Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

 

F12= –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.

Задание 4. Укажите основные этапы создания учения об электромагнетизме.

В XIX веке возникли теории электромагнетизма. До этого электрические и магнитные  явления, хотя были известны давно, 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).

 

В нем Гильберт изложил  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 1820 г. 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, что с полным правом считается  величайшим достижением научной  мысли

Задание 5. Какие гипотезы и постулаты лежат в основе квантовой механики?

Квантовая механика является областью физики, возникшей в связи  с необходимостью разработки нового подхода к явлениям микромира, необъяснимым с позиций механики Ньютона.

 

В основе квантовой механики лежат представления Планка, согласно которым излучение энергии веществом  происходит малыми порциями – квантами с энергией, пропорциональной частоте  испускаемого излучения, гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц вещества, соотношение неопределенностей  Гейзенберга.

 

В квантовой механике вводится понятие волновой функции Ψ(x,y,z,t), определяющей вероятность нахождения микрочастицы в данном месте пространства в данное время. Основным уравнением квантовой механики является уравнение  Шредингера, определяющее вид функции  Ψ(x,y,z,t).

 

Задание 6. Укажите основные стехиометрические законы.

В конце XVIII – начале XIX вв. были открыты стехиометрические  законы (закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон  простых объемных отношений, закон  Авогадро). Эти законы составили  фундамент, на котором базируется современная  химия.

 

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.

 

Это означает, что все соединения содержат элементы в строго определенных весовых пропорциях, независимо от способа получения, Так, например, сернистый  газ, полученный сжиганием серы, или  действием кислот на сульфиты, или  любым другим способом, всегда содержит одну весовую часть серы и одну весовую часть кислорода.

 

Закон постоянства состава  был теоретически обоснован в 1800–1810 гг. английским ученым Дж. Дальтоном (1766–1844), который на основе атомической гипотезы не только подтвердил этот закон, но и  открыл новый закон – закон  простых кратных отношений.

 

Закон простых кратных  отношений утверждает, что если два  химических элемента образуют друг с  другом несколько химических соединений, то весовые количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях  на одно и то же весовое количество другого элемента, относятся между  собой как небольшие целые  числа.

 

Этот закон был установлен не на основе опытных данных, а был  выведен из атомистических представлений, согласно которым предполагались целочисленные  соотношения атомов в соединениях.

 

Из закона простых кратных  отношений следует, что атомы  элементов соединяются в молекулы, причем молекулы содержат небольшое  число атомов. Измерение весового содержания элементов позволяет, с  одной стороны, определять молекулярные формулы соединений, а с другой стороны – находить относительные  веса атомов.

 

В 1808 г. французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак (1778–1850) на основе изучения химических реакций газов открыл еще один фундаментальный закон  химии – закон простых объемных отношений.

 

Гей-Люссак изучал реакции  между различными газами, но всегда отношения между объемами реагирующих  газов и объемами полученных газообразных продуктов реакции выражались простыми целыми числами. Обобщением этих результатов  и явился закон простых объемных отношений, согласно которому объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как  простые целые числа

 

Открытие великого итальянского химика А. Авогадро (1776–1856) подтвердило  подлинный смысл закона объемных отношений. Он в 1811 г. предположил, что  в равных объемах различных газов  при одинаковых условиях (температуре  и давлении) содержится одинаковое число молекул. Эта гипотеза Авогадро, впоследствии названная законом, основывалась на молекулярных представлениях и означала, что все газы ведут себя в некотором  смысле одинаково и что объем  газа при заданных условиях не зависит  от химической природы газа, а определяется только числом частиц.

 

Большая заслуга Авогадро состоит в том, что он смог установить простую связь между наблюдаемой  макроскопической величиной (объемом) и микроскопическими свойствами газообразных веществ (числом частиц).

 

Закон Авогадро ввел в науку  представление о молекулах как  о мельчайших частицах вещества, причем, представление об атомах как о  мельчайших частицах элемента сохранялось. Авогадро особенно подчеркивал, что  молекулы простых веществ отнюдь не должны быть тождественны с атомами, а, напротив, они обычно состоят из нескольких атомов данного элемента.

Задание 7. В чем заключается  явления катализа?

Одно из наиболее сильных  средств влияния на скорость реакции  – присутствие в реагирующей  системе катализатора. Катализатором  называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция  заканчивается.

 

Катализ – явление, заключающееся  в изменении скорости химической реакции под действием катализаторов. Согласно современным воззрениям, катализ  обусловлен уменьшением энергии  активации молекул ( Ea1 ) при их контакте с катализатором ( Ea2 ).

 

Действие катализаторов  является избирательным. Применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты.

 

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.

Задание 8. Перечислите основные свойства живого организма.

Живой организм – это открытая, самообновляемая, саморегулируемая, самовоспроизводящаяся  система, построенная из биополимеров и проходящая путь необратимого развития.

 

Существуют общие, характерные  для всех живых организмов свойства:

 

Самообновление – свойство живых организмов осуществлять непрерывный  обмен с окружающей средой энергией и веществом, благодаря которому происходит восстановление разрушенных  компонентов и замена их новыми, подобными им.

 

Живой организм использует внешние  источники энергии (свет, пищу). 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.

 

Саморегуляция – способность  живых организмов, обитающих в  непрерывно изменяющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность  течения физиологических процессов. Саморегуляцией в организмах поддерживается постоянство структурной организации  – гомеостаз (от гр. homoios – равный, неизменный, stasis – состояние). Для  всех живых существ характерно наличие  механизмов, поддерживающих постоянство  внутренней среды.

 

Самовоспроизведение – свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, основанное на способности  молекул ДНК передавать из поколения  в поколение наследственную информацию о признаках, свойствах и функциях организмов. Благодаря этой способности  не прекращается существование вида. В основе самовоспроизведения лежат  реакции матричного синтеза, т.е. образования  новых молекул и структур на основе информации, заложенной в структуре  молекул ДНК.

 

Наследственность – свойство живого организма, тесно связанное  с самовоспризведением и заключающееся  в способности живого организма  передавать свои признаки и свойства, а также особенности развития из поколения в поколения.

 

Изменчивость – способность  организма приобретать новые  признаки и свойства.

 

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. Результатом  эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.

 

Раздражимость – неотъемлемая черта, свойственная всему живому, являющаяся выражением одного из общих свойств  всех тел природы – свойства отражения. Раздражимость связана с передачей  информации из внешней среды любой  биологической системе (организм, орган, клетка) и проявляется реакциями  этих систем на внешнее воздействие. Благодаря этому свойству происходит характерный для живых организмов обмен веществ, энергии и информации.

Задание 9. Охарактеризуйте  различные типы изменчивости.

Совокупность различий по тому или иному признаку между  живыми организмами, принадлежащими к  одной и той же природной популяции  или виду, называется изменчивостью.

 

По механизмам возникновения  и характеру изменений признаков  генетика различает основные формы  изменчивости: наследственную (генотипическую), и – ненаследственную (модификационную, или фенотипическую).

 

Под генотипом понимают наследственную структуру организма. Понятие же фенотипа обозначает совокупность доступных  наблюдений индивидуальных признаков  особи.

 

Изменчивость, связанная  с изменением фенотипа в результате воздействия окружающей среды, без  изменения генотипа, называется ненаследственной, или модификационной изменчивостью. Дарвин назвал модификационную изменчивость определенной, т.к. все особи данного  вида, попав в сходные условия, изменяются одинаково, т.е. такая изменчивость предсказуема. Например, все овцы, выращиваемые в более холодных условиях, будут  иметь более густую шерсть.

 

Изменчивость, связанная  с изменением генотипа, называется генотипической изменчивостью. Генотипическая изменчивость передается по наследству, и подразделяется на комбинативную  и мутационную.

 

Комбинативная изменчивость связана с получением новых комбинаций генов, имеющихся в генотипе. Сами гены при этом не изменяются, но возникают  их новые сочетания, что приводит к появлению организмов с другим генотипом и, следовательно, фенотипом.

 

Мутационная изменчивость –  это скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Термин "мутация" предложен голландским генетиком  Г. де Фризом в 1901 г. Мутации – это  вновь возникшие изменения генетического  материала.

Задание 10. Дайте классификацию  вещества биосферы на основе учения Вернадского  о биосфере

Целостное учение о биосфере было разработано академиком В.И. Вернадским (1863–1945). Основы этого учения изложены Вернадским в книге “Биосфера” (1926), однако над развитием этого  учения Вернадский работал вплоть до конца своей жизни.