Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

ИНСТИТУТ МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ  И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

Концепции современного естествознания

 

 

Студент: Миронова Анна Даниловна                

 

 

 

 

 

 

МОСКВА – 2013

 

 

  Задание 1. Перечислите основные компоненты естествознания как системы естественных наук. Дайте их краткую характеристику.

 

Ответ:                                   

Естествознание - это наука о природе как единой целостности, представляющая собой единую систему знаний, компоненты которой — естественные науки, тесно связаны и взаимообусловлены.

Проблемы, которые возникают в  этой весьма обширной области познания, самые разнообразные - от устройства и происхождения Вселенной до познания молекулярных механизмов существования  уникального Земного явления - жизни.

В настоящее время спектр научных  исследований в естествознании очень  широк. В систему естественных наук, помимо основных естественных наук: физики, химии, биологии, географии, геологии, астрономии, включают междисциплинарные науки, стоящие на стыке нескольких традиционных наук (биофизику, биохимию, геофизику, астрофизику, геохимию и т.д.) и даже науки, стоящие на стыке между естественными и гуманитарными дисциплинами, например, психологию.

Изучение естествознания необходимо для того, чтобы четко представлять себе подлинное единство Природы - то единое основание, на котором построено все разнообразие предметов и явлений окружающего нас мира.

Отличием естествознания как науки  от специальных естественных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выискивая наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривая природу как бы сверху.

Естествознание в системе науки  и культуры даёт общую характеристику естествознания как составной части всей науки и всей человеческой культуры в целом, рассматривается методология естествознания, его связь с философией, отмечается особая роль математики в естествознании.

История естествознания рассматривает основные исторические этапы развития естествознания: от античных времен до начала XIX в. анализируется процесс возникновения естествознания от эмпирического знания до последовательной его теоретизации и становления самостоятельных научных дисциплин - математики, астрономии, физики.

Развитие физических концепций рассматривает последовательность физических картин мира: механистическая картина, электромагнитная картина, релятивистская картина) и квантово-механическая картина микромира. Здесь анализируются космологические проблемы, рассматривается расширение Вселенной и концепция Большого Взрыва.

Развитие химических концепций рассматривает учение о составе вещества, излагаются стехиометрические законы, основные положения атомно-молекулярного учения, периодический закон Менделеева и электронное строение атома; рассматриваются физико-химические закономерности протекания химических процессов.

Так же  необходимо отметить особенности биологического уровня организации материи. Здесь рассматриваются закономерности биологической эволюции, современное понимание сущности жизни и ее происхождения на Земле, излагаются с общих позиций основы генетики, генной инженерии и биоэтики.

Современная наука о человеке анализирует современные представления о взаимосвязи сознания и мозга, роли сознательного и бессознательного в жизни человека, а также о здоровье и работоспособности человека как комплексной научной и социально-практической проблеме.

Системный подход в естествознании: основное внимание уделяется принципам эволюции систем и самоорганизации в живой и неживой природе.

 

 

 

Задание 2. Охарактеризуйте александрийский  период развития науки.

Ответ:

Развитие  древней науки, начиная с III в. до н.э. в значительной степени связано  с древним городом Александрией, основанным Александром Македонским. Поэтому рассматриваемый период в развитии науки древности называют александрийским периодом. Его также называют эллинистическим, поскольку такое название дают древней культуре Ш-I вв. до н.э.

Александрийский период характеризуется  началом дифференциации знаний, что  было ознаменовано выделением из натурфилософии первых самостоятельных: научных дисциплин - становлением астрономии как самостоятельной науки, созданием первой области физики - статики и развитием математики.

Становление астрономии как самостоятельной  науки означало приведение в систему  астрономических знаний, усовершенствование и развитие измерительных методов. В этот период были проведены измерения окружности Земли и расстояния от Луны до Земли, уточнены положение и движение небесных светил. Крупным астрономом александрийского периода был Аристарх Самосский (первая половина III в. до н.э.), выдвинувший гипотезу о гелиоцентрическом строении Вселенной. За эту теорию Аристарх был обвинен в безбожии и подвергался гонениям. Его учение не получило в то время (а затем в течение всего средневековья) развития и только в XVI в. польский астроном Н. Коперник возродил идеи Аристарха.

Другим известным астрономом александрийского периода был Гиппарх (II в. до н. э.). Гиппарх значительно усовершенствовал методы астрономических измерений, применяя различного рода угломерные приборы, имеющие точность до 0,1 градуса. Он уточнил положение и движение небесных светил, составил большой звездный каталог, содержащий 1080 неподвижных звезд. Гиппарх уточнил продолжительность года и определил его с точностью до 6 минут. Гиппарху принадлежит также уточнение системы мира Аристотеля, которая господствовала в александрийский период.

Теория эпициклов и эксцентриков была приведена в систему александрийским  астрономом Птоломеем (70-147 н. э.) и изложена им в труде "Великое построение". Астрономия теперь получила законченную форму, которая долгое время, вплоть до Коперника, не подвергалась каким-либо существенным изменениям.

В период же разложения рабовладельческого общества и все более и более  развивающихся идеалистических  тенденций, признание неудовлетворительности системы Птоломея привело к зарождению агностицизма и теории чистого описания. Зародилась мысль, что система Птоломея не есть теория действительных движений небесных тел, не есть действительная теория строения Вселенной, а - представляет собой лишь более или менее удобный способ описания, поэтому может быть сохранена и поддержана. Затем эта же идея поддерживалась и развивалась. Так, например, в IV в. н.э. Прокл, древнегреческий философ-мистик, развивал теорию о том, что все круги, эксцентрики и эпициклы существуют только в мысли человека. Человек при этом подменяет действительность математическими образами и построениями, чтобы "спасти" явления. Еще более определенно говорил комментатор Аристотеля Симплиций (VI в. н. э.): он утверждал, что наблюдаемые движения планет являются лишь видимостью, отображающей непознанную человеком действительность. Позднее, в средние века, видный арабский философ и естествоиспытатель, знаток и последователь Аристотеля Ибн-Рошд (1126-1198), известный в Европе под именем Аверроэса, писал, что система "Птоломея ничтожна в отношении существующего, но она удобна, чтобы вычислять то, что не существует".

Так еще в древнее время зародилась и затем поддерживалась в средние  века идея чистого описания, идея агностицизма, разрывающая действительность и ее отражение в сознании человека.

Другой наукой, достигшей больших  успехов в александрийский период, была математика. Знаменитый александрийский математик Евклид (III в. до н. э.) подвел итоги и обобщил в своих "Началах" все, что было сделано до него в области математики. Он создал настолько совершенную и законченную систему элементарной геометрии, что она почти в неизменном виде просуществовала многие столетия. Евклид придал геометрии исключительную логическую строгость и безукоризненность. Вся его система геометрии многие века считалась образцом научной системы; ей подражали самые крупные математики, физики, механики и даже философы последующих времен.

В александрийский период получили свое развитие и элементы высшей математики. Здесь большая заслуга принадлежит Архимеду (287-212 до н. э.), решившему труднейшие математические проблемы своего времени - вычисление площадей криволинейных фигур. Однако развивающиеся элементы высшей математики не были приведены еще в систему; это было сделано гораздо позже И. Ньютоном и Г. Лейбницем в XVII в.

Учение Архимеда о равновесии тел  представляет собой объединение  и развитие знаний, накопленных древнегреческой наукой о равновесии тел к III в. до н.э., их систематизацию и оформление в самостоятельную научную область - статику.

 

 

Задание 3. Укажите основные законы механики Ньютона.

Ответ:

Механика Ньютона - законченная система классической механики, основанная на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законах движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения и закона равенства действия и противодействия — изложена в знаменитом труде Ньютона "Математические начала натуральной философии" (1687). В своей механике Ньютон отказался от построения всеобъемлющей картины Вселенной и создал свой метод физического исследования, опирающийся на опыт, ограничивающийся фактами и не претендующий на познание конечных причин. Основной задачей механики Ньютона является нахождение движения по силам, или, наоборот, нахождение действующих сил по движениям без анализа природы взаимодействия.

Классическая механика Ньютона  сыграла и играет до сих пор  огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и в неземных условиях, составляет основу для многих технических достижений. На ее фундаменте базируются многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания.

В 1667 г. Ньютон сформулировал три  закона динамики, составляющие основной раздел классической механики и являющиеся, как и большинство физических законов, обобщением результатов огромного  человеческого опыта. Законы Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов.

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние  покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.

Стремление тела сохранить состояние  покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.

Для количественной формулировки второго  закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела т. и силы F. Ускорением характеризуется быстрота изменения скорости движения тела. Масса тела - физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные свойства (инертная масса) и гравитационные свойства (тяжелая или гравитационная масса). Сила F - это векторная величина, мера механического воздействии на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.

Второй закон  Ньютона: ускорение, приобретаемое  материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки (тела): a= F/m.

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно получить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.

Взаимодействие между материальными  точками (телами) определяется третьим  законом динамики - законом равенства действия и противодействия.

Третий закон  Ньютона, всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:

f₁₂= -F₂₁

где F₁₂ - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; F₂₁ - сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием.

Одним из достижений механики Ньютона  является закон всемирного тяготения, открытый в 1665-1666 гг. и выражающий общее свойство всех тел притягивать друг друга с силой, пропорциональной произведению масс тел m₁, т₂ и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между ними:

F₁₂= у m₁m₂/R², где у - гравитационная постоянная.

Законы Ньютона позволяют решить многие задачи механики - от простых до сложных. Спектр таких задач значительно расширился после разработки Ньютоном и Лейбницем нового для того времени математического аппарата - дифференциального и интегрального исчисления, весьма эффективного при решении многих динамических задач и особенно задач небесной механики.

 

Задание 4. Укажите основные этапы  создания учения об электромагнетизме.

Ответ:

В XIX веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга.

Первое систематизированное  описание магнитных и электрических  явлений изложенное в труде английского  естествоиспытателя, придворного врача английской королевы У. Гильберта (1540-1603) "О магните, магнитных телах и великом магните Земле" (1600). Этот труд Гильберта достоин особого внимания, потому, что Гильберт, отказавшись от легенд и преданий, изложил в нем результаты проведенных им опытов. Дальнейший ход развития науки показал, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая взаимосвязь. В 1820 г. датский ученый Г. Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, помещенную вблизи проводника с током.