Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Содержание

Ответы на вопросы …………………………………………………. 3

Список литературы………………………………………………….. 12

 

 

1. В чем состоит связь теории и эксперимента?

Эксперимент не может  объяснить причины явлений природы. Правильное описание и объяснение явлениям дает научная теория. Основные законы и принципы теории не могут быть доказаны логически. Их доказательством является эксперимент. Только эксперимент доставляет нам новую информацию эмпирического содержания, относящуюся к любой предметной области. С другой стороны, многие явления природы никогда не были бы обнаружены на опыте, если бы они не были предсказаны теорией. Таким образом, теория и эксперимент взаимосвязаны и образуют единое целое.

 

2. Из каких элементарных частиц состоит атомное ядро? Что такое ядерные реакции? Каковы их причины?

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые  связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

Я́дерная реа́кция — процесс  превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом. Для осуществления реакции между двумя или несколькими частицами необходимо, чтобы взаимодействующие частицы (ядра) сблизились на расстояние порядка 10−13 см, то есть характерного радиуса действия ядерных сил.

 

3. В чем суть эффекта замедления времени в специальной теории относительности? Что такое лоренцево сокращения?

Эффект замедления времени состоит  в том, что с точки зрения движущегося  относительно рассматриваемой системы  наблюдателя все интервалы времени, характеризующие процессы в этой системе (колебания маятников часов, распад нестабильных частиц, старение биологических организмов и т.д.) увеличиваются по сравнению с интервалами, наблюдаемыми в самой этой системе. Для находящихся же в самой рассматриваемой системе наблюдателей происходящие в ней процессы протекают совершенно нормально, а время у движущегося наблюдателя "течет замедленно".

Лоренцево сокращение (сокращение длины  движущегося тела) — физический эффект, заключающийся в том, что  с точки зрения наблюдателя движущиеся относительно него предметы имеют меньшие линейные размеры (в направлении движения), чем если бы они не двигались. Эффект значим, только если относительная скорость систем отсчета сравнима со скоростью света.

 

4. Какие типы взаимодействия существуют в природе? К каким из них относятся: Вращение Земли вокруг Солнца, взаимодействие атомов в молекулах, снежная лавина в горах, электрический звонок, движение груза по наклонной плоскости, устойчивость атомного ядра?

Типы взаимодействия в природе: гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и слабое.

Вращение Земли вокруг Солнца –  гравитационное взаимодействие.

Взаимодействие атомов в молекулах  – электромагнитное взаимодействие.

Снежная лавина в горах – гравитационное взаимодействие.

Электрический звонок– электромагнитное взаимодействие.

Движение груза по наклонной  плоскости – гравитационное взаимодействие.

Устойчивость атомного ядрам –  сильное (ядерное) взаимодействие.

 

5. Сформулируйте закон сохранения импульса. Приведите примеры, где используется этот закон.

Закон сохранения импульса: импульс  замкнутой системы материальных точек остаётся постоянным.

Примеры технических устройств, в  которых используется закон сохранения импульса:

1) действие ракет (и реактивных  двигателей) основано на том, что в результате выбрасывания из сопла ракеты струи образующихся при сгорании топлива газов ракете сообщается такой же по величине импульс, какой уносят с собой газы.

2) Движение кораблей, катеров.

 

6. Каким образом задается состояние классической частицы? Каким образом задается состояние микрочастицы в квантовой механике?

Состояние классической частицы в  любой момент времени описывается  заданием ее координат и импульсов (x,y,z,px,py,pz). Зная эти величины в момент времени t, можно определить эволюцию системы под действием известных сил во все последующие моменты времени. Координаты и импульсы частиц сами являются непосредственно на опыте измеряемыми величинами.

В квантовой физике состояние микрочастицы описывается волновой функцией (x,y,z). Т.к. для квантовой частицы нельзя одновременно точно определить значения ее координат и импульса и не имеет смысла говорить о движении частицы по определенной траектории, можно определить только вероятность нахождения частицы в данной точке в данный момент времени, которая связана с волновой функцией - * .

 

7. Дайте определение внутренней энергии системы. Что понимается под внутренней энергией идеального газа.

Внутренняя энергия системы  – это энергия системы, зависящая  только от ее внутреннего состояния  и не включающая в себя виды энергии системы как целого.

Внутренняя энергия системы  включает в себя формы энергии  всех форм движения, существующих в  системе, и, соответственно, все виды энергии каждой формы энергии, взятой в отдельности. Связи между полной энергией системы и ее составными (аддитивными) частями указаны на схеме сплошными линиями.

В идеальном газе потенциальная  энергия взаимодействия молекул  пренебрежимо мала и внутренняя энергия  равна сумме энергий отдельных  молекул

Е _вя =∑ _i Е_i

где E _i  — энергия отдельной молекулы. До сих пор мы пользовались представлением о молекулах как о материальных точках. Кинетическая энергия молекул считалась совпадающей с энергией их поступательного движения, а средняя кинетическая энергия молекулы полагалась равной (Е_к) = 3/2КбТ. Эта энергия распределяется между тремя поступательными степенями свободы.

Е_{i =} 1/3 (Е_к) = 1/3 кТ

Ввиду полной беспорядочности движения молекул в газе все направления  перемещения молекулы равновероятны. Поэтому на каждую степень свободы  поступательного движения приходится в среднем энергия

                                                         

8. Что означает в переводе термин «синергетика»? Какие вопросы изучает синергетика?

Синергетика - междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации.

Вопросы синергетики:

- Почему целое может обладать свойствами, которыми не обладает ни одна из его частей?

- В чем человек видит сложность окружающего его мира?

- Почему, зная фундаментальные физические законы, мы не можем предсказывать поведение простейших биологических объектов?

- Как согласовать следующую из классической термодинамики тенденцию к установлению равновесия с переходом от простого к сложному, от низшего к высшему, который мы видим в ходе биологической эволюции?

 

9. Шар массой 10 кг., движется со скоростью 2м/с, сталкивается с неподвижным шаром массой 10 кг. Удар абсолютно неупругий. Найдите скорость слипшихся шаров после удара.

 

1) m1v1-m2v2=(m1+m2)u

U = (m1v1-m2v2)/(m1+m2)=(10*2-10)/(10+10)= 0.5

10. Четыре одинаковых заряда 1 Кл находятся в вершинах квадрата со стороной 2 метра. Найдите силы, которые действуют на каждый из зарядов со стороны других зарядов.

 

a = 2 м 

q = 1 Кл 

F - ?

Диагональ квадрата:

d = a√(2)

По ох:

F(x) = ( kq² / a² ) + ( kq² / ( d cos(45) )²  ) = ( kq² / a² ) + ( 4kq² / 2d² ) = ( kq²  / a² ) + ( 2kq² / d² ) = kq² ( d² + 2a²  ) / a²d² 

По оy аналогично:

F(у) = kq² ( d² + 2a² ) / a²d² 

F = √( F(x)² + F(y)² ) = kq² ( d² + 2a²  )√(2) / a²d² = kq² ( 2a² + 2a² )√(2) / a²d² = 4kq²a²√(2) / 2a⁴ = 2kq²√(2) / a² = 2 × 9 × 10⁹ × 1² × 1.41 / 2² = 9 × 10⁹ × 1.41 / 2 ≈ 6.36 × 10⁹ H = 6.36 ГН

На каждый заряд в этом случае действует та же сила.

 

11. При какой скорости движения релятивистское сокращение длины движущегося тела составляет 15%, 25%?

 

1) Имеем L = Lo√(1 − v2/c2).

2) По условию Lo − L/Lo = 1 − L/Lo = 0.25, отсюда 

L = 0.75 Lo.

Подставляя 2 в 1, получим:

√(1 − v²/c²) = 0.75.

1 − v²/c² = 0.5625.

v = √(c² (1 − 0.5625)) = 1.98 × 10⁸ м/с.

3) По условию Lo − L/Lo = 1 − L/Lo = 0.15, отсюда 

L = 0.85 Lo.

Подставляя 2 в 1, получим:

√(1 − v²/c²) = 0.85.

1 − v²/c² = 0.7225.

v = √(c² (1 − 0.7225)) = 1.19 × 10⁸ м/с.

 

 

12. Какие коллоиды называют лиофобными?

Лиофобные коллоиды - частицы дисперсной фазы, слабо взаимодействующие с  окружающей средой. Межфазное натяжение  в таких системах довольно велико. Вследствие избытка свободной поверхностной  энергии они термодинамически неустойчивы, т. е. всегда сохраняют тенденцию к распаду. Типично лиофобные коллоиды - гидро- и органозоли металлов, окисей, сульфидов, предельно высокодисперсные эмульсии (кроме критических), латексы.

 

13. Опишите явление сольватации.

Сольватация - связывание молекул растворителя молекулами или ионами растворённого вещества или набухшего твёрдого тела. В случае связывания молекул воды сольватация называется гидратацией. В результате сольватации образуются сольваты (гидраты) — соединения определённого или чаще неопределенного состава. Молекулы растворителя связаны с молекулами (ионами) сольватированного вещества силами различной природы и интенсивности — от слабых сил межмолекулярного взаимодействия до сил химической связи. Обычно различают первичную сольватацию — взаимодействие молекул (ионов) вещества с ближайшими молекулами растворителя, и вторичную сольватацию — взаимодействие первично сольватированных молекул (ионов) с более удалёнными молекулами растворителя. При полной сольватации все молекулы растворителя входят в состав оболочек, т. е. в сферу действия силового поля молекул (ионов) растворённого вещества. Сольватация влияет на термодинамические и др. свойства раствора; ею обусловлены электролитическая диссоциация электролитов в полярных растворителях, растворимость неэлектролитов, многие жидкофазные химические реакции. Сольватация молекул (ионов) поверхностного слоя — важнейший фактор стабилизации высокодисперсных систем с жидкой дисперсионной средой (золей, латексов, эмульсий).

 

14. Что такое равновесные концентрации?

Обратимая реакция, протекающая в  любой системе при постоянной температуре 

vA A + vB B vC C + vD D

характеризуется наступлением состояния  истинного химического равновесия.

Равновесные концентрации - концентрации веществ, отвечающие состоянию равновесия, т.е. неизменные во времени молярные концентрации реагентов и продуктов.

Равновесная концентрация вещества обозначается квадратными скобками [В].

Для обратимой химической реакции, протекающей при некоторой температуре, устанавливаются любые, но постоянные равновесные концентрации [А], [В], [С], [D]. Они не зависят друг от друга, а определяются только положением состояния равновесия.

 

15. Какие растворы называют перенасыщенными?

Пересыщенный раствор — раствор, содержащий при данных условиях больше растворенного вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре.

 

16. Что такое биополе?

Это совокупность физических полей, излучаемых живым организмом - тепло, запахи, электромагнитное излучение. В 1920-е годы советский экспериментатор А.Г. Гурвич обнаружил очень слабое излучение, связанное с делением клеток. Это излучение он назвал термином биополе.

 

17. Какой вклад в теорию самоорганизации внес Манфред Эйген?

В конце 1970-х годов М.Эйген и  П.Шустер предложили модель гиперциклов. В гиперцикле к цепочкам РНК добавляются  цепочки аминокислот – белки, которые выполняют определенные каталитические функции и вместе с цепочками РНК формируют целостную систему кооперативно взаимодействующих макромолекул. Образно говоря, в гиперцикле цепочки РНК кооперируются, но не сами, а с привлечением примитивных полипептидных ферментов. Ферменты могли способствовать повышению точности копирования, в результате количество информации, которое такие примитивные "особи" могли передавать потомкам, возрастало. Итак, модель гиперциклов интерпретирует гипотетическую стадию эволюции, которая могла следовать за квазивидами.

Схема гиперцикла еще очень далека от схемы самовоспроизводящейся молекулярно-генетической системы живой клетки, тем не менее, гиперцикл – это определенный шаг к живой клетке по сравнению с квазивидами, включающий кооперацию между полинуклеотидами и белками.

 

18. Опишите что такое ген?

Ген — структурная и функциональная единица наследственности живых  организмов. Ген представляет собой  участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. При этом некоторые органеллы (митохондрии, пластиды) имеют собственную, определяющую их признаки, ДНК, не входящую в геном организма.

Термин «ген» был введён в  употребление в 1909 году датским ботаником Вильгельмом Иогансеном три года спустя после введения Уильямом Бэтсоном термина «генетика». За сорок лет до появления понятия «ген» Чарльз Дарвин в 1868 году предложил «временную гипотезу» пангенеза, согласно которой все клетки организма отделяют от себя особые частицы или геммулы, а из них, в свою очередь, образуются половые клетки. Затем Гуго де Фриз в 1889 году, спустя 20 лет после Ч. Дарвина, выдвинул свою гипотезу внутриклеточного пангенеза и ввел термин «панген» для обозначения имеющихся в клетках материальных частиц, которые отвечают за вполне конкретные отдельные наследственные свойства, характерные для данного вида. Геммулы Ч. Дарвина представляли ткани и органы, пангены де Фриза соответствовали наследственным признакам внутри вида. Ещё через 20 лет В. Иогансен счёл удобным пользоваться только второй частью термина Гуго де Фриза «ген» и заменить им неопределенное понятие «зачатка», «детерминанта», «наследственного фактора». При этом В. Иогансен подчеркивал, что «этот термин совершенно не связан ни с какими гипотезами и имеет преимущество вследствие своей краткости и легкости, с которой его можно комбинировать с другими обозначениями». В. Иогансен сразу же образовал ключевое производное понятие «генотип» для обозначения наследственной конституции гамет и зигот в противоположность фенотипу.