Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

 «КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ 

ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: "Концепции современного естествознания"

 

 

 

Выполнила: студентка гр. МТд-041

Вагина А.В.

шифр зачетной книжки - 145751

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2015 
Содержание

Вопрос 2. Предмет естествознания и его отличие от других наук.....................3

Вопрос 52. Четырехмерное  пространство-время  Г.  Минковского. Системность  пространства времени.............................................................................5 

Вопрос 79. Полевой механизм передачи взаимодействий.................................7

Вопрос 100. Термодинамика – наука  о тепловых процессах в природе.........9

Вопрос 150. Наследственный аппарат и генная инженерия.............................17

Вопрос 179. Антропогенные воздействия на биосферу....................................20

Список используемой литературы.......................................................................22

 

Вопрос 2. Предмет естествознания и его отличие от других наук

Естествознание — это ведущая отрасль науки, представляющая собой комплекс дисциплин, изучающих различные природные явления и процессы.

Предметом естествознания является природа, естество.

Естествознание — раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создание теорий (эмпирических обобщений), описывающих природные явления.

Основная задача естествоиспытателя решается в несколько этапов:

1) эмпирическими  средствами зафиксировать существование  явления, дать как можно более  полное его описание; таким образом  возникают научные факты

2) обобщить  эти факты, получить эмпирическое  обобщение

3) используя  теоретические средства, построить  теорию исследуемого предмета, которая, опираясь на сформулированные  в ней законы, позволит объяснить  возникновение, развитие и функционирование  предмета, а также прогнозировать  новые свойства и будущее состояние  этого предмета

Необходимо различать факты опыта, эмпирическое обобщение и теорию.

Отличие естествознания от других научных областей

Естествознание является исторически первой областью науки, термодинамика е. процесс зарождения и становления науки представляет собой возникновение и развитие естественнонаучного знания, прежде всего физики и астрономии в их постоянном взаимодействии с математикой. В настоящее время естествознание сохраняет свою лидирующую роль среди научных сфер, что обусловлено рядом причин. В современной научной картине мира процессы, протекающие в социальных и технических системах, в конечном счете, детерминированы природными процессами. Отсюда вытекает общезначимость естествознания и фундаментальность его результатов.

- Истинное  знание, вырабатываемое естественными  науками, непосредственно или опосредованно  принимается и применяется в  жизни всеми людьми. Именно этот  факт лежит в основании представления  о естествознании как образце  научной объективности, научности  вообще. Данный аспект специфики естественных наук отражает их соотношение с социально-гуманитарными науками. Дело в том, что в естествознании объект и субъект познания разделены в большей мере, чем в социально-гуманитарных науках, в которых ни при каких обстоятельствах невозможно добиться их разделения. Субъективность в виде интересов, системы ценностей, желаний, эмоций, предпочтений, воли и сознаний человека имманентна, внутренне присуща объекту социальных и гуманитарных наук. Именно по этой причине в таких науках затруднено применение количественных (математических) методов исследования.

- В отличие  от техникознания, которое нацелено  на практическое преобразование  окружающего мира, вектор естественных  наук направлен на его всестороннее  познание, постижение.

 

Вопрос 52. Четырехмерное  пространство-время  Г.  Минковского. Системность  пространства времени

Четырехмерное  пространство-время  Г.  Минковского - это пространство, объединяющее физическое трёхмерное пространство и время; введено Г. Минковским в 1907 -1908 годах. Точки в данной теории соответствуют "событиям" специальной теории относительности.

Положение события в теории Минковского задаётся четырьмя координатами- тремя пространственными и одной временной. Обычно используются координаты xi = х, х= У, Хз = г, где х, у, z -прямоугольные декартовы координаты события в нек-рой инерциальной системе отсчёта, и координата хо = ct, где t - время события, с - скорость света. Вместо ,гмнимую временную координату Х4 = iхо = ict.

Из специальной теории относительности следует, что пространство и время не независимы: при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой пространств, координаты и время преобразуются друг через друга посредством Лоренца преобразований. Введение данной теории позволяет представить преобразования Лоренца как преобразование координат события xi, -Т-2, хпри поворотах четырёхмерной системы координат в этом пространстве.

Основной инвариант теории.- квадрат длины четырёхмерного вектора, соединяющего две точки - события, не меняющийся при вращениях и равный по величине (но противоположный по знаку) квадрату четырёхмерного интервала (S 2лв) спец. теории относительности:

(индексами  А и В отмечены пространств, координаты и время событий  А и В соответственно). Своеобразие  геометрии теории определяется  тем, что это выражение содержит  квадраты составляющих четырёхмерного  вектора на временную и пространственные оси с разными знаками (такая геометрия наз. псевдоевклидовой, в отличие от евклидовой геометрии, в которой квадрат расстояния между точками определяется суммой квадратов составляющих вектора, соединяющего точки, на соответствующие оси). Вследствие этого четырёхмерный вектор с отличными от нуля составляющими может иметь нулевую длину; это имеет место для вектора, соединяющего два события, связанных световым сигналом:

 Геометрия  данной теории позволяет наглядно  интерпретировать кинематические  эффекты специальной теории относительности (изменение длин и скорости  течения времени при переходе  от одной инерциальной системы  отсчёта к другой и термодинамика д.) и лежит в основе современного математического аппарата теории относительности.

 

 

 

 

 

Вопрос 79. Полевой механизм передачи взаимодействий

Понятие «Взаимодействие» или «Физические взаимодействия» является в физике одним из основных. Обычно под ними понимается свойство тел оказывать взаимное влияние друг на друга. В классической механике взаимные действия объектов описывались на языке сил. В теории поля появилось понятие посредника, через которое осуществляется действие на расстоянии. В разные времена этому посреднику присваивались разные имена – физическое поле, эфир, пространство, физический вакуум, виртуальные частицы, полевая среда.

В современной физике (в ХХ веке) развитие идеи посредника пошло по двум принципиально разным путям. В рамках общей теории относительности вместо эфира ролью посредника наделили пространство как таковое, а причина взаимодействия, в частности гравитационного, была приписана искривлению пространства. В рамках квантовой физики роль посредника перешла к особым частицам – переносчикам взаимодействий. Согласно этой концепции, называемой обменное взаимодействие, объекты действуют друг на друга испуская и поглощая виртуальные частицы, а источником для рождения таких частиц служит физический вакуум. (Вообще говоря, эти частицы могут быть вполне реальными. Например, переносчиками электромагнитного взаимодействия считаются фотоны, а ученые надеются обнаружить переносчиков и всех других взаимодействий. Однако пока этого не удается сделать, что в общем-то, не мешает развиваться теории, которая вполне может оперировать и виртуальными частицами.)

Полевая физика в качестве альтернативы этим двум моделям взаимодействия использует понятие полевой среды, как реальной физической сущности, подверженной внутренней динамике, что во многом является возрождением подходов Фарадея-Максвелла к теории поля, только на более современном уровне. Механизм полевого взаимодействия материальных объектов согласно этой концепции состоит в передаче взаимного влияния через полевую среду.

Современная физика выделяет 4 типа фундаментальных взаимодействий. Два из них – электромагнитное и гравитационное – известны довольно давно, во многом похожи и поддаются классическому описанию (по крайней мере, на элементарном уровне). Два других – сильное (ядерное) и слабое (распад и взаимопревращение элементарных частиц) – являются плодом современной физики, не выражаются в виде элементарной зависимости величины действия от соответствующих зарядов и расстояния и служат во многом лишь как обобщающие понятия двух групп до конца не понятных явлений.

Полевая физика рассматривает в качестве фундаментальных только два типа взаимодействий – гравитационное и электрическое. Причем, на уровне полевой кинематики они полностью похожи и симметричны: – в классических условиях они подчиняются одним и тем же законам обратных квадратов, системе уравнений Максвелла, распространяются со скоростью света, симметричным образом определяют массы тел.

Различие между этими двумя типами взаимодействий лежит на уровне образования у материальных объектов свойств электрического заряда и гравитационного заряда. Другое различие – результат сложившегося распределения материи во Вселенной. Гравитационное поле доминирует в космических масштабах (глобальное поле) и в силу найденных в полевой физике причин возникает эффект маскировки свойства гравитационного отталкивания - антигравитации. Электрическое поле, наоборот, играет большую роль в локальных явлениях и в силу доминирования глобального гравитационного поля приобретает симметричные свойства притяжения и отталкивания.

Сильное и слабое взаимодействия не рассматриваются в полевой физике как фундаментальные. Они и относимые к ним эффекты оказываются результатом совместного действия обычной гравитации и электричества в тех или иных условиях. Например, полевая физика объясняет, почему на очень малых расстояниях между одноименными электрическими зарядами (протонами) вместо отталкивания возникает очень сильное притяжение и даже позволяет получить потенциал ядерных сил. Примечательное, что причиной столь аномального поведения оказывается гравитационное поле, которое незаслуженно считается не грающим никакой роли в ядерных процессах.

 

Вопрос 100. Термодинамика – наука  о тепловых процессах в природе

Термодинамика наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в состоянии 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, имеют универсальный характер. Обоснование законов термодинамики, их связь с законами движения частиц, из которых построены тела, даётся статистической физикой.

Равновесные и неравновесные состояния. Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении, строго говоря, бесконечно большого промежутка времени. Практически равновесие достигается за конечное время (время релаксации), которое зависит от природы тел, их взаимодействий, а также и от характера исходного неравновесного состояния. Если система находится в состоянии равновесия, то в равновесии находятся и отдельные её макроскопические части. При неизменных внешних условиях такое состояние не меняется со временем. Следует подчеркнуть, что неизменность во времени не является достаточным признаком равновесности состояния. Например, помещенный в термостат участок электрической цепи, по которому течёт постоянный ток, находится в неизменном (стационарном) состоянии практически неограниченное время. Однако это состояние неравновесно: протекание тока сопровождается необратимым превращением энергии электрического тока в теплоту, отводимую в термостат, в системе имеется градиент температуры. В стационарном неравновесном состоянии могут находиться и все так называемые открытые системы.

Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров. Прежде всего, это температура, равенство значений которой для всех частей системы является необходимым условием термодинамического равновесия. (Существование температуры - параметра, единого для всех частей системы, находящейся в равновесии, часто называется нулевым началом термодинамики) Состояние однородных жидкости или газа полностью фиксируется заданием любых двух из трёх величин: температуры Т, объёма V и давления р. Связь между р, V и Т характерна для каждой данной жидкости (газа) и называется уравнением состояния (например, Клапейрона уравнение для идеального газа или Ван-дер-Ваальса уравнение). В более сложных случаях для полной характеристики равновесного состояния могут понадобиться и др. параметры (например, концентрации отдельных составляющих смеси газов, напряжённость электрического поля, магнитная индукция).

Обратимые (квазистатические) и необратимые процессы. В процессе перехода из одного равновесного состояния в другое, который может происходить под влиянием различных внешних воздействий, система проходит через непрерывный ряд состояний, не являющихся, вообще говоря, равновесными. Для реализации процесса, приближающегося по своим свойствам к равновесному, необходимо, чтобы он протекал достаточно медленно. Но сама по себе медленность процесса ещё не является достаточным признаком его равновесности. Так, процесс разрядки компенсатора через большое сопротивление или дросселирование, при котором газ перетекает из одного сосуда в другой через пористую перегородку под влиянием перепада давлений, могут быть сколь угодно медленными и при этом существенно неравновесными процессами. Равновесный процесс, представляя собой непрерывную цепь равновесных состояний, является обратимым - его можно совершить в обратном направлении, и при этом в окружающей среде не останется никаких изменений. Термодинамика даёт полное количественное описание обратимых процессов, а для необратимых процессов устанавливает лишь определённые неравенства и указывает направление их протекания.

Первое начало термодинамики. Существуют два принципиально различающихся способа изменения состояния системы: первый связан с работой системы по перемещению на макроскопические расстояния окружающих тел (или работой этих тел над системой); второй - с сообщением системе теплоты (или с отводом теплоты) при неизменном расположении окружающих тел. В общем случае переход системы из одного состояния в другое связан с сообщением системе некоторого количества теплоты DQ и совершением системой работы DА над внешними телами. Как показывает опыт, при заданных начальном и конечном состояниях DQ и DА существенно зависят от пути перехода. Другими словами, эти величины являются характеристиками не отдельного состояния системы, а совершаемого ею процесса. Первое начало термодинамики утверждает, что если система совершает термодинамический цикл (то есть возвращается в конечном счёте в исходное состояние), то полное количество теплоты, сообщенное системе на протяжении цикла, равно совершенной ею работе.