Стихиометрические законы. Явление катализа. Классификация биосферы на основе учения Вернадского
Контрольная
работа по дисциплине:
Концепции
современного естествознания
Задание 1.
Перечислите основные компоненты естествознания как системы естественных наук.
Дайте их краткую характеристику
К естественным наукам относятся:
- науки о космосе, его строении и эволюции
(астрономия, космология, космогония, астрофизика, космохимия и др.);
о Земле (геология, геофизика, геохимия и др.);
о физических, химических и биологических
системах и процессах (формах движения материи);
о человеке как биологическом виде, его
происхождении и эволюции (цикл антропологических наук).
Схема классификации естественных наук
представлена на рисунке.
Задание 2. Охарактеризуйте
александрийский период развития науки
Александрийский период
характеризуется началом дифференциации знаний, - становлением астрономии как
самостоятельной науки, созданием учения о равновесии тел - статики и развитием
математики. Была выдвинута гипотеза о гелиоцентрическом строении Вселенной,
проведены измерения окружности Земли и расстояния от Луны до Земли, уточнены
положение и движение небесных светил, составил большой звездный каталог
(Гиппарх).
Теория движения небесных светил была
приведена в систему александрийским астрономом Птоломеем (70-147 н. э.) и
изложена им в труде “Великое построение”. Астрономия теперь получила
законченную форму, которая долгое время, вплоть до Коперника, не подвергалась
каким-либо существенным изменениям.
Другой наукой, достигшей больших успехов
в александрийский период, была математика. Евклид (III в. до н. э.) подвел
итоги и обобщил в своих “Началах” все, что было сделано до него в области
математики. Он создал настолько совершенную и законченную систему элементарной
геометрии, что она почти в неизменном виде просуществовала многие столетия.
Учение Архимеда о равновесии тел
представляет собой объединение и развитие имевшихся знаний, их систематизацию и
оформление в самостоятельную научную область - статику.
Центральное место в учении Архимеда
занимают теория рычага, при построении которой использован аксиоматический
метод, и теория равновесия тел в жидкости (гидростатика), включающая в себя
доказательство ряда теорем, в том числе - закона Архимеда.
Ученые Средней Азии и арабских стран
развили далее античную философию и особенно математику и философию. Им
принадлежит также заслуга в развитии экспериментальных исследований.
Крупнейшим философом на востоке был
ибн-Сина, известный в Европе под именем Авиценна (980-1037). Ибн-Сина был также
крупным математиком, естествоиспытателем и врачом. Его сочинение “Медицинский
канон” вплоть до XIV в. служило основным пособием при изучении медицины в
Европе.
Основные заслуги математиков
средневекового Востока заключаются в разработке современной системы счета,
заимствованной у индусов, и в развитии алгебры.
В области физических наук арабские и
восточные ученые уделяли внимание оптике и механике, совершенствуя технику
измерения.
В 1667г. Ньютон сформулировал три
закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Законы
Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов.
Первый закон Ньютона: всякая
материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не
заставит ее изменить это состояние.
Стремление тела сохранить состояние
покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или
инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.
Для количественной формулировки
второго закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела m и силы F.
Ускорением характеризуется быстрота изменения скорости движения тела. Масса
тела - физическая величина, одна из основных характеристик материи,
определяющая ее инерционные свойства (инертная масса) и гравитационные свойства
(тяжелая или гравитационная масса). Сила F - это векторная величина, мера
механического воздействии на тело со стороны других тел или полей, в результате
которого тело приобретает ускорение, или изменяет свою форму и размеры.
Второй закон Ньютона: ускорение,
приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе
и обратно пропорционально массе материальной точки (тела)
а= F/m.
Второй закон Ньютона справедлив
только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно получить из
второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при
отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно
нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а
не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование
инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие между материальными
точками (телами) определяется третьим законом динамики - законом равенства
действия и противодействия.
Третий закон Ньютона: всякое
действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия;
силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю,
противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:
12= -F21 ,
где F12 - сила,
действующая на первую материальную точку со стороны второй; F21 -
сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены
к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами
одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики
отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек,
характеризующихся парным взаимодействием.
Законы Ньютона позволяют решить
многие задачи механики - от простых до сложных. Спектр таких задач значительно
расширился после разработки Ньютоном и Лейбницем нового для того времени
математического аппарата - дифференциального и интегрального исчисления, весьма
эффективного при решении многих динамических задач и особенно задач небесной
механики.
Задание 4. Укажите основные этапы
создания учения об электромагнетизме
естествознание электромагнетизм
ньютон механика
В XIX веке физики дополнили механистическую
картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны
давно, но изучались обособленно друг от друга.
Первое систематизированное описание магнитных и
электрических явлений изложено в труде английского естествоиспытателя,
придворного врача английской королевы У. Гильберта (1540-1603) "О магните,
магнитных телах и великом магните Земле" (1600). Этот труд Гильберта
достоин особого внимания, потому, что Гильберт, отказавшись от легенд и
преданий, изложил в нем результаты проведенных им опытов. Вопреки
распространенному мнению о том, что магнитная стрелка устанавливается в
направлении какой-то точки на небесном своде, причиной ориентировки магнитной
стрелки Гильберт считал земной магнетизм. Гильберт занимался также изучением
электрических явлений, в частности, провел детальные исследования электризации
тел трением. Сравнение электрических и магнитных свойств тел и установление
факта о разной природе притяжения у янтаря и магнита привело Гильберта к
ошибочному выводу, что электрические и магнитные явления не имеют между собой
ничего общего. Электрические и магнитные явления были разделены на два класса и
исследовались раздельно. Этот подход к изучению электрических и магнитных
явлений оказал серьезное влияние на будущих исследователей и на всю историю
электромагнетизма вплоть до конца XVIII в.
Дальнейший ход развития науки показал, что между
электричеством и магнетизмом существует глубокая взаимосвязь. В 1820г. датский
ученый Г. Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на
магнитную стрелку, помещенную вблизи проводника с током.
Явление, лежащее в основе открытия Эрстеда, было
объяснено Ампером магнитным действием тока. Взаимодействия токов настолько
отличались от прежде известных электрических явлений, что Ампер назвал эти
новые явления электродинамическими и предложил разделение науки об
электричестве на электростатику и электродинамику. Открытие Эрстеда повлекло за
собой цикл экспериментальных работ М. Фарадея (1791-1867), разработавшего
концепцию электромагнитного поля и теоретических работ Д.К. Максвелла
(1831-1879), воплотивших эту концепцию в строгую теорию электромагнетизма.
Задание 5. Какие гипотезы и
постулаты лежат в основе квантовой механики
Принцип тождественности - фундаментальный
принцип квантовой механики, согласно которому состояния системы частиц,
получающиеся друг из друга перестановкой тождественных частиц местами, нельзя
различить ни в каком эксперименте. Такие состояния должны рассматриваться как
одно физическое состояние. Принцип тождественности - одно из основных различий
между классической и квантовой механикой. В классической механике всегда можно
проследить за движением отдельных частиц по траекториям и таким образом
отличить частицы одну от другой. В квантовой механике тождественные частицы
полностью лишены индивидуальности.
Принцип соответствия: всякая новая более общая
теория, являющаяся развитием некоторой старой теории, не отвергает ее
полностью: основные законы новой теории таковы, что в предельном случае при
надлежащем выборе некого характеристического параметра, они переходят в законы
старой теории.
Принцип причинности - взаимообусловленность
одного явления (следствия) другим явлением (причиной).
Задание 6. Укажите основные
стехиометрические законы
Французский химик Ж. Пруст (1754-1826) после
тщательнейших экспериментов с рядом веществ установил закон постоянства состава
- один из основных законов химии.
Согласно закону постоянства состава, всякое
чистое вещество, независимо от способов его получения и нахождения в природе,
имеет постоянный качественный и количественный состав.
Закон Авогадро: в равных объемах различных газов
при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число
молекул. Из закона Авогадро вытекает важное следствие: при одинаковых условиях
1 моль любого газа занимает один и тот же объем, в частности, при нормальных
условиях этот объем равен 22,4л.
Задание 7. В чем заключается явления
катализа
Катализ - явление, заключающееся в изменении
скорости химической реакции под действием катализаторов. Согласно современным
воззрениям, катализ обусловлен уменьшением энергии активации молекул при их
контакте с катализатором
Действие катализаторов является избирательным.
Применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества
разные продукты.
Определенный катализатор, изменяя скорость одной
реакции, совершенно не оказывает влияния на скорость другой химической реакции.
Поэтому должно быть понятным, что поиски, подбор, исследование и дальнейшее
внедрение в практику все новых и новых катализаторов является одной из
сложнейших и важнейших задач современной химии, так как роль катализаторов в
химическом производстве очень велика. Перечислим лишь несколько химических
производств, где используют катализаторы.
В нефтяной промышленности для крекинга
углеводородов (с помощью которого увеличивается выход бензина из керосина) и
для реформинга (который приводит к перестройке структуры углеводородов и
повышению октанового числа бензина).
При переработке природного газа.
При получении полимеров, искусственного каучука.
При получении серной кислоты, аммиака, синтетического
метилового и этилового спиртов и т.д.
Катализ играет большую роль не только в химии,
но и в биологии, так как практически все биохимические превращения,
происходящие в живых организмах, являются каталитическими. В роли катализаторов
в этом случае выступают ферменты - вещества биологического происхождения.
Теория биохимических катализаторов - ферментов намного сложнее, чем теория
химических катализаторов.
Задание 8. Перечислите основные
свойства живого организма
Самообновление
- свойство живых организмов осуществлять непрерывный обмен с окружающей средой
энергией и веществом, благодаря которому происходит восстановление разрушенных
компонентов и замена их новыми. Через живые системы проходят потоки веществ и
энергии, поэтому они называются открытыми.
Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных
процессов - ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция - это процесс синтеза
органических веществ в организме, а диссимиляция - процесс распада сложных
органических веществ с выделением энергии.
Самовоспроизведение
- свойство живых организмов, основанное на способности молекул ДНК передавать
из поколения в поколение наследственную информацию о признаках, свойствах и
функциях организмов.
Наследственность
- свойство живого организма, заключающееся в способности живого организма
передавать свои признаки и свойства, а также особенности развития из поколения
в поколение.
Развитие -
необратимое направленное закономерное изменение живых организмов, в результате
которого возникает новое качественное состояние, изменяется его состав и
структура. Развитие живых организмов представлено индивидуальным развитием или
онтогенезом, и историческим развитием или филогенезом. Онтогенез - это вся
совокупность преобразований организма от момента его зарождения до прекращения
существования. Филогенез, или эволюция, - это необратимое и направленное
развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и
прогрессивным усложнением жизни.
Раздражимость
- свойство реагировать на сигналы. Благодаря этому свойству организмы
избирательно реагируют на условия окружающей среды, способны извлекать из нее
все необходимое для своего существования, а следовательно, с ними связан столь
характерный для живых организмов обмен веществ, энергии и информации.
Задание 9. Охарактеризуйте различные
типы изменчивости
По механизмам возникновения и характеру
изменений признаков генетика различает основные формы изменчивости:
наследственную (генотипическую), и - ненаследственную (модификационную, или
фенотипическую). Наследственная изменчивость в свою очередь подразделяется на
мутационную (возникает в результате мутаций) и комбинативную (результат
кроссинговера). Схема классификации изменчивости показана на рисунке.
Задание 10. Дайте классификацию
вещества биосферы на основе учения Вернадского о биосфере
В учении Вернадского о биосфере
проведено подразделение вещества биосферы на несколько разных, но геологически
взаимосвязанных типов:
живое вещество, образованное
совокупностью организмов;
биогенное вещество, которое
создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы
атмосферы, нефть, каменный уголь, известняки и др.);
косное вещество, которое образуется
без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты);
биокосное вещество, образующееся в
результате совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва,
водная среда).
Список использованной литературы
1.
Введение в философию: Учебник для вузов. В 2 ч. Ч.2 Под общ. ред. И.Т. Фролова.
- М.: Политиздат, 1989г.
2.
История философии в кратком изложении. М.:Мысль, 1994г.
3.
Общая психология. Под ред., Петровского А.В. - М: Просвещение, 1986г.
4.
Спасский Б.И. "Физика в ее развитии". М.: Просвещение, 1979г.
5.
Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. М.: Высшая школа, 2003г.