятные ученику средних, старших классов или студенту, изучение которых (точнее, большинства из которых) предусмотрено учебной программой. Путь между высшими и низшими уровнями иерархии видов энергии должен пролегать сходно с иерархией видов материи.

Не взаимодействия физические – средство освоения таблицы, а таблица – средство формирования понятия о физических взаимодействиях. То есть последовательность её применения в учебной физике такова: на вводном занятии знакомимся с общим видом таблицы, затем изучаем конкретные примеры преобразований, и, наконец, на обобщающем занятии прослеживаем обобщение явлений их в иерархию физических взаимодействий.

Очевидно, что в такой таблице невозможно обойтись только теми видами энергии и явлениями, которые предусмотрены стандартной школьной программой – иначе таблица была бы очень неполна и крива. В свойстве приближения к полноте и заключён познавательный потенциал для старшеклассника и студента. Такая таблица должна стать основой для учебной базы данных, состоящей из фундаментальных явлений, соответствующих основных физических свойств веществ и описывающих их связь закономерностей.

Пояснения к терминам, толкуемым в литературе неоднозначно

Материя – всё то во Вселенной, для чего выполняется общефизический принцип сохранения и превращения Эпмедокла–Ломоносова. Виды материи:
1. Вещество.
2. Поле (гравитационное, электрическое, магнитное, ядерных сил: Фалес, Ньютон, Рихман, Франклин, Фарадей, Иваненко и Тамм и др.).

В связи с циклической сменой парадигм физической науки «близкодействие–дальнодействие–близкодействие–дальнодействие и т.д.», «сплошные среды – частицы – лучи и поля, волны поля – кванты поля – корпускулярно-волновой дуализм и т.д.» провести принципиальную физическую границу между веществом и полем не представляется возможным; но можно и нужно в учебной физике вводить достаточно ясные видовые признаки понятий «вещество» и «поле», как это и делается традиционно. На обобщающем занятии в старших классах и в педагогических университетах возможно и целесообразно дать определение математических понятий «поле», «скалярное поле», «векторное поле».

Материя обладает многими свойствами – массой, энергией, импульсом (количеством движения), действием и др.

Энергия – этот термин в литературе применяют в 3-х значениях.
1. На философском и общенаучном уровне – свойство материи, определяющее её возможность осуществлять её движение, в т.ч. превращение её из одной формы в другую.
2. На конкретно-научном физическом уровне – во-первых, как физическая сущность: свойство материи, состоящее в способности этой материи совершить, в результате цепочки превращений из одной формы в другую, механическую работу;
3. во-вторых, как физическая величина «количество энергии», как мера обладания этим свойством; эту величину часто называют просто «энергией».

Виды (формы) материи – обладают энергией как свойством своей сущности.

Виды (формы) энергии – обладают количеством энергии как своим свойством.

Известен экспериментальный факт равенства гравитационной массы (как меры способности материи вступать в гравитационное взаимодействие) и инертной массы (как меры способности материи сохранять свой импульс при физических взаимодействиях). Внутренне непротиворечивые физические теории, использующие этот факт, можно разделить  на 2 большие группы: 1) те, в которых этот факт полагается в основу теории в качестве одной из аксиом – например, «Общая теория относительности» (ОТО) Эйнштейна; 2) те, в которых этот факт выводится как одно из следствий в общем или в частном случае – например, «Релятивистская теория гравитации» (РТГ) Логунова–Мествиришвили.

Гравитационные волны – этот термин в литературе применяют в 2-х значениях.
1. Волны гравитационного поля (вариант: волны искривления пространства).
2. Поперечные волны вещества в гравитационном поле на границе раздела двух сред.

Примечание 1: пока остаётся дискуссионным вопрос о том, возможны ли не только поперечные, но и продольные волны вещества в гравитационном поле (например, в сверхплотном веществе, где гравитационное поле волны вещества сравнимо с внешним)?

Далее мы будем употреблять термин «гравитационные волны» только в 1-м значении.
Примечание 2: среди физиков-теоретиков пока нет единогласия о свойствах гравитационных полей и волн гравитационного поля.

Из ОТО следует, что гравитационные поля и волны не обладают объёмной плотностью энергии, плотностью потока импульса и друг с другом не взаимодействуют гравитационными силами, причём гравитационные волны – поперечные. Фактически в ОТО материя обладает не только корпускулярно-волновым (вещественно-полевым ли) дуализмом, но и «троизмом», включающем в себя и свойство локальной кривизны 3-мерного подпространства в 4-мерном пространстве-времени Минковского–Пуанкаре. Из ОТО следует, что 3-мерное подпространство может иметь сложную (в т.ч. неодносвязную) топологию, в нём могут быть разрывы («чёрные дыры»), скорость хода времени может в части пространства быть нулевой. Из ОТО согласно Сахарову следует неоднолистность пространства-времени, в частности, оборот вокруг сингулярности («чёрной дыры») может переместить физический объект как в будущее, так и в прошлое, что не согласуется с общефизическим принципом причинности.

Из РТГ следует, все виды материи, в т.ч. гравитационые поля и волны, обладают объёмной плотностью энергии, взаимодействуют гравитационными силами, причём гравитационные волны обладают плотностью потока импульса и они продольные. Так что РТГ остаётся в рамках концепции вещественно-полевого дуализма материи. Из РТГ следует, что 3-мерное подпространство 4-мерного пространства-времени Минковского–Пуанкаре может иметь только простую Евклидову топологию, в частности, разрывов в нём быть не может (т.е. могут существовать не «чёрные дыры», но лишь сверхплотные коллапсары с небесконечной плотностью), скорость хода времени не может быть нулевой (остаётся конечной ненулевой даже у сверхплотных коллапсаров). Противоречий с принципом причинности в РТГ до сих пор не обнаружено.

Часть положений и выводов теорий ОТО и РТГ обща, более того, известны, по меньшей мере, два предельных перехода, совмещающие определённые частные случаи этих теорий.  Например, инвариантные преобразования Дж. Лармора (1897–1900) – Х. Лоренца (1899–1904) – А. Пуанкаре (5.06.1905) – А. Эйнштейна (30.06.1905) по ОТО и по РТГ совпадают (различны же два их физические толкования – Лармора+Лоренца и Пуанкаре+Эйнштейна+Логунова). Но часть положений и выводов ОТО и РТГ – различна, причём многие из этих различий не только в принципе, но и при существующем уровне техники можно обнаружить в соответствующих физических экспериментах и астрономических наблюдениях, если их удосужиться поставить. По многим физическим причинам, выходящим далеко за рамки настоящей статьи, один из соавторов настоящей статьи (А.В. Горшков) предпочитает РТГ.

Итак, будем придерживаться того варианта известных физических теорий, что все виды материи обладают объёмной плотностью энергии, а следовательно, согласно соотношению Н.А. Умова – Дж.Дж. Томсона (1881) – О. Хэвисайда (1889) – А. Пуанкаре (1900) – О. де Претто – А. Эйнштейна (1905) – П. Ланжевена (1906)  Е=mc2, и массы.

Фундаментальные (планковские) частицы – гипотетические бесструктурные (истинно-элементарные) «волночастицы» материи. Известны, по меньшей мере, 2 системы построения соответствующих фундаментальных физических величин, отличающиеся друг от друга на довольно большой безразмерный множитель. Одну из них Бронштейн, Иваненко и Ландау в своей статье назвали «планковской», термин стал общепринятым.

Разумеется, для учащихся средних классов упоминать о фундаментальных частицах нет никакой возможности, прежде всего в силу их гипотетичности и трудности сформировать их наглядный образ. Старшеклассникам о гипотезе фундаментальных частиц упомянуть можно, но осторожно и лишь кратко.
Одно небезынтересное толкование сущности фундаментальных частиц и, тем самым, объяснение конечности их собственной гравитационной энергии было сделано в работе О. Украинцева и А.В. Горшкова о гравитационном и акселерационном квантовомеханическом подбарьерном прохождении (туннелировании) частиц с ненулевой массой [1]. А именно, по этой модели получается, что фундаментальные частицы туннелируют сами в себя, сквозь свой собственный потенциальный барьер, со скоростью света. Их собственная потенциальная гравитационная энергия в среднем по времени равна их кинетической энергии такого «внутрисобственного бесструктурного» движения, сумма этих энергий эквивалентна массе.

«Ядерная энергия» – историческое, привычное бытовое (обыденно-популярное), название той потенциальной энергии, которая является причиной значительной кинетической энергии продуктов ядерной реакции: то есть энергии преимущественно электростатического расталкивания частей составного ядра, внутриядерных частиц, с учётом сильного и слабого взаимодействий.

О «ядерной энергии» рассказывать школьникам необходимо, и столь же необходимо формировать понимание того, что она сводится к совокупности иных, физических, видов энергии.

«Внутриядерными» частицами (нуклонами) для 5-го кл. называем протоны и нейтроны, а для студентов указываем, что немалая часть физиков считают протон и нейтрон не разными частицами, а двумя состояниями одной и той же частицы – нуклона (в единственном числе).

В связи с нецентральностью сильного взаимодействия возможное деление его на «внутриядерное притяжение» и «внутриядерное расталкивание» представляется нецелесообразным по причине малопонятности.

Кинетическая энергия тел в широком смысле слова – это вид энергии, связанный с механическим движением (изменением пространственных координат) цельного тела или его частей. Ей могут обладать только движущиеся (в смысле, перемещающиеся в пространстве или вращающиеся) тела. Различают упорядоченное и хаотическое движение тел.

Однако рассмотрение движения тел на разных уровнях (микро-, макро-, мега-) навешивает на одну и ту же, по существу, энергию – хаотического движения молекул – то ярлык «тепловой» энергии (с точки зрения макро- и мегауровня), то ярлык собственно «кинетической» (с точки зрения микроуровня); так её изучают в школьном курсе. Такая традиция и вынуждает выделить «тепловую энергию» в отдельные строки. Таким образом, кинетическую энергию приходится поделить на, как минимум, 4 учебных разновидности. Одна из них – относится к «тепловой», остальные – кинетическая энергия в узком смысле слова.

Из-за существенного различия технических устройств и способов преобразования кинетической энергии твёрдых макротел и текучих струй (жидкости или газа) можно, для лёгкости понимания школьниками средних классов, различать эти случаи. Разумеется, необходимо подчеркнуть для них, что таблица эта – таблица не столько «разных видов энергии» (ибо кинетическая энергия не только тел, но даже движущихся полей суть одна и та же), сколько «разных способов преобразования видов энергии», причём приспособленных для понимания школьниками. Тогда становится понятно, почему иногда целесообразно поделить преобразование одной и той же энергии на несколько различных способов.

У кинетической энергии тел и у «электромагнитной энергии» (пояснение обобщающего понятия «электромагнитная энергия» см. далее) есть общий признак – движение материи (и в физическом, не философском, смысле движения – то есть изменения расположения, пространственных координат, этой материи, и в философском смысле движения – то есть, не только изменения расположения, но и изменения себя, преобразования, этой материи). Поэтому в нашей таблице кинетическая и электромагнитная формы энергии соседствуют, на основе общего для них признака движения материи.

Тем не менее, мы не стали относить электромагнитную энергию к кинетической энергии тел или заводить какое-либо обобщающее их понятие (типа «кинетическая энергия материи»). Мы пока затрудняемся объяснить, почему же всё-таки решено оставить «электромагнитную энергию» в разделе «потенциальная энергия», и не следует ли её выделить несколько отдельно от и кинетической, и потенциальной. Одна из причин этого – неясность того, считать ли даже чисто магнитное (магнитостатическое) поле формой то ли материи, то ли движения материи (имеется в виду конкурирующие гипотезы – об элементарных токах и о магнитном монополе, ничем пока не подтверждённые и не опровергнутые). Возможно, что новые открытия в физике покажут, как следует усовершенствовать и наш вариант таблицы преобразования энергии.

"Механическая энергия" – традиционно-историческое название для совокупности кинетической энергии определённо направленного (поступательного, вращательного) движения «крупных» и «мелких» тел (пояснение этих понятий см. далее), кинетической энергии хаотического движения «крупных тел», потенциальной энергии тел в гравитационном поле и потенциальной энергии упругости тел. Термин в т.ч. часто применяется и к звуковым волнам.

Эклектичность понятия «механическая энергия», перечислительное собирание его из частных случаев разных физических взаимодействий, делала бы классификацию типа "механическая / немеханическая" формы энергии физически неосновательной. Поэтому в нашей таблице «механической энергии» нет.

Фазовые переходы 1-го рода – изменения структуры вещества без изменения его химического состава, изменяющие фазовое состояние вещества (и заодно сопровождающиеся значительным выделением или поглощением теплоты):
• возгонка (сублимация) – осаждение (седиментация);
• ожижение, сгущение (конденсация) – испарение (эвапорация);
• затвердевание (солидация) – плавление, таяние (ликвидация).
Полезно обращать внимание учащихся на то, что затвердевание и кристаллизация – не одно и то же (потому что есть твёрдые некристаллические – аморфные – тела).

Фазовые переходы 2-го рода – изменения структуры вещества без изменения его химического состава и без изменения фазового состояния вещества (обычно они сопровождаются лишь незначительным выделением или поголощением теплоты):
• переходы между различными структурными (аллотропными) формами вещества (на типичных примерах: углерод, сера, фосфор, вода, железо, сплавы железа и углерода);
• намагничивание–размагничивание;
• сверхпроводящие переходы и обратные им;
• сверхтекучий переход и обратный ему;
• и др.

«Большие» и «малые» тела – такие названия введены для лёгкости понимания школьниками средних классов. В таблице полезное пропедевтическое деление на «большие» и «малые» тела условное, соразмерное человеку. Так, к «маленьким» (микроуровень материи) стоит отнести элементарные частицы, атомы, молекулы. Скопления (кластеры) атомов (мезоуровень) и более крупные тела стоит отнести к «большим» (макро- и мегауровень).

Такое разбиение надвое позволяет: во-первых, отделить хаотическое движение молекул от хаотического движения песка, щебня, гравия и камней в бетономешалке; во-вторых, раздельно рассматривать способы преобразования кинетической энергии сплошных твёрдых тел и струй текучих тел. Это актуально для осуществления принципа политехнизма.

«Биоэнергия» не рассматривается нами как отдельная сущность, а сводится к физическим и химическим видам энергии биологических объектов. «Психическая энергия», судя по опытным данным, не существует и никакая сколько-нибудь разумная теория не предсказывает её наличия. «Информационная энергия» – явно выдумки беллетристов: не может же математический объект «информация» обладать физическими свойствами. А дети часто задают вопросы об этих вымышленных видах энергии. В таблице их, разумеется, нет.

Энергия слабого взаимодействия (в составе электрослабого) в таблицу включена, но нам, к нашему стыду, не известны способы прямого преобразования её в другие виды энергии, за исключением разве что «силы Казимира» (до сих пор не всеми физиками признанной, т.к. существуют и иные объяснения закономерностей притяжения небольших тел и кластеров атомов друг к другу [2]), а также перехода нуклона между своими состояниями «протон / нейтрон». Для учеников 5-7 классов включать слабое взаимодействие в состав этой таблицы представляется нецелесообразным, т.к. нам пока не известно наглядного для этого возраста физического образа, способа сделать понятным для этого возраста вопрос о том, что же такое – слабое взаимодействие, чем же оно отличается от других. Но для старшеклассников и студентов включить её в таблицу, по-видимому, необходимо, т.к. большинство современных физиков включает это взаимодействие в физическую картину мира.

Тем не менее, многие физики (в т.ч. д.ф.-м.н., зав. каф. общей физики МФТИ А.Д. Гладун) считают, что гипотеза Ферми о существовании нейтрино и антинейтрино (во всяком случае, электронных) безосновательна, т.к. они качественно и количественно объясняют явления микромира и исходные данные известных экспериментов по «обнаружению нейтрино и измерению его свойств», в т.ч. бета-распады, захваты электронов и позитронов протонами и нейтронами и т.п., обходясь и без гипотезы о нейтрино, в рамках электромагнитных и сильных взаимодействий. Поэтому существование слабого взаимодействия в природе небесспорно. Будем ждать, потребует ли развитие физической науки изменить и эту часть таблицы.

Преобразование энергии электромагнитных полей и волн в связи с актуальностью в науке, технике и медицине заслуживает подробного рассмотрения с делением на стационарные поля, СДВ, ДВ (30 кГц..300 кГц), СВ  (300..3000 кГц), КВ (3..30 МГц), УКВ (МВ) (30..300 МГц), УВЧ (ДМВ) (300..3000 МГц), СВЧ (СМВ, ММВ) (3..30 ГГц), КВЧ (ММВ) (30..300 ГГц), СБММ, ИК, видимый (с поддиапазонами), УФ, рентгеновский (с поддиапазонами), гамма-излучение (с поддиапазонами) и космические лучи (с поддиапазонами). По техническим причинам (размер листа, мелкость шрифта) мы вынуждены представить в настоящей статье лишь упрощённый вариант таблицы, без деления на значительное количество диапазонов электромагнитных волн. Тем не менее, в электронной базе данных такой трудности нет, и мы создаём соответствующую полную версию таблицы. Это нужно потому, что физические явления, свойства и закономерности преобразования видов энергии с участием электромагнитного излучения различаются очень существенно.

Переход вещество/антивещество актуален в ядерной физике, физике элементарных частиц, в космологии. Попытки выделить в таблице какой-либо особый столбец и строку для этого перехода пока не привели у нас к убедительному успеху, удобному для учебной физики. Не привели к убедительному успеху и попытки сделать 2-слойную (3-мерную) таблицу и соответствующую 4-мерную электронную базу данных в связи с переусложнением. Тем более что процессов порождения и гибели антивещества пока что известно негусто: некоторые ядерные реакции, столкновения фотонов, аннигиляция. Пока не удаётся ни в таблице с дополнительным столбцом и строкой, ни в 2-слойной таблице наблюдать какую-либо симметрию, обладающую систематизирующей и предсказывающей силой. Но мы не оставили таких попыток. Пока что мы предлагаем считать, что в изложении для студентов и старшеклассников профильных классов таблица двухслойная, а для средних классов и старшеклассников непрофильного обучения таблица всего лишь снабжена дополнительным столбцом и строкой, описывающим аннигиляцию и порождение вещества из поля.

Наши продолжающиеся попытки направлены на построение трёхслойной симметричной таблицы видов энергии. Эти 3 слоя суть: 1) вещество и, возможно, соответствующие поля с гипотетическим наличием антиполей к ним, 2) поля без антиполей, 3) антивещество и, возможно, соответствующие гипотетические антиполя с наличием полей к ним. Такая таблица пока не готова – по причине малообоснованности гипотезы об антиполях.

Разумеется, не готова и даже не начата 5-слойная таблица, где крайние слои описывали бы вещество/антивещество, средний слой описывал бы поля без антиполей, а 2-й и 4-й слои содержали бы гипотетические поля/антиполя. Но интерес к такой идее пока не пропал.

Тепловая энергия – исторически сложившееся собирательное название для совокупности кинетической энергии поступательного и вращательного «хаотического движения малых тел» (пояснение к этому словосочетанию см. выше) и колебательного (вибрационного) возбуждения молекул, а также энергии возбуждения электронных состояний (потенциальной электромагнитной энергии) и ионизации (тоже потенциальной электромагнитной энергии), энергии теплового расширения. Таким образом, у этого понятия не прослеживается чёткое деление на потенциальную и кинетическую энергию.

Поэтому  для учащихся средних классов и иным непрофильным учащимся можно пропедевтически назвать «тепловой энергией» лишь п. К.2.2 (см. далее), а старшеклассникам и студентам профильного образования дополнить ещё и пунктом П.1.1.2.4 (см. далее).

Потенциальная энергия однородно сжатого газа – сводится, по существу, к кинетической энергии хаотического движения его молекул (как разновидности «тепловой» энергии) с учётом сил межмолекулярного взаимодействия. «Потенциальная энергия расширенного газа», если такое словосочетание появляется в некоторых задачах или популярной литературе, сводится к потенциальной энергии сжатого газа окружающей атмосферы. Потенциальная и кинетическая энергия звуковых волн в газе – сводится, по существу, к кинетической энергии хаотического движения его молекул. Потенциальная и кинетическая энергия звуковых волн в плазме – включает в себя ещё и электростатическую и даже электромагнитную составляющие. Поэтому мы сочли пока нецелесообразным выделять их в таблице в особый вид энергии.

Текущая версия сконструированной иерархии видов энергии

В течение 1999–2010 гг. была проделана объёмная работа по систематизации видов энергии и поисковым педагогическим экспериментам по наилучшему порядку изучения явлений их преобразования с учётом особенностей 5–11 кл.

«К». КИНЕТИЧЕСКАЯ в широком смысле этого слова (т.е. такая, которая связана с движением тел в не философско-диалектическом, а в пространственно-координатном, смысле слова).

1. Определённо направленного (упорядоченного) движения (кинетическая в узком смысле слова) – поступательного и вращательного.
1.1. "Больших" тел.
1.1.1. Твёрдых и пластичных тел – например, у движения камня, колеса, автомобиля, планеты, кома песка как единого целого, мешка воды как единого целого.
1.1.2. Текучих тел (направленных жидких или газовых струй, вихрей).
1.2. "Малых" тел – например, частиц в составе пучка молекул, атомов или элементарных частиц.

2. Случайного (неупорядоченного, хаотического) движения – тоже поступательного и вращательного.
2.1. "Больших" тел (тоже кинетическая в узком смысле слова) – например, у движения отдельных камней в мешалке, броуновских частиц, пьяных людей в толпе слепых алкоголиков.
2.2. "Малых" тел (одна из разновидностей тепловой энергии) – у случайного движения молекул как единого целого.

«П». ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ (такая, которая связана со взаимным расположением частей материи или с изменением видов материи).

1. Энергия электромагнитного взаимодействия.
1.1. Электромагнитная энергия (совместно электрическая и магнитная).
1.1.1. Энергия электромагнитных волн (с делением по диапазонам).
1.1.1.1. Сверхдлинные (СДВ).
1.1.1.2. Длинные (ДВ).
1.1.1.3. Средние (СВ).
1.1.1.4. Короткие (КВ).
1.1.1.5. Ультракороткие (УКВ).
1.1.1.6. Ультравысокочастотные (УВЧ), сверхвысокочастотные (СВЧ) и крайне высокочастотные (КВЧ).
1.1.1.7. Субмиллиметровые (СБММ).
1.1.1.8. Инфракрасные (ИК).
1.1.1.9. Видимые (с поддиапазонами – цветами и оттенками).
1.1.1.10. Ультрафиолетовые (УФ) (с поддиапазонами).
1.1.1.11. Рентгеновские (с поддиапазонами).
1.1.1.12. Гамма-лучи (с поддиапазонами).
1.1.1.13. Космические лучи (с поддиапазонами).
1.1.2. Энергия такого межмолекулярного и межатомного взаимодействия, которое не приводит к изменению состава и структуры молекул.
1.1.2.1. На макроуровне – упругости конденсированной среды (твёрдой, жидкой) – сжатой или растянутой пружины, резины, изогнутой стальной рессоры, сжатой или растянутой жидкости, звуковой (акустической) волны в конденсированной (твёрдой, жидкой) среде.
1.1.2.2. Энергия межмолекулярных (в т.ч. Ван-дер-Ваальсовых) сил притяжения и отталкивания на микроуровне.
1.1.2.2.1. Без фазовых переходов.
1.1.2.2.2. Фазовых переходов 1-го рода.
1.1.2.3. Фазовых переходов 2-го рода.
1.1.2.4. Колебательного возбуждения и возбуждения электронных состояний атомов и молекул (одна из разновидностей тепловой энергии).
1.1.3. Химическая энергия – энергия такого межмолекулярного и внутримолекулярного межатомного взаимодействия, которое приводит к изменению состава и структуры молекул, ионов, радикалов.
1.1.4. Энергия полей отдельных движущихся электрических зарядов и магнитных листков.
1.2. Магнитостатическая (чисто магнитная) энергия – у покоящихся магнитных полей и листков.
1.3. Электростатическая (чисто электрическая) энергия – у, по существу, покоящихся электрических полей и зарядов.
1.3.1. Внеядерных частиц и их коллективов.
1.3.2. Внутриядерных частиц и их коллективов (частей атомного ядра).

2. Энергия слабого взаимодействия.

3. Энергия сильного взаимодействия (в основном, притяжения внутриядерных частиц).

4. Энергия гравитационного взаимодействия ("всемирного тяготения" любых видов материи).
4.1. Гравитационная энергия тел и частиц вещества во внешнем гравитационном поле.
4.2. Собственная гравитационная энергия полей (в т.ч. гравитационного поля и его волн).
4.3. Собственная гравитационная энергия фундаментальных ("планковских") "полей-частиц" материи.
Что касается энергии, затрачиваемой на порождение вещества/антивещества из поля и выделяемой при аннигляции вещества/антивещества (превращении их в поле), то она подразумевается в таблице; но её удовлетворительное место в структуре табличного представления пока что в состоянии разработки (см. выше).
До сих пор представляет трудность также то, как в этой таблице представить энергию материи без нулевой массы покоя, например, фотона: ей соответствует одновременно и кинетическая, и электромагнитная энергия.

Схема обзорной (вводной и обобщающей) таблицы способов преобразования форм энергии

По вертикальному ряду (столбцу) заголовков (т.е., по строкам таблицы) – из какого вида энергии преобразовывать. По горизонтальному ряду (строке) заголовков (т.е., по столбцам таблицы) – в какой вид энергии преобразовывать. По техническим причинам (при подготовке к публикации) слева таблицы было недостаточно места для иерархии заголовков, но она такая же, как и сверху таблицы. В ячейках таблицы 1 указаны, как минимум, явления преобразования энергии из одного вида в другую. По границам между кинетической и потенциальной, а также между физическими взаимодействиями проведены жирные линии. Уже в таком, всего лишь двумерном, виде (причём без разбития на более мелкие единицы классификации – на диапазоны и поддиапазоны электромагнитных волн, на разновидности энергии сил межмолекулярного притяжения и отталкивания) таблица очень велика, заполнить её – задача непростая.

Табл.1
[... в формате pdf, см. выше]

Мы планируем составить трёхмерную электронную базу данных, где в каждой ячейке таблицы преобразования форм энергий будут указаны соответствующие явления, свойства веществ (и существующие классификации веществ и полей по данному свойству), закономерности, физические величины, их характеристики, диапазон значений величины в природе и технике, основные применения такого преобразования,  исторические сведения, персоналии первооткрывателей и изобретателей, иллюстрации. Задача эта в педагогике актуальна, а по объёму – порядка энциклопедической: "нельзя объять необъятного", но стремиться к этому всё же не возбраняется. Тем более что таблица эта обладает и предсказательной силой (см. далее).

Отдельные примеры содержания ячеек таблицы

В краткой статье невозможно привести содержание более чем 400 ячеек таблицы. Ограничимся лишь отдельными, наиболее простыми, примерами, причём лишь явлений или устройств.

1-1 – удары, соударяющиеся элементы механизмов.
1-2 – вёсла, вееры, лопаточные и поршневые насосы; 2–1 – турбины.
1-5 – трение; 5-1 – тепловые двигатели.
1-7 и 7-1 – пружины.
1-9 – фазовые переходы 1-го рода при ударе; 9-1 – ускорение тел при фазовых переходах 1-го рода.
1-19 – подъём тела в поле тяжести; 19-1 – ускорение тела вниз в поле тяжести.
3-6 – допплеровское фиолетовое смещение, торможение частиц светом; 6-3 – ускорение частиц электромагнитной волной, допплеровское красное смещение.
4-4 и 4-5 – смешивание сыпучих тел; 5-4 – броуновское движение.
5-5 – теплопроводность.
5-7 – тепловое расширение, сжатие, изгиб, сдвиг; 7-5 – тепловые эффекты расширения и сжатия, изгиба, сдвига.
5-9 – фазовые переходы 1-го рода при нагреве; 9-5 – тепловой эффект фазовых переходов.
5-10 – размагничивание при нагреве (эффект Кюри); 10-5 – охлаждение при размагничивании.
5-11 – возбуждение колебательных и электронных состояний при нагреве; 11-5 – девозбуждение.
5-12 – эндотермические химические реакции; 12-5 – экзотермические.
5-15 – ионизация ударом частицы, термоЭДС Зеебека; 15-5 – безызлучательные виды рекомбинации, термоэлектрический эффект Пельтье.
5-19 – утолщение атмосферы планеты при нагреве; 19-5 – разогрев газового облака в космосе при гравитационном сжатии.
6-6 – рассеяние фотонов на фотонах, умножение частоты света.
6-7 – фотоупругость, фотоизгиб кристаллов; 7-6 – гипотетическое электромагнитное излучение акустической волны в твёрдом теле.
6-11 – фотовозбуждение молекул; 11-6 – излучательное девозбуждение (спонтанное излучение).
6-12 – фотохимические реакции; 12-6 – излучательные химические реакции.
6-13 – детектирование диодом электромагнитной волны, ускорение зарядов электромагнитной волной; 13-6 – радиоизлучение антенной, эффект Черенкова-Вавилова.
6-14 – фотонамагничивание; 14-6 – гипотетическое пока излучение при размагничивании.
6-15 – фотоионизация, внешний фотоэффект; 15-6 – излучательная рекомбинация, переходное излучение.
6-16 – фотодевозбуждение изомерных состояний ядер; 6-18 – фотовозбуждение изомерных состояний ядер, фотоядерные реакции; 16-6 и 18-6 – ядерное электромагнитное излучение (гамма-, рентгеновское, УФ, видимое).
6-19 – гравитационное красное смещение; 19-6 – гравитационное фиолетовое смещение.
6-20 – гипотетический коллапс высокоэнергичного фотона; 20-6 – гипотетическое порождение фотонов в сильном гравитационном поле.
7-7 – рычаг, шестерня, полиспаст.
7-14 – магнитоупругость; 14-7 – магнитострикция.
7-15 – прямой пьезоэффект; 15-7 – обратный пьезоэффект.
7-19 – прыжки на батуте, пружинной доске; 19-7 – пружинные весы.
8-6 – гипотетическое излучение при кластерообразовании, излучательное прилипание; 6-8 – фотоотлипание.
9-6 – излучение при конденсации; 6-9 – гипотетические фазовые переходы, вызванные непосредственно видимым светом, УФ, рентгеновским и гамма-излучением.
9-15 – гипотетические электростатические поля, вызванные фазовыми переходами 1-го рода; 15-9 – гипотетическое влияние электростатических полей на фазовые переходы 1-го рода.
12-15 – гальванические элементы, топливные элементы; 15-12 – электролиз.
13-3 – взаимодействие токов; 3-13 – индуцирование токов движущимся электрическим зарядом.
15-3 – ускорение электрически заряженных частиц электрическим полем; 3-15 – появление электрического поля между источником заряженных частиц и их коллектором.
15-16 – гипотетические ядерные реакции, вызванные сильным постоянным электрическим полем [3]; 16-15 – электростатическая «атомная батарейка» на альфа-распаде.
16-3 и 16-18 – адронные ядерные реакции альфа-распада, деления; 18-16 и 18-3 – реакции слияния ядер; 3-16 – возбуждение ядра ударом протона; 3-18 – испускание нейтронов, ядерные реакции выбивания.
18-18 – ядерные реакции обмена.
19-15 – электростатический эффект в электропроводящих телах в гравитационном и акселерационном поле; 15-19 – гипотетический акселерационный эффект наложения электрического поля.

Пожалуй, этого уже достаточно, чтобы показать обобщающие, систематизирующие и предсказывающие свойства нашей таблицы как средства обучения и исследовательской деятельности. С помощью некоторых из пустующих ячеек таблицы можно сделать научные открытия явлений. И даже закономерностей: т.к. известна теорема Онсагера о симметрии кинетических коэффициентов перекрёстных (взаимно-обратных) явлений переноса при малых отклонениях от термодинамического равновесия.

Некоторые размышления о некоторых основаниях физики

Непросто понять, почему же любое движущееся в пространстве вещественное тело (или даже движущееся в пространстве изменение поля) обладает особой энергией, связанной с его движением – кинетической. Чтобы попытаться понять это, начнём издалека, от исходного понятия «движение».

Наверное, хорошо быть математиком – мысленно нарисовал систему координат с произвольно выбранным её началом, задал в ней то или иное поле и анализируй себе его свойства. Физик же должен подвергнуть сомнению возможность такого кавалерийски лихого проведения осей координат и выбора его начала. Физический принцип относительности (по-видимому, впервые созданный математиком и физиком-теоретиком А. Пуанкаре) начинается с вопроса:  есть ли в физическом пространстве без материи (если вообще возможно пространство без материи) выделенная точка (которую можно было бы принять за Вселенское начало координат)? Если физическое пространство ограничено и достаточно симметрично (например, шар) – то, не исключено, что можно найти его центр. Но если оно неограниченное, а бесконечное и однородное? Тогда, очевидно, невозможно: все точки его равноправны. В отличие от математики, где вводится произвольная система координат чисто нематериальными средствами, в физике выделенной системы координат в общем случае не представляется. Следовательно, все возможные системы координат, отличающиеся лишь положением начала отсчёта и направлением осей, равноправны. Следовательно, координаты не могут быть абсолютными, а лишь относительными. Теперь остались рассмотреть возможность абсолютизации времени или скорости.

Попутно заметим, что в ОТО возникает внутреннее противоречие в её основах: принимая, кроме принципа относительности, ещё ряд аксиом, ОТО приводит к следствиям – возможности расширения и сжатия 3-мерного подпространства Вселенной, т.е. к наличию как раз выделенной точки, существование которой отрицает принцип относительности. В РТГ 3-мерное подпространство Вселенной (4-мерного пространства-времени с метрикой Минковского) обладает простой Евклидовой геометрией, неограниченное, не искривляется, не расширяется и не сжимается. Так что в РТГ противоречия с принципом относительности не возникает.

Напомним себе «небольшую» трудность СТО – неприменимость к неинерциальным (в частности, вращающимся) системам отсчёта, которую обычно разрешают средствами ОТО. Частный случай этой трудности – противоречие между глобальной формой преобразований Лармора–Лоренца (принятой и в СТО Пуанкаре–Эйнштейна) и невозможностью осуществления глобального изменения скорости остальной Вселенной относительно её части без нарушения законов сохранения.

А.А. Тяпкин (ОИЯИ, г.Дубна) отмечает, что распространено мнение о том, что есть два подхода к  построению физической теории  («один – по Эйнштейну, другой – неправильный»), но они оба (при логически последовательном их применении) приводят к одним и тем же экспериментальным и практическим следствиям. Подход Пуанкаре–Эйнштейна состоит в том, чтобы найти преобразования расстояний и отрезков времени, сохраняющие инвариантными уравнения Максвелла (в т.ч. закон Кулона). Подход Лармора–Лоренца состоит в том, чтобы найти преобразования уравнений Максвелла, сохраняющие инвариантными расстояния и отрезки времени. Неудача «эфирных» (т.е., с абсолютной координатой) теорий Лармора и Лоренца не была обусловлена самим подходом Лармора–Лоренца, а состояла лишь в том, что они не приняли принцип относительности, что привело к расхождению теории с экспериментом. Но возможно дополнить подход Лармора–Лоренца (т.е., преобразование уравнений Максвелла) и принципом относительности Пуанкаре, построив непротиворечивую теорию (что отмечает А.А. Тяпкин). Дорога открыта.

С целью обхода противоречий ОТО и построения релятивистской электродинамики (оставаясь в рамках подхода Пуанкаре–Эйнштейна – инвариантности уравнений Максвелла) Ю.И. Ханукаев (МФТИ, г.Долгопрудный) в 2008 г. опубликовал релятивистски форминвариантные преобразования уравнений Максвелла, заметив до этого, что для описания метрики Минковского могут быть применены кватернионы (известно, что нормированными ассоциативными алгебрами с делением и единицей являются лишь, с точностью до изоморфизма, алгебры действительных чисел, комплексных чисел и кватернионов). Таким образом, желание ещё Максвелла (бывшее не осуществлённым более века) выразить уравнения электродинамики через кватернионы осуществлено Ханукаевым. Итак, уравнения Максвелла можно представить как поле кватернионов. Эти уравнения автоматически инвариантны относительно преобразований Лоренца (без искусственных приёмов, характерных для ОТО). Если движущаяся система отсчёта не инерциальна, то преобразование Лоренца является локальным. Существуют в общем случае 3 разных поля, форминвариантных относительно трёх преобразований Лоренца с различными скоростями, в частном случае равенства этих скоростей преобразование едино.

Возможна ли полная неподвижность Вселенной? Если она возможна, то мы можем судить о ней, лишь наблюдая над предположительно неподвижными (из нашей системы отсчёта) объектами, по физическим часам наблюдателя и изменяя состояние своей памяти, чтобы отразить в ней отсутствие изменения положения или общего состояния наблюдаемого объекта. То есть, как минимум, один наблюдатель во Вселенной (в смысле, в совокупности со своими часами и памятью) должен изменяться. Из полученного противоречия видно, что полная неподвижность Вселенной невозможна.

Пространство, время, движение – физические нематериальные сущности. Каковы древнейшие гипотезы об этих сущностях, об отношениях между ними?

Путь 1: всеобщи – пространство и время. Следствия: свойство пространства – расстояние, свойство времени – отрезок времени, явление в пространстве и времени – движение, его свойство – скорость.  Такой путь принят в зороастризме, древнегреческой мифологии классического (послекронического) направления, классической физической теории Галилея–Ньютона–Максвелла, в небесполезном и потому перспективном сочетании подхода Лармора–Лоренца с принципом относительности Пуанкаре, и др. т.п.

Путь 2: всеобщи – пространство и движение. Следствия: свойство пространства – расстояние, свойство движения – скорость, явление в движении и пространстве – время, его свойство – отрезок времени. Такой путь принят в древнегреческой мифология орфического направления, релятивистской физической специальной теории относительности (СТО) А. Пуанкаре – А.Эйнштейна, в ОТО Эйнштейна, РТГ Логунова, РЭД Ханукаева и др. т.п.

Путь 3: всеобщи – время и движение. Следствия: свойство движения – скорость, свойство времени – отрезок времени, явление в движении и времени – пространство, его свойство – расстояние. Нечто вроде такого пути было принято в древнегреческой мифологии доклассического (кронического) направления. Примеры такого пути в физической теории нам, к сожалению, не известны. Интересно бы её построить, но недосуг и суета забот о хлебе насущном.

В [4] последовательность введения основных понятий физической теории – пространство, время, движение – выбрана изоморфно минимальной алгебре с бинарным оператором. Рассуждения велись начиная от общенаучного понятия «система» к математическому понятию «алгебра», были введены определения понятия «Вселенная» и постулат о её нетривиальности (наличия собственных подмножеств). Был принят постулат, что физическую теорию можно строить на трёх основаниях, аналогичных троадической системе категорий – алгебре «прерывание–умножение–протяжение». (Она объединяет в себе нечто общее для и диалектики, и математики, и физики.) Более предпочтительно начать формирование изоморфной этой алгебре алгебры основных физических понятий с аналога категории «прерывание», потому что совместно с операцией «умножение» она образует категорию «протяжение», а обратный процесс отсутствует.

В качестве физического аналога категории прерывания кажется естественным выбрать движение (но можно и пространство или время). Тогда в качестве аналога категории протяжения получается пространство, а в качестве аналога операции умножения – время. Тогда существуют две формы одного из свойств движения (энергии), одна из которых связана с самим движением, а другая – с полем в пространстве. Но возможны ещё 5 других вариантов порождения основных понятий физической теории.

Итак, выбранный один (из 6-ти возможных) вариант таких оснований – движение+пространство и явление «время» в качестве алгебраической операции над ними – приводит к выводу о наличии двух наиболее основных видов одного из свойств движения (энергии), один из которых связан с самим движением (кинетическая), а другой – с полем в пространстве (потенциальная). Другой выбор физических оснований, изоморфных минимальной алгебре, должен приводить к другим, соответствующим, формам энергии материи (части Вселенной, для которой выполняется принцип сохранения).

Постулируем среди свойств движения, пространства, времени и частей Вселенной наличие некоторых всеобщих и неизменных – мировых постоянных. Являются ли скорость света в вакууме, постоянная Планка, постоянная тонкой структуры и фундаментальные (Планковские) величины одними из них, доказать пока неизвестно как, но опровержений этого тоже нет никаких. По принципу Оккама удобно принять наличие не менее чем одной постоянной. Мы не ставили целью вывести из «философских размышлений» какую-либо принципиально новую физическую теорию. Описанные рассуждения об основаниях физической теории представляется всего лишь попыткой ввести фундаментальные физические понятия не как обыкновенный большой набор физических аксиом, а как некоторый изоморфизм некоторой алгебры, составленной из надфизических понятий.

Заключение

1. Описана методика построения систематической и обобщающей таблицы преобразования форм энергии друг в друга на основе классификации физических взаимодействий и движения материи. Даны пояснения к используемым терминам, толкуемым в литературе неоднозначно. Представлена текущая версия сконструированной иерархии видов энергии и указаны нерешённые до сих пор некоторые трудности её построения.

2. Представлена текущая версия сконструированной таблицы и приведены отдельные примеры содержания её ячеек. Показана предсказательная сила этой таблицы в физике (аналогично таблице Менделеева в химии) – предсказаны, в частности, 10 новых (не известных пока из эксперимента) явлений (электромагнитное излучение акустической волны в твёрдом теле; излучение при размагничивании; коллапс высокоэнергичного фотона; порождение фотонов в сильном гравитационном поле; излучение при кластерообразовании; фазовые переходы, вызванные непосредственно видимым светом, УФ, рентгеновским и гамма-излучением; электростатические поля, вызванные фазовыми переходами 1-го рода; влияние электростатических полей на фазовые переходы 1-го рода; ядерные реакции, вызванные сильным постоянным электрическим полем; акселерационный эффект наложения электрического поля).

3. Описано планируемое развитие таблицы в электронную (по меньшей мере, 3-мерную) базу данных, содержащую, кроме видов энергии и явлений, ещё и свойства веществ, закономерности, применения, историю, персоналии, иллюстрации.

4. Для нетривиальной Вселенной последовательность введения основных понятий физической теории – пространство, время, движение – целесообразно выбрать изоморфно минимальной алгебре с бинарным оператором, а именно, алгебре «прерывание–умножение–протяжение», начиная с категории «прерывание». Если в качестве физического аналога наднаучной категории «прерывание» выбрать «движение», то логическим следствием этого является фундаментальное деление видов энергии на кинетическую и потенциальную. Но если выбрать в качестве аналога прерывания – время или пространство, то придём к иному фундаметальному делению видов энергии. Всего возможны 6 фундаментальных физических теорий (по 2 варианта выбора первичного понятия в каждом из 3-х путей построения, использующих понятия «движение, пространство, время»), изоморфных минимальной алгебре с бинарным оператором, которые равноправны в том смысле, что при логически последовательном их построении на основе экспериментальных фактов и выбранной такой алгебры, давали бы непротиворечивые результаты. Но до сих пор известны лишь 2 из них: условно говоря, с подходом «Пуанкаре–Эйнштейна–Логунова–Ханукаева» (широко известным) и с подходом «Пуанкаре–Лармора–Лоренца–Тяпкина» (мало известным).

Библиографический список

1. Украинцев О.А. Tunnelling of Particles with Nonzero Mass Under Influence of Gravity and Acceleration. // 11-th International Competition "First Step to Nobel Prize in Physics", июнь 2003 г., Варшава.
2. Горшков А.В. Электрическое притяжение квазинейтральных тел. // Наука ЮУрГУ: материалы 62-й научной конференции. Секции естественных наук. – Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2010. – С.98–102.
3. Горшков А.В., Украинцев О.А. Гипотетические новые способы осуществления ядерных реакций. // Сборник тезисов 9-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных ВНКСФ-9, Красноярск, 28 марта – 3 апреля 2003 г. : Тезисы докладов: в 2-х т. Т.1. Екатеринбург-Красноярск: издательство АСФ России, 2003. Секция "Физика атомного ядра и элементарных частиц". – С.499-501. Горшков А.В., Украинцев О.А. Об электрополевом способе осуществления ядерных реакций. // 41-я международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск. Секция "Физика: Физика ускорителей и элементарных частиц". 16 апреля 2003 г. ИЯФ СО РАН. http://www.nsu.ru/conf/issc/phys2.htm .
4. Горшков А.В. Кинетическая и потенциальная формы энергии и их связь с основными физическими сущностями. // Усовские чтения: материалы 18-й международной научно-практической конференции "Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов". (14-15.04.2011). Часть 2. – Челябинск: Край Ра, 2011. – С.69-71.
5. Даммер М.Д., Горшков А.В. Преобразование видов энергии и их связь с физическими свойствами веществ. – 13 с. [Текст] / Направлено в сборник законной региональной научно-практической конференции учителей физики, информатики и технологии «Повышение эффективности обучения физике, информатике и технологии в условиях реализации национальной образовательной  инициативы «Наша новая школа»». – Екатеринбург: Институт физики и технологии УрГПУ, 2011.
6. Горшков А.В., Даммер М.Д. Квадратная таблица явлений преобразования форм энергии из одной в другую. / Доклад на семинаре "Лаборатория молодого исследователя" каф. ТиМОФ ЧГПУ. – Челябинск: 6.02.2012.

АПРОБАЦИИ и ПУБЛИКАЦИИ

1. Даммер М.Д., Горшков А.В. Квадратная таблица преобразования видов энергии и их связей с физическими свойствами веществ. // Материалы региональной научно-практической конференции «Повышение эффективности обучения физике, информатике и технологии в условиях реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа»». – Екатеринбург: УрГПУ, июнь 2011 г. – с.31-36.

2. Даммер М.Д., Горшков А.В. Таблица преобразования видов энергии и их связей с физическими свойствами веществ. // Актуальные проблемы развития среднего и высшего образования. / VIII межвузовский сборник научных трудов. / Под ред. А.В. Усовой, М.Д. Даммер, О.Р. Шефер, И.С. Карасовой, С.А. Суровикиной, В.В. Шахматовой. - Челябинск: Край Ра, 2012. - С.51-69.

3. Горшков А.В., Даммер М.Д. Систематическая таблица физических явлений как преобразований форм энергии. // Учебная физика. - 2013. ........... 6 с.

4. Горшков А.В., Даммер М.Д. Квадратная таблица явлений преобразования форм энергии из одной в другую. / Доклад на семинаре "Лаборатория молодого исследователя" каф. ТиМОФ ЧГПУ. - 6.02.2012 г.

5. Горшков А.В., Даммер М.Д. Систематическая таблица физических явлений как преобразований форм энергии. / Доклад на 18-й Всероссийской конференции "Учебный физический эксперимент. Актуальные проблемы. Современные решения." 25-26.01.2013. // Тезисы доклада: Программа и материалы конференции. - Глазов: ГГПИ, 2013. - С.6. // статья 2 с. и раздаточный материал (таблица)

6. Горшков А.В., Даммер М.Д. Методика применения систематической таблицы физических явлений как преобразований форм энергии. / Стендовый доклад. // Всероссийская научно-методическая конференция "Новые педагогические технологии: содержание, управление, методика". Тезисы конференции. - 26-28.03.2013. - Нижний Новгород: ННГУ. - Секция 6: Содержание и методика обучения в профильных школах. - С.244.