СОДЕРЖАНИЕ
1.
Задание 1…………………………………………………………….3
2.
Задание 2……………………………………………………………..4
3.
Задание 3…………………………………………………………….5
4.
Задание 4…………………………………………………………….7
5.
Задание 5………………………………………………………….…7
6.
Задание 6………………………………………………………….…9
7.
Задание 7…………………………………………………………..11
8.
Задание 8…………………………………………………………..12
9.
Задание 9…………………………………………………………..14
10.
Задание 10…………………………………………………………15
11. Список использованной литературы……………………………16
1. Поясните, как изменились представления о пространстве и времени с
созданием теории относительности. Что понимается под понятием «закон природы»?
Чем отличается закон природы от закона, установленного государством?
В 1905 г. А. Эйнштейн
предложил совершенно новую теорию пространства и времени – так называемую
специальную теорию относительности.
Основу его теории составляют два постулата:
-скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения
наблюдателя или источника света;
-все физические явления ( механические и электродинамические
) происходят одинаково во всех телах, движущихся относительно друг друга
прямолинейно и равномерно.
Принятие этих принципов означало изменение длин и времён в
соответствии с преобразованиями Лоренца для тел, движущихся со скоростями,
близкими к скорости света. Это было уже кардинальное преобразование наглядных
представлений. «Отныне пространство и время, взятые по отдельности обречены
влачить призрачное существование, и только единство их обоих сохранит
реальность и самостоятельность» ( Г. Минковский ).1
Время и пространство объединяются в четырёхмерное
пространство – время.
В 1916 г. Эйнштейн включил специальную теорию
относительности в свою общую теорию относительности, или обобщённую теорию
тяготения.
Свойства пространства и времени в его теории определяются
распределением и движением материи в пространстве.
При наличии в пространстве тяготеющих масс, а следовательно,
и поля тяготения, пространство искривляется, становится неевклидным.
Ньютоново отношение к времени
сохранилось и в специальной теории относительности Эйнштейна, называемой
«неклассической».
С точки зрения Эйнштейна, пространственно – временной
континуум – это новое средство характеристики физических явлений, используя
которое для описания событий в природе нужно применять не два, а четыре числа.
Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три
измерения. Момент события есть четвёртое число. Каждому событию соответствуют
четыре числа.
У Эйнштейна не имеет смысла деление этого мира на время и
пространство, т.к. описание мира событий «посредством статистической картины на
фоне четырёхмерного пространственно – временного континуума» более удобно и
объективно.
Таким образом, традиция классической физики сохранена.
Закон природы – это совокупность природных закономерностей,
влияющих на всё живое положительно или отрицательно в зависимости от реакции
индивида или любого живого существа. Закон природы отличается от
государственного закона тем, что закон природы естественен, изменить его мы не
в силах.
2. Дайте характеристику кометам. Назовите наиболее
известные из них. Период обращения Сатурна вокруг Солнца равен 29, 46 земного
года, а Марса – 1, 88 земного года. На каком расстоянии от Солнца находится
Сатурн, если Марс удален в среднем на 228 млн. км.?
Кометы являются одними из самых эффективных тел в Солнечной
системе.
Кометы – это своеобразные космические айсберги, состоящие из
замороженных газов сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого
минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов.
Ежегодно открывают 5 – 7 новых комет и довольно часто один
раз в два – три года, вблизи Земли и Солнца проходит яркая комета с большим
хвостом.
Наибольший вклад в изучение природы комет внёс Э. Галлей.
Главным его открытием было установление периодичности появления одной и той же
кометы в 1531, 1607 и 1682 гг.
Галлеё обратился к Ньютону и учёный сразу дал ответ: комета
будет двигаться по эллиптической орбите.
Галлей собрал сведения о 24 кометах. Так появился первый
каталог кометных орбит.
В своём каталоге Галлей сделал вывод о том, что это не три
разные кометы, а периодические появления одной и той же кометы. Период её
появления оказался равным 75, 5 лет. Впоследствии она была названа кометой
Галлея.
По мнению Ф. Уипса в Солнечной системе находится облако Оорта, а также область, густо населённая кометами. Она
располагается за орбитой Нептуна и содержит около 10 ( в девятой степени )
комет.
Также интерес представляет комета Шумахера – Леви - 9, комета Хейла –
Боппа.
Сатурн удалён от Солнца примерно на 460 млн. км.1
3. Какими свойствами обладают продольные и поперечные волны? Почему свет
проявляет свойства и волны, и частицы?
В закреплённой с
одного конца струне частицы перемещаются перпендикулярно направлению
распространения волны – такие волны называют поперечными. Пример –
электромагнитные волны.
Поперечные волны распространяются в твёрдых материалах, даже
звук в твёрдых телах распространяется в виде поперечных материалов. Из – за
большой плотности среды скорость распространения звука в них выше, чем в газах.
Смещение среды может вызвать импульс, распространяющийся
перпендикулярно к смещению. Такой эффект мы наблюдали, когда резким боковым
движением посылали импульс вдоль верёвки.
Возможно и другое волновое движение, когда частицы
перемещаются вдоль направления распространения волны «взад – вперёд» - это продольные
волны.
Пример – растяжение в самой пружине, причём эти колебания
сгущений – разряжений происходят по гармоническому закону.
В звуковых волнах плотность газа, где распространяется
звуковая волна, меняется по синусоидальному закону.
Волны могут отражаться и преломляться.
Если плоская волна попадает на преграду со щелью, то
возникает явление дифракции. При размерах щели на препятствии, меньших длины
волны, щель является как бы точечным источником света, поэтому можно ожидать
лишь появления круговой волны, излучаемой щелью.
Если щелей на пути волны не одна, происходит сложение
волн, - явление интерференции.
Вообще, интерференционная картина получается не только при
дифракции на нескольких щелях, но и при распространении волны от нескольких
источников.
Рассмотрим два источника на поверхности воды. При размере
щели, большей длины волны, никаких искажений не наблюдается.
Если щели будут меньше длины волны, наблюдается иная
картина, при этом она существенно зависит от того, в какой фазе каждая из волн
подошла к щели.1
4. Как изменяется кинетическая, полная и потенциальная энергии планеты при
её движении вокруг Солнца? В какое время линейная скорость движения Земли по
орбите наибольшая и почему?
Потенциальной энергией называют энергию, которая определяется
взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.
Потенциальной энергией обладает тело, поднятое относительно
поверхности Земли, потому, что энергия тела зависит от взаимного положения его
и Земли и их взаимного притяжения.
Энергию, которой обладает тело вследствие своего движения,
называют кинетической энергией.
Кинетическая энергия
тела зависит от его массы. Чем больше масса тела и скорость, с которой оно
движется, тем больше его кинетическая энергия.
Кинетическая энергия может превращаться в потенциальную и
наоборот, например, при ударе двух упругих тел.
Приливообразующая сила Луны влияет на энергию движения нашей
планеты при её движении вокруг Солнца.
5. Какие типы связей имеют место в кристаллах? Опишите модификации углерода.
Почему столь многообразны соединения углерода? Какие особенности строения атома
углерода определили его роль в живой природе?
Кристаллическая решётка имеет несколько типов связей:
-ионную связь;
-ковалентную связь;
-водородную связь.
При ионной связи один атом отдаёт другому один или несколько
электронов, и так каждый атом становится обладателем стабильного набора
электронов.
При ковалентной связи двух атомов возникает обобществлённая
пара электронов, по одному от каждого электрона.
Оба атома одного и того же элемента притягивают пару
электронов с одинаковой силой, и электроны находятся большее время между ними.
Если ковалентная связь образуется между атомами разных элементов, то
электронное облако оказывается смещённым, т.е. большее время находится ближе к
более притягивающему атому.
Водородная связь названа так из – за атома водорода, который
соединён ковалентной связью с другим атомом так, что положительно заряженной
оказывается водородная часть молекулы. Это частично положительный водородный
край притягивается третьим, отрицательно заряженным атомом – например,
кислорода или азота. Эта связь слабее, чем две предыдущие, но широко
распространена в живой материи.
Модификации углерода:
-диоксод углерода: СО2;
-монооксод углерода: СО.
Диоксид углерода СО2 при растворении в воде образует
угольную кислоту: Н2СО3.
В природе наиболее распространены карбонаты кальция и магния
в виде залежей известняка СаСО2, мела и мрамора СаСО3, магнезита и доломита.
Наиболее промышленное значение имеют сода, питьевая сода и
поташ. Они применяются для производства стекла, мыла, лекарств. Гидрокарбонот аммония используется при выпечке хлеба и
кондитерских изделий как разрыхлитель теста.
Круговорот углерода в природе включает непрерывный переход
углерода из органических веществ в неорганические и обратно.
Зелёные растения на свету за счёт поглощения энергии
солнечных лучей, используя углекислый газ и воду, осуществляют синтез
углеродосодержащих органических веществ. Известно, что за счёт фотосинтеза на
Земле образуется около 80 млрд. тонн органических веществ. Эти вещества,
синтезированные растениями, частично поедаются животными.
В результате углерод переходит из растений в состав тела
животного. Цепь на этом не прерывается. Человек использует как растительную,
так и животную пищу.
В процессе жизнедеятельности из организма человека удаляются
конечные продукты обмена, содержащие углерод, в том числе и углекислый газ
который [1]образуется
при выдыхании. Углекислый газ попадает в воздух и опять используется в процессе
фотосинтеза.
Круговорот углерода в природе снова продолжается.1
6. Поясните принцип неопределённости, понятия детерминизма и
индетерминизма. Как изменились представления о случайном и закономерном?
Поясните роль прибора в квантовой механике.
Гейзенберг сформулировал принцип неопределённости. Этот
принцип, принёсший ему большую известность до сих пор вызывает дискуссии.
Принцип представляет собой фундаментальное положение квантовой теории, отражая
ограничение информации о микрообъектах самими средствами наблюдения.
Гейзенберг посчитал предельную точность определения
положения и скорости электрона из так называемых перестановочных
соотношений квантовой механики.
В то время в моде были мысленные эксперименты.
Допустим, в какой – то момент нам нужно узнать положение и
скорость электрона. Самый точный метод – осветить электрон пучком фотонов.
Электрон столкнётся с фотоном, и его положение будет определено с точностью до
длины волны используемого фотона.
Гейзенберг активно участвовал в обсуждении философских
проблем, связанных с квантовой физикой и теорией познания. Вместе с Дираком он
выдвинул идею обменного взаимодействия, позволившую разработать первую квантово
– механическую теорию ферромагнетизма, основанную на обменном взаимодействии.
В начале 30 – х гг.20 – го века
они создали теорию дырок Дирака и постулировали эффект поляризации вакуума.
Борн подошёл к созданию формализма квантовой механики с
позиции статистических методов. Он дал статистическую интерпретацию волновой
функции, показав, что интенсивность шредингеровских
волн есть мера вероятности положения частицы в определённом месте.
В 1926 г. Борн предложил способ расчёта электронных оболочек
атома и методы решения для задач столкновения частиц по теории возмущений,
которые известны как борновское приближение, и вместе
с Н. Винером ввел в квантовую механику понятие оператора.
Теоретически предсказанные Дираком существование спина
электрона и возможность двух его состояний, предполагали непривычное для всех
состояние электрона с отрицательной энергией. Это положение вызвало споры среди
физиков: получалось, что для ускорения таких электронов нужно отнять у них
энергию, а для остановки – придать им её. Дирак придумал оригинальное
объяснение – ввёл положительный электрон.
Физики отнеслись к этому скептически, но в 1932 г. при ядерных
распадах, вызываемых космическими лучами, были открыты частицы со свойствами,
предсказанными Дираком, которые назвали позитронами.
Шредингер с помощью своего уравнения нашёл стационарные
состояния квантовой системы и стационарные значения энергии.
Полученные некоторые энергетические уровни почти не
отличались от тех, что давала старая квантовая теория, а некоторые отличались
сильно, но лучше соответствовали данным опыта.
Оказалось неожиданным, что и матричная механика давала такие
же результаты, и это не могло быть простой случайностью.
В работе 1926 г. Шредингер сумел показать, что эти два
варианта квантовой механики идентичны, отличается только математический
аппарат.1
7. Поясните процессы в расплавах и растворах. Почему при растворении
температура понижается? Каковы особенности растворения в воде? Какую роль
играют гидрофильные и гидрофобные процессы в живых организмах?
В воде растворяется гораздо больше веществ, чем в любой
другой жидкости. Молекулы растворяемого вещества отделяются друг от друга и
смешиваются с молекулами растворителя. Из – за своей полярной природы вода
растворяет ионные вещества. В то же время соединения, не имеющие заряда, в воде
не растворяются, между ними образуется поверхность раздела. Это обстоятельство
очень важно для процессов внутри живых структур. Распадение вещества на ионы
при растворении называется диссоциацией.
Расплав – это процесс нагревания электронов вещества до
процесса распада молекул и атомов, составляющих данное вещество.
Высокая теплопроводность воды, достаточно высокие
температуры кипения и замерзания, понижение температуры тел при испарении воды
с их поверхности – всё это важно для стабильности условий жизни.
Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы
получают возможность более свободно двигаться, и реакционная способность
возрастает. Поэтому большая часть реакций в клетке идёт в водном растворе.
Гидрофильные свойства полярных молекул важны в обеспечении
стабильности мембран, белковых молекул, нуклеиновых кислот.
Неполярные вещества , например – липиды, с водой не
смешиваются и разделяют водные растворы на отдельные компоненты, как их
разделяют мембраны. Поэтому неполярные части молекул водой отталкиваются и в
присутствии воды притягиваются друг к другу – обладают гидрофобным эффектом.
При растворении температура понижается потому, что
положительно заряженные ионы смешиваются с отрицательно заряженными (
«охлаждёнными»), электроны двигаются медленнее и температура раствора
понижается.
Вода имеет огромное значение при естественном отборе и видообразовании в живой природе. Все наземные
организмы, например, приспособились к добыванию и сбереганию
воды, даже в пустынях.
Не вызывает сомнения, что жизнь зародилась на Земле в водной
среде.1
8. Опишите функции клеточных мембран. Что такое «ионный насос»?
Охарактеризуйте строение и биологическое значение АТФ, почему АТФ называют
основным источником энергии в клетке?
Мембрана – это очень тонкая плёнка, покрывающая клетку.
Через мембрану осуществляется обмен с внешней средой –
питание и выделение отходов. Несмотря на хаотические движения, молекулы
стремятся переместиться в сторону меньшего давления, и это перемещение по
градиенту давления называют диффузией.
Мембрана обеспечивает стабильность химического содержания
клетки, и обладая избирательной способностью, регулирует обмен с внешней
средой. Было установлено, что вещества, растворимые в липидах, проходят через
мембрану, не растворяясь в ней. Перемещение ионов и органических мономеров
происходит намного быстрее, чем этого можно было бы ожидать от полярных
молекул.
Существуют специальные белковые молекулы в самой мембране,
работающие как переносчики различных веществ. С их помощью в человеческом
организме клетки печени, эритроциты и мышечные клетки быстро поглощают глюкозу.
В настоящее время выявлены 5 молекулярных форм переносчика глюкозы, каждая из
них приспособлена к метаболическим нуждам той ткани, в которой она содержится.
Посредством такой облегчённой диффузии вещества выводятся из клеток.
Имеет место и перемещение веществ против градиента
концентрации – активное транспортирование, требующее затрат энергии. Наиболее
изучен такой вид активного транспортирования, как процесс откачки ионов натрия
из клетки и накачки в неё ионов калия, в котором На – К – насос использует
энергию АТФ.
Образующаяся при горении теплота поглощается молекулами АТФ
– (аденозитрифосфорной
кислоты, имеющей первостепенное значение для энергии и питания клетки ) которые
могут находиться в двух квантовых состояниях и при сжигании сахара переходят в
возбуждённое состояние. Эти молекулы находятся вблизи белка, перехватывают
выделившуюся энергию и переносят её в другое место, выступая тем самым
хранителями и переносчиками малых порций энергии в клетке. В нижнем квантовом
состоянии они называются АДФ, а при переходе в возбуждённое – присоединяют
фосфор и называются АТФ. Сгорание одной молекулы сахара приводит к переходу в
возбуждённое состояние сорока молекул АТФ. Разделённая на такие мелкие порции
энергия легче усваивается внутри клетки. Кроме того, есть специальные белки –
ферменты, которые осуществляют и направляют химические реакции, т.е. переносят
энергию от сгорающего сахара к АТФ и образовывают аминокислоты и нуклеотиды.
9. Дайте понятие о неодарвинизме и синтетической теории эволюции. Поясните,
как происходит эволюция видов с точки зрения генетики. Какова роль мутаций и
окружающей среды в эволюции живого?
Современная теория эволюции построена на теории Дарвина,
поэтому её называют неодарвинизмом. Главной заслугой Дарвина было установление
механизма эволюции, состоящего в естественном отборе организмов, наиболее
приспособленных к внешним условиям и постепенном накоплении приобретённых
признаков.
Процесс эволюции считался медленным, мутантные гены
возникали редко и ещё реже оказывались благоприятнее уже существующих. Сейчас
многие эволюционеры считают, что у некоторых видов
эволюция происходит по типу «прерывистого равновесия», т.е. долгое время виды
не изменяются или частоты разных генов остаются вблизи некоторого положения
равновесия, определяемого общими селе4ктивными факторами. Затем происходит
какое – то резкое изменение окружающей среды или крупная генетическая мутация,
изменяющая генофонд и за несколько тысяч лет появится новый вид со своим
генетическим равновесием. Мутации – это элементарный эволюционный материал, но
сами мутации не обеспечивают эволюцию, т.к. происходят в разных направлениях и
могут привести к разрушению приобретённого. Источниками изменчивости служат
случайные гены или хромосомные мутации.
Современная эволюционная теория часто называется
«синтетической теорией эволюции». Она включает данные генетики, палеонтологии,
молекулярной биологии, экологии. Н. Грин, У.Стаус, и
Д.Тейлор определяют неодарвинизм как «теорию органической эволюции путём
естественного отбора признаков, детерминированных генетически» Биохимики осуществили
дарвиновскую эволюцию на молекулярном уровне. Популяции макромолекул можно
заставить развиваться в желаемую сторону, проводя циклы селекций, амплификации
и мутации.1
10. Как ведут себя макросистемы вдали от равновесия? Поясните понятие
диссипативной структуры по И. Пригожину.
Термодинамика неравновесных процессов основана на нескольких
постулатах. Ж.Пельтье предсказал эффект, который
стали называть эффектом Томсона: при прохождении тока через неравномерно
нагретый проводник может наблюдаться или поглощение, или выделение тепла.
Принцип линейности говорит о том, что потоки вызываются
обобщёнными термодинамическими силами.
Теорема о минимуме производства энтропии в стационарном
неравновесном состоянии, сформулированная Пригожиным,
отражает внутреннюю устойчивость неравновесных систем. Поэтому если какие – то
граничные условия не позволяют системе прийти в устойчивое равновесие, она
придёт в состояние с минимальным производством энтропии. Этот вывод годится в
случае независимости феноменологических коэффициентов – вязкости, диффузии,
теплопроводности, от параметров среды, что справедливо при небольших значениях
градиентов и линейных зависимостей между потоками и термодинамическими силами.
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бабушкин А.Н. Современные концепции естествознания. –
СПб: Лань, 2000. – с. 208.
2. Дубнищева Т.Я. Концепции
современного естествознания. – М.: ИКЦ «Маркетинг», Новосибирск: ООО
«Издательство ЮКЭА», 2001.
3. Дубнищева Т.Я. Концепции
современного естествознания. – М: ИКЦ «Маркетинг», Новосибирск: ООО
«Издательство ЮКЭА», 2003.
4. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание: Учебное пособие. –
Новосибирск: ЮКЭА, 1998. – с. 160.
5. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. –
М.: Мир, 1993.
6. Управление планетой Земля ( тематический номер ) // В
мире науки, 1989, № 11.
1 Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – М.:
ИКЦ « Маркетинг», Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2001. – с. 832.
1 Управление
планетой Земля ( тематический номер ) // В мире науки, 1989. -
№ 11.
1 Плотников
М.Н. Концепции современного естествознания. – М.: МГУ, 2004. – с. 680.
1 Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. –
Новосибирск: ЮКЭА, М: Маркетинг, 2003.
1 Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное
естествознание: Учебное пособие. – Новосибирск: ЮКЭА, 1998. – с. 160.
1 Бабушкин
А.Н. Современные концепции естествознания. – СПб: Лань, 2000. – с. 208.
1 Небел. Б.
Наука об окружающей среде. Как устроен мир. – М.: Мир, 1993.