Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

Часть «а»

1. В чем суть  научного метода познания?

Сущность научного познания заключается в понимании действительности в ее прошлом, настоящем и будущем, в достоверном обобщении фактов, в том, что за случайным оно находит необходимое, закономерное, за единичным — общее, и на этой основе осуществляет предвидение различных явлений, а затем и констатация научного факта.

Научное познание отличается от обыденного системностью и последовательностью как в процессе поиска новых знаний, так и при упорядочении всего найденного, наличного знания. Научное познание выросло из познания обыденного, но в настоящее время эти две формы познания довольно далеко отстоят друг от друга. Научное познание требует выработки особых языков науки. В отличие от обыденного познания научное вырабатывает свои методы и формы, свой инструментарий исследования. Для научного познания характерна планомерность, системность, логическая организованность, обоснованность результатов исследования. Наконец, отличны в науке и обыденном познании и способы обоснования истинности знаний.

2. Какие малые  расстояния человек сумел оценить,  и каким образом получил о  них представление? Где становятся  существенными познания о малом?  Каковы размеры живых организмов?

Если смотреть исторически, то всё началось с изобретения  линзы, расширившей возможности человеческого глаза .Древние греки были близки к современному пониманию элементарных частиц. Изобретение оптического микроскопа совершило революцию. Стало понятным, что в микромире всё совершенно иначе, чем в макромире.

Обычно когда говорят  о самых малых расстояниях, говорят  об электронных микроскопах, однако даже самые лучшие электронные микроскопы в режиме 30кВ (с такой энергией частиц можно рассматривать только устойчивые неорганические структуры) даёт разрешение не более 3нм. Органические структуры, замороженные в жидком азоте  можно рассматривать в режиме 1кВ и менее с разрешением не более 15нм. Однако, существуют методы, которые позволяют по многим электронным снимкам создать трёхмерные модели структур даже с большим разрешением, чем позволяет микроскоп. Надо сказать, что размеры отдельных атомов или молекул можно назвать лишь условно, потому что они являются полевыми структурами и как бы размыты в пространстве. Поэтому эти размеры являются условными и обозначают, например, область пространства, в которой сосредоточен какой-то процент энергии частицы.

Однако, оценки размеров элементарных частиц производятся другими методами, обычно применяется метод рассеяния одной частицы на другой. То есть, разгоняют пучок одних частиц и направляют их на другие. При этом частицы сталкиваются и отклоняются от своего первоначального курса. И в зависимости от распределения частиц по углам и количеству провзаимодействовавших частиц можно оценить размеры частицы.

Уже понятно, что представления  о малых расстояниях становятся существенными в области изучения отдельных клеток живого, органических и неорганических молекул, атомов. Практическое значения знаний о малых объектах физического мира огромно. Практически вся современная медицина опирается на микробиологию и биоинженерию, которые не мыслятся без мощных микроскопов и оценки малых расстояний. Познания о малых расстояниях использовались для создания ядерных и термоядерных бомб. Однако, атомная энергетика - это энергетика сегодняшнего дня, а термоядерная - дня будущего.

 Бактерии, мельчайшие  живые организмы, имеют микроскопические  размеры. Вирусы, паразитирующие  на клетках живых организмов, значительно меньше бактерий  и потому невидимы в обычный  микроскоп. Все наблюдаемые живые

3. Какой процесс  называют волновым? Дайте определение  продольным и поперечным волнам. Сформулируйте принцип суперпозиции  волн.

Волновым процессом называется любое изменение(возмущение) состояния сплошной среды, распространяющееся с конечной скоростью и несущее энергию.

Волны, в которых колебания  происходят вдоль направления их распространения, называются продольными  волнами.

Волны, в которых колебания  происходят перпендикулярно направлению  их распространения, называются поперечными  волнами.

Принцип суперпозиции (наложения) волн заключается в следующем: в  линейных средах волны распространяются независимо друг от друга, то есть волна  не изменяет свойства среды, и другая волна распространяется так, будто  первой волны нет. Это позволяет  вычислять итоговую волну как  сумму всех волн, распространяющихся в данной среде.

При сложении двух или более  синусоидальных волн результирующая волна  в общем случае уже не будет  синусоидальной.

Принцип суперпозиции волн гласит, что волны от различных источников не взаимодействуют друг с другом и что сложное волновое поле от двух или большего числа источников находится путем геометрического сложения волн от отдельных источников.

4. Какие типы  взаимодействия относятся к дальнодействующим? Как меняется их величина с расстоянием? Приведите примеры.

Электромагнитное и гравитационное взаимодействия являются дальнодействующими. Гравитационные электромагнитные взаимодействия-дальнодействующие ( т.е их действие заметно на больших расстояниях).Такие взаимодействия медленно убывают при увеличении расстояния между частицами и не имеют конечного радиуса действия.

Гравитация, электрические  и магнитные - обратно пропорциональны  квадрату расстояния.

Ядерные силы изменяются по другому соотношению, но их нельзя считать  дальнодействующими.

По моей концепции гравитация реализуется за счет излучения материей гравитационных потоков .

5. В каких системах  справедливы законы сохранения? Сформулируйте законы сохранения  массы, электрического заряда. Приведите  примеры действия этих законов  в окружающей жизни.

Полное описание физической системы возможно лишь в рамках динамических законов, которые детально определяют эволюцию системы с течением времени. Однако во многих случаях динамический закон для данной системы неизвестен или слишком сложен. В такой ситуации Сохранения законы позволяют сделать некоторые заключения о характере поведения системы. Важнейшими Сохранения законы, справедливыми для любых изолированных систем, являются законы сохранения энергии, количества движения (импульса), момента количества движения и электрического заряда. Кроме всеобщих, существуют Сохранения законы, справедливые лишь для ограниченных классов систем и явлений.

Закон сохранения массы - закон  классической механики, в соответствии с которым при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.

Закон сохранения электрического заряда - физический закон, в соответствии с которым в замкнутой системе  взаимодействующих тел алгебраическая сумма электрических зарядов (полный электрический заряд) остается неизменной при всех взаимодействиях.

Масса тел сохраняется, сохраняется  также и электрический заряд. Именно заряд, а не число заряженных частиц.

 Опыт с электризацией  пластин доказывает, что при электризации  трением происходит перераспределение  имеющихся зарядов между телами, нейтральными в первый момент. Небольшая часть электронов переходит  с одного тела на другое. При  этом новые частицы не возникают,  а существовавшие ранее не  исчезают.

При электризации тел выполняется  закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для системы, в которую не входят извне и  из которой не выходят наружу заряженные частицы, т. е. для изолированной  системы. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц сохраняется.

Закон сохранения заряда имеет  глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга, рождаться и исчезать, давая жизнь новым частицам. Однако во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковыми по модулю и противоположными по знаку зарядами; исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные. И во всех этих случаях алгебраическая сумма зарядов остается одной и той же.

 Справедливость закона  сохранения заряда подтверждают  наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Причина сохранения заряда до сих пор неизвестна.

 Электрический заряд  во Вселенной сохраняется. Полный  электрический заряд Вселенной,  скорее всего, равен нулю; число  положительно заряженных элементарных  частиц равно числу отрицательно  заряженных элементарных частиц.

6. На основании,  каких фактов и гипотез сформировалась  квантовая механика?

Квантовая механика — теория движений в микромире, основанная на единстве матричной и волновой механики. Верную трактовку смысла волновой функции  дал М. Борн в 1926 г. Обратившись к  работам Эйнштейна по теории фотонов  и проанализировав задачу о рассеянии  частиц, он подошел к созданию формализма квантовой механики с позиции  статистических методов. Он показал, что  интенсивность -волн есть мера вероятности положения частицы в определенном месте .

В основе современной квантово-полевой  картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая  состояние и движение микрообъектов  материального мира.

Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно  измеряемыми опытным путем.

Новым шагом в развитии квантовой гипотезы было ведение  понятия квантов света. Эта идея была разработана в 1905 г. Эйнштейном и использована им для объяснения фотоэффекта. В целом ряде исследований были получены подтверждения истинности этой идеи. В 1909 г. Эйнштейн, продолжая  исследования законов излучения, показывает, что свет обладает одновременно и  волновыми, и корпускулярными свойствами. Становилось все более очевидно, что корпускулярно-волновой дуализм светового излучения нельзя объяснить с позиций классической физики. В 1912 г. А. Пуанкаре окончательно доказал несовместимость формулы Планка и классической механики. Требовались новые понятия, новые представления и новый научный язык, для того чтобы физики могли осмыслить эти необычные явления. Все это появилось позже — вместе с созданием и развитием квантовой механики

7. Сформулируйте  первое начало термодинамики.  Дайте определение внутренней  энергии системы.

Первое начало термодинамики  — одно из основных положений термодинамики, являющееся, по существу, законом сохранения энергии в применении к термодинамическим  процессам.

Первое начало термодинамики  было сформулировано в середине XIX века в результате работ Ю.Р. Майера, Джоуля и Г. Гельмгольца. Первое начало термодинамики  часто формулируют как невозможность  существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Первый закон (первое начало) термодинамики можно сформулировать так: «Изменение полной энергии системы  в квазистатическом процессе равно  количеству теплоты Q, сообщенного системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и  работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом  работы .А, совершённой самой системой против внешних сил».

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит  из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле:

U = 3/2 • т/М • RT

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими  телами. Существует два способа изменения  внутренней энергии: теплопередача  и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при  сжатии, охлаждение при расширении).

8. Дайте определение  детерминированному хаосу. Приведите  примеры использования этого  понятия в экономике и социологии.

Детермини́рованный (динами́ческий) ха́ос — сложное непредсказуемое поведение детерминированной нелинейной системы. Оказалось, что простые системы (иногда — вызывающе простые модельные системы), состоящие из малого числа компонентов, с детерминированными правилами, не включающими элементов случайности, могут проявлять случайное поведение, достаточно сложное и непредсказуемое, причём случайность носит принципиальный, неустранимый характер. Такого рода случайность, непредсказуемость развития системы понимается как хаос.

Мы живем в постоянно  меняющемся мире. Вот несколько самых  примитивных примеров. Взгляните  за окно: падает снег, ветер вздымает снежинки, закручивает их, швыряет  в стекла. Но стихает ветер, и снежинки плавно опускаются на землю по прямой линии. Наступает оттепель, идет дождь. И капли так же то падают прямо, то мечутся на воздушных струях. Да и сами мы - то сидим, то ходим, то работаем, то танцуем. А теперь представьте, что было бы, если бы мир вокруг нас, да и мы сами не менялись. Да ничего бы не было - ни нас, ни мира. По физическому  определению и мы, и мир - нелинейные системы. Иначе говоря, находящиеся в состоянии хаоса.