Від запуску ракет з пластикових бутлів до нових наукових досягнень майбутнього.

Як відбувалася олімпіада з експериментальної фізики ExPhO 2025 для учнів шкіл.

Ще до початку війни в Києві стартувала традиція організації олімпіад з фізичного експерименту ExPhO для учнів. Змагання проходили в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка. Однак через пандемію COVID-19 та військові дії ця традиція була призупинена. Нещодавно її вдалося відновити — відбулася олімпіада ExPhO 2025. Кількість бажаючих взяти участь виявилася настільки великою, що змагання провели в 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".

В рамках олімпіади змагалися команди старшокласників, які представляли учнів 7-11 класів. Протягом п’яти годин вони повинні були вирішити шість експериментальних задач з фізики. Школярі мали можливість користуватися будь-якими ресурсами, включаючи смартфони. Єдине правило полягало в забороні на звернення по допомогу до вчителів.

У день олімпіади учнів очікували нестандартні завдання та все, що потрібно для проведення експериментів: установка для запуску "ракет", рідкий азот, гелій, магнітні сфери та інші матеріали.

Не дивно, що під час олімпіади великий ангар Київського авіаційного інституту став справжнім центром пригод: учні запускали «ракети», зважували повітряні кулі та вимірювали в'язкість повітря. Це був захоплюючий і незабутній день.

В олімпіаді змагалося 15 команд з різних міст України. Золоту та срібну нагороди отримали команди Українського фізико-математичного ліцею UBEBIBO 2.0 та OBEBIBA 2.0 відповідно. Бронзову медаль виборола команда "Лудомани squad" з 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.

"Єдине пояснення цього явища — це любов до фізики та інтелектуальних викликів, — зазначає пан Олександр. — Не менш важливо, що під час олімпіади діти відчувають підтримку однодумців. Особливо цінним є момент пошуку, коли спочатку виникають труднощі, а потім раптом приходить озарення: 'Еврика!' — і все 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 виникали побоювання, що учні можуть скористатися штучним інтелектом для розв'язання задач, адже у них були смартфони? "Ні, таких переживань не було, -- усміхається Олександр Триліс. -- Задачі експериментального характеру неможливо просто знайти в Інтернеті. І навіть чат GPT не впорається з цим. Під час першого туру ми дали ШІ спробувати виконати конкурсні завдання, але він не зміг з ними впоратися. ШІ може запропонувати лише загальний план, але провести експеримент і детально пояснити його учасникам доведеться самостійно".

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 абітурієнти матимуть змогу вступити на спеціальність "Прикладна фізика та наноматеріали" вже у 2025 році. "Це експериментальний проєкт. Ми аналізуємо, як оптимально організувати дослідницьке навчання на рівні бакалаврату та які практичні підходи впроваджувати", — зазначив Олександр Кордюк.

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

Про унікальні аспекти програми "Прикладна фізика" учасникам змагань розповів викладач кафедри прикладної фізики і наноматеріалів КАУ Олег Фея. Він зазначив, що основну частину курсів викладатимуть фахівці з наукових установ, а з третього курсу студенти матимуть можливість проводити дослідження під керівництвом досвідчених вчених. Починаючи з четвертого курсу, вони також зможуть проходити стажування в європейських університетах та 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.

Олег Фея зауважив: "Цікавим прикладом дослідницької задачі є завдання з 'зірочкою', в якому потрібно визначити в'язкість повітря, використовуючи 'повітряний підшипник', що складається з двох пластикових стаканчиків. Навіть члени журі не змогли його вирішити, тож результат поки залишається невідомим. Приємно бачити, як школярі сприймають це завдання як справжню пригоду".

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.

"Учні нашої школи мають значний досвід в участі в олімпіадах та конкурсах МАН. Нещодавно вони здобули шосте місце у фіналі програми Destination Imagination, -- поділилася Наталія Мірошник. -- Це чудово, що ExPhO пропонує саме експериментальні завдання. Експеримент завжди пов'язаний із свободою. Ми спостерігаємо, як діти не бояться робити помилки і впевнено відстоюють свою точку зору."

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 момент роздається гучний "вибух" — одна з команд проводить тестування своєї "ракети". На жаль, це закінчується неуспішно. Капітан команди Basis1, восьмикласник Михайло Кажан, спокійно розглядає допущені помилки: "Схоже, я занадто оптимістично підійшов до оцінки перетворення енергії в тягу, і тому "ракета" вибухнула під час запуску", — з усмішкою говорить він.

У цей момент його команда займається підготовкою до представлення журі свого рішення задачі, що стосується визначення висоти ангару. "Ми застосували різні методи, зокрема, вимірюючи швидкість підйому повітряної кулі," - розповідає учасник команди Юрій Переверзенцев. "Наша команда складається з однодумців. Експериментування приносить величезне задоволення. Саме через експерименти ми відкриваємо нові грані нашого світу".

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 більше, ніж просто конкуренція з фізики. Це про науку як простір можливостей і оптимізму. Про учнів, які, незважаючи на страхи та небезпеки, продовжують експериментувати та проводити дослідження.

Можливо, саме з таких олімпіад і "ракет", виготовлених із пластикових пляшок, розпочинається шлях до великих досягнень. До інновацій, які зміцнять нашу країну. До науковців, які оберуть залишитися в Україні.