Реферат: Естествознание
Задание 1.Перечислите основные компоненты естествознания как системы естественных наук.Дайте их краткую характеристику.
Естествознание —область науки, изучающая совокупность естественных наук, взятая как целое.
Естествознание появилось более 3000 лет назад. Тогда не было разделенияна физику, биологию, географию. Науками занимались философы. С развитиемторговли и мореплавания началось развитие географии, а с развитием техники —развитие физики, химии.
Подразделения
· Астрономия — наукао расположении, строении, свойствах, происхождении и развитии небесных тел и ихсистем, вплоть до Вселенной в целом.
· Биология — наукао жизни, одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа иих взаимодействие с окружающей средой.
· Биофизика раздел физикии современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природына всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом.
· Биохимия — наукао химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах,лежащих в основе их жизнедеятельности.
· Генетика — наукао законах и механизмах наследственности и изменчивости.
· География — единый комплекс наук, изучающих географическую оболочку Земли и акцентирующихсяна выявлении пространственно-временных закономерностей.
· Геология —комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и размещении вней полезных ископаемых.
· Радиобиология —это самостоятельная комплексная, фундаментальная наука, состоящая из многихнаучных направлений, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излученийна биологические объекты.
· Радиохимия, изучаетхимию радиоактивных веществ, законы их физико-химического поведения, химию ядерныхпревращений и сопутствующие им физико-химические процессы.
· Физическая химия — наука об общих законах, определяющих строение и химические превращения веществпри различных внешних условиях.
· Химия — одна изважнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах,строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций.
Задание 2.Охарактеризуйте александрийский период развития науки.
Естествознание вэллинистическую эпоху стало переходить из сферы отвлеченного, философскогоразмышления о природе в сферу конкретных фактов и явлений (произошласистематизация накопленных знаний). В эту эпоху греческая математика, механикаи астрономия наряду с другими отраслями знаний достигли своего наивысшегоразвития. Греческая наука перешла от рассмотрения мира в целом кдифференцированному знанию, из единой науки выделились и развились отдельныенауки естественные и гуманитарные.
Почти каждый ученыйэллинистической эпохи был связан с Александрией если не личным контактом, тонаучной перепиской. В Александрии жили и работали крупные ученые: геометрЕвклид, географ и математик Эратосфен, астрономы Конон, Аристарх Самосский ипозже Клавдий Птолемей. С Александрией были связаны математик АполлонийПергский, астроном Гиппарх и Архимед. Особую роль в эллинистическую эпохусыграли Евклид и Архимед.
Среди четырех дисциплин,изучаемых в Мусейоне (Александрийский музей): литературы, математики,астрономии и медицины, — математика занимала особое место. В течение первогопериода своего существования математическая школа отличалась интенсивной иблестящей деятельностью. Она началась с систематизации знаний, накопленных вклассическую эпоху, — Евклид разработал начала геометрии, а Аполлоний создалобщую теорию конических сечений.
Александрийские ученыеполучили широкую известность своими исследованиями по математике, астрономии,географии и физике. И хотя биология не принадлежала к числу популярных вАлександрии наук, однако, и в ней можно найти, по крайней мере, два славныхимени: это Герофил (расцвет его деятельности относится к 300-м годам до н.э.) иего ученик Эразистрат (250-е годы до н.э.).
На развитии биологиисказывался еще и тот немаловажный факт, что жизнь — живая природа в отличие отнеживого мира — считалась священной. Анатомирование человеческого тела многимпредставлялось абсолютно недопустимым. Поэтому вскоре им и вовсе прекратилизаниматься — вначале из-за морального осуждения, а затем под страхом нарушениязаконов.
Задание 3.Укажите основные законы механики Ньютона.
Первый закон НьютонаИнерциальнойназывается та система отсчёта, относительно которой любая, изолированная отвнешних воздействий, материальная точка сохраняет состояние равномерногопрямолинейного движения.
Первыйзакон Ньютона гласит: инерциальные системы отсчёта существуют.
Посути, этот закон постулирует инерцию тел. Это может казаться очевидным сейчас,но это не было очевидно на заре исследований природы. Так, например, Аристотельутверждал, что причиной всякого движения является сила, т. е. у него небыло движения по инерции.
Второй закон Ньютона — дифференциальныйзакон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точкесилой и её ускорением. Один из трёх законов Ньютона.Второй закон Ньютона утверждает, что в инерциальной системе отсчета (ИСО)ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорциональноприложенной силе и обратно пропорционально массе.
/>= />
Третий закон Ньютона объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём дляпримера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действоватьна второе с некоторой силой F12, а второе — на первое с силой F21.Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна помодулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, чтоэти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются.
Сам закон: теладействуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой,равными по модулю и противоположными по направлению: />.
Задание 4.Укажите основные этапы создания учения об электромагнетизме.
Как и электричество,магнетизм в природе обнаружили древние греки. Примерно к 600 г. до н. э. им были известны свойства магнитного железняка (оксида железа); как обнаружилось, егокуски могут действовать друг на друга на расстоянии. Примерно через 500 леткитайцы открыли поразительную способность магнитного железняка определеннымобразом ориентироваться в пространстве и создали первый примитивный компас.Правда, вначале его использование ограничивалось мистическими действами, и лишьчерез несколько столетий компас стал навигационным прибором.
В средние века открытоеФалесом странное явление тщательно изучал придворный медик английской королевыЕлизаветы I Уильям Гильберт, который обнаружил, что способностьэлектризоваться, присуща и многим другим веществам.
Дальнейшие исследования,проведенные в Англии и других странах Европы, показали, что некоторые веществаведут себя как изоляторы. Французский ученый Шарль Дюфе установил, чтосуществуют две разновидности электрических зарядов; теперь мы называем ихположительными и отрицательными.
В XVIII—XIX вв. природаэлектричества частично прояснилась после экспериментов Бенджамина Франклина иМайкла Фарадея. Выяснилось, что электрические заряды одного знакаотталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются, и в том и другомслучае электрические силы ослабевают с расстоянием в соответствии с законом“обратных квадратов”, который Ньютон вывел ранее для гравитации.
Решающий шаг в познанииэлектромагнетизма сделал в 50-х годах XIX в. Джеймс Клерк Максвелл,объединивший электричество и магнетизм в единой системе уравнений теорииэлектромагнетизма — первой единой теории поля — невидимого воздействия, создаваемогоматерией, простирающегося далеко в пространство и способного влиять наэлектрически заряженные частицы, электрические токи и магниты.
В 1864 году Дж. К. Максвелл опубликовал первые из основных уравнений «классическойэлектродинамики», описывающие эволюцию электромагнитного поля и еговзаимодействие с зарядами и токами.
Задание 5.Какие гипотезы и постулаты лежат в основе квантовой механики?
Основное уравнение квантовой механики — уравнение Шрёдингера,математический аппарат — теория матриц, теория групп, операторы, теориявероятностей.
История квантовой механики началась по существу с открытия в 1838 году катодныхлучей Майклом Фарадеем. Дальнейшая формулировка в 1859 году задачи об излученииабсолютно чёрного тела Густавом Кирхгофом; предположения в 1877 году ЛюдвигомБольцманом, о том, что энергетические состояния физической системы могут бытьдискретными; формулировки в 1900 году квантовой гипотезы Максом Планком о том,что любая энергия поглощается или испускается только порциями, которые состоятиз целого числа квантов с энергией ε таких, что эта энергияпропорциональна частоте ν с коэффициентом пропорциональности, определённымпо формуле:
/>
где h — постоянная Планка. Хотя Планк настаивал, что это предположение умозрительнои не относится к физической реальности энергии, в 1905 году для объяснения фотоэффектаАльберт Эйнштейн постулировал на основе квантовой гипотезы Планка, что свет сампо себе состоит из квантов, которые впоследствии назвали фотонами (1926 год).От простого постулирования Эйнштейна родился шквал обсуждений, теоретическихработ и экспериментов, из которых возникла новая область физики: квантоваяфизика.
Математический аппарат нерелятивистской квантовой механики строится наследующих положениях:
· Состояния системыописываются ненулевыми векторами ψ комплексногосепарабельного гильбертова пространства H, причемвекторы ψ1 и ψ2описывают одно и то же состояние тогда и только тогда, когда ψ2 = cψ1, где c — произвольное комплексное число. Каждой наблюдаемойоднозначно сопоставляется линейный эрмитов оператор.
· Наблюдаемыеодновременно измеримы тогда и только тогда, когда соответствующие им эрмитовыоператоры коммутируют.
· Эволюция системыопределяется уравнением Шредингера />где />—гамильтониан.
· Каждому вектору />изпространства H отвечает некоторое состояние системы,любой линейный эрмитов оператор соответствует некоторой наблюдаемой.
Эти положения позволяют создать математический аппарат, пригодный дляописания широкого спектра задач в квантовой механике.
Задание 6.Укажите основные стехиометрические законы.
В химиииспользуются следующие стехиометрические законы: закон сохранения массы, законпостоянства состава вещества, закон эквивалентов, закон кратных отношений.
Законсохранения массы. Массавеществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся врезультате реакции.
Законпостоянства состава. Всякоехимически чистое соединение независимо от способа его получения имеет вполнеопределенный состав.
C + O2= CO2
CO + 1/2O2= CO2
Законэквивалентов. Химическиеэлементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах,соответствующих их эквивалентам.
Закон кратныхотношений. Если дваэлемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то на одну иту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятсямежду собой как простые целые числа.
Задание 7.В чём заключается явление катализа?
Катализ (от греч.κατάλυσις, восходит кκαταλύειν — разрушение) — явлениеизменения скорости химической или биохимической реакции в присутствии веществ,количество и состояние которых в ходе реакции не изменяются (катализаторов).
Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом ЯкобомБерцелиусом.
Явление катализа распространено в природе (большинство процессов,происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широкоиспользуется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производстве сернойкислоты, аммиака, азотной кислоты и др.). Большая часть всех промышленныхреакций — это каталитические.
Основныепринципы катализа
Катализатор изменяет механизм реакции на энергетически более выгодный, тоесть снижает энергию активации. Катализатор образует с молекулой одного изреагентов промежуточное соединение, в котором ослаблены химические связи. Этооблегчает его реакцию со вторым реагентом. Важно отметить, что катализаторыускоряют обратимые реакции, как в прямом, так и в обратном направлениях.
Задание 8.Перечислите основные свойства живого организма.
Живыеорганизмы — главныйпредмет изучения в биологии. Для удобства рассмотрения все организмыраспределяются по разным группам и категориям, что составляет биологическуюсистему их классификации.
Самое общее их деление на ядерные и безъядерные.
По числу составляющих организм клеток их делят на одноклеточные и многоклеточные.Формирование целостного многоклеточного организма — процесс, состоящий из дифференцировкиструктур (клеток, тканей, органов) и функций и их интеграции как в онтогенезе,так и в филогенезе.
Постулатами теориибиологической эволюции являются три свойства живых организмов — индивидуальнаяизменчивость, наследственность и борьба за существование.
Свойства:
· В состав живыхорганизмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы.Однако соотношение элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах98 % химического состава приходятся на четыре элемента: углерод, кислород, азоти водород.
· Важный признакживых систем — использование внешних источников энергии в виде пищи, света идр. Через живые системы проходят потоки веществ и энергии, вот почему ониоткрытые. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные и сбалансированныепроцессы ассимиляции, т.е. процессы синтеза веществ в организме, идиссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения распадаются напростые и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществобеспечивает относительное постоянство химического состава всех частейорганизма.
· Существованиекаждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени; поддержаниежизни связано с самовоспроизведением. Любой вид состоит из особей, каждая изкоторых рано или поздно перестанет существовать, но благодарясамовоспроизведению жизнь вида не прекращается. В основе самовоспроизведениялежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложеннойв нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлениемнаследственности: любое живое существо рождает себе подобных.
· Наследственностьзаключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства иособенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительнойстабильностью, т.е. постоянством строения молекул ДНК.
Задание 9. Охарактеризуйте различные типы изменчивости.
Изменчивость — вариабельность (разнообразие) признаков средипредставителей данного вида. Различают несколько типов изменчивости:
· Наследственную (генотипическую)и ненаследственную (фенотипическую).
Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и ихкомбинаций в последующих скрещиваниях.
В каждой достаточно длительно существующей совокупности особей спонтаннои не направленно возникают различные мутации, которые в дальнейшемкомбинируются более или менее случайно с разными уже имеющимися в совокупностинаследственными свойствами.
Изменчивость, обусловленную возникновением мутаций, называют мутационной,а обусловленную дальнейшим перекомбинированием генов в результате скрещивания —комбинационной.
· Индивидуальную(различие между отдельными особями) и групповую (между группами особей,например, различными популяциями данного вида). Групповая изменчивость являетсяпроизводной от индивидуальной.
· Качественную иколичественную.
· Направленную иненаправленную.
Задание 10. Дайте классификацию вещества биосферы на основеучения Вернадского о биосфере.
Биосфера —совокупность частей земной оболочки (лито-, гидро- и атмосфера), котораязаселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктамиих жизнедеятельности. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом ЭдуардомЗюссом в 1875 году. Большой вклад в развитие учения о биосфере внёс Вернадский.
В книге «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» В. И.Вернадский говорит о следующих типах вещества, слагающих биосферу:
1. Вся совокупностьтел живых организмов населяющих Землю физико-химически едина, вне зависимостиот их систематической принадлежности и называется живым веществом (законфизико-химического единства живого вещества В. И. Вернадского). Масса живоговещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6*1012 т (в сухомвесе). Если её распределить по всей поверхности планеты, то получится слойвсего в полтора сантиметра. По В. И. Вернадскому эта «пленка жизни»,составляющая менее 10-6 массы других оболочек Земли, является «одной из самыхмогущественных геохимических сил нашей планеты». На протяжении органическойэволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани,клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массуминеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представитьсебе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород.
2. Биогенноевещество — вещество создаваемое и перерабатываемое жизнью (каменный уголь,битумы, известняк нефть и т. д.)
3. Косное вещество —в образовании которого жизнь не участвует; твердое, жидкое и газообразное.
4. Биокосноевещество, которое создается одновременно живыми организмами и коснымипроцессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковыпочва, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
5. Вещество,находящееся в радиоактивном распаде.
6. Рассеянные атомы,непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влияниемкосмических излучений.
7. Веществокосмического происхождения.