Министерство образований Российской Федерации

Томский межвузовский центр

дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники

(ТУСУР)

ОТЧЕТ

По контрольной работе № - 1

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Студент ТМЦДО гр.: з-836-а

специальность: 80505

Лариса Васильевна Книженцева

31 октября 2009 год.

Риддер

2009г.

1. Что понимается под понятием «закон природы»? Чем отличается закон природы от закона, установленного государством? Как формировалась система доказательств в науке и обществе? Определите понятия «научная революция» и приведите примеры.

Закон природы - для человека нового времени самый значительный и (в области неорганического) самый непреложный закон, понятие которого установилось окончательно только в 17 - 18 вв. как результат прогресса точных наук; иногда под законом природы понимается математическое выражение какого-либо природного явления, которое совершается при известных обстоятельствах всегда и всюду с одинаковой необходимостью.

Естественные законы, сопряжены с разумом, то гражданские -  опираются на силу. Однако по своему содержанию они одинаковы. Всякие произвольные выдумки законодателей не могут быть гражданскими законами, ибо последние суть те же естественные законы, но только подкрепленные авторитетом и мощью государства. Их нельзя ни отменять, ни изменять простым  волеизъявлением государства.

2. Сформулируйте основные законы классической механики материальной точки. Как моделируется система, состоящая из двух и более материальных точек? Приведите примеры задач, в которых можно считать Землю материальной точкой и примеры в которых нельзя.

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА – модельное понятие (абстракция) классической механики, обозначающее тело исчезающие малых размеров, но обладающее некоторой массой.

С одной стороны, материальная точка – простейший объект механики, так как его положение в пространстве определяется всего тремя числами. Например, тремя декартовыми координатами той точки пространства, в которой находится наша материальная точка. С другой стороны, материальная точка – основной опорный объект механики, так как именно для нее сформулированы основные законы механики. Все другие объекты механики – материальные тела и среды – могут быть представлены в виде той или иной совокупности материальных точек. Например, любое тело можно «разрезать» на малые части и каждую из них принять в качестве материальной точки с соответствующей массой. Когда можно «заменить» реальное тело материальной точкой при постановке задачи о движении тела, зависит от тех вопросов, на которые должно ответить решение формулируемой задачи.

Возможны различные подходы к вопросу об использовании модели материальной точки. Один из них носит эмпирический характер. Считают, что модель материальной точки применима тогда, когда размеры движущихся тел пренебрежимо малы по сравнению с величиной относительных перемещений этих тел. В качестве иллюстрации можно привести Солнечную систему. Если считать, что Солнце – неподвижная материальная точка и считать оно действует на другую материальную точку-планету по закону всемирного тяготения, то задача о движении точки-планеты имеет известное решение. Среди возможных траекторий движения точки есть и такие, на которых выполняются законы Кеплера, эмпирически установленные для планет солнечной системы. Таким образом, при описании орбитальных движений планет модель материальной точки вполне удовлетворительна. (Однако построение математической модели таких явлений как солнечные и лунные затмения требует учета реальных размеров Солнца, Земли и Луны, хотя эти явления, очевидно, связаны с орбитальными движениями.)

Отношение диаметра Солнца к диаметру орбиты ближайшей планеты – Меркурию – составляет величину ~ 1·10^–2, а отношения диаметров ближних к Солнцу планет к диаметрам их орбит – величины ~ 1 ÷ 2·10^–4. Могут ли эти числа служить формальным критерием для пренебрежения размерами тела в других задачах и, следовательно, для приемлемости модели материальной точки? Практика показывает, что нет.

Например, маленькая пуля размером l = 1 ÷ 2 см пролетает расстояние L = 1 ÷ 2 км, т.е. отношение , однако траектория полета (да и дальность) существенно зависит не только от массы пули, но и от ее формы, и от того, вращается ли она. Поэтому даже маленькую пулю, строго говоря, нельзя считать материальной точкой. Если в задачах внешней баллистики метаемое тело часто считают материальной точкой, то это сопровождается оговорками ряда дополнительных условий, как правило, эмпирически учитывающих реальные характеристики тела. Если обратиться к космонавтике, то когда космический аппарат (КА) выведен на рабочую орбиту, при дальнейших расчетах траектории его полета он считается материальной точкой, так как никакие изменения формы КА не оказывают сколько-нибудь заметного влияния на траекторию. Лишь иногда, при коррекциях траектории возникает необходимость обеспечения точной ориентации реактивных двигателей в пространстве. Когда же спускаемый отсек приблизится к поверхности Земли на расстояние ~100 км, он сразу «превращается» в тело, поскольку от того, каким «боком» он входит в плотные слои атмосферы, зависит, доставит ли отсек в нужную точку Земли космонавтов и возвращаемые материалы. Модель материальной точки оказалась практически неприемлемой для описания движений таких физических объектов микромира, как элементарные частицы, атомные ядра, электрон и т.п.

Другой подход к вопросу об использовании модели материальной точки носит рациональный характер. По закону изменения количества движения системы, примененному к отдельному телу, центр масс С тела имеет такое же ускорение, как и некоторая (назовем ее эквивалентной) материальная точка, на которую действуют те же силы, что и на тело, т.е.

Вообще говоря, результирующая сила может быть представлена в виде суммы , где зависит только от и (радиус-вектор и скорость точки С), а – и от угловой скорости тела и его ориентации.

Если F₂ = 0, то приведенное выше соотношение превращается в уравнение движения эквивалентной материальной точки.

В этом случае говорят, что движение центра масс тела не зависит от вращательного движения тела. Таким образом, возможность использования модели материальной точки получает математическое строгое (а не только эмпирическое) обоснование. Естественно, что на практике условие F₂ = 0 выполняется редко и обычно F₂ № 0, однако может оказаться, что F₂ в каком-то смысле мало по сравнению с F₁. Тогда можно говорить, что модель эквивалентной материальной точки является некоторым приближением при описании движения тела. Оценка точности такого приближения может быть получена математически и если эта оценка окажется приемлемой для «потребителя», то замена тела на эквивалентную материальную точку допустима, в противном случае такая замена приведет к значительным ошибкам.

Это может иметь место и тогда, когда тело движется поступательно и с точки зрения кинематики его можно «заменить» на некоторую эквивалентную точку.

3. В каких единицах измеряются энергия, работа и мощность? Как эти величины связаны между собой и что они характеризуют? Что такое механический эквивалент теплоты?

Единица измерения энергии и работы в международной системе (СИ) - Джоуль.   В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, или в Джоулях в секунду.

Физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения и косинус угла между ними, называется механической работой: А = Fs cos а. Работа — величина скалярная. Единица работы — джоуль (Дж). Дж — это работа, совершаемая силой в 1 Н при перемещении на 1 м.

В зависимости от направлений векторов силы и перемещения механическая работа может быть положительной, отрицательной или равной нулю. Например, если векторы F и s сонаправлены, то cos 0° = 1 и А > 0 . Если векторы F и s направлены в противоположные стороны, то cos 180° = -1 и А < 0. Если же F и s перпендикулярны, то cos 90° = 0 и А = 0.

Энергией называется физическая величина, измеряемая работой, которую может совершить тело или система тел. Энергия, как и работа, измеряется в джоулях.   К механической энергии относятся: потенциальная энергия тяготения , потенциальная энергия деформированных тел  кинетическая энергия движущихся тел 

Переход механической энергии из одного вида в другой подчиняется закону сохранения механической энергии: в изолированной системе тел, между которыми действуют лишь силы тяготения и упругости, механическая энергия остается неизменной. Поэтому механическая энергия тела в процессе его движения не меняется. По мере падения тела его потенциальная энергия будет уменьшаться, но зато будет возрастать кинетическая энергия.

Механический эквивалент теплоты, количество работы, эквивалентное единице количества переданной в процессе теплообмена теплоты (калории или килокалории). Понятие механический эквивалент теплоты возникло в связи с тем, что исторически механическую работу и количество теплоты измеряли в разных единицах. С установлением эквивалентности механической работы и теплоты были осуществлены тщательные измерения механического эквивалента теплоты. Результаты измерений показали, что 1 ккал = 426,9 кгс×м. В Международной системе единиц (СИ) нет необходимости пользоваться понятием механический эквивалент теплоты, в этой системе принята одна единица для измерения как работы, так и количества переданной теплоты — джоуль. 1 дж = 0,239 кал = 0,102 кгс×м.

4. Как определяют расстояния до звезд? Что такое "параллакс" и "звездная величина"?

Для измерения расстояний внутри Солнечной системы используется астрономическая единица, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1 астрономическая единица (а. е.) = 149 600 000 000 м. Но все звезды так далеки от нас, что расстояние до каждой из них, кроме Солнца, во много раз превышает расстояние от Земли до любой из планет Солнечной системы. Чтобы избежать использования громоздких чисел, потребовалось ввести новые единицы измерения. Для измерения расстояний до ближайших звезд астрономы ввели единицу длины, называемую парсеком. Она напрямую связана с эффектом параллакса - кажущимся смещением объекта по отношению к более далеким объектам при движении наблюдателя. Основной трудностью при таком способе измерений являются громадные расстояния до звезд и крайне малые величины углов их параллактических смещений. Один парсек - это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 а. е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом 1". Иначе говоря, один парсек равен расстоянию до объекта, годичный параллакс которого (годовое смещение на небе, обязанное движению Земли вокруг Солнца) составляет 1" (одну дуговую секунду). (Слово парсек образовано из слов параллакс и секунда.) 1 парсек (пс) = 31 * 1015 м (31 o КР означает 31 с 15 нулями).

В качестве единицы длины в астрономии применяется также световой год. Это расстояние, которое свет проходит за один год, распространяясь со скоростью 300000 км/с.

1 световой год = 0,3066 пс = 63 240 а. е. = = 9,5 o 10*5 м. Для измерения еще больших расстояний применяются единицы:

1 килопарсек (кпс) - 1000 пс;

1 мегапарсек (Мпс) = 1 000 000 пс.

Астрономы измеряют расстояния почти исключительно в парсеках, килопарсеках и мегапарсеках. Световой год используется редко. Если расстояние до звезд составляет сотни и более парсек, их параллактическое смещение становится незаметным. Метод параллакса не выводит нас даже за пределы собственной Галактики. Тогда для определения расстояний до звезд используют другие, косвенные методы. Один из таких методов состоит в сопоставлении видимого блеска звезд. Некоторые звезды кажутся нам более яркими, другие - более слабыми. Однако это еще не говорит об истинной мощности излучения звезд, поскольку все они находятся на разных расстояниях. Истинной характеристикой звезды служит ее абсолютный блеск (или светимость), то есть количество световой энергии, ежесекундно выделяемое звездой. Чаще всего светимость выражают в единицах светимости Солнца. Эта величина равна 3,8 o 1026 Вт. Таким образом, если известно, что абсолютный блеск (или светимость) двух звезд одинаков, то можно заключить, что звезда, которая кажется во много раз более слабой, чем другая, находится значительно дальше. Трудность состоит в том, что абсолютный блеск (светимость) звезд различен. Однако благодаря многолетним исследованиям астрономы научились распознавать звезды с одинаковой светимостью независимо от расстояния до них.

Другой косвенный метод определения расстояния до звезд требует анализа звездных спектров. По спектрам звезд изучаются их состав и строение, физические процессы, протекающие в них, определяются расстояния до звезд и исследуется их движение в пространстве.

Кроме этих двух косвенных методов определения расстояний до звезд, существует еще один - по переменным звездам типа 8 Цефея. Причем этот метод пригоден как для отдельных звезд, так и для звездных скоплений и даже галактик. Цефеиды - это пульсирующие переменные звезды, блеск которых регулярно меняется. Название происходит от звезды дельта (6) Цефея - одной из наиболее типичных для данного класса.

Правда, случается, что цефеиды прийти на помощь астрономам не могут по той простой причине, что в исследуемом районе их попросту нет. Тогда при измерении расстояния до далекой галактики астрономы опираются на допущение, что блеск самой яркой звезды этой галактики (голубого гиганта) совпадает с блеском самого яркого голубого гиганта нашей Галактики. Если же дело доходит до измерения расстояний до столь отдаленных галактик, в которых отдельные звезды неразличимы, то тогда делается допущение, что светимость самой яркой галактики в скоплении галактик равна светимости самой яркой галактики в более близком к нам скоплении галактик, расстояние до которого известно.

Параллакс (параллактическое смещение) в астрономии, видимое перемещение светил на небесной сфере, обусловленное перемещением наблюдателя в пространстве вследствие вращения Земли (суточный Параллакс), обращения Земли вокруг Солнца (годичный Параллакс) и движения Солнечной системы в Галактике (вековой Параллакс). Точно измеренные Параллакс небесных светил и групп светил позволяют определять расстояния до них.

Звездная величина – мера блеска небесного светила, изменение ее на 1 соответствует изменению блеска в 2,5 раза.