Министерство образования
и науки Российской Федерации
Государственного образовательное
высшего учреждение профессионального
образования
«Сибирский государственный
индустриальный университет»
Кафедра физики
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
Выполнил:
Ермолаев Ю.О.
Группа ЭНЭВ-112
Шифр ЭНЭВ-11220
Новокузнецк
2011
Вариант 0
1. Естествознание и динамизм
окружающего мира.
2. Естественнонаучные картины мира
(механическая, электромагнитная, неклассическая,
современная эволюционная).
3. Постулаты специальной теории
относительности (СТО). Принципы
относительности и инвариантности.
Постулаты СТО. Преобразования
Лоренца.
4. Начала термодинамики и невозможность
создать вечный двигатель.
5. Парниковый эффект и угроза
глобального потепления климата.
6. Фундаментальные взаимодействия
и мировые константы.
7. Проблема космологической постоянной
и оценка возраста Вселенной.
Измерение параметра Хаббла и
обнаружение удельного ускорения
нашего мира.
8. Основные закономерности самоорганизации.
Приведите примеры самоорганизующихся
систем.
9. Космонавты и астронавты. Наши
земляки – космонавты.
10. Понятие ноосферы как этапа
развития биосферы при разумном
регулировании отношений человека
и природы
Ответы:
- Естествознание и динамизм окружающего мира: основные этапы развития естествознания.
Первобытное
сознание:
Первобытное обыденное, повседневное
сознание было достаточно ёмким
по содержанию. Оно включало очень
много конкретных знаний о
той среде, в которой человек
жил, боролся за своё существование,
совершенствовал (хотя и медленно)
орудия труда.
Первобытный человек поразительно
тонко знал окружающую его
местность. Так, приморские народы
- смелые мореплаватели, прекрасно
знали морские течения и направление
ветров, расположение островов и
архипелагов, великолепно ориентировались
по звёздному небу.
На
поздних этапах эпохи первобытной
родовой общины появились первые
способы воспроизведения географического
пространства, зачаточные формы географических
карт. Географические схемы, вычерчивавшиеся
часто просто на земле, изображали стоянки,
водоёмы, места кочёвок и др. особенно
интересной формой древних географических
карт были словесные географические
карты и карты- песни, в которых
последовательно назывались (распевались)
горы, скалы, тропинки, водоёмы и
расстояния в днях пути между ними.
Первобытный человек не только накапливал
знания о флоре и фауне, но и
пытался их классифицировать. Так, ботанический
словарь племени хануну (Филиппины)
достигает двух тысяч названий.
Первобытный человек хорошо знал
и анатомию человека. В далёкой
древности зародилась и первобытная
медицина: средства лечения, перевязка,
Хирургические операции на черепе.
Зарождение
счёта:
Одна из особенностей развития
первобытного сознания - формирование
способности отражать и выражать
количественные характеристики
действительности.
Прежде
всего, следует указать на три
главные предпосылки становления
количественных представлений, способности
счёта:
Первая- это повседневная практическая
деятельность человека, многообразие
действий человека по разделению
целого на части и наоборот
Вторая важная предпосылка - природные
ритмы, в особенности взаимосвязи
ритмов человеческого организма
с ритмами природной среды.
И третья важная предпосылка
- познавательная процедура сравнения,
выделение качественно определённых
характеристик природных предметов
и соотнесение их между собой.
Процедура сравнения исторически сложилась
на базе психики высших приматов ещё в
условиях первобытного стада.
Магия:
Магия
- важная составная часть духовной
культуры первобытного общества. В
магии первобытный человек видел
важнейшее средство решения тех
проблем, с которыми сталкивался.
Помимо всех этих знаний существовало
и множество других открытий
в науке. Среди них и зарождение
астрономии, календарь, процессы
воспроизводства человека. Таким
образом, в системе сознания
первобытной родовой общины на
уровне повседневного стихийно-
эмпирического знания был накоплен
значительный месив первичных
сведений о мире.
Развитие
знаний в цивилизации Древнего Востока:
Биологические, медицинские и
химические знания.
Становление хозяйства стимулировало
развитие биологических знаний.
Одомашнивание животных привело
к возникновению селекции, благодаря
которой было выведено много
новых пород животных и растений,
база аграрной культуры. Развитие
скотоводства привело к изучению
ветеринарии.
Развитие медицины связано с
изменением отношения к человеку.
Человек начинает осознавать
своё кардинальное отличие от
природы, он осознаёт себя как
самоценное существо. К лекарям
было совершенно другое отношение:
« Стоит многих людей один
врачеватель искусный:
Вырежет
он и стрелу, и рану присыплет
лекарством.»
Илиада,
20,514- 515.
Лекарь
- это, прежде всего знаток лечебных
трав. Принцип лечения основывался
прежде всего на лекарственных травах.
Первоначальные накопления химических
знаний осуществлялось в области
ремесленной прикладной химии.
Основные виды такой деятельности:
высокотемпературные процессы; получение
красителей; косметических средств;.
лекарств; ядов; освоение бальзамирования.
Широкое распространение получила
обработка и подделка драгоценных
камней.
- Механическая картина мира
Становление механистической картины
мира справедливо связывают с
именем Галилео Галилея, который
установил законы движения свободно
падающих тел и сформулировал
механический принцип относительности.
Но главная заслуга Галилея в
том, что он впервые применил для
исследования природы экспериментальный
метод вместе с измерениями исследуемых
величин и математической обработкой
результатов измерений. Если эксперименты
спорадически ставились и раньше, то математический
их анализ впервые систематически стал
применять именно он.
Подход Галилея к изучению природы
принципиально отличался от ранее
существовавшего натурфилософского
способа, при котором для объяснения
явлений природы придумывались
априорные, не связанные с опытом
и наблюдениями, чисто умозрительные
схемы.
Натурфилософия, что следует из
ее названия, представляет собой попытку
использовать общие философские
принципы для объяснения природы. Такие
попытки предпринимались еще
с античной эпохи, когда недостаток
конкретных данных философы стремились
компенсировать общими философскими рассуждениями.
Иногда при этом высказывались гениальные
догадки, которые на многие столетия
опережали результаты конкретных исследований.
Достаточно напомнить хотя бы об атомистической
гипотезе строения вещества, которая
была выдвинута древнегреческим
философом Левкиппом (V до н.э.) и более
детально обоснована его учеником Демокритом
(ок. 460 до н.э. — г. смерти неизв.), а
также об идее эволюции, высказанной
Эмпедоклом (ок. 490 — ок. 430 до н.э.) и
его последователями. Однако после
того как постепенно возникали конкретные
науки и они отделялись от нерасчленненого
философского знания, натурфилософские
объяснения стали тормозом для развития
науки.
В этом можно убедиться, сравнив
взгляды на движение Аристотеля и
Галилея. Исходя из априорной натурфилософской
идеи, Аристотель считал "совершенным"
движение по кругу, а Галилей, опираясь
на наблюдения и эксперимент, ввел понятие
инерциального движения. По его мнению,
тело, не подверженное воздействию
каких-либо внешних сил, будет двигаться
не по кругу, а равномерно по прямой
траектории или оставаться в покое.
Такое представление, конечно, —
абстракция и идеализация, поскольку
в действительности нельзя наблюдать
такую ситуацию, чтобы на тело не
действовали какие-либо силы. Однако
эта абстракция является плодотворной,
ибо она мысленно продолжает тот
эксперимент, который приближенно
можно осуществить в действительности,
когда, изолируясь от действия целого
ряда внешних сил, можно установить,
что тело будет продолжать свое движение
по мере уменьшения воздействия на
него посторонних сил.
Переход к экспериментальному изучению
природы и математическая обработка
результатов экспериментов позволили
Галилею открыть законы движения
свободно падающих тел. Принципиальное
отличие нового метода исследования
природы от натурфилософского состояло,
следовательно, в том, что в нем
гипотезы систематически проверялись
опытом. Эксперимент можно рассматривать
как вопрос, обращенный к природе.
Чтобы получить на него определенный
ответ, необходимо так сформулировать
вопрос, чтобы получить на него вполне
однозначный и определенный ответ. Для
этого следует так построить эксперимент,
чтобы по возможности максимально изолироваться
от воздействия посторонних факторов,
которые мешают наблюдению изучаемого
явления в "чистом виде". В свою очередь
гипотеза, представляющая собой вопрос
к природе, должна допускать эмпирическую
проверку выводимых из нее некоторых следствий.
В этих целях, начиная с Галилея, стали
широко использовать математику для количественной
оценки результатов экспериментов.
Таким образом, новое экспериментальное
естествознание в отличие от натурфилософских
догадок и умозрений прошлого
стало развиваться в тесном взаимодействии
теории и опыта, когда каждая гипотеза
или теоретическое предположение
систематически проверяются опытом
и измерениями. Именно благодаря
этому Галилею удалось опровергнуть
прежнее предположение, высказанное
еще Аристотелем, что путь падающего
тела пропорционален его скорости.
Предприняв эксперименты с падением
тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей
убедился, что этот путь пропорционален
их ускорению, равному 9,81 м/с2. Из астрономических
достижений Галилея следует отметить
открытие спутников Юпитера, а также
обнаружение пятен на Солнце и
гор на Луне, что подрывало прежнюю
веру в совершенство небесного космоса.
- Преобразование Лоренца:
Классические преобразования Галилея
несовместимы с постулатами СТО
и, следовательно, должны быть
заменены другими преобразованиями.
Эти новые преобразования должны
установить связь между координатами
(x, y, z) и моментом времени t события,
наблюдаемого в системе отсчета
K, и координатами (x', y', z') и моментом
времени t' этого же события,
наблюдаемого в системе отсчета
K'. Кинематические формулы преобразования
координат и времени в СТО
называются преобразованиями Лоренца.
Они были предложены в 1904 году
еще до появления СТО как
преобразования, относительно которых
инвариантны уравнения электродинамики.
Для случая, когда система K' движется
относительно K со скоростью υ
вдоль оси x, преобразования Лоренца
имеют вид:K' → K
K → K'
β = υ / c.
Из преобразований Лоренца вытекает
целый ряд следствий. В частности,
из них следует релятивистский
эффект замедления времени и
лоренцево сокращение длины. Пусть,
например, в некоторой точке x'
системы K' происходит процесс длительностью
τ0 = t'2 – t'1 (собственное время), где t'1 и
t'2 – показания часов в K' в начале и конце
процесса. Длительность τ этого процесса
в системе K будет равна
Аналогичным образом, можно показать,
что из преобразований Лоренца
вытекает релятивистское сокращение
длины. Одним из важнейших следствий
из преобразований Лоренца является
вывод об относительности одновременности.
Пусть, например, в двух разных
точках системы отсчета K' (x'1 ≠
x'2) одновременно с точки зрения
наблюдателя в K' (t'1 = t'2 = t') происходят
два события. Согласно преобразованиям
Лоренца, наблюдатель в системе
K будет иметь