Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЕ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

ОТЧЕТ

По контрольной работе №1

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Вариант

студента хххххххххххххххххххх

из г.ххххххххххххх

2008

1. Чем отличается естественнонаучный подход от философского? Какова дисциплинарная структура естествознания, как она сложилась и как менялась? Каковы критерии истинности знания? Что такое "научная картина мира"? Приведите примеры

Предмет естествознания - различные формы движения материи в природе: их материальные носители (субстраты), образующие лестницу последовательных уровней структурной организации материи, их взаимосвязи, внутренняя структура и генезис; основные формы всякого бытия - пространство и время; закономерная связь явлений природы, как общего характера, так и специфического характера. К числу естественных наук относятся физика, химия, биология, геология.

Цели естествознания: находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления, раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил и веществ природы.

Философия всегда в той или иной степени выполняла по отношению к науке функции методологии познания и мировоззренческой интерпретации ее результатов. Философию объединяет с наукой также и стремление к теоретической форме построения знания, к логической доказательности своих выводов. Научно-философское мировоззрение выполняет познавательных функций, родственных функциям науки. Наряду с такими важными функциями как обобщение, интеграция, синтез всевозможных знаний, открытие наиболее общих закономерностей, связей, взаимодействий основных подсистем бытия, о которых уже шла речь, теоретическая масштабность, логичность философского разума позволяют ему осуществлять также функции прогноза, формирования гипотез об общих принципах, тенденциях развития, а также первичных гипотез о природе конкретных явлений, еще не проработанных специально-научными методами.

Анализ оснований естественнонаучных теорий требует рассмотрения теории как логической системы, состоящей из исходных терминов и предложений теории, связанных логическими законами и правилами, здравым смыслом. Каждая из естественных наук имеет различного рода проблемы: собственные, логические, методологические, философские и другие. Философская проблема естественнонаучной теории - это проблема, решение которой возможно только при обращении к философским основаниям. Примером может служить проблема диалектических закономерностей отображения теориями действительности, проблема анализа содержания и формы теории и другие.

Иллюстрацией может послужить пример из математики. В данной науке существует немало логических проблем, т.е. проблем, решение которых опирается на логику. Например, задача вывести из аксиомы теорему является логической проблемой.

Какая из логик может быть логическим основанием данной математической теории? Каковы методы апробирования пригодности той или иной логики? В данных вопросах формулируются многие методологические проблемы математики. При этом возникают вопросы: почему мы утверждаем пригодность той или иной логики? Почему пользуемся данным критерием обоснования теории? Это вопросы философских проблем математики. Решение этих вопросов опирается не только на логическое, но и на философско-методологическое основание математической теории. Выбор философско-методологического основания определяется практической и теоретической значимостью выбираемой философской системы в целом. Если решить задачу, опираясь только на логический метод, невозможно, то следует обратиться к фундаментальному основанию теории, а именно, к философско-методологическому.

Таким основанием является диалектико-материалистический принцип соотношения объективной действительности познания. Согласно этому принципу теория должна быть адекватным отражением объективной действительности. Теория должна состоять только из истинных предположений. Противоречия должны быть запрещены. Поэтому методологический принцип непротиворечивости имеет в качестве своего основания философский принцип. Требование непротиворечивости, в свою очередь, определяет выбор той или иной логики в качестве логического основания теории. Значит, философское основание теории определяет ее логическое основание.

Естественные науки в наибольшей мере участвуют в разработке научной картины мира, определяющей содержание миропонимания в структуре мировоззрения. Эта картина представляет собой совокупность важнейших достижений науки, принципов, законов и следствий. Она включает в себя наиболее фундаментальные знания о мире, проверенные и подтвержденные практикой. Научная картина мира - целостная концептуальная система, дающая интегральное представление о природе и обществе.

Методологические различия в естественнонаучной и философской постановке вопросов рассмотрим на примере понятия материи. Это основное понятие в теории физики, все мировоззрение которой связано с раскрытием всеобщих свойств, законов, структурных отношений, движения и развития материи во всех формах ее существования (природных и социальных). Изо всех свойств материальных объектов можно выделить: всеобщие (универсальные), индивидуальные (присущи лишь отдельным телам). Первые называют еще атрибутами, которые присущи большим классам объектов.

Философия изучает (в основном) группу всеобщих свойств и законов, а частные науки - общие, особенные и индивидуальные свойства. Частные науки используют информацию об универсальных свойствах и законах. Познание всеобщих свойств и законов материи постоянно расширяется и составляет важнейшую задачу философии. Данная задача подразумевает интеграцию достижений современной науки и обуславливает дальнейшее развитие философии.

Естественно-научную картину мира нельзя понять, не проследив ее истории и путей ее формирования. Систематические историко-научные исследования начались только в XIX в. Одной из первых в рамках истории науки решалась задача хронологической систематизации успехов различных отраслей науки. К настоящему времени созданы обширные исторические обзоры достижений практически во всех областях знания, в первую очередь различных отраслей естествознания.

Несколько позже сформировалась другая группа историко-научных задач, которая фокусировала внимание на описании механизма развития научных идей и проблем, следуя высказыванию А. Эйнштейна, что история науки - это не драма людей, а драма идей. При этом реконструировались основные традиции, темы и проблемы, характерные для той или иной дисциплины, и демонстрировалось постоянное обновление научных идей. В дальнейшем усилилось внимание к <человеческому элементу> научной деятельности и основной задачей стало воссоздание социокультурного и мировоззренческого контекстов творчества ученых, анализ традиций научных сообществ различных эпох и регионов, реконструкция внешнего окружения, которое способствует или тормозит развитие научных идей,теорий, подходов.

В соответствии с представленными подходами поиск ответа на вопрос <как это было?> осуществляется несколькими путями:

О составление хронологической шкалы достижений в различных научных дисциплинах с демонстрацией неуклонного роста знаний, начиная с древности и до наших дней;

О реконструкция хода мысли, особенностей рассуждений и доказательств ученых прошлых времен, полемика с идеями предшественников и современников;

О определение социального и культурного контекстов, в которых происходили те или иные события в развитии познания, а также внешних условий и факторов, под влиянием которых формировалось мировоззрение ученого, его судьба в социокультурной обстановке его времени.

В настоящее время обсуждаются две традиции изучения истории науки: презентизм - стремление рассказать о прошлом языком современности и антикваризм - желание восстановить картины прошлого в их внутренней целостности, без отсылок к современности. Обе традиции имеют свои положительные и отрицательные стороны; обращения и к той, и к другой вызывают определенные проблемы.

Противоречия, возникающие с интерпретацией исторических событий, можно показать на примере анализа сущности деятельности X. Колумба [34]. Так, известно, что Колумб первый пересек Атлантический океан в субтропической и тропической полосе северного полушария и первый из европейцев плавал в американском Средиземном (Карибском) море. В период с 1492 по 1504 г. он успел совершить четыре путешествия. Колумб искал морской путь в Западную Индию, и, как ему самому казалось, он нашел этот путь.

Собственно название <Америка> впервые появилось в 1507 г. в книге М. Вальдземюллера. По его мнению, открытие нового материка принадлежало А. Веспуччи, который этот материк впервые подробно описал. При этом для Вальдземюллера, как и для других географов начала XVI в., Колумб и Веспуччи открывали новые земли в различных частях света: Веспуччи открыл и исследовал новые земли Америки, а Колумб - неизвестные земли Азии.

Укоренившееся в нашем сознании суждение о том, что Колумб открыл Америку, можно считать презентистским, поскольку верно относительно современных представлений о карте Земли. Антикваристская точка зрения заключается в том, что Колумб открыл <Западную Индию>; это суждение неверно относительно современного уровня знаний, однако оно адекватно описывает реальность исторического прошлого.

Таким образом, если мы анализируем сам путь Колумба, который некоторым образом перемещался в пространстве, то следует нанести на современную карту его маршрут и точно узнать, где он побывал. Но если мы интересуемся социально-культурным контекстом открытий Колумба как реального исторического лица, ставящего перед собой определенные цели, совершающего конкретные поступки и осмысливающего полученные результаты, то целесообразно обратиться к антикваристской реконструкции и, следовательно, отказаться от изображения маршрута XV в. на современной карте.

Другим примером не простого соотнесения презентизма и антикваризма в реконструкции исторического прошлого может быть анализ представлений алхимиков XIII-XV вв. Так, не совсем понятно, можно ли утверждать, что исследователи того времени считали высказывание <поваренная соль растворима в воде> имеющим смысл. Известно, что в то время пищу подсаливали, однако, согласно взглядам, распространенным в XV в., поваренная соль не NaCl и вода - не соединение Н20, а особое жидкое состояние вещества. Поэтому растворить вещество означало превратить его в воду.

Еще один пример привел Т. Кун. Он показал, что невозможно просто перевести термин <флогистированный воздух> как <кислород>, а <дефлогистированный воздух> - как атмосферу, из которой кислород удален. Слово <флогистон> не имеет уловимого для нас сегодня предметного отнесения к реальности, потому что за ним стоит вера в существование особой субстанции; эту веру современный исследователь не только не разделяет, но и не может в себе воссоздать.

Таким образом, изучая историю науки, нельзя вступить в прямой контакт с прошлым. Носители современной культуры сталкиваются с необходимостью описать действия исследователей прошлого, которые были осуществлены в рамках иной культуры, т.е. возникает проблема понимания прошлого. По аналогии с принципом неопределенности В. Гейзенберга, сформулированным для квантово-механических систем, в и-торико-научном исследовании был сформулирован принцип, в соответствии с которым можно преодолеть противоречия в интерпретации истории науки, возникающие в рамках презентизма и антикваризма, если принять, что в этих ситуациях действует принцип дополнительности, позволяющий уточнить процедуру историко-научного анализа. При этом необходимо описать традиции, в рамках которых действовал интересующий нас исследователь, а также зафиксировать содержание действия. Тогда можно сказать, что презентизм понимает прошлое, а антикваризм объясняет его. Историко-научная реконструкция предполагает и то, и другое.

Еще одной проблемой, рассматриваемой в связи с развитием научного знания, является его унаследованностъ. В современной науке живут идеи, выдвинутые Аристотелем, Пифагором, Платоном, И. Кеплером и многими другими учеными прошлого. Эти идеи переосмысляются, меняются, но сохраняют свое интеллектуальное значение. Более того, чем глубже идея, тем более она обогащается со временем все новыми значениями, новыми смыслами. Великие идеи прошлого как бы перерастают то, чем они были в эпоху своего создания. Развитие научных знаний выводит научные открытия и результаты за рамки узких предметных интерпретаций. Например, современники не могли до конца оценить величие идей И. Ньютона. Идеи Ч. Дарвина широко обсуждались уже при жизни автора, но он не мог подозревать, что схема <естественного отбора> станет общей схемой мышления, выйдет далеко за рамки биологии и будет присутствовать в трудах по кибернетике и теории познания.

Таким образом, развитие знаний - это исторический процесс, когда существующие системы знаний постоянно перекраиваются, перестраиваются, одни разделы исключаются, а вписываются другие, часто заимствованные из далеких отраслей знания. Более того, перед взором каждого исследователя стоят образцы действия ученых прошлого и настоящего, т.е. в своем историческом развитии наука опирается на прошлые достижения, иногда меняя их содержание почти до неузнаваемости.

Еще одной характерной чертой развития естествознания является сложное сочетание процессов дифференциации и интеграции научного знания. С одной стороны, накопление большого фактического и теоретического материала обусловило появление все большего количества самостоятельных естественно-научных дисциплин (дифференциация научного знания) со своими специфическими задачами и методами исследования.

В результате процесса дифференциации уточняются научные понятия, устанавливаются новые естественно-научные принципы, законы и закономерности, происходит детализация научных проблем. Чем глубже проникает естествознание в суть деталей, тем лучше оно вскрывает природные связи.

С другой стороны, объект естествознания един, поэтому между отдельными естественно-научными дисциплинами постоянно возникали и возникают многочисленные междисциплинарные связи (интеграция научного знания). Например, невозможно представить современную.геологию, биологию или географию, не использующую физические и химические методы исследования вещества. Взаимодействие разных наук привело к возникновению таких смежных дисциплин, как биофизика, геохимия ландшафта, физическая химия и др. Интеграция научного знания проявляется в большом количестве процессов внутри науки -в организации междисциплинарных исследований, в разработке и использовании универсальных методов, концепций и т.д. Благодаря процессу интеграции наука вскрывает общие связи и, следовательно, лучше уясняет суть деталей.

Анализ исторических путей развития естествознания должен опираться на представления о том, как происходило это развитие. В настоящее время получили распространение три основные модели исторических реконструкций науки вообще и естествознания в частности [34]: 1) как кумулятивного, поступательного, прогрессивного процесса; 2) как процесса развития посредством научных революций; 3) как совокупности индивидуальных, частных ситуаций (так называемых <кейс стадис>). Возникнув в разное время, эти три модели сосуществуют в современном анализе истории науки.

Этапы изменения характера науки:

Современное естествознание состоит из большого количества дисциплин, причем некоторые естественно-научные дисциплины появились в античности или даже еще раньше (например, астрономия и география), другие возникли в Новое время (классическая механика), а третьи - уже в XIX в. (статистическая физика, электродинамика, физическая химия); наконец, часть дисциплин сформировалась совсем недавно (кибернетика, молекулярная генетика и т.д.). В современной литературе ведется спор о времени возникновения науки [34]. Вероятно, было бы полезно говорить не о том или ином рубеже, на котором возникла <настоящая> наука, а об этапах изменения функций науки в структуре общественной культуры. Можно говорить о пяти основных этапах изменения характера науки.

На первом этапе наука была связана с опытом практической и познавательной деятельности. Возникновение науки, вероятно, следует отнести к каменному веку, т.е. к той эпохе, когда человек в процессе непосредственной жизнедеятельности начинает накапливать и передавать другим знания о мире, и в первую очередь это касается естествознания. Так, один из основателей науковедения, английский физик XX в. Дж. Бер-нал, опираясь на тезис о том, что естествознание имеет дело с действенными манипуляциями и преобразованиями материи, полагает, что главный поток науки вытекает из практических технических приемов первобытного человека, следовательно, современная сложная цивилизация, основанная на механизации и науке, развилась из ремесел и обычаев наших предков [3]. Кульминационным пунктом этого этапа стала наука Древнего Египта и Вавилона.

Второй этап начался примерно в V в. до н.э. в Древней Греции; в это время мифологическое мышление сменяют первые программы исследования природы и не только появляются образцы исследовательской деятельности, но и осознаются некоторые фундаментальные принципы познания природы. Науку стали понимать как сознательное, целенаправленное исследование природы, осмысливались сами способы обоснования полученного знания, а также принципы познавательной деятельности. Известно, что только в Древней Греции начали доказывать теоремы; Аристотель проанализировал процесс доказательства и создал теорию доказательств - логику. В античное время возникают первые законченные системы теоретического знания (геометрия Евклида), происходит становление натурфилософии, формируются учение о первоначалах, атомистика, развиваются математика и механика, астрономия; в то же время появились описания окружающего мира, систематизирующие природные явления (географические работы Страбона).

Третий этап, ознаменованный развитием схоластики (занятой обсуждением вопроса отношения знания к вере и от-

ношения общего к единичному), длился до второй половины XV в. В это время большое значение придавалось вненаучным видам знания (астрология, алхимия, магия, кабалистика и т.п.). Развивались математика, астрономия и медицина, а центр естественно-научных исследований в начале этого этапа переместился в Азию. Поворот в естествознании в Западной Европе в XII-XIV вв. связан с переосмыслением роли опытного знания. Наука в этом понимании формируется в первую очередь в Англии и связана с работами естествоиспытателей, математиков и одновременно деятелей церкви - епископа Р. Грос-сетеста, монаха Р. Бэкона, теолога Т. Брадвардина и др. Эти ученые полагают, что следует опираться на опыт, наблюдение и эксперимент, а не на авторитет предания или философской традиции (безусловно, это и сейчас считается важнейшей чертой научного мышления), шире применять математические методы в естествознании; так, по мнению Бэкона, математика является вратами и ключом к прочим наукам.

Четвертый этап- вторая половина XV-XVIII в. -отмечен возникновением науки в том смысле, что наука - не что иное, как естествознание, умеющее строить математические модели изучаемых явлений, сравнивать их с опытным материалом, проводить рассуждения посредством мысленного эксперимента. Начало этого этапа отмечено созданием гелиоцентрической системы (Н. Коперник) и учением о множественности миров и бесконечности Вселенной (Дж. Бруно). В XVII в. происходит признание социального статуса науки, рождение ее как особого социального института. Это выразилось, в частности, в том, что во второй половине XVII в. возникают Лондонское Королевское общество и Парижская академия наук. В это время появляются работы И. Кеплера, X. Гюйгенса, Г. Галилея, И. Ньютона. С их именами связано рождение основ современной физики и необходимого для нее математического аппарата, формулирование основных идей классической механики (три основных закона движения, закон всемирного тяготения и т.п.), экспериментального естествознания. Кроме того, это эпоха Великих географических открытий (В. да Гама, Ф. Магеллан и др.).

Пятый этап относят к первой половине XIX в., начало которого характеризуется совмещением исследовательской деятельности и высшего образования. Первыми реформаторами стали ученые Германии, прежде всего Берлинского университета. Суть реформ состояла в оформлении науки в особую профессию. Во главе реформ стоял известный исследователь того времени В. Гумбольдт. Наиболее полно идеи реформирования высшего образования в данном направлении были реализованы в лаборатории известного химика Ю. Либиха, который привлекал студентов к исследованиям, имеющим прикладное значение. С середины XIX в. проводятся исследования с целью разработки технологий производства удобрений, ядохимикатов, взрывчатых веществ, электротехнических товаров, затребованных мировым рынком. Процесс превращения науки в профессию завершает ее становление как современной науки. Научная деятельность становится важной, устойчивой социокультурной традицией, закрепленной множеством осознанных норм, а государство берет на себя некоторые обязательства по поддержанию этой профессии. Данный этап можно назвать этапом эволюционных идей в естествознании. В это время появляются космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, теория катастроф, теория геологического и биологического эволюционизма, формулировка Периодической системы химических элементов, начала клеточной теории, закон сохранения и превращения энергии.

В конце XIX - начале XX в. разрабатывается классическая электродинамика, обнаруживается и изучается явление радиоактивности, открыты электрон и атомное ядро, формулируются квантовая гипотеза и квантовая теория атома, а также специальная теория относительности, а в первой половине XX в. - общая теория относительности. Важными событиями развития естествознания XX в. являются создание модели расширяющейся Вселенной, квантовой механики, кибернетики, открытие расщепления ядра урана и структуры генетического кода и т.д.

Научная картина мира – это некоторая предельно обобщенная схема-модель предметной области, которую изучает наука. Это основные ее системно- структурные характеристики. Она вводит представления. Например, когда была механика, была механическая картина мира, которая такое видение природы задавала, что мир состоит из неделимых корпускул – это взгляд на субстанцию. Из этих корпускул состоят три типа вещества, это жидкие, твердые и газообразные тела, три типа тел. Взаимодействие корпускул происходит за счет мгновенной передачи сил по прямой – принцип дальнодействия. Подчиняется это взаимодействие лапласовской причинности, и все это разыгрывается в абсолютном пространстве и абсолютном времени, которое является ареной протекания физических процессов, но сами физические процессы на пространство и время не влияют. Вот такая картина. Эта картина мира, как простой машины. И вообще тогда любимым был образ мира как часов, которые Бог однажды завел, а дальше они двигаются по законам механики. Это была картина мира, часть парадигмы.

Потом, после возникновения максвелловской электродинамики, произошло изменение картины мира. Открытие Максвеллом теории электромагнитного поля сменило эту механическую картину на электродинамическую картину мира, произошла ломка. От принципа дальнодействия отказались, ввели принцип близкодействия – силы передаются от точки к точке не по прямой, а вихрями. И ввели субстанции эфира как носителя разных типов сил – и гравитационных, и электромагнитных. Ввели представление о том, что есть кроме неделимых корпускул еще заряженные корпускулы, или атомы электричества, как их называли тогда. Но от абсолютного пространства-времени не отказались.

А потом еще одна ломка – это уже квантовая механика и теория относительности. Вернее, наоборот, сначала теория относительности, потом квантовая механика. Там сломали представление об абсолютном пространстве-времени, ввели представление о пространственно-временном континууме, расщепление которого дает относительные, меняющиеся пространственно-временные интервалы. Потом произошел отказ от лапласовской причинности, возникла идея двух типов причинности – жесткого и вероятностного детерминизма в квантовой механике. Ввели новое представление о строении вещества, корпускулярно-волновом дуализме – в общем, это уже современная физика.

Каждая из этих смен картин мира четко обозначаются как научная революция. Итак, первый компонент парадигмы – это научная картина мира, видение объекта, предмета исследования. А еще есть метод исследования, то есть тип деятельности, посредством которой осваивают объект. Тип деятельности представлен в виде системы идеалов и норм науки. Идеалы и нормы науки – это очень интересная вещь. Это представление о том, каковы идеалы и нормативы, объяснение описания, обоснование доказательности, построение знаний. Все это тоже исторически меняется. Это очень интересно, там обязательно есть пласт исторических изменений. Они имеют очень слоистую структуру. Там в идеалах и нормах есть слой, который дает общенаучный тип рациональности, то, что отличает науку от ненаучных знаний – но он никогда не бывает в чистом виде. Он всегда связан с некоторым историческим пониманием этих идеалов и норм науки.

И дальше есть еще слой, который адаптирует эти идеалы и нормы к специфике предмета каждой науки. Например, физика долгое время была не эволюционной наукой, а биология была эволюционной. В биологии этот тип эволюционного объяснения был, а в физике – его не было. Но современная физика тоже начинает его использовать – это уже новое состояние. Вот что интересно – исторически это все меняется. Я люблю студентам приводить такой пример: у Мишеля Фуко в его книге "Слова и вещи" есть упоминание одного ученого. Был такой натуралист эпохи Возрождения Альдрованди. А в это время еще не изменились нормы средневекового объяснения описания, нормы, господствующие в средневековой науке. И вот однажды Бюффон, известный натуралист нового времени, читал книгу Альдрованди, которая называлась "Все о змеях", тогда любили писать такие фолианты, где помещалось все, что можно рассказать о змее. И Бюффон возмущался, что наряду с тем, что явно идет по ведомству биологии, – виды змей, размножение змей, змеиные яды, лекарства на основе змеиных ядов, – там еще, как он говорит, "какая-то чепуха". Там были сказания о змеях, драконах, тайные знаки, геральдика змеи, астрология змеи, влияние созвездия Змееносца, Дракона на судьбы людей. Но это совсем, как говорится, из другой оперы.

2. Что такое "орбита планеты"? Каковы орбиты тел Солнечной системы? Могут ли планеты столкнуться при своем движении вокруг Солнца? На каком среднем расстоянии от Солнца находится планета Меркурий, если ее период обращения равен 0,24 земного года?

Орбиты небесных тел, траектории, по которым движутся небесные тела в космическом пространстве. Формы и скорости, с которыми по ним движутся небесные тела, определяются силой тяготения, а также силой светового давления, электромагнитными силами, сопротивлением среды, в которой происходит движение, приливными силами, реактивными силами (в случае движения ядра кометы) и многое др. В движении планет, комет и спутников планет, а также в движении Солнца и звёзд в Галактике решающее значение имеет сила всемирного тяготения. На активных участках орбит искусственных космических объектов наряду с силами тяготения определяющее значение имеет реактивная сила двигательной установки. Ориентация орбиты в пространстве, её размеры и форма, а также положение небесного тела на орбите определяются величинами (параметрами), называемыми элементами орбиты. Элементы орбит планет, комет и спутников определяются по результатам астрономических наблюдений в три этапа: 1) вычисляются элементы т. н. предварительной орбиты без учёта возмущений (см. Возмущения небесных тел), т. е. решается двух тел задача. Для этой цели в большинстве случаев достаточно иметь три наблюдения (т. е. координаты трёх точек на небесной сфере) небесного тела (например, малой планеты), охватывающие промежуток времени в несколько дней или недель. 2) Осуществляется улучшение предварительной орбиты (т. е. вычисляются более точные значения элементов орбиты) по результатам более длительного ряда наблюдений. 3) Вычисляется окончательная орбита, которая наилучшим образом согласуется со всеми имеющимися наблюдениями.

Орбиты планет Солнечной системы

Название	Расстояние до Солнца, а.е.	Расстояние до Солнца, млн км	Период обращения, лет	Наклонение орбиты, °	Эксцентриситет	Сидерический период вращения вокруг оси, сут	Орбитальная скорость, км/с	Наклон экватора к орбите, °
Солнце	–	–	–	–	–	25,4	–	7,25
Меркурий	0,38710	57,9	0,24085	7,005	0,20564	58,6	47,9	0,01
Венера	0,72333	108,2	0,61521	3,395	0,00676	243,0	35,0	177,36
Земля	1,00001	149,6	1,00004	0,0002	0,01672	0,9973	29,8	23,44
Марс	1,52363	227,9	1,88078	1,850	0,09344	1,026	24,1	25,19
Юпитер	5,20441	778,6	11,8677	1,304	0,04890	0,41	13,1	3,13
Сатурн	9,58378	1 433,7	29,6661	2,486	0,05689	0,44	9,6	26,73
Уран	19,18722	2 870,4	84,048	0,772	0,04634	0,72	6,8	97,77
Нептун	30,02090	4 491,1	164,491	1,769	0,01129	0,67	5,4	28,32
Плутон	39,23107	5 868,9	245,73	17,165	0,24448	6,39	4,8	122,5

Планеты — это спутники звезд. Такое заключение можно сделать на основании знаний о нашей Солнечной системе. Наверняка подобные планетные системы существуют и у других звезд нашей галактики. Ну, а вокруг Солнца вращаются девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Вращаются и вряд ли когда-нибудь столкнутся друг с другом. Ведь существующее положение сохраняется уже миллионы лет.

Открытие законов движения планет принадлежит астроному Кеплеру. Он определил и их орбиты. На сегодня нет никаких оснований предполагать, что в обозримом будущем эти законы могут нарушиться.

3. Поясните понятия "момент силы" и "момент импульса". В каких системах сохраняется момент импульса, почему этот закон тоже относят к разряду "великих законов сохранения"? Дайте примеры его использования.

Момент силы – это понятие используется для сил способных вызвать вращение тел. Если сила F приложена к точке А, расположенной на расстоянии r от оси вращения, вектор силы перпендикулярен линии АВ, и создается момент силы rxF.

T = [rF] = rFsinϕ,

где ϕ –угол между векторами r и F.

Момент импульса - это мера вращения движения тела или системы тел относительно, какого либо центра или оси равный произведению количества движения, mv на кратчайшее расстояние r от центра О до прямой, вдоль которой направлен вектор количества движения, и направлен перпендикулярно плоскости, проходящий через центр О и mv, согласно правилу буравчика.

L=[rmv]

Момент импульса сохраняется в закрытых системах, и относится к разряду великих потому, что является константой в физических показателях изолированных систем.

4. Как измерили размеры Земли, Луны, Солнца? Каков диапазон расстояний во Вселенной?

Размеры Земли были получены с помощью угла падения солнечного луча, допустив, что земля круглая. В одно и тоже время дня и года с помощью астролябических приборов замерили угол падения солнечного луча в разных широтах и получили дугу некоторого размера и вычислили радиус окружности.

Размеры Луны и Солнца были вычислены с помощью метода геометрического параллакса, узнав угол, под которым со светила виден экваториальный радиус земли, перпендикулярный лучу зрения, т.е. суточный параллакс, было вычислено расстояние до Луны и Солнца.

Метод геометрического параллакса применяется и для определения расстояний до ближайших звезд, если взять в качестве базиса диаметр земной орбиты. То годичным параллаксом звезды будет угол (π), на который изменится направление на звезду, если переместиться из центра Солнечной системы на орбиту Земли в направлении перпендикулярном направления на звезду. С этим параметром связанна основная единица измерения расстояний между звездами – парсек.

1 парсек(от параллакс и секунда, пк) = 206 265 а.е. = 3,263 светового года = 3,086*10¹⁶ м.

1 световой год ≈ около 9.5 млрд. км.

1 а. е. = расстояние от Земли до Солнца = 150 млн. км.

5. Дайте представление о модели гармонического осциллятора и использовании этой модели. Что такое "когерентность", "резонанс", "поляризация"?

Гармонический Осциллятор –определяемый колебанием массы, прикреплённый одним концом к пружине ,является самым простым примером гармонического движения. Если сменить массу, а затем это воздействие устранить , то со стороны пружины на массу будет действовать возвращающая сила, направленная в сторону , противоположную силе, вызывающей смещение x-возрастающая сила

Используя второй закон Ньютона, можно записать откуда ускорение равно

Это выражение – основной закон простого гармоничного колебания - ускоренный материальной точки математического маятника . Период колебаний маятника при малых амплитудах, определяют его длинной и не зависит от массы маятника. Свойство изохронности колебаний маятника использовалось в 17 в. для отсчета равных промежутков времени, но колебания затухали, и маятник приходилось подталкивать, не было автоматического подсчета колебаний. Гюйгенс применил маятник в своих часах в качестве регулятора и довел их до практического применения и коммерческого успеха.

«Когерентность»-согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющихся при их сложении

«Резонанс»-резкое возрастание амплитуды устанавливающихся вынужденных колебательных движений, при приближении частоты внешнего гармонического воздействия, к частоте одного из собственных колебаний системы.

«Поляризация»- физическая характеристика оптического излучения , описывающая неэквивалентность различных направлений в плоскости перпендикулярно световому лучу.

6. Что изучает термодинамика? Что такое "термодинамическая система", "равновесное состояние", "начала термодинамики", идеальный и реальный цикл, коэффициент полезного действия тепловых машин? Пусть пар поступает на турбину при температуре +177 С, а окружающий воздух имеет температуру +15С . Определите максимально возможный кпд. паровой турбины.

Термодинамика - наука о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел, и тепловые явления характеризуются параметрами, регистрируемыми приборами, не реагирующими на воздействие отдельных молекул. Законы термодинамики описывают тепловые свойства тел, число молекул которых огромно. Термодинамика сначала исследовала тепловые явления, а затем после установления закона сохранения и превращения энергии, включила в себя изучение превращение энергии во всех формах.

"Равновесное состояние" - ситема в которой тела находятся в состоянии покоя по отношению друг к другу, обладая одинаковыми температурой и давлением.

"Начала термодинамики"-утверждения , которые включили в себя огромный опыт накопленный человечеством по превращении энергии.

Идеальный цикл КПД=1

Коэфицент полезного действия тепловых машин - отношение полезно преобразованной энергии (работе) ко всей затраченной энергии(совершенной работе)

Пусть пар поступает на турбину при температуре +177 С, а окружающий воздух имеет температуру +15С . Определите максимально возможный кпд. паровой турбины.

Дано	Решение:
С0 Т С0

7.Дайте общую характеристику жидкого состояния. Определите картину процессов при явлениях капиллярности, смачивании, вязкости, поверхностном натяжении. Как объясняют большую теплоемкость воды, большое поверхностное натяжение и свойство капиллярности? Какое значение имеют эти особенности воды в живой природе?

Жидкость относят к конденсированным средам. Она является агрегатным состоянием вещества, промежуточным между газообразным и твердым, поэтому обладает свойствами как газообразных, так и твердых веществ (подобно твердым телам обладает объемом, а подобно газам принимает форму сосуда, в котором находится).

В жидкостях имеет место только ближний порядок в расположении частиц т.е. согласованность в расположении только ближайших частиц, и характерная текучесть.

Внутренняя энергия жидкостей состоит из суммы внутренних энергий макроскопических подсистем, на которые можно мысленно разделить всю систему, и энергии взаимодействия этих подсистем. Взаимодействие осуществляется через молекулярные силы с радиусом действия порядка 10^-6 мм. Поскольку для макросистем энергия взаимодействия пропорциональна площади соприкосновения, ее называют поверхностной энергией. Обычно она мала, т.к. мала доля поверхностного слоя, но это не обязательно.

Большая свобода движения молекул в жидкости приводит к большей скорости диффузии в жидкостях по сравнению с твердыми телами, обеспечивая возможность растворения твердых веществ в жидкостях.

Плотности жидкостей значительно больше плотностей газов при тех же давлениях и температурах. К примеру, объем воды при кипении составляет только 1/1600 объема той же массы водяного пара. Объем жидкости мало зависит от давления и температуры. Так , при 20^оС и давлении 1 атм. вода занимает объем в 1 литр, при понижении температуры до 10^оС – объем уменьшится только на 0,0021.

Хотя простой идеально модели жидкости пока не существует, микроструктура ее достаточно изучена и позволяет качественно объяснить большинство ее макроскопических свойств.

Капиллярные явления – физические явления, обусловленные поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред.

Особенности взаимодействия жидкостей со смачиваемыми и несмачивываемыми поверхностями твердых тел служат причиной капиллярных явлений.

Капилляром называется трубка с малым внутренним диаметром.

Если взять капиллярную стеклянную трубку и погрузить один ее конец в широкий сосуд с жидкостью, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной. Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри ее поверхность жидкости имеет вогнутую форму, если не смачивает – выпуклую. Под вогнутой поверхностью жидкости появляется отрицательное избыточное давление. Наличие этого давления приводит к тому, что жидкость в капилляре поднимается, т.к. под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное давление приводит к опусканию жидкости в капилляре. Высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу, т.е. чем тоньше капилляр, тем выше поднимется в нем жидкость.

Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Например, влагообмен в почве и в растениях осуществляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам. На этом явлении основано действие фитилей, впитывание влаги бетоном и т. д.

Смачивание – явление, которое наблюдается на границе соприкосновения трех агрегатных состояний: жидкость, газ, твердое тело.

Из практики известно, что капля воды растекается на стекле, в то время как ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю. В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором – не смачивает ее. Смачивание зависит от характера сил, действующих между молекулами поверхностных слоев соприкасающихся сред. Для смачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, и жидкость стремится увеличить поверхность соприкосновения с твердым телом. Для несмачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами жидкости, и жидкость стремится уменьшить поверхность своего соприкосновения с твердым телом.

Смачивание и несмачивание являются понятиями относительными, т. е. жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую. Например, вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов.

Явление смачивание и несмачивание имеет большое значение в технике. Например, в методе флотационного обогащения руды (отделение руды от пустой породы) ее, мелко раздробленную взбалтывают в жидкости, смачивающей пустую породу и несмачивающей руду. Через эту смесь продувается воздух, а затем она отстаивается. При этом смоченные жидкостью частицы опускаются на дно, а крупинки минералов «прилипают» к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность жидкости. При механической обработке металлов их смачивают специальными жидкостями, что облегчает и ускоряет обработку.

Вязкость (внутреннее трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Сила внутреннего трения тем больше, чем больше площадь поверхности слоя, и зависит от того, насколько быстро меняется скорость течения жидкости при переходе от слоя к слою.

Чем больше вязкость, тем сильнее жидкость отличается от идеальной, тем большие силы внутреннего трения в ней возникают. Вязкость зависит от температуры, причем характер этой зависимости для жидкостей и газов различен, что указывает на различие в них механизмов внутреннего трения. Особенно сильно от температуры зависит вязкость масел.

Поверхностное натяжение.

С силами притяжения между молекулами и подвижностью молекул в жидкостях связано проявление сил поверхностного натяжения.

Внутри жидкости силы притяжения, действующие на одну молекулу со стороны соседних с ней молекул, взаимно компенсируются. Любая молекула, находящаяся у поверхности жидкости, притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости. Под действием этих сил молекулы с поверхности жидкости уходят внутрь жидкости и число молекул, находящихся на поверхности, уменьшается до тех пор, пока свободная поверхность жидкости не достигнет минимального из возможных в данных условиях значения. Минимальную поверхность среди тел данного объема имеет шар, поэтому при отсутствии или пренебрежимо малом действии других сил жидкость под действием сил поверхностного натяжения принимает форму шара.

Большинство жидкостей при температуре 300 К имеет поверхностное натяжение порядка 10^-2 – 10^-1 Н/м. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, т.к. увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости.

Поверхностное натяжение существенным образом зависит от примесей, имеющихся в жидкостях. Существуют вещества (сахар, соль), которые увеличивают поверхностное натяжение жидкости благодаря тому, что их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее , чем молекулы жидкости между собой. Например, если посолить мыльный раствор, то в поверхностный слой жидкости выталкивается молекул мыла больше, чем в пресной воде. В мыловаренной технике мыло «высаливается» этим способом из раствора.

Поведение воды "нелогично". Получается, что переходы воды из твёрдого состояния в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H₂О построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород – водород 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле H₂О, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H₂О в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость в которой расположены водородные связи, перпендикулярны плоскости атомов той же молекулы H₂О. Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры её плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Вот почему так велика теплоёмкость воды.

Вода обладает самым большим поверхностным натяжением из всех других жидкостей, поскольку ее молекулы слипаются друг с другом (когезия) посредством водородных связей. Полярные молекулы притягиваются любой поверхностью, несущей электрический заряд, отсюда ее способность подниматься по тонкой трубке или порам, называемая капиллярностью (адгезия).

Значение данных особенностей воды в живой природе:

Среди самых распространенных в природе жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость, поэтому у нее высокая температура кипения (100 °С) и низкая температура замерзания (0 °С). Подобные свойства воды позволили ей стать главной составляющей внутриклеточных и внутриорганизменных жидкостей. Правда, температура замерзания воды несколько выше, чем было бы идеально для жизни, так как на Земле обширные территории имеют температуры ниже 0 °С. Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие внутренние структуры и вызвать его гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек в организме есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках.

Вода способна к когезии, т.е. к сцеплению своих молекул под действием сил притяжения. Вода способна слипаться сама с собой и с другими веществами (можно, например, воду налить в стакан «с верхом» и она не прольется). Это возможно благодаря поверхностному натяжению воды, из-за которого ее поверхность как бы покрыта «кожицей». Эти физические особенности воды позволяют ей выполнять важную биологическую функцию – определение физических свойств клетки: ее объема и упругости (тургесцентностъ). У круглых червей вода полостной жидкости играет роль гидростатического скелета, выполняя опорную функцию.

Способность воды к адгезии. Ее свойство притягиваться любой поверхностью, несущей электрический заряд, позволяет ей подниматься по мелким порам в почве и по сосудам ксилемы у растений на большую высоту.