Концепции современного естествознания - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Концепции современного естествознания - страница №1/1







Контрольные задания по курсу
Концепции современного естествознания”
для студентов заочного обучения.


Составитель: Даньшина В.В.

Омск -2000

Концепции современного естествознания являются основополагающей естественнонаучной дисциплиной при подготовке экономистов-менеджеров и маркетологов, это междисциплинарный синтез физики, химии и биологии на основе историко-философского и эволюционно-синергетического подходов к современному естествознанию.

В соответствии с учебным планом на установочной сессии предусмотрены очные занятия, на которых читается курс обзорных лекций. К аттестации(зачет или экзамен) допускаются студенты, выполнившие самостоятельно в межсессионный период контрольную работу, которая состоит из шести заданий. Каждое задание выполняется только с одной стороны листа с указанием номера задания и темы задания. Ответы должны быть короткими, но четко обоснованными. Выполненная работа сдается за месяц до зимней сессии на кафедру “Маркетинг и предпринимательство”. Если работа не зачтена, ее необходимо переделать с учетом замечаний на том же листе, где она выполнялась в первый раз с обратной стороны листа. Номера заданий студенты определяют по таблице в зависимости от своих собственных фамилий, имен и отчеств(по начальным буквам). Например, студент Смирнов Юрий Тихонович выполняет задания 12, 57, 30, 75, 43, 88.



Задания для контрольной работы


Ф.И.О.










А, Б

1 , 46

16 , 61

31 , 76

В, Г

2 , 47

17 , 62

32 , 77

Д, Е, Ж

3 , 48

18 , 63

33 , 78

З, И

4 , 49

19 , 64

34 , 79

К

5 , 50

20 , 65

35 , 80

Л

6 , 51

21 , 66

36 , 81

М

7 , 52

22 , 67

37 , 82

Н

8 , 53

23 , 68

38 , 83

О

9 , 54

24 , 69

39 , 84

П

10 , 55

25 , 70

40 , 85

Р

11 , 56

26 , 71

41 , 86

С

12 , 57

27 , 72

42 , 87

Т, У, Ф

13 , 58

28 , 73

43 , 88

Х, Ц, Ч, Ш

14 , 59

29 , 74

44 , 89

Щ, Э, Ю, Я

15 , 60

30 , 75

45 , 90


Литература

  1. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие-М.: Высш. шк., 1998.-383 с.

  2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник под ред. акад. РАН М.Ф. Жукова. - Новосибирск: ООО “Издательство ЮКЭА”, 1997. - 832 с.

  3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.- 520 с.

  4. Концепции современного естествознания: Сер. “Учебники и учебные пособия”. Ростов н/Д: “Феникс”, 1997.- 448 с.

Контрольная работа

1. Закономерности развития естествознания.

2. Структура естествознания. Место естествознания в обществе.


  1. Естествознание. Предмет и цели естествознания.

  2. Периоды в развитии естествознания.

5. Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания.

6. Основные черты современной науки.

7. Научная теория. Структура научной теории.

8. Всеобщее свойство пространства и времени.

9. Фундаментальные законы: закон сохранения импульса и момента импульса.

10. Фундаментальные взаимодействия, их краткая количественная характеристика.



  1. Наука. Структура и задачи науки. Развитие научного знания.

  2. Макро- и мегамир, их объекты, размеры, тип взаимодействия.

  3. Классификация элементарных частиц.

14. Концепции микро- и макромира.

15. Структурно – масштабная лестница мегамира.

16. Общая характеристика физических взаимодействий.


  1. Взаимодействия в природе: гравитационные и электромагнитные взаимодействия.

  2. Фундаментальные взаимодействия в природе: ядерные и слабые взаимодействия

  3. Фундаментальные законы естествознания: законы сохранения массы и энергии.

  4. Фундаментальный закон естествознания: закон сохранения и превращения материи.

  5. Закон сохранения электрического заряда и принцип относительности Галилея.

  6. Концепции пространства и времени в современном естествознании.

  7. Свойства пространства и времени.

24. Понятие самоорганизации.

25. Неравновесная термодинамика И. Пригожина.

26. Синергетика. Требования, предъявляемые к объекту изучения синергетики.

27. Рождение порядка из хаоса. Синергетическое видение эволюции Вселенной.

28. Понятие диссипативной системы, флуктуации, точка бифуркации.

29. Элементы квантовой теории. Вероятностный характер микропроцессов.

30. Основное уравнение квантовой теории, волновая функция.

31. Корпускулярно – волновые свойства микрочастиц.

32. Элементы квантовой теории. Принцип суперпозиции.

33. Элементы квантовой теории. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц.

34. Элементы квантовой теории. Принцип дополнительности Бора.

35. Элементы квантовой теории. Принцип неопределённости Гейзенберга

36. Элементы квантовой теории. Волновая функция, ее физический смысл.

37. Картина мира Аристотеля.

38. Система Мира Ньютона.

39. Картина Мира Эйнштейна.

40. Современная физическая картина мира.

41. Современная космологическая модель Вселенной.

42. Понятие энтропии. Принцип возрастания энтропии.

43. Термодинамические законы, их формулировка.

44. Порядок и хаос в природе. Стрела времени.


  1. Энтропия и вероятность.

46. Принцип возрастания энтропии. Проблема тепловой смерти Вселенной.

47. Основные положения молекулярно-кинетических представлений.

48. Основы термодинамики.

49.Три закона термодинамики.

50. Понятие энтропии. II закон термодинамики.

51. Взаимосвязь между физическими, химическими и биологическими процессами.

52. Классификация химических систем.

53. Взаимосвязь физических, химических и биологических знаний.

54. Гидратная теория растворов Д.И. Менделеева.


  1. Химические системы. Способы выражения концентрации растворов.

  2. Учение о химических процессах. Принцип подвижного равновесия Ле Шателье.

57. Методы управления химическими процессами.

58. Термодинамические и кинетические способы управления химическими процессами.

59. Реакционная способность веществ. Катализ, катализаторы, их роль в экономике.

60. Освоение опыта живой природы – моделирование биокатализаторов.

61. Освоение катализа в живой природе – создание иммобилизованных систем.

62.Учение о химических процессах. Сущность катализа.

63. Химические системы. Определение, классификация.

64. Теории возникновения жизни.

65. Этапы развития жизни

66. Человек. Концепции происхождение человека.



  1. Генетика и эволюция. Генная инженерия, значение и проблемы.

  2. Сущность и определение жизни.

69. Основные отличия живого от неживого организма.

70. Биологические аспекты естествознания. Структурные уровни организации материи.

71. Единство и многообразие органического мира.

72. Биологические концепции естествознания. Три направления развития биологии.

73. Эволюция: изменчивость, наследственность, естественный отбор.

74. Структурные уровни организации материи.



  1. Болезнь и здоровье человека.

  2. Экология и здоровье человека.

77. Генетика и эволюция. Наследственный аппарат и генная инженерия.

78. Экологические требования к сохранению человеческого здоровья.

79. Биоэтика. Определение, основные постулаты.

80. Человек. Творчество. Формы организации мыслительного процесса.

81. Работоспособность человека. Способы снятия состояния переутомления.

82. Человек. Творчество. Структура мыслительного процесса.



  1. Психофизиология человека. Чувства, аффект, стресс.

  2. Психофизиология человека. Эмоции. Виды и роли эмоций

85. Человек и космос. Космические и биологические циклы.

86. Ритмы в природе и физические поля организма.



  1. Ритмология. Влияние на человека космических циклов.

  2. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы.

  3. Понятие биосферы.

  4. Понятие ноосферы.


Методические указания по темам курса
Тема 1. История естествознания

Естествознание - система наук о природе. Предмет естествознания - природа.



Цели естествознания двояки: 1. Находить сущность явлений природы, их законы, 2. Использовать на практике познанные законы и явления природы.

Закономерности развития естествознания

  1. Обусловленность практикой (в конечном счете);

  2. преемственность в развитии идей естествознания, методов и приемов исследования;

  3. постепенность развития естествознания при чередовании периодов спокойного развития и резкой революционной ломки всей естественно научной картины мира;

  4. взаимодействие наук (когда один предмет изучается одновременно многими науками, а методы одной науки применяется к изучению предметов другой науки);

5. противоречивость развития естествознания (на смену борющимся между собой односторонним концепциям в порядке разрешения их конфликта приходит принципиально новая концепция, охватывающая предмет в целом).

Структура естествознания

Современное естествознание включает многие естественнонаучные отрасли: физику, химию, биологию, психологию, а так же смежные отрасли, такие, как физическая химия, биофизика, биохимия, химическая физика и т. п.



Место естествознания в обществе

идеология ¬ философия ¬ естествознание ® техника ® производство

Естествознание изучает для техники неизвестные ранее вещества и силы природы. С другой стороны техника с ее потребностями остается движущей силой развития естествознания, она определяет направление научных исследований. От уровня техники зависит уровень производства.

Естествознание тесно связано и с философией, из недр которой оно вышло. Естественнонаучные открытия служат реальной почвой для философского обобщения. Но и философия необходима естествознанию, т.к. ученые без философского мышления не смогут выработать научную теорию (гипотезу).



Периоды в истории естествознания.

1. Натурфилософский период характерен для древности. В целом техника была еще слабо развита, хотя имелись уже отдельные выдающиеся технические достижения. Все естественнонаучные знания входили в одну науку: философию.

2. Подготовительный период характеризуется господством схоластики и теологии в Западной Европе и спорадическими открытиями у арабских народов. Прогресс техники на Западе совершался крайне медленно. Наука стала придатком теологии (астрология, алхимия, магия, кабалистика чисел) медленно шло накопление новых фактов.

3. Механический период (15-18 в.в.). Переход к Новому времени ознаменовался радикальным изменением миропонимания, благодаря появлению гелиоцентрического учения Н. Коперника, согласно которому Земля наравне с другими планетами движется вокруг Солнца. Промышленность превращалась из ремесла в мануфактуру, энергетической базой, которой служило механическое движение, отсюда встала задача изучать механическое движение. Естествознание этого периода революционно по своим тенденциям. Мореплавание нуждалось в небесной механике, военное дело— в разработке баллистики. Ньютон впервые создал единую механику всех земных и небесных тел. Его творчество завершило вторую естественнонаучную революцию.

  1. Стихийно—диалектический период (19 в.). Промышленность вступает в фазу крупного машинного производства. Энергетической базой промышленности становится паровой двигатель, и преимущественное развитие механики перестает удовлетворять потребностям производства. На первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревращения форм энергии и видов вещества. Возникла необходимость сочетать анализ с синтезом в целях теоретического охвата накопленного опытного материала. Великие открытия этого периода: клеточная теория (М. Я. Шлейден, 1838), дарвинизм, основы научной физиологии (И. М. Сеченов 1863г.); учение о превращении энергии, электромагнитная теория света (Дж.К. Максвелл, 1873); создание теории химического строения органических соединений (А.М. Бутлеров,1861), периодическая система элементов (Д.И. Менделеев,1869).

5. Период “новейшей революции” (20 век).

Форсируется, прежде всего, развитие физики (атомная энергия, радиоэлектроника, автоматика, лазеры, электронная оптика и т.д.). Физика, как ведущая отрасль всего естествознания играет роль стимулятора по отношению к другим отраслям естествознания. Например: изобретение электронного микроскопа и введение метода меченых атомов вызвало переворот во всей биологии, физиологии, биохимии.

В середине века наряду с физикой лидируют науки, смежные с естествознанием - космонавтика, кибернетика. А также - химия. Главной задачей химии становится синтез полимеров (каучук, искусственное волокно), получение синтетического топлива, легких сплавов и заменителей металла для авиации и космонавтики. Энергетической базой промышленности в начале 20 века становится все больше электричество (динамо-машина), химическая энергия и атомная энергия (после 1946г.).

Стимулирующее воздействие на естествознание новых потребностей техники привело к большому количеству открытий: теория относительности Эйнштейна, радиоактивность (Резерфорд), возникновение генетики на базе законов Менделя (Ми-чурин, Вавилов), атомная энергия, изобретение лазера (Басов, Прохоров, Гордон) и др.

В конце ХХ века на место лидера выдвигается биология, ибо именно в ее рамках были сделаны наиболее революционные открытия: расшифрована структура ДНК (Ф. Крик и Дж. Уотсон), заложены научные основы новой отрасли - генной инженерии.

Тема 2. Структура организации Вселенной

Во Вселенной существуют три структуры, отличающиеся размерами: мега-, макро- и микромир. К объектам мегамира относятся космические объекты, тип взаимодействия между которыми - гравитационный, размеры структур приведены ниже в метрах.



  1. Метагалактика - доступная наблюдениям часть Вселенной 1026

2. Ячеистая структура (галактики распределены в пространстве вдоль стенок ячеек типа пчелиных сот, внутри - воиды, в узлах – сверхскопления галактик) 1024

  1. Скопления и группы галактик 1023-1022

  2. Галактики - звездные системы, квазары - квазизвездные объекты 1021-1020

  3. Звездные скопления в галактиках - двух типов: шаровые и рассеянные 1019-1017

  4. Звезды - основная структурная единица мегамира 1013-108

  5. Космические тела( планеты, кометы, астероиды) 108-104

К объектам макромира относятся объекты, соразмерные человеку(102-10-4), окружающие его в повседневной жизни, тип взаимодействия между которыми - электромагнитный.

К объектам микромира относятся:

1. Микроскопические тела - объединения молекул в микроскопические структуры: клетка живого организма и ее составные части (ген, ядро, рибосома и т.д.) 10-4-10-10

2. Молекулы - наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов 10-4-10-10

3. Атомы - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Атом состоит из компактного ядра и электронной оболочки 10-4-10-10

Тип взаимодействия между этими структурами - электромагнитный. Для двух последующих ступенек микромира характерно сильное и слабое взаимодействие.

4. Элементарные частицы (в буквальном значении этого термина) - первичные, неделимые частицы, из которых состоит вся материя. Они делятся на два класса: адроны - принимают участие в сильных взаимодействиях (протоны и нейтроны) и лептоны – участвуют в слабых взаимодействиях (электроны) 10-14-10-15

5. Кварки - частицы, имеющие дробный электрический заряд, из которых состоят все адроны. На опыте в свободном виде кварки не обнаружены 10-15-10-16.



Тема 3. Фундаментальные взаимодействия и законы естествознания

К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.



Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется законом всемирного тяготения: между 2-мя точечными телами действует сила притяжения (F), прямо пропорциональная произведению их масс(m) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними(r). F=G m1m2/r2 ,

где G—гравитационная постоянная.

В электромагнитном взаимодействии участвуют частицы, имеющие электрический заряд. Переносчиком электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами является электромагнитное поле. К электромагнитному взаимодействию сводится большинство сил, проявляющихся в макромире: силы упругости, трения, химическая связь.

Сильное взаимодействие обеспечивает притяжение протонов и нейтронов в ядре, отвечает за устойчивость ядер атомов и распространяется только в пределах размеров ядра.

Слабое взаимодействие существует между элементарными частицами и нейтрино. Оно короткодействующее и характеризует все виды бета-распада ядер атомов.

Количественные характеристики фундаментальных взаимодействий:



Вид взаимодействия

константа взаимодействия

радиус действия, м

гравитационное

610-39

бесконечность

электромагнитное

710-3

бесконечность

сильное

1

(0,1-1)10-15

слабое

10-14

0,110-15

Фундаментальные законы справедливы для всего естествознания: замкнутых и незамкнутых систем, макроскопических и микроскопических объектов, классических и квантовых явлений. Они выделяются среди всех законов своей всеобщностью.



1. Закон сохранения и превращения материи: материя ни из чего не создается и ни во что не превращается.

Экспериментально установлено, что в изолированной системе общее количество материи постоянно, при этом она из одной формы материи может переходить в другую. Первоначально закон сохранения и превращения материи был экспериментально доказан для двух частных случаев. Во-первых, закона сохранения массы при химических превращениях: масса веществ, вступивших в реакцию равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Во-вторых, закона сохранения и превращения энергии: энергия замкнутых систем остается постоянной, при всех происходящих в ней процессах и превращениях.



2.Закон сохранения импульса (количества движения):

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел.



= = const,

где Р - импульс тела, m - масса тела, v - скорость движения тела.



3.Закон сохранения момента импульса: для изолированной системы момент импульса остается постоянным.

Момент импульса - это векторная мера механического движения тела или системы тел относительно какого-нибудь центра.



4.Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе, в которую не входят извне электрические заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной:

q1+q2+q3+...+qn = const.

Нигде и никогда в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление положительного электрического заряда +q всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению отрицательного электрического заряда -q. Ни положительный, ни отрицательный заряд не могут исчезнуть в отдельности один от другого, они могут лишь взаимно нейтрализовать друг друга, если равны по абсолютному значению.

5.Принцип относительности: Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Этот фундаментальный закон выражает тот опытный факт, что два любых опыта, поставленных одинаковым образом в двух разных инерциальных системах дают одни и те же результаты (будь он воспроизведен в другом городе, в другой день, в повернутой установке или в установке, смонтированной в поезде, едущем плавно и равномерно).



Тема 4. Концепции пространства и времени

Пространство - форма сосуществования материальных объектов и процессов.

Время - форма последовательной смены явлений и состояний материи.

Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь становления и развития. Первая законченная теория пространства - геометрия Евклида. Она оперирует идеальными математическими объектами, которые существуют как бы вне времени, и в этом смысле пространство в этой геометрии - идеальное математическое пространство. Такой взгляд позволил Ньютону сформулировать концепцию абсолютного пространства и времени. Абсолютное пространство существует независимо от времени и независимо от наполняющей его материи, остается всегда одинаковым и неподвижным. Пространство - лишь сцена, на которой разворачиваются события, немой и безучастный свидетель того, что происходит с материей. Абсолютное время при этом течет равномерно и независимо ни от чего.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано А. Эйнштейном в специальной теории относительности (СТО): для реального мира пространство и время имеют относительный характер. При приближении к скорости света все процессы в системе замедляются, пространственные размеры тел сокращаются в направлении движения, события, одновременные для одного наблюдателя, оказываются разновременными для другого, движущегося относительно него.

Тема 5. Термодинамические свойства макросистем

Термодинамика - наука о тепловых явлениях, в которых не учитывается молекулярное строение тел.

В ее основе лежат три основных фундаментальных закона (начала), которые являются итогом обобщения практического опыта человечества.



1-ое начало термодинамики представляет собой закон сохранения и превращения энергии применительно к макросистемам: Количество теплоты, сообщенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. Q = DU + A¢

где А— работа, которую совершает система над внешними телами,

Q - количество теплоты, DU - внутренняя энергия.

Первое начало термодинамики позволяет предсказать изменения в системе в результате термодинамических процессов.

Направление течения самопроизвольных процессов определяет второе начало термодинамики.

Современная формулировка 2-го начала термодинамики: “Естественные процессы протекают в сторону увеличения энтропии”.



dS DQ/T ,

где dS - изменение энтропии, DQ - изменение количества теплоты, T - температура.

Энтропия в переводе с греческого означает “обращенная внутрь”. В современном понимании энтропия - это количественная мера беспорядка. С точки зрения статистической физики энтропия выражает вероятность, и возрастание энтропии означает переход системы от менее вероятных состояний к более вероятным. Функциональную связь между энтропией и термодинамической вероятностью установил Л. Больцман: S = k ln W,

где k - постоянная Больцмана, W - термодинамическая вероятность - это число микросостояний, соответствующих данному макросостоянию.

При абсолютном нуле всякое тело, как правило, находится в основном состоянии, термодинамическая вероятность которого равна единице: W = 1, тогда S = k ln W = 0. Отсюда вытекает третий закон термодинамики:

Энтропия любой системы стремится к нулю при стремлении к нулю температуры.

lim S 0

Т 0.
Тема 6. Элементы квантовой теории

Квантовая теория изучает законы микромира. Свойства и закономерности движения отдельных микрочастиц качественно отличаются от свойств и закономерностей движения макроскопических тел, уже давно изученных классической физикой. Основополагающим фактом квантовой теории является корпускулярно-волновой дуализм - двойственная природа света, т.е. с одной стороны свет проявляет волновую природу(в опытах по интерференции и дифракции), а с другой стороны корпускулярную(наличие фотоэффекта, светового давления). Гипотезу о корпускулярной природе света высказал М. Планк. Он предположил, что свет испускается дискретно, т.е. неделимыми порциями энергии - квантами. Энергия кванта E зависит от частоты излучения u: E = h u, где h - постоянная Планка. Французский ученый Луи де Бройль в 1924 г. выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: двойственной природе света соответствует двойственная природа вещества, т.е. все элементарные частицы (электроны, фотоны и т.д.) обладают корпускулярно-волновым дуализмом. Он предложил формулу, связывающую корпускулярные (импульс р) и волновые (длина волны l) свойства частиц: l = h / р.

Эта гипотеза была подтверждена экспериментально в 1927 г. Она коренным образом изменила представления о свойствах вещества (микрообъектов). Всем им присущи и корпускулярные, и волновые свойства: для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.

Основное уравнение квантовой механики (одного из разделов квантовой теории) - волновое уравнение Шредингера. Оно позволяет определить возможные состояния системы. Состояние микрочастицы характеризует волновая функция y (пси-функция). Она не имеет физического смысла - это лишь математическая функция. Физический смысл имеет квадрат волновой функции ½y½2- это вероятность нахождения частицы(W) в соответствующем месте пространства (V):

½y½2 = d W / d V.

Специфику физики микрочастиц отражают принципы квантовой механики.



Принцип неопределенности В. Гейзенберга. Микрочастица не может иметь одновременно определенную координату и определенный соответствующий импульс:

Dx . Dpx ³ h/2,

где Dx - неопределенность координаты, Dpx - неопределенность импульса.

Принцип дополнительности Н. Бора. Если в эксперименте мы наблюдаем одну сторону физического явления, то одновременно мы лишены возможности наблюдать дополнительную к первой сторону явления.

Такими дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс), волновой и корпускулярный характер вещества или излучения, энергию и длительность события.



Принцип суперпозиции. Это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности.

В микромире он является фундаментальным принципом, который составляет основу математического аппарата квантовой механики. Одним из примеров является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, действующие на тело.



Тема 6. Теория самоорганизации

Теория самоорганизации рассматривает хаос как созидательное начало в эволюции, когда малые возмущения, флуктуации в момент неустойчивости преобразуются в макроструктуры. Возникло несколько концепций самоорганизации: синергетика, термодинамика неравновесных процессов, теория катастроф.



СИНЕРГЕТИКА – наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок.

Синергетика изучает процессы самоорганизации в живой природе и неживой, в социальных и технических системах. Объект изучения синергетики, независимо от его природы, обязан удовлетворять следующим требованиям:



  1. Открытость – обязательный обмен энергией или веществом с окружающей средой.

  2. Существенная неравновесность – достигается при определенных параметрах системы, которые переводят ее в критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости.

Самоорганизующимися системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии вещества или информации уводит физическую, химическую, биологическую, социальную (экономическую) систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя внешние факторы, мы можем управлять системой извне. Но самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.

Задачей неравновесной термодинамики является доказательство того факта, что неравновесие может быть причиной порядка.

В настоящее время известно множество примеров образования более упорядоченных состояний, возникающих в результате неравновесных процессов. И. Пригожин назвал такие упорядоченные состояния диссипативными структурами. Они образуются спонтанно, т.е. самоорганизуются. Примеры самоорганизации: функционирование лазера, структурирование первоначально однородной жидкости (образование ячеек Бенара) при возникновении свободной конвекции, колебательные химические реакции (химические часы), образование видов, зарождение жизни, появление человека и пр.

В критическом состоянии в системе развиваются сильные флуктуации. Флуктуация - случайное отклонение системы от некоторого среднего положения. В начале флуктуации подавляются системой. В критическом состоянии под действием одной из флуктуаций происходит скачок в конкретное устойчивое состояние.

Критическое состояние системы, при котором возможен переход в новое состояние, называется точкой бифуркации.

В развитии любой системы выделяют две фазы: 1) плавная эволюция (между двумя точками бифуркации), ход которой закономерен; 2) скачки в точке бифуркации, которые протекают случайным образом и определяют последующую эволюцию.

Социальные, экономические, политические системы, в которых мы живем, сложны, нестабильны, рано или поздно их эволюционные пути претерпевают бифуркацию. Бифуркации - неотъемлемая часть процесса развития: их нельзя предотвратить или избежать.

Проблемами самоорганизации также занимается теория катастроф. Катастрофа - скачкообразное изменение, возникающее в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. Эта теория дает универсальный метод исследования всех скачкообразных переходов, разрывов, внезапных качественных изменений. Ее применяют к разным объектам: моделирование деятельности мозга, геология, поведение биржевых игроков, кооперативные явления, политика цензуры, метеорология, оптика.



Тема 7. Химические концепции естествознания

Химия - наука о химических элементах и их соединениях. Главная задача химии - получение веществ с заданными свойствами. Предмет химии - химические системы. Химической системой называется вещество или смесь веществ в определенном ограниченном объеме. Система может быть гомогенной и гетерогенной. Гомогенной называется система, обладающая на всем протяжении одинаковым химическим составом, одинаковыми химическими и физическими свойствами. Например, воздух, спирт и вода. Гетерогенная система состоит из двух или нескольких фаз. Например, вода и оксид алюминия, газированная вода.

Система называется дисперсной, если в каком-либо веществе (дисперсионной среде) распределено в виде мельчайших частиц другое вещество (дисперсная фаза). Возможны 8 типов дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния распределяемого вещества и среды (Г - газообразное вещество, Ж - жидкое, Т - твердое; первая буква относится к распределяемому веществу, вторая - к среде):

I Аэрозоли II Лиозоли III Твердые золи



  1. Ж + Г 1) Г + Ж 1) Г + Т

  2. Т + Г 2) Ж + Ж 2) Ж + Т

3) Т + Ж 3) Т + Т

Основной характеристикой растворов является их концентрация, т.е. количество растворенного вещества в определенном количестве раствора. Наиболее употребляемыми являются следующие способы выражения концентрации растворов:



  1. Процентная концентрация показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

C% = (mр.в / mр-ра) . 100%,

где mр.в. - масса растворенного вещества, mр-ра - масса раствора.



  1. Молярная концентрация показывает количество молей растворенного вещества в 1 л раствора. CM = mр.в. / M . V,

где М - молярная масса растворенного вещества, V - объем раствора ( л ).

Гидратная теория растворов Д.И. Менделеева. При растворении твердого вещества в воде, происходит разрушение его кристаллической решетки. На это затрачивается энергия(-Qр). Одновременно частицы растворенного вещества образуют с водой гидраты. Образование гидратов обуславливается ионо-дипольным притяжением частиц растворителя и растворенного вещества. При этом энергия выделяется(+Qг). Общий тепловой эффект складывается из этих двух: Q = Qг - Qр .

Энергетика химических процессов. Химические реакции протекают с выделе-нием или поглощением энергии. Экзотермические реакции идут с выделением энергии в виде теплоты. Реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндо-термическими. Например, если нагревать жемчуг или мел до температуры выше 800оС, то он начинает разлагаться на углекислый газ и оксид кальция: СаСО3 = СО2 + СаО - Q .

Однако, если прекратить поток тепла, то и реакция прекратится - разложение карбоната кальция идет с поглощением тепла.

Для того, чтобы реагирующие вещества вступили во взаимодействие, они должны обладать определенным количеством энергии, которая называется энергия активации. Энергия активации - это наименьшая энергия, которой должна обладать частица вещества для того, чтобы произошла химическая реакция.

Измеряя количество энергии, выделяющейся при реакции (тепловой эффект реак-ции), можно судить об изменении внутренней энергии системы. Частным случаем 1-ого начала термодинамики является закон Гесса: “Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий”.



Реакционная способность - это химическая активность или способность вещества вступать в химическую реакцию. Она зависит от положения химического элемента в таблице Менделеева, от структуры вещества, от внешних условий проведения реакции (концентрация, температура, давление, катализатор).

Тема 8. Биологические концепции естествознания

Биология – совокупность наук о живой природе. Она развивается в трех основных направлениях: традиционная, физико-химическая, эволюционная.

Традиционная биология изучает живую природу в ее естественном состоянии. Основной метод – наблюдение. Главная задача – классификация.

Физико-химическая биология изучает объекты живой природы при помощи физико-химических методов: рентгеноструктурный анализ, спектральные методы и др.

Эволюционная биология изучает развитие живой природы во времени. Дарвин установил движущие силы эволюции, объяснил процесс развития.

Биологический уровень организации материи очень сложен. Он полностью не сводится к закономерностям физики и химии, т.к. предопределен отличием живого от неживого вещества. Есть несколько фундаментальных отличий в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят макромолекулярные органические соединения. Их называют биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Они реакционноспособны, состоят преимущественно из 5 легких химических элементов (С, N, О, Р, Н). Молекулы

неживого в большей массе своей инертны, для них характерен весь спектр химических элементов. В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. Единицей неживого является молекула, единицей живого - клетка. Нет живых биомолекул, есть живая клетка. В функциональном плане для живых тел характерно само воспроизводство самих себя согласно заложенной в них генетической программе. В неживых системах есть только воспроизведение. Это принципиально новый момент. Также живые тела отличаются от неживых другими атрибутами: наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, приспособленностью к среде и т. д. Обязательным свойством живого является деятельность, активность.

Биологический уровень организации материи можно представить схемой: клетки—ткани - органы – организмы - популяции – виды – биоценозы - биогеоценозы - биосфера.

Единство органического мира заключается в клеточном строении всех организмов; в биохимическом единстве (общий химический состав, типы реакций, роль белков); в общих законах, по которым живут и развиваются все виды животных и растений.

Для биосферы характерно биологическое многообразие. Различают 5 основных типов живых организмов: 1) одноклеточные без ядра (бактерии, сине-зеленые водоросли); 2) одноклеточные с ядром и хромосомой (амебы, инфузории); 3) грибы; 4) растения; 5) животные.

Существует до 10 млн. разных видов живых существ. Случайно образовавшиеся более сложные формы увеличивают разнообразие, и, стало быть, устойчивость экосистем. Многообразие есть форма устойчивости жизни.

Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате, взаимодействия трех основных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Наследственность - свойство живых организмов сохранять и передавать потомству особенности своего строения, функций и развития. Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК. Элементарным носителем информации является ген. Основная функция генов - кодирование синтеза белка или развитие одного элементарного признака.



Изменчивость - способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Она возникает в результате генетической рекомбинации - сочетание отдель-ных генов и хромосом или за счет мутаций. Причиной мутаций служат всевозможные физические (радиоактивность, космические лучи и т.д.) и химические (токсичные соединения) факторы. Хотя мутации - главные поставщики эволюционного материала, они относятся к изменениям случайным, непредсказуемым.

Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования (принцип “выживает сильнейший”).



Генная инженерия – целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе генов. Она основана на извлечении из клеток организма гена, соединении его с нуклеиновыми кислотами и внедрение полученного гибрида в клетки другого организма. Отсюда открывается путь для производства лекарств, богатой протеином пищи, программирование растений и животных с полезными свойствами.

Раздел биологии - биоэтика возник как ответ на технологические вызовы в меди-цине: новые технологии трансплантации органов, искусственное зарождение и поддер-жание жизни. Эти достижения вступили в конфликт с традиционными ценностями.

Биоэтика – эта форма защиты прав человека, в том числе его права на жизнь, на здоровье, на ответственное и свободное самоопределение своей жизни. Она включает в себя этические нормы отношения к животным, экологическую этику, этику отношений человека с биосферой. В ней выдвигаются и отстаиваются следующие постулаты: необходимость ставить гуманистические цели выше исследовательских; регулирование, исходя из гуманистических ценностей, научных исследований, включая и запреты на некоторые виды экспериментов, связанных с участием человека.

Тема 9. Психофизиология человека

Психофизиология– наука о жизнедеятельности здоровой души человека. Человек – высшая ступень живых организмов на Земле, носитель мысли, разума. Основные свойства разумной жизни – сознание, память, эмоции, творчество. Эмоциональные состояния, которые испытывает человек, делятся на эмоции, чувства, аффекты.



Эмоции – особый класс субъективных психологических реакций человека на воздействие внутренних и внешних раздражителей. Они имеют ярко выраженную субъективную окраску и охватывают все виды чувствительности и переживаний. Эмоции бывают двух видов: положительные и отрицательные. Положительные эмоции - связаны с удовлетворением различных потребностей организма. Отрицательные эмоции – связаны с неудовлетворением. Эмоции выполняют две роли: 1)Мобилизационная роль – мобилизует возможности организма на его защиту; 2)Коммуникативная роль– помогает индивиду в общении.

Чувства – дифференцированные и устойчивые эмоции, возникающие на основе высших социальных потребностей человека (интеллектуальные, эстетические, нравственные). У животных нет чувств. В отличие от эмоций, чувства соотносятся с восприятием и оценкой сложных предметов, событий, людей, ситуаций (эмоции возникают в ответ на воздействие отдельных свойств окружающей среды). Чувства выполняют в жизни человека мотивирующую роль. Человек стремится действовать так, чтобы усилить свои положительные чувства. Проявление сильного и устойчивого положительного чувства к чему-либо или к кому-либо называется страстью.

Эмоции и чувства предвосхищают процесс, направленный на удовлетворение потребности. В отличие от них аффект не предшествует поведению, а сдвинут на его конец. Аффект – это особо выраженные эмоциональные состояния, сопровождаемые видимыми изменениями в поведении человека, который их испытывает. Аффекты протекают бурно, быстро, сопровождаются резко выраженными органическими изменениями и двигательными реакциями.

Одним из наиболее распространенных в наши дни видов аффектов является стресс – состояние чрезмерно сильного и длительного психологического напряжения, которое возникает у человека, когда его нервная система получает эмоциональную перегрузку. Стресс дезорганизует деятельность человека, нарушает нормальный ход его поведения. Стрессы оказывают отрицательное влияние не только на психологическое состояние, но и на физическое здоровье человека (сердечно - сосудистые заболевания и заболевания желудочно-кишечного тракта).

Без эмоций невозможен творческий процесс. Творчество – процесс создания чего-то нового. Научное творчество проявляется в поиске и нахождении принципиально нового решения научной или технической проблемы. Структура мыслительного процесса решения проблемы сложна. Выделяют 4 стадии решения проблемы: подготовка, созревание решения, вдохновение, проверка найденного решения.

Мыслительная деятельность реализуется как на уровне сознания, так и на уровне бессознательного. Механизм творческого процесса: сознательное – бессознательное - осознание. Для активизации мышления можно применять специальные формы организации мыслительного процесса: мозговой штурм, метод фокальных объектов, метод морфологического анализа, метод контрольных вопросов.

Работоспособность - возможности организма при выполнении работы к поддер-жанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. По типу работ она классифи-цируется на физическую и умственную. По объему работ – на общую и фактическую.

Выделяют следующие фазы работоспособности: фаза мобилизации (предстартовое состояние), фаза врабатываемости, фаза оптимальной работоспособности, фаза неустойчивой компенсации– эффективность труда поддерживается уже за счет дополнительных физиологических процессов, фаза декомпенсации наступает при выходе за пределы фактической работоспособности во время работы в сложных экстремальных условиях.

После прекращения работы наступает фаза восстановления физиологических и психологических ресурсов организма. Необходимо принять психогигиенические мероприятия, направленные на снятие состояния переутомления: упорядочение сна, культурные развлечения, спорт; очередной отпуск; ускорение очередного отпуска и организованного отдыха; лечение.

Все периодические явления в природе можно разделить на 2 группы: космические

циклы (ритмы в природе), например, вращение Луны и Земли; и биологические циклы (ритмы организма), например, биение сердца. Организм человека испускает тепловое излучение, собственные акустические волны. На поверхности тела всегда существует поле статического электрического заряда, переменные электрические и магнитные поля. Все они несут информацию о внутренних органах человека. В последней четверти ХХ века начались работы по исследованию биологических ритмов и полей человека. Разработана аппаратура, она широко используется в медицине - электрокардиография, электроэнцефалография и др.

Космические факторы (внешние поля) в соответствии с Законами физики взаимодействуют с собственными полями организма. Это оказывает влияние на организм человека, на функционирование его органов, ЦНС, работу мозга и т.д. Изменение привычных для организма внешних полей или их ритма (различные виды радиации, магнитных бурь и т.д.) приводят к нарушениям жизнедеятельности клеток и организма в целом, а иногда к ее полному прекращению. Особенно чувствителен организм к воздействию внешних полей, синхронных с ритмами самого организма.

Редактор

ЛР N от


Подписано к печати . Формат 60 * 84 1/16. Бумага газетная.

Оперативный способ печати. Усл. печ. л. 1. Уч.- изд. л. 1. Тираж 200 экз.



Заказ .

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.



Типография ОмГТУ.