Концепции современного естествознания

Московский Гуманитарный Институт

Кафедра Экономики и Управления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

По дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2009

 

 

1. Корпускулярная теория света.

Формирование  основ классической механики – величайшее достижение естествознания XVII в. Классическая механика была первой фундаментальной естественно-научной теорией. В течение трех столетий (с XVII в. по начало XX в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественно-научной картины мира – механистической. Ньютоновская теория тяготения и в настоящее время является важным орудием познания природы. С ее помощью с большой точностью описывается движение естественных (планет, их спутников, комет, астероидов и др.) и искусственных (спутников, космических аппаратов и др.) тел в Солнечной системе, в звездных системах, галактиках и др., определяются массы тел, и др.

Нельзя  не сказать о математических достижениях  Ньютона, без которых не было бы и  его гениальной теории тяготения. Свой метод расчета механических движений на основе бесконечно малых приращений величин Ньютон назвал методом флюксий  и описал его в сочинении «Метод флюксий и бесконечных рядов  с приложением его к геометрии  кривых» (закончено в 1671 г., полностью  опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом  анализа бесконечно малых Г. Лейбница он составил основу дифференциального  и интегрального исчислений. В  математике Ньютону принадлежат  также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной  геометрии и др.

Корпускулярная  теория света. Оптика – важнейшая  часть физики, более «молодая», чем  механика. Начало научной оптики связано  с открытием законов отражения  и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р. Декарт). Большую трудность для зарождающейся оптики представляло объяснение цветов. Поэтому по праву вторым великим достижением Ньютона было открытие (1666) того, что белый свет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый.

Значительная  часть необъятного научного наследия Ньютона стала фундаментом создания физической оптики и дальнейшего  развития наблюдательной астрономии. Ньютон был тонким экспериментатором-универсалом: металлургом, химиком, но главным образом  оптиком. Он, как и многие его современники, занимался шлифовкой линз для  рефракторов и упорно искал форму  объектива, свободного от аберраций, особенно ахроматической.

После открытия сложного состава белого света  Ньютон приступил к исследованиям  преломления монохроматических  лучей, которое оказалось зависящим  от цвета луча. Последнее открыло  Ньютону причину хроматической  аберрации линзовых объективов. Сделав вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта стеклянных объективов (что было верно для однолинзовых объективов), он в поисках ахроматического объектива изобрел в 1668 г. отражательный зеркальный телескоп — рефлектор. В 1672 г. он построил первый в мире рефлектор. Это был по нынешним меркам очень маленький инструмент: с трубой длиной всего 15 см и объективом диаметром 2,5 см. Но он тем не менее позволил наблюдать спутники Юпитера и стал прародителем будущих могучих орудий зондирования глубин Вселенной.

В 1672 г. Ньютон изложил перед членами  Лондонского королевского общества и свою новую корпускулярную концепцию  света. В соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток «световых  частиц», наделенных изначальными неизменными  свойствами и взаимодействующих  с телами. Корпускулы распространяются в эфире и взаимодействуют  с ним, сгущая или разряжая его. Цвет — это не результат преломления  или отражения света в среде. Цвет присущ свету изначально и связан со свойствами корпускул. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию  и дисперсию света, но плохо объясняла  интерференцию, дифракцию и поляризацию  света.

Вместе  с тем Ньютон со вниманием относился  и к высказанной нидерландским ученым X. Гюйгенсом волновой теории света (1690), в соответствии с которой свет — это волновое движение в эфире. На основе волнового принципа Гюйгенсу удалось вывести законы отражения и преломления света, объяснить двойное лу-

чепреломление в кристаллах. А эксперименты с кристаллами исландского шпата привели его к открытию явления поляризации света (исчезновение одного из двух лучей при прохождении их через второй кристалл при определенном ориентировании его относительно первого). Некоторое время Ньютон даже сам пытался развивать следствия из волновой теории, но в конечном счете все-таки склонился к мысли о ее несостоятельности.

В XVII в. широко обсуждался и вопрос о  том, конечна или бесконечна скорость света. Долгое время для эмпирического  обоснования ответа на этот вопрос не было достаточных фактов. Большое  значение для развития физических идей имело открытие О. Рёмера, сделанное им на основе наблюдений затмения одного из спутников Юпитера в 1676 г., что скорость света в пустом пространстве конечна и равна 300 000 км/с.

 

2. Важнейшие понятия и законы химии.

 

Во-первых, человек сам представляет собой  систему, в которой происходят различные  химические превращения.

Во-вторых, человек использует эти процессы с древнейших времён. Первой такой  химической реакцией, которую люди использовали ещё в каменном веке, была экзотермическая реакция окисления  органических веществ при высокой температуре (горение дров). Затем на заре цивилизации – в Древнем Египте, Китае, использовали химические реакции для получения красок, металлов и т.д.

Сейчас  невозможно представить себе нашу жизнь  без химических процессов, будь то получение  лекарств, продуктов и многое другое.

Окружающий  нас мир (мы полагаем) – природа  – различные формы движущейся материи. Материя может существовать в виде элементарных частиц, имеющих  массу покоя и полей, лишённых массы покоя.

Взаимодействуя  друг с другом, элементарные частицы  образуют более сложные системы  – различные атомы. Наконец, атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют различные вещества. Каждое вещество обладает некоторым набором характерных признаков – свойствами: плотностью, электропроводностью, окраской, запахом, твёрдостью и т.д., то, что отличает одно вещество от другого.

В определённой совокупности вещества образуют материалы – бумагу, лекарство, стекло, сталь.

При изменении условий – нагревании, освещении, ударе – могут происходить  превращения одних веществ в другие – самопроизвольные или в результате взаимодействия нескольких веществ.

  Химия – это область естествознания, наука о веществах и их превращениях.

Современная химия представляет собой разветвлённую  область знаний:

-  геометрическое строение кристаллов (кристаллохимия)

-  электронное строение (квантовая  химия) 

- в живых организмах (биохимия)

-  зависимость свойств веществ  от их состава и строения

(физическая  химия) 

- о превращениях в космосе  (космохимия)

На  базе современных химических знаний создаются новые технологии, позволяющие  получать из природного сырья принципиально  новые вещества и материалы: различные  сплавы, сверхпроводящие материалы, полимеры, красители.

Каждый  из вас использует химические реакции  в своей жизни – печёт ли блины, запускает ли двигатель автомобиля, использует ли минеральные удобрения.

Достижения  химии огромны, но есть и другая сторона  медали.

Новые вещества не всегда безобидны для  природы (инсектициды, ядохимикаты, дым  из труб электростанций загрязняют почву, атмосферу). Полимеры медленно разлагаются в природных условиях. Увеличение в атмосфере ведёт к нарушению круговорота и вызывает изменение климата на планете.

Таким образом, неграмотное использование  химических достижений ведёт к возникновению  экологических.

Поэтому каждому образованному специалисту (инженеру) необходим достаточный  минимум химических знаний.

Наука беспредельна, всегда есть вопросы, не имеющие ответов, новые факты, что  раньше было неизвестно, сейчас констатируется как известный факт. Возникают  новые проблемы, умирают старые гипотезы и возникают новые.

Общая химия знакомит читателя с современным  ядром – фундаментом химической науки, так как любой раздел общей  химии – это предельно сжатое, сделанное в общих чертах целого направления в химии.

Атомно-молекулярное учение.

Начало  этому учению положили взгляды древнегреческих  философов, которые пытались представить  мир, построенный из основных «начал»: элементов воды, воздуха, огня, земли.

С другой стороны возникает понятие  «атом» (неделимый) – неделимая частица.

Представления об «элементах» из которых можно получать любые вещества развивались алхимиками. Они собрали огромный фактический материал (получили множество новых соединений, разработали основные методы синтеза и анализа веществ).

Далее химики занимались изготовлением лекарств, красок.

Следующий этап в развитии химии связан с  именами Ломоносова и Лавуазье, которые  независимо друг от друга открыли  законы сохранения.

В 1748 г. Ломоносов обосновал законы сохранения материи и энергии. Лавуазье сформулировал закон сохранения материи на 50 лет позже.

В XIX в. открыты 3 важных закона:

закон постоянства состава (Пруст, 1799 г)

закон простых кратных отношений (Дальтон, 1804 г)

закон простых объёмных отношений для  реагирующих газов (Гей-Люссак, 1805 г)

В химию введены понятия атома  как носителя свойств химического  элемента и молекулы – сложной  частицы, состоящей из нескольких атомов и являющейся наименьшей частицей вещества, обладающей его химическими свойствами.

В 1811 г. Авогадро объяснил закон простых  объёмных отношений, поняв, что простые  газообразные вещества состоят не из атомов, а из молекул. Закон Авогадро был последним «кирпичиком» в создании атомно-молекулярного учения до конца XIX в. Опираясь на него, Д.И. Менделеев открыл в 1869 г. периодический закон – один из основных законов природы.

Открытие  в конце XIX в. электрона, радиоактивности, сложного строения атома и целого мира элементарных частиц привело к тому, что многие положения атомно-молекулярного учения пришлось пересмотреть. Стало ясно, что атом неделим только химически. И всё же это вошло в основу современного атомно-молекулярного учения.

Современное представление.

Все вещества состоят из атомов. Атомы  представляют собой мельчайшие частицы  вещества, которые химическим путём  невозможно разделить на составные  части, превратить друг в друга или  уничтожить. Атомы различных элементов  различаются по массе. Совокупность одинаковых атомов образует простое  вещество, соответствующее определённому  химическому элементу.

Атомы различных элементов взаимодействуют  друг с другом в целочисленных  отношениях. В результате получаются сложные образования, в частности  молекулы.

Молекула  – наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими  свойствами. Одно из наиболее важных свойств  молекулы – масса.

 

3. Биосфера и космос. Био- и биогеоритмы.

 

       Биосфера и космос – это два различных мегауровня организации универсума, между которыми существует тесное единство. Став относительно самостоятельной силой, биосфера сама определяет геологический лик Земли, в частности она способствовала обогащению атмосферы кислородом.

        Биосфера реагирует также на  космические воздействия. Ближайшими  к биосфере космическими агентами  являются Луна и Солнце, а также  потоки космических лучей несолнечного  происхождения. Все эти агенты  влияют на биосферу, но безусловно, наиболее существенным космическим фактором является Солнце, активность которого имеет циклический характер.

        Ритмика Солнца как бы дублируется  в ритмике биогеосферы. В отсутствие такой подстройки вряд ли вообще могла бы состоится биосфера. Ритмика космических агентов является важнейшим адаптационным фактором. Чтобы жить в согласии с абиотической природой, все живое вынуждено адаптироваться к космическим ритмам. Последние выступает в качестве глобального синхронизатора процессов биосферы, и тем самым в значительной степени обеспечивается их согласованность.

        Биосфера реагирует на космические  факторы весьма избирательно. Очевидно, что они составляют необходимую  основу ее существования. Многочисленные  данные свидетельствуют о единстве  биосферы и космоса и их  взаимовлиянии, где преобладающим  абиотическим фактором является  космос, прежде всего Солнце. Именно  от солнечной активности зависят  погодные и климатические условия,  продуктивность сельского хозяйства  и  даже пики творческой  активности деятелей науки и  искусства.