16. Солнечная система. Законы Кеплера. Учения Чижевского. Ракетостроение

Со́лнечная систе́ма — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь. Четыре меньшие внутренние планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, также называемые планетами земной группы, состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы. Шесть планет из восьми окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц. Все планеты и большинство других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением Солнца. 1 закон. Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. 3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Справедливо не только для планет, но и для их спутников. Советский биофизик А. Л. Чижевский экспериментально установил факт противоположного физиологического действия положительных и отрицательных ионов в воздухе на живые организмы, применил искусственную аэроионификацию. Впоследствии Чижевским был создан электронный прибор — аэроионификатор, повышающий концентрацию отрицательных аэроионов кислорода в воздухе. В настоящее время, в честь изобретателя, этот прибор называют «люстрой Чижевского». 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. Гравитация. Закон Ньютона. Космические скорости

Гравита́ция — универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие. В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы, разделёнными расстоянием, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния — то есть:

Космическая скорость (их 4)— это минимальная скорость, при которой какое-либо тело в свободном движении с поверхности небесного тела сможет:

v1 (круговая скорость) — стать спутником небесного тела

v2 (параболическая скорость) — преодолеть гравитационное притяжение небесного тела и уйти на бесконечность;

v3 — покинуть звёздную систему, преодолев притяжение звезды;

v4 — покинуть галактику.

По оценкам, в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с.

4. Техносфера. Особенности развития технологий. Обновления технологий и подъемы в экономике.

Техносфера – совокупность элементов среды в пределах географической оболочки Земли, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе. Техносфера является совокупностью абиотических, биотических и социально- экономических факторов.

Развитие техники на этапы: 1) ручных орудий (техн. Приспособления – лишь более совершенные «продолжения» человеческих органов, человек же – главный исполнитель работы), 2) машинный (механич. Приспособления самостоятельно выполняют ряд функций, регулируемых и контролируемых человеком), 3) автоматический (механич. И электронные устройства способны выполнять не только физич., но и логико-математич. опереции и последовательности операций, функции человека сводятся к контролю и управлению).

Развивающаяся технология приводит к фундаментальным трансформациям способа производства и социальной организации: технологические изменения определяют экономические, а эти последние-социальные. Сдвиг в социально-экономической сфере создает условия для дальнейшего развития технологии. В ХХ в. произошел резкий скачок в количестве технических нововведений и в скорости их освоения, что привело к изменению в экономической и социальной сфере буквально на глазах. Особенно стремительно технология, ее научные основы, ее возможности и сложность стали расти после второй мировой войны. Это явление получило название Научно техническая революция, а на западе- переход к пост индустриальному обществу. В распоряжение человечества появился целый ряд новых технологий, связанных с микроэлектроникой и информатикой (робототехника, автоматизированное производство), появились многочисленные новые материалы, не имеющие природных аналогов ( керамика, высокопрочные пластмассы и др), развиваются новые биотехнологии, расширяется применение лазеров в различных устройствах и технологических процессах. Одну из главных ролей в экономике сыграли информационные технологии, которые представляют собой компьютерную обработку информации по заранее отработанным алгоритмам, хранение больших объемов информации на разных носителях и передачу информации на любые расстояния в предельно минимальное время. Информационная экономика изменила многие аспекты экономической реальности, в том числе, и функцию денег, которые из всеобщего эквивалента трудозатрат постепенно превратились в средство расчета. Виртуальные банки и системы оплат – плод развития информационных технологий.

9. Применение фазовых переходов в технике и технологиях.

Фазовый переход – переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Сточки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении ее интенсивных параметров (температуры, давления и т.п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется при фазовом переходе.

Существует два типа фазовых переходов:

1. Фазовый переход первого рода. При нем скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объем, количество запасенной внутренней энергии, концентрация компонентов и т.п.

Наиболее распространенные примеры фазовых переходов первого рода: плавление и кристаллизация, испарение и конденсация, сублимация и десублимация.

2. Фазовый переход второго рода. При нем плотность и внутренняя энергия не меняются, так что невооруженным глазом такой фазовый переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре и давлению: теплоемкость, коэффициент теплового расширения, различные восприимчивости и тд.

Наиболее распространенные примеры фазовых переходов второго рода:

Прохождение системы через критическую точку, переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядка – намагниченность), переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости, переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние, переход аморфных материалов в стеклообразное состояние.

Использование на практике – применение скороварок убыстряет процесс приготовления пищи, т.к. температура кипения воды повышается. В горах, где давление воздуха ниже, мясо варится более продолжительное время.

11. Основные представления современной химии. Эволюционная химия. Синтез новых материалов и применение новых материалов в технике и технологиях.

Химия новых материалов: катализаторы, пластмассы, полимеры, металлокерамика, жидкие кристаллы, оптические материалы, фармацевтика.

Химия новых состояний (химия экстремальных состояний):

- радиационная химия (трансурановые элементы, применение в медицине)

- высокие температура и давление (плазмохимия, лазерная химия, синтез искусственных алмазов)

Биологизация химии:

- получение биокатализаторов ферментов

-моделирование работы живой клетки

Эволюционная химия – это высшая ступень развития хим. знаний. Это освоение опыта лабораторий живого организма, чтобы понять, как из неорганич. Материи возникает органическая. Основа основ лаборатории живого организма – это биокатализ – ферменты. Пути освоения ферментативного опыта живой природы.

Развитие исследований в области металлоорганического катализа.

Моделирование биокатализаторов.

Получение иммобилизованных ферментов. Естественные ферменты очень не стойки, а иммобилизация делает их стабильными. Иммобилизация – закрепление живых ферментов на спец подложке.

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

Органический синтез – раздел органической химии и технологии, изучающий различные аспекты получения органических соединений, материалов и изделий, а также сам процесс получения веществ.

Цель органического синтеза – получение веществ с ценными физическими, химическими и биологическими свойствами или проверка предсказаний теории. Современный органический синтез многогранен и позволяет получать практически любые органические молекулы.

Неорганический синтез, получение неорганических соединений. Как правило состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов – механических, химических, физико-химических. В общем случае неорганический синтез включает смешение реагентов, активацию реакц.смеси и собственно химич.реакцию, выделение и очистку целевого продукта.

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.

25. Классификация двигателей и принципы их работы.

Двигателем внутреннего сгорания называется разновидность тепловой машины, которая преобразует энергию, содержащуюся в топливе, в механическую работу. В большинстве случаев используется газообразное или жидкое топливо, полученное путем переработки углеводородов. Извлечение энергии происходит в результате его сгорания.

Физические основы работы реактивного двигателя.

В основе современных мощных реактивных двигателях различных типов лежит принцип прямой реакции, т.е принцип создания движущей силы (или тяги) в в иде реакции (отдачи) струи вытекающего из двигателя «рабочего вещества», обычно раскаленных газов. Во всех двигателях существует два процесса преобразования энергии. Сначала химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а затем тепловая энергия используется для совершения механической работы. К таким двигателям относятся поршневые двигатели автомобилей, тепловозов, паровые и газовые турбины электростанций и тд.

Тепловые двигатели подразделяют на двигатели с внешним сгоранием (паровые машины и паровые турбины) и двигатели внутреннего сгорания (ДВС). ДВС получили наибольшее распространение. В этих двигателях основные процессы – сжигание топлива и выделение теплоты с преобразованием в механическую работу – происходят непосредственно внутри двигателя. ДВС используют в качестве силовых установок во всех видах транспорта – автомобильном, железнодорожном, водном и воздушном. Они же являются источниками механической энергии в сельскохозяйственном производстве, в строительстве, в нефтяной и газовой промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Первыми ДВС были поршневые двигатели, главная особенность которых – периодичность процесса сгорания.

Роторный двигатель, как и традиционный поршневой, является двигателем внутреннего сгорания, но работает совершенно иначе. В поршневом двигателе, в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) попеременно происходят 4 различные работы – впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).

Забойный двигатель – погружная машина, преобразующая гидравлич., пневматич. или электрич. энергию, подводимую с поверхности, в механич. работу породоразрушающего инструмента (долота) при бурении скважин. Энергия к забойным двигателям подводится от источника по колонне бурильных труб или кабелю.