Закон природи

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

1. Поясніть, як змінилися уявлення про простір і час з створенням теорії відносності. Що розуміється під поняттям «закон природи»? Чим відрізняється закон природи від закону, встановленого державою?

Теорія відносності складається з двох частин - приватної (спеціальної) теорії відносності і загальної теорії відносності.

Спеціальна теорія відносності була створена на початку ХХ століття для опису рухів зі швидкістю, близькою до швидкості світла. При такій швидкості, званої ще релятівітской, закони природи стають іншими, не такими, як ми звикли їх бачити.

Коли тільки винайшли паровоз, то багато хто думав, що при тій швидкості, з якою він рухається, люди будуть сходити з розуму. Зараз таке припущення здається смішним, але насправді, коли вступаєш у незвідане, цілком розумно побоюватися чогось незвичайного. З паровозами побоювання виявилися марними. Зараз люди переміщаються з набагато більшими швидкостями, і нічого з ними не відбувається.

Швидкість світла становить 300 000 км / с або приблизно мільярд кілометрів на годину. Ясно, що всі звичні людям руху відбуваються набагато повільніше. Іншими словами, ми ніколи не стикалися з такими швидкостями і не знаємо, що буде тоді відбуватися. Виявилося, що тут, на відміну від швидкості паровоза, підозри виправдані: при релятивістських швидкостях відбуваються нові явища.

Серед цих явищ є багато дуже незвичайних: час уповільнює свій хід, довжини скорочуються, а рухатися швидше за світло виявляється взагалі неможливо.

Це настільки незвично, що багато людей до цих пір не можуть собі такого уявити і повірити в те, що це правда. Проте це, швидше за все, правда. Більше того, ця правда досить-таки гарна, так як всі чудеса теорії відносності виявляються зовсім звичайними речами, якщо припустити, що наш простір чотиривимірні.

Чотиривимірний простір - це простір, в якому є чотири перпендикулярних напрямку. У тому просторі, який ми звикли собі уявляти - вимірювання три. Верх-низ, право-ліво, перед-зад. В чотиривимірному просторі додається ще один вимір - майбутнє-минуле.

Виявляється, ми можемо не тільки рухатися в часі з постійною швидкістю, народжуючись і дорослішає, але ще й трохи відвертатися від прямого шляху. Таке відбувається завжди, коли ми рухаємося, однак речі починають помітно спотворюватися тільки, якщо ми рухаємося дуже швидко, з релятивістської швидкістю.

Загальна теорія відносності також була створена на початку 20-го століття. Її завдання - пояснити силу всесвітнього тяжіння (гравітацію), яка притискає нас до Землі і яка відповідає за рух планет і зірок, пронизуючи весь космос.

Було відмічено, що тяжіння Землі дуже схоже на силу інерції, яка притискає нас до сидіння прискореного автомобіля. Настільки схоже, що навіть незрозуміло, чим вони відрізняються. Було висунуто припущення, що ці сили - однієї й тієї ж природи, і це припущення виявилося дуже плідним.

Виявилося, що будь-яке масивне тіло, наприклад, планета Земля, викривляє простір навколо себе в результаті чого і виникає тяжіння. Всі предмети прагнуть рухатися по прямій, але коли викривлене сам простір - їх тягне в бік.

Закон природи - «правила» гармонії навколишнього світу між різними рівнями природи і людини.

Закон природи від закону, встановленого державою відрізняється тим, що закон природи створено самою природою, встановлений державою - людиною.

Закони природи - об'єктивно існуючі, загальні, стійкі зв'язки речей, явищ природи, які істотно впливають на зміни речей, явищ. Закони природи є творенням.

2. Дайте загальну характеристику кометам. Назвіть найбільш відомі з них. Період обертання Сатурна навколо Сонця дорівнює 29,46 земного року, а Марса - 1,88 земного року. На якій відстані від Сонця перебуває Сатурн, якщо Марс видалений в середньому на 228 млн. км?

Комети - це найбільш незвичайні за своїм виглядом небесні об'єкти, які іноді доступні для спостережень неозброєним оком. Вони привертали увагу людини з глибокої давнини. Разом з астероїдами і метеорними тілами їх відносять до малих тіл Сонячної системи. Характерною особливістю комет є те, що при зближенні із Сонцем у них з'являється і збільшується хвіст, спрямований завжди у бік від Сонця. Комети - тіла Сонячної системи, що мають вигляд туманних об'єктів, звичайно зі світлим згустком-ядром в центрі і хвостом. Далеко від Сонця у комет немає ніяких атмосфер і вони нічим не відрізняються від звичайних астероїдів. При зближенні з Сонцем на відстані приблизно 11 а.о. у них спочатку з'являється газова оболонка неправильної форми (кома). Кома разом з ядром (тілом) називається головою комети. У телескоп така комета спостерігається як туманна плямочка і її можна відрізнити по виду від якого-небудь віддаленого зоряного скупчення тільки по помітному власному бажанню. Потім, на відстанях 3-4 а.о. від Сонця у комети, під дією сонячного вітру, починає розвиватися хвіст, який стає добре помітним на відстані менше 2 а.о.

Вчені прийшли до висновку, що молекули кометних атмосфер резонансно перевипромінюють сонячне світло. Механізм свічення газів в кометах аналогічний тому, який викликає світіння люмінесцентних ламп денного світла або різнокольорових ламп у вітринах магазинів, вивісках і т.п. Це - резонансна флоуресценцией, яка є окремим випадком загального механізму люмінесценції. Однак є й інші види світіння кометних газів, які не можуть бути пояснені резонансної флоуресценцией (наприклад, зелена і червона заборонені лінії кисню, які спостерігаються також в спектрах полярних сяйв, червона лінія атомарного водню і ряд інших). Причини їх виникнення до кінця не ясні, але вже зрозуміло, що вони виникають при взаємодії комет з сонячним вітром - потоком заряджених частинок (в основному протонів і електронів), що випливають із Сонця зі швидкістю 350-400 км / с, а також з силовими лініями міжпланетного електромагнітного поля.

Короткоперіодичних комет зараз відомо більше 200. Як правило, їх орбіти розташовані дуже близько до площини екліптики. Всі короткоперіодичні комети є членами різних кометно-планетних сімейств. Найбільше таке сімейство належить Юпітеру, - це комети (їх відомо близько 150), у яких афелийное відстані (від Сонця до точки найбільшого видалення) близькі до великої півосі орбіти Юпітера рівної 5,2 а.о. Періоди обертання навколо Сонця комет сімейства Юпітера поміщені в межах 3,3 - 20 років (з них найбільш часто спостерігаються - Енке, Темпеля-2, Понса - Віннеке, Фая та ін.) В інших великих планет сімейства комет істотно менше: зараз відомо близько 20 комет сімейства Сатурну (Тутля, Неуйміна-1, Ван Бісбрука, Гейла і ін з періодами обертання навколо Сонця в 10-20 років), всього кілька комет сімейства Урану (Кроммеліна, Темпеля-Тутля та ін з періодами звернення 28-40 років) і близько 10 - сімейства Нептуна (Галлея, Ольберса, Понса-Брукса й ін з періодами звернення 58-120 років).

При вирішенні проблеми про походження комет не можна обійтися без знання хімічного складу речовини їх ядер. Припущення про те, що причиною збільшення яскравості комет і появи у них хвостів при зближенні із Сонцем є присутність льодів в їх ядрах було висловлено С.К. Всехсвятським в 1948 р., хоча близькі за змістом ідеї висловлювалися ще П.С. Лапласом і Ф. Бесселя. Детальна модель кометних ядер була запропонована Ф. Уіппл двома роками пізніше. Відповідно до цієї моделі ядро комети являє собою кого з «брудного снігу», тобто порівняно пухке освіту з грудок льодів різного складу (води, аміаку, метану і вуглекислого газу) розмерзлись з пилом і окремими фрагментами гірських порід. Зростання блиску комети пояснюється її нагріванням при зближенні із Сонцем і втратою маси її ядром внаслідок випаровування (точніше сублімації, тобто переходом речовини з твердої фази відразу в пароподібну, минаючи рідку). Якщо у нових або «молодих» комет, які вчинили всього одне або кілька проходжень через перигелій цей процес йде дуже інтенсивно, тому що вони складаються з реліктових (незмінених) льодів, то у «старих» комет при поверненнях до Сонця випаровування речовини все більше сповільнюється через накопичення на поверхні їх ядер тугоплавких частинок (пилу і більших силікатних фрагментів) і утворення захисної кірки, яка охороняє залишився під нею лід від подальшого випаровування. Якщо виходити з моделі Уіппла, то льоди різних летких з'єднань повинні були б випаровуватися з різними швидкостями і, що найголовніше - при різних температурах, а значить, на різних відстанях від Сонця. Але це не було підтверджено спектральними спостереженнями. Тому в 1952 р. модель Уіппла була вдосконалена П. Свінгсом і А. Дельземом. Вони припустили, що в кометні ядра входять не чисті льоди різних летких сполук речовин, а їх гідрати. У кожне з таких з'єднань поряд з «батьківського» молекулою даної речовини входять і кілька молекул води, число яких визначається властивостями «батьківської» молекули. Такі складні гідрати можуть утворюватися в космічному вакуумі при дуже низьких температурах. За фізичними властивостями всі вони дуже схожі і, зокрема, випаровуються приблизно при однаковій температурі і з близькими швидкостями. Найбільш правдоподібною для «нових» комет в даний час вважається модель, в якій ядро комети представляється як дуже пухке освіта, типу гігантського сніжного кома. Після багаторазових проходжень поблизу Сонця «нова» комета старіє, тобто її ядро зменшується в розмірах за рахунок втрати більшої частини летючих з'єднань і покривається кіркою з нелетких сполук. З іншого боку, ядра «старих» комет, до яких відноситься і комета Галлея, добре описуються «плямистої» моделлю. Назва цієї моделі пов'язана з припущенням про те, що в поверхневій теплоізолювальної кірці є дірки, тріщини або інші оголення підкоркового речовини з високим вмістом летючих з'єднань, з яких відбувається інтенсивна сублімація цих речовин, аж до закінчення газових струменів, здатних викликати реактивні прискорення кометного ядра.

3. Якими властивостями володіють поздовжні і поперечні хвилі? Чому світло виявляє властивості і хвилі і частинки?

У фізиці ми маємо справу з хвилями різної природи: механічними, електромагнітними і т.д. Незважаючи на відмінності, ці хвилі мають багато спільних рис. Хвилі, що розглядається параметр яких (зміщення молекул, механічне напруження, і т.д.) змінюється періодично вздовж осі розповсюдження, називаються поздовжніми хвилями. Якщо коливання відбуваються перпендикулярно до напрямку поширення хвилі (як у електромагнітних хвиль, наприклад), то такі хвилі називаються поперечними.

Якщо взаємозв'язок між частинками середовища здійснюється силами пружності, що виникають внаслідок деформації середовища при передачі коливань від одних частинок до інших, то хвилі називаються пружними. До них відносяться звукові, ультразвукові, сейсмічні й ін хвилі.

У поперечної хвилі коливання відбуваються в напрямку, перпендикулярному напрямку поширення хвилі. Як і у випадку поздовжніх хвиль амплітуди коливань всіх кульок однакові, а фаза лінійно змінюється від кульки до кульки 1.

Світло одночасно має властивості і хвилі, і частинки. У своєму хвильовому прояві світло демонструє інтерференцію і заломлення, явища цілком модельований та передбачувані. Маніпулюючи різницею фаз двох хвиль, можна домогтися ефекту взаємопоглинання хвиль, і утворені таким способом «тіні» матимуть довжини набагато менше довжин хвиль вихідних. А образи для літографії можна формувати саме такими найтоншими «тінями».

Рис. 1 Світло може згинатися і обертатися

Прийнято вважати, що фотон - елементарна світлова частка, що має певною енергією.

Вірніше буде виключити звідси поняття частинки і сказати, що фотон (квант) - це умовна одиниця енергії світлової хвилі, тобто світлову хвилю поділили на «ділянки» з рівними енергіями (рис. 1). Стає зрозумілим, чому світло виявляє властивості «часток» (адже, як би того не хотіли фізики, хвиля ніяк не може бути частинкою).

Світло проявляє властивості матеріальних частинок в наступних (зокрема) взаємодіях (спостереженнях): фотоелектричний ефект, тиск світла, ефект Комптона, люмінесценція, фотохімічні перетворення.

Світло проявляє властивості хвилі (електромагнітного поля) в наступних процесах: інтерференція, дифракція, поляризація, дисперсія.

4. Як змінюються кінетична, повна і потенційна енергії планети при її русі навколо Сонця? У який час лінійна швидкість руху Землі по орбіті і чому?

Кінетична енергія Сонця, представленого у вигляді обертової сфери з масою, зосередженої в основному в оболонці.

Кінетична енергія руху всіх планет Сонячної системи без урахування кінетичних енергій обертання планет навколо власних осей і енергії руху Плутона дорівнює:

де M n - маса n-ої планети; v n - орбітальна швидкість n-ої планети.
Врахуємо, що при народженні планети і перехід через сонячну оболонку її зародка відбувається стрибок гравітаційного потенціалу в 4 . Прирівнюючи вищенаведені формули з урахуванням цього стрибка, отримаємо для закону збереження кінетичної енергії в Сонячній системі такий вираз:

Похибка при розрахунку за цією формулою становить 5. 4%. Тому слід врахувати і кінетичну енергію обертання планет, яка становить 8. 42 Жовтень 1934 Дж. Ця енергія не пов'язана зі стрибком потенціалу 4 . Тоді остаточно маємо:

де v оn - екваторіальна швидкість обертання n-ої планети.

Закон збереження повного моменту кількості руху в Сонячній системі без доказу випливає з наступного виразу:

Розрахунок за цією формулою дає помилку в 1. 6%.
Принципово не важлива послідовність народження планет, а важливо тільки те обставина, що кожне нове народження планети пов'язане з переходом через оболонку породжує її зірки або планети. Мабуть, внутрішні планети були сформовані безпосередньо Сонцем, а зовнішні планети Юпітер і Сатурн сформувалися спільно в процесі народження Сонця шляхом розпаду їх загальної оболонки на три незалежних міхура.

Зміна потенційної енергії системи, взяте із зворотним знаком, дорівнює роботі внутрішніх консервативних сил:

- DEп = Aкс

Відповідно до другого закону Кеплера, кожна планета рухається в площині, що проходить через центр Сонця, причому площа сектора орбіти, описана радіусом-вектором планети, змінюється пропорційно до часу. Стосовно до нашої Сонячної системи, з цим законом пов'язані два поняття: перигелій - найближча до Сонця точка орбіти, і афелій - найбільш віддалена точка орбіти. Тоді можна стверджувати, що планета рухається навколо Сонця нерівномірно: маючи лінійну швидкість в перигелії більше, ніж в афелії.

5. Які типи зв'язків мають місце в кристалах? Опишіть модифікації вуглецю. Чому настільки різноманітні сполуки вуглецю? Які особливості будови атома вуглецю визначили його роль у живій природі?

У кристалах мають місце такі типи зв'язків:

Ковалентний зв'язок;

Іонний зв'язок;

Металева зв'язок;

Молекулярна зв'язок;

Водневий зв'язок.

Розглянемо їх докладніше.

Ковалентний зв'язок

Нейтральні атоми розміщені у вузлах кристалічної решітки. Зв'язок утворюється спрямованими валентними електронними хмарами.

Зв'язок, що поєднує в кристалі (а також і в молекулі) нейтральні атоми, називається гомеополярной або ковалентний. Сили взаємодії при гомеополярной зв'язку мають, як і у випадку з гетерополярность зв'язком, електричний (але не кулонівський) характер. Гомеополярная зв'язок здійснюється електронними парами. Це означає, що в забезпеченні зв'язку між двома атомами бере участь по одному електрону від кожного атома. З цієї причини гомеополярная зв'язок має спрямований характер.

Кристали з ковалентним зв'язком діелектрики або напівпровідники. Типовими прикладами атомних кристалів можуть служити алмаз, германій і кремній.

Іонна зв'язок

У вузлах кристалічної решітки поміщаються позитивно і негативно заряджені іони.

Сили взаємодії між вузлами є в основному електростатичними (кулоновскими). Зв'язок між такими частками називається гетерополярность або іонної.

Кристали з іонним зв'язком при низьких температурах є діелектриками. При тепературу близьких до температури плавлення вони стають провідниками електрики. Прикладом кристалів з ​​іонною решіткою є кристали кам'яної солі (NaCl).

Металева зв'язок

У всіх вузлах кристалічної решітки розташовані позитивні іони металу. Між ними безладно, подібно до молекул газу, рухаються електрони, відщепи від атомів при утворенні іонів. Ці електрони відіграють роль цементу, утримуючи разом позитивні іони, інакше грати розпалася б під дією сил відштовхування між іонами. Разом з тим і електрони утримуються іонами в межах кристалічної решітки і не можуть її покинути.

Більшість металів має кристалічні решітки одного з трьох типів: кубічну об'ємно-центровану, кубічну гранецентрированную і, так звану, щільну гексагональну.

За схемами металевих кристалічних граток видно, що кубічна гранецентрированная і щільна гексагональна решітки відповідають найбільш щільній упаковці однакових куль (часток). Кристали з металевої зв'язком є провідниками. Вони часто плаcтічни, тому що при зміщенні атомів один щодо одного не відбувається розрив зв'язків.

Молекулярна зв'язок

У вузлах кристалічної решітки поміщаються певним чином орієнтовані молекули. Сили зв'язку між молекулами в кристалі мають ту ж природу, що і сили притягання між молекулами, що призводять до відхилення газів від ідеальності. З цієї причини їх називають ван-дер-ваальсівських силами.

Для кристалів з ​​молекулярними зв'язками характерні низькі температури плавлення і висока стисливість.

Водневий зв'язок

Особливий різновид молекулярної зв'язку - водневий зв'язок. Це найсильніша молекулярна зв'язок. За певних умов атом водню може бути пов'язаний досить міцно з двома іншими атомами. Маючи лише одну стабільну орбіталь, атом водню здатний утворювати лише одну ковалентний зв'язок. Цей зв'язок може, однак, резонувати між двома положеннями. Найбільше значення мають ті водневі зв'язки, що утворюються між двома сильно електронегативними атомами, особливо між атомами азоту, кисню і фтору.

Водневі зв'язки, утворені молекулами води, обумовлюють дивно високі точки плавлення льоду і кипіння води, існування максимуму щільності води, розширення води при замерзанні. Багато особливі властивості неорганічних та органічних молекул, наприклад димеризація жирних кислот, пояснюються утворенням водневих зв'язків. Водневий зв'язок - особливо важлива структура білків особливість білків і нуклеїнових кислот.

Молекулярні зв'язки утворюють, наприклад, такі речовини: H 2, N 2, O 2, CO 2, H 2 O.

Типи хімічного зв'язку - це зручне спрощення. Більш точно поведінку електрона в кристалі описується законами квантової механіки. Говорячи про тип зв'язку в кристалі, необхідно мати на увазі наступне: зв'язок між двома атомами ніколи повністю не відповідає одному з описаних типів. В іонній зв'язку завжди прісутствеет елемент ковалентного зв'язку і т.п.

Різноманіття з'єднання вуглецю пов'язано з тим, що в складних речовинах зв'язок між різними атомами може бути різного типу. Так наприклад, в кристалі білка зв'язок в молекулі білка ковалентний, а між молекулами (або різними частинами однієї молекули) воднева.

Існують чотири алотропні модифікації вуглецю: алмаз, графіт, карбін і букібол.

Кристалічна решітка алмаза складається з атомів вуглецю, з'єднаних між собою дуже міцними s-зв'язками. У кристалі алмазу всі зв'язки еквівалентні і атоми утворюють тривимірний каркас з зчленованих тетраедрів. Алмаз - найтвердіша речовина, знайдене в природі.

Графіт являє собою темно-сіре з металевим блиском, м'яке, жирна на дотик речовина. Добре проводить електричний струм. У графіті атоми вуглецю розташовані в паралельних шарах, утворюючи гексагональну сітку. Всередині шару атоми пов'язані набагато сильніше, ніж один шар з іншим, тому властивості графіту сильно розрізняються за різними напрямками.

Карбін - отриманий штучним шляхом. Існує два види карбін: полікумулен = С = С = С = С = і поліін - C = CC = CC = C -.

Букібол - отриманий в 1985 р., має сферичну форму (як футбольний м'яч), складається з 60 або 70 атомів вуглецю.

Вуглець у вигляді сажі, коксу, деревного вугілля, кісткових вугілля широко використовується в металургії, синтезі органічних речовин, як паливо, в побуті.

Особливості будови вуглецю. Сполуки, до складу яких входить вуглець, називаються органічними.

Крім вуглецю, вони майже завжди містять водень, досить часто - кисень, азот і галогени, рідше - фосфор, сірку і інші елементи. Однак сам вуглець і деякі найпростіші його сполуки, такі як оксид вуглецю (II), оксид вуглецю (IV), вугільна кислота, карбонати, карбіди і т.п., за характером властивостей відносяться до неорганічних сполук.

В атомі вуглецю можна збільшити число неспарених електронів на зовнішньому другому шарі, якщо розпарити електронну пару 2s-підрівня, «виселивши» електрон у вільну атомну орбіталь на р-підрівні. Тоді атом вуглецю зможе утворити чотири зв'язки з іншими атомами, проявляючи валентність IV.

6. Поясніть принцип невизначеності, поняття детермінізму і індетермінізму. Як змінилися уявлення про випадковому і закономірний? Поясніть роль приладу у квантовій механіці

Принцип невизначеності Гейзенберга вказує природний межа пізнання мікросвіту. Помилка у вимірюванні кількості руху, тобто імпульсу частинки, і похибка вимірювання її координати виявляються пов'язаними постійної Планка, і будь-які спроби підвищити точність вимірювання імпульсу призводять до зростання похибки визначення координати, і навпаки. Так виявляється антиномія «хвиля - частинка» у квантовій фізиці. Виникає непереборна невизначеність через вплив спостерігача на спостережуваний процес. Виникає двонаправлений потік інформації між суб'єктом і об'єктом дослідження. У цій квантової краплі мікросвіту відображаються проблеми пізнання складних макросистем, грубо, спотворене, але відображаються.

Детермінізм і індетермінізм - протилежні філософські концепції з питання про місце і роль причинності. Детермінізмом називається вчення про загальну, закономірного зв'язку, причинну обумовленість усіх явищ. Послідовний детермінізм стверджує об'єктивний характер причинності. Для індетемінізма характерно заперечення загального характеру причинності (у крайній формі - заперечення причинності взагалі). Ідеї ​​детермінізму з'являються вже в стародавній філософії, отримуючи своє найбільш яскраве вираження в античній Атомістика. Подальший розвиток і обгрунтування детермінізму отримує в природознавстві і матеріалістичної філософії нового часу (Ф. Бекон, Галілей, Декарт, Ньютон, Ломоносов, Лаплас, Спіноза, французькі матеріалісти 18 ст.). Відповідно до рівня розвитку природознавства детермінізм цього періоду носить механістичний, абстрактний характер. Це знаходить своє вираження в абсолютизації форми причинності, описуваної суворо динамічними законами механіки, що веде до ототожнення причинності з необхідністю і заперечення об'єктивного характеру випадковості. Найбільш опукло така точка зору була сформульована Лапласом (звідси ін найменування механічного детермінізму - лапласовскій детермінізм), який вважав, що значення координат і імпульсів всіх частинок у всесвіті в даний момент часу абсолютно однозначно визначає її стан в будь-якій минув, або майбутній момент. Розвиток науки відкинуло лапласовскій детермінізм не тільки в органічній природі й громадському житті, а й у сфері фізики. Встановлення співвідношення невизначеностей у квантовій механіці показало його неспроможність, але разом з тим було витлумачено ідеалістичною філософією в дусі індетермінізму (висновки про «свободу волі» електрона, про відсутність причинності в мікропроцесу і т.д.).

Діалектичний матеріалізм долає обмеженість механістичного детермінізму і, визнаючи об'єктивний і всезагальний характер причинності, не ототожнює її з необхідністю і не зводить її прояв лише до динамічного типу законів (Статистична і динамічна закономірність).

Індетермінізм (від латинського in - приставка, що означає заперечення, і детермінізм), філософське вчення, що заперечує об'єктивність і загальність причинного зв'язку природних або соціальних явищ, а також причинне пояснення в науці. Стосовно до пояснення людської поведінки індетермінізм розглядає волю як самостійну автономну силу, визнаючи її абсолютну свободу.

Класична фізика припускає, що характеристики об'єкта - швидкість, координати, імпульс і т.д. - Існують як би самі по собі незалежно від їх вимірювання, тобто як об'єктивні для даної системи властивості. З точки зору квантової фізики у мікрооб'єкт до вимірювання об'єктивно немає таких характеристик - вони з'являються тільки в процесі взаємодії частинки з макротела - приладом. Цей процес взаємодії частинки з приладом у квантовій механіці визначається як «затвердіння» частинки, яка зазвичай розглядається як хвиля.

Уявлення про випадковому і закономірний змінювалися протягом всього часу.

Так, концепція поступових змін суперечить відомим біологічним фaктaм. Але й предстaвленіе про швидкі зміни стaлківaется з нерaзрешімой проблемою нікчемною ймовірності случaйного совпaденія одночасних сприятливо мутaцій.

Абсолютно випадкові події, тобто події, що відбуваються без причин, існують. Недоречно ставити питання: «чому така подія сталася?», Так як воно відбулося без причини. Здійснення випадкової події завжди веде до появи нової якості, нової інформації.

Детерміновані події, тобто події необхідні, існують. Недоречно ставити питання: «чому необхідне подія відбулася?», Так як воно необхідне. Здійснення детермінованого події завжди веде до зміни кількості.

Подібне уявлення про необхідному і випадковому може виявитися корисним при серйозному аналізі поняття «час».

7. Поясніть процеси в розплавах і розчинах. Чому при розчиненні зазвичай температура знижується? Які особливості розчинення у воді? Яку роль відіграють гідрофільні і гідрофобні процеси в живих організмах?

Розглянемо процеси, що відбуваються в розплавах. Варто говорити про два типи зародження магми, на різних рівнях Землі, в різних геодинамічних умовах: перші - основні і ультраосновних базальтоідние, що виникли на ранніх етапах розвитку планети в умовах розвитку мантійної речовини, в освіту якого провідна роль, очевидно, належало плазмі, колапсу і іншим термоядерним процесам. Другі - розплави кислого і середнього складу, що виникли багато разів на різних рівнях земної кори, шляхом плавлення порід, при складкоутворення.

Температура при розчиненні знижується, це означає що тепловий ефект розчинення позитивний.

Найдивовижніша особливість води - її здатність розчиняти інші речовини. Здатність речовин до розчинення залежить від їх діелектричної постійної. Чим вона вища, тим більше здатний речовина розчиняти інші. Так от, для води ця величина вище, ніж для повітря або вакууму в 9 разів. Тому прісні або чисті води практично не зустрічаються в природі. У земній воді завжди щось розчинено. Це можуть бути гази, молекули або іони хімічних елементів. Вважається, що у водах Світового океану можуть бути розчинені всі елементи таблиці періодичної системи елементів, принаймні, на сьогодні їх виявлено понад 80.

Гідрофільні процеси відіграють важливу роль у підтримці онкотичного тиску.

Гідрофобні процеси відіграють важливу роль освіту просторової структури казеїну.

8. Опишіть функції клітинних мембран. Що таке «іонний насос»? Охарактеризуйте будову і біологічне значення АТФ, чому АТФ називають основним джерелом енергії в клітині?

Не зупиняючись докладно на будові мембран, можна лише підкреслити, що, незважаючи на існування численних моделей мембран і відмінності в їх деяких деталях, всі вони грунтуються на уявленнях про мембрані як про рідкий бішарі певним чином орієнтованих фосфоліпідних молекул, в який вмонтовані зібрані в сітку- каркас білки. Відповідно до цієї рідинно-мозаїчної гіпотезі будови, мембрана складається з бішару ліпідних молекул, які повернені один до одного гідрофобними кінцями, жорстко не закріплені і постійно міняються місцями в межах одного моношару або шляхом перестановки двох ліпідних молекул з різних моношарів.

У рідкі шари ліпідів занурені спеціалізовані білкові комплекси, звані інтегральними білками. З внутрішньої поверхні мембрани до деяких інтегральним білкам прикріплюються периферичні білки. Інтегральні ліпопротеїди утримуються в бішарі гідрофобними зв'язками, а периферичні гідрофільні білки на внутрішній і зовнішній поверхнях мембран - електростатичними зв'язками, взаємодіючи з гідрофільними головками полярних фосфоліпідів. Короткі вуглеводні ланцюги приєднані до білка із зовнішнього боку плазматичної мембрани.

Таким чином, динамічні властивості мембрани обумовлені рухливістю її молекулярної організації. Білки і ліпіди взаємопов'язані в мембрані постійно і утворюють рухливу, гнучку, тимчасово пов'язану в єдине ціле структуру, здатну до структурних перебудов. При цьому змінюються, наприклад, взаєморозташування компонентів мембрани, конформація білків, конфігурація ліпідів. Молекулярні зрушення і структурні перебудови в молекулах мембранних компонентів надають глибоке вплив на всі форми функціональної активності біологічних мембран.

Основні функції клітинних мембран полягають у відділенні вмісту клітин від зовнішнього середовища, у створенні внутрішньої архітектури клітини, підтримці градієнта концентрацій і електрохімічного градієнта, здійсненні транспорту речовин. Це бар'єрна, транспортна, осмотична, структурна, енергетична, біосинтетичні, секреторна, рецепторно-регуляторна та інші функції.

Завдяки бар'єрної функції мембран, що оточують клітину ззовні або її окремі відсіки (компартменти), в клітці і її органелах створюється гетерогенна фізико-хімічна середовище, і на різних сторонах мембрани відбуваються різноманітні, часто протилежно спрямовані біохімічні реакції. Поряд з бар'єрної функцією мембрани здійснюють і трансмембранний перенос іонів і різних метаболітів у ході пасивного (за хімічним та електрохімічним градієнтам) або активного транспорту (проти електрохімічного градієнта з витратою енергії).

Осмотична функція мембран пов'язана з регулюванням водного обміну клітини. Завдяки структурній функції підтримується основа мембран і впорядковано розташовуються Поліферментні комплекси, що контактують з фосфоліпідами. Для цього контакту і збереження активності ферментів важливо, щоб перебувають у безперервному русі ліпіди перебували в рідкому агрегатному стані. «Твердіння» ліпідів, пов'язане з якісними перебудовами в їх жирнокислотного складу, призводить до порушення ліпідного оточення білків-ферментів, у результаті чого їх функції порушуються.

Енергетична функція мембран визначається акумуляцією і трансформацією енергії. Найбільш ефективно вона здійснюється в мембранах мітохондрій і хлоропластів, де синтез АТФ пов'язаний з утворенням електрохімічного мембранного потенціалу іонів Н +.

Біосинтетичних функція пов'язана з синтезами різних речовин. Особливо широкий спектр синтезів представлений у мембранах ендоплазматичного ретикулуму (ЕР). У ЕР відбувається синтез мембранних білків та ліпідів (фосфоліпідів, жирних кислот), вуглеводів, терпеноїдів. Участь у секреторних процесах також характерно для мембран. Так, плазмолемма активно взаємодіє з везикулами, похідними апарату Гольджі та ЕР.

Рецепторно-регуляторна функція визначається наявністю в мембранах хемо-, фото-і механорецепторов білкової природи, що сприймають сигнали із зовнішнього і внутрішнього середовища і сприяють виникненню відповідних реакцій на зміну умов існування. Мембрани клітинних компонентів генетично пов'язані між собою і здатні взаімопревращается і переходити з одного компартмента в іншій. Так, мембрани вакуолей, пластид, мітохондрій є похідними мембран ЕР. Останній пов'язаний безпосередньо з ядерною мембраною і опосередковано (через мембрани апарату Гольджі) з плазмалеммой.

На підставі даних про взаємодію мембранних компонентів в даний час висунута концепція ендомембранной системи. Наявність ендомембранной системи, що вказує на існування регуляторних взаємодій клітинних органел, забезпечує системну відповідь клітини на зміну умов внутрішнього і зовнішнього середовища.

При короткочасних впливах на клітини іонізуючих випромінювань за високу проникаючу здатність зменшується різниця електростатичних потенціалів між сторонами біомембрани, накопичена в результаті тривалої роботи «іонних насосів». Різко зменшується число утворюються іонів.

Отже, іонний насос - це механізм впливу на клітини.

АТФ - це аденозинтрифосфат, нуклеотид, що відноситься до групи нуклеїнових кислот. Концентрація АТФ у клітині мала (0,04%; у скелетних м'язах 0,5%). Молекула АТФ складається з аденіну, рибози і трьох залишків фосфорної кислоти (рис. 12). При гідролізі залишку фосфорної кислоти виділяється енергія:

АТФ + H 2 O = АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж / моль.

Зв'язок між залишками фосфорної кислоти є макроергічних, при її розщепленні виділяється приблизно в 4 рази більше енергії, ніж при розщепленні інших зв'язків. Енергія гідролізу АТФ використовується клітиною в процесах біосинтезу та поділу клітини, при русі, при виробництві тепла, при проведенні нервових імпульсів і т.д. Після гідролізу утворився АДФ звичайно за допомогою білків-цитохромів швидко знову фосфорилюється з утворенням АТФ. АТФ утворюється в мітохондріях при диханні, в хлоропластах - при фотосинтезі, а також у деяких інших внутрішньоклітинних процесах. АТФ називають універсальним джерелом енергії, тому що енергетика клітини заснована головним чином на процесах, в яких АТФ або синтезується, або витрачається.

ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти) - це молекула, що складається з двох спірально закручених полінуклеотидних ланцюгів. ДНК утворює праву спіраль, діаметром приблизно 2 нм, довжиною (у розгорнутому вигляді) до 0,1 мм і молекулярною масою до 6ґ10-12 кДа. Структура ДНК було вперше визначено Д. Уотсоном і Ф. Криком в 1953 р. Мономером ДНК є дезоксирибонуклеотидів, що складається з азотистої основи - аденіну (А), цитозину (Ц), тиміну (Т) або гуаніну (Г), - пентози (дезоксирибози ) і фосфату. Нуклеотиди з'єднуються в ланцюг за рахунок залишків фосфорної кислоти, розташованих між пентози: у полинуклеотид може бути до 30 000 нуклеотидів. Послідовність нуклеотидів одного ланцюга комплементарна (тобто додаткова) послідовності в іншому ланцюзі за рахунок водневих зв'язків між комплементарними азотистими підставами (по дві водневі зв'язки між А і Т і по три - між Г і Ц). У інтерфазі перед поділом клітини відбувається реплікація (редуплікація) ДНК: ДНК розкручується з одного кінця, і на кожному ланцюзі синтезується нова комплементарна ланцюг; це ферментативний процес, що йде з використанням енергії АТФ. ДНК міститься в основному в ядрі; до внеядерним формам ДНК відносяться мітохондріальна і пластидних ДНК.

9. Дайте поняття про неодарвінізм і синтетичної теорії еволюції. Поясніть, як відбувається еволюція видів з точки зору генетики. Яка роль мутацій і навколишнього середовища в еволюції живого?

Неодарвінізм - еволюційна концепція, створена в 80-90-х рр.. Х в. Х I Х ст. А. Вейсманом; заснована на його гіпотезі про зачатковом відборі. Відбір розташованих в хромосомах одиниць спадковості - детермінант - і їх нерівномірний розподіл, що випливають, по Вейсману, з боротьби між ними в статевій клітині, ведуть до утворення нових життєвих форм. Концепція неодарвінізму, яка намагалася пов'язати дані цитології про запліднення з еволюційною теорією і доповнити дарвінівським уявлення про природний добір, протистояла неоламаркізму і містила плідні ідеї (роль хромосом у спадковості, заперечення успадкування набутих ознак), але в цілому не підтвердилася.

Синтетична теорія еволюції будується на наступних принципах і поняттях:

  • елементарної «клітинкою» біологічної еволюції є не організм, не вид, а популяція. Саме популяція - та реальна цілісна система взаємозв'язку організмів, яка має всі умови для саморозвитку, насамперед здатністю спадкового зміни в системі біологічних поколінь. Популяція - це елементарна еволюційна структура. Через зміну її генотипического складу здійснюється еволюція виду;

  • елементарний еволюційний матеріал - це мутації (дрібні дискретні зміни спадковості), звичайно випадково утворюються. В даний час виділяють генні, хромосомні, геномні (зміни числа хромосом і ін), зміни внеядерних ДНК і ін;

  • спадкове зміна популяції в якомусь певному напрямку здійснюється під впливом елементарних еволюційних факторів, таких як: мутаційний процес, що поставляє елементарний еволюційний матеріал; популя-ційних хвилі (коливання чисельності популяції в ту чи іншу сторону від середньої чисельності входять до неї особин); ізоляція (закріплює відмінності у наборі генотипів і сприяє поділу вихідної популяції на кілька нових, самостійних популяцій); природний відбір 2.

Гени, здавалося, допомогли відповісти на ряд питань, смущавший Дарвіна, зокрема чому корисні зміни не «розчиняються» при схрещуванні з незміненими особинами, і, таким чином, доповнити класичний дарвінізм, перетворивши його в неодарвінізм, або синтетичну теорію еволюції. Основною заслугою СТЕ зазвичай вважають пояснення вихідної мінливості, усунення з еволюціонізму телеологічних (пангенез, «ламарковскую чинники») і типологічних (макромутацій, стрибкоподібне видоутворення) елементів, переклад еволюційних побудов на експериментальну основу. Каркас нової теорії утворили постулати про випадковий (істинно випадковому, на відміну від умовно випадкового - «притулку невігластва», за Дарвіном) характер мутацій, постійної швидкості мутірованія і поступове виникнення великих змін шляхом підсумовування дрібних.

Можливості перевірки цих постулатів у період побудови СТЕ були вельми обмеженими. Вважається, що постулат про випадковість мутірованія згодом отримав підтвердження на молекулярному рівні. Проте молекулярні мутації неадекватні тим їх фенотипічних проявів, які спостерігали ранні генетики, саме розуміння мутації змінилося. На молекулярному рівні є деякі підстави говорити про просторово-часової невизначеності одиничного мутаційного акту, але (за аналогією з квантовою механікою) невизначеність не може бути апріорно екстрапольована на рівень фенотипічних властивостей, що підлягають природному відбору.

Одні теоретики виходять з того, що тіло подібно механізму, інші - представляють його організмом. При цьому в одних механіцістскіх теоріях тіло може розглядатися як найбільш досконалий механізм, а в інших аналогічних теоріях - особливо не виділятися із сукупності інших механізмів. Точно також в одних прихильників органицистских підходу появою нашого організму вінчається процес розвитку земних істот (як у засновника теорії «природного відбору» і «еволюції видів» Чарльза Дарвіна), а в інших прихильників даного підходу людська істота виявляється лише елементом, що входять до числа інших представників тваринного і рослинного світу, мало чим відрізняється від більшості з них з точки зору своїх генетичних якостей (така точка зору сучасної генетики). Таким чином, у сучасному пізнанні людської тілесності з-за впливу цих двох метафор - органіцістсткой і механіцістской - ми стикаємося відразу з декількома парадоксами. «Механіцісти» розглядають то людиноподібну машину, то машіноподобного людини; «Органіцісти» ж бачать в людині те «втілення сподівань» природи, то, всього-на-всього, одне з природних створінь, що не володіє особливими привілеями в порівнянні з усіма іншими.

Добре відомо, що в еволюції живих організмів на Землі найважливішу роль відіграють мутації. Одним з головних мутагенних факторів прийнято вважати іонізуючі випромінювання. Сьогодні багато дослідників приходять до висновку, що випромінювання радіоактивних речовин і космічні промені грають, може бути, визначальну роль у природної еволюції життєвих форм 3.

Еволюція генів відбувається як у результаті придбання нових послідовностей, так і в результаті перерозподілу вже наявних. Нові послідовності можуть бути введені з допомогою векторів або з'являтися при мутирование існуючих генів. Виникнення нових послідовностей можливо також в результаті перебудов генетичного матеріалу. Такі перебудови можуть змінити і функції наявних генів шляхом створення для них нових умов регулювання.

«Традиційна» еволюція геному пов'язана з механізмами, які добре відомі протягом багатьох років. У прокаріотів за здійснення генетичних обмінів відповідальні позахромосомних елементи. Плазміди сприяють кон'югації бактерій, в той час як фаги здійснюють інфекційний процес. І ті й інші іноді переносять разом з автономним реплікону гени клітини-господаря. У еукаріотів в кожній генерації відбувається реципрокного рекомбінація між відповідними сайтами на гомологічних хромосомах; дуже рідко вона супроводжується дуплікацією або перебудовою локусів. Така реорганізація, по суті, являє собою побічний ефект звичайних механізмів, що включаються в генетичну рекомбінацію і (або) синтез ДНК (таких, як нерівний кросинговер або конверсія гена). Механізми, відповідальні за транслокації між негомологичностью хромосомами, залишаються невідомими. Потенційна можливість для зміни прокаріо-тичних і еукаріотичних геномів забезпечується здатністю певних послідовностей переміщатися з одного сайту на інший. Ці послідовності отримали назву транспозірующіхся елементів, або транспозонов.

10. Як поводяться макросистеми далеко від рівноваги? Поясніть поняття дисипативної структури за І. Пригожиним

Коли ми говоримо про поведінку складних дисипативних макросистем, існуючих далеко від рівноваги (а таких систем - більшість у нашому світі, і ми самі - суть вони) подчіняюшіхся законам термодинаміки - на прогноз майбутнього з'являються серйозні обмеження - другий початок з неминучістю обумовлює появу горизонту прогнозу - таке віддалення за параметром часу від початкових умов системи, з моменту якого всі наші прогнози будуть ворожінням на кавовій гущі як би не сповнена була наша інформація про початкових умовах.

Дисипативна структура, характеризується порушенням симетрії, множинними виборами і кореляціями в макроскопічних масштабах.

Для дисипативних систем можна ввести зручне фазовий простір. Воно включає в себе ансамбль наявних змінних і тому стає безкінечномірні простором у випадку безперервної середовища, де різні характеристики є просторово розподіленими величинами. Тому зручніше за все працювати з фазовим простором, коли воно містить дискретне число змінних, і особливо коли це число звичайно і, бажано, невелика 4.

На думку І. Пригожина синергетичний погляд на світ веде до революційних змін у нашому розумінні випадковості і необхідності, незворотності природних процесів, дозволяє дати принципово нове тлумачення ентропії і радикально змінює наше уявлення про час. Передмова до англійського видання книги «Порядок з хаосу» І. Пригожин публікує під заголовком «Новий діалог людини з природою».

Своє розуміння феномену самоорганізації І. Пригожин пов'язує з поняттям дисипативної структури - структури спонтанно виникає у відкритих нерівноважних системах. Класичними прикладами таких структур є такі явища, як освіта стільникової структури в підігрівається знизу рідини (т.зв. осередку Бенара), «хімічні годинник» (реакція Бєлоусова - Жаботинського), турбулентний рух і т.д.

У книзі І. Пригожина та І. Стенгерс «Порядок з хаосу» процес виникнення дисипативних структур пояснюється наступним чином. Поки система знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, її елементи (наприклад молекули газу) поводяться незалежно один від одного, як би в стані гіпнотичного сну, і автори роботи умовно називають їх генами. В силу цієї незалежності до утворення впорядкованих структур такі елементи нездатні. Але якщо ця система під впливом енергетичних взаємодій з навколишнім середовищем переходить в нерівноважний «порушену» стан, ситуація змінюється. Елементи такої системи «прокидаються від сну» і починають діяти узгоджено. Між ними виникають кореляції, когерентне взаємодію. У результаті і виникає те, що Пригожин називає дисипативної структурою. Після свого виникнення така структура не втрачає резонансного збудження, яке її і породжує, і одним з найдивовижніших властивостей такої структури є її підвищена «чутливість» до зовнішніх впливів. Зміни в зовнішньому середовищі виявляються чинником генерації і фактором відбору різних структурних конфігурацій. Матеріальна система такого типу включається в процес структурогенеза або самоорганізації. Якщо передбачається, що саме неравновесность є природним станом усіх процесів дійсності, то природним виявляється і прагнення до самоорганізації як іманентна властивість нерівноважних процесів. Схематичне опис виникнення дисипативних структур і пов'язаного з ними процесу структурогенеза пояснює і назва дисципліни. Термін «синергетика» утворений від грецького «Синергія», яке означає сприяння, співробітництво. Саме «спільна дія» або когерентне поведінку елементів дисипативних структур і є тим феноменом, який характеризує процеси самоорганізації 5.

Список літератури

  1. Блюменфельд Л.А. Інформація, термодинаміка і конструкція біологічних систем / / Соросівський Освітній Журнал. 2001. № 6.

  2. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства. Новосибірськ: ТОВ «Видавництво ЮКЕА», 2001.

  3. Чижевський О.Л., Шишина Ю.Г. У ритмі сонячних бур. М.: Наука, 1969.

  4. Шебалін О.Д. Фізичні основи механіки й акустики. М.: Вища школа, 2005.

  5. Ейген М., Вінклер Р. Гра життя. М.: Наука, 1979.

1 Шебалін О.Д. Фізичні основи механіки й акустики. М.: Вища школа, 1981. С. 111.

2 Блюменфельд Л.А. Інформація, термодинаміка і конструкція біологічних систем / / Соросівський Освітній Журнал. 2001. № 6. С. 12.

3 Чижевський О.Л., Шишина Ю.Г. У ритмі сонячних бур. М.: Наука, 1969. С. 29.

4 Ейген М., Вінклер Р. Гра життя. М.: Наука, 1979. С.121-130.

5 Блюменфельд Л.А. Інформація, термодинаміка і конструкція біологічних систем / / Соросівський Освітній Журнал. 2001. № 6. С. 122.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Контрольна робота
129.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Сон є закон природи якого не знаємо ми і який кричить у нас за романом Ф М Достоєвського Злочин
Достоєвський ф. м. - Як автор ставиться до Раскольнікова є один закон закон моральний.
Друге початок закон термодинаміки Концепція ентропії і закон її зростання
Закон заперечення заперечення і Закон переходу кількісних змін у якісні
Закон вічності
Закон інерції
Закон тотожності
Закон Ома
Кримінальний закон 2
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru