Концепция современного естествознания

Томский межвузовский центр дистанционного образования

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра экономики

Контрольная работа №1

Концепция современного естествознания

Выполнила

Студентка гр.З-828-Б

Специальности 080105

Афонина Юлия Владимировна

24 января 2008 г.

Г. Нефтеюганск

Чем отличается естественнонаучный подход от философского? Какова дисциплинарная структура естествознания, как она сложилась и как менялась? Каковы критерии истинности знания? Что такое «научная картина мира»? Приведите примеры

Естествознание исследует органическую и неорганическую природу на Земле и во вселенной. Специфика естествознание заключается в том, что знание о природе отличается объективностью, постоянно совершенствуется и представляет собой наиболее достоверную часть всего знания человечества. В начале естествознание изучалось с точки зрения философии. Представление о мире формировалось на основе догадок, рассуждений, наблюдений, сопоставлений, учением о боге, чертежах и доказательств «от противного». Постепенно сведения становились более конкретными и описание природы стало вытесняться экспериментами, изучением ее законов, выделились разные предметы познания и соответствующие им понятия и методы. Были открыты фундаментальные законы, которые составили фундаментальные теории разных дисциплин. Появилась классическая наука, начался переход в неклассический, а затем постнеклассический ее период. Возникновение фундаментальных наук: физика, химия, астрономия, биология. Затем биохимия, геофизика, химическая физика, физическая химия, астрофизика, геохимия, астронавтика, математика.

Научные программы задают определенную «картину мира» . изменение картины мира перестраивает весь стиль научного мышления и вызывает изменение в научных теориях. К первым научным программам относится математическая, континуалистическая, атомистическая. Научные картины мира делятся на:

Механическая

Электромагнитная

Квантово-полевая

Электромагнитная основана на идее динамического атонизма и континуальном понимании материи и связанными с ними понятием близкодействия.

Квантово-полевая связана со строением вещества и взаимосвязью вещества и энергии.

Механическая – открыты законы взаимодействия электрических зарядов и взаимодействия точечных магнитных помосов, построена космогония солнечной системы.

Основная цель картин мира – объяснение и истолкование фактов и теорий, тогда как одной из целей теорий является описание опытных фактов. Современная эволюционная картина мира отражает появление междисциплинарных подходов и технические возможности описания состояний и движений сложных систем. Современная картина мира включает естествонаучное и гуманитарное знание.

Что такое астероиды, где они расположены, каковы их орбиты и размеры? Назовите наиболее крупные из них. Период обращения Плутона равен 250 земных лет, так каково его расстояние от солнца и какую часть своего года он прошел после того, как его открыли?

В 1800 году команда астрономов собралась в обсерватории Иоганна Шретера в Лилиентале. Они назвали себя «небесной полицией». Джузеппе Пиации на Сицилии случайно заметил медленно движущийся объект , который оказался маленьким планетоидом, движущийся в области Солнечной системы. Его число Боде составляло 27,7 , и Пиации назвал его Церерой в часть богини- покровительницы Сицилии. В период между 1802 и 1808 годами были открыты еще три тела в этом же регионе: Палладу, Юнону, Весту.

В 1845 году немецкий астроном Хенке обнаружил пятый астероид, названный Астреей. Теперь общее число известных астероидов перевалило за 5000.

Церера, с диаметром 584 мили, возглавляет список астероидов, а из остальных лишь Веста и Паллада имеют в поперечнике более 300 миль. Только весту можно увидеть невооруженным глазом. Большинство астероидов крошечные и имеют ассиметричную форму. Даже у Паллады она близка к треугольной. Церера и Веста кажутся шарообразными. После точного расчета орбиты каждому астероиду присваивается порядковый номер и название. Некоторые названия весьма эксцентричны: №518 Халва, №1625 NORC, №2309 Мистер Спок.

Нынче считается, что крупная планета не могла сформироваться в поясе астероидов из-за разрушительного воздействия тяготения Юпитера. Более того, как в главном поясе астероидов есть заметные «пробелы», где орбитальные периоды соответствуют правильным дробям от орбитального периода Юпитера. Астероиды так же имеют тенденцию собираться в группы и столкновение между ними должны часто происходить даже в наше время.

Некоторые астероиды богаты силикатными соединениями, а некоторые состоят из металлов. Веста покрыта слоем изверженных пород, первоначально существовавших в виде жидкой лавы. В отличии от больших планет, орбиты астероидов отклоняются от плоскости эклиптики: наклон орбиты Паллады составляет почти 35° (орбитальный период 4,6 года.) Церера, Паллада, Веста, взятые вместе, составляют 55% общей массы астероидов, но сама эта масса составляет лишь 3%массы Луны, или 0,04%массы Земли.

Некоторые астероиды удаляются от главного роя и вторгаются во внутренние области Солнечной системы. Первым из таких астероидов бал №433 (Эрос), который двигался по орбите пересекающей орбиту Марса. Его наибольшее сближение с Землей составляет 15000000 миль.

Орбиты двух астероидов №1566 (Икар) и №3200 (Фаэтон) частично проходят ближе к Солнцу, чем орбита Меркурия, поэтому в перигелии они должны раскаляться докрасна. Фаэтон движется по одной орбите с метеорным потоком Геминид и может быть «прародителем» этого потока; тогда мы получаем связь между кометами и малыми астероидами. Существует несколько крошечных астероидов , чьи орбиты в целом проходят ближе к Солнцу, чем орбита Земли. К их числу принадлежит : №2100 (Ра-Шалом), огибающий Солнце на расстоянии от 43000000 до 78000000 миль за 283 дня. Его диаметр составляет не более двух миль, а возможно значительно меньше.

Есть также рои астероидов за пределами главного пояса. Один из них – Троянский рой, движущийся по одной орбите с Юпитером, но сохраняющий дистанцию в 450дуги впереди или позади огромной планеты. Таким образом, астероиды не подвергаются риску быть захваченными мощным тяготением Юпитера.

Самым любопытным астероидом является №2060 (Хирон). По меркам астероидов он достаточно большой – более 150 миль в диаметре, и проводит большую часть времени между орбитами Сатурна и Урана. Его расстояние от Солнца составляет 794000000 миль , в афелии он удаляется на 1700000000 миль, орбитальный период равен 51 году. В 1988 году этот астероид внезапно увеличил свою яркость – несильно , но довольно заметно.

Были открыты другие небесные тела. Некоторые из них движутся по очень вытянутым орбитам, которые выводят их за пределы Солнечной системы в глубине Космоса. Так астероид №5365 (Дамокл) движется по орбите пересекающей орбиты Марса, Юпитера, Сатурна, Урана. №4145 (Фолус) движется от внутренней части орбиты Сатурна далеко за пределы орбиты Нептуна, совершая полный оборот за 93 года. Он имеет красный оттенок и его диаметр составляет от 150 до 200 миль.

Период обращения Плутона равен 250 земных лет: среднее расстояние от Солнца составляет 3666 000000 миль, орбитальный период равен 428 годам. Нельзя сказать, что Плутон странствует в одиночестве. У него есть спутник Харон, чей диаметр составляет больше половины диаметра самой планеты. Их разделяет лишь 20 000 миль и орбитальный период Харона совпадает с периодом осевого вращения Плутона: 6 дней и 9 часов.

Поясните понятие «энергия». Какие виды энергии вы знаете? В каких системах энергия сохраняется, как закон сохранения энергии связан со свойствами пространства – времени?

Энергия (греч. Energia – действие, деятельность) – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает не из ничего, и не исчезает, она способна лишь переходить из одного состояния в другое.

Термин энергия – впервые введенный в науку Юнгом, автором принципа интерференции световых волн, окончательно вошел в научный обиход в 1849 году, после работ Кельвина. Полная энергия тела складывается из кинетической энергии движения тела как целого, из потенциальной энергии его во внешнем поле сил и внутренней энергии. Внутренняя энергия относительно только к равновесным состоянием систем. Внутренней энергией системы называют такую функцию состояния, приращение которой во всяком процессе, совершаемом системой в адиабатической оболочке, равно внешних сил над системой при переходе из начального состояния в конечное. Увеличение внутренней энергии зависит от молярной теплоемкости вещества. Полная внутренняя энергия определяется кинетической энергией поступательного движения частиц. Поэтому при изменении температуры меняется внутренняя энергия.

Закон сохранения и приращения энергии формируется так: «энергия сохраняется» или «тепло» полученное системой идет на приращение ее внутренней энергии и на производство внешней работы.

Сохраняется именно энергия, а не теплота. Под энергией понимают способность тела совершать работу. Энергия не уничтожается.

Первое начало термодинамики связанно с законом сохранения энергии и приращения энергии.

Превращение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое , складывается из суммы работы внешних сил над системой и количества теплоты, полученной системой. Оно требует сохранение энергии изолированной системы.

В изолированных системах при движении сохраняется и полная энергия системы. Потенциальная энергия «уходит» на время кинетической энергии. Силу, которую развивает система при убывании ее потенциальной энергии, выражается через наклон кривой потенциальной энергии, взятой со знаком «минус».

Работа равна изменению потенциальной энергии, той системы на которую воздействует. Сила может увеличивать скорость тела (кинетическую энергию) и его потенциальную энергию. С временем связан закон сохранения энергии, с пространством – закон сохранения импульса.

Как определить возраст археологической находки, нашей планеты? Какие движения легли в основу календаря? Какие календари используются?

В науке о земле для обозначения времен и последовательности образования горных пород, слагающих земную кору, принято считать термин «геохронология». Относительный возраст пород оценивался в одном геологическом разрезе, поскольку каждый налегающий пласт образовался позднее того пласта, на который он ложиться. Геохронологическая школа была принята в 1881 году на Международном геологическом конгрессе, были введены термины: эра, период, эпоха, век, время.

Вся история планеты делится на 2 неравные части. Более молодая, составляющая 570 млн лет и названа фанерозоем, изучена лучше. К ней относятся геологические формации палеозоя, мезозоя, кайнозоя. Более древняя охватывает огромный интервал времени от 570 до 3 800 млн лет назад. Ее называли криптозоем, или периодом со скрытым развитием органической жизни. Хотя криптозой изучен не достаточно, ученые установили необратимый характер осадкообразования и основные тенденции эволюции Земли под влиянием развивающейся жизни.

Возраст планеты рассматривали в каждые годы по разному. Некоторые ученые обращались к времени. Геологи рассматривали временную последовательность «раньше-позже». Он естествен для тех, кто рассматривал историю планеты через наслоение в камне. В 60-80- годы 20 века рассматривали как «прошлое» и «будущее». Современная наука считает, что время вселенной началось 15 млрд лет назад.

Эволюция земли как планеты и эволюция живого взаимосвязаны и взаимозависимы. Развитие человеческой культуры тесно связанно с календарем – системой2 упорядоченного счета времени. Основой появления календаря в древности было развитие связи трудовых процессов с ритмикой природы – сменой дня и ночи, фазы Луны, время года и т.п. Первой единицей меры времени были сутки.

Известно много календарных сооружений, среди них Перуанский календарь (1939) – это огромные четкие рисунки протяженностью в десятки километров. Древнейший каменный календарь – английский Стаухендж (бронзовый период 3-2 тыс. лет до н.э.) – каменные монолиты высотой более 5 метров, стоящие в строгом порядке, причем центральный камень ориентирован на положение восхода солнца в день летнего солнцестояния, а 4 опорных камня – на точки равноденствия. Интересны передвижные календари – Персидский, Вавилонский, Греческий. Новый стиль – Григорианский календарь.

Дайте представления о модели гармоничного осциллятора и использование этой модели. Что такое «когерентность», «резонанс», «поляризация».

Физическая система, совершающая колебания, называется осциллятором. Гармонический осциллятор – определяемый колебаниями массы, прикрепленной одним концом к пружине, является самым простым примером гармонического движения. Если сместить массу, а затем воздействие устранить, то со стороны пружины на массу будет действовать возвращающая сила, направленная в сторону, противоположную силе вызвавшей смещение (трение отсутствует). Для небольших смещений возвращающая сила

F=-kх.

Для закона простого гармонического колебания можно использовать 2 закон Ньютона

F=MW=-KX

откуда ускорение равно

w=-(k/m)x.

Основной закон простого гармонического колебания - ускорение материальной точки математического маятника пропорциональна смещению. при малой амплитуде почти каждый колебательный процесс можно считать гармоническим. Период колебания маятника определяется его длиной и не зависит от массы маятника. Гармонические колебания описываются функцией:

A=A0+Asin(kt+φ0),

где A, A0, φ0, k- постоянные величины. A – амплитуда колебаний, kt+φ0 – фаза, A0 – центр гармонического колебания, k – круговая частота. (2𝜋/k)=T – период колебаний, (1/T)=V – частота.

Если амплитуда убывает, то колебания затухающие, если под действием повторяющейся внешней силы- вынужденные, если за счет внутренних сил системы, после выделения системы из состояния равновесия – свободные колебания.

Гармонический источник возбуждает монохроматическую волну. Если колебание проходит по гармоническому закону, то при распространении волны от источника до точки волна происходит с запозданием. В плоской волне амплитуда одинакова везде, а в сферической – убывает обратно пропорционально квадрату радиуса.

Если тело участвует в нескольких волновых движениях , то эти движения складываются в одно. Волновое движение образуется, если частиц много и они связаны между собой. Каждая из колеблющихся частиц испытывает влияние сил, стремящихся вернуть их в первоначальное положение. Если сами частицы или частицы пружины больших движений не совершают , то вдоль пружины распространяется импульс.

Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частот вынуждающей внешней силы с собственной частотой системы, называется резонансом. Явление имеет простой характер, если внешнее воздействие не меняет колебательных свойств системы, и свойства системы не меняют внешнего воздействия. Если отношения частот колебаний кратны отношению целых чисел, эти частицы находятся в резонансе. При этом может происходить взаимодействие тел. Если оно поддерживает кратность частот, то резонанс носит устойчивый характер. Свойства резонанса обеспечивают устойчивость вращения и обращений в солнечной системе.

Одним из свойств волн, которые совершают гармонические колебания, является поляризация. Явление поляризации, свойственно только поперечным волнам, состоит в следующем: луч света, проходя через два кристалла шпата, подвергался двойному лучепреломлению в зависимости от взаимной ориентации осей кристаллов. Двойное лучепреломление всегда возникает при отражении луча от поверхности и только угол меняется в зависимости от коэффициента преломления вещества. Закономерности поляризации были изучены в 1815 году , но были объяснены только через 7 лет. Направление поляризации связывают с направлением вектора, плоскость поляризации – это плоскость содержащая вектор и направление распространения волны. Вектор перпендикулярен плоскости поляризации. Большинство источников испуская некогерентный и неполяризованный свет, когда направление непрерывно меняется в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. При пропускании неполяризованного света через поляризатор можно сделать его поляризованным. В качестве поляризатора может служить экран из тонких параллельных проволочек для микроволнового излучения или фильтр из кристаллической пластинки.

Когерентность – согласованное протекание во времени и в пространстве несколько колебательных и волновых процессов, проявляющихся при их сложении. Когерентность излучения волн синхротрона доказал Прохоров в 1951 году. Его разработки молекулярных стандартов частоты и времени привели к создания первого мазера, после чего были созданы лазеры, мазеры. Лазер использовался дл проверки эффектов теории относительности и приложений к биологии и медицине.

Приведите уравнение состояния идеального газа. Какая величина является мерой средней кинетической энергии молекул? Определить температуру идеального газа, если средняя кинетическая энергия поступательного движения его молекулы, равна 7,87*10Е-21Дж

Идеальный газ – теоретическая модель газа, в которой не учитывается взаимодействие частиц газа (средне кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия). Газ – это совокупность слабо связанных части атомы в газах находятся на значительном расстоянии друг от друга и обладают свободой движения, хаотически сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда. Идеальный газ – это газ молекулы которого пренебрежимо малы, свободно двигаются и сталкиваются по законам упругого удара. Частицы принимаются за материальные точки, взаимодействующие на расстоянии.

Различные тела могут быть в разных агрегатных состояниях – газообразном, жидком, твердом или в виде плазмы. Но они имеют общее в своем строении . элементарная молекулярно- кинетическая теория газов основана на классической механики, а молекулы представляются материальными точками. Газовые законы были получены эмпирически для равновесного состояния.

Газовые законы:

Закон Бойля-Мариота выполняется при постоянной температуре.

P1V1=P2V2,

т.е. описывается изотермой на PV диаграмме.

Закон Гей-Люссака:

Изменение объема с температурой при постоянном давлении.

V=V0(1+𝛽𝛥T);

Т.е описывается изобарой.