Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

 РУССКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ имени  В.П.ЧЕРНОВА

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОНОМИКИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по предмету

«Концепции современного естествознания» (КЕИ 00) 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                 Выполнила:

Москва 2010 
 
 
 

  Вопрос 1. Охарактеризуйте основные уровни организации материи. 

   Ответ: Материя как объективная реальность - это именно вся совокупность вещей и явлений окружающего нас мира. Она непрерывно развивается, и это развитие не означает ничего иного, кроме непрерывного развития всех ее конкретных проявлений. Материя есть предельно общая философская категория, а естествознание всегда имело и будет иметь дело с "материей на данном уровне проникновения в нее".

   В окружающем нас мире довольно условно можно выделить четыре уровня организации материи:

   - крупномасштабная организация Вселенной, определяемая расстояниями от 10¹¹ до 10²⁸ см, и обусловленная взаимодействиями галактик, звездных скоплений, звезд и отдельных планет, т.е. гравитационным притяжением сверхмассивных тел. Внутренняя структура и свойства конкретных тел на этом уровне не играют, как правило, никакой роли;

   - макроскопический уровень, связанный с процессами, происходящими на отдельном небесном теле; масштаб макроскопических явлений соизмерим с масштабом деятельности человека и составляет 10¹ до 10⁸ см. Вихри в атмосфере, волны в океане, разрушение горных пород, полет птиц- это примеры макроскопических явлений. Можно сказать, что макроскопический уровень- это мир человека и окружающих его тел;

   - микроскопический уровень, связанный с внутренней структурой всех макроскопических тел и определяемый атомно- молекулярными процессами, характеризуемых масштабом 10⁸ …10⁷ см. на этом уровне взаимодействия и превращения атомов, движения ядер и электронов происходят под действием электромагнитных сил;

   - фундаментальный уровень организации Природы, связанный со структурой атомных ядер ( 10¹² см), состоящих из протонов и нейтронов (10¹³ см), а также- с внутренней структурой протонов и нейтронов, состоящих из элементарных частиц- кварков. Здесь фиксируются размеры порядка 10¹⁶ см. 
 

   Вопрос 2. Дайте характеристику физическим картинам мира в их хронологической последовательности. 

   Ответ: Понятие "физическая картина мира" употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий.     

   Одной из важнейших характеристик понятия "физическая картина мира" является ее эволюция – постоянное развитие и смена одних картин другими. Первой сформировавшейся картиной мира в физике была механистическая картина мира. В свою очередь она возникла под воздействием античной картины мира (Демокрита, Эпикура, Лукреция) и идей эпохи Возрождения. Решающую роль среди последних сыграли: принцип материального единства мира, принцип причинности, принцип экспериментальной обоснованности, принцип математического описания природных явлений. Все эти принципы явились философским обоснованием механистической картины мира. Окончательно сформировалась она после создания классической механики И. Ньютона.

   Картина мира является более широким понятием, чем теоретическая модель. Тем не менее, как и в модели, в механистической картине мира есть основные понятия и основные принципы, составляющие теоретический и философский фундамент картины.

   Основные понятия классической механики: 1) материя – вещество, состоящее из неделимых частиц; 2) движение – механическое перемещение в пространстве; 3) пространство – пустое вместилище тел, описываемое геометрией Эвклида; 4) время – абсолютная категория, характеризующая длительность процессов; 5) масса – мера инертности и мера тяготения.

  Основные принципы механики: 1) принцип относительности Галилея (все тождественные механистические явления проистекают одинаковым образом в различных инерциальных системах отсчета; 2) принцип дальнодействия. Во времена Ньютона было известно только одно – гравитационное взаимодействие. Принцип дальнодействия заключается в том, что гравитационное взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью через пустое пространство без посредства чего-либо.

   На смену механистической картине мира пришла электродинамическая. Основы электродинамической картины мира заложены трудами М. Фарадея и Дж. Максвелла. В отличие от механистической картины мира, где исходными философскими идеями были классический атомизм и механицизм, в электродинамической картине исходной идеей стал континуализм. В частности, Фарадей положил в основу истолкования физических явлений континуальные, непрерывные представления о материи. Передача взаимодействия в этой новой картине мира осуществляется материальным электромагнитным полем. Таким образом, материя в электродинамической картине мира представляется в двух формах – вещество и поле. После создания А. Эйнштейном специальной теории относительности в 1905 г. электродинамическая картина мира приобрела релятивистский характер. На смену абсолютным пространству и времени пришло четырехмерное плоское пространство-время, на смену дальнодействию пришло близкодействие. Можно просуммировать основные характеристики электродинамической картины мира:

   Основные понятия: 1) материальность физического поля; 2) относительность пространства и времени, единое пространство-время; 3) масса – мера инертности, тяготения и полной энергии (Е=мс – формула Эйнштейна взаимосвязи массы и энергии); 4) непрерывность материи.

   Основные принципы: 1) принцип относительности Эйнштейна; 2) принцип близкодействия, заключающийся в передаче взаимодействия с конечной скоростью света; 3) принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс; 4) принцип постоянства скорости света во всех инерциальных системах отсчета; 5) принцип причинности.

   Полное завершение электродинамическая картина мира получила после создания в 1915 г. Эйнштейном общей теории относительности.

   Возникновение и проникновение "идеологии" квантовой теории во все разделы физики определило начало перехода от электродинамической картины мира к новой квантово-полевой. Зарождение квантово-полевой картины мира происходило тогда, когда еще окончательно не сложилась электродинамическая картина. По крайней мере обе теории относительности еще не появились.

   Основополагающей гипотезой, давшей только толчок квантовой теории была гипотеза квантов света М. Планка (1900 г).

   Перечислим некоторые основные характеристики этой картины мира. Прежде всего это основные понятия: 1) единство корпускулярно-волновых свойств материи; 2) дискретность излучения и дискретность физических состояний; 3) волновое уравнение для частиц; 4) обменный характер взаимодействия; 5) виртуальные частицы; 6) материя и антиматерия.       Основные принципы: 1) принцип неопределенностей Гейзенберга; 2) принцип дополнительности Н. Бора; 3) принцип Паули.

   Квантово- полевая картина мира не является некоей стационарной картиной, содержащей и объясняющей все явления природы.  
 

   Вопрос 3. Как симметрия пространства и времени связана с законами сохранения? 

   Ответ: Законы сохранения в классической механики (механической энергии, импульса и момента импульса) получаются как следствия уравнений движения Ньютона. Поэтому они связаны со свойствами пространства и времени, которые в классической механике являются постулатами. Эту связь лучше рассмотреть на примере замкнутой системы , т.е. системы, взаимодействием которой с прочими не входящими в нее телами можно пренебречь.

   Оказывается, что сохранение импульса  связано с однородностью пространства, в силу которой механические свойства замкнутой системы не меняются при любом параллельном переносе системы как целого.

   Сохранение момента импульса  связано с изотропией пространства, в силу которой механические  свойства замкнутой системы не  изменяются при любом повороте системы как целого.

   Сохранение механической энергии  связано с однородностью времени,  в силу которой механические  свойства замкнутой системы не  меняются при любом переносе  системы во времени.

   Следует подчеркнуть, что закон  сохранения энергии является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии, согласно которому все формы движения «при известных обстоятельствах переходят друг в друга и притом так, что данному количеству энергии в одной форме всегда соответствует определенное количество энергии в какой- либо другой форме».

   Связь между симметрией пространства  и времени и законами сохранения  установила немецкий физик Эмми  Нетер (1882-1935). Он сформулировала  и доказала фундаментальную теорему  математической физики, названную ее именем, из которой следует, что из однородности пространства и времени вытекают законы сохранения соответственного импульса и энергии, а из изотропности пространства- закон сохранения момента импульса. 

   Вопрос 4. Укажите авторов, названия и даты открытия (опубликования) законов, формулировки которых приведены ниже:

   а) Изменение количества движения  пропорционально движущей силе  и происходит по направлению  той прямой, по которой эта  сила действует.

   б) В изолированной системе  самопроизвольно идут только процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии.

   в) Тепловой эффект химической  реакции зависит от вида и  состояния исходных веществ и  продуктов реакции, но не зависит  от пути процесса, т.е от числа  и характера стадий. 

   Ответ: а) «Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует» - это второй закон Ньютона, который является основным законом динамики, в формулировке Ньютона (1687).

  б) В изолированной системе самопроизвольно идут только процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии- это второй закон термодинамики, который сформулировал Р. Клаузиус (1850 г.).

      в) Тепловой эффект химической реакции зависит от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути процесса, т.е от числа и характера стадий- это закон Гесса (1840 г.) 

   Вопрос 5. Укажите различия в составе и строении молекул ДНК и РНК. 

   Ответ: В природе существуют два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК - рибозу. В настоящее время известно большое число  разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

  ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК, кроме ядра, входит в состав рибосом, цитоплазмы, пластид и митохондрий.

   Молекула ДНК - это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-спиртовой группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентозного цикла и 5′-углеродом следующего.