Виды сил и взаимодействий

Содержание контрольной работы

1. Виды сил и взаимодействий.                                               стр. 3
2. Размножение организмов.                                                   стр. 8
3. Природа нервного импульса. Строение нервной системы

как системы обработки  информации и управления.         стр. 14

4. Приложение.                                                                         стр. 17
5. Библиографический список.                                                стр. 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 1. Виды сил и взаимодействий.

 

В своей повседневной жизни  человек сталкивается с множеством сил, действующих на тела: сила ветра  или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся веществ; вес  предметов; давление квантов света; притяжение и отталкивание электрических  зарядов; сейсмические волны; вулканические  извержения; и т.д.

Сила – это мера интенсивности  воздействия чего-либо на что-либо. Одни силы действуют непосредственно  при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как выяснилось в результате развития естествознания, несмотря на столь большое разнообразие, все действующие в природе  силы можно свести к четырём фундаментальным  воздействиям (табл.1). Именно эти взаимодействия, в конечном счёте, отвечают за все  изменения в мире, именно они являются источником всех материальных преобразований тел, процессов. Каждое из четырёх воздействий  имеет сходство с тремя остальными и в тоже время свои отличия. В  порядке возрастания интенсивности  взаимодействия это:

- гравитационное взаимодействие;

- слабое взаимодействие;

- электромагнитное взаимодействие;

- сильное, или ядерное  взаимодействие.

Рассмотрим первое взаимодействие – гравитационное. Все  весомые  тела взаимно испытывают тяготение, эта сила обуславливает движение планет вокруг солнца и спутников  вокруг планет. Теория гравитации - теория созданная Ньютоном, стояла у колыбели современной науки. Другая теория гравитации, разработанная Эйнштейном, является величайшим достижением теоретической физики 20 века. В течение столетий развития человечества люди наблюдали явление взаимного притяжения тел и измеряли его величину; они пытались поставить это явление себе на службу, превзойти его влияние, и наконец, уже в самое последнее время рассчитывать его с чрезвычайной точностью во время первых шагов вглубь Вселенной.  В своем классическом виде гравитационное взаимодействие особенно заметно для больших тяготеющих масс и определяет геометрию Мира (пространства-времени), в котором движется материя.  Его строгая квантовая теория не построена, а кванты гравитационного поля – так называемые гравитоны – пока экспериментально не обнаружены и являются гипотетическими частицами.  Развитие теории гравитации произошло в самом начале становления современной науки на примере взаимодействия небесных тел. Задачу облегчило то, что небесные тела движутся в вакууме мирового пространства без побочного влияния других сил. Блестящие астрономы - Галилей и Кеплер - подготовили своими трудами почву для дальнейших открытий в этой области. В дальнейшем великий Ньютон сумел придумать целостную теорию и придать ей математическую форму.

Второе – слабое - взаимодействие отвечает за большинство распадов и многие превращения элементарных частиц.  Квантами соответствующего поля являются промежуточные векторные бозоны. 

Электромагнитное взаимодействие связано, в первую очередь, с действием  друг на друга электрических зарядов  и переносится фотонами.  Этот тип взаимодействия ярко проявляется  в окружающем человека мире. В частности, прослежена глубокая связь слабого взаимодействия с электромагнитным, что привело к их объединению в электрослабое взаимодействие.

Наконец, сильное взаимодействие обеспечивает связь частиц в атомных ядрах  и переносится глюонами.  В  последние десятилетия физики поняли, что перечисленные типы взаимодействий не обязательно выступают независимо друг от друга. 

Об интенсивности взаимодействий можно судить по скорости процессов, которые они вызывают.  Обычно сравнивают между собой скорости процессов при энергиях  ~ 10⁹ эВ = 1 ГэВ, характерных для физики элементарных частиц (для контраста отметим, что энергия кванта зеленого света равна всего 2 эВ.).  При таких высоких энергиях процесс, обусловленный сильным взаимодействием, происходит за время ~ 10^-24 с, электромагнитный процесс – за время ~ 10^-21 с, а процесс, вызванный слабым взаимодействием, – за гораздо большее время ~ 10^-10 с. (табл.2). Отсюда видно, что в мире элементарных частиц «слабые процессы» протекают чрезвычайно медленно.

Другая характеристика взаимодействия – длина свободного пробега кванта поля в веществе (то есть пролета  без соударений и тем самым  без возможного поглощения).  Сильно взаимодействующие частицы (адроны) можно задержать железной плитой толщиной в несколько десятков см, тогда как нейтрино, обладающее лишь слабым взаимодействием, проходило  бы, не испытав ни одного столкновения, сквозь железную плиту толщиной порядка  миллиарда км.  Еще более слабым является гравитационное взаимодействие, сила которого при энергии ~ 1 ГэВ в 10³³ раз меньше, чем у слабого взаимодействия.  Однако обычно роль гравитационного взаимодействия гораздо заметнее роли слабого взаимодействия.  Это связано с тем, что гравитационное взаимодействие, как и электромагнитное, имеет неограниченный радиус действия; поэтому, например, на тела, находящиеся на поверхности Земли, действует гравитационное притяжение всех атомов, из которых состоит Земля.  Слабое же взаимодействие обладает очень малым радиусом действия: около 2.10^-16 см, что на три порядка меньше радиуса сильного взаимодействия. Вследствие этого слабое взаимодействие между ядрами двух соседних атомов в твердом теле, находящихся на расстоянии 10^-8 см друг от друга, несравненно слабее не только электромагнитного, но и гравитационного взаимодействий между ними.

Однако, несмотря на малую  величину и короткодействие, слабое взаимодействие играет очень важную роль в природе.  Так, если бы удалось  «выключить» слабое взаимодействие, то погасло бы Солнце, поскольку  стал бы невозможен процесс превращения  протона в нейтрон, позитрон и  нейтрино, который служит основным источником энергии Солнца и большинства  звезд.  Процессы слабого взаимодействия с испусканием нейтрино вообще исключительно  важны в эволюции звезд, так как  обусловливают потери энергии очень  горячими звездами, во взрывах сверхновых звезд с образованием пульсаров  и т.д.  Наконец, слабое взаимодействие является причиной и механизмом одного из наиболее распространенного в  природе процесса бета-распада радиоактивных  атомных ядер, исследование которого и привело в свое время к  гипотезе о существовании нейтрино. [3, c. 171]

Сильное взаимодействие также  является короткодействующим: его радиус около 10^-13 см.  В обычном «стабильном» веществе при не слишком высокой температуре сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов, и его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами в ядрах (энергия связи составляет в среднем около 8 МэВ на нуклон).  Однако при столкновениях ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией, сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям.  Особенно важную роль в природе играют реакции слияния (термоядерного синтеза), в результате которых 4 нуклона объединяются в ядро гелия.  Начиная с конца 50-х годов 20 века, не прекращаются попытки ученых осуществить управляемую термоядерную реакцию, что позволило бы полностью решить энергетическую проблему человечества как минимум на несколько веков.  Термоядерный синтез (как и слабое взаимодействие) играет исключительную роль в «жизни» Солнца и звезд и тем самым является основным естественным источником энергии, используемой на Земле.[4, c. 405]

Заключение.

Силовыми взаимодействиями называют действия тел или частиц друг на друга, приводящие к изменению состояния их движения. В фундаментальных физических взаимодействиях четко прослеживается различие сил дальнодействующих и близкодействующих. С одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой — малого радиуса (сильное и слабое). Мир физических процессов развертывается в границах этих двух полярностей и воплощает единство предельно малого и предельно большого — микромира и мегамира, элементарной частицы и всей Вселенной.

 

 

 

          

Вопрос 2. Размножение организмов.

Среди многообразных проявлений жизнедеятельности (питание, обустройство местообитания, защита от врагов) размножению принадлежит особая роль. Размножение, или репродукция, присущая всем живым существам, - это функция воспроизведения себе подобных. В отличие от всех других жизненно важных функций организма, размножение направлено на не на поддержание жизни отдельной особи, а на сохранение её генов в потомстве и продолжении рода – тем самым на сохранение генофонда популяции, вида, семейства и т.д. Размножение возникло в ходе исторического развития органического мира на

самом раннем этапе: вместе с развитием клетки. В ходе эволюции у разных групп организмов сформировались – во многих случаях независимо – разные пути и стратегии размножения, и тот факт, что эти группы выжили и существуют, доказывает эффективность разных способов осуществления данного процесса.

Всё разнообразие способов размножения можно разделить  на два основных типа: бесполое (его  вариант – вегетативное) и половое  размножение (табл.3).        Бесполое размножение, или агамогенез – форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи. Этот способ размножения, связанный с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благополучных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30-60 минут. Размножающийся бесполым путём организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдёт спонтанное изменение генетического материала, т.е. мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки. Это потомство будет представлять собой новый клеточный клон. Бесполое размножение, воспроизводящее идентичные исходному организму особи, не способствует появлению организмов с новыми вариантами признаков, а тем самым ограничивает возможность приспособления видов к новым для них условиям среды. В зависимости от формы бесполого размножения потомок развивается либо из одной клетки (спорообразование, шизогония, деление), либо из группы клеток родителя. В последнем случае размножение называют вегетативным. Оно распространено среди растений. У животных бесполое размножение наблюдается у особей с относительно низким уровнем структурно-физиологической организации, к которым принадлежат многие паразиты человека. У паразитов бесполое размножение не только служит увеличению численности особей, но способствует расселению, помогает пережить неблагоприятные условия.

Хотя в процессе развития жизни бесполое размножение возникло первым, половое размножение существует на Земле уже более 3 млрд. лет. Оно обнаруживается в жизненных циклах всех основных групп организмов. Распространенность полового размножения объясняется тем, что оно обеспечивает значительное генетическое   разнообразие и, следовательно,   фенотипическую

изменчивость потомства. Этим достигаются большие эволюционные и экологические (расселение в разные среды) возможности.

Принципиальное отличие полового размножения от бесполого состоит  в том, что в нём участвуют  обычно два родительских организма, признаки которых перекомбинируются  у потомства. Половое размножение  свойственно всем эукариотам, но преобладает  оно у животных и высших растений. Переход к этому типу размножения  имел огромное значение для эволюции жизни на Земле. Половое размножение создаёт бесконечное разнообразие особей, в том числе и таких, которые успешно адаптируются к изменчивым внешним условиям, “завоёвывают мир”, распространяясь в новые места обитания, и оставляют потомство, передавая ему наследственный материал. Потомки двух успешных родительских особей могут оказаться обладателями ещё более удачной комбинации наследственных признаков, и соответственно, они разовьют успех родителей. Особи с неудачной комбинацией признаков будут элиминированы естественным отбором. В основе полового   размножения лежит   половой процесс, суть   которого

сводится к объединению в  наследственном материале для развития потомка генетической информации от двух разных источников — родителей. Представление о половом процессе дает явление конъюгации, например, инфузорий. Он заключается во временном соединении двух особей с целью обмена (рекомбинации) наследственным материалом. В результате появляются особи, генетически отличные от родительских организмов. В дальнейшем они осуществляют бесполое размножение. Поскольку количество инфузорий после конъюгации остается неизменным, говорить о размножении в прямом смысле нет оснований. У простейших половой процесс может осуществляться в виде копуляции, которая

заключается в слиянии двух особей в одну, объединении и рекомбинации наследственного материала. Далее  такая особь размножается делением. На определенном этапе эволюции у многоклеточных организмов половой процесс как способ обмена генетической информацией между особями в пределах вида оказался связанным с размножением. Для участия в половом размножении в родительских организмах вырабатываются гаметы — клетки, специализированные к обеспечению генеративной функции. Слияние материнской и отцовской гамет приводит к

возникновению зиготы — клетки, представляющей собой дочернюю особь на первой, наиболее ранней стадии индивидуального развития. У некоторых организмов зигота образуется в результате объединения гамет, неотличимых по строению. В таких случаях говорят об изогамии. У большинства видов по структурным и функциональным признакам половые клетки делятся на материнские (яйцеклетки) и отцовские (сперматозоиды). Как правило, яйцеклетки и сперматозоиды вырабатываются разными организмами — женскими (самки) и мужскими (самцы). В подразделении гамет на яйцеклетки и сперматозоиды, а особей на самок и самцов заключается явление полового диморфизма.

Наличие его в природе отражает различия в задачах, решаемых в процессе полового размножения мужской или женской гаметой, самцом или самкой. Образование гамет обоих видов в одном организме, имеющем и мужскую, и женскую половые железы, называют гермафродитизмом. Половое размножение впервые появилось у простейших, но переход к нему не был связан с утратой способности к репродукции бесполым путём: ряд животных сохранили её, обычно чередуя бесполое размножение с половым. Такое наблюдается у некоторых простейших, кишечнополостных и оболочников.

Разные группы животных выработали разные способы оплодотворения: мейоз, осеменение (наружное и внутреннее), оплодотворение, спаривание. В зависимости  от того, как это происходит, различают  три способа размножения: