Картины мира

Название	Основные проблемы	Основные идеи
Религиозная	Соотношение Бога и человека	Божественное творение мира и человека
Философская	Соотношение мира и человека	Материализм – идеализм; дуализм, плюрализм; диалектика, синергетика; метафизика, эклектика, редукционизм, радикализм, механицизм и т. д.
Научная	Синтез и обобщение разнородных, порой противоречивых частей знания в единое, логически непротиворечивое целое	Мир, как совокупность естественных процессов, развивается по своим, объективным и специфическим для каждого из этих процессов законам.

30. Под научной картиной мира понимают целостную систему представлений об общих свойствах и закономерностях мира, которая возникает в результате обобщения и синтеза основных научных понятий и принципов, отражающих эти объективные закономерности.

31. Предельно общую картину мира дает философия. Создаваемая в рамках онтологии философская картина мира определяет основное содержание мировоззрения индивида, социальной группы, общества. Будучи рационально-теоретическим способом познания мира, философское мировоззрение носит абстрактный характер и отражает мир в предельно общих понятиях и категориях. Следовательно, философская картина мира есть совокупность обобщенных, системно организованных и теоретически обоснованных представлений о мире в целостном его единстве и месте в нем человека.

32. Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая, эволюционная (эволюционно-синергетическая). Ведущими идеями современной естественнонаучной картины мира являются самоорганизация и универсальный эволюционизм.

2. Физические концепции мира

2.1. Структурные уровни организации материи

1. Микромир – это мир предельно малых объектов, непосредственно ненаблюдаемых. К микромиру принадлежат частицы, описание которых требует применения квантовой механики (молекулы и все, что меньше). Пример последовательности в структурной иерархии объектов микромира и далее (от меньшего к большему): кварки, элементарные частицы, ядра атомов, атомы, молекулы, макротела. Кроме того, используются понятия субатомного уровня (кварки, лептоны), ядерного уровня (нуклоны, ядра атомов), атомного уровня (ядро, электронные оболочки), молекулярного уровня (атомы, связанные различными способами), макромолекулярного уровня (полимеры и комплексы молекул).

2. Макромир содержат объекты, размеры которых сопоставимы с масштабами человеческого опыта. Их движение описывается классической механикой.

3. Мегамир представляет собой мир огромных космических масштабов и скоростей. Движение и существование объектов мегамира требует общей теории относительности. Иерархия объектов мегамира (от меньшего к большему):

– космический газ и космическая пыль;

– астероиды, кометы;

– спутники планет;

– планеты;

– звезды;

– планетные системы;

– звездные скопления;

– галактики;

– Метагалактика;

– космос (Вселенная).

2.2. Классическая физика

1. В классической науке выделяют две взаимоисключающие формы материи: вещество и поле. В макромире их взаимный переход невозможен.

2. Механика изучает движение тел и их деформации.

3. Движение в механике – это перемещение в пространстве, которое фиксируется по отношению к другим каким-то телам.

4. Системой отсчета называется совокупность неподвижных тел, относительно которых рассматривается движение, отсчитывающих время часов и система координат (рис. 2.1).

5. Материальной точкой называется тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с размерами других тел, расстояниями до других тел, или расстояниями, проходимыми этим телом.

6. Траекторией называется линия, по которой движется материальная точка или одна из точек тела (рис. 2.1).

7. Путь – это длина траектории, проходимая материальной точкой за данное время (рис. 2.1).

8. Перемещение – это вектор, соединяющий начальное положение материальной точки с рассматриваемым или конечным положением (рис. 2.1).

9. Скорость – это производная перемещения тела по времени.

10. Ускорение – это производная скорости по времени или, иначе, скорость изменения скорости.

11. Сила – это векторная мера действия одного тела на другое.

12. Масса – мера инертности тела или мера его гравитационности.

13. Импульс – это произведение массы тела на его скорость:

(2.1)

14.Момент импульса частицы относительно данной точки – это векторное произведение её импульса на радиус-вектор частицы, проведённый из данной точки.

15. Первый закон Ньютона: существуют системы, называемые инерциальными, в которых материальная точка движется равномерно и прямолинейно, либо покоится, если на неё не действуют другие тела или их действие скомпенсировано. Инерциальными являются системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно или покоящиеся.

16. Второй закон Ньютона записывается:

F = ma, или a = F/m.

(2.2)

Он означает, что ускорение a, приобретаемое телом, пропорционально действующей на него силе F и обратно пропорционально его массе m.

17. Третий закон Ньютона: тела взаимодействуют с равными и противоположно направленными силами.

18. Закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает, а лишь переходит из одного состояния в другое. Формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, химическая, ядерная.

19. Закон сохранения энергии выполняется во всех явлениях природы: химических процессах, биологических и всех других. Механическая энергия системы сохраняется, если работа неконсервативных сил в этой системе (сил трения) равна нулю.

20. Работой называется мера превращения энергии. В механике элементарная работа определяется как скалярное произведение силы на элементарное перемещение тела под её действием.

21. Закон сохранения импульса выполняется в замкнутых системах.

22. Принцип суперпозиции: эффект сложного процесса есть сумма эффектов каждого воздействия, если они не влияют друг на друга. В теории полей: принцип суперпозиции утверждает, что суммирование допустимых состояний даст новое допустимое состояние.

23. Потенциальной называется энергия взаимодействия, зависящая от взаимного расположения взаимодействующих тел или их координат. Потенциальная энергия проявляется в упругой деформации тел (растяжении или сжатии пружины), притяжении или отталкивании, зависит от изменения высоты тела над Землей. Энергия отталкивания считается положительной (взаимодействие зарядов одного знака), энергия притяжения – отрицательной (гравитационное или взаимодействие зарядов разных знаков).

24. Кинетической называется энергия движения. Она имеется у тела при любом движении: вращательном, поступательном, прямолинейном и т. д. Кинетическая энергия изменяется при ускоренном движении и при любом изменении скорости по величине. Суммарная кинетическая энергия всей системы не меняется при упругих столкновениях её частей. Кинетическая энергия T материальной точки массой m, движущейся со скоростью v, определяется следующей формулой:

(2.3)

25. Тело сохраняет вращательное движение, если на него:

– не действуют никакие силы;

– на тело действуют силы, но сумма их моментов равна нулю.

26. Колебаниями называются повторяющиеся процессы в природе. Гармоническими называется колебания, проходящие по закону синуса или косинуса. При гармонических колебаниях маятника кинетическая энергия переходит в потенциальную, после чего потенциальная переходит в кинетическую и т. д.

27. Механические волны представляют собой процесс распространения колебаний в среде или иных возмущений ее состояния, несущих с собой энергию.

28. Скорость волны – это скорость распространения возмущения.

29. Длиной волны называется расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах.

30. Период колебаний – наименьший промежуток времени, через который система возвращается в начальное состояние.

31. Частота – величина, обратная периоду колебаний.

32. Дифракция волн – явление огибания волнами препятствий, или, в более широком смысле, любые отклонения при распространении волн от законов геометрической оптики (рис. 2.2).

33. Интерференция волн – явление наложения волн в пространстве с перераспределением интенсивностей, при котором в разных точках пространства наблюдается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны (рис. 2.3).

34. Поляризация волн – характеристика излучения, описывающая его поперечную анизотропию, т. е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной направлению луча.

35. Примеры агрегатных состояний:

– жидкость;

– плазма;

– твёрдое тело;

– газ;

36. Внутренней энергией системы называется кинетическая энергия хаотичного движения её молекул и потенциальная энергия их взаимодействия друг с другом.

37. Теплотой называется количество энергии, передаваемое от тела к телу путём теплообмена (конвекцией, теплопроводностью, излучением). Речь идет именно о способе передачи энергии от одного тела к другому. Если разогнать тело, то оно получит кинетическую энергию посредством работы. Все его молекулы приобретут одинаковые добавки к своим скоростям (рис. 2.4, А). Если же нагреть тело, то оно получит тепловую энергию. Это означает, что у тела изменится энергия хаотичного движения его молекул (рис. 2.4, Б).

38. Первый закон термодинамики: количество теплоты, переданное системе, идёт на приращение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. Фактически, это закон сохранения энергии в системах с тепловыми процессами.

39. Замкнутой или изолированной называется система, не способная обмениваться с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

40.Состояние термодинамической системы определяется её параметрами: температурой, давлением, удельным объёмом, намагниченностью тела и другими.

41. Обратимым называется термодинамический процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние через ту же последовательность промежуточных состояний, что и в прямом процессе, но проходимых в обратном порядке.

42. Необратимыми называются термодинамические процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении. Примеры: диффузия, теплопроводность, вязкое течение и др.

43. Термодинамическим равновесием называется состояние, в которое самопроизвольно приходит система в условиях изоляции от окружающей среды. В состоянии равновесия прекращаются все необратимые процессы, а параметры системы не меняются с течением времени, не считая флуктуаций.

44. Энтропией – это физическая величина, имеющая следующие смыслы:

– мера необратимого рассеяния энергии;

– мера вероятности осуществления какого-либо состояния;

– мера беспорядка или неупорядоченности системы.

45. Энтропия представляет собой физический индикатор времени, определяющий направленность самопроизвольного процесса в изолированной системе.

46. Второй закон термодинамики:

– невозможен периодический процесс, единственным результатом которого было бы преобразование отобранной у источника теплоты при неизменной температуре полностью в работу (формулировка Кельвина);

– невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от холодных тел к телам нагретым (формулировка Клаузиуса);

– природа стремится от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным в замкнутых системах (формулировка Больцмана);

– в изолированной системе процессы протекают самопроизвольно в направлении роста энтропии;

– максимальная величина энтропии достигается в состояниях термодинамического равновесия.

47. Энтропия позволяет оценить ценность (качество) различных видов энергии по их способности превращаться друг в друга. Высококачественными являются механическая и электрическая энергии, связанные с упорядоченным движением частиц и способные полностью превращаться в другие виды энергии. Низкокачественной является тепловая энергия, связанная с хаотичным движением частиц и лишь частично переходящая в другие виды энергии. Промежуточное положение занимают химическая и ядерная формы энергии.

48. Энтропия может служить мерой молекулярного беспорядка. Энтропия возрастает при переходе в состояние с меньшей упорядоченностью: из твёрдого в жидкое, или из жидкого в газообразное. Примеры реакций с возрастанием энтропии

:

I_2(к) I_2(г)

NaCl _(т) NaCl _{(раствор)}

CO_2(к) CO_2(г)

Пример реакции с убыванием энтропии:

H₂O_(ж) H₂O_(лед)

49. Молекулярный беспорядок возрастает при увеличении числа частиц в системе. Примеры реакций с возрастанием энтропии:

2NaNO_3(к) 2NaNO_2(к) + O_2(г)

CH_4(г) + H₂O_(г) CO_(г) + 3H_2(г)

Пример реакции с убыванием энтропии:

MgO_(к) + CO_2(г) MgCO_3(к)

2NO_(г) +O_2(г) 2NO_2(г)

2CO_(г) + O_2(г) 2CO_2(г)

50. Энтропия атома, как системы, с ростом порядкового номера элемента увеличивается.

51. Энтропия есть мера отсутствия информации. Чем выше неопределённость в знании, тем больше возможных вариантов, тем больше их вероятность, а, значит, и энтропия.

52. Электрический заряд обладает следующими свойствами:

– независимостью от скорости движения;

– аддитивностью;

– сохранения;

– дискретности (прерывности).

53. Электрическое поле

– действует на электрические заряды, независимо от их движения;

– обусловлено электрическими зарядами.

54. Магнитное поле характеризуется:

– действует на электрические токи;

– действует на движущиеся заряды;

– обусловлено движущимися зарядами и электрическими токами.

55. Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света, равной 300 000 км/с (300 000 000 м/с), а также в любой среде, не обладающей электропроводностью.

56. Электромагнитное взаимодействие распространяется со скоростью света.

57. К электромагнитным волнам относятся

– световые волны;

– радиоволны, в том числе волны, переносящие телевизионные сигналы.

58. В видимом диапазоне самой большой длиной волны обладает красный свет, самой маленькой – фиолетовый.

59. В космологии Ньютона принималась модель стационарной Вселенной.

60. Фундаментальными динамическими теориями являются классическая механика, классическая электродинамика, классическая термодинамика, теория относительности, эволюционная теория Ламарка, теория химического строения.

61. Фундаментальными статистическими теориями являются молекулярно-кинетическая теория, квантовая механика и все квантовые теории, эволюционная теория Дарвина, молекулярная генетика. В частности, кинетическая теория газов является статистической теорией, поскольку распределение молекул по скоростям (Максвелла) даёт вероятности наличия у молекул тех или иных скоростей.

62. Согласно принципу соответствия статистические теории являются более общими. Динамические теории есть приближение и упрощение более точных статистических теорий.