Лекции по Концепциям Современного Естествознания (КСЕ)
Непрерывность материи и её дискретные свойства неразделимы.
Существует закон сохранения, связанный со свойствами пространства и времени. Декарт сказал, то пространство изотропно и однородно. Однородность пространства объясняется параллельным переносом тел.
Принцип инвариантности (неизменности). Связан со сдвигом в пространстве и времени – неизменность преобразования материального объекта в пространстве.
Движение материальных тел в пространстве связано с законами симметрии.
Симметрия всегда проявляется при изменении расположения тел в пространстве.
Г. Вейль в начале XX века: Симметричным называется предмет, который можно изменить в пространстве так, чтобы получить то, с чего начинали.
Симметрия проявляется в кристаллах, раковинах моллюсков, листьях растений.
Плоскость симметрии:
Зеркальная (хиральная) симметрия (рука, лапа, изомеры, глюкоза, молочная кислота). Самое древнее изображение симметрии – орнамент, например, мозаичные структуры встреч у крокодила, черепахи.
Симметрия – эстетический принцип, когда дублируется рисунок. Очень большое значение она имеет для архитектуры.
На востоке симметрия особо почиталась. Западное искусство всегда отступало от симметрии.
Симметрия создает в системе устойчивость. Симметричная система всегда сопротивляется введению динамичных элементов, следовательно, она является тормозом для эволюции. Ход эволюции материальных систем – это единство и борьба противоположностей (симметричности и асимметричности).
У живых организмов сохраняются наследственные признаки симметрии. Из однородности пространства следует закон сохранения импульса.
Импульс замкнутой материальной системы сохраняется, то есть, не изменяется с течением времени при параллельном переносе системы в пространстве. Если система открытая, то импульс сохраняется и для них, если геометрическая сумма всех сил, действующих на систему, равна нулю. Закону сохранения импульса подчиняется движение планет, галактик в мегамире; соблюдается для всех объектов макро- и мегамира. Это фундаментальный закон природы.
Другое свойство пространства – это Изотропность. Из него следует тоже фундаментальный закон – закон сохранения момента импульса.
L=mvr
Момент импульса замкнутой системы сохраняется, то есть, не изменяется с течением времени. Для открытых – аналогично, если сумма всех сил, воздействующих на систему, равна нулю. Закону сохранения момента импульса подчиняются:
· В мегамире – вращение всех материальных объектов (планет, звезд, звездных систем, галактик)
· В макромире – вращение тел
· В микромире – вращение всех частиц
В пространстве существует однородность времени – это инвариантность физической величины материальной системы отсчета относительно выбора начала отсчета. Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии.
В системе, в которой между телами действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, то есть, не зависит от времени. Если совершенная в системе работа не зависит от пути перехода тела из одного состояния в другое, то в системе действуют консервативные силы.
Реальных систем таких не существует. В такой системе происходит только взаимопревращение потенциальной и кинетической энергии, других превращений нет. При этом полная механическая энергия сохраняется.
Если система открытая, то в ней действуют диссипативные силы и полная механическая энергия не сохраняется, часть энергии переходит в излучение, тепло и т.п.
Вне зависимости оттого, действуют ли в системе диссипативные или консервативные силы, в любом случае энергия сохраняется, только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения энергии (ЗСЭ) является фундаментальным законом природы.
Э. Нуттер в 20-е гг. XX века установил связь между законами сохранения и свойствами природы и времени. В то же время А.А. Фридман разработал на основании симметрии пространства и времени теорию возникновения Вселенной.
Законы сохранения связаны с математической теорией групп, применяемой в квантовой механике, которая и постулировала дискретность времени и пространства.
Волновая концепция в естествознании.
Волны звука, на воде, механические колебания, колебания струны, колебания в земной коре, электромагнитные волны.
Основные свойства волн:
- Все волны обладают конечной скоростью. Скорость распространения волн зависит от среды.
- Скорость света в вакууме – 300000 км/с
- Звук при 0°С, Р=1 атм – 330 м/с
- Все виды волн обладают импульсом.
- Движение волн подчиняется принципу суперпозиции.
- Все волны переносят энергию.
Любая колеблющаяся система, независимо от её физической природы, называется осциллятор.
· Существуют колебания с постоянной амплитудой – незатухающие.
· С точки зрения кинематики бывают периодические и непериодические колебания.
· По способу возбуждения бывают собственные и вынужденные.
· По направлению распространения – продольные и поперечные.
Продольные – сжатие и растяжение пружины, забивание гвоздя, распространение звука, кроме распространения в твердых телах. Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания от 16 до 20000 Гц.
Поперечные волны – частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Например, колебание струны, в твердых телах даже звук распространяется поперечно (все волны в твердых телах поперечны), электромагнитные волны.
В природе встречаются плоские и трехмерные волны. Звуковые волны являются трехмерными, электромагнитные – плоскими.
06 лекция
Когда плоская волна попадает на препятствие, она преломляется – это явление дифракции.
Ф Гримальди (1665) впервые описал дифракцию.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25