- •Тема 1 Естествознание и мировая культура
- •Культура. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
- •Наука и ее место в мировой культуре
- •Научный метод
- •История естествознания
- •Основные черты современной научной картины мира
- •Тема 2 Концепции пространства и времени в современном естествознании
- •2.1 Структурные уровни организации материи;
- •Микро-, макро- и мегамиры
- •Современное естествознание выделяет три структурных уровня организации материи по критерию масштабности: микромир, макромир и мегамир.
- •2.2 Понятия пространства и времени и их основные свойства
- •2.3 Принципы относительности
- •2.4 Основные положения специальной теории относительности
- •2. 5 Принцип эквивалентности сил инерции и тяготения
- •2. 6 Элементы общей теории относительности и их экспериментальные подтверждения
- •Контрольные вопросы
- •Тема 3 Принципы симметрии и законы сохранения
- •3.1 Понятие симметрии. Теорема Нетер
- •3.2 Однородность времени и закон сохранения энергии
- •3.3 Однородность пространства и закон сохранения импульса
- •3.4 Изотропность пространства и закон сохранения момента импульса
- •Контрольные вопросы
- •Тема 4 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •4.1 Вещество и поле
- •4.2 Гравитационное поле и его основные характеристики
- •4.3 Электростатическое поле
- •4.4 Магнитное поле
- •4.5 Основы электромагнитной теории Максвелла. Электромагнитные волны
- •4.6 Волновые и корпускулярные свойства электромагнитного излучения
- •Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения
- •4.7 Волновые свойства микрообъектов и их вероятностное описание
- •4.8 Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи
- •Контрольные вопросы
- •Тема 5 Особенности организации материи в микромире
- •5.1 Современные представления о строении атома
- •5.2 Строение атомного ядра
- •5.3 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
- •5.4 Основные типы физических взаимодействий и классификация элементарных частиц
- •5.5 Частицы и античастицы. Антивещество
- •Контрольные вопросы
- •Тема 6 Порядок и беспорядок в природе
- •6.1 Равновесная термодинамика и ее законы
- •6.2 Хаос и порядок. Статистический смысл второго начала термодинамики
- •6.3 Понятие самоорганизации
- •6.4 Изменение энтропии в открытых системах
- •6.6 Самоорганизация в живой и неживой природе
- •1. Самоорганизация в неживой природе
- •2. Самоорганизующийся мир живого
- •Контрольные вопросы
- •Тема 7 Современные космологические концепции
- •7.1 Космологические модели Вселенной
- •7.2 Большой взрыв и теория Горячей Вселенной
- •7.3 Образование крупномасштабных структур во Вселенной. Эволюция галактик и звезд
- •Контрольные вопросы
- •Тема 8 Концепции современной химии
- •8.1 Классификация химических соединений
- •8. 2 Типы химических связей
- •8.3 Реакционная способность веществ
- •Контрольные вопросы
- •Тема 9 Биологический уровень организации материи
- •9.1 Сущность живого и его основные признаки
- •9.2 Гипотезы возникновения жизни на Земле
- •9.3 Структурные уровни организации живой материи
- •9.4 Принципы биологической эволюции
- •9.5 Биологическая эволюция человека. Проблема антропогенеза
- •9.6 Основные системы организма человека
- •9.7 Эмоции, творчество, работоспособность
- •1. Эмоции
- •2. Творчество
- •3. Работоспособность
- •Контрольные вопросы
- •Тема 10 Эволюция биосферы
- •Биосфера. Круговорот веществ и энергии
- •Биоценоз как живая часть биогеоценоза
- •Основные проблемы современные экологии
- •10.4 Учение в.И. Вернадского о ноосфере
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Краткий словарь основных понятий и терминов
Контрольные вопросы
Приведите примеры тел, обладающих осью симметрии четвертого порядка. Какой симметрией обладают снежинки?
Приведите примеры зеркальной симметрии.
Чему равен импульс земного шара при его суточном вращении?
Почему пушка откатывается при выстреле, а ружье отдает в плечо?
Как объясняется реактивное движение?
Каким образом закон сохранения импульса объясняет наблюдаемую форму галактик?
Как закон сохранения момента импульса отражается на движении планет Солнечной системы?
Как объяснить изменение угловой скорости вращения фигуриста при изменении распределения его массы относительно оси вращения?
Сравните нарезное и гладкоствольное оружие по точности и дальности полета.
Что такое гироскопы? Где они применяются?
Можно ли сконструировать вертолет с одним винтом?
Почему акробат, делая сальто-мортале, старается сгруппироваться (сжаться в клубок) ?
Какое состояние системы называется устойчивым? Чем оно характеризуется?
Почему массивные небесные тела обладают шарообразной формой?
Какую роль законы сохранения сыграли в открытии нейтрино и ряда других элементарных частиц?
Тело брошено под углом к горизонту. В какой точке траектории тело обладает наименьшей кинетической энергией? Наименьшей потенциальной энергией? Как изменяется полная механическая энергия тела во время полета в отсутствие трения?
Тема 4 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
4.1 Вещество и поле
Формами существования материи являются вещество и поле. Под веществом обычно понимают различные частицы и тела, которым присуща масса покоя. Поле (физическое) – особая форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц (тел) на другие. Поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и некоторыми другими свойствами. Выделяют гравитационное, электростатическое, магнитное, электромагнитное поля, поля сильных и слабых взаимодействий.
В классической физике поле и вещество противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретная, а у второго – непрерывная. Квантовая физика внесла идею о двойственной корпускулярно-волновой природе любого микрообъекта. Поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Поля входят в структуру вещества: во всех системах внутреннее пространство ”занято” полями, на долю собственно частиц приходится ничтожно малая часть общего объема системы. В свою очередь, квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей проявляется единство прерывности и непрерывности в структуре материи.
Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются дискретно – в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества тоже нельзя представить в виде микроскопических шариков с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей и нельзя указать, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. Микрообъекты также обладают волновыми свойствами.
После работ Ньютона и триумфа закона всемирного тяготения в науке утвердилась концепция дальнодействия. Согласно этой концепции взаимодействие между телами осуществляется непосредственно через пустое пространство и происходит мгновенно. Считалось, что перемещение Земли должно сразу же приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну.
Открытие и исследование электромагнитного поля привело к другим представлениям о передаче взаимодействия. Было установлено, что перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы не мгновенно, а с некоторым запаздыванием. Каждая заряженная электрическая частица создает вокруг себя электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы. Другими словами, взаимодействие передается через посредника – электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Позднее эти представления распространили на любые другие взаимодействия, возникла новая концепция близкодействия. Согласно этой концепции взаимодействие между любыми объектами осуществляется посредством тех или иных полей, которые распространяются в пространстве с конечной скоростью.