Бесплатные браузерные игры · девять тренажёров

Игры по физике: космос, где работают настоящие законы

Академия Ласпи — девять бесплатных браузерных игр, в которых работают настоящие законы физики: всемирное тяготение и законы Кеплера, сохранение импульса и момента импульса, конечная скорость света. Корабль летит по орбите, посчитанной по тем же формулам, что и траектории спутников, а не «как в кино». Игры сделаны к космической саге Марты Милоданович «Ла Манга»; играть можно с телефона, без регистрации и установки.

Почему это физика, а не «примерно похоже»

В большинстве космических игр корабль летит туда, куда смотрит нос. Здесь — нет: импульс вперёд поднимает противоположную сторону орбиты, чтобы догнать конвой, нужно притормозить, а закрученный модуль будет вращаться, пока его не погасить встречным импульсом. Это не правила, придуманные для игры, а следствия законов Ньютона, и удивляют они ровно так же, как удивляют настоящих курсантов.

Внутри — честные расчёты в единицах СИ. Гравитационная постоянная G = 6,674·10⁻¹¹ Н·м²/кг², задача двух тел решается точно (универсальные переменные и функции Штумпфа), притяжение луны добавляется численным интегрированием Рунге — Кутты четвёртого порядка, вращение модуля — уравнения Эйлера для твёрдого тела, сигнал идёт со скоростью 299 792 458 м/с. Расчёты проверены автотестами: например, 10 000 оборотов вытянутой орбиты без ухода энергии и момента импульса, а каждый из восьмидесяти уровней восьми лестниц проверен эталонным решением.

В каждой игре можно открыть описание модели: что считается честно и что упрощено. Технологии мира книги — двигатели, сдвигающие планету, слепой прыжок на пять световых лет — вымысел, но их последствия посчитаны по настоящим формулам.

Чему можно научиться

Девять игр

10 уровней · орбитальная механика

Навигатор

Симулятор орбитальной механики. Корабль на орбите вокруг планеты, цель — другая орбита, конвой или судно в другой фазе. Вы тянете орбиту рукой, модель считает импульсы и показывает, куда на самом деле полетит корабль. Десять уровней: поднять и опустить ближнюю точку орбиты, гомановский переход, догнать конвой (чтобы догнать — тормози), встреча с судном, захват у луны, гравитационный манёвр, перехват в срок, разворот на обратную орбиту и маршрут к трём целям. Луна притягивает по-настоящему: у неё своя сфера влияния, а пролёт рядом с ней разгоняет корабль без топлива.

Чему учит: законы Кеплера, гомановский переход, фазирование и встреча на орбите, сфера влияния, гравитационный манёвр.

Играть: навигатор →

10 уровней · механика твёрдого тела

Пилот

Симулятор стыковки космического корабля. Модуль — твёрдое тело с инерцией: толкнули — летит, закрутили — крутится, пока не погасите. Двигатели вращения и хода работают, пока держишь кнопку. Десять уровней от «остановить дрейф одной парой двигателей» до стыковки с вращающейся станцией: кувырок по трём осям, путь торможения, боковой узел, модуль с контейнерами, где проявляется эффект Джанибекова, стыковка без стабилизатора и с топливом в обрез. Три звезды — касание замков не быстрее 0,12 м/с.

Чему учит: инерция, третий закон Ньютона и реактивное движение, тормозной путь, вращение и момент инерции, эффект Джанибекова.

Играть: пилот →

10 уровней · геометрия связи

Связист

Нужно держать канал связи станции с узлом весь цикл, расставляя ретрансляторы на орбитах. Планеты и луны закрывают прямую видимость, их тень видна на сцене, а полоса цикла показывает, когда канал есть и когда пропадает. Десять уровней: тень планеты, посёлок на обратной стороне луны (решение — стационарная лунная орбита внутри сферы Хилла), цепочка ретрансляторов, три тела, дальность в 10 световых минут, связь с летящим судном, предел ретрансляций, глухая зона, ретранслятор, который теряет высоту, и целая сеть. Задержка сигнала считается по скорости света.

Чему учит: прямая видимость и тень, период обращения, стационарная орбита, сфера Хилла, задержка сигнала.

Играть: связист →

10 уровней · скорость света и часы

Хронометрист

Где цель на самом деле, если её видно с опозданием? Свет и радио идут конечное время, и хронометрист работает с этим: по отправке и приёму пингов находит дальность, упреждает движущуюся цель, сверяет часы борта со станцией. Десять уровней: неподвижная цель, упреждение, быстрая цель, сверка часов, точка встречи, цель с ускорением, три журнала, часы, которые спешат, сигнал через ретранслятор и дело страховой «Четыре минуты» — сдвиг и ход чужих часов по четырём пингам. Сдвиг и ход находятся методом наименьших квадратов, как при обработке настоящих измерений.

Чему учит: скорость света, запаздывание сигнала, радиолокация, синхронизация часов, метод наименьших квадратов.

Играть: хронометрист →

10 уровней · орбита и климат

Планетарный инженер

Звезда греется, и планету просят отодвинуть на долю процента. Орбита — настоящая земная: эксцентриситет 0,0167, перигелий в начале января. Нужно выбрать день года, местное время у двигателя на экваторе и импульс: из-за вращения планеты струя смотрит назад по ходу орбиты только на закате, а толчок у перигелия выгоднее благодаря эффекту Оберта. Во втором задании у планеты есть луна, и неудачная фаза сорвёт её орбиту. Двигатели — технология мира книги, а их импульс посчитан честно, и он чудовищен.

Чему учит: энергия орбиты и формула vis-viva, перигелий и афелий, эффект Оберта, вращение планеты.

Играть: планетарный инженер →

10 уровней · маршрут и расход

Прыжки

Слепой прыжок — технология мира «Ла Манги»: не дальше пяти световых лет за раз, сорок часов остывания после каждого, выход с погрешностью, топливо — граммы антиводорода. Задача — проложить маршрут: короткие прыжки точнее и дешевле, длинные быстрее, но погрешность и расход растут квадратично, а после выхода ещё лететь до цели внутри системы. Десять уровней: один прыжок, дальность, заправка у узла, короткий последний прыжок, кристаллы, которые сгорают не по расчёту, слепой сектор, выбор узла, перехват в окне, граммы против часов и конвой из трёх бортов с разным запасом воздуха. Сам прыжок вымышлен, а маршрут — настоящая задача оптимизации: время, топливо и точность тянут в разные стороны.

Чему учит: световой год и астрономическая единица, квадратичная зависимость, оптимизация маршрута по времени и топливу.

Играть: прыжки →

10 уровней · цепи, тепло, масса

Механик

Конструктор на схеме борта: детали из ящика встают в гнёзда и соединяются линиями питания, воздуха и тепла. Схема оживает, когда собрана честно: ток идёт по замкнутой цепи, сумма ватт потребителей не больше источника, каждый ватт излучён радиатором по закону Стефана — Больцмана, воздух ходит по кругу через обратный клапан, центр масс в допуске. Десять уровней — от лампы и батареи до собранного «Стрижа» в бюджет массы и мощности; восьмой — авария с тикающим воздухом.

Чему учит: замкнутая цепь, баланс мощности, закон сохранения энергии (мощность = тепло), излучение по T⁴, центр масс, направление потока.

Играть: механик →

10 уровней · решения по числам

Капитан

Здесь не физика, а решения: два вызова сразу и один корабль, страховая, которая ищет повод не платить, шахта, где вторую смену объявили «невосстановимой». Каждый вариант показывает часы, воздух и деньги до выбора, скрыт только риск. Капитан учится считать запас по времени, а не по числу людей, и видеть цену решения заранее.

Чему учит: расчёт запаса времени, сравнение вариантов по числам, решения при риске.

Играть: капитан →

Девять зачётов · ворота лестниц

Зачёты

Девять зачётов: орбиты, свет и часы, масса и стыковка, перелёты, выживание, радиация, окна старта, жизнь на базе и связь. Вопросы и варианты каждый раз в другом порядке, зачёт — от 80 % верных ответов, за все верные — нашивка. На лестницах профессий зачёты стоят воротами: на четвёртом и восьмом уровне карта предлагает зачёт по теме, сданный даёт звезду в ранг. Хорошая проверка после игр: понят закон или запомнена кнопка.

Чему учит: проверка понимания орбит, скорости света, массы и импульса, перелётов между планетами.

Играть: зачёты →

Как устроены уровни

У каждой из восьми профессий — лестница из десяти уровней. Первый проходится за минуту и учит одному движению, каждый следующий добавляет одну новую идею, последний собирает всё вместе. За уровень — от одной до трёх звёзд: одна за решение в допуске, три — за точное решение без подсказки. Экипаж «Стрижа» подсказывает прямо у объекта на сцене, а кнопка «Подсказать» показывает эталонный ход ценой звезды. На четвёртом и восьмом уровне карта предлагает зачёт по теме: сданный даёт звезду в ранг, без ошибок — две. Вахта на «Стриже» собирает по одному уровню с каждой профессии в один рейс: решение, связь, сближение, стыковка, машина, бумаги, дорога домой.

Прогресс хранится в личном деле прямо в браузере: регистрация не нужна, дело можно скачать файлом и перенести на другое устройство. Все игры собраны на странице Академии Ласпи.

Кому подойдут

Школьникам 9–11 классов, которые проходят тяготение, импульс и скорость света и хотят увидеть, как это работает. Учителям физики и астрономии — как интерактивная симуляция для урока или кружка: бесплатно, в браузере, по одной ссылке. Студентам — как быстрая интуиция для орбитальной механики. Взрослым, которые любят космос, и читателям «Ла Манги», которым интересно, как на самом деле летает «Стриж».

Как это связано с книгами

В «Ла Манге» корабли не летают «как самолёты», и спасатели «Стрижа» живут ровно в этих задачах: вывести корабль к станции, где кончается воздух, состыковаться с повреждённым узлом, не потерять связь в глухом секторе, понять, где на самом деле судно, которое видно с опозданием. Игры — способ почувствовать это руками. Начать читать можно с «Хрустальных кружев», первые три главы бесплатны; о серии — на странице «Что почитать».

Вопросы и ответы