Создание классической механики и экспериментального естествознания

                                Контрольная работа  по предмету 

                      «Концепции современного  естествознания»

                                               Вариант №9 

    Оглавление: 

    Вопрос  №1 «Создание классической механики и экспериментального естествознания»:

    – XVII век – «Век Разума» - стр 2

    – XVI в. Научная революция начинается:

        - Николай Коперник – стр 2

    –  XVII в. От Возрождения к Новому времени:

         - Иоганн Кеплер – стр 3

         - Галилео Галилей – стр 4

         - Рене Декарт – стр 5

    – Ньютонианская революция – стр 5 - 7 

    Вопрос  №2 «Самоорганизация в открытых неравновесный  системах»:

   – Синергетика – стр 8

   –  Главная идея синергетики – стр 8

   – Основные свойства самоорганизующихся систем – стр 9

   – Наиболее наглядные примеры самоорганизации:

      - Лазер – стр 10

      - Ячейки Бенара – стр 10

      - Реакция Белоусова-Жаботинского – стр 11

      - Система «Хищник-жертва» - стр 12

      - Морфогенез – стр 12 

   Вопрос  №3 «Исторические  этапы развития жизни  на Земле»:

   – Происхождение жизни – стр 13

    – Геологические эры Земли – стр 13:

        - Докембрий – стр 14

        - Катархей – стр 14

        - Архей – стр 14

        - Протерозой – стр 15

        - Палеозой – стр 15

         - Мезозой - стр 16

         - Кайнозой - стр 17

        - Четвертичный период и антропоген  – стр 17 

    Список литературы, использованной при подготовке контрольной работы:

    В.М. Найдыш «Концепции современного естествознания», изд-во «Гардарики», Москва-2002.

    В.В. Свиридов «Концепции современного естествознания», 2-е издание, изд-во «Питер», 2005г.

    Т.Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания», изд-во «ЮКЭА», Москва-2001.

    А.Ф. Лихин «Концепции современного естествознания», изд-во «Проспект», Москва-2006.

    С.Х. Карпенков «Концепции современного естествознания», краткий курс, изд-во «Высшая школа», Москва-2003.

    М.И. Потеев «Концепции современного естествознания», изд-во «Питер СПБ», 1999г.

    А.А. Горелов «Концепции современного естествознания», 2-е издание, изд-во «ACADEMA», Москва -2006.

    Т.Г. Грушевицкая, А.П. Садохин «Концепции современного естествознания», изд-во «Юнити», Москва-2003. 

    Вопрос  №1: Создание классической механики и экспериментального естествознания.

    XVII век – «Век  Разума». 

    В феодальном обществе научные знания были подчинены религиозному сознанию, и им было не позволено выходить за рамки, установленные верой. Становление буржуазных социально-экономических отношений привело к постепенному ослаблению религиозного восприятия мира и укреплению рациональных представлений о мироздании. Новому классу – буржуазии нужна была новая наука, которая отвечала  бы требованиям развития промышленности и исследовала бы свойства физических тел и проявления сил природы. Поэтому в это время складывается такой тип сознания, в котором на первый план выдвигается потребность в накоплении объективного знания о мире. Провозглашается господство «Века Разума» и изменяются (по сравнению с античностью и средневековьем) представления о целях, задачах, методах естественнонаучного познания. Формируется убеждение, что предметом естественнонаучного познания являются природные явления, полностью подчиняющиеся механическим закономерностям. Научная революция XVII века ознаменовала собой смену картин мира. Картина мира приобрела рациональный механико-математический характер, мышление стало рациональным. Задачей естествознания становится определение экспериментальным путем параметров природных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, которые должны быть выражены строгим математическим языком. Новый образ мира и стиль мышления привел к оформлению «вещно-натуралистической» концепции с ориентацией на механистичность и количественные методы. Поэтому главной областью среди естественных наук становятся механика, физика и астрономия.

    XVI в. Научная революция  начинается

    Николай Коперник

    Честь начинателя первой научной революции принадлежит Николаю Копернику. До него в естествознании господствовала геоцентрическая система мироздания Клавдия Птолемея, согласно которой плоская Земля является центром мироздания, а солнце и другие небесные тела вращаются вокруг нее. “Старый космос" - это мир по Аристотелю и Птолемею. Космос имеет шаровидную форму, вечен и неподвижен; за его пределами нет ни времени, ни пространства. В центре его – Земля. Изменяющийся подлунный мир и совершенно неизменный надлунный. В подлунном мире существует 4 элемента: земля, вода, воздух, огонь, в надлунном – эфир. Все движения в космосе – круговые. Точка зрения Коперника в отношении предложенной им новой системы мира была совершенно иной. Основное естественнонаучное значение великого произведения Коперника "О вращениях небесных сфер" состоит в том, что его автор, отказавшись от геоцентрического принципа и приняв гелиоцентрический взгляд на строение Солнечной системы, открыл и познал истину действительного мира. Процесс приобретает четкие научные формы: вращение Земли происходит вокруг оси, центральное положение Солнца - внутри планетной системы. Земля - планета, вокруг которой вращается Луна. В своих двух величайших открытиях Николай Коперник убедительно доказывает, что Земля имеет шарообразную форму, приводя как доводы древних ученых, так и свои собственные. Земля не находится в центре мира и движется, обладая к тому же суточным вращением.

    Все произведения Николая Коперника  базируются на едином принципе. Это - принцип  относительности механических движений, согласно которому всякое движение относительно. Понятие движения не имеет смысла, если не выбрана система отсчета (система координат), в которой оно рассматривается. Следует заметить, что во времена Коперника астрономия еще не владела методами, позволяющими непосредственно доказать вращение Земли вокруг Солнца (такой метод появился почти двести лет спустя). В его произведениях содержатся теоремы из планиметрии и тригонометрии (в том числе и сферической), необходимые для построения теории движения планет на основе гелиоцентрической системы. Они  дали ту основу, на которой построена современная небесная механика. Коперник придерживался правильных взглядов на размеры Вселенной, хотя происхождение мира и его развитие он объяснял деятельностью божественных сил.

    Католическая церковь оценила мощь того удара, который нанесло учение Коперника по вековым незыблемым религиозным догмам. В 1616 году собрание богословов - подготовителей судебных дел святой инквизиции приняло решение об осуждении нового учения и о запрещении творения Коперника, мотивируя это тем, что оно противоречит священному писанию.

    XVII в. От Возрождения к Новому времени

    Иоганн Кеплер

    После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного  расширения и уточнения эмпирического  материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями. Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в., когда в Дании построили невиданную еще астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). Инициатором и организатором строительства обсерватории и новых огромных инструментов для астрономических наблюдений был Тихо Браге, датский дворянин. Тихо Браге был блестящим астрономом-наблюдателем. Он, как и Коперник, ощущал недостатки птолемеевской геоцентрической системы и разработал систему, занимавшую промежуточное место между геоцентрической и гелиоцентрической. Но несравненно более великое открытие сделал его ученик и последователь Иоганн Кеплер. Он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый совершил величайший научный подвиг – заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явления природы.

    Философы  Древней Греции думали, что круг - это самая совершенная геометрическая форма. А если так, то и планеты должны совершать свои обращения только по правильным кругам (окружностям). Кеплер пришел к мысли о неправильности установившегося с древности мнения о круговой форме планетных орбит. Путем вычислений он доказал, что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам - замкнутым кривым, форма которых несколько отличается от круга. Первый закон Кеплера - эллиптическое движение планет. Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом. Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Кеплер нашел, что скорость, с которой движется планета вокруг Солнца, также не всегда одинакова: подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него - медленнее. Эта особенность в движении планет (планеты не только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно) составляет второй закон Кеплера. Кеплер установил строгую зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца. Оказалось, что квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца. Это - третий закон Кеплера. Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

    Кеплер  занимался не только исследованием  обращения планет, он интересовался  и другими вопросами астрономии. Его внимание особенно привлекали кометы. Подметив, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, Кеплер высказал догадку, что хвосты образуются под действием солнечных лучей. В то время ничего еще не было известно о природе солнечного излучения и строении комет. Только во второй половине XIX в. и в XX в. было установлено, что образование хвостов комет действительно связано с излучением Солнца.

    Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Кеплер развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца. Кеплер полагал, что сила действовала на планету непосредственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие основ механики привело его к ошибочному выводу, что эта сила обратно пропорциональна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего.  
 
 
 

    Галилео Галилей

    В формировании классической механики и  утверждении нового мировоззрения велика заслуга Галилея. Он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики». Смысл своего творчества он видел в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилею в большей степени, чем кому-либо другому, был присущ эмпирический подход к научному познанию. Он был первым, кто настаивал на необходимости проведения экспериментов. Он отказался от представления, что научный вопрос может быть решен при опоре на авторитет, будь то мнение церкви или утверждение Аристотеля. Он также не хотел опираться на сложные дедуктивные схемы, которые не были подкреплены опытным путем.

    Первое  из важнейших открытий Галилей совершил в области механики. Аристотель учил, что тяжелые предметы падают с  большей скоростью, чем легкие. Однако Галилей решил проверить этот тезис и, проведя несколько экспериментов, вскоре обнаружил, что Аристотель был не прав. На самом деле тяжелые и легкие предметы падают с одинаковой скоростью, за исключением случаев, когда их движение замедляется из-за трения воздуха. Придя к такому заключению, Галилей пошел дальше. Он тщательно измерил расстояние, которое проходит падающий предмет в данный период времени, и установил, что путь падающего предмета пропорционален квадрату времени, за которое происходило падение. Конечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости из состояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но не зависит от угла наклона плоскости.