Содержание1. Философия естествознания 3
1.1. Общественное производство и цели естествознания. Принцип познаваемости природы. Теории и гипотезы в естествознании. Физика как основа естествознания 3
1.2. Технологии как прикладной итог естествознания. Эволюция потребления энергии в обществе 7
1.3. Научная методология. Материализм и идеализм. Относительность истины 10
1.4. Физическое моделирование и математическое описание. Ограниченность моделей и представление об абсолютной и относительной истине 12
1.5. Причинность и случайность в естествознании. Случайность как неполнота знания. Случайные и систематические погрешности, их учет и устранение 16
1.6. Физические революции в истории естествознания как переход на все более глубинные уровни строения материи. Состояние современного естествознания и необходимость очередной физической революции 18
1.7. Технологии как прикладной итог естествознания. Социальные проблемы естествознания и технологий 22
2. Измерения 25
2.1. Средства измерений в познании мира. Основные характеристики средств измерений. Методические и инструментальные погрешности 25
2.2. Системы измерений как язык анализа качества и количества. Система СИ единиц физических величин 27
2.3. Измерительные преобразователи, их виды и применение. Общая структура измерительных устройств 29
2.4. Статистическая оценка физических величин. Виды случайных распределений. Нормальное и логарифмическое распределения случайных величин 32
3. Строение Вселенной 34
3.1. Борьба концепций образования и развития Вселенной. Проблемы возникновения и развития Вселенной. Современные представления о строении Вселенной. Структурные уровни организации материи: мега, макро и микромиры 34
3.2. Понятие о структурных уровнях организации материи: Вселенная, галактики, звезды и планеты, вещество, молекула, атом, элементарные частицы, эфир. Их основные свойства 37
3.3. Космологические парадоксы - фотометрический, гравитационный и энергетический. Парадокс как результат не учета всех физических факторов 40
3.4. Гравитационное взаимодействие тел. Закон Всемирного притяжения Ньютона и гравитационный парадокс 42
3.5. Типы и строение галактик и звезд. Строение нашей Галактики 46
3.6. Состав, структура Солнечной системы. Законы небесной механики Кеплера. Парадоксы Солнечной системы 50
3.7. Современные представления о происхождении и строении Земли. Основные особенности строения Земли. Форма и структура. Основные геологические концепции строения Земли 53
3.8. Биосфера и космос. Понятие ноосферы 55
4. Механика 57
4.1. Механика как основа физики. Основные законы механики и их роль в естествознании. Законы механики Ньютона 57
5. Атомная физика 60
5.1. Концепция атомизма от Демокрита до наших дней. Планетарная модель атома Резерфорда и ее роль в становлении квантовой механики 60
5.2. Квантовые эффекты в микромире. Понятие о спектрах излучения и поглощения 62
6. Вещество 64
6.1. Агрегатные состояния веществ, переход от одного состояния в другое. Теплота плавления и парообразования. Сущность параметров давления и температуры, их влияние на фазовое состояние вещества 64
6.2. Химические связи - ионные, ковалентные и металлические 66
6.3. Основные представления современной химии - атом, его ядро, молекула, элемент, вещество, ион, катион, анион и другие 68
6.4. Химическое преобразование вещества. Химические реакции и соединения. Экзотермические и эндотермические реакции. Сущность катализа 71
6.5. Поведение веществ в электрических полях. Парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики 73
6.6. Электрострикция и магнитострикция, применение в технике 75
7. Электричество 76
7.1. Электрический заряд и электрическое поле. Теорема Остроградского-Гаусса. Напряженность, электрическая индукция, взаимодействие зарядов. Закон Кулона 76
7.2. Накопление заряда в конденсаторе. Энергия конденсатора 79
7.3. Основные элементы и закономерности цепей постоянного тока. Правила Кирхгофа 80
7.4. Удельная энергия электростатического и магнитного полей. Индуктивность и эдс самоиндукции 83
7.5. Закон электромагнитной индукции для движущегося проводника. Принцип работы генераторов электрического тока 86
7.6. Взаимодействие электромагнитного поля и движущегося заряда. Сила Лоренца. Закон Фарадея 90
7.7. Взаимодействие токов, закон Ампера. Принцип действия электродвигателей. Принцип действия электродвигателей постоянного тока 92
7.8. Основные параметры переменного тока. Основные элементы и законы цепей переменного тока. Явление резонанса и его сущность. Асинхронные и синхронные двигатели переменного тока 95
7.9. Закон Фарадея. Принцип работы трансформатора. Коэффициент трансформации 101
7.10. Электромагнитное излучение и его природа. Шкала электромагнитных волн, области применения различных частотных диапазонов 103
7.11. Поведение веществ в магнитных полях. Ферромагнетики и ферриты и их применение 106
8. Свет 109
8.1. Волновая теория света, основные законы геометрической оптики. Явления отражения, преломления, интерференции и дифракции 109
8.2. Эффект Доплера и его применение в технике и астрономии 113
9. Энергетика 115
9.1. Движение как всеобщая форма существования материи. Потенциальная и кинетическая энергии, их природа и взаимопревращения 115
9.2. Законы сохранения энергии, количества и момента количества движения, их проявления в природе и использование на практике 118
9.3. Второе начало термодинамики, вечные двигатели и парадокс «Тепловой смерти Вселенной» 120
9.4. Энергетический кризис и пути его преодоления. Ядерная энергия и проблемы ее использования 124
9.5. Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии. Существующие и альтернативные источники энергии. Энергетические преобразователи, их виды и применение 127
10. Биология и медицина 129
10.1. Основные биологические концепции происхождения жизни 129
10.2. Основные теории антропогенеза - креационизм, биологические концепции - симиальная, стадиальная, трудовая, мутационная, космическая 131
10.3. Современная медицина, ее социальные и специальные проблемы 133
11. Экология 137
11.1. Сущность экологического кризиса и меры по его предотвращению. Технологические и социальные проблемы современной экологии 137
Список литературы 141
Список литературыВведение1.2. Технологии как прикладной итог естествознания. Эволюция потребления энергии в обществе
Известны высказывания, когда целью естествознания объявлялась возможность прикладного использования полученных достижений науки. Существуют иные мнения, согласно которым задачей науки является получение функциональных (математических) зависимостей, экстраполирующих полученные экспериментальные результаты и объявляемых далее «законами» материального мира.
Однако есть основания утверждать, что указанные мнения являются явно недостаточными и даже неправильными. В самом деле, объявление прагматических целей как первоочередных и единственных неминуемо приводит к тому, что познание природы отодвигается на второй план или снимается совсем, в результате чего и прикладные достижения оказываются поверхностными и случайными.
Как показывает опыт, наибольшие практически результаты лежат на стыке наук, а для этого необходимо изучение областей, казалось бы, не имеющих отношения к поставленной прикладной задаче. Это требует более широкого подхода, изучения многих направлений, а главное, понимание сути процессов, лежащих в основе изучаемых явлений. Получается, что реальная максимальная отдача находится в противоречии с идеей быстрого получения прикладного результата.
Вывод функциональных зависимостей, полученных на основе обобщения ряда экспериментов, сам по себе полезен и в ряде случаев выдается за природный «закон», как это произошло, например, с законом «всемирного» тяготения Ньютона. Однако отсутствие понимания природы явления приводит к идеализации закона и распространению его далеко за пределы той области, в которой он может быть использован.
Так распространение закона Ньютона на всю Вселенную привело к так называемому гравитационному парадоксу. Оказалось также, что не все небесные тела строго подчиняются закону Ньютона даже в пределах Солнечной системы. Например, имеются трудности в объяснении смещения перигелия Меркурия, а также в объяснении движения планеты Плутон.
Непонимание внутренней сути явлений приводит к тому, что сами явления понимаются поверхностно, что не только не позволяет использовать в полной мере заложенные в них возможности, но и даже математически описать их с необходимой полнотой.
Таким образом, ни прикладная, ни описательная стороны явлений не могут являться главными целями естествознания.
Главная задача естествознания должна заключаться в изучении объективных законов природы на основе понимания физической сущности явлений. И здесь возникает вопрос, возможно ли такое понимание в принципе.
Как известно, каждый предмет и каждое явление имеют бесчисленное множество свойств. Количественно охарактеризовать каждое свойство можно лишь с определенной точностью. Учесть все свойства даже одного предмета или одного явления невозможно, так же как и нельзя даже одно свойство оценить с бесконечной точностью, т.е. с нулевой погрешностью. Поэтому любое описание предмета, его физическая модель всегда приближенны, так же как и численная характеристика каждого его свойства. Это значит, что полностью ни один предмет и ни одно явление мы знать не будем никогда. Всегда из всей совокупности свойств будет учитываться только некоторая их часть, и эта часть будет исследоваться с определенной погрешностью.
Тем не менее, это не означает непознаваемости природных явлений. Их всегда можно будет узнать применительно к конкретной цели исследования, выделив из общей совокупности всех свойств лишь те, которые существенны для конкретной решаемой задачи, и с той допустимой погрешностью, величина которой определена условиями задачи.
Но по мере усложнения задач, увеличения их числа и разнообразия, роста требований к точности исследователь вынужден все более углубляться в предмет исследования, усложнять инструментарий, повышать требования к точности, и этот процесс бесконечен. На каждом этапе мы получаем лишь часть знаний о предмете, но если исследования носят объективный и систематический характер, то, по крайней мере, часть знаний будет истинной, а часть – недостаточной. Следовательно, всякая истина относительна и зависит от цели исследования. Но это означает принципиальную познаваемость природных явлений, хотя на каждом этапе и неполную познаваемость.
Познаваемость явлений означает возможность вскрытия их внутренней сущности, т. е. внутреннего механизма, что, безусловно, предполагает наличие частей и строительного материала у каждого физического тела, вещества, предмета и явления, следовательно, существование материи на всех уровнях ее организации, наличие у нее структуры, энергии, взаимодействие материальных образований с другими материальными образованиями и сведение физических полей к движениям материи.
Это означает, что нужно суметь разложить явление на его материальные составляющие, на части и проследить причинно-следственные взаимодействия между ними. Не поверхностное качественное и не функционально-количественное описание, а выявление внутренней сути явления есть понимание и объяснение явления. И поэтому главной целью естествознания является вскрытие природы всех явлений, т.е. вскрытие внутренних механизмов явлений, анализ причинно-следственных отношений между материальными образованиями, участвующими в изучаемых явлениях и эффектах, и на основе изучения механизмов отдельных явлений выявление общих для всех явлений закономерностей.
Вскрытие этих связей и отношений позволяет дать им объяснение, т. е. выделить взаимодействующие части и проследить их взаимодействие и на этой основе произвести необходимое описание. В этом случае могут быть определены области распространения полученных математических зависимостей, ограничения распространения найденных закономерностей и сформулированы допущенные приближения. Это дает возможность при необходимости уточнить полученные закономерности.
Математическое, функциональное описание явлений оказывается следующим после выявления их физической сущности шагом. Сначала физика, а потом только математика. А прикладная сторона, использование полученных закономерностей в решении прикладных задач становится естественным результатом, итогом деятельности науки, которая для того и существует, чтобы быть полезной человечеству в его взаимодействии с природой.
2.1. Средства измерений в познании мира. Основные характеристики средств измерений. Методические и инструментальные погрешности
Для того чтобы можно было производить расчеты физических параметров, необходимо иметь систему единиц физических величин. Тогда каждый параметр может иметь количественное значение, выраженное через эти величины. Но в каждой системе единиц нужно какие-то величины принимать за исходные, а какие-то окажутся производными величинами, зависящими от первых.
Неудачный выбор исходных величин приведет к тому, что размерность некоторых производных величин окажется лишенной физического смысла. При определении единиц системы подбирается такая последовательность физических соотношений, в которой каждое следующее выражение содержит только одну новую физическую величину. Это позволяет определить единицу физической величины через совокупность ранее определенных единиц, а, в конечном счете, – через основные (независимые) единицы системы.
Неудобства в сфере торговли и промышленного производства, связанные с различием национальных систем единиц, натолкнули французских ученых в конце XVIII века на идею разработки единой системы мер. Такая система была разработана и получила название метрической, так как в основу этой системы был положен метр – отрезок длины, соответствующий одной сорокамиллионной доле длины парижского меридиана.
Первоначально в метрическую систему мер входили квадратный метр как мера площади, кубический метр как мера объема и для массы – килограмм (масса 1 куб. дм. воды при 4 град. Цельсия), а также литр (для вместимости) – объем одного кубического дециметра. Единицей времени была принята секунда как 1/3600 часа, равного 1/24 суток. Метрическая система мер легла в основу Международной системы единиц физических величин СИ, принятой в 1960 г. 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам.
Достоинством системы СИ являются ее универсальность (охватывает все отрасли науки и техники) и когерентность, т.е. согласованность производных единиц, которые образуются по уравнениям, не содержащим коэффициентов пропорциональности. Благодаря этому при расчетах в формулы не требуется вводить коэффициенты пропорциональности.
К основным единицам относятся длина, выраженная в метрах [м], масса, выраженная в килограммах [кг], время, выраженное в секундах [с], а также сила электрического тока, выраженная в Амперах [A],термодинамическая температура, выраженная в градусах Кельвина [K], сила света, выраженная в канделах [кд],– количество вещества, выраженное в молях [моль].
К дополнительным единицам отнесены плоский угол, выраженный в радианах [рад] и телесный угол, выраженный в стерадианах [ср]..
Первые три основные единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовывать когерентные производные единицы для всех величин, имеющих механическую природу, четыре остальные основные единицы (добавлены для образования производных единиц величин, не сводимых, как считалось, к механическим, – для электрических и магнитных (Ампер), тепловых (Кельвин), световых (кандела) и величин физической химии и молекулярной физики (моль).Литература
1. Карпенков С.Х Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп
2. Концепции современного естествознания: Под ред. профессора С.И. Самыгина. Серия «Учебники и учебные пособия» - 4-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: «Феникс», 2003
3. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006
4. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания : учеб. - ТК Велби, Изд-во Проспект, 2006
5. Начала современного естествознания: тезаурус / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. - Ростов н/Д.: Феникс, 2006
6. Стародубцев В.А. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – 2-е изд., доп. – Томск, 2002
7. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2005
|
|
