Авторы:
ученица 9 класса «А»,
Афанасьева Ирина,
ученица 9 класса «А»,
Татаринцева Анастасия
ученик 11 класса «А»,
Таразанов Артемий;
Научные руководители:
учитель информатики и ИКТ,
Абродин Александр Владимирович
учитель физики,
Шамрина Наталья Максимовна
Микро-, макро- и мега - миры. 4
Микромир. 5
Макромир. 6
Мегамир. 8
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. 10
Проблема взаимодействия мега-, макро- и микромира. 10
Большое и малое. 12
Большое и малое в других науках. 14
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 18
Метапредметное учебное занятие "Большое и малое» с использованием интерактивной доски. 18
Заключение 20
Список литературы 21
Приложение 1. 22
Приложение 2. 23
Приложение 3. 25
Введение.
Блез Паскаль
Область исследования.
Вселенная - вечная загадка. Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. Естественные науки, начав изучение материального мира, с наиболее простых материальных объектов, переходят к изучению сложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.
Объект исследования . В середине XX века американский астроном Харлоу Шепли предложил интересную пропорцию:
Здесь человек является как бы средним геометрическим между звёздами и атомами. Мы решили рассмотреть этот вопрос с точки зрения физики.
Предмет исследования . В науке выделяют три уровня строения материи: микромир, макромир и мегамир. Определенные их значения и взаимоотношения между ними, по существу, обеспечивают структурную устойчивость нашей Вселенной.
Поэтому проблема, казалось бы, абстрактных мировых констант имеет глобальное мировоззренческое значение. В этом заключается актуальность нашей работы.
Цель проекта : исследовать микро-, макро- и мега миры, найти их особенности и связь.
Задачи проекта формировались следующим образом:
изучить и проанализировать теоретический материал;
исследовать законы, которым подчиняются большие и малые объекты в физике;
проследить связь большого и малого в других науках;
написать программу «Большое и малое» для метапредметного учебного занятия ;
собрать коллекцию фотографий, в которых прослеживается симметрия микро-, макро-, и мегамиров;
составить буклет «Микро-, макро- и мега- миры».
В начале исследования нами была выдвинута гипотеза , что в природе есть симметрия.
Основными методами проекта стала работа с научно-популярной литературой, сравнительный анализ полученной информации, отбор и обобщение информации, популяризация знаний по данной теме.
Экспериментальное оборудование : интерактивная доска.
Работа состоит из введения, теоретической и практической частей, заключения, списка литературы и трех приложений. Объём проектной работы – 20 страниц (без приложений).
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Наука начинается там, где начинают измерять.Д.И. Менделеев
Микро-, макро- и мега - миры.
Перед началом исследования мы решили изучить теоретический материал, чтобы определить особенности микро, макро и мега миров. Понятно, что границы микро - и макромира подвижны, и не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты, построены из микрообъектов и в основе макро- и мега - явлений лежат микроявления. В классической физике не было объективного критерия отличия макро - от микрообъекта. Это отличие ввел в 1897 году немецкий физик-теоретик, М. Планк: если для рассматриваемого объекта минимальным воздействием на него можно пренебречь, то это макрообъекты, если нельзя – это микрообъекты. В основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. С точки зрения науки важным принципом разделения материального мира на уровни является структура деления по пространственным признакам – размерам. В науку вошли деление по размерам и масштабы большого и малого. Наблюдаемый диапазон размеров и расстояний делят на три части, каждая часть представляет обособленный мир объектов и процессов. Понятия мега-, макро- и микромир на данном этапе развития естествознания являются относительными и удобными для понимания окружающего мира. Эти понятия со временем, вероятно, могут видоизменяться, т.к. они еще мало изучены. Наиболее замечательной характеристикой законов природы является то, что они подчиняются математическим закономерностям с высокой точностью. Чем глубже мы понимаем законы природы, тем сильнее чувствуем, что физический мир как-то исчезает, и мы остаемся лицом к лицу с чистой математикой, т. е. имеем дело лишь с миром математических правил.Микромир.
Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 8 до 10 16 см, а время жизни - от бесконечности до 10 24 с.
История исследований . Древнегреческим философом Демокритом в античности была выдвинута Атомистическая гипотеза строения материи. Благодаря трудам английского учёного Дж. Дальтона стали изучаться физико-химические свойства атома. В XIX в. Д. И. Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. В физику представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в конце XIX в., когда французским физиком А. А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось в самопроизвольном превращении атомов одних элементов в атомы других элементов. В 1895 г. Дж. Томсон открыл электрон. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Существовало несколько моделей строения атома.
Далее были выявлены специфические качества микрообъектов, выражающиеся в наличии у них как корпускулярных (частицы), так и световых (волны) свойств. Элементарные частицы – простейшие объекты микромира, взаимодействующие как единое целое. Основные характеристики элементарных частиц: масса, заряд, среднее время жизни, квантовые числа.
Стремительно возрастает количество открытых элементарных частиц. К концу ХХ века физика приблизилась к созданию стройной теоретической системы, объясняющей свойства элементарных частиц. Предложены принципы, позволяющие дать теоретический анализ многообразия частиц, их взаимопревращений, построить единую теорию всех видов взаимодействий.
Макромир.
Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.История исследований . В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный, охватывает период от античности до XVI-XVII вв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Со становления классической механики начинается научный этап изучения природы. Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира - механической. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы - научно-теоретического. И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц. Атомы прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса. Существенной характеристикой ньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. Итогом такой картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий.
Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физика достигла огромных успехов. Однако были две области - оптических и электромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рамках механистической картины мира.
Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадея и теоретические работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. Явление электромагнетизма открыл датский естествоиспытатель X. К. Эрстед, который впервые заметил магнитное действие электрических токов. Продолжая исследования в этом направлении, М. Фарадей обнаружил, что временное изменение в магнитных полях создает электрический ток. М. Фарадей пришел к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны образуют единую область. Его работы стали исходным пунктом исследований Дж. К. Максвелла, заслуга которого состоит в математической разработке идей М. Фарадея о магнетизме и электричестве. Максвелл «перевел» модель силовых линий Фарадея в математическую формулу. Понятие «поле сил» первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж. К. Максвелл придал ему физический смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность.
После экспериментов Г. Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательной математической конструкции, а как объективно существующей физической реальности. В результате же последующих революционных открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетий оказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.
Мегамир.
Мегамир (планеты, звезды, галактика) - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.
Все существующие галактики входят в систему самого высокого порядка - Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15- 20 млрд. световых лет.
История исследований. Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами. Время существования Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.
В 1929 году американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, - система галактик расширяется. Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 1096 г/см3.
Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет. Американский физик Г.А. Гамов предположил, что температура вещества была велика и падала с расширением Вселенной. Его расчеты показали, что Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходе которых происходит образование химических элементов и структур. В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры”:
Эра адронов. Тяжелые частицы, вступающие в сильные взаимодействия;
Эра лептонов. Легкие частицы, вступающие в электромагнитное взаимодействие;
Фотонная эра. Продолжительность 1млн. лет. Основная доля массы - энергии Вселенной - приходится на фотоны;
Звездная эра. Наступает через 1млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.
Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.
В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Идея творения имеет очень сложное обоснование и связана с квантовой космологией. В этой модели описывается эволюция Вселенной, начиная с момента 10 45 с после начала расширения. В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов.
Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10 30 с, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании. Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.
Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Проблема взаимодействия мега-, макро- и микромира .
Живой предмет желая изучить,
Чтоб ясное о нем понятье получить,
Ученый прежде душу изгоняет,
Затем предмет на части расчленяет
И видит их, да жаль: духовная их связь
Тем временем исчезла, унеслась!
Гете
Прежде чем перейти к дальнейшему рассмотрению, нам следует оценить временные и пространственные масштабы Вселенной и как-то связать их с местом и ролью человека в общей картине мира. Попробуем объединить масштабы некоторых известных объектов и процессов в единую диаграмму (рис. 1), где слева представлены характерные времена, а справа - характерные размеры. В нижнем левом углу рисунка указан минимальный масштаб времени, имеющий какой-то физический смысл. Этот интервал времени, равный 10
43
с, называется планковским временем («хрононом»). Он намного короче продолжительности всех известных нам процессов, включая очень краткие процессы физики элементарных частиц (например, время существования самых короткоживущих частиц-резонансов составляет около 10
23
с). Выше по диаграмме указана длительность некоторых известных процессов, вплоть до возраста Вселенной.
Размеры физических объектов на рисунке изменяются от 10 15 м (характерный размер элементарных частиц) до 10 27 м (радиус наблюдаемой Вселенной, приблизительно соответствующий ее возрасту, умноженному на скорость света). Интересно оценить положение, которое на диаграмме занимаем мы, люди. На шкале размеров мы находимся где-то в середине, будучи чрезвычайно крупными по отношению к длине Планка (и превышая на много порядков размеры элементарных частиц), но очень маленькими в масштабах всей Вселенной. С другой стороны, на временной шкале процессов длительность человеческой жизни выглядит совсем неплохо, и ее можно сопоставлять с возрастом Вселенной! Люди (и в особенности поэты) любят жаловаться на эфемерность человеческого существования, однако наше место на временной шкале вовсе не является жалким или ничтожным. Разумеется, нам следует помнить, что все сказанное относится к «логарифмической шкале», однако ее использование представляется совершенно оправданным при рассмотрении столь гигантских диапазонов значений. Говоря другими словами, число человеческих жизней, укладывающихся в возрасте Вселенной, намного меньше, чем число времен Планка (или даже времен жизни элементарных частиц), укладывающихся в продолжительность жизни человека. В сущности, мы являемся довольно стабильными структурами Вселенной. Что же касается пространственных масштабов, то мы действительно находимся где-то в середине шкалы, вследствие чего нам не дано воспринимать в непосредственных ощущениях не очень большие, не очень малые объекты окружающего нас физического мира.
Из протонов и нейтронов образуются ядра атомов. Атомы объединяются в молекулы. Если двигаться дальше по шкале размеров тел, то далее следует обычные макротела, планеты и их системы, звезды скопления галактик и метагалактик, то есть можно представить переход от микро-, макро- и мега - как в размерах, так и моделях физических процессов.
Большое и малое.
Быть может, эти электроны -
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом -
Вселенная, где сто планет.
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Валерий Брюсов
Основная причина, по которой мы разделил физические законы на части, относящиеся к «большому» и «малому», заключается в том, что общие закономерности физических процессов в очень большом и очень малом масштабах представляются весьма различными. Ничто не волнует человека так постоянно и глубоко, как тайны времени и пространства. Цель и смысл познания – понять скрытые механизмы природы и наше место во Вселенной.
Американский астроном Шепли предложил интересную пропорцию:
х в этой пропорции – человек, который является как бы средним геометрическим между звёздами и атомами.
По обе стороны от нас неисчерпаемая бесконечность. Мы не можем познать эволюцию звёзд, не изучая атомное ядро. Нам не может быть ясна роль элементарных частиц во Вселенной без знания эволюции звёзд. Мы стоим как бы на перекрёстке дорог, уходящих в бесконечность. На одной дороге время соизмеримо с возрастом Вселенной, на другой оно измеряется исчезающее малыми промежутками. Но нигде не соизмеримо оно с масштабом человеческой жизни. Человек стремится объяснить Вселенную во всех её подробностях, в пределах познаваемого, приемами и способами, посредством наблюдения, опыта и математического вычисления. Нам необходимы такие понятия и методы исследования, с помощью которых могут быть установлены научные факты. А для установления научных фактов в физике вводится объективная количественная характеристика свойств тел и природных процессов, независящая от субъективных ощущений человека. Введение таких понятий является процессом создания особого языка – языка науки физики. Основу языка физики составляют понятия, называемые физическими величинами. А любая физическая величина должна быть измерена, так как без измерений физических величин нет и физики.
И так, давайте попробуем разобраться, что же такое физическая величина. Физическая величина – физическое свойство материального объекта, физического явления, процесса, которое может быть охарактеризовано количественно. Значение физической величины - число, вектор, характеризующие эту физическую величину, с указанием единицы измерения, на основе которой эти числа или вектор были определены. Размер физической величины - числа, фигурирующие в значении физической величины. Измерить физическую величину – значит сравнить ее с другой величиной, условно принятой за единицу измерения. Русское слово «величина» имеет несколько иной смысл, чем английское слово “quantity“. В Словаре Ожегова (1990) слово “величина“ трактуется как “размер, объем, протяженность предмета“. Согласно интернетовскому словарю слово “величина“ переводится на английский язык в физике 11-ю словами, из которых наиболее подходят по смыслу 4 слова: quantity (физическое явление, свойство), value (значение), amount (количество), size (размер, объём).
Разберемся подробнее в этих определениях. Возьмем, например, такое свойство, как длина. Она действительно применяется для характеристики многих объектов. В механике – это длина пути, в электричестве – длина проводника, в гидравлике – длина трубы, в теплотехнике – толщина стенки радиатора и т.д. Но значение длины у каждого из перечисленных объектов различно. Длина автомобиля равна нескольким метрам, длина рельсового пути или – многим километрам, а толщину стенки радиатора проще оценивать в миллиметрах. Так что это свойство действительно индивидуально для каждого объекта, хотя природа длины во всех перечисленных примерах одна и та же.
Большое и малое в других науках.
В одном мгновенье видеть вечность,
Огромный мир - в зерне песка,
В единой горсти - бесконечность
И небо - в чашечке цветка.
У. Блейк
Литература.
Малое и большое употребляются в качественном значении: маленький или большой рост, маленькая или большая семья, родня. Малое обычно противопоставляется большому (принцип антитезы). Литература: малый жанр (новелла, рассказ, сказка, басня, эссе, очерк)
Существует множество пословиц и поговорок, использующих противопоставление или сравнение малого с большим. Вспомним некоторые из них:
О малых результатах при больших затратах:
Из большой тучи, да малая капля.
Стрелять из пушек по воробьям.
Это ему - как слону дробина (иголка).
Капля в море.
Иголка в стоге сена.
Ложка дёгтя испортит бочку мёда.
Мышь копной не задавишь.
Малая оплошность доводит до большой беды.
Малая течь может погубить большой корабль.
Из малой искры большой пожар разгорается.
От копеечной свечи Москва сгорела.
К апля камень долбит (точит) .
Биология.
«Существо человека содержит все, что есть на небе и на земле, существа высшие и существа низшие».
Каббала
За время существования человечества было предложено множество моделей устройства Вселенной. Существуют различные гипотезы, и каждая из них имеет как своих сторонников, так и противников. В современном мире отсутствует единая, общепризнанная и понятная модель Мироздания. В древнем мире, в отличие от нашего, существовала единая модель окружающего мира. Вселенная представлялась нашим предкам в виде огромного человеческого Тела. Попытаемся понять логику, которой придерживались наши «первобытные» предки:
Тело состоит из органов
Органы – из клеток
Клетки – из органоидов
Органоиды – из молекул
Молекулы – из атомов
Атомы – из элементарных частиц. (Рис. 2).
Различия, конечно есть – их не может не быть. Эти объекты находятся абсолютно в разных условиях. Ученые бьются над созданием Единой теории, но никак не могут соединить в Единое целое Макро и микромиры.
Можно предположит, что если Солнечная система - Атом, тогда наша Галактика – Молекула. Сравните рисунки 5 и 6. Только не пытайтесь отыскать полной схожести этих объектов. В мире нет даже двух одинаковых снежинок. Каждый атом, молекула, органоид, клетка, орган и человек имеет свои индивидуальные особенности. Все процессы, происходящие на уровне молекул органических веществ нашего организма, аналогичны процессам, происходящим на уровне галактик. Различие лишь в размерах этих объектов и в масштабе времени. На уровне галактик все процессы происходят гораздо медленнее.
Следующей «деталью» в этой «конструкции» должен быть Органоид. Что представляют собой органоиды? Это различные по строению, размерам и функциям образования, находящиеся внутри клетки. Состоят они из нескольких десятков или сотен разнообразных молекул. Если органоид в нашей клетке аналогичен Органоиду в макромире, тогда нам следует искать в Космосе скопления различных галактик. Такие скопления действительно имеются, и астрономы называют их группами или семействами галактик. Наша галактика, Млечный путь, входит в Местное семейство галактик, которое включает в себя две подгруппы:
1. Подгруппу Млечного пути (справа)
2. Подгруппу Туманности Андромеды (слева) (Рис. 8).
Не стоит обращать внимание на некоторое несоответствие в пространственном расположении молекул рибосомы (Рис. 8) и галактик в Местной группе (Рис. 9). Молекулы, как и галактики, постоянно перемещаются в определенном объеме. Рибосома является органоидом без оболочки (мембраны), поэтому мы не видим в окружающем нас космическом пространстве «плотной» стены галактик. Впрочем, мы не видим и оболочек Космических Клеток.
Процессы, происходящие в наших органоидах, аналогичны процессам, происходящим в группах и семействах галактик. Но в Космосе они совершаются гораздо медленнее, чем у нас. То, что воспринимается в космосе как Секунда - для нас тянется почти десять наших лет!
Следующим объектом поисков была Космическая Клетка. В нашем теле имеется множество различных по размерам, строению и функциям клеток. Но почти все они имеют нечто общее в своей организации. Они состоят из ядра, цитоплазмы, органоидов и мембраны. Аналогичные образования имеются и в Космосе.
Скоплений галактик, похожих на наше, а также других по форме и размеру – великое множество. Но все они группируются вокруг еще более грандиозного скопления галактик с центром в Созвездии Девы. Именно там находится Ядро Космической Клетки. Астрономы, подобные объединения галактик, называют Сверхскоплениями. На сегодня открыто более пятидесяти таких Сверхскоплений галактик, являющихся такими Клетками. Они располагаются вокруг нашего Сверхскопления галактик - равномерно во все стороны.
За пределы этих соседних Сверхскоплений галактик современные телескопы пока не проникают. Но, используя широко применяемый в древности Закон Аналогии, можно предположить, что все эти Сверхскопления галактик (Клетки) составляют какой-то Орган, а совокупность Органов составляет само Тело.
Именно поэтому многие учёные выдвигают гипотезы, что Вселенная является не только подобием тела человека, но и каждый человек является подобием целой Вселенной.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Научно-техническое творчество молодёжи –
Путь к обществу, основанному на знаниях.
Школьник понимает физический опыт
только тогда хорошо, когда он его делает сам.
Но еще лучше он понимает его, если сам делает
прибор для эксперимента.
П.Л.Капица
Метапредметное учебное занятие "Большое и малое» с использованием интерактивной доски.
Скажи мне – и я забуду.Покажи мне – и я запомню.
Дай мне действовать самому – и я научусь.
Китайская народная мудрость
Часто низкая успеваемость объясняется невнимательностью, причина которой – в незаинтересованности ученика. Используя
интерактивную доску,
у учителей появляется возможность привлечь и успешно использовать внимание класса. Когда на доске появляется текст или изображение, то у ученика стимулируется одновременно несколько видов памяти. Мы можем максимально эффективно организовать постоянную работу учащегося в электронном виде. Это значительно экономит время, стимулирует развитие мыслительной и творческой активности, включает в работу всех учащихся, находящихся в классе.
Интерфейс программы очень прост, поэтому разобраться в ней не составит никакого труда.
Программа состоит из двух частей: вспомогательного материала и сборника заданий для учеников.
В разделе программы
«Вспомогательные материалы»
сможете найти таблицы величин; весы, которые смогут помочь детям разобраться с темой «показатель степени»; снимки и схемы физических тел, похожих по форме, но сильно отличающихся друг от друга по размерам.
В сборнике заданий Вы сможете проверить учащихся на знание темы «Большое и малое». Здесь присутствуют 3 вида заданий: составление таблицы (перемещение строк в ячейки); вопросы, связанные и массами тел (в каком положении установятся весы), упорядочивание величин. Программа может сама проверить правильность выполнения заданий и выдать соответствующее сообщение на экран.
Заключение
Как мир меняется! И как я сам меняюсь!Лишь именем одним я называюсь.
На самом деле то, что именуют мной, -
Не я один. Нас много. Я - живой...
Звено в звено и форма в форму...
Н. Заболоцкий
Результаты, полученные в ходе выполнения работы , показали, что господство симметрии в природе, прежде всего, объясняется силой тяготения, действующей во всей Вселенной. Действием тяготения или отсутствием такового объясняется то, что и Космические тела, плывущие во Вселенной, и Микроорганизмы, взвешенные в воде, обладают высшей Формой симметрии - сферической (при любом повороте относительно центра фигура совпадает сама с собой). Все организмы, растущие в прикрепленном состоянии или живущие на дне океана, т. е. организмы, для которых направление силы тяжести является решающим, имеют ось симметрии (множество всевозможных поворотов вокруг центра сужается до множества всех поворотов вокруг вертикальной оси). Более того, поскольку эта сила действует повсюду во Вселенной, то и предполагаемые космические пришельцы не могут быть безудержно чудовищами, как их порой изображают, а обязательно должны быть симметричными.
Практической частью нашей работы стала программа «Большое и малое» для метапредметного учебного занятия с использованием интерактивной доски . Используя интерактивную доску, мы можем максимально эффективно организовать постоянную работу учащегося в электронном виде. Это значительно экономит время, стимулирует развитие мыслительной и творческой активности, включает в работу всех учащихся, находящихся в классе.
Работа содержит три приложения : 1) Программу для метапредметного учебного занятия по физике с использованием интерактивной доски; 2) Буклет «Учебное занятия по физике «Большое и малое»; 3) Буклет с уникальными фотографиями «Микро-, макро- и мега- миры» .
Список литературы
Ващекин Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепции современного естествознания», М.: МГУК,2000.
Горелов А.А. «Концепции современного естествознания », М.: Высшее образование, 2006.
Козлов Ф.В. Справочник по радиационной безопасности.- М.: Энергоатом – издат., 1991.
Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995.
Поннамперума С. «Происхождение жизни», М., Мир, 1999 г.
Сивинцев Ю.В. Радиация и человек. - М.: Знание, 1987.
Хотунцев Ю.М. Экология и экологическая безопасность. - М.: АСADEMA, 2002.
Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр,1998.
Горбачев В.В. Концепции современного естествознания: Учеб. пособ. для студентов вузов. – М., 2005. – 672 с.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания - М.: 1997.
Квасова И.И. Учебное пособие по курсу "Введение в философию".М., 1990.
Лавриенко В.Н. Концепции современного естествознания - М.: ЮНИТИ.
Л. Ш и ф ф, Сб. "Новейшие проблемы гравитации", М., 1961.
Я. Б. Зельдович, Вопр. космогонии, т. IX, М., 1963.
Б. Понтекорво, Я. Смородинский, ЖЭТФ, 41, 239, 1961.
Б. Понтекорво, Вопр. космогонии, т. IX, М., 1963.
В. Паули, Сб. "Нильс Бор и развитие физики", М., 1958.
Р. Иост. Сб. "Теоретическая физика 20 века", М., 1962.
Р. Маршак, Э. Судершан, Введение в физику элементарных частиц, М. 1962
Е. Горшунова, А. Таразанов, И. Афанасьева «Большое космическое путешествие», 2011
Приложение 1.
Рабочий лист к метапредметному занятию по теме «Большое и малое»
с использованием интерактивной доски
Не огромность мира звёзд вызывает восхищение,
а человек, который измерил его.
Блез Паскаль
Физическая величина - _____________________________________________________
_________________________________________________________________________
Измерить физическую величину - ____________________________________________
__________________________________________________________________________
Приложение 2.
|
м |
расстояние |
|
10 27 |
границы Вселенной |
|
10 24 |
ближайшая Галактика |
|
10 18 |
ближайшая звезда |
|
10 13 |
расстояние Земля - Солнце |
|
10 9 |
расстояние Земля - Луна |
|
1 |
рост человека |
|
10 -3 |
крупинка соли |
|
10 -10 |
радиус атома водорода |
|
10 -15 |
радиус атомного ядра |
Диапазон временных интервалов во Вселенной
|
с |
время |
|
10 18 |
возраст Вселенной |
|
10 12 |
возраст египетских пирамид |
|
10 9 |
среднее время жизни человека |
|
10 7 |
один год |
|
10 3 |
свет идёт от Солнца до Земли |
|
1 |
интервал между двумя ударами сердца |
|
10 -6 |
период колебаний радиоволн |
|
10 -15 |
период колебаний атома |
|
10 -24 |
свет проходит расстояние, равное размеру атомного ядра |
Диапазон масс во Вселенной
|
кг |
масса |
|
10 50 |
Вселенная |
|
10 30 |
Солнце |
|
10 25 |
Земля |
|
10 7 |
океанский корабль |
|
10 2 |
человек |
|
10 -13 |
капелька масла |
|
10 -23 |
атом урана |
|
10 -26 |
протон |
|
10 -30 |
электрон |
Рис. 1. Характерное время и размеры некоторых объектов и процессов Вселенной.
Приложение 3.
. Человек. . Органы. . Клетки. . . . Органоиды. Молекулы. . Атом. . . Частицы атома
Рис 2. Строение тела человека
Как говорится - «найдите различия». Дело даже не во внешнем сходстве этих объектов, хотя оно и «на лицо». Раньше мы электроны сравнивали с планетами, а надо было с кометами.
Рис 7. Строение Вселенной.
 |
 |
|
Рис. 12 Нервная ткань |
Рис. 13 Ранняя Солнечная Система |
 |
 |
|
Рис. 14 Фотографии Вселенной с телескопа Hubble |
Рис. 15 Этапы развития клетки простейших |
 |
 |
 |
|
Рис. 16 Схематичное изображение клетки |
Рис. 17 Строение Земли |
Рис.18 Земля |
Приложение 4.
Метапредметное учебное занятие по физике
Неделя физики и химии
Неделя физики и химии
Метапредметное учебное занятие по физике, 8Б
Метапредметное учебное занятие по физике
ФОТООТЧЁТ
ФОТООТЧЁТ
НТТМ ЗАО 2012
Всероссийский Фестиваль науки 2011
Стенд «Микро-, макро- и мега- миры»
«Большое космическое путешествие"
Стенд «Большое космическое путешествие»
Наши буклеты.
Макромир - это часть реальной объективности мира, в котором существует человек. Оглянитесь вокруг, макромир - это все, что вы видите, и все, что окружает вас. В нашей части объективной реальности существуют как объекты, так и целые системы. Они включают также живые, неживые и искусственные объекты.
Существует еще одно, очень интересное, определение макромира.
Макромир - это мир, который существовал до появления науки квантовая физика. В макромире объекты и предметы исследовали старыми методами физики, которые не давали полного представления о том или ином предмете. материальный макромир космологический вселенная
Например, сапог - считали предметом, который сделан из кожи и сшит нитками. Ученые не знали, что кожа состоит из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов, которые опять же состоят из множества частиц. Такой сапог - предмет из макромира. Однако такое определение используют только ученые физики.
Объекты макромира - макрообъекты, образуют сложные системы, функционирование которых зависит от множества входящих в них элементов. Так, например, закон сохранения энергии не работает в квантовой физике. В целом же, физика макромира это совокупность тех физических законов, согласно которым происходят те или иные явления, создаются машины и механизмы.
Но макромир не может существовать вне мегамира и микромира. Человечество живет на планете Земля, которая является одной из планет Солнечной системы, относящейся к бесконечно огромному космосу.
Частицами, связывающими микро- и макроуровни материи, считают молекулы. Они, состоящие из атомов, построены аналогично, но объем, занимаемый здесь электронными орбиталями, несколько больше, и молекулярные орбитали ориентированы в пространстве. В результате каждая молекула имеет определенную форму. Для сложных молекул, особенно органических, форма имеет решающее значение. Состав, пространственное строение молекул определяют свойства вещества. Виды связей ионов, структуру веществ и молекул, химические системы и химические реакции рассмотрим позже при изучении темы «Химические системы и процессы».
При определенных условиях однотипные атомы и молекулы могут собираться в огромные совокупности -- макроскопические тела (вещество). Вещество -- вид материи; то, из чего состоит весь окружающий мир. Вещества состоят из мельчайших частиц -- атомов, молекул, ионов, элементарных частиц, имеющих массу и находящихся в постоянном движении и взаимодействии. Существует огромное множество веществ, различных по составу и свойствам. Вещества делятся на простые, сложные, чистые, неорганические и органические. Свойства веществ можно объяснить и предсказать на основе их состава и строения.
Вещество простое состоит из частиц (атомов или молекул), образованных атомами одного химического элемента. Например, 0 2 (кислород), 0 3 (озон), S (сера), Ne (неон) -- простые вещества.
Вещество сложное состоит из частиц, образованных атомами различных химических элементов. Например, H 2 S0 4 (серная кислота); FeS (сульфид железа); СН 4 (метан) -- сложные вещества.
Вещество чистое -- вещество, состоящее из одинаковых частиц (молекул, атомов, ионов), обладающее определенными специфическими свойствами. Для очистки веществ от примесей используют различные методы: перекристаллизацию, дистилляцию, фильтрование.
Вещества неорганические -- это химические соединения, образуемые всеми химическими элементами (кроме соединений углерода, относящихся к органическим веществам). Неорганические вещества образуются на Земле и в космосе под воздействием природных физико-химических факторов. Известно около 300 тысяч неорганических соединений. Они образуют практически всю литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. В их состав могут входить атомы всех химических элементов, известных в настоящее время, в различных сочетаниях и количественных соотношениях. Кроме того, огромное количество неорганических веществ получают в научных лабораториях и на химических предприятиях искусственно. Все неорганические вещества делятся на группы со сходными свойствами (классы неорганических соединений).
Вещества органические -- это соединения углерода с некоторыми другими элементами: водородом, кислородом, азотом, серой. Из соединений углерода к органическим не относятся оксиды углерода, угольная кислота и ее соли, являющиеся неорганическими соединениями. Название "органические" эти соединения получили в связи с тем, что первые представители этой группы веществ были выделены из тканей организмов. Долгое время считалось, что подобные соединения нельзя синтезировать в пробирке, вне живого организма. Однако в первой половине XIX в. ученым удалось получить искусственно вещества, которые ранее извлекали только из тканей животных и растений или продуктов их жизнедеятельности: мочевину, жир и сахаристое вещество. Это послужило доказательством возможности искусственного получения органических веществ и началом новых наук -- органической химии и биохимии. Органические вещества обладают рядом свойств, отличающих их от неорганических веществ: они неустойчивы к действию высоких температур; реакции с их участием протекают медленно и требуют особых условий. К органическим соединениям относятся нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, гормоны, витамины и многие другие вещества, играющие основную роль в построении и жизнедеятельности растительных и животных организмов. Пища, топливо, многие лекарства, одежда -- все это состоит из органических веществ.
о Микромире, Микрокосме, об Атомах
Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 с.
Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.
Мегамир - это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.
МИКРОКОСМ (от микро... и космос) - человек как подобие, отражение, зеркало, символ Вселенной - макрокосма. Учение о микрокосме было распространено в древнегреческой философии (Платон, перипатетическая школа, стоицизм), философии Возрождения (Николай Кузанский, Дж. Бруно, Т. Кампанелла, Парацельс), оно присуще пантеистическим учениям И. В. Гете и немецкого романтизма. В философии Г. В. Лейбница - монада .
МОНАДА (от греч. monas - род. п. monados - единица, единое) - понятие, обозначающее в различных философских учениях основополагающие элементы бытия: число в пифагореизме; единое в неоплатонизме; единое начало бытия в пантеизме Дж. Бруно; психически активная субстанция в монадологии Г. В. Лейбница, воспринимающая и отражающая др. монаду и весь мир ("Монада - зеркало Вселенной").
МАКРОКОСМ(ОС) (от макро... и космос) - Вселенная, универсум, мир в целом, в отличие от микрокосм(ос)а (человека).
Микрургия (от микро... и греч. érgon - работа), микродиссекция (от лат. dissectio - рассечение) - совокупность методических приёмов и технических средств, позволяющих производить под микроскопом операции на очень мелких объектах - микроорганизмах, простейших, клетках многоклеточных организмов или внутриклеточных структурах (ядрах, хромосомах и др.). Микрургия включает в себя также микроизоляции, микроинъекции, микровивисекционные и микрохирургические вмешательства (например, операции на глазном яблоке). Большое развитие Микрургия получила в 20 в. в связи с усовершенствованием микроманипуляторов и специальных микроинструментов - игл, микроэлектродов и др.
Объект помещают в камеру, заполненную физиологическим раствором, вазелиновым маслом, сывороткой крови или другой средой. При помощи Микрургии возможно выделение отдельных клеток , в том числе микробных, разрезание их на части, удаление и пересадка ядер и ядрышек, разрушение отдельных участков и органоидов клетки, введение в клетку микроэлектродов и химических веществ, извлечение из неё органоидов. Микрургия позволяет изучать физико-химические свойства клетки, её физиологическое состояние, пределы реактивности. Особое значение Микрургия приобретает в связи с возможностью пересадки ядер соматических клеток в яйцевые и обратно. Так, Дж. Гёрдон (1963) перенёс ядро из эпителиальной клетки кишечника земноводного в яйцевую клетку того же вида. При Микрургии резко нарушаются строение и жизнедеятельность клетки, поэтому необходим строгий контроль физиологичности производимых операций.
Микро..., микр... (от греч. mikrós - малый, маленький):
1) составная часть сложных слов, указывающая (в противоположность макро...) на малые размеры или малую величину чего-либо (например, микроклимат, микролит, микроорганизмы).
2) Приставка для образования наименований дольных единиц, по размеру равных одной миллионной доле исходных единиц. Обозначения: русское мк, международное m. Пример: 1 мксек (микросекунда) = 10-6сек.
ТЕМА-41 . Определите понятия: мегамир, макромир, микромир, наномир. Связаны ли они? Определите понятия: мегамир, макромир, микромир, наномир. Связаны ли они? Мегамир – это планеты, звездные комплексы, галактики, мегагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние, в котором измеряется Светловыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.
Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах,минутах, часах, годах.
Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы – мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, пространсвенная размерность которых исчесляется от 10-8 до 10-16см, а время жизни – от бесконечности до 10 – 24 с.
Наномиир - это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.
Они тесно связаны между собой.
^ 2. Дайте определение вакуума.
Ва́куум (от лат. vacuum - пустота) - среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Также вакуумом называют состояние газа, для которого средняя длина пробега его молекул сравнима с размерами сосуда или больше этих размеров.
3. Что такое наномир? Что такое нанотехнология? Чем отличается наномир от нанотехнологий?
Нанотехнология – междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
ННаномиир - это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.
Нанотехнология относится именно к микромиру, хотя нанометры это 10 в -9 степени метра. А наномир – это микро-микромир. Структура наномира – это структура радиоэфира Фарадея-Максвелла.ЕЕ элементы имеют размер 10 в – 35 степени метра, т.е на 25 порядков мельче атома водорода.
4. Где используется вакуум?
4 . Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядерной физики - ускоритель заряженных частиц - немыслим без вакуума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонентов смесей, скоростей химических реакций.Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но с конца прошлого века и до сих пор наиболее важным его применением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум - в приемно-усилительных и генераторных лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов. Для работы полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в процессе его изготовления широко используется вакуумная технология. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме освобождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, кальций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллий, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование. Спекание в вакууме порошков тугоплавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является одним из основных технологических процессов порошковой металлургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики изготавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получены методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных установках. Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать неразъемные герметичные соединения материалов с сильно разли чающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачественное соединение материалов с однородными свойствами обеспечивает электронно-лучевая сварка в вакууме. В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износостойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирования деталей в автоматах и автоматических линиях.Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, аминопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, смазочных масел. В производстве красителей и удобрений применяются кристаллизационные вакуумные аппараты.В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и кабелей. Повышаются срок службы и надежность при работе в вакууме переключающих электрических аппаратов.Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интерференционные фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.В пищевой промышленности для длительного хранения и консервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осуществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и овощей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве сахара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяйстве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.На транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, лечебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, анатомических и бактериологических препаратов
^ 5. Определите и поясните понятие: ТЕХНОЛОГИЯ.
Технология - комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами.При этом:- под термином изделие следует понимать любой конечный продукт труда (материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т. п.);- под термином номинальное качество следует понимать качество прогнозируемое или заранее заданное, например, оговоренное техническим заданием и согласованное техническим предложением;- под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и пр. рисков.
6. Дайте определение физического вакуума.
Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. При этом такое состояние вовсе не обязательно соответствует пустоте: поле в низшем состоянии может быть, например, полем квазичастиц в твёрдом теле или даже в ядре атома, где плотность чрезвычайно высока. Физическим вакуумом называют также полностью лишённое вещества пространство, заполненное полем в таком состоянии. Такое состояние не является абсолютной пустотой . Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости , в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы : происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами. В теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии или другими физическими параметрами (в зависимости от применяемых гипотез и теорий). Вырождение вакуума при спонтанном нарушении симметрии приводит к существованию непрерывного спектра вакуумных состояний, отличающихся друг от друга числом голдстоуновских бозонов . Локальные минимумы энергии при разных значениях какого-либо поля, отличающиеся по энергии от глобального минимума, носят название ложных вакуумов ; такие состояния метастабильны и стремятся распасться с выделением энергии, перейдя в истинный вакуум или в один из нижележащих ложных вакуумов.Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (упомянутых выше ложных вакуумов ) является одной из главных основ инфляционной теории Большого взрыва .
7. Фуллере́н, бакибо́л или букибо́л - молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода (другие - алмаз, карбин и графит) и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.
Фуллери́т (англ. fullerite) - это молекулярный кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы фуллерена.
Кристаллы фуллерита C60
Крупнокристаллический порошок фуллерита C60 в растровом электронном микроскопе
При нормальных условиях (300 К) молекулы фуллерена образуют гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решётку. Период такой решётки составляет а = 1,417 нм, средний диаметр молекулы фуллерена С60 составляет 0,708 нм, расстояние между соседними молекулами С60 равно 1,002 нм.[источник не указан 258 дней] Плотность фуллерита составляет 1,7 г/см3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см3), и, тем более, алмаза (3,5 г/см3). Это связано с тем, что молекулы фуллерена, расположенные в узлах решётки фуллерита, полые.
Логично предположить, что вещество, состоящее из столь удивительных молекул, будет обладать необычными свойствами. Кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см3) и тем более алмаза (3,5 г/см3). Да это и понятно - ведь молекулы фуллеренов полые.
Фуллерит не отличается высокой химической активностью . Молекула C60 сохраняет стабильность в инертной атмосфере аргона вплоть до температур порядка 1200 К. Однако в присутствии кислорода уже при 500 К наблюдается значительное окисление с образованием CO и CO2 . Процесс, продолжающийся несколько часов, приводит к разрушению ГЦК-решетки фуллерита и образованию неупорядоченной структуры, в которой на исходную молекулу C60 приходится 12 атомов кислорода. При этом фуллерены полностью теряют свою форму. При комнатной температуре окисление происходит только при облучении фотонами с энергией 0,5 - 5 эВ. Вспомнив, что энергия фотонов видимого света находится в диапазоне 1,5 - 4 эВ, приходим к выводу: чистый фуллерит необходимо хранить в темноте.
Практический интерес к фуллеренам лежит в разных областях. С точки зрения электронных свойств, фуллерены и их производные в конденсированной фазе можно рассматривать как полупроводники n-типа (с шириной запрещенной зоны порядка 1,5 эВ в случае C60). Они хорошо поглощают излучение в УФ и видимой области. При этом сферическая сопряженная -система фуллеренов обуславливает их высокие электроноакцепторные способности (сродство к электрону C60 составляет 2,7 эВ, во многих высших фуллеренах оно превышает 3 эВ и может быть еще выше в некоторых производных). Все это обуславливает интерес к фуллеренам с точки зрения их применения в фотовольтаике, активно ведется синтез донорно-акцепторных систем на основе фуллеренов для применения в солнечных батареях (известны примеры с КПД 5,5%), фотосенсорах и других устройствах молекулярной электроники. Также широко исследуются, в частности, биомедицинские применения фуллеренов в качестве противомикробных и противовирусных средств, агентов для фотодинамической терапии и т.д.
8. Ва́куум (от лат. vacuum - пустота) - пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлениях значительно ниже атмосферного. На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.
9. Алмаз. Алма́з (от араб. ألماس, ’almās,которое идёт через арабск. из др.-греч. ἀδάμας - «несокрушимый») - минерал, кубическая аллотропная форма углерода. При нормальных условиях метастабилен т.е. может существовать неограниченно долго. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит
Решетка алмаза очень прочная: атомы углерода находятся в ней по узлам двух кубических решеток с центрированными гранями, очень плотно вставленных одна в другую.
Графит по составу тот же углерод, но структура кристаллической решетки у него не такая, как у алмаза. В графите атомы углерода расположены слоями, внутри которых соединение атомов углерода похоже на пчелиные соты. Эти слои связаны между собой гораздо слабее, чем атомы углерода в каждом слое. Поэтому графит легко расслаивается на чешуйки, и им можно писать. Применяется он для изготовления карандашей, а также в качестве сухой смазки, пригодной для деталей машин, работающих при высокой температуре.
Общеизвестно, что самый твердый в мире материал - алмаз. До настоящего времени так и было, но теперь ученые утверждают, что есть в природе вещество, более твердое, чем алмаз. Редкий минерал формируется во время извержений вулканов.
Редко встречающееся в природе соединение под названием лонсдейлит так же, как и алмаз, состоит из атомов углерода, будучи при этом на 58% более твердым минералом, чем алмаз.
Материал под названием вюрцит азотистого бора оказался тверже обычного алмаза на 18%, а лонсдейлита или гексагонального алмаза - на 58%.
Редкий минерал лонсдейлит формируется при падении на землю метеорита с содержанием графита, а вюрцит азотистого бора рождается во время извержений вулканов.
Если предположения ученых подтвердятся, то самым полезным материалом из трех может оказаться именно он, поскольку при высоких температурах вюрцит азотистого бора остается более прочным. Материал можно будет использовать в режущих и сверлящих инструментах при высоких температурах.
Парадоксально, но факт: своей твердостью вюрцит азотистого бора обязан гибкости атомарных связей. При оказании давления на структуры материала некоторые атомарные связи перестраиваются на 90% для ослабления давления на материал.
Абсолютно новый тип алмазов получился благодаря раскрытию условий образования метеоритных алмазов
три основных структурных уровня материи по масштабам представления.
На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.
По другому критерию - масштабам представления - в естествознании выделяют три основных структурных уровня материи:
- микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 секунды;
- макромир - мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10-6-107 см), а время - в секундах, минутах, часах, годах, веках;
- мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 1028 см), а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет
Структрурные уровни микромира.
1. Вакуум . (поля с минимальной энергией.)
2. Элементарные частицы.
Элементарные частицы -основные «кирпичики», из которых состоит как материя, так и поле. При этом все элементарные частицы неоднородны: некоторые из них являются составными (протон, нейтрон), а другие - несоставными (электрон, нейтрино, фотон). Частицы, которые не являются составными, называют фундаментальными.
3. Атомы . А́том — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая частьхимического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным.
4. Молекулы . Моле́кула — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов, наименьшая частица химического вещества
5. Микротела .
Новые открытия позволили:
1) выявить существование в объективной реальности не только макро-, но и микромира;
2) подтвердить представление об относительности истины, являющейся только ступенькой на пути познания фундаментальных свойств природы;
3) доказать, что материя состоит не из «неделимого первоэлемента» (атома), а из бесконечного многообразия явлений, видов и форм материи и их взаимосвязей.
структурные уровни организации материи в мегамире и дайте им характеристику.
Краткая характеристика мегамира
Основными структурными элементами мегамира являются 1) космические тела, 2) планеты и планетные системы; 3)Звездные скопления 4) Галактики. Квазары, ядра галактик 5) Группы галактик 6) Сверхскопления галактик 7) Метагалактика 8) Вселенная.
Звезда- основная структурная единица мегамира. Это мощные источники энергии, природные термо-ядерные реакторы, в которых происходит хим.эволюция. Делятся на обыкновенные(Солнце) и Компактные (черные дыры)
Планета это блуждающая звезда, все они с разной периодичностью вращаются вокруг Солнца и вокруг своей оси(планеты Солнечной системы к примеру). Карликовые планеты: Плутон, Харон, Церера, Сена, Седна.
ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ - гравитационно связанные группировки звёзд одинакового возраста и совместного происхождения. Различают шаровые скопления и рассеянные скопления
Гала́ктика (др.-греч. Γαλαξίας — молочный, млечный) — гигантская, гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. По форме делитя на круглую, спиральную и неправильной ассиметричной формы.
Кваза́р (англ. quasar) — мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной — их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша.
Скопления галактик — гравитационно-связанные системы галактик, одни из самых больших структур во вселенной. Размеры скоплений галактик могут достигать 108 световых лет.
Мегагалактика - доступная для наблюдения часть Вселенной (как с помощью телескопов, так и невооружённым глазом).
Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносится с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Макромир имеет несколько уровней организации (физический, химический, биологический и социальный).
Как уже ранее говорилось, макромир имеет довольно сложную организацию. Его самый маленький элемент - атом, а самая большая система - планета Земля. В его состав входят как неживые системы, так и живые системы различного уровня. Каждый уровень организации макромира содержит как микроструктуры, так и макроструктуры. Например, молекулы вроде бы должны относится к микромиру, поскольку они нами непосредственно не наблюдаются. Но, с одной стороны, самая большая структура микромира - атом. А у нас есть сейчас возможность видеть с помощью микроскопов последнего поколения даже часть атома водорода. С другой стороны, есть огромные молекулы, чрезвычайно сложные по своему строению, например, ДНК ядра может быть длинной почти в один сантиметр. Подобная величина уже вполне сопоставима с нашим опытом, и если бы молекула была толще, мы бы ее увидели невооруженным глазом.
Все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии, состоят из молекул. Молекулы образуют и кристаллические решетки, и руды, и скалы, и другие объекты, т.е. то, что мы можем почувствовать, увидеть и т.д. Однако, несмотря на такие огромные образования, как горы и океаны, - это все молекулы, связанные между собой. Молекулы - новый уровень организации, они все состоят из атомов, которые в этих системах рассматриваются как неделимые, т.е. элементы системы.
Как физический уровень организации макромира, так и химический уровень имеют дело с молекулами и различными состояниями вещества. Однако химический уровень значительно более сложный. Он не сводится к физическому, рассматривающему строение веществ, их физические свойства, движение (все это было исследовано в рамках классической физики) хотя бы по сложности химических процессов и реакционной способности веществ.
На биологическом уровне организации макромира, кроме молекул, мы обычно не можем без микроскопа разглядеть и клетки. Но ведь есть клетки, которые достигают огромной величины, например аксоны нейронов осьминогов длинной в один метр и даже больше. Вместе с тем все клетки имеют определенные сходные черты: они состоят из мембран, микротрубочек, у многих есть ядра и органеллы. Все мембраны и органеллы в свою очередь состоят из гигантских молекул (белков, липидов и др.), а эти молекула состоят из атомов. Поэтому как гигантские информационные молекулы (ДНК, РНК, ферменты), так и клетки - это микроуровни биологического уровня организации материи, включающего и такие огромные образования, как биоценозы и биосфера.
На социальном уровне организации макромира (обществе) также различаются различные уровни организации. Так, личность - индивидуальная социальность; семья, рабочий коллектив - межиндивидуальная социальность. Как индивидуальная социальность, так и межиндивидуальная социальность - микроуровни общества. Само общество и государство - это надындивидуальная социальность - макроуровень.
Раскройте взаимосвязь микро-, макро- и мегамиров.
Границы микро - и макромира подвижны, и не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты, построены из микрообъектов и в основе макро - и мегаявлений лежат микроявления. Это наглядно видно на примере построения Вселенной из взаимодействующих элементарных частиц в рамках космомикрофизики. Наука показывает тесную связь между макро- и микромиром и обнаруживает, в частности, возможности появления макроскопических объектов при столкновении микрочастиц высокой энергии