23 Билет

Основы специальной теории относительности. Релятивистское выражение для импульса и энергии. Взаимосвязь массы и энергии.

Основу СТО, опубликованной в 1905 г. Эйнштейном, составляют два постулата:

1. Принцип относительности Эйнштейна. Он гласит, что все физические процессы при одних и тех же условиях в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Это значит, что все инерциальные системы равноправны и физические процессы, проходящие в них, описываются одними и теми же закономерностями.

2. Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в вакууме – предельная скорость в природе. Это одна из важнейших физических постоянных, т.н. «мировых констант».

Из СТО следует ряд следствий:

1) Скорость движения любого тела в любой инерциальной системе отсчета не может быть больше скорости света с. Если одна из скоростей в такой системе равна с, то сумма скоростей тоже будет равна с.

2) Масса тела зависит от скорости его движения. На скоростях близких к скорости света, масса движущегося тела увеличивается по отношению к массе покоящегося.

3) В системе, движущейся на скорости близкой к скорости света, наблюдается замедление хода времени, по сравнению с ходом времени покоящейся системы. Отсюда вытекает т.н. «парадокс близнецов». Он заключается в следующем. Если один близнец остается на Земле (покоящаяся система), а другой улетает на ракете, движущейся со скоростью близкой к скорости света (движущаяся система), то, возвратившись на Землю, он обнаружит, что его брат-близнец стал намного старше его.

4) Взаимосвязь массы и энергии, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна E=mc2 Здесь энергия – это вся энергия, запасенная массой, а не кинетическая энергия. Эта энергия, высвобождаемая при радиоактивном распаде, термоядерном синтезе и др.

24 Билет

клетка как фундаментальная модель живой материи на микроуровне. Жизненный цикл клетки. Единство и многообразие клеточных типов.

Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Клетка любого организма представляет целостную живую систему. Она состоит из трех связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетки осуществляет взаимодействие с внешней средой и с соседними клетками. Она состоит из наружного слоя и плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению. Растительная клетка состоит из оболочки, пластиды, вакуоли, цитоплазмы и ядра. Животная клетка – из оболочки, ядрышка, аппарата Гольджи, хромосом, вакуоли, ядра, цитоплазмы, митохондрий и включения. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически алгоритм ее жизни, названный жизненным циклом клетки (клеточным циклом). Жизненный цикл клетки начинается с момента ее образования после деления родительской клетки и заканчивается либо новым делением, либо превращением в специализированную клетку. Большинство клеток продолжает делиться. Им свойственен клеточный цикл, состоящий из периодически повторяющихся стадий: так называемой интерфазы (1) – этапа подготовки к делению и непосредственно процесса деления – митоза (2). К этапам дифференцировки (3) и функционирования специализированной клетки. Продолжительность жизненного цикла однотипных клеток в нормальных условиях практически одинакова. Рождение. Отправным моментом жизни любой клетки (кроме половой, для которой характерен мейоз) считают деление материнской клетки с образованием двух идентичных дочерних – митоз (от греческого mitos – нить). Во время митоза основная задача материнской клетки – поровну передать равноценный в количественном и качественном отношении генетический материал дочерним клеткам. Созревание. В этот период происходит дифференцировка клеток и становление ключевых ферментных систем. Клетка готовится выполнять предназначенные природой функции, постепенно активизируя свой обмен веществ. Активное функционирование. Интенсивность реакций метаболизма и сопряженного с ним энергетического обмена в это время максимальны.

В период активного функционирования интенсивность обмена веществ в клетке максимальна.

Процессы в клетке направлены на обеспечение постоянства внутренней среды и выполнение специфических функций: нейрон воспринимает и передает нервный импульс, эритроцит переносит кислород и так далее. Угасание (старение). Этот процесс запрограммирован генетически и, в первую очередь, проявляется уменьшением выработки и активности ферментов в клетке. При этом замедляются биохимические реакции, тормозится метаболизм и энергетический обмен.

Период старения клетки характеризуется уменьшением выработки и активности ферментов

Естественная гибель клетки (апоптоз)

Разнообразие клеток столь же удивительно, как и разнообразие растений и животных. Проще всего устроены клетки цианобактерий и настоящих бактерий. У них отсутствуют ядра, митохондрии, пластиды и некоторые другие структуры, характерные для клеток высших организмов, не развита система внутренних мембран. В связи с отсутствием ядра такие клетки называются прокариотическими. Бактериальные клетки могут быть округлыми, палочковидными, изогнутыми или скрученными. Клетки шарообразных бактерий (кокков) способны склеиваться друг с другом, образуя пары, комочки, пленки или длинные цепи. Палочковидные бактерии (бациллы) могут образовывать пары или цепочки, но чаще живут как одиночные клетки. Клетки настоящих водорослей и наземных растений, грибов и животных имеют оформленное ядро и называются эукариотическими. Огромное число эукариотических организмов существуют как отдельные клетки: одноклеточные водоросли (хлореллы), одноклеточные грибы (дрожжи) и одноклеточные животные (амебы, инфузории). Клетки многоклеточных растений и животных могут выглядеть совершенно по-разному. Человек, например, как и все прочие позвоночные, состоит из нервных и мышечных клеток, клеток печени, костной ткани и многих других. Разнообразие формы и размеров клеток соответствует разнообразию их функций. Несмотря на это разнообразие в основе своей все клетки очень сходны, и каждая клетка осуществляет все основные жизненные функции, которые свойственны любому живому существу. Из ОТО был получен ряд важных выводов.

1. Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи

2. Луч света, обладающей инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения

3. Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений.

ОТО рассматривает мир как четырехмерный: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, образуют четырехмерный пространственно-временной континуум (пространство-время). Поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями.

Согласно ОТО, гравитация – это следствие деформации («искривления») пространства-времени под воздействием массы. При этом, чем массивнее, тяжелее тело, тем сильнее пространство-время деформируется вокруг него. То, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является внешним проявлением искривления пространства-времени.