В чем суть научного метода познания

 Справедливость закона  сохранения заряда подтверждают  наблюдения над огромным числом  превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из  самых фундаментальных свойств  электрического заряда. Причина  сохранения заряда до сих пор  неизвестна.

 Электрический заряд  во Вселенной сохраняется. Полный  электрический заряд Вселенной,  скорее всего, равен нулю; число  положительно заряженных элементарных частиц равно числу отрицательно заряженных элементарных частиц.

           6. На основании, каких фактов и гипотез сформировалась квантовая механика?

Квантовая механика — теория движений в микромире, основанная на единстве матричной и волновой механики. Верную трактовку смысла волновой функции  дал М. Борн в 1926 г. Обратившись к  работам Эйнштейна по теории фотонов  и проанализировав задачу о рассеянии  частиц, он подошел к созданию формализма квантовой механики с позиции  статистических методов. Он показал, что  интенсивность -волн есть мера вероятности  положения частицы в определенном месте .

В основе современной квантово-полевой  картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая  состояние и движение микрообъектов  материального мира.

Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно  измеряемыми опытным путем.

Новым шагом в развитии квантовой гипотезы было ведение  понятия квантов света. Эта идея была разработана в 1905 г. Эйнштейном и использована им для объяснения фотоэффекта. В целом ряде исследований были получены подтверждения истинности этой идеи. В 1909 г. Эйнштейн, продолжая  исследования законов излучения, показывает, что свет обладает одновременно и  волновыми, и корпускулярными свойствами. Становилось все более очевидно, что корпускулярно-волновой дуализм  светового излучения нельзя объяснить  с позиций классической физики. В 1912 г. А. Пуанкаре окончательно доказал  несовместимость формулы Планка и классической механики. Требовались  новые понятия, новые представления  и новый научный язык, для того чтобы физики могли осмыслить эти необычные явления. Все это появилось позже — вместе с созданием и развитием квантовой механики

7. Сформулируйте  первое начало термодинамики.  Дайте определение внутренней  энергии системы.

Первое начало термодинамики  — одно из основных положений термодинамики, являющееся, по существу, законом сохранения энергии в применении к термодинамическим  процессам.

Первое начало термодинамики  было сформулировано в середине XIX века в результате работ Ю.Р. Майера, Джоуля и Г. Гельмгольца. Первое начало термодинамики  часто формулируют как невозможность  существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Первый закон (первое начало) термодинамики можно сформулировать так: «Изменение полной энергии системы  в квазистатическом процессе равно  количеству теплоты Q, сообщенного системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и  работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом  работы .А, совершённой самой системой против внешних сил».

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит  из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия —  это величина, характеризующая собственное  состояние тела. Другими словами  это энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и  энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле:   U = 3/2 • т/М • RT

           Внутренняя энергия тела может  изменяться только в результате  его взаимодействия с другими  телами. Существует два способа  изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

8. Дайте определение  детерминированному хаосу. Приведите  примеры использования этого  понятия в экономике и социологии.

 

Детермини́рованный (динами́ческий) ха́ос — сложное непредсказуемое поведение детерминированной нелинейной системы. Оказалось, что простые системы (иногда — вызывающе простые модельные системы), состоящие из малого числа компонентов, с детерминированными правилами, не включающими элементов случайности, могут проявлять случайное поведение, достаточно сложное и непредсказуемое, причём случайность носит принципиальный, неустранимый характер. Такого рода случайность, непредсказуемость развития системы понимается как хаос.

Мы живем в постоянно  меняющемся мире. Вот несколько самых  примитивных примеров. Взгляните  за окно: падает снег, ветер вздымает снежинки, закручивает их, швыряет  в стекла. Но стихает ветер, и снежинки плавно опускаются на землю по прямой линии. Наступает оттепель, идет дождь. И капли так же то падают прямо, то мечутся на воздушных струях. Да и сами мы - то сидим, то ходим, то работаем, то танцуем. А теперь представьте, что было бы, если бы мир вокруг нас, да и мы сами не менялись. Да ничего бы не было - ни нас, ни мира. По физическому  определению и мы, и мир - нелинейные системы. Иначе говоря,  находящиеся  в состоянии хаоса.

В бытовом аспекте хаос - явление отрицательное. Наука не столь категорична. Яркий пример тому - теория тепловой смерти, выдвинутая в середине прошлого столетия немецким ученым Клаузиусом. Он утверждал, что  когда-нибудь звезды отдадут все  свое тепло в окружающее пространство и погаснут. Трудно представить себе больший хаос, чем бушующие звезды, где мечутся потоки раскаленных газов. Но это хаотичное движение обеспечивает жизнь. И наоборот, порядок - смерть.

9. Шар массой 1 кг, движущийся со скоростью 10м/с,  сталкивается с неподвижным шаром  массой 5 кг. Удар центральный и  абсолютно упругий. Найдите кинетические  энергии шаров после удара.

 

Дано:

Найти:

Решение:

Согласно закону сохранения импульса, имеем:

, где  - импульс первого шара до соударения, - импульс первого шара после соударения, - импульс второго шара после соударения.

В проекции на ось, направленную вдоль движения первого шара получим:

 

;

 

Или:

, где  - скорость первого шара после соударения, - скорость второго шара после соударения.

При упругом соударении суммарная  кинетическая энергия шаров остаётся постоянной, то есть:

 

 

Или:

 

;

 

Объединим полученные уравнения  в систему и решим её относительно скоростей  и :

 

- это решение соответствует состоянию  до соударения.

- это решение соответствует состоянию  после соударения.

Подставим полученные значения для скоростей в выражения  для кинетической энергии и вычислим:

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Два точечных  заряда находятся в воздухе  на расстоянии 0,2 м. На каком  расстоянии надо поместить эти  заряды в воде, чтобы получить  ту же силу взаимодействия?

Дано:

Найти:

Решение:

Сила взаимодействия зарядов  определяется законом Кулона. В воздухе  заряды взаимодействуют с силой:

, где  - электрическая постоянная; - величины зарядов.

В воде заряды взаимодействуют  с силой:

, где  - диэлектрическая проницаемость воды.

Так как по условию  , то имеем:

 

Выразим отсюда искомое расстояние:

 

Ответ: .

11. При какой скорости  движения продольные размеры  тела уменьшатся вдвое?

 

Дано:

Найти:

Решение:

Согласно специальной  теории относительности, релятивистское сокращение длины тела будет описываться  формулой:

, где  - скорость света в вакууме.

Выразим отсюда скорость движения тела:

 

 

Ответ: .

 

 

 

 

Часть «б»

1 . Какая система  называется дисперсной?

Дисперсной называется система, состоящая из двух или более веществ, причем одно из них в виде очень  маленьких частиц равномерно распределено в объеме другого.

В природе и технике  часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.

В дисперсных системах различают  дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду - однородное вещество, в котором  распределена дисперсная фаза. К дисперсным системам относятся обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также  суспензии и эмульсии. Они отличаются друг от друга прежде всего размерами  частиц, т. е. степенью дисперсности (раздробленности).

Системы с размером частиц менее 1 нм представляют собой истинные растворы, состоящие из молекул или  ионов растворенного вещества. Их следует рассматривать как однофазную систему. Системы с размерами  частиц больше 100 нм - это грубодисперсные  системы - суспензии и эмульсии.

Суспензии - это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой  является твердое вещество, а дисперсионной  средой - жидкость, причем твердое вещество практически нерастворимо в жидкости.

Эмульсии - это дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза и дисперсионная среда являются жидкостями, взаимно не смешивающимися. Примером эмульсии является молоко, в  котором мелкие шарики жира плавают  в жидкости.

 

 

 

2 .Что такое хемосорбция?

Хемосорбция - это поглощение, сопровождающееся химическими реакциями. Например, растворение аммиака в  воде, образование гидроксида аммония (нашатырного спирта).

Хемосорбция (от «хемо» и  «сорбция»), поглощение вещества поверхностью какого-либо тела (хемосорбента) в результате образования химической связи между  молекулами вещества и хемосорбента.

 

3. Что такое молярная  концентрация?

Молярная концентрация С  – это отношение количества растворенного  вещества v (в молях) к объему раствора V в литрах.

Единица молярной концентрации – моль/л. Зная число молей вещества в 1 л раствора, легко отмерить нужное количество молей для реакции  с помощью подходящей мерной посуды.

Молярная концентрация с  В растворённого вещества В - это  отношение количества этого вещества n В к объему раствора V(р): сВ = nВ / V(р). Единица молярной концентрации вещества в растворе: моль/л.

Например, если в 1 л раствора содержится 1 моль KBr, то с(KBr) = 1 моль/л. Такой  раствор называют одномолярным и  обозначают 1М. Аналогичным образом  записи 0,1М; 0,01М и 0,001М означают деци-, санти- и миллимолярный раствор.

Для приготовления 1 л 1М раствора KBr необходимо взять навеску соли с количеством вещества 1 моль (то есть 119 г), растворить ее в воде объемом, например, 0,8 л (то есть обязательно  меньше 1 л) и затем довести объем  раствора до 1 л добавлением воды.

Объем раствора V(р) при данной температуре связан с массой раствора m(р) и его плотностью (ρ) следующим  образом: m(р) = ρ · V(р).

Например, 100 г некоторого раствора с плотностью 1,074 г/мл (1074 г/мл) имеет объем 93,1 мл (0,0931 л).

4 .Какая реакция  называется необратимой?

Реакции, которые протекают  только в одном направлении и  завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные вещества, называются необратимыми.

Необратимыми называются такие реакции, при протекании которых:

1) образующиеся продукты  уходят из сферы реакции - выпадают  в виде осадка, выделяются в виде газа, например:

 

ВаСl2 + Н 2SО 4 = ВаSО4↓ + 2НСl

 

Na 2CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↓ + H2O

 

2) образуется малодиссоциированное  соединение, например вода:

 

НСl + NаОН = Н2О + NаСl

 

3) реакция сопровождается  большим выделением энергии, например горение магния:

 

Mg + 1/2 О2 = МgО, ∆H = -602,5 кДж  / моль 

 

В уравнениях необратимых  реакций между левой и правой частями ставится знак равенства  или стрелка.

5. Сводится ли  биологический уровень описания  к химическому и физическому  уровню? Поясните

По мнению учёных, процесс  зарождения жизни, начиная с самой  первой клетки (оплодотворённой яйцеклетки), является хорошо регламентированной последовательностью  химических реакций. Пусть эти реакции  очень сложные, а молекулы, принимающие  в них участие, имеют сложную структуру. Тем не менее, это всё же химические реакции. Наука утверждает, что таким путём формируется взрослый организм.