Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

 

5. Как был определен порог устойчивости биосферы?

 

Биосфера представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы — производители органического вещества, но и гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества. Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие, и экосистема остается устойчивой. Устойчивость — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены.

Устойчивость биосферы определяется:

— исключительным разнообразием живого вещества;

— взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;

— дублированием звеньев биогеохимических циклов;

— жизненной активностью живого вещества.

Биологическое разнообразие обеспечивает богатство информационных, вещественных и энергетических связей живого и косного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом, геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота.

   Существование каждого вида зависит от множества других видов, уничтожение одного из видов может привести к исчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида и продукты их жизнедеятельности, а также их отмершие тела являются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищение экосистем.

Социально-экономическое развитие общества пришло и явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищет пути устойчивого развития общества и природы.

    В биосфере на протяжении долгой геологической истории процессы синтеза и разложения органического вещества уравновешивали друг друга. Вместе с тем развитие биосферы иногда прерывалось экологическими кризисами и катастрофами, которые сопровождались массовым вымиранием биологических видов. 
Развитие человеческого общества также не происходило гладко, о чем свидетельствуют кризисы древних цивилизаций. Сегодня человек, развивая производство, нарушил исходное доантропогенное равновесное состояние биосферы. Он потребляет не менее 10% общей продукции живого вещества.

   В результате произошел экологический кризис: сокращение численности составляющих биосистем, уменьшение биоразнообразия и площади лесов, истощение почв и многое другое. Однако принцип устойчивости ЛеШателье в биосфере еще продолжает выполняться: поглощение углекислого газа усиливается по мере роста его содержания в атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива и деградации почв при распашке земель. Если бы биота (исторически сложившаяся совокупность растений и животных на Земле) частично не поглощала антропогенный углекислый газ, то его рост в атмосфере был бы вдвое большим, чем наблюдаемый. Таким образом, внешнее антропогенное воздействие биотой частично компенсируется, а биосфера пока сохраняет устойчивость.

Преодолеть экологический кризис — значит остановить дальнейшую деградацию биосферы, что возможно на научной основе и с помощью государственных и межгосударственных усилий, реализуемых на основе экохозяйствования (развитие лесоводства, рыбоводства, возобновляемых промыслов, заповедного дела и т.п.). До последнего времени биосферная функция осуществлялась человеком стихийно.

 

 

6. Как был определен возраст Вселенной?

 

Возраст Вселенной определяли разными способами:

А) в 2003 году в космос запустили зонд со специальной аппаратурой, с его помощью измерили температуру фонового микроволнового излучения (точность — до миллионной доли градуса); за результатами этих исследований установили возраст Вселенной;

Б) американский ученый Хаблл сопоставил скорость удаления звезд от Земли с расстоянием до этих звезд, оказалось: чем дальше звезда от Земли, тем выше ее скорость, и эта закономерность не зависит от выбора направления наблюдения; зная величины скорости и расстояния, можно посчитать возраст Вселенной;

В). согласно модели однородной Вселенной, Вселенная расширяется, потом сжимается; измерив размеры Вселенной в настоящее время, определяют, сколько времени прошло от начала процесса.

Из всех этих исследований и подсчетов выплывает, что возраст Вселенной становит 13,7 миллиарда лет.

 

7. Приведите несколько известных Вам примеров процессов или устройств, в которых реализуются положительные и отрицательные обратные связи.

   По результативности обратные связи делятся на:

-    Положительные обратные связи, при которых обратная связь усиливает воздействие элемента – источника на приемник воздействия.

Примеры: раскачивание качелей. Генерация радиоволн, весеннее таяние снегов (Темные прогалины сильнее нагреваются солнцем), ленные пожары, цепные химические реакции (возгорание пороха и т.д.), атомные взрывы, эпидемии гриппа, паника в толпе, кристаллизация в растворах, рост оврагов и др.;

-    Отрицательные обратные связи, при которых обратная связь ослабляет воздействие источника на приемник воздействия.

Примеры: зрачковые рефлексы (сужение зрачка при ярком свете, расширение в темноте), увеличение потоотделения в жару, закрытие пор («гусиная кожа») в холод; терморегуляторы в холодильниках, термостатах, кондиционерах; насыщающие пары газов, запредельное торможение мозга и др.

Следует отметить, что обратные связи играют важную роль в функционировании природных и общественных систем, включая технические. Именно они обеспечивают регуляцию, само поддержание, саморазвитие, выживание, приспособление систем в изменяющихся условиях среды. Наиболее велика роль в этих процессах отрицательных обратных связей, которые позволяют нейтрализовать или существенно сгладить влияние неблагоприятных воздействий среды на систему, особенно живые организмы.

 

 

8. Объясните: почему положительно заряженные протоны не разлетаются из ядра за счет действия кулоновских сил?

Согласно закону Кулона положительно заряженные протоны, находящиеся на очень близких расстояниях в атомном ядре, сильно отталкивают друг друга. Так что они должны были бы мгновенно разлететься. Поэтому вряд ли можно объяснить стабильное существование атомного ядра, если не сделать допущения, что нуклоны в нем подвержены влиянию каких-то мощных сил притяжения. Эти силы считают проявлением так называемого сильного взаимодействия. Их изучал довольно долгое время японский физик Хидеки Юкава. В 1935 г. он понял основные характерные особенности ядерных сил и для их объяснения постулировал существование особой частицы, названной впоследствии пионом. Пион имеет массу покоя 270 те (в 270 раз большую массы покоя электрона). Пионы играют важную роль в образовании ядерных сил.

Юкава отметил следующие характерные особенности ядерных сил:

1. Они являются короткодействующими.

2. Они обладают зарядовой независимостью.

3. Они самые мощные из всех известных сил в природе.

4. Они имеют способность к насыщению.

Рассмотрим по отдельности эти характерные особенности ядерных сил.

Короткодействующий характер. Эксперименты по рассеянию протонов на ядрах показывают, что ядерные силы имеют заметное значение только тогда, когда расстояние между двумя нуклонами оказывается порядка 10-15 м и меньше. Будем бомбардировать атомное ядро протонами и учтем, что радиус действия ядерных сил имеет примерно тот же порядок, что и радиус действия сил кулоновского отталкивания. Как бы близко ни подлетали протоны к ядру, они будут обязательно подвержены силам обоих типов, а потому распределение по углам протонов, рассеянных на ядрах, будет отличным от распределения, соответствующего чистому кулоновскому рассеянию.

 

Падающие протоны, которые не подходят слишком близко к ядру, будут рассеиваться силами электрического отталкивания. Но если энергия падающих протонов достаточно велика, чтобы протон мог преодолеть отталкивающее действие кулоновских сил ядра, - он может подлететь очень близко к ядру и попасть в область действия ядерных сил притяжения. Распределение рассеянных протонов в этом случае будет определяться главным образом ядерными силами, а потому распределение будет отлично от кулоновского.

 

9. Опишите основные глобальные процессы последствий масштабного ядерного конфликта.

 

До сих пор вся стратегия военной медицины основывалась на опыте войн с применением обычных видов оружия или стихийных бедствий в мирное время. Трудно представить себе, как можно воспользоваться таким опытом в случае ядерной войны. Ядерные взрывы моментально привели бы к гибели в рамках большого города 1/3 населения, такое же количество окажется пострадавших (ожоги, ранения, травмы). В городе с населением 1 млн. будет 150 тыс. с ожогами, 200 тыс. с травмами, 30 тыс. с комбинированными поражениями. Большинство больниц, других медицинских учреждений, запасов медицинского обеспечения будет разрушено. Медицинский персонал пострадает вместе со всем населением и даже больше, поскольку в процессе оказания первой помощи пострадавшим сам будет сильно облучаться. Большая часть пораженных останется без всякой помощи не только из-за недостаточного количества врачей и медицинских сестер, но и из-за дезорганизации всей коммунальной службы и транспортных средств. Радиоактивное заражение местности увеличит число пострадавших. Оставшиеся в живых неизбежно будут охвачены паникой или находиться в состоянии ступора. Отсюда ясно, что в таких условиях возможности оказания необходимой или хотя бы первой помощи пострадавшим в ядерной катастрофе и сохранения им жизни, которыми будут располагать оставшиеся в живых работники здравоохранения, практически равны нулю.

 

 

10. Объясните: причину изменения свойства химических элементов при увеличении их атомных весов.

Периодический закон Д. И. Менделеева — фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в марте 1869 при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим (табличным) выражением периодического закона  является разработанная Менделеевым переодическая система элементов.

 

11. Объясните причину наступлений лета и зимы и неравенство их продолжительности в северном и южном полушариях.

 

Существует четыре периода года (весна, лето, осень и зима), характеризующиеся определенными средними температурами.

 Начало каждого времени года  имеет четкую астрономическую  границу. Эклиптика (видимый путь  движения Солнца по небесной сфере) делится четырьмя точками – весеннего и осеннего равноденствий и летнего и зимнего солнцестояний – на секторы по 90°. Период, за который Солнце проходит один из этих секторов, называется временем года.

Весна в Северном полушарии и осень в Южном начинаются, когда Солнце проходит через начальный круг склонения и его прямое восхождение равно 0° (весеннее равноденствие). Лето в Северном полушарии и зима в Южном наступают, когда прямое восхождение Солнца равно 90° (летнее солнцестояние). Осень в Северном полушарии и весна в Южном начинаются, когда прямое восхождение Солнца составляет 180° (осеннее равноденствие). Началом зимы в Северном полушарии и лета в Южном считается зимнее солнцестояние, когда прямое восхождение Солнца составляет 270°.  Различия в продолжительности времен года. Из-за изменений скорости движения Земли по орбите в течение года, обусловленных эллиптичностью орбиты и законами движения, меняется и продолжительность времен года. Земля находится в перигелии (на ближайшей к Солнцу точке орбиты) примерно 2 января. В это время она движется быстрее, чем в середине года, и поэтому осень и зима короче остальных сезонов Северного полушария. Из приведенной ниже таблицы следует, что лето в Южном полушарии короче, чем в Северном, а зима длиннее. Смена времен года — вечное и неизменное явление природы. Причина его заключается в движении Земли вокруг Солнца. Путь, по которому в космическом пространстве движется земной шар, имеет форму вытянутого круга - эллипса. Солнце находится не в центре этого эллипса, а в одном из ее фокусов. Поэтому на протяжении года расстояние от Солнца до Земли периодически меняется: от 147,1 млн. км (в начале января) до 152,1 млн. км (в начале июля). Переход от тёплого времени года (весна, лето) к холодному (осень, зима) происходит вовсе не потому, что Земля то приближается к Солнцу, то удаляется от него. А ведь и сегодня так думают многие люди.

 

12. Раскройте содержание принципа  относительности пространства и  времени.

 

Пространство и время являются основными категориями в физике. Большинство физических понятий вводится посредством правил, в которых используется расстояние в пространстве и время.Большое влияние на формирование понятий «пространство» и «время» сыграла пифагорийская школа. В пустоте (неоформленном) безграничном пространстве зародилась Единица, сыгравшая роль семени, из которого вырос весь космос. Вытягиваясь в длину, она порождает число 2, что в геометрии означает «линия».