Концепции современного естествознания

Античный философ  Прокл считал, что время ограничено и описывает окружность, т.е. время  – повторение одних и тех же событий.

Исаак Ньютон считал, что время – некоторая абсолютная длительность, с которой соотносятся все протекающие процессы. Время однородно и симметрично. Получается, что его начало не имеет значения.

Лейбниц считал время порядком последовательности. В ближневосточных странах предметы разных эпох могут находиться в одном  пласту.

Альберт Эйнштейн показал, что пространство и время  взаимосвязаны, и для описания времени  нужна ни одна координата, а 4, 3 из которых  описывают пространство. Кроме этого  время однонаправлено и это направление  связано со вторым началом термодинамики (второе начало термодинамики связано с ростом энтропии в необратимых процессах)

Его опыты по перемещению в пространстве и  во времени 1943 г. (филадельфийский эксперимент): 40% погибло, 60% сошли с ума. 

9. Масштабы пространства  и диапазоны времени.

Диаметр живой клетки в 100 тыс. раз меньше человеческого роста. Атомы в среднем в 100 тыс. раз меньше клетки. Ядра атомов в 100 тыс. раз меньше атомов.

Атом – пустое пространство.

Микроскоп в  среднем увеличивает в 100 раз, исследовательский  микроскоп в 200 раз, световые до 2000 раз.

Человек может  различать в среднем объекты  в 1 микрон, объекты, которые меньше – микромир, больше – макромир, связанный  с человеком и процессами, которые  он может непосредственно воспринимать. Мегомир – объекты, превышающие  земные процессы.

Расстояния Солнечной системы (млн. км; км):

Меркурий (57,9; 4880) зем.

Венера (108,1; 12250) зем.

Земля (149,5; 12740) зем.

Марс (225,8; 6780) зем.

Юпитер (777,8; 139800) Гиганты.

Сатурн (1426; 115 тыс.) Гиганты.

Уран (2868; 47,4 тыс.) Гиганты.

Нептун (4494; 43 тыс.) Гиганты.

Плутон (5908; 2,8 тыс.) ??

Солнце (---; 1393 тыс.).

Ближайшая звезда в созвездии α-центавра 4,3 световых года. Звезды образуют круговой диск, диаметром 100 тыс. световых лет. Между звездами 10 световых лет. Среднее число звезд 50 млрд. Средний диаметр атома водорода 10,58·10 (в минус десятой) м.

Интервалы времени:

Одни сутки 8,64·10 (в четвертой) сек.

Один год 3·10 (в седьмой) сек.

Средняя продолжительность  человеческой жизни 2·10 (в девятой) сек.

Время происхождения  человека 5·10 (в тринадцатой) сек.

Время появления  млекопитающих 6·10 (в пятнадцатой) сек.

Возраст Земли 1,5·10 (в семнадцатой) сек.

Возраст Вселенной 5·10 (в семнадцатой) сек.

Период вращения Юпитера – 12 лет. 

Методы радиоактивного распада:

1) радиуглеродного  распада – определяет возраст до 25 тыс. лет.

2) урановый: сравнительный  урановый распад 235 и 238 – до  двух млн. лет.

3) калий-аргоновый  метод – до 10 млн. лет. 
 
 

10. Исторические основы  атомизма.

Исторически понятие  атома возникло у древнегреческих философов. В частности прародителем является Демокрит: атом является субстанцией, из которой состоят все природные объекты.

Восточное учение У-СИН о пяти первоэлементах: вся  природа состоит из взаимодействия 5 элементов (4 элемента материальные: земля, металл (воздух), вода, огонь, 5-ый элемент – нематериальный: дерево (человек, эфир)). Они взаимосвязаны:

1) по рождению:   -> Д -> О -> З -> М -> В ->

2) разрушение:      -> Д -> В -> М -> З -> О ->

3) подчинение:      -> Д -> З -> В -> О -> М ->

4) неподчинение:  -> Д -> М -> О -> В -> В -> 

Каждый элемент  имеет два противоположных значения (ян и инь)

Все предметы могут  находиться в 4 газообразных состояниях: твердое, жидкое, газообразное, плазма.

11. Основные типы  взаимодействий.

1) гравитационное

2) электромагнитное

3) слабое

4) сильное

1 – в XVII в Исааком Ньютоном: вывел закон всемирного тяготения:

Fгр=-G·m1m2//R (в квадрате) – указывает на притяжение.

С конца XVII в этот закон объясняет большинство природных процессов.

2 – закон  Кулона:

Fэл=e1e2//4ПEr (в квадрате)

e – взаимодействующие заряды.

4П – круговой характер взаимодействия.

E – электромагнитная постоянная.

r – электромагнитное расстояние между взаимодействующими зарядами.

- определяет  устойчивость атомов, химические  и биологические процессы.

1 и 2 воздействуют  на всю Вселенную (дальнодействующее взаимодействие)

3 – ответственно  за превращение нейтронов в  протоны и властвует над лептонами.

4 – определяет  устойчивость атомных ядер и  властвует над адронами.

3 и 4 – короткодействующие  взаимодействия, эффективный радиус действия 10 (в минус пятнадцатой) метра.

По силе действия самым сильным является 4 и 2 (в 100 раз, на 2 порядка), 3 (на 144 порядков), 1 (на 39 порядков) 
 

12. Законы сохранения.

1. Импульса 

2. Момента импульса

Взаимодействие  тел, одинаковой массы на гладкой поверхности:

1) пусть тело  №1 в состоянии покоя, а тело  №2 движется и ударяет тело  №1. Тело №2 останавливается, а  тело №1 начнет движение с  такой же скоростью.

2) пусть тело №2 намного больше тела №1, в результате тело №1 придет в движение, а тело №2 продолжит движение, но с меньшей скоростью.

3) масса тела  №1 >> №2, в результате взаимодействия №1 останется в покое, а №2 начнет движение в обратном направлении.

У процессов, связанных  с трением, существует импульс (р).

p=M·V (инертная масса отражает структуру вещества)

- показывает как изменяется скорость и отражает генетическую структуру тела.

Для процессов  не связанных с трением сохраняющейся  величиной является кинетическая энергия:

Ek=M·V(в квадрате)//2 -> const

2 – характерен для процессов вращения. Сохраняющейся величиной является момент импульса – угловой момент (L).

L=m·V·r=m·2Пr(в квадрате)///T=m·2П/T·r(в квадрате)

Момент силы – произведение силы на расстояние до центра вращения – сила может  быть приложена под углом:

V=2Пr/T

Характер вращения зависит и от точки, в которой сосредоточена масса тела.

Искажение массы  на момент вращения – этот процесс  определяется моментом инерции.

I=∫R(в квадрате)dm

R – расстояние неуравновешенной массы dm до оси вращения.

При равенстве  движения:

L=I∙ω=m·ω·r(в квадрате) -> const.

Можно наблюдать: при приближении к Солнцу скорость вращения Земли увеличивается.

Фигуристы, начиная  движение, вытягиваются, заканчивая «разваливаются». 
 

13. Принцип симметрии.

Принцип относительности  сформулирован Г. Галилеем – первый шаг.

2-ой шаг – законы Ньютона, можно объединить в один вариационный ряд.

Если в системе n степеней свободы, то в такой системе имеется и n сохраняющихся величин и этот процесс связан с симметрией пространства и времени.

С однородностью  времени связан закон сохранения энергии.

С однородностью  пространства связан закон сохранения импульса.

С изотропностью  пространства связан закон сохранения момента импульса.

Однородность  времени – это состояние, когда  любое явления, проходящие в одних  и тех же условиях, но в разные моменты времени протекают по одним и тем же законам.

1-ый закон  сохранения – закон сохранения  энергии, который определяет устойчивость  и направленность времени.

Однородность  пространства – состояние, когда  все точки пространства обладают одинаковыми свойствами и параллельный перенос не изменяет вид законов природы.

Изотропность  пространства – состояние, когда  все направления пространства обладают одинаковыми свойствами и поворот  на любой угол сохраняет неизменными законы природы.

Симметричное - нечто, обладающее хорошим соотношением пропорций или вид согласованности отдельных частей.

Чем проще животные, тем более они симметричны. 

16. Первое начало  термодинамики.

Теплообмен –  обмен энергией соприкасающихся  тел без выполнения работы.

Система I находится в тепловом контакте с системой II и обе системы замкнуты в адиабатическую оболочку.

Адиабата –  процесс, протекающий без теплообмена  с окружающей средой.

К системе I подведем некоторое значение теплоты Q, в результате газ в системе I расширится и поршень  переместится из точки 1 в точку 2.

A1,2=(U1+U’1)–(U2+U’2)

U1, U2 – начальные внутренние энергии систем 1 и 2.

U’1, U’2 – конечные внутренние энергии систем 1 и 2.

A1,2=U1-U2+(U’1-U’2); Q=(U’1-U’2).

Все тепло, которое  получает система, ушло на совершение работы и на перераспределение внутренней энергии, т.к. находится в адиабатической оболочке.

Q=U2-U1+A1,2

Количество тепла, получаемое системой идет на приращение внутренней энергии и совершение работ.

dQ=dU+dA

U2=U1 Q=A

Все полученное тепло системы должно идти на производство работ.

Если Q=0, то A=0 –  ограничивающее условие.

Невозможен такой  процесс, когда непрерывно бы совершалась  работа, без изменений в других телах.

Perpetum mobile (вечный двигатель) невозможен, согласно первому началу термодинамики. 
 

17. Второе начало термодинамики.

В начале XIX века французский инженер Карно попытался  описать создание идеальной тепловой машины.

A=-p·S∙x=-p∙(V2-V1)=Q (V2-V1=S∙x)

“-“ – работа выполнена против внешних сил.

p – удельное давление на единицу площади.

S – площадь поршня.

x – перемещение  поршня.

S·x – разница между двумя объемами: между конечным и объемом камер сгорания.

Цикл идеальной  машины должен состоять из четырех  процессов: двух адиабатических и двух изотермических.

Пусть работающее тело получает теплоту Q1 и передает окружающему пространству теплоту Q2, в результате совершаемая работа – разница между: A=Q1-Q2

КПД=A/Q1=Q1-Q2//Q1=T1-T2//T1

- КПД любого теплового двигателя: от t нагревателя и холодильника.

Чтобы получить КПД=100%, необходимо, чтобы T2=0

Чтобы повысить T1, нужны материалы, повышающие сгорание, например керамика.

Тепловую машину с КПД=1 назвали Perpetum mobile второго рода.

1) невозможен  круговой процесс, единственным  результатом которого было бы  производство работы за счет охлаждения теплового резервуара.

2) Теплота не  может самостоятельно переходить  от тела нагретого к телу  более нагретому.