Контрольная работа по "Естествознанию"

 На пути пересмотра  евклидовой топологии пространства - времени строится современная  единая теория поля - квантовая  геометродинамика Дж. Уитлера. В этой теории обобщение представлений о пространстве достигает очень высокой степени и вводится понятие суперпространства, как арены действия геометродинамики. При таком подходе каждому взаимодействию соответствует своя геометрия, и единство этих теорий заключается в существовании общего принципа, по которому порожнаются данные геометрии и "расслаиваются" соответствующие пространства.

 Поиски единых теорий  поля продолжаются. Что касается  квантовой геометродинамики Уитлера, то перед ней стоит ещё более грандиозная задача - постичь Вселенную и элементарные частицы в их единстве и гармонии.

 Доэйнштейновские представления о Вселенной можно охарактеризовать следующим образом: Вселенная бесконечна и однородна в пространстве и стационарна во времени. Они были заимствованы из механики Ньютона - это абсолютные пространство и время, последнее по своему характеру Евклидово. Такая модель казалась очень гармоничной и единственной. Однако первые попытки приложения к этой модели физических законов и концепций привели к неестественным выводам.

 Уже классическая космология  требовала пересмотра некоторых  фундаментальных положений, чтобы  преодолеть противоречия. Таких  положений в классической космологии  четыре: стационарность Вселенной,  её однородность и изотропность, евклидовость пространства. Однако в рамках классической космологии преодолеть противоречия не удалось.

 Модель Вселенной,  которая следовала из общей  теории относительности, связана  с ревизией всех фундаментальных  положений классической космологии. Общая теория относительности  отождествила гравитацию с искривлением  четырёхмерного пространства - времени. Чтобы построить работающую относительно несложную модель, учёные вынуждены ограничить всеобщий пересмотр фундаментальных положений классической космологоии: общая теория относительности дополняется космологическим постулатом однородности и изотропности Вселенной.

 Строгое выполнение  принципа изотропности Вселенной ведёт к признанию её однородности. На основе этого постулата в релятивистскую космологию вводится понятие мирового пространства и времени. Но это не абсолютные пространство и время Ньютона, которые хотя тоже были однородными и изотропными, но в силу евклидовости пространства имели нулевую кривизну. В применении к неевклидову пространству условия однородности и изотропности влекут постоянство кривизны, и здесь возможны три модификации такого пространства: с нулевой, отрицательной и положительной кривизной.

 Возможность для пространства  и времени иметь различные  значения постоянной кривизны  подняли в космологии вопрос конечна Вселенная или бесконечна. В классической космологии подобного вопроса не возникало, т.к. евклидовость пространства и времени однозначно обуславливала её бесконечность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Как определяются первая и вторая космические скорости?

Пе́рвая косми́ческая ско́рость (кругова́я ско́рость) — минимальная скорость, которую необходимо придать объекту чтобы вывести его на геоцентрическую орбиту. Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.

В инерциальной системе отсчёта  на объект, движущийся по круговой орбите вокруг Земли будет действовать только одна сила — сила тяготения Земли. При этом движение объекта не будет ни равномерным, ни равноускоренным. Происходит это потому, что скорость и ускорение (величины не скалярные, а векторные) в данном случае не удовлетворяют условиям равномерности/равноускоренности движения — то есть движения с постоянной (по величине и направлению) скоростью/ускорением. Действительно — вектор скорости будет постоянно направлен по касательной к поверхности Земли, а вектор ускорения — перпендикулярно ему к центру Земли, при этом по мере движения по орбите эти векторы постоянно будут менять свое направление. Поэтому в инерциальной системе отсчета такое движение часто называют «движение по круговой орбите с постоянной по модулю скоростью».

Часто для удобства вычисления первой космической скорости переходят  к рассмотрению этого движения в  неинерциальной системе отсчета  — относительно Земли. В этом случае объект на орбите будет находиться в состоянии покоя, так как  на него будут действовать уже  две силы: центробежная сила и сила тяготения. Соответственно, для вычисления первой космической скорости необходимо рассмотреть равенство этих сил.

Втора́я косми́ческая ско́рость (параболи́ческая ско́рость, ско́рость освобожде́ния, ско́рость убега́ния) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела и покидания замкнутой орбиты вокруг него. Предполагается, что после приобретения телом этой скорости оно более не получает негравитационного ускорения (двигатель выключен, атмосфера отсутствует).

Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного  тела, поэтому она своя для каждого  небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой. Для Земли вторая космическая  скорость равна 11,2 км/с. Тело, имеющее  около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца. Для Солнца вторая космическая скорость составляет 617,7 км/с.

Параболической вторая космическая  скорость называется потому, что тела, имеющие при старте скорость, в  точности равную второй космической, движутся по дуге параболы относительно небесного  тела. Однако, если энергии телу придано чуть больше, его траектория перестает быть параболой и становится гиперболой; если чуть меньше, то она превращается в эллипс. В общем случае все они являются коническими сечениями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Чем объясняется факт, что массивные небесные тела

           шарообразную форму?

Форма всех крупных небесных тел близка к шарообразной.

Такую конфигурацию имеют  звезды, планеты и их  достаточно массивные спутники. В то же время  относительно небольшие космические  объекты форму шара не принимают.

Очевидно, что шарообразность небесных тел связана именно с  их большой массой. Любое массивное  тело создает вокруг себя гравитационное поле, вызванное собственным тяготением и центробежной силой, возникающей  в результате вращения вокруг оси. Чем  выше потенциал  гравитационного  поля и быстрее осевое вращение, тем сильнее тело стремится принять  форму шара.

Понятно, что твердый объект  даже под воздействием гравитации не способен кардинально изменить свою форму.

Но дело в том, что звезды и планеты-гиганты газообразны, а  планеты земной группы и крупные  спутники имеют сложную структуру: под жесткой внешней оболочкой  находится широкий частично расплавленный  слой, а в центре планеты расположено  жидкое ядро. То есть все массивные  небесные тела сравнительно пластичны  по отношению к гравитационному  воздействию.

Почему же жидкое или газообразное тело стремится принять именно форму  шара?

Ответ на этот вопрос дает царица наук – математика. Шар – это  фигура с наименьшей площадью поверхности, а значит – обладающая и наименьшей поверхностной энергией. Поскольку  любая физическая система стремится  уменьшить свою поверхностную энергию, именно эту форму принимает жидкость или газ в состоянии невесомости.

 Твердые тела сохраняют  свою форму, сопротивляясь внешним  воздействиям. Что касается относительно  небольших по размеру небесных  тел, например, астероидов, то наряду  с твердым состоянием они обладают  еще и небольшой массой, а значит  их гравитационное поле не  достаточно велико для того, чтобы  существенно влиять на конфигурацию.

 Вывод достаточно прост:  небесное тело способно приобрести  шарообразную форму в том случае, если оно достаточно массивно  и находится преимущественно  в жидком или газообразном  состоянии.

Именно такими свойствами обладают звезды, планеты и их спутники.

 

 

9. Объясните планетарную причинность зарождения жизни

Панспермия – гипотеза о появлении жизни на Земле  в результате переноса с других планет неких зародышей жизни. Если попытаться кратко охарактеризовать панспермию, суть ее можно свести к следующему: существуют зародыши жизни, рассеянные по всей Вселенной и в принципе способные заселить любую планету, если условия на ней окажутся пригодными для развития жизни. В 1908 году известный  шведский физико-химик С. Аррениус разработал концепцию одной из разновидностей панспермии, названную радиационной панспермией. По мысли ученого, в результате миграции по Вселенной, вызванной давлением солнечного света (или давлением света другой звезды), споры бактерий в итоге достигали и Земли. Аррениус предполагал, что споры термостойких бактерий, к примеру, могли попасть на Землю с Венеры в момент наибольшего сближения этих планет. Незадолго до этого известный русский физик П. Н. Лебедев экспериментально доказал наличие светового давления и продемонстрировал его действие на спорах плауна (ликоподий).

Разновидность литопанспермии - гипотеза пометного происхождения жизни на Земле - изложена, например, в книгах Ф. Хойла и С. Викремасинга "Облако жизни" и "Болезни из космоса", опубликованных в 1978-1979 годах. Авторы доказывают, что многие земные глобальные эпидемии вирусного происхождения-пандемии (например, пандемия гриппа в 1918 году) наиболее убедительно объясняются, если допустить их космическое (кометное) происхождение. Бактерии и вирусы, образовавшиеся внутри комет, попадали (и, как полагают авторы, продолжают попадать) на Землю внутри микрометеоритов кометного происхождения.

Другая разновидность  панспермии связана с гипотезой, по которой Земля образовалась путем  аккумуляции холодной космической  пыли, в силу чего поверхность планеты  не претерпевала значительного нагревания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Длина волны красных лучей в воздухе 700 нм. Какова длина волны

   этих лучей в воде?

Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Оптические свойства веществ  в инфракрасном излучении значительно  отличаются от их свойств в видимом  излучении. Например, слой воды в несколько  сантиметров непрозрачен для  инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые  лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами[2].

Сейчас весь диапазон инфракрасного  излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;

средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;

длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм;

Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение  также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение  от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность  излучения. Спектр излучения абсолютно  чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение  испускают возбуждённые атомы или  ионы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. М., Центр, 2009 – 208 с.
2. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 2009. – 383 с.
3. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания: Учебн. пособие для вузов.-М.:Аспект Пресс, 2009. –256 с.
4. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Уч. пособие.-М. «Маркетинг», 2009. – 160 с.
5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник.-М. Высшая школа. 2009. - 334 с.
6. Клинк Н.Ю. Краткий конспект лекций по КСЕ.-  кафедра современного естествознания СПб ИНЖЭКОН ( филиал  в г.Чебоксары), 2009.
7. Конспект лекций по КСЕ. – Сост. Ревская Н.В.- СПб: Альфа. 2008.-160 с.
8. Концепции современного естествознания. - Под ред. В.Н.Лавриненко.: М.ЮНИТИ, 2008.- 303 с.
9. Концепции современного естествознания.: учебник для вузов под ред.С.И.Самыгина.- Ростов-н-Д.: Феникс, 2008, 2003.-576 с.
10. Липовко П.О. Практикум по естествознанию – Ростов-на-Дону/ Феникс. 2008.- 320 с.
11. Лось В.А. Основы современного естествознания. Уч. пособие. М., ИНФРА, 2008. – 192 с.
12. Масленникова И.С., Дыбов А.М., Шапошникова Т.А. Концепции современного естествознания. - СПб, СПбГИЭУ. 2008.-283 с.
13. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М.:Высшая школа, 2009.
14. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.-М.:ЮНИТИ,2009.-287 с.
15. Торосян В.Г. Концепции современного естествознания. М.:Высшая школа, 2009.- 208 с.