Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА и ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

при ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

СИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ – ФИЛИАЛ  РАНХиГС

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

 

 

 

Кафедра Государственное и муниципальное управление

 

 

 

«Концепции современного естествознания»

                                                                                    (дисциплина)

 

 

Письменное контрольное задание

для студентов дистанционного обучения

 

 

 

 

 

	Студент Подлужный Александр Сергеевич
	Группа 14452
	Дата 01.02.2015 г.
	Преподаватель Б.К. Пахтусов

 

 

 

Новосибирск 2015г.

 

1. Раскройте содержание закона сохранения и превращения энергии. Приведите примеры перехода энергии из одного вида в другой.
2. Объясните физические основы «Парникового эффекта» и его воздействие на климат земли.
3. Объясните суть эффекта Доплера и его использование для определения  возраста Вселенной.
4. Опишите методы определения расстояний до звезд и галактик.
5. Как был определен порог устойчивости биосферы?
6. Как был определен возраст Вселенной?
7. Приведите несколько известных Вам примеров процессов или устройств, в которых реализуются положительные и отрицательные обратные связи.
8. Объясните: почему положительно заряженные протоны не разлетаются из ядра за счет действия кулоновских сил?
9. Опишите основные глобальные процессы последствий масштабного ядерного конфликта.
10. Объясните: причину изменения свойства химических элементов при увеличении их атомных весов.
11. Объясните причину наступлений лета и зимы и неравенство их продолжительности в северном и южном полушариях.
12. Раскройте содержание принципа относительности пространства и времени.
13. Сформулируйте основные концепции современного естествознания и приведите собственные примеры проявления некоторых из них в любой из его областей.
14. Какие фундаментальные силы природы были открыты, и в каких явлениях каждая из них проявляется наиболее сильно?
15. Откуда берется энергия в недрах звезд?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Раскройте содержание закона сохранения и превращения энергии. Приведите примеры перехода энергии из одного вида в другой.

 

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира. 

Закон сохранения энергии и в настоящее время является важнейшим принципом физической науки. Новая форма действия этого закона основана, в частности, на учете взаимосвязи массы и энергии (Е= mс2): закон сохранения массы применяется в современной физике совместно с законом сохранения энергии.

Формулировка закона сохранения и превращения энергии, во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Примеры перехода энергии из одного вида в другой :

- Гидроэлектростанция-Механическая эн. в электрическую;  
- Стиральная машина- электрическая эн. в механическую;  
- Обогреватель-электрическая энергия эн. в тепловую;  
- Батарейка, аккумулятор-химическая в электрическую;  
- Атомная станция-Ядерная в тепловую;  
- Лампочка-Электрическая в световую и электрическая в тепловую;  
- Нагрев воды- электрическая в тепловую и химическая в тепловую  
- У меня есть предположения:  
- Динамик- электрическая в звуковую;  
- Монитор- электрическая в световую; 

 

2. Объясните физические основы «Парникового эффекта» и его воздействие на климат земли.

 

В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.

Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты. Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.

По степени влияния на климат парникового эффекта Земля занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у Земли, в случае Марса — в ~5 раз ниже; эти различия являются следствием различных плотностей и составов атмосфер этих планет.

Из-за парникового эффекта за последнее столетие произошло повышение средней температуры поверхности Земли примерно на 0,5*С. Если не принять срочных мер, глобальная температура поднимется на 1,5-4,5*С к середине следующего столетия. Это потепление приведет к весьма существенным последствиям. Во-первых, за счет таяния полярных льдов резко повысится уровень Мирового океана. Согласно прогнозам, к 2050 году возможное его повышение составит 150 см. Окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные зоны, во-вторых, возрастет процесс опустынивания. Основным источником углекислого газа является сжигание ископаемого топлива. Основным поставщиком метана служат болота (Амазония, Западная Сибирь и другие районы) и плантации риса. Исследования Г.А. Заварзина показали, что нарушение работы микробных сообществ почв и болот Сибири, Канады ведет к росту поступления метана в атмосферу

 

3. Объясните суть эффекта Доплера и его использование для определения  возраста Вселенной.

 

Эффектом Доплера называют определенное физическое явление, характеризующее изменение длины и частоты волн, которые регистрируются приемником при условии, что источник волн и их приемник движутся относительно друг друга. Эффект Доплера наблюдается при распространении именно волновых явлений – света, звука, радиоволн и так далее, но не частиц, имеющих массу. Эту зависимость первым теоретически обосновал австрийский физик Кристиан Доплер в 1842 году. В честь него она, собственно, и была названа. Десятилетием позже эффект был более детально разработан в трудах француза Армано Физо, а на практике проверен уже в начале XX века.

Астрономы давно мечтали о телескопе, который работал бы в видимом диапазоне, но находился за пределами земной атмосферы, сильно мешающей наблюдениям. «Хаббл» не только не обманул возлагавшихся на него надежд, но даже превзошел практически все ожидания. Он фантастически расширил «поле зрения» человечества, заглянув в немыслимые глубины Вселенной. За время своей работы космический телескоп передал на землю 700 тыс. великолепных фотографий. Он, в частности, помог астрономам определить точный возраст нашей Вселенной – 13,7 млрд. лет; помог подтвердить существование во Вселенной странной, но оказывающей огромное влияние, формы энергии – темной энергии; доказал существование сверхмассивных черных дыр; удивительно четко заснял падение кометы на Юпитер; показал, что процесс формирования планетных систем является широко распространенным в нашей Галактике; обнаружил небольшие протогалактики, зарегистрировав излучение, испущенное ими, когда возраст Вселенной составлял менее 1 млрд. лет.

Также по доплеровскому сдвигу определенной частоты испускаемого света можно судить о скорости движения звезды вдоль линии ее наблюдения. Наиболее удивительный результат дает наблюдение доплеровского сдвига частот света удаленных галактик: так называемое красное смещение свидетельствует о том, что все галактики удаляются от нас со скоростями примерно до половины скорости света, возрастающими с расстоянием. Вопрос о том, расширяется ли Вселенная подобным образом или красное смещение обусловлено чем-то иным, а не «разбеганием» галактик, остается открытым.

Применение принципа Доплера в астрономии привело к ряду замечательных открытий. В 1889году директор Гарвардской обсерватории (США) Эдуард Чарлз Пикеринг (1846-1919) обнаружил раздвоение линий в спектре Мицара – всем известной звезды 2-й звездной величины в хвосте Большой Медведицы. Линии с определенным периодом то сдвигались, то раздвигались. Пикеринг понял, что это скорее всего тесная двойная система: ее звезды настолько близки друг к другу, что их нельзя различить ни в один телескоп. Однако спектральный анализ позволяет это сделать. Поскольку скорости обеих звезд пары направлены в разные стороны, их можно определить, используя принцип Доплера – Физо (а также, конечно, и период обращения звезд в системе).

 

4. Опишите методы определения расстояний до звезд и галактик.

 

Фундаментальным методом определения расстояний до звезд является тригонометрический метод, в котором за базис измерения принимается большая полуось или радиус земной орбиты — астрономическая единица (а.е.), равная 150 * 106 км (из-за огромного удаления звезд эти понятия становятся одинаковыми). Через полугодовой интервал времени из диаметрально противоположных точек земной орбиты измеряется параллактическое смешение звезды, половина которого называется ее годичным параллаксом p. Годичным параллаксом звезды p называют угол, под которым со звезды можно было бы видеть большую полуось земной орбиты, если она перпендикулярна лучу зрения.

Впервые измерение годичного параллакса звезды Веги осуществил в 1837 г. русский академик В. Я. Струве. Расстояние до звезды D = a / sin p, где a — большая полуось земной орбиты.

Параллаксы звезд

Парсек — расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1". Расстояние, которое свет проходит в течение года, называется световым годом. 1 парсек = 3.26 светового года = 206 265 а. е. = 3 * 1013 км.

Многие характеристики галактик, такие как светимость, линейные размеры, масса газа и звезд, период вращения, невозможно оценить, если не известно расстояния до них. Не существует универсального метода определения расстояний до галактик. Одни способы используются для сравнительно близких, другие – для очень далеких объектов. Наиболее разнообразны методы оценки расстояний до сравнительно близких галактик, в которых можно наблюдать и исследовать отдельные яркие объекты. В качестве таких объектов обычно используются звезды, обладающие высокой светимостью: цефеиды, ярчайшие сверхгиганты или гиганты (их легко различить по цвету), но часто привлекаются и другие образования: звездные скопления, планетарные туманности , а также новые звезды в максимуме блеска. Характеристики этих объектов считаются известными, например, по аналогии с подобными объектами нашей Галактики. Самый точный метод связан с использованием цефеид, поскольку светимости этих звезд могут быть получены по хорошо установленной зависимости «период-светимость». Для определения расстояний проводятся фотометрические измерения видимых звездных величин (видимой яркости) объектов в тех или иных галактиках. Затем полученные оценки сопоставляются со светимостью выбранных объектов (или их абсолютной звездной величиной); при этом обязательно вводится поправка на межзвездное поглощение света. В итоге это позволяет оценить, насколько далеко от нас находится галактика.

Если m – видимая звездная величина объекта, исправленная за межзвездное поглощение, а М – его известная абсолютная звездная величина, то логарифм расстояния D до этого объекта, выраженного в мегапарсеках, определяется по формуле:

lg D = 0,2(m – M) – 5.

Для перевода расстояния в миллионы световых лет его значение в мегапарсеках надо умножить на 3,26.

Эффективным оказался и метод определения расстояний не по отдельным объектам, а по оценке параметров мелкой ряби (флуктуаций поверхностной яркости) на видимом изображении галактик, которая обусловлена звездами, не разрешаемыми по отдельности. Но все эти методы достаточно грубы и в применении к индивидуальным галактикам могут давать большую ошибку.

Ярчайшие звезды, пригодные для оценки расстояний, даже с помощью крупнейших телескопов наблюдаются в галактиках, удаленных не более чем на несколько десятков миллионов световых лет (шаровые скопления – несколько дальше). Исключение составляют сверхновые звезды , их можно запечатлеть на любых расстояниях, с которых видны галактики. Их тоже используют для оценки расстояний, однако, они вспыхивают в галактиках редко и не прогнозируемым образом. Поэтому для более далеких галактик разработаны другие подходы. Например, предполагают, что заранее известна светимость или линейный размер галактик определенного типа (это очень грубый метод). Более точные оценки опираются на статистически установленные зависимости, связывающие светимость галактик с какой-либо непосредственно измеряемой величиной, характеризующей галактику (скорость вращения, ширина спектральных линий, принадлежащих звездам, или линий излучения межзвездного газа в радиодиапазоне). Но чаще всего расстояние до далеких галактик определяют по зависимости Хаббла «красное смещение спектральных линий – расстояние». Этот метод (метод красного смещения) основан на измерении сдвига линий в спектре галактики, обусловленного расширением Вселенной. Открытая эмпирически зависимость Хаббла получила надежное обоснование в теории расширяющейся Вселенной. Однако, для калибровки эмпирических зависимостей все равно требуются сравнительно близкие галактики, для которых расстояния находят по индивидуальным объектам. Поэтому определить, во сколько раз одна галактика дальше другой, можно значительно точнее, чем оценить расстояние до каждой из них. В целом, точность оценки расстояний не превышает 10–15%, а в отдельных случаях она значительно ниже.