Контрольная работа по Естествознанию 2
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание
Вопрос 1.3…………………………………………………………………………..3
Вопрос 2.3…………………………………………………………………………..4
Вопрос 3.3…………………………………………………………………………..6
Вопрос 4.3…………………………………………………………………………..8
Вопрос 5.3…………………………………………………………………………..9
Вопрос 6.3………………………………………………………………………….11
Вопрос 7.3…………………………………………………………………………..12
Вопрос 8.3…………………………………………………………………………..14
Вопрос 9.3……………………………………………………………………….….16
Вопрос 10.3………………………………………………………………………....18
Тест………………………………………………………………………………….21
Библиографический список………………………………………………………25
1.3. Какие виды сил изучают в динамике? В чем суть принципа независимости действия сил? Приведите основные законы классической динамики. Найдите коэффициент трения тела массой в
В основе динамики - причинные законы, в макромире это - законы Ньютона. Ньютон определил ускорение как изменение скорости в единицу времени, как вторую производную от радиус-вектора, проведенного к материальной точке. Основной закон динамики - это дифференциальное уравнение второго порядка для координат точки как функции времени; интегрирование этого уравнения дает и скорость, и пройденный путь. В отсутствие сил имеет место закон инерции, ускорение равно нулю.[2]
Первый закон динамики утверждает, что в отсутствие сил тела не меняют своего движения. Это - закон инерции. Смысл закона в том, что при отсутствии действующих на тело сил существует система отсчета, где это тело покоится. Динамическое свойство тел, описываемое первым законом, называется инертностью. Физическая величина, характеризующая инертность тела, - его масса. По Ньютону, масса - это количество вещества в теле. Определяют массу тела сравнением с массой, принятой за эталон. Для системы материальных точек вводят понятие центра масс системы.
Второй закон динамики утверждает, что произведение массы тела на ускорение равно действующей силе. Так как сила и ускорение - векторы, то они одинаково направлены. Динамическое воздействие на тело приводит к изменению его скорости, т.е. к ускорению. Второй закон Ньютона выражает принцип причинности в классической механике: по начальному состоянию и действующей силе можно определить состояние тела в любой последующий момент времени.
Для решения задач механики важны меры движения (импульс, момент импульса и кинетическая энергия) и меры действия силы (импульс силы и работа). Соотношения между этими мерами составляют общие теоремы механики. Из них и вытекают фундаментальные законы сохранения.
Третий закон связывает равенством действие и противодействие. Он утверждает, что силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению. Это означает, что силы возникают попарно, и на каждое действие возникает противодействие.
Итак, динамика, используя понятия кинематики и статики, вводит понятия массы, момента инерции, количества движения или импульса, работы силы, кинетической энергии, момента количества движения или момента импульса.
Задача
Опыт показывает, что модуль силы трения Fтр пропорционален модулю силы реакции опоры N. Последняя сила равна по модулю весу тела. Значит:
Fтр = k·N = k·m·g,
где k – коэффициент трения;
g = 9,8 м/с2 - величина ускорения свободного падения.
Т.к. тело движется равномерно, то Fтр равна по модулю действующей на тело силы F = 1 Н.
Выразим отсюда k:
k = F/m·g = 1/(1·9,8) = 0,1.
2.3. Поясните понятия «момент силы» и «момент импульса». В каких системах сохраняется момент импульса, с какими симметриями пространства-времени он связан? Рассчитайте момент импульса Нептуна, если известно, что среднее расстояние от Нептуна до Солнца 5
´
109км, период обращения вокруг Солнца 165 лет, масса Нептуна 1026кг.
Определение момента силы используется для сил, способных вызвать вращение тел. Если сила F приложена к точке А, расположенной на расстоянии г от оси вращения, вектор силы перпендикулярен линии АВ, и создается момент силы rхF. Когда же направление приложенной силы проходит через центр вращения, она не создает момента силы. Пример: приложенная к ручке двери сила приводит дверь во вращение относительно линии косяка или дверных петель, но вращения не будет в случае приложения силы, пересекающей линию петель. Вращение вызывает только перпендикулярная составляющая силы, и момент силы есть векторное произведение: Т = [r, F]; Т= r·F·sinφ.
Момент силы и момент импульса определяют через операцию, называемую векторным произведением. Направление векторного произведения определяется по правилу правой руки (когда пальцы согнуты в направлении от первого вектора (А) ко второму (В), то большой палец указывает направление самого произведения), а величина его равна: [А,В] = │А│∙│В│∙sinα. Для обозначения векторного произведения используют квадратные скобки либо «х». [3]
Момент импульса тела равен произведению импульса тела на расстояние до оси вращения, его может иметь тело даже при движении по прямой. Он определяется выражением: L = [r,mV] = [r,p] = rхp.
В изолированных от внешних воздействий системах действуют законы сохранения импульса для поступательного движения и момента импульса (кинетического момента) - для вращения.
Момент силы и момент импульса связаны по второму закону Ньютона:
Величина скорости тела, совершающего равномерное круговое движение, выражается через длину окружности, деленную на период Т: V = 2πr/Т. Тогда величину момента импульса L можно выразить через период вращения: L = m·V·r = m·(2π/Т)·r2.
Таким образом, момент импульса при вращении зависит не только от массы и скорости тела, но и от положения точки, в которой находится масса тела.
В изолированных системах при движении сохраняется полная энергия системы. Кроме того, для поступательного движения сохраняется импульс, а для вращательного - момент импульса. Поскольку последние две величины - векторные и каждой из них соответствует по три сохраняющихся компонента импульса и момента импульса, то при взаимодействиях в изолированных системах имеют место семь сохраняющихся величин.
Задача
Используем выше приведенную форму для кругового движения:
L = m·(2π/Т)·r2 = 1026·(2·3,14/165·365·24·3600)·(5·109·103)2 = 3,02·1042 кг·м2/с.
Ответ - 3,02·1042 кг·м2/с.
3.3. В чем состоит явление радиоактивности? Каков закон радиоактивного распада, что означает статистический характер этого закона? Определите начальную активность препарата радиоактивного ядра Mg27 массой 0,2 мкг и его активность через 1 час (период полураспада Mg27 равен 10мин.).
Явление радиоактивности (радиоактивного распада) открыто в
Закон спонтанного распада радиоактивных атомов связывает радиоактивные превращения с открытыми видами естественной радиоактивности - α-, -β и γ-лучами. Э. Резерфорд и Ф. Содди, занимаясь в Монреале (1901-1902) радиоактивностью и изучая химическую природу эманации (излучения) тория, установили, что полученный новый газ ведет себя как инертный, что он похож на аргон - сейчас известно, что это один из его изотопов. Они обнаружили и другой газ, по активности существенно превосходивший торий, причем активность за четыре дня убывала наполовину. Похоже, что эманация принадлежала не торию, а этому элементу. Так они заключили, что радиоактивность - проявление внутриядерного процесса. В
Закон радиоактивного распада выглядит так:[4]
N = N0·2- t/Т,
где N0 – начальное количество радиоактивных ядер в момент времени с которого
начинаются наблюдения;
N - число ядер, не испытавших распада до момента времени t;
Т - период полураспада вещества.
Новые элементы, возникающие при радиоактивном распаде, исследовал Содди. Он и другие исследователи не могли отделить ионий от тория никакими химическими способами. Это было странно, поскольку большинство радиоактивных элементов, расположенных в периодической таблице вблизи инертных газов, легко выделяются. Кроме того, в этой части таблицы нет свободных клеток. Еще расчеты по модели атома Томсона показывали, что число электронов в атоме пропорционально атомному весу.
Задача
Активность радионуклидов определяют в беккерелях (Бк) по формуле:
А = (ln2·NА·m0)/(Т1/2·Ма),
где NА = 6,02·1023 - постоянная Авогадро;
m0 - масса радионуклида, г;
Т1/2- период полураспада, с;
Ма - атомная масса радионуклида, г.
Ма =
Определим начальную активность Mg27:
А = (ln2·6,02·1023·0,2·10-6)/(10/60·27) = 3,71·1016 Бк.
Определим массу препарата через час по закону радиоактивного распада:
m = m0·2- t/Т = 0,2·10-6·2- 60/10 = 3,13·10-
Определим активность Mg27 через 1 час:
А1 = (ln2·6,02·1023·3,13·10-9)/(10/60·27) = 2,9·1014 Бк.
4.3. Как определяют расстояния до планет, до ближайших звезд? Что такое «параллакс»? Оцените радиус Луны, если известно, что видимый угловой диаметр Луны 30 угловых минут, расстояние до Луны 384 тыс. км.
Годичный параллакс звезды - это угол (π), на который изменится направление на звезду, если наблюдатель переместится из центра Солнечной системы на земную орбиту в направлении, перпендикулярном направлению на звезду. Иначе говоря, годичный параллакс - это угол, под которым видна со звезды большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения. С годичным параллаксом связана и основная единица измерения расстояний между звездами - парсек (сокр. от параллакс и секунда). 1 парсек (пк) = 206265 а.е. = 3,263 светового года = 3,086·1016 м.[1]
Техника визирования позволяет измерять расстояния до некоторых ближайших звезд. Но земные базисы недостаточны для измерения углов, поэтому для измерения расстояний в Галактике удобнее применять больший базис, которым может служить диаметр земном орбиты. Правда, хотя он и равен 3·1011м, из-за огромного расстояния до звезд измерение углов достаточно сложно и требует большого искусства.
К истинным размерам звезд термин «звездная величина» (обозначается буквой m) отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину видимая яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Точные измерения показывают, что звезды имеют как дробные, так и отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина m =1,06, для Сириуса m = - 1,58, для Солнца m = -26,80. [1]
Размеры галактик оценивают по фотографиям.
С представлением о возрасте Вселенной связано понятие космологического горизонта, отделяющего доступную для наблюдений область пространства от недоступной. За время, прошедшее с момента возникновения Вселенной, свет мог пройти конечное расстояние, которое оценивается величиной в 6000 Мпк. Космологический горизонт растет пропорционально времени, с каждым днем область доступной для наблюдения Вселенной увеличивается.
Задача
RЛ = D·ρ/2, если ρ выражено в радианах.
Следовательно:
RЛ =
Ответ -
5.3. Поясните принцип неопределенности. Оцените неопределенность скорости электрона, если его координата установлена с точностью до 10-
Принцип неопределенности, сформулированный Гейзенбергом - это фундаментальное положение квантовой теории, отражающее ограничение информации о микрообъектах самими средствами наблюдения. Гейзенберг подсчитал точность определения положения и скорости электрона из перестановочных соотношений квантовой механики.
Чтобы знать точно положение электрона, нужно использовать фотоны бесконечной частоты, но тогда и импульс его будет бесконечным, так что количество движения электрона будет совершенно неопределенным. И наоборот, желая определить точно импульс электрона, из аналогичных рассуждении придем к неопределенности положения. Выразив ее как Δq, а неопределенность импульса как Δр, получим:[4]
Δq·Δр ≥ h.
Если взять другие сопряженные величины - энергию Е и время t, то квантово-механическое соотношение неопределенности для них будет:
Δt·ΔЕ ≥ h.
Значит, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность в значении координаты. Аналогично связаны энергия и время. Точность измерения энергии прямо пропорциональна длительности процесса измерения.
Причина этого - взаимодействие с макроскопическим прибором. Нет возможности одновременно измерить точно каждую из находящихся в паре сопряженных величин. Конечно, в реальности неточности выше, чем указанный минимум. Но принцип дает ограничения, которые нельзя устранить никакими усовершенствованиями прибора. В классической науке приборы и наблюдения тоже искажали измерения, но эти искажения можно было уменьшать.
Повышение точности в знании одного параметра влечет неточность в знании другого. Отсюда дискуссии о непредсказуемости явлений микромира, о «свободе воли» электрона, о победе случайности над детерминизмом, нарушении принципа причинности в микромире и др. В настоящее время принцип неопределенности считается общепризнанным.
Опыты дают набор возможных значений с распределением их вероятности, который теоретически может быть предвычислен. Понятие вероятности становится первичным, и вокруг него строится наука XX века.
Задача
Оцените неопределенность скорости электрона, если его координата установлена с точностью до 10-
Используем соотношение неопределенности:
Δq·Δр ≥ h.
Для электрона.
h = 6,62·10-34 Дж·с
mэ = 9,1·10-
Т.к. Δр = m·ΔVэ, то получаем:
Δq·mэ·ΔVэ ≥ h.
Выразим отсюда ΔVэ:
ΔVэ ≥ h/Δq·mэ = 6,62·10-34/(10-5·9,1·10-31) = 7,27·10 м.
Для пылинки.
mп = 10-
ΔVп ≥ h/Δq·mп = 6,62·10-34/(10-5·10-12) = 6,62·10-
Можно сделать вывод, что чем больше масса тела, тем меньше точность определения скорости, даже при одинаковой точности координат.
6.3. Что такое «коэффициент полезного действия» тепловых машин? Пусть идеальный газ совершает работу по циклу Карно от Т1 = 500К до Т2 = 300К. Определите количество теплоты, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии и к.п.д. цикла, если работа расширения равна 2 кДж.
Коэффициент полезного действия (КПД) – это отношение полезно использованной энергии к затраченной энергии.[5]
Французский инженер Сади Карно в
КПДmax =
Любая реальная тепловая машина может иметь КПД, не превышающий это максимальное значение:
КПД ≤ 
.
Задача
К.п.д. цикла определяется по вышеприведенной формуле:
КПДmax =
Кп.д. цикла также равен:
Кп.д. = А/Q1.
Тогда
Q1 = А/к.п.д.
Работа А, совершенная за цикл А равна количеству теплоты Q.
Количество теплоты Q = Q1 – Q2, где Q1 - количество теплоты, полученное от нагревателя; Q2 - количество теплоты, отданное холодильнику.
Значит
А = Q1 – Q2.
Выразим из этой формулы Q2:
Q2 = Q1 – А.
Переведем джоули в калории: 1 кал = 4,185 Дж.
Q2 = Q1 – А = А/к.п.д. – А = А·(1/К.п.д - 1) = 2·103·4,185 (1/0,4 – 1) = 1,36·104 кал.
7.3. Чем отличается принцип относительности Эйнштейна от принципа относительности Галилея? В чем состоят постулаты Эйнштейна? Приведите примеры из практики, демонстрирующие справедливость первого постулата специальной теории относительности. Почему мы не ощущаем непосредственно эффектов теории относительности?
Еще в классической механике был известен принцип относительности Галилея: «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой» (Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - С. 130). Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущих сил» (Там же. С. 126).[5]
Принцип относительности Эйнштейна от принципа относительности Галилея всеобщность распространения.
Постулатами частной теории относительности Эйнштейна являются два принципа.
1. Принцип относительности движения, которому Эйнштейн придал всеобщий характер, распространив его с механических на магнитные, электрические и световые процессы.
2. Принцип постоянства скорости света в пустоте, составляющей 300 000 км/с. Эта скорость является максимальной возможной скоростью распространения материальных взаимодействий.
Из этих двух физических принципов Эйнштейн заново вывел математические правила преобразования Лоренца. Но теперь математическая форма соотношений наполнена физическим смыслом, поскольку их Эйнштейн вывел из физических посылок. Из этих соотношений можно видеть, что, когда скорость движения тела становится сравнимой со скоростью света, линейный размер тела физически сокращается в направлении его движения. Со временем происходят противоположные изменения: его течение замедляется, ритмика течения времени растягивается.
8.3. Опишите процессы возникновения структур из хаоса в неорганической и живой материях. Сформулируйте условия их образования, приведите примеры из разных областей естествознания. Поясните понятие «детерминированный хаос». Как сместится равновесие в системе
N
2
(г) + 3
H
2
(г)
«
2
HN
3,
(г), если уменьшить давление?
Конвективная ячейка Бенара - пример возникновения структуры. В
Реакция Белоусова-Жаботинского - один из наиболее впечатляющих примеров возникновения самоорганизации в химических реакциях. В 1951 г . Б.П.Белоусов установил, что в растворе серной и малоновой кислот, сульфата церия и бромида калия при добавлении в качестве индикатора ферроина можно следить за ходом окислительно-восстановительных реакций по изменению цвета или по спектральному поглощению. Как только все эти вещества сливают в пробирку, раствор начинает менять цвет с красного, означающего избыток Се3+ на голубой, соответствующий избытку Се4+. В зависимости от концентрации раствора цвет менялся периодически, и этот период четко сохранялся, поэтому такие реакции стали называть «химическими часами». Кривая изменения поглощения света показывала, что колебания отличаются от синусоидальных, а начиная с некоторого числа колебаний, определяемого концентрацией, спонтанно возникают неоднородности концентрации и образуются устойчивые красные и синие слои, сохраняющиеся в течение получаса. Поскольку реакция идет в замкнутой системе, она приходит в конце концов к состоянию равновесия. Сейчас реакция Белоусова-Жаботинского изучается, вошла в учебники и явилась толчком к развитию новой области науки, меняющей мировоззрение эпохи.
Итак,процессы в замкнутых, термически изолированных системах выражаются простыми (часто говорят - линейными) зависимостями, поскольку они описываются математическими уравнениями в первой степени. В отличие от этого неравновесные процессы в открытых системах выражаются нелинейными зависимостями, так как описываются уравнениями во второй или третьей степени. Поэтому и сами такие системы для краткости выражения называют нелинейными. В таких системах, находящихся вдали от термодинамического равновесия, за счет притока вещества и энергии из внешней среды создается и поддерживается неравновесность. Благодаря этому происходит взаимодействие элементов и подсистем, приводящее к их согласованному (кооперативному) поведению и в результате - к образованию новых устойчивых структур, то есть к самоорганизации.
Изучением открытых неравновесных систем занимается синергетика. Синергетика возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в., а затем приобрела статус междисциплинарного подхода.[6]
Задача
N2(г) + 3H2(г) « 2HN3, (г) - это гетерогенная равновесная система.
Уменьшение давления в ней должно привести к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к образованию меньшего количества веществ газа.
9.3. Чем доказывается единовременное происхождение тел Солнечной системы? Поясните проблемы происхождения и эволюции Земли. В чем суть гипотез тектоники литосферных плит, дрейфа континентов? Какой процесс служит основной движущей силой геотектонической активности нашей планеты?
Одна из современных гипотез формирования Солнечной системы предполагает, что первоначальная масса материала, из которого образованы планеты, составляла около 1 % массы Солнца и была выброшена из него в тот момент, когда Солнце теряло вращательную устойчивость. Этот выброс с течением времени сформировался в протопланетный диск. Из него впоследствии и сконденсировались планеты. Не исключено, что планеты образовались не одновременно, а при разных выбросах вещества из Солнца. В частности, планеты-гиганты Юпитер и Сатурн образовались позже Урана, Нептуна, планет земной группы.[2]
В современных моделях формирования планетных систем обращают на себя внимание два факта: звезды, спектральные классы которых более поздние, чем F5, потеряли весь свой вращательный момент; звезды с массами, превышающими 1,4 массы Солнца, вращаются со скоростями около 100 км/с. Объяснение этих фактов требует создания новых гипотез. В частности - представлений о взаимодействии межзвездного магнитного поля с ионизированным газом при формировании первоначального газового диска, из которого впоследствии формируются планеты.
Процесс формирования планеты Земля, как и любой из планет, имел свои особенности. Земля зародилась около 5 • 109 лет назад на расстоянии 1 а. е. от Солнца.
Первичное вещество сжималось под действием тяготения, принимало форму шара, недра которого разогревались. Происходили процессы перемешивания, шли химические реакции, более легкие силикатные породы выдавливались из глубины на поверхность и образовывали земную кору, тяжелые - оставались внутри. Разогрев сопровождался бурной вулканической деятельностью, пары и газы вырывались наружу. У планет земной группы сначала не было атмосфер, как на Меркурии и Луне. Иной была и светимость Солнца, а отсутствие атмосферы и гидросферы (а, значит, и облаков, закрывающих сейчас до 0,5 поверхности) сказывалось на отражательных характеристиках. Активизация процессов на Солнце вызывала увеличение вулканической деятельности, рождались из магмы гидросфера и атмосфера, появились облака, водяные пары конденсировались в океанах.
С позиций неклассической концепции глобальной эволюции Земли развитие геосферных оболочек выглядит иначе, чем в других концепциях. В рассматриваемой концепции первостепенное внимание уделяется динамическим факторам эволюции Земли. Среди этих факторов наиглавнейшим является энергия, выделяемая при химико-плотностной дифференциации вещества в мантии и ядре Земли.
Гипотезу дрейфа континентов развивал немецкий ученый А. Вегенер (1912), хотя она казалась необоснованной. Сходство очертаний западного берега Африки и восточного берега Южной Америки издавна считали свидетельством разделения единого материка. Вегенер назвал его Пангея (от греч. pan - все + gaia - земля). Итальянский ученый Синднер-Пеллегрини указывал на сходство не только очертаний, но и ископаемых растений и месторождений угля в Америке и Европе. Примерно в это же время гляциолог Ф.Б.Тейлор связывал образование молодых гор третичного периода вокруг Тихого океана с «раскрытием» дна Атлантического океана. Причину он видел в приливных силах Луны после ее захвата Землей в меловом периоде, что и вызвало дрейф континентов. А.Холмс в 1927—29 гг. выделил силы конвективного течения в верхней мантии Земли как способные переместить континенты (верхнюю оболочку толщиной 50—100 км). Измерения силы тяжести на море и на суше свидетельствовали в пользу гипотезы дрейфа континента.[2]
Гипотеза литосферных плит основана на их способности скользить по поверхности астеносферы (расплавленным глубинным породам), чем поверхность Земли приводится в состояние, близкое к гидростатическому равновесию. Эта теория получила признание в 60-е гг. XX в.
Считается, что верхний слой коры состоит из 15 жестких плит, из них 50 % - крупные (до 1000 км ), которые плавают на горячем, пластичном слое мантии Земли по поверхности астеносферы. При этом плиты могут сталкиваться, погружаться друг под друга и надвигаться одна на другую. Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Эту гипотезу называют гипотезой новой глобальной тектоники, поскольку впервые попытались объяснить развитие Земли с помощью данных, полученных при изучении развития континентов и океанов.
10.3. В общих чертах начало образования Солнечной системы напоминает известную небулярную гипотезу Канта-Лапласа. Но, поскольку в изолированной системе момент импульса должен сохраняться, остается неясным, почему планеты, обладающие в сумме 0,13% массы всей системы, имеют 99,5% ее момента импульса. В то же время Солнце, обладающее массой в 99,87% массы системы, вращается столь медленно. Поясните, как современная модель преодолела проблему распределения момента импульса?
П.Лаплас исходил из горячей медленно вращающейся туманности, которая по мере охлаждения сжималась. По закону сохранения момента импульса при этом росла скорость вращения и центробежные силы отрывали от нее кольца. Материя в этих кольцах сжималась под действием тяготения, формируя компактные тела. Ученик Лапласа, французский математик Э. Рош, показал, что периоды центрального сгущения туманности должны чередоваться с периодами сокращения ее массы, во время которых происходят отрывы экваториальных колец раскаленного вещества. Но причины отрывов оставались непонятными. Фактически эта гипотеза была разработана математиками как задача теоретической механики с неизменными параметрами. Она не объясняла размеров орбит планет-гигантов и медленности вращения Солнца, не отвечала на вопрос, почему момент импульса планет, масса которых составляет всего 0,13 % массы Солнечной системы, почти в 29 раз больше момента импульса Солнца, если Солнечная система изолирована. Это обстоятельство, казалось, требовало ввести в Солнечную систему вмешательство какой-то внешней силы.
Небулярная гипотеза Канта - Лапласа оставалась первой ротационной гипотезой о возникновении Солнечной системы вплоть до конца XIX в.[2]
Приливная или планетозимальная, гипотеза стала популярной в начале XX в.: американцы Т. Чемберлен и Ф. Муль-тон рассмотрели идею встречи Солнца со звездой, вызвавшей приливной выброс солнечного вещества (1906), из которого и образовались планеты. Дальнейшее развитие происходило в соответствии с гипотезой Канта-Лапласа. С.Аррениус допустил и прямое столкновение Солнца со звездой (1913). В результате появилось некое волокно, распавшееся при вращении на части - основу для планет. Но близкое прохождение звезд - столь редкое явление, что может случиться раз в 1017 лет. Дж. Джине предположил (1916), что какая-то звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала некие «приливные выступы», принявшие форму газовых струй, из которых и возникли планеты. Поэтому орбиты планет были сначала сильно вытянутыми, но из-за огромного сопротивления пылевой среды между двумя звездами постепенно приближались к круговым. Джине выделил большую роль Солнца в развитии планет и подошел к решению проблемы перетока вещества в системе тесной двойной звезды как явления не случайного.
Б.Рассел подсчитал (1935) момент импульса приблизившейся к Солнцу звезды - он оказался на порядок меньше среднего момента импульса планет. Ему пришлось предположить, что Солнце в прошлом было двойной звездой. Спутник Солнца вращался от него на расстоянии орбиты Урана или Нептуна, какая-то внешняя звезда столкнулась с ним, отбросила его за пределы Солнечной системы и удалилась сама. Английский астроном Литлтон высказал идею (1936) о принадлежности Солнца в прошлом к тройной звездной системе. Он рассчитал, что при движении двух звезд в разном направлении образующаяся между ними лента вещества могла быть захвачена Солнцем. Советский астроном Н.Н.Парийский, исследуя разнообразные возможности этого процесса при разных скоростях сгустка, вырванного из Солнца, получил, что только при скоростях 400 - 500 км/с возможно получить подходящие орбиты для планет.
В гипотезе шведского астрофизика Х.Альфена (1942) сделано предположение о захвате Солнцем облака межзвездного газа. Атомы газа ионизовались при падении на Солнце и стали двигаться по орбитам в его магнитном поле, поступая в определенные участки экваториальной плоскости. Расчет дал области расположения только внешних планет. Академик О. Ю. Шмидт, один из организаторов освоения Северного морского пути, отказался от изолированности Солнечной системы. Он считал, что если «обратиться к ее движению в Галактике, то отпадет затруднение с моментом количества движения, так как Солнце могло захватить из Галактики материю, обладающую достаточным моментом».
Если считать, что на Землю в сутки падает 1 т метеоритов, то для «вырастания» ее таким путем нужно около 7 млрд лет, а по геологическим данным возраст земной коры оценивается в 3 млрд лет (кора может быть моложе внутренних областей планеты). При образовании планет из метеоритов стало преобладать одно направление вращения планет, орбиты становились почти круговыми. Расчеты Шмидта дали верные расстояния планет от Солнца и определили направление осевого вращения планет; они показали период вращения Солнца в 20 сут (сейчас 25 сут), что считается хорошим результатом. Можно сказать, что Шмидт вернулся к небулярной гипотезе Канта-Лапласа на новом уровне науки, заменив газопылевое облако метеоритным роем. Слипание пылинок приводило к неким твердым фрагментам (планетезималям), которые дали начало протопланетам.
Академик В.Г.Фесенков, один из основоположников астрофизики, считал, что образование планет связано с переходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому. Условия равновесия требовали выброса массы Солнца, и этот выброс соответствовал расчетам английского астронома и математика Дж.Дарвина (сына Ч.Дарвина) и русского ученого математика и механика А. М.Ляпунова. Они независимо рассчитали фигуры равновесия вращающейся жидкой несжимаемой массы. Согласно О.Струве, быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов. В результате этого образуются газовые кольца и оболочки, а звезда теряет массу и момент количества движения. Гипотеза Фесенкова связала жизнь в Солнечной системе в единое целое и избавила космогонию планет от внешних случайных факторов.
Тест
1. Теоретический уровень научного познания связан с…
А. регистрацией, накоплением наблюдений
Б. объяснением и обобщением фактов
В. сбором фактов и информации из литературных источников
Г. первичной систематизацией наблюдений
Ответ: Б
2. Атомизм Левкиппа – Демокрита был основан на идее устройства мира:
А. из движений атомов, в которых присутствует неустранимый элемент случайности;
Б. из мельчайших, неделимых и неизменных частиц - атомов, беспорядочно двигающихся в пустоте;
В. истинный мир – это мир идей, представляющий собой иерархически упорядоченную структуру;
Г. из делимых и деформируемых корпускул, прилегающих друг к другу без пустот;
Ответ: Б
3. Наука отличается от идеологии лишь тем, что
А. научные истины не зависят от интересов определенных слоев общества;
Б. научные законы определяются требованиями преобразования природы на благо общества;
В. значимость научных результатов оценивается в морально-этическом аспекте;
Г. новые результаты должны быть логически противоречивы предыдущим;
Ответ: А
4. Пространство и время в современной картине мира
А. не связаны с движениями и массами тел, т.е. абсолютны,
Б. не зависят друг от друга и не зависят от находящихся в них тел,
В. пространство и время связаны воедино, образуя 4-хмерный континуум, который не зависит от находящихся в нем тел,
Г. 4-хмерный континуум “пространство-время” зависит от масс и скоростей, находящихся в нем тел.
Ответ: Г
5. Землю можно считать материальной точкой в задачах
А. расчета линейной скорости движения точек поверхности при суточном вращении,
Б. расчета периода обращения Земли вокруг Солнца,
В. нельзя считать – в обоих случаях,
Г. можно считать – в обоих случаях.
Ответ: Б
6. Закон сохранения импульса изолированной системы является следствием
А. соответствующим выбором системы отсчета
Б. однородности пространства
В. однородности времени
Г. изотропности пространства
Ответ: Б
7. Квантовая механика дает вероятностное описание природы, поскольку
А. это упрощает вычисления для описания микрообъектов,
Б. она находится в стадии формирования, и является пока еще неполной теорией,
В. Необходимость и случайность – это объективные свойства природы.
Г. невозможно учесть некоторые скрытые параметры, определяющие поведение микрообъектов
Ответ: А
8. Определите число протонов и нейтронов в ядре 13 А
l
27
А. протонов – 13, нейтронов – 14
Б. протонов – 14, нейтронов -13
В. протонов 13, нейтронов – 27
Г. протонов – 27, нейтронов – 13
Ответ: Г
9. Выберите верные утверждения о биосфере
А. биосфера - область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу, поверхность суши и верхнюю часть литосферы (всего около 25-
Б. на биосферном уровне существуют круговороты веществ и энергии;
В. биосферу составляет совокупность живых организмов, организованных в сообщества;
Г. биосфера способна к обновлению за счет превращения одних химических элементов в другие;
Ответ:
А
Б
10. Предложенная Г. Гаммовым теория горячей Вселенной и Большого Взрыва – рождения Вселенной из сингулярности, была подтверждена обнаружением предсказанного теорией:
А. ускоренного расширения пространства-времени
Б. фонового (реликтового) излучения с температурой в 2,7 К.
В. существования квазаров
Г. красного смещения спектральных линий в излучении далеких галактик
Ответ: А
Библиографический список
1. Дубнищева Т.Я. “Концепции современного естествознания”: Учебно-методический комплекс. – Новосибирск: НГАЭиУ, 2007.
2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2009.
3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – М.: Академия, 2007.
4. Рожковский А.Д. “Концепции современного естествознания”: Лабораторный компьютерный практикум. – Новосибирск: НГУЭУ, 2004.
5. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. - М.: Гардарики, 1999.
6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М.: ВЛАДОС, 2008
