Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

Вариант 8.

      1. В чем состоит связь теории  и эксперимента?

      Эксперимент не может объяснить причины явлений  природы. Правильное описание и объяснение явлениям дает научная теория. Основные законы и принципы теории не могут  быть доказаны логически. Их доказательством является эксперимент. Только эксперимент доставляет нам новую информацию эмпирического содержания, относящуюся к любой предметной области. С другой стороны, многие явления природы никогда не были бы обнаружены на опыте, если бы они не были предсказаны теорией. Таким образом, теория и эксперимент взаимосвязаны и образуют единое целое.

      2. Из каких элементарных частиц  состоит атомное ядро? Что такое  ядерные реакции? Каковы их  причины?

      Атомное ядро состоит из нуклонов положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

      Ядерная реакция процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом.

      Для осуществления реакции между двумя или несколькими частицами необходимо, чтобы взаимодействующие частицы (ядра) сблизились на расстояние порядка 10−13 см, то есть характерного радиуса действия ядерных сил.

      3. В чем суть эффекта замедления  времени в специальной теории  относительности? Что такое лоренцево сокращение?

      Эффект  замедления времени состоит в  том, что с точки зрения движущегося  относительно рассматриваемой системы  наблюдателя все интервалы времени, характеризующие процессы в этой системе (колебания маятников часов, распад нестабильных частиц, старение биологических организмов и т.д.) увеличиваются по сравнению с интервалами, наблюдаемыми в самой этой системе. Для находящихся же в самой рассматриваемой системе наблюдателей происходящие в ней процессы протекают совершенно нормально, а время у движущегося наблюдателя "течет замедленно".

      Лоренцево сокращение (сокращение длины движущегося  тела) физический эффект, заключающийся  в том, что с точки зрения наблюдателя  движущиеся относительно него предметы имеют меньшие линейные размеры (в направлении движения), чем если бы они не двигались. Эффект значим, только если относительная скорость систем отсчета сравнима со скоростью света.

      4. Какие типы взаимодействия существуют  в природе? К каким из них  относятся: вращение Земли вокруг Солнца, взаимодействие атомов в молекулах, снежная лавина в горах, электрический звонок, движение груза по наклонной плоскости, устойчивость атомного ядра.

      Типы  взаимодействия в природе: гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и  слабое.

      Вращение  Земли вокруг Солнца - гравитационное взаимодействие.

      Взаимодействие  атомов в молекулах - электромагнитное взаимодействие.

      Снежная лавина в горах - гравитационное взаимодействие.

      Электрический звонок - электромагнитное взаимодействие.

      Движение груза по наклонной плоскости - гравитационное взаимодействие.

      Устойчивость  атомного ядра - сильное (ядерное) взаимодействие.

      5. Сформулируйте закон сохранения импульса. Приведите примеры технических устройств, в которых используется этот закон.

      Закон сохранения импульса - импульс замкнутой системы материальных точек остаётся постоянным.

      Примеры технических устройств, в которых  используется закон сохранения импульса:

      - действие ракет (и реактивных двигателей) основано на том, что в результате выбрасывания из сопла ракеты струи образующихся при сгорании топлива газов ракете сообщается такой же по величине импульс, какой уносят с собой газы;

      - движение кораблей, катеров.

      6. Каким образом задается состояние  классической частицы? Каким образом  задается состояние микрочастицы в квантовой механике?

      Состояние классической частицы в любой  момент времени описывается заданием ее координат и импульсов (x,y,z,px,py,pz). Зная эти величины в момент времени t, можно определить эволюцию системы  под действием известных сил во все последующие моменты времени. Координаты и импульсы частиц сами являются непосредственно на опыте измеряемыми величинами.

      В квантовой физике состояние микрочастицы описывается волновой функцией (x,y,z). Так как для квантовой частицы нельзя одновременно точно определить значения ее координат и импульса и не имеет смысла говорить о движении частицы по определенной траектории, можно определить только вероятность нахождения частицы в данной точке в данный момент времени, которая связана с волновой функцией - * .

      7. Дайте определение внутренней  энергии системы. Что понимается  под внутренней энергией идеального  газа?

      Внутренняя  энергия системы – это энергия  системы, которая однозначно определяется ее термодинамическим состоянием. Внутренняя энергия системы включает в себя энергию хаотического движения всех микрочастиц системы и потенциальную энергию их взаимодействия. Во внутреннюю энергию системы не входит кинетическая энергия движения системы как целого и ее потенциальная энергия во внешнем силовом поле.

      Внутренняя  энергия идеального газа - это функция  состояния, зависящая  только от одного параметра - температуры. Это  важнейшая характеристика любой термодинамической  системы.

      8. Что означает в переводе термин  синергетика? Какие вопросы изучает синергетика?

      Синергетика - (от греч. synergetikos - совместный, согласованно действующий), научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологической, физико-химической и др.) благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. В таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядоченности, т. е. уменьшается энтропия (т. н. самоорганизация). Основа синергетики - термодинамика неравновесных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн.

      Синергетика занимается изучением сложных систем, их эволюции и самоорганизации, что  и является основой мироздания. Современная после дарвиновская парадигма эволюции была сформулирована исключительно благодаря синергетике. Эта наука не претендует на детальное и конкретное описание структур явлений. Также она не претендует и на точное предсказание всех событий, которые должны произойти в мире. Оно благодаря её методологии люди научились более конкретно разбираться в том, что в природе может произойти, а что не произойдёт ни при каких обстоятельствах.

      или Синергетика (от греч. син — «совместное» и эргос — «действие») — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем.

Синергетика – это относительно молодое междисциплинарное  научное направление. Синергетика изучает общие закономерности самоорганизации, становление структур, которые образуются в сложных, открытых системах в процессе перманентного потокового обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой в неравновесных условиях. Важным для синергетики является выявление пространственно-временной структуры организации, условий ее возникновения и развития. Объектами исследования синергетики выступают самые разные системы, от атома до человека. 

Синергетика (от греч.”совместное" и ”действие") междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). "...наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы..."

Синергетика изначально представлялась как междисциплинарный  подход, так как  принципы, управляющие  процессами самоорганизации, одни и те же безотносительно  природы систем.

Основное понятие синергетики определение структуры как состояния, возникающего в результате поведения многоэлементной или многофакторной среды, не демонстрирующей стремления к усреднению термодинамического типа.

В отдельных случаях  образование структур имеет волновой характер и иногда называется автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

9. Шар  массой 10 кг, двигающийся со скоростью  2 м/c, сталкивается с неподвижным  шаром массой 10 кг. Удар абсолютно  неупругий. Найдите скорость слипшихся  шаров после удара.

Импульс шара массой m = 10 кг, двигающегося со скоростью v0 = 2 м/c равен I = m*v0 = 10*2 = 20 кг*м/с; поскольку  импульс неподвижного шара 0, таким  же будет и суммарный импульс  обоих слипшихся шаров после  удара. Т.к. их суммарная масса равна 2*m = 20 кг, скорость v = I/(2*m) = 20/20 = 1 м/с.

10. Четыре  одинаковых заряда в 1 Кл находятся  в вершинах квадрата со стороной  в два метра. Найдите силы, которые  действуют на каждый из зарядов  со стороны других зарядов.

(похожая  задача) http://exir.ru/other/chertov/metodichka/305.htm

http://otvet.mail.ru/question/59800284/

a = 2 м 

q = 1 Кл 

F - ?

Диагональ квадрата:

d = a√(2)

По ох:

F(x) = ( kq²  / a² ) + ( kq² / ( d cos(45) )² ) = ( kq² / a² ) + ( 4kq² / 2d² ) = ( kq² / a² ) + ( 2kq² / d² ) = kq² ( d² + 2a² ) / a²d²

По оy аналогично:

F(у) = kq²  ( d² + 2a² ) / a²d² 

F = √( F(x)²  + F(y)² ) = kq² ( d² + 2a² )√(2) / a²d²  = kq² ( 2a² + 2a² )√(2) / a²d² = 4kq²a²√(2) / 2a⁴ = 2kq²√(2) / a² = 2 × 9 × 10⁹ × 1² × 1.41 / 2² = 9 × 10⁹ × 1.41 / 2 ≈ 6.36 × 10⁹ H = 6.36 ГН

На каждый заряд в этом случае действует  та же сила.

11. При  какой скорости движения релятивистское  сокращение длины движущегося  тела составляет 15%, 25%?

1) Имеем L = Lo√(1 − v2/c2).

2) По условию  Lo − L/Lo = 1 − L/Lo = 0.25, отсюда L = 0.75 Lo.

Подставляя 2 в 1, получим:

√(1 − v2/c2) = 0.75.

1 − v2/c2 = 0.5625.

v = √(c2 (1 − 0.5625)) = 1.98 × 108 м/с.

http://www.afportal.ru/physics/together/601 

Литература:

Сивухин Д. В. Общий  курс физики — Издание 5-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2006. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.