Від ракет із пластикових пляшок — до майбутніх наукових відкриттів

Іще до війни в Києві було започатковано традицію проводити олімпіади з фізичного експерименту ExPhO для школярів. Змагання відбувалися в КНУ імені Тараса Шевченка. Через ковід і війну традиція призупинилася, але нещодавно її відновили — відбулася ExPhO 2025. Охочих узяти участь було так багато, що змагання провели у два етапи.

Це унікальна можливість для молоді відчути драйв наукового пошуку та експерименту. Для країни, яка прагне наукового й технологічного прориву, підтримка таких змагань є інвестицією в майбутнє. Це не лише про перші спроби справжніх наукових експериментів, а й про популяризацію природничих наук, селекцію талантів і заохочення старшокласників вступати до українських закладів вищої освіти — адже другий етап цієї олімпіади відбувся в ангарі Київського авіаційного інституту (КАІ), а її організаторами стали КАІ, Київський академічний університет (КАУ) та Науково-дослідницька школа «Базис» (перший тур відбувся саме в ній). До складу журі увійшли відомі науковці — фізики, викладачі.

Місце проведення — ангар КАІ — обрано невипадково. Воно важливе, щоб показати школярам, де можуть знадобитися знання прикладної фізики й наноматеріалів. Тут можна побачити літаки, гелікоптери, авіадвигуни, макети ракет, гармату із самохідної зенітної установки. «В авіації потрібні знання з фізики, математики та інших наук, — зазначив декан Аерокосмічного факультету Святослав Юцкевич. — Радий бачити стільки розумних учнів, які розв’язують задачі різними, часто нестандартними способами».

За умовами змагань в олімпіаді брали участь команди старшокласників — учнів 7–11 класів. За п’ять годин вони мали розв’язати шість експериментальних фізичних задач. Школярі могли користуватися будь-чим, навіть смартфонами. Єдине, що було заборонено, — просити допомоги у вчителів.

У день олімпіади на учнів чекали й оригінальні завдання, й усе необхідне для експериментів: пускова установка для «ракет», рідкий азот, гелій, магнітні кульки тощо.

Тож не дивно, що під час олімпіади великий ангар Київського авіаційного інституту перетворився на територію пригод: школярі запускали «ракети», зважували повітряні кульки, вимірювали в’язкість повітря. Це був драйвовий і незабутній день.

В олімпіаді взяли участь 15 команд із різних міст країни. Перше й друге місце вибороли команди Українського фізико-математичного ліцею UBEBIBO 2.0 та OBEBIBA 2.0. Третє місце посіла команда «Лудомани squad» зі Львова.

Запитую в одного з організаторів та ініціаторів олімпіади, вчителя фізики школи «Базис» Олександра Триліса: чим пояснюється такий інтерес до змагань? Адже перемога не дає ні матеріальної винагороди, ні переваг під час вступу до ЗВО.

«Пояснити можна лише одним — любов’ю до фізики й інтелектуальних змагань, — відповідає пан Олександр. — Важливо також, що під час олімпіади діти почуваються серед однодумців. Безцінним є й відчуття пошуку, коли спочатку щось не виходить, а потім — «Евріка!» — й усе вдається».

Інтерес викликають і оригінальні завдання. «Наприклад, WOW-ефект має задача «Азотна ракета», — зазначає Триліс. — Учні мають запропонувати оптимальний склад палива (співвідношення води й азоту). Під час запуску асистент поміщає пляшку із сумішшю в пускову установку — «ракета» з шипінням злітає, із «сопла» виривається білий струмінь. Це дуже видовищно».

Чи не було побоювань, що учні залучать до розв’язання задач штучний інтелект, адже вони мали змогу користуватися смартфонами? «Ні, не було, — посміхається Олександр Триліс. — Розв’язання експериментальних задач неможливо знайти в Інтернеті. І чат GPT їх теж не розв’яже. Під час першого туру ми запропонували ШІ виконати конкурсні завдання — й він не впорався. ШІ може запропонувати план, але провести експеримент і пояснити його хід доведеться самим учасникам».

Фізичний експеримент і дослідження вважає перевагами олімпіади і директор КАУ, академік НАН України Олександр Кордюк. Адже навчання в КАУ якраз і побудоване на залученні студентів до досліджень — університет є «точкою входу в науку».

На жаль, у дітей, які цікавляться фізикою, «просідає» саме експеримент. І на українських, і на міжнародних олімпіадах теоретичні завдання учні виконують краще, ніж експериментальні. «Я б навіть сказав, що з експериментами — катастрофа, — додав Олександр Анатолійович. — Ця ж олімпіада експериментальна, з дослідницьким складником. Є задачі, які можна розв’язати за допомогою експерименту, а є завдання, де потрібно виконати справжнє дослідження».

Щоб залучити молодь до досліджень, а отже, й до науки, на Аерокосмічному факультеті КАІ спільно з КАУ створено освітньо-професійну програму «Прикладна фізика». Це — єдина в Україні навчальна програма з наукової дуальної освіти.

Перші студенти зможуть вступити на спеціальність «Прикладна фізика та наноматеріали» вже 2025 року. «Це пілотний проєкт. Ми дивимося, як краще проводити дослідницьке навчання на бакалавраті, які практики застосовувати», — додав Олександр Кордюк.

Можливо, учасники олімпіади, які жваво дискутували про «ракетне паливо», стануть першими студентами цієї програми.

Про особливості програми «Прикладна фізика» розповів учасникам змагань викладач кафедри прикладної фізики і наноматеріалів КАУ Олег Фея. Він пояснив, що більшість навчальних курсів програми викладатимуть науковці з академічних інститутів, з третього курсу студенти виконуватимуть дослідження під керівництвом учених. З четвертого — стажуватимуться в європейських університетах і лабораторіях.

А що підготували для школярів організатори, які дослідницькі задачі їм потрібно розв’язати? Запитую про це Олега Фею, в той час як команди працюють над задачами.

«Дослідницькою є, наприклад задача «із зірочкою», де потрібно розрахувати в’язкість повітря за допомогою «повітряного підшипника» з двох пластикових стаканчиків. Цю задачу не встигли розв’язати навіть члени журі, її результат наразі невідомий. Приємно бачити, що школярі ставляться до виконання цього завдання як до пригоди», — зауважив Олег Фея.

До речі, учасники олімпіади мали не тільки розв’язати задачі й провести експерименти, а й захистити свої розрахунки перед журі. За цим спілкуванням спостерігали (й уболівали за учнів) вчительки фізики з Наукового ліцею імені Анатолія Лигуна з міста Кам’янське Ольга Рижко та Наталія Мірошник. Їхня команда прибула до Києва в день відкриття олімпіади, а ввечері мала вирушати додому. На жаль, хвилювання дітям додала нічна атака «шахедів»: уламок дрона влучив у будинок, де мешкає один з учасників. Попри все хлопець не відмовився від участі й зумів зосередитися на задачах.

«Наші учні мають великий досвід участі в олімпіадах і конкурсах МАН. Нещодавно вони вибороли шосте місце у фіналі програми Destination Imagination, — розповіла Наталія Мірошник. — Дуже добре, що ExPhO пропонує саме експериментальні задачі. Експеримент — це завжди про свободу. Ми бачимо, що діти не бояться помилок і обстоюють свою думку».

Запитую в капітанки команди «Ентропійний хаос» із Кам’янського Валерії Наголенко: якою була її мотивація приїхати? «Приїхала, бо мені надзвичайно цікаво», — відповіла школярка. До речі, задачу «із зірочкою» її команда розв’язала однією з перших. «Ми це зробили за допомогою кульок і пластикових стаканчиків, — пояснила Валерія. — Спочатку не вдавалося, але ми таки «витягнули» повітря з проміжку між стаканчиками. Вийшов «повітряний підшипник», і ми розрахували коефіцієнт в’язкості повітря».

У цей час лунає гучний «вибух» — одна з команд тестує свою «ракету». На жаль, невдало. Капітан команди Basis1 восьмикласник Михайло Кажан спокійно аналізує помилки: «Схоже, я занадто оптимістично оцінив перехід енергії в тягу, й «ракета» вибухнула в установці», — посміхається він.

У цей час його команда готується представляти журі розв’язок задачі про визначення висоти ангару. «Ми використали кілька способів, зокрема — за швидкістю підйому повітряної кульки, — пояснює учасник команди Юрій Переверзенцев. — Наша команда — це спілка однодумців. Експериментувати дуже цікаво. Саме експерименти допомагають дізнаватися щось нове про світ».

В оригінальний спосіб спробувала розв’язати задачу про висоту ангара й команда з Новопечерської школи Immortals. Спершу учні визначили вагу цукерки, потім — цукерки з повітряною кулькою, врахували силу тяжіння, архімедову силу, прискорення. За годину до завершення олімпіади учні ще дискутували про правильність свого розв’язку.

«Не розуміти фізики — це як не знати історії, — вважає учасник команди Immortals Назар Гаврищук. — Той, хто не знає минулого, не може ухвалювати рішення в теперішньому, бо наступатиме на ті самі граблі. З фізикою так само. Якщо ти не розумієш процесів, які відбуваються навколо тебе, як тоді розвиватимешся і щось створюватимеш? Фізика важлива!».

ExPhO — це не просто змагання з фізики. Це про науку як простір сили й надії. Про школярів, які попри тривоги та повітряні атаки експериментують і виконують дослідження.

І, можливо, саме з таких олімпіад і «ракет» із пластикових пляшок починається шлях до проривів. До технологій, які посилять країну. До науковців, які залишаться в Україні.