Шпаргалка по предмету "Концепции современного естествознания"

Солнечно-земные связи: ультрафиолет, радиоизлучение, рентгеновское излучение, видимый свет. Корпускулярные излучения: солнечный ветер, солнечные космические лучи.

А.Л. Чижевский. Он отмечал, что все самые разнообразные и разнохарактерные явления на Земле — и химические превращения земной коры, и динамика самой планеты и составляющих ее частей (атмосферы, гидросферы и литосферы) — протекают под непосредственным воздействием Солнца. Оно является основным (наряду с космическими излучениями и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источником энергии, причиной всего на Земле — от легкого ветерка и произрастания растений до смерчей и ураганов и умственной деятельности человека. Ракетно-космические технологии: в их основе лежат законы всемирного тяготения, фундаментальные основы космической механики, синтез новых материалов. Ракетно-космические технологии связаны с разработкой ракетной техники, осуществлением космических полетов, проведением различных экспериментов в космосе. Одно из направлений ракетно-космических технологий- создание многоразового космического корабля без ускоряющих двигателей.

17. Гравитационное взаимодействие  тел. Закон всемирного тяготения  Ньютона. Космические скорости.

Исаак Ньютон открыл Закон всемирного тяготения, выраженный им в следующей математической формуле: F=G*(m1*m2)/R2. Здесь в числителе произведение m1 и m2 масс взаимно действующих тел, а в знаменателе – квадрат расстояния между ними, G – коэффициент в этой формуле, так называемая гравитационная постоянная (постоянная тяготения). Закон Ньютона не был теоретическим в современном смысле этого слова: он являлся математическим описанием опытного факта. В дальнейшем представления о тяготении были несколько развиты. Были введены представления о напряженности поля тяготения и его потенциале: напряженность грав. поля = отношению силы тяготения, действующей на материальную точку, в величине её массы и представляет собой векторную величину :g= F/m= G*M/R2

Несмотря на победы, на Законе всемирного тяготения лежала мрачная  тень с самого момента рождения. Этой тенью было вытекающее из закона мгновенное дальнодействие. Сила тяготения мгновенно, с бесконечной скоростью передавалась на любые расстояния, при этом совершенно неясно, как она преодолевает пространство. Сила передается телу воздействием на него другого тела – это положение было аксиомой для Галилея, на него опираются законы механики самого Ньютона, а вот Закон всемирного тяготения выкидывает прочь эту аксиому. Для тяготения Ньютон отказался искать причину в действиях эфира, хотя делал это в отношении многих других явлений. «Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор  не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».Сомнения, навеянные гравитационным парадоксом, были развеяны, как представляют современные ученые, с появлением Общей теории относительности. Она была создана А.Эйнштейном в 1916г. на основе специальной ТО, созданной на 11 лет раньше.

Космическая скорость- это минимальная скорость, при которой какое-либо тело в свободном движении с поверхности небесного тела сможет: v₁ — стать спутником небесного тела, v₂ — преодолеть гравитационное притяжение небесного тела, v₃ — покинуть звёздную систему, преодолев притяжение звезды, v₄ — покинуть галактику, преодолев притяжение сверхмассивной черной дыры.

18. Самоорганизация в живой и  неживой материи. Синергетика и её применение в технике и технологиях.

Самоорганизация-это природные скачкообразные процессы, приводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности. Критическая точка, в которой более вероятен переход в новое состояние называется точкой бифуркации. Самоорганизация включает закономерное и случайное развитие любых открытых систем: плавающую эволюцию, ход которой закономерен и детерменирован и случайный скачок в точке бифуркации, определяющий следующий закономерный этап развития. Исследование самоорганизации проводят в трех направлениях: синергетика, термодинамика неравновесных процессов и математическая теория катастроф. Синергетика –изучает связи между элементами структуры, которые образуются в открытых системах, благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окр. средой в неравновесных условиях. используют в биологии, астрофизике, промышленности, в психол. исследованиях.

19. Основные понятия термодинамики.  Первое и второе начало термодинамики.

Термодинамика - наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в системе термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями .Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов («Начал»), которые являются обобщением многочисленных наблюдений и выполняются независимо от конкретной природы образующих систему тел. Поэтому закономерности в соотношениях между физическими величинами, к которым приводит термодинамика, носит универсальный характер. Обоснование законов термодинамики, их связь с законами движения частиц, из которых построены тела, дается статистической физикой, задачей которой является выражение свойств макроскопических тел, т.е. тел, состоящих из очень большого количества одинаковых частиц (молекул, атомов, электронов и т.д.) через свойства этих частиц и взаимодействие между ними. Первое начало термодинамики утверждает, что если система совершает термодинамический цикл, т.е. в конечном счете возвращается в исходное состояние, то полное количество тепла, сообщенное системе на протяжении цикла, равно совершенной ею работе. Количественная формулировка первого начала термодинамики: количество тепла dQ, сообщенное телу идет на увеличение его внутренней энергии dU и на совершение телом работы dA, т.е. dQ=dU+dA. Второе начало термодинамики утверждает, что теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой. С.Карно в 1824 г. показал, что любая тепловая машина должна содержать помимо источника теплоты (нагревателя) и рабочего тела, совершающего термодинамический цикл (например, пара), еще и холодильник, имеющий температуру более низкую, чем температура нагревателя. Обобщение вывода Карно на произвольные термодинамические системы и позволило Р.Клаузиусу сформулировать в 1850 г.  указанное Второе начало. В формулировке В.Томсона (1851) Второе начало утверждает, что невозможно произвести механическую работу за счет охлаждения одного теплового резервуара.

20. Синтез органических и неорганических  соединений. Биосинтез. Применение  синтезированных соединений в  технике и технологиях.

В процессе развития производства для различных систем и технических устройств требуются  материалы с различными свойствами, работающими в разных внешних условиях и подвергающихся различным внешним воздействиям. В последние десятилетия широкое применение стали находить искусственные органические материалы, обладающие разнообразными свойствами, многие из которых можно задавать при их производстве, получая материалы с наперед заданными свойствами.

Органические вещества — это соединения углерода с другими веществами. Углерод образует соединения с большинством элементов и обладает наиболее выраженной способностью к образованию молекул цепного и циклического строения. Скелет таких молекул может состоять из практически неограниченного числа атомов углерода, непосредственно соединенных друг с другом и включать в себя и другие элементы. Для соединений углерода характерно явление изомерии, т. е. существование веществ, одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся последовательностью сцепления атомов или расположением их в пространстве и поэтому различных по физическим и химическим свойствам. Все органические вещества делятся на три класса:

ациклические — соединения с незамкнутыми цепями (метановые углеводороды — насыщенные углеводороды, ненасыщенные углеводороды — этилен, ацетилен и др.);

изоциклические, в молекулах которых имеются циклы из атомов углерода (циклопарафиновые или полиметиленового ряда, а также ароматические углеводороды);

гетероциклические, в молекулах которых имеются циклы, содержащие кроме углерода атомы О, N, S, Р, Аs и другие.

От каждого углеводорода образуется целый генетический ряд  путем замены атома водорода иной функциональной группой.

Основным поставщиком  органических веществ в природе  являются растительный и животный мир. Растения усваивают из атмосферы  углекислый газ и при помощи хлорофилла, содержащегося в листьях, и солнечной  энергии образуют органические вещества, являющиеся строительным материалом для самих растений. Животные, поедая растения, накапливают органические вещества в своем теле, которые затем после гибели животных, переходят в почву, разлагаются, а затем также поглощаются растениями. В результате развития органической химии оказалось возможным создание широкого спектра искусственных органических веществ, которые нашли применение в технике, медицине, биологии. Полимеры — это химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок. Природными полимерами (биополимерами) являются белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы. Синтетическими полимерами искусственного происхождения являются всякого рода производные от углеводородов — полиэтилены, полипропилены, фенолоформальдегидные смолы и т. п.

Пластмассы (пластические массы) — это материалы, содержащие в своем составе полимер, который в период формирования изделий находится в вязко текущем или высокопластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формированию изделий, пластмассы делятся на реактопласты и термопласты. Реактопласты — это материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера — отвердением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязко текучее состояние. При формировании термопластов не происходит отверждения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязко текучее состояние.

Биосинтез — процесс синтеза природных органических соединений живыми организмами. Путь биосинтеза соединения — это приводящая к образованию этого соединения последовательность реакций, как правило, ферментативных (генетически детерминированных), но изредка встречаются и спонтанные реакции, обходящиеся без ферментативного катализа. Например, в процессе биосинтеза лейцина одна из реакций является спонтанной и протекает без участия фермента. Биосинтез одних и тех же соединений может идти различными путями из одних и тех же или из различных исходных соединений. Процессы биосинтеза играют исключительную роль во всех живых клетках.

21. Электрический заряд и электрическое  поле, законы электростатики и их применение в технике и технологиях. Напряженность, электрическая индукция, взаимодействие зарядов, закон Кулона. Энергия электрического поля.

Электрический заряд — это свойство материальных тел, выражающееся к способности особого рода взаимодействия; количественная характеристика, показывающая степень возможного участия тела в электромагнитном взаимодействии. Единица измерения заряда в СИ — кулон. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы — электрон (один отрицательный элементарный электрический заряд) и протон (один положительный элементарный заряд). Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) – численная характеристика носителей заряда и заряженных тел, которая, может принимать положительные и отрицательные значения. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов. Электрический заряд любой элементарной частицы присущ этой частице в течение всего времени ее жизни, поэтому элементарные заряженные частиц зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В системе СИ электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). Наиболее известные элементарные носители заряда – электроны, имеющие отрицательный заряд и протоны, имеющие такой же по величине положительный заряд. Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому, элементарному заряду Кл. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твердых тел скомпенсированы. Электрическое поле — особая форма материи, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Напряжённость электрического поля — векторная характеристика электрического поля в данной точке, равная отношению силы (F), действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q: E=F/q.

Направление вектора совпадает  в каждой точке пространства с  направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле.

Электростатика - раздел электродинамики, изучающий взаимодействие и электрические поля покоящихся электрических зарядов.

Закон Кулона - сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон сохранения электрического заряда – Замкнутая система тел алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная.

Замкнутая система  – система тел, при котором они взаимодействуют только между собой.

Электрическая индукция (D) - величина, характеризующая электрическое поле в веществе наряду с напряженностью (Е): D = eЕ, где e - диэлектрическая проницаемость вещества. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность определяется свободными зарядами, находящимися внутри этой поверхности (т. е. не зависит от связанных зарядов, входящих в состав нейтральных атомов и молекул).

Электрические заряды взаимодействуют между собой, т.е. одноименные заряды взаимно  отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяющей точки, в которых сосредоточены заряды.

22. Электрический ток и магнитное  поле и их применение в технике  и технологиях. Напряженность магнитного поля и закон полного тока. Энергия магнитного поля.

Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Вокруг неподвижных  электрических зарядов существует только электрическое поле. Движущиеся электрические заряды и изменяющиеся электрические поля создают в окружающем пространстве магнитное поле. Через магнитное поле осуществляются взаимодействия электрических токов, постоянных магнитов и токов с магнитами. Электрические взаимодействия токов пренебрежимо малы по сравнению с их магнитными взаимодействиями. В современной физике магнитное поле характеризуют векторной величиной, называемой магнитной индукцией B, точное определение которой дано ниже. Принято считать, что вектор B в любой точке А магнитного поля совпадает по направлению с силой, действующей на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в А: на полюсы этой стрелки действует пара сил, устанавливающая ее в направлении B. Поэтому магнитные поля изучают с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые, намагничиваясь в нем, как бы превращаются в маленькие магнитные стрелочки. Напряжённость магнитного поля - векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Н. м. п. не зависит от магнитных свойств среды. При однородной намагниченности тела напряжённость, измеренная на его поверхности, параллельной направлению намагниченности, соответствует напряжённости внутри тела.