Контрольная работа по «Концепциям современного естествознания»

 

 

 

 

Ка

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент    _________________  

 

Преподаватель   _________________  

 

 

 

Работа защищена «___»___________2012 г. с оценкой ______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Петропавловск-Камчатский, 2012 г.

Содержание

1. Работы Архимеда в области естествознания.

Астрономические исследования Аристарха Самосского и Клавдия  Птолемея. Научные основы медицинских  знаний Гиппократа.    3

2. Вклад Сорбона, Роджера Бэкона и Френсиса Бэкона в систематизацию естественнонаучных знаний       9
3. Работы Ньютона в области оптики. Представления

Ньютона о свете  и цвете.        11

4. Основные положения электродинамики Максвелла, Герца, Хэвисайда 14 
5. Волны на поверхности жидкости. Типы волн на морях и океанах  16
6. Открытие явления естественной радиоактивности.     18
7. Использование ядерной энергии в мирных целях. Типичная схема ядерной энергетической установки        20
8. Теория большого взрыва. Последовательность событий при развитии Вселенной. Шкала времени, температур и давлений      22
9. Античные теории в современном естествознании. Таинственные лучи, биологические поля         24
10. Генетика и эволюция        26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Работы  Архимеда в области естествознания. Астрономические исследования Аристарха  Самосского и Клавдия Птолемея. Научные основы медицинских знаний  Гиппократа.

1.1.  Работы  Архимеда в области естествознания

Архимед родился  в 287 году до н.э. в Сиракузах на острове  Сицилия. Отец Архимеда - астроном и  математик Фидий. Фидий дал сыну хорошее образование.

Основные научные  проблемы, выдвинутые развитием техники  древнего мира, были в первую очередь  проблемами статики. Строительная и  военная техника была тесно связана  с вопросами равновесия и подводила  к выработке понятия центра тяжести. В основе этой техники лежал рычаг  и другие простые механизмы. Машины, построенные с использованием этих механизмов, и в первую очередь  рычага, помогли человеку «перехитрить»  природу. Отсюда и пошло название «механика». Греческое слово «механе» означало орудие, приспособление, осадную  или театральную машину, а также  уловку, ухищрение.

В течение многих веков механика рассматривалась  как наука о простых статических  машинах. Ее основой были теория рычага, изложенная Архимедом в сочинении  «О равновесии плоских фигур». В  этой книге также содержатся определения  центров тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции, параболического сегмента, трапеции, боковые стороны которой  являются дугами парабол. Не подлежит сомнению, что все законы, постулаты  и другие результаты, данные в этой книге, получены Архимедом в результате длительного практического опыта, обобщением которого и явилась механика Архимеда.

Знаменитый закон Архимеда, изложенный в его сочинении «О плавающих  телах». Суть, которого в том что, на тело, погруженное в жидкость, действует сила, равная весу жидкости в объеме этого тела. Существует легенда, что Архимед пришел к  своему закону, решая задачу: содержит ли золотая корона, заказанная Героном  мастеру, посторонние примеси или  нет. Однако, вероятно, мотивы работы Архимеда были все же более глубокими. Вопросы  плавания тел здесь решались ежедневно  практически, и поэтому перед  Архимедом стояла задача выяснения  научной основы этих вопросов. В  своей книге он разбирает не только условия плавания тел, но и вопрос об устойчивости равновесия плавающих  тел различной геометрической формы.

Кроме математики и механики, Архимед  занимался оптикой и астрономией. Сохранилась легенда о том, что  Архимед использовал в борьбе с римским флотом вогнутые зеркала, поджигая корабли противника сфокусированными солнечными лучами. Имеются сведения о том, что Архимедом было написано не дошедшее до нас сочинение по оптике «Катоптрика». Из дошедших до нас отрывков, цитируемых авторами, видно, что Архимед хорошо знал зажигательные свойства вогнутых зеркал, проводил опыты по преломлению света, знал свойства изображений в плоских, выпуклых и вогнутых зеркалах.

О занятиях Архимеда астрономией свидетельствуют  рассказы о построенной им астрономической  сфере, захваченной Марцеллом как  военный трофей, и сочинение «Псаммит», в котором Архимед подсчитывает число песчинок во Вселенной. Сама постановка задачи представляет большой исторический интерес: точное естествознание впервые приступило к подсчетам космического масштаба, пользуясь неудобной системой чисел. Результат, полученный Архимедом, выражается в современных обозначениях числом 10⁶³. Кроме того, в сочинении Архимеда впервые в истории науки сопоставляются две системы мира: геоцентрическая и гелиоцентрическая (в центре Земля или Солнце). Архимед указывает, что «большинство астрономов называют миром шар, заключающийся между центрами Солнца и Земли».

В заключение хочется привести слова Плутарха: "Архимед был настолько горд наукой, что именно о тех своих открытиях, благодаря которым он приобрел славу ..., он не оставил ни одного сочинения". Хотя это и не совсем точно, но многих работ Архимеда мы действительно не знаем. Мы не знаем, например, конструкций его боевых машин, нам не известно, как он мог вычислять квадратные корни из больших чисел, и многое другое. "Поэтому нет оснований не верить написанному об Архимеде, что он жил как бы околдованный какою-то домашнею сиреною, постоянной его спутницей, заставляющей его забывать пищу, питье, всякие заботы о своем теле. Иногда, приведенный в баню, он чертил пальцем на золе очага геометрические фигуры, или проводил линии на умащенном маслом своем теле. Автор прекрасных открытий, он просил своих родственников поставить на его могиле цилиндр, включающий в себя конус и шар, и подписать отношение их объемов (3:2:1)", - так характеризовал Архимеда Плутарх. И в память об этом гении древности потомки Архимеда через века пронесут его радостный возглас, боевой клич науки: "Эврика!" - "Я нашел!".[1.3]

 

1.2. Астрономические исследования Аристарха Самосского и Клавдия Птолемея

Аристарх Самосский -  древнегреческий астроном, математик и философ III века до н. э. Он впервые предложил гелиоцентрическую систему мира и разработал научный метод определения расстояний до Солнца и Луны и их размеров (рис.1).

Из всех сочинений  Аристарха Самосского до нас дошло  только одно, «О величинах и расстояниях  Солнца и Луны», где он впервые  в истории науки пытается установить расстояния до этих небесных тел и  их размеры. Древнегреческие учёные предшествующей эпохи неоднократно высказывались на эти темы: так, Анаксагор из Клазомен считал, что Солнце по размерам больше Пелопоннеса. Но все эти суждения не имели под собой какого-либо научного обоснования: расстояния и размеры Солнца и Луны не вычислялись на основании каких-либо астрономических наблюдений, а просто измышлялись. В отличие от них, Аристарх использовал научный метод, основанный на наблюдении лунных фаз и солнечных и лунных затмений. Его построения основаны на предположении, что Луна имеет форму шара и заимствует свет от Солнца. Следовательно, если Луна находится в квадратуре, то есть выглядит рассечённой пополам, то угол Земля-Луна-Солнце является прямым.

Аристарх впервые (во всяком случае, публично) высказал гипотезу, что все  планеты вращаются вокруг Солнца, причём Земля является одной из них, совершая оборот вокруг дневного светила  за один год, вращаясь при этом вокруг оси с периодом в одни сутки (гелиоцентрическая система мира). Сочинения самого Аристарха на эту тему не дошли до нас, но мы знаем о них из трудов других авторов: Аэция (псевдо-Плутарха), Плутарха, Секста Эмпирика и, самое главное, Архимеда. Так, Плутарх в своём сочинении «О лике видимом на диске Луны» отмечает, что «сей муж (Аристарх Самосский) пытался объяснять небесные явления предположением, что небо неподвижно, а земля движется по наклонной окружности (эклиптике), вращаясь вместе с тем вокруг своей оси». А вот что пишет в своём сочинении «Исчисление песчинок» («Псаммит») Архимед: «Аристарх Самосский в своих «Предположениях»… полагает, что неподвижные звёзды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в её центре, и что центр сферы неподвижных звёзд совпадает с центром Солнца».

Причины, заставившие Аристарха  выдвинуть гелиоцентрическую систему, неясны. Возможно, установив, что Солнце гораздо больше Земли, Аристарх пришёл к выводу, что неразумно считать  большее тело (Солнце) двигающимся  вокруг меньшего (Земли), как считали  его великие предшественники Евдокс Книдский, Каллипп и Аристотель. Неясно также, насколько подробно им и его учениками была обоснована гелиоцентрическая гипотеза, объяснял ли он с её помощью попятные движения планет, соотношения между сидерическими и синодическими планетными периодами. Впрочем, благодаря Архимеду мы знаем об одном важнейшем выводе Аристарха: «размер этой сферы (сферы неподвижных звёзд) таков, что окружность, описываемая, по его предположению, Землёй, находится к расстоянию неподвижных звёзд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности». Таким образом, Аристарх сделал вывод, что из его теории следует огромная удалённость звёзд (очевидно, по причине ненаблюдаемости их годичных параллаксов). Сам по себе этот вывод необходимо признать ещё одним выдающимся достижением Аристарха Самосского.[3.1]

Клавдий Птолемей жил и работал в Александрии, расположенной в устье Нила. Город был основан Александром Македонским. В течение трёх веков здесь была столица государства, в котором правили цари из династии Птолемеев - преемников Александра.

Он жил в пригороде  Александрии Канопе, целиком посвятив себя занятиям наукой. Астроном Птолемей не имеет никакого отношения к  династии Птолемеев, он просто их тёзка. Точные годы его жизни неизвестны, но по косвенным данным можно установить, что он родился, вероятно, около 100 г. н. э. и умер около 165 г. Зато точно известны даты (и даже часы) его астрономических наблюдений, которые он вёл в течение 15 лет: со 127 по 141 год.

Птолемей поставил перед собой трудную задачу: построить  теорию видимого движения по небосводу  Солнца, Луны и пяти известных тогда  планет. Точность теории должна была позволить  вычислять положения этих небесных светил относительно звёзд на много  лет вперёд, предсказывать наступление  солнечных и лунных затмений.

Для этого нужно  было составить основу для отсчёта  положений планет - каталог положений  неподвижных звёзд. В распоряжении Птолемея был такой каталог, составленный за два с половиной века до него его выдающимся предшественником - древнегреческим астрономом Гиппархом. В этом каталоге было около 850 звёзд.

Птолемей соорудил специальные угломерные инструменты  для наблюдений положений звёзд  и планет: астролябию, армиллярную  сферу, трикветр и некоторые другие. С их помощью он выполнил множество  наблюдений и дополнил звёздный каталог  Гиппарха, доведя число звёзд до 1022.

Используя наблюдения своих предшественников (от астрономов Древнего Вавилона до Гиппарха), а также  собственные наблюдения, Птолемей построил теорию движения Солнца, Луны и планет. В этой теории предполагалось, что  все светила движутся вокруг Земли, которая является центром мироздания и имеет шарообразную форму.

Чтобы объяснить  сложный характер движения планет, Птолемею пришлось ввести комбинацию двух и более круговых движений. В его системе мира вокруг Земли  по большой окружности - деференту (от лат. deferens – «несущий») - движется не сама планета, а центр некоей другой окружности, называемой эпициклам (от греч. «эпи» - «над», «киклос» - «круг»), а уже по нему обращается планета. В действительности движение по эпициклу является отражением реального движения Земли вокруг Солнца. Для более точного воспроизведения неравномерности движения планет на эпицикл насаживались ещё меньшие эпициклы.

Птолемею удалось  подобрать такие размеры и  скорости вращения всех «колёс» своей Вселенной, что описание планетных движений достигло высокой точности. Эта работа потребовала огромной математической интуиции и громадного объёма вычислений.

Все астрономические  исследования Птолемея были им подытожены в капитальном труде, который  он назвал «Мегале синтаксис» (Большое математическое построение). Но переписчики этого труда заменили слово «большое» на «величайшее» (мэгисте), и арабские учёные стали называть его «Аль-Мэгисте», откуда и произошло его позднейшее название – «Альмагест». Этот труд был написан около 150 г. н. э.

В течение 1500 лет  это сочинение Клавдия Птолемея служило основным учебником астрономии для всего научного мира. [4.1]

 

1.3. Научные  основы медицинских знаний Гиппократа

Гиппократ из Кос жил около 460 г. до. - 370 г. до современного летоисчисления. Был древним греческим врачом в эпоху Перикла, и считается одним из самых выдающихся деятелей в истории медицины. Его называют "отцом медицины" в знак признания его значительного вклада в эту область. Гиппократ был основателем медицинской школы. Эта интеллектуальная школа сделала революцию в медицине Древней Греции, а ее создание, как дисциплины отличается от других областей, в результате чего медицина стала профессией.

«Клятва Гиппократа» - это один из новаторских трудов древности об этике медицинской практики. Это, пожалуй, самая известная работа Гиппократа. Недавно подлинность этого документа стала предметом изучения. Несмотря на то, что «Клятва» очень редко используется в ее первоначальном виде сегодня, она служит в качестве основы для других законов, которые определяют мораль в медицинской практике.[5.1]

Гиппократ стал «отцом медицины» и светилом много лет спустя после своей смерти. Подробности же его жизни так и остались неизвестными. Но зато появились легенды. Одну из них с небольшими вариациями пересказывали многие авторы начиная со II века нашей эры. Он родился в семье врача на острове Кос в 460 году до нашей эры, и его первым учителем был отец. Позже он стал учеником Геродикоса, Горгиаса и Демокрита. Занимаясь лечением, Гиппократ объехал всю Грецию и добился удивительного успеха. Он вылечил царя Македонии и философа Демокрита. Он победил чуму, за что в Афинах ему был поставлен памятник — железная статуя. Великий персидский царь Атаксеркс хотел сделать его придворным лекарем, но Гиппократ отказался.