концепция

1. Естествознание и его основные концепции

Естествознание-система наук о природе. Природа-это вселенная, то, куда может достигнуть человеческий опыт. Природа делится на 3 мира: -микро мир; -макро мир; -мега мир. Микро мир- это мир внутри атомов. Макро мир- простирается от атома до величины Земли. Мега мир- за пределами Земли до вселенной.

Есть два мира: который отражается (объективный мир) и отраженный (субъективный мир). Свойство субъективного мира больше зависит от сознания. Объективный мир увидеть невозможно; объективный мир- неискаженное сознание. Субъективный- человеческое сознание, искаженное. Субъект- человек как носитель сознания. Объект- на что направлено сознание. Абсолютное- это вечное, неизменное, бесконечное. Относительное- увиденное по средствам чего-то другого, познанное относительно другого. Абстрактное- упрощенное, отвлеченное. Изолирующие абстракции- изолируют некоторые свойства: легкость, прозрачность. Абстракция отождествления- когда группе объектов присваивается какое-то наименование.

Главная задача Естествознания должна заключаться в изучении объективных законов природы на основе понимания физической сущности явлений.

Как известно, каждый предмет и каждое явление имеют бесчисленное множество свойств. Количественно охарактеризовать каждое свойство можно лишь с определенной точностью. Учесть все свойства даже одного предмета или одного явления невозможно, так же как и нельзя даже одно свойство оценить с бесконечной точностью, т. е. с нулевой погрешностью. Поэтому любое описание предмета, его физическая модель всегда приближенны, так же как и численная характеристика каждого его свойства. Это значит, что полностью ни один предмет и ни одно явление мы не будем знать никогда. Всегда из всей совокупности свойств будет учитываться только некоторая их часть, а эта часть будет исследоваться с опр. погрешностью.

Понять явление совсем не означает дать ему адекватное математическое описание. На самом деле объяснить явление - означает объяснить его природу, объяснить причины, по которым это явление существует и по которым оно ведет себя именно так, а не иначе. А это означает необходимость:

- выявление внутренней сущности явления, его механизма

- причин движения каждой из частей

- механизма взаимодействия этих частей между собой

- взаимодействия этого движения с частями других явлений и материальных образований.

Познаваемость явлений означает возможность вскрытия их внутренней сущности.

Главной целью Естествознания является вскрытие природы всех явлений.

Проблема двух культур в науке. Научная ответственность

Проблема 2-х культур в науке: - естественно-научная; - гуманитарная. Сформулировал Чарльз Сноу. Проблема культур-противостояние. Эти две ветви различаются предметом познания, методом изучения, резкльтатами открытий, подготовкой профессионалов. В результате формируются особые типы индивидуального и коллективного сознания или мировоззрения. НТР дала большой прорыв и огромные технологические возможности (ядерное оружие). Возникли междисциплинарные области знания: экология, информатика, генетика, биотехнологии.

Позитивизм и антипозитивизм

Позитивизм (фр. positivisme, от лат. positivus — положительный) — научное направление, доказывавшее, что источником истинного знания являются эмпирические, конкретные науки, имеющие объективные методы, а не умозрительные рассуждения.

Основная цель позитивизма — борьба с метафизикой. Под ней понимались термины, которым ничего не соответствовало в реальности. Основоположником позитивизма считается Огюст Конт

АНТИПОЗИТИВИЗМ в социологии – возникшее в конце 19 века направление, которое противостояло влиянию позитивистской методологии социологического анализа, считая ее неадекватной природе социальной реальности. Антипозитивизм отказывался от заимствования методов и теоретических моделей тех или иных естественных наук (прежде всего биологии, "организмической" модели), настаивая на необходимости вырабатывать собственные методы и теоретические модели объяснения культурно-исторической реальности.

Формы научного познания

Факт–>Проблема–>Идея–>Гипотеза–>Теория.

Факт – достоверное эмпирическое знание о произошедшем событии. Но факт констатирует, а не раскрывает сущность. Факт складывается из следующих стадий:

1. данные наблюдений;

2.очищение (обработка) данных наблюдений;

3 интерпретация очищенных данных.

Проблема – «знание о незнании», факт недостаточности знания. Ее нельзя объяснить уже существующими знаниями.

Гипотеза – новое обоснованное знание, к-рое признано объяснить возникшее противоречие. Является системным, обоснованным, но еще вероятное, не достоверное.

Теория – высшая форма научного познания. Это достоверное, системное, раскрывающее сущность знание. Как система знаний теория меет сложуню структуру. Основными структурными компонентами теории явл-ся теор модель, т.е. система абстрактных объектов. Относительно к-рых строятся все высказывания теории. Эта теор модель сложным образом связана с матем-м аппаратом теории.

Методы научного познания

Теоретические и эмпирические уровни естественнонаучного познания.

Существует 2 уровня познания действительности: теоретический и эмпирический уровень, которые связаны между собой благодаря действию парадигмы. Уровни различаются по предмету исследования. Эмпирическое исследование ориентировано на явления, теоретическое - на сущность; по средствам и инструментам познания; по методам исследования. Математическое пространство и чувственные данные в эмпирическом уровне принимают форму факта.

Основой эмпирических методов являются чувственное познание (ощущение, восприятие, представление) и данные приборов. К числу этих методов относятся:

наблюдение — целенаправленное восприятие явлений без вмешательства в них;

эксперимент — изучение явлений в контролируемых и управляемых условиях;

измерение - определение отношения измеряемой величины к

эталону (например, метру);

сравнение — выявление сходства или различия объектов или их признаков.

Собственно теоретические методы опираются на рациональное познание (понятие, суждение, умозаключение) и логические процедуры вывода. К числу этих методов относятся:

анализ — процесс мысленного или реального расчленения предмета, явления на части (признаки, свойства, отношения);

синтез - соединение выделенных в ходе анализа сторон предмета в единое целое;

классификация — объединение различных объектов в группы на основе общих признаков (классификация животных, растений и т.д.);

абстрагирование - отвлечение в процессе познания от некоторых свойств объекта с целью углубленного исследования одной определенной его стороны (результат абстрагирования — абстрактные понятия, такие, как цвет, кривизна, красота и т.д.);

формализация - отображение знания в знаковом, символическом виде (в математических формулах, химических символах и т.д.);

аналогия - умозаключение о сходстве объектов в определенном отношении на основе их сходства в ряде других отношений;

моделирование — создание и изучение заместителя (модели) объекта (например, компьютерное моделирование генома человека);

идеализация — создание понятий для объектов, не существующих в действительности, но имеющих прообраз в ней (геометрическая точка, шар, идеальный газ);

дедукция - движение от общего к частному;

индукция — движение от частного (фактов) к общему утверждению.

Мышление и втипы мышления

Мышление – это процесс отражения существенных связей и отношений, предметов и явлений. Мыслительные операции: анализ (разложение) – синтез (восстановление целого); сравнение (сопоставление); абстрагирование (мысленное отвлечение); обобщение ( объединение по признаку). Формы мышления: Понятие-это отражение в сознании человека общих и существенных свойств предмета или явления. Суждение – это основная форма мышления в процессе которой утверждается или отрицается связи между предметами или явлениями. Умозаключение- это выведение из одного или нескольких суждений нового суждения. 

Виды мышления: Наглядно - деятельностное- мышление, непосредственно включенное в деятельность, непосредственное восприятие и практическое осуществление причинно-следственных связей. Образное- осуществляется на основе образов предметов и явлений принадлежащих опыту человека. Отвлеченное совершается на основе отвлеченных понятий, которые не могут быть представлены образно.

Типы мышления:

Теоретическое Языковое

Практическое Предметное

Игровое Ассоциативное

Имитационное

В истории естествознания можно выделить два этапа: донаучный и научный.

Донаучный охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в XVI-XVII вв. Представитель Гиппократ (врач) 5 в до н.э.

Птолемей-Аристотель – геоцентрическая. В этот период учения о природе носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемыее природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Наиболее значимой для последующего развития естествознания была концепция атомизм Демокрита .

Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г.Галлилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира – механической. Он обосновал гелиоцентрическую систему Коперника, заявил, что знание должно подтверждаться на практике и, что всё должно быть описано строго математически.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики. Природа рассматривалась как сложная механистическая картина.

Ньютон затем создал корпускулярную теорию света, где утверждалось, что светящиеся тела излучают мельчайшие частицы (корпускулы), которые движутся согласно закону механики и вызывают ощущение света, попадая в глаз.

Гюйгенс предложил волновую

Бекон и Декарт – методы науки

Коперник – в центре солнце.

Дарвин Эволюция

1895 – открытие электрона Томсоном

1911 г. – модель атома Резерфорда.

1932 – открыта элементарную частицу –нитрино

Понятие научной картины мира.

Понятие научной картины мира активно используется в естествознании и философии XIX века. Различные картины мира: физическая, биологическая, астрономическая и т.п. Научная картина мира (НКМ) – связующее звено между философией и отдельными науками. НКМ включает в себя важнейшие достижения науки, понимание мира и места человека в нем. НКМ не является совокупностью общих знаний – это целостное представление об общих сферах, закономерностях природы. НКМ – особая форма систематизированных знаний, преимущественно качественное обобщение и синтез научных теорий. В ХХ веке биология претендует на роль лидера в НКМ (генетика, экология, теория эволюции и т.п.) Синергетика – выходит на первый план как направление исследований, возникшее в 70-е годы. Предметом синергетики являются прямые и обратные переходы от стабильности к нестабильности, от порядка к хаосу.

Парадигма – опред правила описания, объяснения и понимания мира, часто заменяется понятием «картина мира» (Бергман, Кун).

Парадигма – это признание данным научным сообществом достижения, которое в течении продолжительного времени даёт модель постановки и решения проблемы. Предполагает детальное изучение предмета.

Фундаментальные парадигмы естествознания:

1) Элементарности (атомизма) – целое понимается как сумма частей.

2) Целостности – первичным к части может быть целое

3) Относительности

4) Симметрии

5) Синергетическая парадигма – самоорганизация в системах

История Естествознания

Античность. Значение натурфилософских идей в естествознании. Аристотель как ученый.

Классические гуманитарные и естественные науки появились на рубеже IV-III веков до н.э. Наука – сфера знаний в какой-то области. Аристотель разделил все науки на три группы: 1) теоретические (исследуют истину ради нее самой, в частности философию) 2) практические (исследуют истину ради получения знания (физика, химия, биология, астрономия, психология, этика, логика, археология)) 3) производственные ( исследуют истину ради создания конкретного предмета (ремесла)

Натурфилософы:

Первую форму теоретического знания правильно называют натурфилософией. Она зародилось прежде всего как знание о природе, общее тогда понималось, как некое отдельное вещ-во (вода, воздух, огонь, и т.д.) прямо и непосредственно связывающее все явления в единое целое. Общее уже было выделено мыслью, но лишь пока в виде особенного, отдельного. Фактически вначале был лишь зародыш теоретической науки, поэтому называется он не философией, а натурфилософией.

Средневековье. Перспективы естественнонаучных исследований.

математика, логика, этика, астрология, эстетика, алхимия, медицина, нумерология. Принцип научного знания в средние века называется подобие, т.е. св-ва вещ-в открывались по принципу их подобия друг другу. Начиная с 6 по 12 века происходит активное пересечение арабской и европейской культур (крестовые походы), что дало Европе новые знания о математике, астрономии и медицине (трактат «Канон врачебной науки» автор Али Абу Ибн Син.). Именно это позволило Европе не потерять интереса к науке. В средние века активно развивались полумистические науки, которые впоследствии стали основой современных наук (алхимия, химия, астрология, астрономия). Развивались гуманитарные науки: логика, этика, эстетика, риторика. Научными центрами стали монастыри.

Новое время. Становление методологии.

История науки в Новое время делится на три периода. В новое время был решен один из основных вопросов – методология. Френсис Бекон разработал метод индукции. По его мнению, индукция должна послужить проверке каждого научного знания опытным путем. Основная классификация дана именно Ф. Б.: эмпирики сравниваются им с муравьями, складывающими муравьиные кучи, теоретики - с пауками (они полагают, что истина в разуме), а истинные ученые - с пчелами, собирающими и перерабатывающими знания. Индукция бывает: полная (дает истинное знание, ограничивает поле исследования для выявления истины) и не полная (креативная).

Рене Декарт. Дедуктически нельзя исследовать класс предметов, так как он бесконечен. Дедуктивные Исследования возможно только в математике. Одним из лучших эмпириков является Джон Локк (разработал наблюдения и эксперимент).

Эммануил Кант (теория Большого Взрыва) разработал метафизический подход к науке, в то время как Гегель разработал диалектический подход. В новом времени идет активное наукообразование, поэтому замена какого-либо представления научным знанием происходила через научную революцию. Всего революций было 4: 1и 2 – в области астрономии, 3 и 4 – в области физики.

Научные революции

Становление научного знания в контексте научных революций (1 и 2)

Первая революция (Николай Коперник) – переход от геоцентризма (учение, когда Земля ставится в центр вселенной и всё вращается вокруг неё) к гелиоцентризму (Солнце – центр) – объяснило смену времен года, смену дня и ночи; Земля – круглая, эпоха географических открытий, создание империй; пошатнуты церковные каноны – зарождение протестантизма, атеизма, просветительства; искусство – создаются шедевры живописи, лит-ры и т.д. кроме Коперника другие видные деятельные Тихо Браге (лунный глобус разработал) и Джордано Бруно.

Вторая революция (Галилео Галилей и Кеплер) Галилей разработал основные закономерности движения небесных тел, Кеплер доказал, что Земля движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого оно и находится, из чего следует, что у всех планет разные орбиты, разная масса, разные периоды обращения и тому подобное.

Становление научного знания в контексте научных революций (3 и 4)

Третья революция (Исаак Ньютон) Важнейшее достижение: сформулировано знание выходящее за пределы аристотелевской физики. Перенесение законов и принципов движения небесных тел на землю из чего исследуют законы притяжения небесных тел. Разработка классической механики, инерции. Открытие Ньютона и становление классической физики произвело фурор в научных кругах.

Четвертая революция (Эйнштейн) – теория относительности, основу которой составляет следующий закон: « В системах, движущихся со скоростью близкой скорости света, действуют разные законы; иначе: чем быстрее движется система, тем медленнее в ней идет время ( специальная теория относительности). Ни одно тело, обладающее массой двигаться со скорость света не может (общая теория относительности). Хотя эти научные революции доминантны в физике, они затронули и другие науки в частности дали толчок к развитию новых, перспективных наук.

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ (НТР)

понятие, используемое для обобщающей характеристики ряда процессов в развитии науки и техники, а также инициированных ими социальных процессов, свойственных совр. цивилизации, осн. содержание к-рых сводится к превращению науки в решающий фактор социокультурного развития. Начало НТР принято относить к сер. 40-х — нач. 50-х гг. XX в.; обычно считают, что она продолжается и сегодня, хотя в ряде исследований говорится о наблюдающемся затухании НТР, падении темпов научно-техн. прогресса.Среди предпосылок НТР можно выделить две осн. составляющих: внутринаучную и социальную

Роль науки в современном обществе:

Общество без достижений науки, внедрения этих достижений во все сферы жизни невозможно.

В результате развития общества во второй половине 20 века сформировалась система: наука — техника — производство. Исследование этой системы показало, что в ней действует закономерность:

 - основной науковедческий закон.

наука в современном обществе играет важную роль во многих отраслях и сферах жизни людей.        Несомненно, уровень развитости науки может служить одним из основных показателей развития общества, а также это, несомненно, показатель эконо­мического, культурного, цивилизованного, образованного, современного раз­вития  государства. Это подтверждает собранная информация затраты на об­разования в разных странах. Сравнительный анализ показал, что в целом мире по итогом 2008г расходы на образования и науки, в процентах от ВВП государства, составили:

 Йемен 9,6,Узбекистан 9,4, Куба 9,1,Дания 8,1,Исландия 7,6,Молдавия 7,6 Тунис 7,3,Норвегия 7,2.Соответственно наи­меньший удельный вес затрат на науку и образования по отношению к ВВП, составили такие страны ОАЭ 1,3, Вьетнам 1,8, Китай 1,9,Азербайджан 2,1,Казахстан 2,3.

Затраты на образования и науку по отношению к ВВП составляет 0,3%

Научное познание мира «вглубь» и «вширь».От гипо- до гипермиров

1. Все многообразие известных науке объектов обычно разделяется на микро-, макро- и мегамиры. В области микрочастиц экспериментаторы фиксируют размеры порядка 10^–16 см (в тысячи раз меньше размеров атомных ядер, которые сами в сто тысяч раз меньше атомов, имеющих величину в 10^–8 см). Познание мира «вширь» охватило огромную Метагалактику – самый большой объект, включающий все известные галактики – гигантские скопления звезд и других космических образований. Размеры Метагалактики – порядка 10²⁸ см. Такое расстояние свет со скоростью 300000 км/с проходит за 20 миллиардов лет.

Микромир характеризуется законами квантовой механики, привычный для нас макромир является объектом классической механики, а мегамир – релятивистской механики. К области макромира относятся те процессы, для которых постоянную Планка (h6,62^–27 эрг·с.) можно считать бесконечно малой величиной, которой допустимо пренебречь, а скорость света – практически бесконечно большой величиной, позволяющей отвлечься от временной длительности передачи сигналов, считать взаимодействия систем мгновенными, как бы безвременными.

Типомир 20 век Планк- фундам длина 10^-33см и фунд время 10^-44см

Микромир -мир атомов и семейства эл частиц , ядро 10^-13см атом 10^-8см

Макромир-Земля планеты солн система

Мегамир- Мир видимых галактик

Гипермир- вся видимая часть вслеленной

инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Примеры сил инерции

. Инерциальная система отсчета (ИСО) - система отсчета, в которой справедлив закон инерции: все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешнии силы или действие этих сил компенсируется) движутся в них прямолинено и равномерно или покоятся в них.

Неинерциальная система отсчета - произвольная система отсчета, не являющаяся инерциальной. Всякая система отсчета, движущаяся с ускорением относительно инерциальной, является неинерциальной.

Примеры. Один мяч ударился об другой, и тот тоже покатился - инерция.

двигатель заглох, а автомобиль по инерции движется пока сила трения его не остановит

Развитие физики. Классическая механика Ньютона.

Развитие науки. Формула науки: знать, чтобы предвидеть; предвидеть, чтобы действовать со знанием дела.

В 17-18 вв. в Европе были созданы первые научные общества, академии, начали издаваться научные издания, наука сложилась как социальный институт . 20 век характеризовался стремительным развитием всех отраслей науки, строительством крупных исследовательских институтов и лабораторий, оснащенных разнообразными приборами, вычислительной и иной техникой.

С середины 18 века естествознание стало все больше проникаться идеями эволюционного развития явлений природы. Значительную роль в этом сыграли труды Ломоносова, Канта и Лапласа (гипотеза естественного происхождения Солнечной Системы), Вольфа (развитие биологии), а также труды других ученых. На базе классической механики Галилея и Ньютона развивались все естественные науки.

В начале 20 века в физике и естествознании произошла вторая крупнейшая революция, чему способствовали открытия электромагнитных волн (Герц), рентгеновских лучей (Рентген), радиоактивности (Беккерель), радия (Кюри, Складовская-Кюри), светового дня (Лебедев), первых положений квантовой теории (Планк) и другие.

Галилей первым установил относительность механического движения, его отношение к механическому покою, показав, что покой тождественен равномерному и прямолинейному движению тел относительно друг друга. В механике Галиллея-Ньютона скорости движения тел относительно друг друга складываются алгебраически.

В механике Галилея, Ньютона относительной была только скорость, здесь относительность означает уже не тождество, а различие сравниваемых величин. Развитие физики демонстрирует, что более глубокое понимании е единства мира, тождественности его проявлений достигается одновременно с раскрытием их глубочайших, не только количественных, но и самых фундаментальных, качественных различий.

Развитие физики. Теория относительности.

Постулаты теории относительности

I постулат: все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.

II постулат: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

СТО создано в 1905-1908 годах трудами Лоренца, Эйнштейна и Минковского. Механический принцип относительности в теории Галилея преобразуется в общефизический. Создание СТО – пример перехода к более общей теории не путем абстрагирования и обобщения, а методом конкретизации, обогащения содержания теории. В СТО (специальной теории относительности) относительными предстали также линейные размеры объектов, длительности и одновременности процессов.

Специальная теория относительности включает 2 постулата:

1. принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системе к другой;

2. принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

ОТО (общая теории относительности) возникла через 10 лет после СТО и, по существу, являлась новой теорией тяготения, более общей и глубокой, чем ньютоновская. СТО и ОТО первыми ознаменовали переход от классической физики к неклассической, от веками установившихся представлений о веществе, движении, пространстве и времени к принципиально новым теорико-методологическим положениям и новой структуре всей физики.

Классическая (ньютоновская) механика

Классическая (ньютоновская) механика изучает движение материальных объектов при скоростях, которые значительно меньше скорости света в вакууме. Начало формирования классической механики связывают с именем итал. ученого Галилео Галилея (1564-1642). Он впервые перешел от натурфилософского рассмотрения природных явлений к научно-теоретическому. Трудами Галилея, Кеплера, Декарта был заложен фундамент классической физики, а трудами Ньютона было построено здание этой науки. Галилей 1. установил основополагающий принцип классической механики – принцип инерции Движение - собственное и основное, естественное состояние тел, тогда как трение и действие других внешних сил может изменить и даже прекратить движение тела. 2. сформулировал еще один основополагающий принцип классической механики – принцип относительности – Равноправие всех ИСО. Согласно этому принципу внутри движущейся равномерно системы все механические процессы происходят так, как если бы система покоилась. 3. принцип относительности движения задает правила перехода от одной ИСО к другой. Эти правила получили название галилеевых преобразований и состоят они в проецирование одной ИСО на другую. В 1904 году Лоренц предложил формулы для преобразования координат, которые обеспечивают инвариантность уравнений Максвелла при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой:

где с – скорость света в вакууме.

Формулы были названы Пуанкаре преобразованиями Лоренца.

Инвариантным относительно преобразований Лоренца является так называемый пространственно-временной интервал, или просто интервал. Пусть события произошли в точке х1, у1, z1 в момент времени t1 и в точке х2, у2, z2 в момент времени t2. Интервалом между событиями, или, как говорят, интервалом между точками х1, у1, z1, t1 и х2, у2, z2, t2, называется величина s, квадрат которой определяется формулой

S2 = С2 (t2 – t1)2 – (Х2 – Х1)2 – (У2 – У1)2 – (Z2 – Z1)2. (1)

В подвижной системе отсчета квадрат интервала S записывается в виде

Подставляя формулу (1) в (2), убедимся, что s2 = s'2 = inv. Впервые понятие интервала ввел Пуанкаре, и он же показал, что интервал является инвариантом при преобразованиях Лоренца.

Из преобразований Лоренца следует сокращение длины движущегося стержня, а именно

где l = x 2 – x1 и l ' = x'2 – x1, и замедление хода движущихся часов, а именно

, где Δt = t2– t1 и  Δt' = = t'2-t' 1.

Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная кмассивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций.^[1Потенциальная энергия  — скалярная физическая величина, характеризующая способность некого тела (или материальной точки) совершать работу за счет своего нахождения в поле действия сил.

Концепция поля.

Заряженные частицы взаимодействуют друг с другом на расстоянии в пустом пространстве. Возникает вопрос о механизме возникновения этих сил. Достаточно естественной выглядит полевая концепция, согласно которой каждый заряд создает вокруг себя в пространстве “нечто”, называемое электрическим полем, а действующая на другой заряд сила возникает вследствие его взаимодействия с полем в той точке пространства, где он находится. Т.о. поле выступает в роли переносчика взаимодействия между заря Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равно

Механические (звук, вибрация)

Электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые)

Смешанного типа — комбинации вышеперечисленных

По характеру взаимодействия с окружающей средойВынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия.

Свободные (или собственные) 

Автоколебания 

Параметрические 

Волна́ — изменение состояния среды или физического поля (возмущение), распространяющееся либо колеблющееся в пространстве и времени или в фазовом пространстве.

Уравнение гармонических колебаний

Молекулярно-кинетическая теория

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;

частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);

частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.

Основными доказательствами этих положений считались:

Диффузия

Броуновское движение

Изменение агрегатных состояний вещества

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории

где n – концентрация вещества,  – среднеквадратичная скорость молекул, E_ср – средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул,k = 1,38·10^–23 Дж/К – постоянная Больцмана. В состоянии равновесия скорости молекул распределены по закону Максвелла.

Термодинамическая система — это некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией

Термическое уравнение состояния

Степени свободы. Концепция внутренней энергии.

Внутренняя энергия тела, складывается из кинетической энергии молекул тела и их структурных единиц (атомов, электронов, ядер), энергии взаимодействия атомов в молекулах и т. д. Во внутреннюю энергию не входит энергия движения тела как целого и потенциальная энергия, которой может обладать тело в каком-либо силовом поле (гравитационном, магнитном и др.). С точки зрения термодинамики под внутренней энергией тела понимают сумму кинетической энергии хаотического движения составляющих ее частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

Термодинамика

Первое и нулевое начало термодинамики

Законы термодинамики описывают поведение так называемых макроскопических систем, т. е. тел (твердых, жидких или газообразных), состоящих из большого числа частиц.

для идеального газа массы m уравнением состояния является уравнение Клапейрона – Менделеева:

pV = vRT,

где v = m/μ – число молей газа массой m (μ – молярная масса); R = 8,31 Дж/(К моль) – универсальная газовая постоянная.

Необходимым условием термодинамического равновесия в системе является равенство значений температуры для всех частей системы. Существование температуры – параметра, единого для всех частей системы, находящейся в термодинамическом равновесии, иногда называют нулевым началом термодинамики.

Первое начало термодинамики утверждает, что количество теплоты (тепла) dQ, сообщенное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии dU и на совершение системой работы dA, т. е.

dQ = dU + dA.

Вечный двигатель 1-го рода – это такая машина, которая, будучи однажды запущена в ход, способна работать неопределенно долго и совершать полезную работу, не потребляя энергии извне

Изопроцессы

— термодинамические процессы, во время которых количество вещества и ещё одна из физических величин — параметров состояния: давление, объём илитемпература — остаются неизменными. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму — изохорный, температуре — изотермический, энтропии —изоэнтропийный (например, обратимый адиабатический процесс). Линии, изображающие данные процессы на какой-либо термодинамической диаграмме, называются изобара, изохора,изотерма и адиабата соответственно

Концепция теплоемкости.

Теплоёмкость

количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус; точнее — отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению Т. единицы массы вещества (г, кг) называется удельной теплоёмкостью, 1 моля вещества — мольной (молярной) Т.

Количество теплоты, поглощённой телом при изменении его состояния, зависит не только от начального и конечного состояний (в частности, от их температуры), но и от способа, которым был осуществлен процесс перехода между ними. Соответственно от способа нагревания тела зависит и его Т. Обычно различают Т. при постоянном объёме (Cv) и Т. при постоянном давлении (Ср), если в процессе нагревания поддерживаются постоянными соответственно его объём или давление. При нагревании при постоянном давлении часть теплоты идёт на производство работы расширения тела, а часть — на увеличение его внутренней энергии (См. Внутренняя энергия), тогда как при нагревании при постоянном объёме вся теплота расходуется только на увеличение внутренней энергии; в связи с этим cp всегда больше, чем cv. Для газов (разреженных настолько, что их можно считать идеальными) разность мольных Т. равна cp — cv = R, где R — универсальная Газовая постоянная, равная 8,314 дж/(моль․ К), или 1,986 кал/(моль․ град). У жидкостей и твёрдых тел разница между Ср и Cv сравнительно мала.

Теоретическое вычисление Т., в частности её зависимости от температуры тела, не может быть осуществлено с помощью чисто термодинамических методов и требует применения методов статистической физики (См. Статистическая физика). Для газов вычисление Т. сводится к вычислению средней энергии теплового движения отдельных молекул. Это движение складывается из поступательного и вращательного движений молекулы как целого и из колебаний атомов внутри молекулы. Согласно классической статистике (то есть статистической физике, основанной на классической механике), на каждую степень свободы поступательного и вращательного движений приходится в мольной Т. (Cv) газа величина, равная. R /2; а на каждую колебательную степень свободы — R, это правило называется Равнораспределения законом.

Концепция необратимости

направление времени никак не учитывается в классической механике. То же самое следует сказать о квантовой механике, хотя в ней предсказания имеют лишь вероятностный характер. Такое представление о времени противоречит как повседневной нашей практике, так и тем теоретическим воззрениям, которые установились в естественных науках, изучающих конкретные изменения явлений во времени (история, геология, палеонтология, биология и др.). Если классическая физика и особенно механика изучали обратимые процессы, то биологические, социальные и гуманитарные науки ясно показывали, что предметом их исследования служат процессы необратимые, изменяющиеся во времени и имеющие свою историю.

Тепловые машины

Коротко говоря, тепловые машины преобразуют теплоту в работу или, наоборот, работу в

теплоту.

Тепловые машины бывают двух видов в зависимости от направления протекающих в них

процессов.

1. Тепловые двигатели преобразуют теплоту, поступающую от внешнего источника, в меха-

ническую работу.

2. Холодильные машины передают тепло от менее нагретого тела к более нагретому за счёт

механической работы внешнего источника.

Порядок и беспорядок в природе. Хаос.

Энтропия. Второе и третье начала термодинамики

Главная идея синергетики (предметом коей являются самоорганизующиеся системы) – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Порядок – регулярное (периодическое) расположение частиц, объектов, предметов по всему занимаемому пространству (объему); последовательный ход чего-нибудь; правила, по которым совершается что-нибудь; числовая характеристика той или иной величины Хаос (греч.) – полный беспорядок, нарушение последовательности, стройности, неразбериха, неопределенное состояние вещества. В физику понятие хаоса ввели Больцман и Гиббс

Р. Клаузиус (1822–1888) сформулировал в 1850 году второе начало термодинамики: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. В 1865 году Клаузиус для определения меры необратимого рассеяния энергии ввел в термодинамику понятие «энтропия» (от греч. entrope – поворот, превращение). Согласно Клаузиусу, приращение энтропии dS при квазистатическом процессе (бесконечно медленном процессе, когда система переходит из одного состояния в другое последовательно через цепочку квазиравновесных состояний) определяется так называемой приведенной теплотой dQ/T (dQ – малое количество теплоты, полученное системой; T – абсолютная температура):

dS = dQ/T. (1)

Важность понятия энтропии для анализа необратимых (неравновесных) процессов также была показана

впервые Клаузиусом. Для необратимых процессов приращение энтропии больше приведенной теплоты:

dS > dQ/7.

Из выражений (1) и (2) непосредственно следует закон возрастания энтропии, определяющий направление тепловых процессов: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает, достигая максимально возможного значения в тепловом равновесии:

ΔS ≥ 0,

где ΔS = S2 – S1 – приращение энтропии при переходе системы из состояния 1 в состояние 2; S1 и S2 – значения энтропии в состояниях 1 и 2 соответственно. Данное утверждение принято считать количественной формулировкой 2 нач терм-ки

Третье начало термодинамики

Третье начало термодинамики, тепловой закон Нернста (Нернста теорема), закон термодинамики, согласно которому энтропия S любой системы стремится к конечному для неё пределу, не зависящему от давления, плотности или фазы, при стремлении температуры (Т) к абсолютному нулю (В. Нернст, 1906). Т. н. т. позволяет находить абсолютное значения энтропии, что нельзя сделать в рамках классической термодинамики (на основе первого и второго начал термодинамики). В классической термодинамике энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной аддитивной постоянной S0, что практически не мешает большинству термодинамических исследований, так как реально измеряется разность энтропий (S0) в различных состояниях. Согласно Т. н. т., при Т ® 0 значение DS ® 0.

Из Т. н. т. следует, что абсолютного нуля температуры нельзя достигнуть ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, к нему можно лишь асимптотически приближаться, поэтому Т. н. т. иногда формулируют как принцип недостижимости абсолютного нуля температуры.

Элемента́рная части́ца

— собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичныефундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент).

Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Классификация

По величине спина

Все элементарные частицы делятся на два класса:

бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса).

фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

адроны 

мезоны 

барионы . К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизмконфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

три промежуточных векторных бозона W⁺, W⁻ и Z⁰, переносящие слабое взаимодействие;

гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Теория кварков

Теория кварков (Цвейг и Гелл-Манн) трактует строение адронов (частиц, участвующих в сильном взаимодействии). Основная идея теории: все адроны построены из более мелких частиц – кварков, которые несут дробный электрический заряд, который составляет либо –1/3, либо +2/3 заряда электрона. Комбинация из двух или трех кварков может иметь суммарный заряд, равный нулю или единице. Все кварки имеют спин (собственный момента импульса частицы) 1/2, поэтому относятся к фермионам.

Для учета всех кварков были введены их сорта: u (от up – верхний); d (от down – нижний); s (от strange – странный). Кварки могут соединяться друг с другом одним из возможных способов: тройками или парами кварк – антикварк. Так, из трех кварков состоят тяжелые частицы – барионы (протон и нейтрон). Легкие пары кварк – антикварк образуют частицы, названные мезонами.

Как показали исследования, результатирующее взаимодействие между нейтронами и протонами в ядре представляет собой остаточный эффект более мощного взаимодействия между самими кварками.

Известие, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить андроны, стало триумфом теории кварков.

Далее были введены новые сорта кварков: с (charm) – очарование; b (beauty) – красота; t (top) – верхний.

Кварки скрепляются между собой сильным взаимодействием. Причем его переносчиками являются глюоны – цветовые заряды

Концепция дальнодействия и близкодействия.

Согласно концепции (теории) дальнодействия, тела действуют друг на друга без посредников, через пустоту, на любом расстоянии, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью (но подчиняется определённым законам). Примером дальнодействия можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона. Согласно концепции короткодействия (близкодействия), тело может действовать только на своё непосредственное окружение, а всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников.

Сильные взаимодействия — взаимодействия между нуклонами и другими тяжелыми частицами. Они обеспечивают, стабильность ядер и отвечают за процессы рождения частиц при взаимодействии частиц высоких энергий. Это весьма короткодействующие взаимодействия: они проявляются лишь в пределах ядра, т. е. на расстояниях, не превышающих 10^-16 м. За пределами ядра они практически отсутствуют.

Слабые взаимодействия, наблюдаемые главным образом на расстояниях, не превышающих 10^-13 м, определяют бета-распад. Они играют определенную,’ но пока малоизученную роль и на очень малых расстояниях. Для этих взаимодействий также существует (кроме обычных) ряд специальных законов сохранения

Физические и химические процессы. Концепция вещества. Вещество и элемент.

Химический процесс

При химических процессах из одного или нескольких исходных материалов получаются новые вещества с полностью другими свойствами, отличными от исходных веществ. При ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ возникает новое вещество.

 Физический процесс

При ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ не возникает новое вещество. Изменяется агрегатное состояние, положение или величина вещества или тела. При физическом процессе изменяется состояние вещества, вещество остается прежним.

По составу материалов различаются смеси или смеси материалов, химические соединения и элементы или основные вещества

Вещество — один из видов материи, из которого состоит весь окружающий нас мир. Его образуют большие скопления различных частиц, структур.Вещество представляет собой однородный (гомогенный) вид материи, т. е. такой материи, каждая частица которой имеет одинаковые физические свойства.

Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева^[1]. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.^[2]

Формой существования химических элементов в свободном виде являются простые вещества (одноэлементные

А́том (др.-греч. ἄτομος — неделимый) — микроскопическая частица вещества, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.[1] Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов

Атом и молекулы. Концепция химического строения

Атомы различного вида в различных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы

Известна масса и величина заряда атома. Так, масса атома составляет 0,00055 углеродной частицы, а заряд – 1,602 на 10 в минус 19 степени.

Моле́кула (новолатинское molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — микрочастица, образованная из атомов. Наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

Атомы в большинстве молекул связаны химической связью. Тем не менее в настоящее время известны молекула катенанов и ротаксанов, в которых составные части молекулы соединены топологической связью

Суть данной теории состоит в том, что в любом теле происходят тепловые процессы. Молекулярно-кинетическая теория объясняет, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц. Это движение и порождает тепло.

В основе молекулярно-кинетической теории лежит три утверждения:

1) вещество состоит из частиц;

2) эти частицы находятся в беспорядочном движении;

3) эти частицы также находятся в постоянном взаимодействии друг с другом

В 1911 г. Резерфорд предложил свою теорию строения атома:

1) атом состоит из атомного ядра, которое является положительно заряженным;

2) химическая связь между атомами различных элементов – это проявление взаимодействия между двумя внешними электронами соседних атомов.

Виды изомерии в химии

Вопрос 28. Концепция обратимости химических реакций. Принцип Ле Шателье.

Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например:3H₂ + N₂ ⇌ 2NH₃.

Так в приведёной реакции, при малой концентрации аммиака в газовой смеси и больших концентрациях азота и водорода происходит образование аммиака; напротив, при большой концентрации аммиака он разлагается, реакция идёт в обратном направлении. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении химического равновесия, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции.

Принцип Ле Шателье — Брауна (1884 г.) — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Вопрос 29. Концепция окисления- восстановления в химии.

Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся  реакции, протекающие без изменения степени окисления  атомов, входящих в состав реагирующихвеществ.   ⁼ Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ.  = 

В ходе окисл. Элемента степень его окисления повышается, а в ходе востан-я уменьш.

S + O₂₌ SO₂

S⁰- 2e=S²⁺

O⁰+2e=O^2-

Элемент, отдающий электроны в ходе ОВР окисляется и является восстановителем, а элемент, принимающий, восстанавливается и является окислителем.

Концепции происхождения жизни в биологии, их характеристика и мировоззренческое значение.

Концепции происхождения жизни: материалистическая и идеалистическая.

1. материалистическая- рассматривает происхождение жизни как результат естественной эволюции, неживой материи в живую.

концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни (до 17 века) в 60-х гг. 19-го века Луи Пастер в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был занесен зародыш. Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение – Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни. Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого

.2. КОНЦЕПЦИЯ ПАНСПЕРМИИ- жизнь на землю была занесена из космоса.

1860-Рихтор-попала живая клетка

1895- Сванто Аррениус- сложное организация вещества-аминокислоты

1927-Миллер- 1 молекула ДНК

60 г. 20 в Жакоб Моно- зародилась где много молипдена

3. КОНЦЕПЦИЯ СТАНЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ ЖИЗНИ

1928-1932 Вернадский- жизнь никогда не возникала и не исчезала, она мигрирует во Вселенной.

4..КОНЦЕПЦИЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ

голобиозВ 1924 году вышла в свет книга «Происхождение жизни» советского ученого А. И. Опарина, где он экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, так называемых коацерватов, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду.

2. ИДЕАЛИСТИЧЕСКАЯ- рассматривает происхождение жизни как результат действия нематериальных, божественных, духовных факторов и сил.

1. КОНЦЕПЦИЯ КРЕАЦИОНИЗМА- жизнь создана богом в едином порыве за 7 днй библия. 1615- Ашер- Бог содал землю 4004 г.д.н.э. 23 октября, 9 утра.

2. КОНЦЕПЦИЯ ВИТАЛИЗМА-

70-берталанфи 40- Шталь 30- Дриш. в объективной реальности существует две субстанции как первоосновы мира:

---материальная- пассивная—костная

---духовная- активная внедряясь в костную материю проявляет в ней жизнь.

3. КОНЦЕПЦИЯ ХОЛИЗМА- живые организмы изначально пред. собой целостные структуры, которые изначально до их рождения обладают свойствами самоорганизации, самоосмысления, самосознания.

4. КОНЦЕПЦИЯ НЕОНОМОГЕНЕЗА- Элкен

Жизнь зародилась под воздействием факторов двойственного рода: опред.факторы (внутренние, автономические)- изначально присущи самоосознанности, саосознания до рож. жив. организмов, осмсленности.---внешние хрономические.