Автори:
учениця 9 класу «А»,
Афанасьєва Ірина,
учениця 9 класу «А»,
Татаринцева Анастасія
учень 11 класу «А»,
Таразанов Артемій;
Наукові керівники:
вчитель інформатики та ІКТ,
Абродін Олександр Володимирович
вчитель фізики,
Шамріна Наталія Максимівна
Мікро-, макро- та мега – світи. 4
Мікросвіт. 5
Макросвіт. 6
Мегамір. 8
ВЛАСНІ ДОСЛІДЖЕННЯ. 10
Проблема взаємодії мега-, макро- та мікросвіту. 10
Велике та мале. 12
Велике та мале в інших науках. 14
ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА. 18
Метапредметне навчальні заняття"Велике та мале» з використанням інтерактивної дошки. 18
Висновок 20
Список літератури 21
Додаток 1. 22
Додаток 2. 23
Додаток 3. 25
Введення.
Блез Паскаль
Область дослідження.Всесвіт – вічна загадка. Здавна люди намагалися знайти пояснення різноманітності та химерності світу. Природні науки, розпочавши вивчення матеріального світу, з найпростіших матеріальних об'єктів, переходять до вивчення найскладніших об'єктів глибинних структур матерії, які виходять за межі людського сприйняття і несумірні з об'єктами повсякденного досвіду.
Об'єкт дослідження. У серединіXXстоліття американський астроном Харлоу Шеплі запропонував цікаву пропорцію:
Тут людина є як би середнім геометричним між зірками та атомами. Ми вирішили розглянути це питання з погляду фізики.
Предмет дослідження. У науці виділяють три рівні будови матерії: мікросвіт, макросвіт та мегасвіт. Певні їх значення та взаємовідносини між ними, по суті, забезпечують структурну стійкість нашого Всесвіту.
Тому проблема, начебто, абстрактних світових констант має глобальне світоглядне значення. У цьому полягаєактуальність нашої роботи.
Ціль проекту : дослідити мікро-, макро- та мега світи, знайти їх особливості та зв'язок.
Завдання проекту формувалися таким чином:
вивчити та проаналізувати теоретичний матеріал;
досліджувати закони, яким підпорядковуються великі та малі об'єкти у фізиці;
простежити зв'язок великого та малого в інших науках;
написати програму «Велике та мале» для метапредметного навчального заняття;
зібрати колекцію фотографій, в яких простежується симетрія мікро-, макро-, та мегамирів;
скласти буклет «Мікро-, макро- та мега-світи».
На початку дослідження нами було висунутогіпотеза , що у природі є симетрія.
Основнимиметодами проектустала робота з науково-популярною літературою, порівняльний аналіз отриманої інформації, відбір та узагальнення інформації, популяризація знань на цю тему.
Експериментальне обладнання: інтерактивна дошка.
Робота складається з вступу, теоретичної та практичної частин, висновків, списку літератури та трьох додатків. Обсяг проектної роботи – 20 сторінок (без додатків).
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА.
Наука починається там, де починають вимірювати.Д.І. Менделєєв
Мікро-, макро- та мега – світи.
Перед початком дослідження ми вирішили вивчити теоретичний матеріал, щоб визначити особливості мікро, макро та мега світів. Зрозуміло, що межі мікро- і макросвіту рухливі, і не існує окремого мікросвіту та окремого макросвіту. Природно, що макрооб'єкти та мегаоб'єкти, побудовані з мікрооб'єктів та в основі макро- та мега – явищ лежать мікроявлення. У класичній фізиці був об'єктивного критерію відмінності макро - від микрообъекта. Цю відмінність ввів у 1897 році німецький фізик-теоретик, М. Планк: якщо для об'єкта, що розглядається, мінімальним впливом на нього можна знехтувати, то це макрооб'єкти, якщо не можна – це мікрооб'єкти. В основі уявлень про будову матеріального світу лежить системний підхід, згідно з яким будь-який об'єкт матеріального світу, будь то атом, планета, організм або галактика, може бути розглянутий як складна освіта, Що включає складові частини, організовані в цілісність.З погляду науки важливим принципом поділу матеріального світу на рівні є структура поділу за просторовими ознаками – розмірами. У науку увійшли розподіл за розмірами та масштаби великого та малого. Спостережуваний діапазон розмірів та відстаней ділять на три частини, кожна частина представляє відокремлений світ об'єктів та процесів. Поняття мега-, макро- і мікросвіт цьому етапі розвитку природознавства є відносними і зручними розуміння навколишнього світу. Ці поняття згодом, мабуть, можуть видозмінюватися, т.к. вони ще мало вивчені. Найбільш чудовою характеристикою законів природи є те, що вони підкоряються математичним закономірностям із високою точністю. Чим глибше ми розуміємо закони природи, тим сильніше відчуваємо, що фізичний світ якось зникає, і ми залишаємося віч-на-віч з чистою математикою, тобто маємо справу лише зі світом математичних правил.Мікросвіт.
Мікросвіт - це молекули, атоми, елементарні частинки - світ гранично малих, безпосередньо не спостерігаються мікрооб'єктів, просторова розмірність яких обчислюється від 10 8 до 10 16 см, а час життя – від нескінченності до 10 24 с.
Історія досліджень. Давньогрецьким філософом Демокрітом в античності було висунуто Атомістична гіпотеза будови матерії. Завдяки працям англійського вченого Дж. Дальтон стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У ХІХ ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі. У фізику уявлення про атоми як про останні неподільні структурні елементи матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються в наприкінці XIXв., коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному перетворенні атомів одних елементів на атоми інших елементів. У 1895 р. Дж. Томсон відкрив електрон. Оскільки електрони мають негативний заряд, А атом в цілому електрично нейтральний, було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Існували кілька моделей будови атома.
Далі були виявлені специфічні якості мікрооб'єктів, що виражаються в наявності як корпускулярних (частки), так і світлових (хвилі) властивостей. Елементарні частинки – найпростіші об'єкти мікросвіту, що взаємодіють як єдине ціле. Основні характеристики елементарних частинок: маса, заряд, середній час життя, квантові числа.
Швидко збільшується кількість відкритих елементарних частинок. До кінця ХХ століття фізика наблизилася до створення стрункої теоретичної системи, яка б пояснювала властивості елементарних частинок. Запропоновано принципи, що дозволяють дати теоретичний аналізрізноманіття частинок, їх взаємоперетворень, побудувати єдину теорію всіх видів взаємодій.
Макросвіт.
Макросвіт - світ стійких форм і пропорційних людині величин, а також кристалічні комплекси молекул, організми, спільноти організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються в міліметрах, сантиметрах та кілометрах, а час - у секундах, хвилинах, годинах, роках.Історія досліджень. В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донауковий та науковий, що охоплює період від античності до XVI-XVII ст. Спостерігалися природні явища пояснювалися з урахуванням умоглядних філософських принципів. Зі становлення класичної механіки починається науковий етапВивчення природи. Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., коли Г. Галілеєм було закладено основу першої в історії науки фізичної картини світу – механічної. Він не просто обґрунтував геліоцентричну систему М. Коперника та відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи – науково-теоретичного. І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив сувору наукову теорію механіки, що описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими самими законами. Природа розглядалася як складна механічна система. Матерія розглядалася як речова субстанція, що складається з окремих частинок. Атоми міцні, неподільні, непроникні, характеризуються наявністю маси та ваги. Істотною характеристикою Ньютонівського світубув тривимірний простір евклідової геометрії, який абсолютно постійно і завжди перебуває у спокої. Час представлялося як величина, яка залежить ні від простору, ні від матерії. Рух розглядався як переміщення у просторі безперервними траєкторіями відповідно до законів механіки. Підсумком такої картини світу став образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події та процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин та наслідків.
Після ньютонівської механікою було створено гідродинаміка, теорія пружності, механічна теорія тепла, молекулярно-кинетична теорія і цілий рядінших, у руслі яких фізика досягла величезних успіхів. Однак були дві області - оптичні та електромагнітні явища, які не могли бути повністю пояснені в рамках механістичної картини світу.
Експерименти англійського натураліста М. Фарадея та теоретичні роботи англійського фізикаДж. К. Максвелла остаточно зруйнували уявлення ньютонівської фізики про дискретну речовину як єдиний вид матерії і започаткували електромагнітну картину світу. Явище електромагнетизму відкрив датський дослідник природи X. К. Ерстед, який вперше помітив магнітна діяелектричних струмів. Продовжуючи дослідження у цьому напрямі, М. Фарадей виявив, що тимчасове зміна магнітних полях створює електричний струм. М. Фарадей дійшов висновку, що вчення про електрику та оптика взаємопов'язані утворюють єдину область. Його роботи стали вихідним пунктом досліджень Дж. К. Максвелла, заслуга якого полягає в математичній розробці ідей М. Фарадея про магнетизм та електрику. Максвелл «переклав» модель силових лінійФарадея у математичну формулу. Поняття «поле сил» спочатку складалося як допоміжне математичне поняття. Дж. К. Максвелл додав йому фізичний сенсі став розглядати поле як самостійну фізичну реальність.
Після експериментів Г. Герца у фізиці остаточно утвердилося поняття поля не як допоміжна математична конструкція, а як об'єктивно існуюча фізична реальність. В результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці наприкінці минулого і на початку нинішнього століть виявилися зруйнованими уявлення класичної фізики про речовину і поле як два якісно своєрідні види матерії.
Мегамір.
Мегамир (планети, зірки, галактика) - світ величезних космічних масштабів та швидкостей, відстань у якому вимірюється світловими роками, а час існування космічних об'єктів- мільйонами та мільярдами років.
Усі існуючі галактики входять до системи самого високого порядку- Метагалактику. Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15-20 млрд. світлових років.
Історія досліджень.Сучасні космологічні моделі Всесвіту ґрунтуються на загальної теоріївідносності А. Ейнштейна, згідно з якою метрика простору та часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою густиною матерії та іншими конкретно-фізичними факторами. Час існування Всесвіту нескінченно, тобто. немає ні початку, ні кінця, а простір безмежно, але звісно.
1929 року американський астроном Е.П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкість галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється. Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з теоретичними розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10-12 см, що близько за розмірами до радіусу електрона, а його щільність становила 1096 г/см3.
Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту 13-20 млрд. років. Американський фізик Г.А. Гамов припустив, що температура речовини була великою і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, під час яких відбувається утворення хімічних елементів та структур. У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту ділять на “ери”:
Епоха адронів. Тяжкі частки, що вступають у сильні взаємодії;
Епоха лептонів. Легкі частки, що вступають у електромагнітну взаємодію;
Фотонна ера. Тривалість 1млн. років. Основна частка маси – енергії Всесвіту – припадає на фотони;
Зоряна ера. Настає через 1млн. років після зародження Всесвіту. У зіркову еру починається процес утворення протозірок та протогалактик.
Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.
У сучасній космології поруч із гіпотезою Великого вибуху дуже популярна інфляційна модель Всесвіту, у якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння має дуже складне обґрунтування та пов'язана з квантовою космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту, починаючи з моменту 10 45 з початку розширення. Відповідно до інфляційної гіпотези космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.
Відмінність між етапами еволюції Всесвіту інфляційної моделіі моделі Великого вибуху стосується лише початкового етапу порядку 10 30 з, далі між цими моделями важливих розбіжностей у розумінні. Всесвіту на самих різних рівнях, Від умовно елементарних частинок і до гігантських надскопи галактик, властива структурність. Сучасна структураВсесвіт є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозірок - зірки, з протопланетної хмари - планети.
Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом та французьким математиком П. С. Лапласом. Згідно з цією гіпотезою система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяної матерії (туманності), що знаходиться в обертальний рухнавколо Сонця.
ВЛАСНІ ДОСЛІДЖЕННЯ.
Проблема взаємодії мега-, макро- та мікросвіту.
Живий предмет бажаючи вивчити,
Щоб ясне про нього поняття отримати,
Вчений раніше душу виганяє,
Потім предмет на частини розчленовує
І бачить їх, та шкода: духовний їхній зв'язок
Тим часом зникла, помчала!
Гете
Перш ніж перейти до подальшого розгляду, нам слід оцінити тимчасові та просторові масштаби Всесвіту і якось пов'язати їх із місцем та роллю людини у загальній картині світу. Спробуємо об'єднати масштаби деяких відомих об'єктів та процесів у єдину діаграму (рис. 1), де зліва представлені характерні часи, а праворуч – характерні розміри. У нижньому лівому кутку малюнка вказано мінімальний масштаб часу, який має якийсь фізичний зміст. Цей інтервал часу дорівнює 10 43
с, називається планківським часом (хрононом). Він набагато коротший за тривалість усіх відомих нам процесів, включаючи дуже короткі процесифізики елементарних частинок (наприклад, час існування найбільш короткоживучих частинок-резонансів становить близько 10 23
с). Вище за діаграмою зазначена тривалість деяких відомих процесів, аж до віку Всесвіту.
Розміри фізичних об'єктів малюнку змінюються від 10 15 м (характерний розмір елементарних частинок) до 10 27 м (радіус спостережуваного Всесвіту, що приблизно відповідає його віку, помноженому на швидкість світла). Цікаво оцінити становище, яке на діаграмі займаємо ми люди. На шкалі розмірів ми знаходимося десь у середині, будучи надзвичайно великими по відношенню до довжини Планка (і перевищуючи на багато порядків розміри елементарних частинок), але дуже маленькими в масштабах Всесвіту. З іншого боку, на часовій шкалі процесів тривалість людського життя виглядає дуже непогано, і її можна зіставляти з віком Всесвіту! Люди (і особливо поети) люблять скаржитися на ефемерність людського існування, проте наше місце на тимчасовій шкалі зовсім не жалюгідне чи нікчемне. Зрозуміло, слід пам'ятати, що це сказане належить до «логарифмічної шкалою», проте її використання видається цілком виправданим під час розгляду настільки гігантських діапазонів значень. Іншими словами, кількість людських життів, що укладаються у віці Всесвіту, набагато менша, ніж кількість часів Планка (або навіть часів життя елементарних частинок), що укладаються в тривалість життя людини. По суті, ми є досить стабільними структурами Всесвіту. Що ж до просторових масштабів, то ми дійсно знаходимося десь у середині шкали, внаслідок чого нам не дано сприймати в безпосередніх відчуттях не дуже великі, не дуже малі об'єкти навколишнього фізичного світу.
З протонів та нейтронів утворюються ядра атомів. Атоми поєднуються в молекули. Якщо рухатися далі за шкалою розмірів тіл, далі слідують звичайні макротіла, планети та їх системи, зірки скупчення галактик і метагалактик, тобто можна уявити перехід від мікро-, макро- і мега - як у розмірах, так і моделях фізичних процесів.
Велике та мале.
Можливо, ці електрони -
Мири, де п'ять материків,
Мистецтво, знання, війни, трони
І пам'ять сорока століть!
Ще, можливо, кожен атом -
Всесвіт, де сто планет.
Там все, що тут, в обсязі стислому,
Але також те, чого тут нема.
Валерій Брюсов
Основна причина, через яку ми розділив фізичні закони на частини, що відносяться до «великого» та «малого», полягає в тому, що загальні закономірностіфізичних процесів у дуже великому і дуже малому масштабах видаються дуже різними. Ніщо не хвилює людину так постійно і глибоко, як таємниці часу та простору. Мета та сенс пізнання – зрозуміти приховані механізми природи та наше місце у Всесвіті.
Американський астроном Шеплі запропонував цікаву пропорцію:
х у цій пропорції – людина, яка є як би середньою геометричною між зірками та атомами.
По обидва боки від нас невичерпна нескінченність. Не можемо пізнати еволюцію зірок, не вивчаючи атомне ядро. Нам може бути зрозуміла роль елементарних частинок у Всесвіті без знання еволюції зірок. Ми стоїмо ніби на перехресті доріг, що йдуть у нескінченність. На одній дорозі час можна порівняти з віком Всесвіту, на іншій воно вимірюється зникаюче малими проміжками. Але ніде не можна порівняти з масштабом людського життя. Людина прагне пояснити Всесвіт у всіх її подробицях, в межах пізнаваного, прийомами та способами, за допомогою спостереження, досвіду та математичного обчислення. Нам необхідні такі поняття та методи дослідження, за допомогою яких можуть бути встановлені наукові факти. А для встановлення наукових фактіву фізиці вводиться об'єктивна кількісна характеристика властивостей тіл та природних процесів, яка залежить від суб'єктивних відчуттів людини. Введення таких понять є процесом створення особливої мови– мови науки фізики. Основу мови фізики становлять поняття, які називаються фізичними величинами. А будь-яка фізична величина має бути виміряна, тому що без вимірів фізичних величин немає і фізики.
І так, давайте спробуємо розібратися, що таке фізична величина.Фізична величина– фізична властивість матеріального об'єкта, фізичного явища, процесу, що може бути охарактеризовано кількісно.Значення фізичної величини- Число, вектор, що характеризують цю фізичну величину, із зазначенням одиниці виміру, на основі якої ці числа або вектор були визначені. Розмір фізичної величини – числа, що фігурують у значенні фізичної величини. Виміряти фізичну величину означає порівняти її з іншою величиною, умовно прийнятою за одиницю виміру. Російське слово"величина" має дещо інший зміст, ніж англійське слово "quantity". У Словнику Ожегова (1990) слово "величина" сприймається як "розмір, обсяг, протяжність предмета". Згідно з інтернетівським словником слово "величина" перекладається на англійська мовау фізиці 11-ма словами, з яких найбільш підходять за змістом 4 слова: quantity ( фізичне явище, властивість), value (значення), amount (кількість), size (розмір, обсяг).
Розберемося докладніше у цих визначеннях. Візьмемо, наприклад, таку властивість, як довжина. Вона справді застосовується для характеристики багатьох об'єктів. У механіці – це довжина шляху, в електриці – довжина провідника, у гідравліці – довжина труби, теплотехніки – товщина стінки радіатора тощо. Але значення довжини у кожного з перерахованих об'єктів по-різному. Довжина автомобіля дорівнює кільком метрам, довжина рейкової колії або - багатьом кілометрам, а товщину стінки радіатора простіше оцінювати в міліметрах. Так що ця властивість дійсно індивідуальна для кожного об'єкта, хоча природа довжини у всіх перерахованих прикладах одна й та сама.
Велике та мале в інших науках.
В одну мить бачити вічність,
Величезний світ - у зерні піску,
У єдиній жмені - нескінченність
І небо – у чашці квітки.
У. Блейк
Література
Мале і велике вживаються в якісному значенні: маленький або велике зростання, маленька або велика сім'я, рідня. Мале зазвичай протиставляється великому (принцип антитези). Література: малий жанр (новела, оповідання, казка, байка, есе, нарис)
Існує безліч прислів'їв і приказок, які використовують протиставлення чи порівняння малого з великим. Згадаймо деякі з них:
Про малі результати при великих витратах:
З великої хмари та мала крапля.
Стріляти з гармат по горобцях.
Це йому як слону дробина (голка).
Краплі в морі.
Голка в копиці сіна.
Ложка дьогтю зіпсує бочку меду.
Мишу копицю не задавиш.
Мала помилка доводить до великої біди.
Мала текти може занапастити великий корабель.
З малої іскри велика пожежа спалахує.
Від копійчаної свічки Москва згоріла.
Доапля камінь довбає (точить).
Біологія
«Істота людини містить усе, що є на небі і землі, істоти вищі і істоти нижчі».
Каббала
За час існування людства було запропоновано безліч моделей устрою Всесвіту. Існують різні гіпотези, і кожна їх має як своїх прибічників, і противників. У сучасному світівідсутня єдина, загальновизнана та зрозуміла модель Світобудови. У древньому світі, на відміну нашого, існувала єдина модель навколишнього світу. Всесвіт уявлявся нашим предкам у вигляді величезного людського Тіла. Спробуємо зрозуміти логіку, якої дотримувалися наші «первісні» предки:
Тіло складається з органів
Органи – із клітин
Клітини – з органоїдів
Органоїди – з молекул
Молекули – з атомів
Атоми – із елементарних частинок. (Мал. 2).
Відмінності, звичайно, є – їх не може не бути. Ці об'єкти знаходяться у різних умовах. Вчені б'ються над створенням Єдиної теорії, але ніяк не можуть поєднати в Єдине ціле макро і мікросвіти.
Можна припустити, що якщо Сонячна система – Атом, тоді наша Галактика – Молекула. Порівняйте малюнки 5 і 6. Тільки намагайтеся знайти повної схожості цих об'єктів. У світі немає навіть двох однакових сніжинок. Кожен атом, молекула, органоїд, клітина, орган та людина має свої індивідуальні особливості. Всі процеси, що відбуваються на рівні молекул органічних речовин нашого організму, аналогічні до процесів, що відбуваються на рівні галактик. Відмінність лише розмірах цих об'єктів й у масштабі часу. На рівні галактик усі процеси відбуваються набагато повільніше.
Наступною «деталлю» у цій «конструкції» має бути Органоїд. Що являють собою органоїди? Це різні за будовою, розмірами та функціями освіти, що знаходяться всередині клітини. Складаються вони з кількох десятків чи сотень різноманітних молекул. Якщо органоїд у нашій клітині аналогічний Органоїду в макросвіті, тоді нам слід шукати в Космосі скупчення різних галактик. Такі скупчення дійсно є, і астрономи називають їх групами чи родинами галактик. Наша галактика, Чумацький шлях, входить у Місцеве сімейство галактик, яке включає дві підгрупи:
1. Підгрупу Чумацького шляху(праворуч)
2. Підгрупу Туманності Андромеди (ліворуч) (Рис. 8).
Не варто звертати увагу на деяку невідповідність у просторовому розташуванні молекул рибосоми (Рис. 8) та галактик у Місцевій групі(Мал. 9). Молекули, як і галактики, постійно переміщаються у певному обсязі. Рибосома є органоїдом без оболонки (мембрани), тому ми не бачимо в навколишньому космічному просторі «щільної» стіни галактик. Втім, ми не бачимо і оболонок космічних клітин.
Процеси, що відбуваються в наших органоїдах, аналогічні до процесів, що відбуваються в групах і сімействах галактик. Але в Космосі вони відбуваються набагато повільніше, ніж у нас. Те, що сприймається в космосі як Секунда – для нас тягнеться майже десять років!
Наступним об'єктом пошуків була Космічна Клітина. У нашому тілі є безліч різних за розмірами, будовою та функціями клітин. Але майже всі вони мають щось спільне у своїй організації. Вони складаються з ядра, цитоплазми, органоїдів та мембрани. Аналогічні освіти є й у Космосі.
Скупчень галактик, схожих на наше, а також інших за формою та розміром – безліч. Але всі вони групуються навколо ще більш грандіозного скупчення галактик із центром у Сузір'ї Діви. Саме там знаходиться Ядро Космічної Клітини. Астрономи, подібні до об'єднання галактик, називають надскопленнями. На сьогодні відкрито понад п'ятдесят таких надскупчень галактик, які є такими клітинами. Вони розташовуються навколо нашого надскоплення галактик - рівномірно на всі боки.
За межі цих сусідніх надскупчень галактик сучасні телескопи поки що не проникають. Але, використовуючи широко застосовуваний у давнину Закон Аналогії, можна припустити, що всі ці надскупчення галактик (Клітини) складають якийсь Орган, а сукупність Органів складає саме Тіло.
Саме тому багато вчених висувають гіпотези, що Всесвіт є не тільки подобою тіла людини, але й кожна людина є подобою цілого Всесвіту.
ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА.
Науково-технічна творчість молоді –
Шлях до суспільства, заснованого на знаннях.
Школяр розуміє фізичний досвід
тільки тоді добре, коли він робить його сам.
Але ще краще він розуміє його, якщо сам робить
прилад для експерименту.
П.Л.Капіца
Метапредметне учбове заняття «Велике та мале» з використанням інтерактивної дошки.
Скажи мені – і я забуду.Покажи мені – і я запам'ятаю.
Дай мені діяти самому – і я навчуся.
Китайська народна мудрість
Часто низька успішність пояснюється неуважністю, причиною якої є незацікавленість учня. Використовуючиінтерактивну дошку,у вчителів з'являється можливість залучити та успішно використовувати увагу класу. Коли на дошці з'являється текст чи зображення, то у учня стимулюється одночасно кілька видів пам'яті. Ми можемо максимально ефективно організувати постійну роботуучня в електронному вигляді. Це значно економить час, стимулює розвиток розумової та творчої активності, включає в роботу всіх учнів, що у класі.
Інтерфейс програми дуже простий, тому розібратися в ній не складе жодних труднощів.
Програма складається із двох частин: допоміжного матеріалута збірника завдань для учнів.
У розділі програми
«Допоміжні матеріали»
зможете знайти таблиці величин; терези, які зможуть допомогти дітям розібратися з темою «показник ступеня»; знімки та схеми фізичних тіл, схожих за формою, але сильно відрізняються один від одного за розмірами.
Узбірнику завданьВи зможете перевірити учнів на знання теми «Велике та мале». Тут присутні 3 види завдань: складання таблиці (переміщення рядків у комірки); питання, пов'язані і масами тіл (у якому становищі встановляться ваги), впорядкування величин. Програма може сама перевірити правильність виконання завдань та видати відповідне повідомлення на екран.
Висновок
Як світ змінюється! І як я сам змінююсь!Лише ім'ям одним я називаюсь.
Насправді те, що називають мною, -
Чи не я один. Нас багато. Я живий...
Ланка у ланку та форма у форму...
М. Заболоцький
Результати, отримані під час виконання роботи, показали, що панування симетрії в природі, перш за все, пояснюється силою тяжіння, що діє у всьому Всесвіті. Дія тяжіння або відсутність такого пояснюється те, що і Космічні тіла, що пливуть у Всесвіті, і Мікроорганізми, зважені у воді, мають вищою формоюсиметрії – сферичної (при будь-якому повороті щодо центру фігура збігається сама з собою). Всі організми, що ростуть у прикріпленому стані або живуть на дні океану, тобто організми, для яких напрямок сили тяжіння є вирішальним, мають вісь симетрії (множина всіляких поворотів навколо центру звужується до багатьох поворотів навколо вертикальної осі). Більше того, оскільки ця сила діє всюди у Всесвіті, то і передбачувані космічні прибульці не можуть бути нестримно чудовиськами, як їх часом зображують, а обов'язково мають бути симетричними.
Практичною частиною нашої роботи стала програма «Велике та мале» для метапредметного навчального заняття з використанням інтерактивної дошки. Використовуючи інтерактивну дошку ми можемо максимально ефективно організувати постійну роботу учня в електронному вигляді. Це значно економить час, стимулює розвиток мисленнєвої та творчої активності, включає в роботу всіх учнів, які перебувають у класі.
Робота міститьтри додатки : 1) Програму для метапредметного навчального заняття з фізики з використанням інтерактивної дошки; 2) Буклет «Навчальне заняття з фізики «Велике та мале»; 3) Буклет з унікальними фотографіями «Мікро-, макро- та мега-світи».
Список литературы
Ващекін Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепції сучасного природознавства», М: МДУК,2000.
Горєлов А.А. "Концепції сучасного природознавства", М.: Вища освіта, 2006.
Козлов Ф.В. Довідник з радіаційної безпеки. - М.: Енергоатом - видавництво., 1991.
Криксунов Е.А., Пасічник В.В., Сидорін А.П., Екологія, М., Видавничий дім "Дрофа", 1995.
Поннамперуму З. «Походження життя», М., Мир, 1999 р.
Сивінцев Ю.В. Радіація та людина. - М: Знання, 1987.
Хотунцев Ю.М. Екологія та екологічна безпека. - М: АСADEMA, 2002.
Горєлов А.А. Концепція сучасного природознавства. - М.: Центр, 1998.
Горбачов В.В. Концепції сучасного природознавства: Навч. посіб. для студентів ВНЗ. - М., 2005. - 672 с.
Карпенков С.Х. Концепції сучасного природознавства – М.: 1997.
Квасова І.І. Навчальний посібникза курсом "Введення у філософію". М., 1990.
Лаврієнко В.М. Концепції сучасного природознавства – М.: ЮНІТІ.
Л. Ш і ф ф, Зб. " Новітні проблемигравітації", М., 1961.
Я. Б. Зельдович, Зап. космогонії, т. IX, М., 1963.
Б. Понтекорво, Я. Смородинський, ЖЕТФ, 41, 239, 1961.
Б. Понтекорво, Зап. космогонії, т. IX, М., 1963.
Ст Паулі, Сб. "Нільс Бор та розвиток фізики", М., 1958.
Р. Іост. Зб. " Теоретична фізика 20 століття", М., 1962.
Р. Маршак, Еге. Судершан, Введення у фізику елементарних частинок, М. 1962
Є. Горшунова,А. Таразанов, І. Афанасьєва«Велике космічна подорож», 2011
Додаток 1.
Робочий лист до метапредметного заняття на тему «Велике та мале»
з використанням інтерактивної дошки
Не величезність світу зірок викликає захоплення,
а людина, яка виміряла його.
Блез Паскаль
Фізична величина - _____________________________________________________
_________________________________________________________________________
Виміряти фізичну величину - ____________________________________________
__________________________________________________________________________
Додаток 2.
|
м |
відстань |
|
10 27 |
межі Всесвіту |
|
10 24 |
найближча Галактика |
|
10 18 |
найближча зірка |
|
10 13 |
відстань Земля - Сонце |
|
10 9 |
відстань Земля - Місяць |
|
1 |
зростання людини |
|
10 -3 |
крупинка солі |
|
10 -10 |
радіус атома водню |
|
10 -15 |
радіус атомного ядра |
Діапазон тимчасових інтервалів у Всесвіті
|
з |
час |
|
10 18 |
вік Всесвіту |
|
10 12 |
вік єгипетських пірамід |
|
10 9 |
середній час життя людини |
|
10 7 |
один рік |
|
10 3 |
світло йде від Сонця до Землі |
|
1 |
інтервал між двома ударами серця |
|
10 -6 |
період коливань радіохвиль |
|
10 -15 |
період коливань атома |
|
10 -24 |
світло проходить відстань, що дорівнює розміру атомного ядра |
Діапазон мас у Всесвіті
|
кг |
маса |
|
10 50 |
Всесвіт |
|
10 30 |
Сонце |
|
10 25 |
Земля |
|
10 7 |
океанський корабель |
|
10 2 |
людина |
|
10 -13 |
крапелька олії |
|
10 -23 |
атом урану |
|
10 -26 |
протон |
|
10 -30 |
електрон |
Мал. 1. Характерний час та розміри деяких об'єктів та процесів Всесвіту.
Додаток 3.
. Людина. . Органи. . Клітини. . . . Органоїди. Молекули. . Атом. . . Частинки атома
Рис 2. Будова тіла людини
Як кажуть - "знайдіть відмінності". Справа навіть не в зовнішній схожості цих об'єктів, хоча вона і «на особу». Раніше ми електрони порівнювали із планетами, а треба було з кометами.
Рис 7. Будова Всесвіту.
 |
 |
|
Мал. 12 Нервова тканина |
Мал. 13 Рання Сонячна Система |
 |
 |
|
Мал. 14 Фотографії Всесвіту з телескопа Hubble |
Мал. 15 Етапи розвитку клітини найпростіших |
 |
 |
 |
|
Мал. 16 Схематичне зображення клітини |
Мал. 17 Будова Землі |
Рис.18 Земля |
Додаток 4.
Метапредметне навчальне заняття з фізики
Тиждень фізики та хімії
Тиждень фізики та хімії
Метапредметне учбове заняття з фізики, 8Б
Метапредметне навчальне заняття з фізики
ФОТОЗВІТ
ФОТОЗВІТ
НТТМ ЗАТ 2012
Всеросійський Фестиваль науки 2011
Стенд «Мікро-, макро- та мега-світи»
«Велика космічна подорож"
Стенд «Велика космічна подорож»
Наші буклети.
Макросвіт – це частина реальної об'єктивності світу, в якому існує людина. Огляньтеся навколо, макросвіт - це все, що ви бачите, і все, що оточує вас. У нашій частині об'єктивної реальності існують як об'єкти, і цілі системи. Вони включають також живі, неживі та штучні об'єкти.
Існує ще одне, дуже цікаве визначення макросвіту.
Макросвіт – це світ, який існував до появи науки квантова фізика. У макросвіті об'єкти та предмети досліджували старими методами фізики, які не давали повного уявлення про той чи інший предмет. матеріальний макросвіт космологічний всесвіт
Наприклад, чобіт - вважали предметом, який зроблений зі шкіри та пошитий нитками. Вчені не знали, що шкіра складається з молекул, які у свою чергу складаються з атомів, які знову ж таки складаються з безлічі частинок. Такий чобіт – предмет із макросвіту. Проте таке визначення використовують лише вчені фізики.
Об'єкти макросвіту - макрооб'єкти, утворюють складні системи, функціонування яких залежить від безлічі елементів, що входять до них. Так, наприклад, закон збереження енергії не працює у квантовій фізиці. В цілому ж, фізика макросвіту це сукупність тих фізичних законів, згідно з якими відбуваються ті чи інші явища, створюються машини та механізми.
Але макросвіт не може існувати поза мегасвітом та мікросвітом. Людство живе на планеті Земля, яка є однією із планет Сонячної системи, що відноситься до нескінченно величезного космосу.
Частинками, що зв'язують мікро- та макрорівні матерії, вважають молекули. Вони, що складаються з атомів, побудовані аналогічно, але обсяг, який займає тут електронними орбіталями, Дещо більше, і молекулярні орбіталі орієнтовані в просторі. У результаті кожна молекула має певну форму. Для складних молекул, особливо органічних, форма має вирішальне значення. Склад, просторова будова молекул визначають властивості речовини. Види зв'язків іонів, структуру речовин і молекул, хімічні системи та хімічні реакції розглянемо пізніше щодо теми «Хімічні системи та процеси».
За певних умов однотипні атоми і молекули можуть збиратися у великі сукупності - макроскопічні тіла (речовина). Речовина - вид матерії; те, з чого складається весь навколишній світ. Речовини складаються з найдрібніших частинок - атомів, молекул, іонів, елементарних частинок, що мають масу і перебувають у постійному русі та взаємодії. Існує безлічречовин, різних за складом та властивостями. Речовини поділяються на прості, складні, чисті, неорганічні та органічні. Властивості речовин можна пояснити та передбачити на основі їх складу та будови.
Речовина проста складається з частинок (атомів чи молекул), утворених атомами одного хімічного елемента. Наприклад, 0 2 (кисень), 0 3 (озон), S (сірка), Ne (неон) - прості речовини.
Речовина складна складається із частинок, утворених атомами різних хімічних елементів. Наприклад, H 2 S0 4 ( сірчана кислота); FeS (сульфід заліза); СН 4 (метан) - складні речовини.
Речовина чиста - речовина, що складається з однакових частинок (молекул, атомів, іонів), що має певні специфічні властивості. Для очищення речовин від домішок використовують різні методи: перекристалізація, дистиляція, фільтрування.
Речовини неорганічні - це хімічні сполуки, що утворюються всіма хімічними елементами (крім сполук вуглецю, що належать до органічних речовин). Неорганічні речовини утворюються Землі й у космосі під впливом природних фізико-хімічних чинників. Відомо близько 300 тисяч неорганічних сполук. Вони утворюють практично всю літосферу, гідросферу та атмосферу Землі. До їх складу можуть входити атоми всіх хімічних елементів, відомих в даний час, різних поєднанняхта кількісних співвідношеннях. Крім того, величезну кількість неорганічних речовин одержують у наукових лабораторіях та на хімічних підприємствах штучно. Усі неорганічні речовини поділяються на групи зі подібними властивостями(Класи неорганічних сполук).
Органічні речовини - це сполуки вуглецю з деякими іншими елементами: воднем, киснем, азотом, сіркою. Зі сполук вуглецю до органічних не відносяться оксиди вуглецю, вугільна кислотата її солі, які є неорганічними сполуками. Назву "органічні" ці сполуки одержали у зв'язку з тим, що перші представники цієї групи речовин були виділені з тканин організмів. Довгий часвважалося, що такі сполуки не можна синтезувати в пробірці, поза живим організмом. Однак у першій половині ХІХ ст. вченим вдалося отримати штучні речовини, які раніше витягували тільки з тканин тварин і рослин або продуктів їхньої життєдіяльності: сечовину, жир і цукристу речовину. Це послужило доказом можливості штучного отримання органічних речовин та початком нових наук - органічної хіміїта біохімії. Органічні речовини мають низку властивостей, що відрізняють їх від неорганічних речовин: вони нестійкі до дії високих температур; реакції з їх участю протікають повільно та вимагають особливих умов. До органічних сполуквідносяться нуклеїнові кислоти, білки, вуглеводи, ліпіди, гормони, вітаміни та багато інших речовин, що грають основну роль у побудові та життєдіяльності рослинних та тваринних організмів. Їжа, паливо, багато ліків, одяг - все це складається з органічних речовин.
про Мікросвіт, Мікрокосм, про Атоми
Мікросвіт- Це молекули, атоми, елементарні частинки - світ гранично малих, безпосередньо не спостерігаються мікрооб'єктів, просторова різномірність яких обчислюється від 10-8 до 10-16 см, а час життя - від нескінченності до 10-24 с.
Макросвіт- світ стійких форм і пропорційних людині величин, і навіть кристалічні комплекси молекул, організми, спільноти організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються у міліметрах, сантиметрах та кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках.
Мегамір- це планети, зоряні комплекси, галактики, метагалактики – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань у якому вимірюється світловими роками, час існування космічних об'єктів - мільйонами і мільярдами років.
МІКРОКОСМ (від мікро... та космос)- людина як подоба, відображення, дзеркало, символ Всесвіту – макрокосму. Вчення про мікрокосмі було поширене в давньогрецькій філософії (Платон, перипатетична школа, стоїцизм), філософії Відродження (Микола Кузанський, Дж. Бруно, Т. Кампанелла, Парацельс), воно притаманне пантеїстичним вченням І. В. Гете та німецького романтизму. У філософії Г. В. Лейбниця - монада.
МОНАДА(від грец. monas - рід. п. monados - одиниця, єдине) - поняття, що позначає в різних філософських навчанняхосновні елементи буття: число в піфагореїзмі; єдине у неоплатонізмі; єдиний початок буття в пантеїзмі Дж. Бруно; психічно активна субстанція в монадології Г. В. Лейбніца, що сприймає і відображає ін.
МАКРОКОСМ(ОС) (від макро... та космос)- Всесвіт, універсум, світ загалом, на відміну мікрокосм(ос)а (людини).
Мікрургія(від мікро... і грец. érgon - робота), мікродисекція (від латів. dissectio - розтин) - сукупність методичних прийомів і технічних засобів, що дозволяють проводити під мікроскопом операції на дуже дрібних об'єктах - мікроорганізмах, найпростіших клітинах багатоклітинних організмів або внутрішньоклітинних структурах (ядрах, хромосомах та ін). Мікрургія включає також мікроізоляції, мікроін'єкції, мікровівісекційні і мікрохірургічні втручання (наприклад, операції на очному яблуку). Великий розвитокМікрургія отримала у 20 ст. у зв'язку з удосконаленням мікроманіпуляторів та спеціальних мікроінструментів - голок, мікроелектродів та ін.
Об'єкт поміщають у камеру, заповнену фізіологічним розчином, вазеліновим маслом, сироваткою крові або іншим середовищем. За допомогою Мікрургії можливе виділення окремих клітин , у тому числі мікробних, розрізання їх на частини, видалення та пересадка ядер і ядерців, руйнування окремих ділянок та органоїдів клітини, введення в клітину мікроелектродів та хімічних речовин, Вилучення з неї органоїдів. Мікрургія дозволяє вивчати фізико-хімічні властивості клітини фізіологічний стан, межі реактивності Особливого значення Мікрургія набуває у зв'язку з можливістю пересадки ядер соматичних клітин у яйцеві та назад. Так, Дж. Гердон (1963) переніс ядро з епітеліальної клітини кишечника земноводного в яйцеву клітину того ж виду. При Мікрургії різко порушуються будова та життєдіяльність клітини, тому необхідний суворий контроль фізіологічності операцій.
Мікро..., мікро... (від грец. mikrós - малий, маленький):
1) складова частинаскладних слів, що вказує (на противагу макро...) на малі розміри або малу величину чогось (наприклад, мікроклімат, мікроліт, мікроорганізми).
2) Приставка для освіти найменувань дольних одиниць, за розміром рівних одній мільйонній частці вихідних одиниць. Позначення: російське мк, міжнародне m. Приклад: 1 мксек (мікросекунд) = 10-6сек.
ТЕМА-41 . Визначте поняття: мегасвіт, макросвіт, мікросвіт, наносвіт. Чи пов'язані вони? Визначте поняття: мегасвіт, макросвіт, мікросвіт, наносвіт. Чи пов'язані вони? Мегасвіт – це планети, зіркові комплекси, галактики, мегагалактики – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань, у якому вимірюється Світловими роками, час існування космічних об'єктів – мільйонами і мільярдами років.
Макросвіт - світ стійких форм і пропорційних людині величин, а також кристалічні комплекси молекул, організми, спільноти організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються у міліметрах, сантиметрах та кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках.
Мікросвіт - це молекули, атоми, елементарні частинки – світ гранично малих, безпосередньо ненаблюдаемых мікрооб'єктів, пространсвенная розмірність яких лічиться від 10-8 до 10-16см, а життя – від нескінченності до 10 – 24 з.
Наномір - це частина реального, звичного нам світу, тільки частина ця настільки малих розмірів, що побачити її за допомогою звичайного людського зоруабсолютно неможливо.
Вони тісно пов'язані між собою.
^ 2. Дайте визначення вакууму.
Вакуум(Від лат. vacuum- порожнеча) - середовище, що містить газ при тисках значно нижче атмосферного. Вакуум характеризується співвідношенням між довжиною вільного пробігу молекул газу і характерним розміром процесу d. Також вакуумом називають стан газу, для якого середня довжинапробігу його молекул можна порівняти з розмірами судини або більше цих розмірів.
3. Що таке наномір? Що таке нанотехнологія? Чим відрізняється наносвіт від нанотехнологій?
Нанотехнологія – міждисциплінарна галузь фундаментальної та прикладної науки і техніки, що має справу із сукупністю теоретичного обґрунтування, практичних методів дослідження, аналізу та синтезу, а також методів виробництва та застосування продуктів із заданою атомною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами та молекулами.
ННаномір - це частина реального, звичного нам світу, тільки частина ця настільки малих розмірів, що побачити її за допомогою звичайного людського зору неможливо.
Нанотехнологія відноситься саме до мікросвіту, хоча нанометри це 10 -9 ступеня метра. А наномир – це мікро-мікросвіт. Структура наноміру - це структура радіоефіру Фарадея-Максвелла.ЕЕ елементи мають розмір 10 - 35 ступеня метра, тобто на 25 порядків дрібніше атома водню.
4. Де використовується вакуум?
4 . Експериментальні дослідженнявипаровування та конденсації, поверхневих явищ, деяких теплових процесів, низьких температур, ядерних та термоядерних реакцій здійснюються у вакуумних установках. Основний інструмент сучасної ядерної фізики – прискорювач заряджених частинок – немислимий без вакууму. Вакуумні системи застосовуються в хімії для вивчення властивостей чистих речовин, вивчення складу та поділу компонентів сумішей, швидкостей хімічних реакцій. Технічне застосування вакууму безперервно розширюється, але з кінця минулого століття і досі найбільш важливим його застосуванням залишається електронна техніка. В електровакуумних приладах вакуум є конструктивним елементомі обов'язковою умовоюїх функціонування протягом усього терміну служби. Низький та середній вакуум використовується в освітлювальних приладах та газорозрядних пристроях. Високий вакуум - у приймально-підсилювальних та генераторних лампах. Найбільш високі вимогидо вакууму пред'являються при виробництві електронно-променевих трубок та надвисокочастотних приладів. Для роботи напівпровідникового приладу вакуум не потрібний, але в процесі виготовлення широко використовується вакуумна технологія. Особливо широко вакуумна техніка застосовується у виробництві мікросхем, де процеси нанесення тонких плівок, іонного травлення, електронолітографії забезпечують одержання елементів. електронних схемсубмікронних розмірів. У металургії плавка і переплав металів у вакуумі звільняє їх від розчинених газів, завдяки чому вони набувають високої механічної міцності, пластичності та в'язкості. Плавкою у вакуумі одержують безвуглецеві сорти заліза для електродвигунів, високоелектропровідну мідь, магній, кальцій, тантал, платину, титан, цирконій, берилій, рідкісні метали та їх сплави. У виробництві високоякісних сталей широко застосовується вакуумування. Спікання у вакуумі порошків тугоплавких металів, Таких, як вольфрам і молібден, є одним з основних технологічних процесів порошкової металургії. Надчисті речовини, напівпровідники, діелектрики виготовляються у вакуумних кристалізаційних установках. Сплави з будь-яким співвідношенням компонентів можуть бути отримані методами молекулярної вакуумної епітаксії. Штучні кристалиалмазу, рубіну, сапфіру отримують у вакуумних установках. Дифузійне зварювання у вакуумі дозволяє отримувати нероз'ємні герметичні з'єднання матеріалів з температурами плавлення, що сильно відрізняються. Таким способом з'єднують кераміку з металом, сталь з алюмінієм і т. д. Високоякісне з'єднання матеріалів з однорідними властивостями забезпечує електронно-променеве зварювання у вакуумі. У машинобудуванні вакуум застосовується при дослідженнях процесів схоплювання матеріалів та сухого тертя, для нанесення зміцнювальних покриттів на різальний інструмент та зносостійких покриттів на деталі машин, захоплення та транспортування деталей в автоматах та автоматичних лініях. Хімічна промисловість застосовує вакуумні сушильні апарати при випуску синтетичних волокон, полі амінопластів, поліетилену, органічних розчинників. Вакуум-фільтри використовуються при виробництві целюлози, паперу, мастил. У виробництві барвників і добрив застосовуються кристалізаційні вакуумні аппараты.В електротехнічної промисловості вакуумна просочення як економічний метод широко поширена у виробництві трансформаторів, електродвигунів, конденсаторів і кабелів. Підвищуються термін служби та надійність при роботі у вакуумі перемикаючих електричних апаратів. Оптична промисловість при виробництві оптичних та побутових дзеркал перейшла з хімічного сріблення на вакуумне алюмініювання. Просвітлена оптика, захисні шари та інтерференційні фільтри отримують напиленням тонких шарів у вакуумі. У харчовій промисловості для тривалого зберігання та консервування харчових продуктіввикористовують вакуумне сушіння виморожуванням. Розфасовка продуктів, що швидко псуються, що здійснюється у вакуумі, подовжує терміни зберігання фруктів і овочів. Вакуумне випарювання застосовується при виробництві цукру, опрісненні морської води, солеварення. У сільське господарство поширені вакуумні доїльні апарати. У побуті пилосос став нашим незамінним помічником. На транспорті вакуум використовується для подачі палива в карбюраторах, у вакуумних підсилювачах гальмівних систем автомобілів. Імітація космічного просторув умовах земної атмосфери необхідна для випробування штучних супутників і ракет.
^ 5. Визначте та поясніть поняття: ТЕХНОЛОГІЯ.
Технологія- комплекс організаційних заходів, операцій та прийомів, спрямованих на виготовлення, обслуговування, ремонт та/або експлуатацію виробу з номінальною якістю та оптимальними витратами. т. п.);- під терміном номінальну якість слід розуміти якість прогнозовану або заздалегідь задану, наприклад, обумовлену технічним завданнямі узгоджене технічною пропозицією; - під терміном оптимальні витрати слід розуміти мінімально можливі витрати, що не тягнуть за собою погіршення умов праці, санітарних та екологічних норм, норм технічної та пожежної безпеки, наднормативне знос знарядь праці, а також фінансових, економічних, політичних та ін ризиків .
6. Дайте визначення фізичного вакууму.
Під фізичним вакуумом у квантовій фізиці розуміють нижчий (основний) енергетичний стан квантованого поля, що має нульовий імпульс, момент імпульсу та інші квантовими числами. При цьому такий стан зовсім не обов'язково відповідає порожнечі: поле в нижчому стані може бути, наприклад, полем квазічастинок у твердому тілі або навіть у ядрі атома, де густина надзвичайно висока. Фізичним вакуумом називають також повністю позбавлене речовини простір, заповнений полем у такому стані. Такий стан не є абсолютною порожнечею . Квантова теорія полястверджує, що, згідно з принципом невизначеності, в фізичному вакууміпостійно народжуються та зникають віртуальні частки: відбуваються так звані нульові коливанняполів. У деяких конкретних теоріях поля вакуум може мати нетривіальні топологічні властивості. Теоретично можуть існувати кілька різних вакуумів, що відрізняються щільністю енергії або іншими фізичними параметрами(залежно від застосовуваних гіпотез та теорій). Виродження вакууму при спонтанному порушенні симетріїпризводить до існування безперервного спектра вакуумних станів, що відрізняються один від одного числом голдстоунівських бозонів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастися з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із нижчележачих хибних вакуумів. Деякі з цих прогнозів теорії поля вже були успішно підтверджені експериментом. Так, ефект Казимира і лембовський зсуватомних рівнів пояснюється нульовими коливаннями електромагнітного поляу фізичному вакуумі. На деяких інших уявленнях про вакуум базуються сучасні фізичні теорії. Наприклад, існування кількох вакуумних станів (згаданих вище помилкових вакуумів) є однією з головних основ інфляційної теоріїВеликого вибуху.
7. Фуллерен, бакібол або букібол - молекулярна сполука, що належить класу алотропних форм вуглецю (інші - алмаз, карбін і графіт) і є опуклими замкнутими багатогранниками, складеними з парного числатрьохкоординованих атомів вуглецю
Фуллеріт (англ. fullerite) - це молекулярний кристал, у вузлах ґрат якого знаходяться молекули фулерену.
Кристали фулериту C60
Крупнокристалічний порошок фулериту C60 в електронному мікроскопі
При нормальних умовах(300 К) молекули фулерену утворюють гранецентровану кубічну (ГЦК) кристалічну решітку. Період такої решітки становить а = 1,417 нм, середній діаметр молекули фулерену С60 становить 0,708 нм, відстань між сусідніми молекулами С60 дорівнює 1,002 нм. менше щільностіграфіту (2,3 г/см3), і, тим більше, алмазу (3,5 г/см3). Це пов'язано з тим, що молекули фулерену, розташовані у вузлах грати фулериту, порожнисті.
Логічно припустити, що речовина, що складається з таких дивовижних молекул, матиме незвичайними властивостями. Кристал фуллериту має щільність 1,7 г/см3, що значно менше густини графіту (2,3 г/см3) і тим більше алмазу (3,5 г/см3). Та це і зрозуміло - адже молекули фулеренів порожнисті.
Фуллерит не відрізняється високою хімічною активністю. Молекула C60 зберігає стабільність в інертній атмосфері аргону аж до температур близько 1200 К. Однак у присутності кисню вже за 500 К спостерігається значне окислення з утворенням CO і CO2. Процес, що триває кілька годин, призводить до руйнування ГЦК-решітки фулериту та утворення невпорядкованої структури, в якій на вихідну молекулу C60 припадає 12 атомів кисню. При цьому фулерени повністю втрачають свою форму. При кімнатній температурі окислення відбувається лише за опроміненні фотонами з енергією 0,5 - 5 эВ. Згадавши, що енергія фотонів видимого світлазнаходиться в діапазоні 1,5 - 4 еВ, приходимо до висновку: чистий фулерит необхідно зберігати у темряві.
Практичний інтерес до фулерен лежить у різних областях. З погляду електронних властивостей, фулерени та їх похідні в конденсованій фазі можна розглядати як напівпровідники n-типу (з шириною забороненої зони близько 1,5 еВ у разі C60). Вони добре поглинають випромінювання в УФ та видимої області. При цьому сферична сполучена система фулеренів обумовлює їх високі електроноакцепторні здібності (спорідненість до електрона C60 становить 2,7 еВ, у багатьох вищих фулеренах воно перевищує 3 еВ і може бути ще вище в деяких похідних). Все це обумовлює інтерес до фулеренів з точки зору їх застосування у фотовольтаїці, активно ведеться синтез донорно-акцепторних систем на основі фулеренів для застосування в сонячних батареях (відомі приклади з ККД 5,5%), фотосенсори та інші пристрої молекулярної електроніки. Також широко досліджуються, зокрема, біомедичні застосування фулеренів як протимікробні та противірусні засоби, агенти для фотодинамічної терапії тощо.
8. Вакуум (від латів. vacuum - Порожнеча) - простір, вільний від речовини. У техніці та прикладній фізиці під вакуумом розуміють середовище, що містить газ при тисках значно нижче за атмосферне. Насправді сильно розріджений газ називають технічним вакуумом. У макроскопічних об'ємах ідеальний вакуум недосяжний на практиці, оскільки при кінцевій температурі всі матеріали мають ненульову щільність. насиченої пари. Крім того, багато матеріалів (у тому числі товсті металеві, скляні та інші стінки судин) пропускають гази. У мікроскопічних об'ємах, однак, досягнення ідеального вакууму в принципі можливе.
9. Діамант. Алмаз (від араб. ألماس, 'almās, яке йде через арабськ. з грец. ἀδάμας - «незламний») - мінерал, кубічна алотропна форма вуглецю. За нормальних умов метастабільний тобто. може існувати необмежено довго. У вакуумі або інертному газі при підвищених температурах поступово переходить у графіт
Ґрати алмазу дуже міцні: атоми вуглецю знаходяться в ній по вузлах двох кубічних решіток з центрованими гранями, дуже щільно вставлених одна в одну.
Графіт за складом той же вуглець, але структура кристалічних ґрат у нього не така, як у алмазу. У графіті атоми вуглецю розташовані шарами, всередині яких з'єднання атомів вуглецю схоже на бджолині стільники. Ці шари пов'язані між собою набагато слабше, ніж атоми вуглецю у кожному шарі. Тому графіт легко розшаровується на лусочки, і їм можна писати. Застосовується він для виготовлення олівців, а також як сухе мастило, придатне для деталей машин, що працюють при високій температурі.
Загальновідомо, що найтвердіший у світі матеріал – алмаз. До цього часу так і було, але тепер вчені стверджують, що є в природі речовина, твердіша за алмаз. Рідкісний мінерал формується під час вивержень вулканів.
З'єднання, що рідко зустрічається в природі, під назвою лонсдейліт так само, як і алмаз, складається з атомів вуглецю, будучи при цьому на 58% більш твердим мінералом, ніж алмаз.
Матеріал під назвою вюрцит азотистого бору виявився твердішим за звичайний алмаз на 18%, а лонсдейліт або гексагональний алмаз - на 58%.
Рідкісний мінерал лонсдейліт формується при падінні на землю метеорита із вмістом графіту, а вюрцит азотистого бору народжується під час вивержень вулканів.
Якщо припущення вчених підтвердяться, то найкориснішим матеріалом із трьох може виявитися саме він, оскільки за високих температур вюрцит азотистого бору залишається міцнішим. Матеріал можна буде використовувати в різальних та свердлувальних інструментах при високих температурах.
Парадоксально, але факт: своєю твердістю вюрцит азотистого бору завдячує гнучкості атомарних зв'язків. При тиску на структури матеріалу деякі атомарні зв'язки перебудовуються на 90% для ослаблення тиску на матеріал.
Абсолютно новий типалмазів вийшов завдяки розкриттю умов утворення метеоритних алмазів
три основні структурні рівні матерії за масштабами уявлення.
На певному етапі розвитку життя Землі виник розум, завдяки якому виник соціальний структурний рівень матерії. На цьому рівні виділяються: індивід, сім'я, колектив, соціальна група, клас та нація, держава, цивілізація, людство загалом.
За іншим критерієм - масштабами уявлення - в природознавстві виділяють три основні структурні рівні матерії:
- мікросвіт- Світ гранично малих, безпосередньо не спостерігаються мікрооб'єктів, просторова розмірність яких обчислюється від 10-8 до 10-16 см, а час життя - від нескінченності до 10-24 секунди;
- макросвіт- Світ макрооб'єктів, порівнянних з людиною та її досвідом. Просторові величини макрооб'єктів виражаються у міліметрах, сантиметрах та кілометрах (10-6-107 см), а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках, століттях;
- мегасвіт- світ величезних космічних масштабів та швидкостей, відстані в якому вимірюються астрономічними одиницями, світловими роками та парсеками (до 1028 см), а час існування космічних об'єктів – мільйонами та мільярдами років
Структрурні рівні мікросвіту.
1. Вакуум. (Поля з мінімальною енергією.)
2. Елементарні частинки.
Елементарні частинки - основні «цеглинки», з яких складається як матерія, так і поле. При цьому всі елементарні частинки неоднорідні: деякі з них є складовими (протон, нейтрон), інші - нескладними (електрон, нейтрино, фотон). Частинки, які є складовими, називають фундаментальними.
3. Атоми. Атом - частка речовини мікроскопічних розміріві маси, найменша частина хімічного елемента, що є носієм його властивостей.
Атом складається з атомного ядра та електронів. Якщо число протонів у ядрі збігається з числом електронів, то атом загалом виявляється електрично нейтральним.
4. Молекули. Молекула - електрично нейтральна частка, утворена з двох або більше пов'язаних ковалентними зв'язками атомів, найменша частка хімічної речовини
5. Мікротіла.
Нові відкриття дозволили:
1) виявити існування в об'єктивній реальності не тільки макро-, а й мікросвіту;
2) підтвердити уявлення про відносність істини, що є лише сходинкою на шляху пізнання фундаментальних властивостей природи;
3) довести, що матерія складається не з «неподільного першоелементу» (атома), а з нескінченного різноманіття явищ, видів та форм матерії та їх взаємозв'язків.
структурні рівні організації матерії в мегасвіті та дайте їм характеристику.
Коротка характеристика мегасвіту
Основними структурними елементамиМегамір є 1) космічні тіла; 2) планети і планетні системи; 3)Зоряні скупчення 4) Галактики. Квазари, ядра галактик 5) Групи галактик 6) Надскупчення галактик 7) Метагалактика 8) Всесвіт.
Зірка-основна структурна одиниця мегасвіту. Це потужні джерелаенергії, природні термоядерні реактори, в яких відбувається хім.еволюція. Поділяються на звичайні (Сонце) та Компактні (чорні дірки)
Планета це блукаюча зірка, всі вони з різною періодичністю обертаються навколо Сонця та навколо своєї осі (планети Сонячної системи, наприклад). Карликові планети: Плутон, Харон, Церера, Сена, Седна.
ЗІРКОВІ СКОПЛЕННЯ - гравітаційно пов'язані угруповання зірок однакового віку та спільного походження. Розрізняють кульові скупчення та розсіяні скупчення
Галактика (ін.-грец. Γαλαξίας - молочний, чумацький) - гігантська, гравітаційно-пов'язана система зі зірок і зоряних скупчень, міжзоряного газу та пилу; темної матерії. За формою ділення на круглу, спіральну та неправильну асиметричну форму.
Кваза́р (англ. quasar) — потужне та далеке активне ядро галактики. Квазари є одними з найяскравіших об'єктів у Всесвіті — їхня потужність випромінювання іноді в десятки та сотні разів перевищує сумарну потужність усіх зірок таких галактик, як наша.
Нагромадження галактик - гравітаційно-пов'язані системи галактик, одні з найбільших структур у всесвіті. Розміри скупчень галактик можуть досягати 108 світлових років.
Мегагалактика – доступна для спостереження частина Всесвіту (як за допомогою телескопів, так і неозброєним оком).
Макросвіт – світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідноситься з масштабами людського досвіду. Просторові величини виражаються в міліметрах, сантиметрах, метрах та кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, добах та роках. Макросвіт має кілька рівнів організації (фізичний, хімічний, біологічний та соціальний).
Як раніше говорилося, макросвіт має досить складну організацію. Його найменший елемент – атом, а найбільша система – планета Земля. До його складу входять як неживі системи, і живі системи різного рівня. Кожен рівень організації макросвіту містить як мікроструктури, і макроструктури. Наприклад, молекули начебто мають ставитися до мікросвіту, оскільки вони безпосередньо не спостерігаються. Але, з одного боку, сама велика структурамікросвіту – атом. А в нас зараз є можливість бачити за допомогою мікроскопів останнього покоління навіть частину атома водню. З іншого боку, є величезні молекули, надзвичайно складні за своєю будовою, наприклад ДНК ядра може бути довгою майже в один сантиметр. Подібна величина вже цілком порівнянна з нашим досвідом, і якби молекула була товщою, ми її побачили б неозброєним оком.
Усі речовини, що у твердому чи рідкому стані, складаються з молекул. Молекули утворюють і кристалічні грати, І руди, і скелі, та інші об'єкти, тобто. те, що ми можемо відчути, побачити тощо. Однак, незважаючи на такі величезні утворення, як гори та океани, це все молекули, пов'язані між собою. Молекули новий рівеньорганізації, вони складаються з атомів, які у системах розглядаються як неподільні, тобто. елементи системи.
Як фізичний рівень організації макросвіту, так і хімічний рівеньмають справу з молекулами та різними станамиречовини. Проте хімічний рівень значно складніший. Він не зводиться до фізичного, що розглядає будову речовин, їх фізичні властивості, рух (все це було досліджено в рамках класичної фізики) хоча б за складністю хімічних процесів та реакційної здатностіречовин.
На біологічному рівні організації макросвіту, крім молекул, ми зазвичай не можемо без мікроскопа розглянути клітини. Але є клітини, які досягають величезної величини, наприклад аксони нейронів восьминогів довжиною в один метр і навіть більше. Водночас усі клітини мають певні подібні риси: вони складаються з мембран, мікротрубочок, у багатьох є ядра та органели. Всі мембрани та органели у свою чергу складаються з гігантських молекул (білків, ліпідів та ін), а ці молекули складаються з атомів. Тому як гігантські інформаційні молекули (ДНК, РНК, ферменти), так і клітини – це мікрорівні біологічного рівняорганізації матерії, що включає і такі величезні освіти, як біоценози та біосфера.
на соціальному рівніОрганізації макросвіту (суспільство) також різняться різні рівні організації. Так, особистість – індивідуальна соціальність; сім'я, робочий колектив – міжіндивідуальна соціальність. Як індивідуальна соціальність, і міжіндивідуальна соціальність - мікрорівні суспільства. Саме суспільство та держава – це надіндивідуальна соціальність – макрорівень.
Розкрийте взаємозв'язок мікро-, макро- та мегамирів.
Межі мікро - і макросвіту рухливі, і немає окремого мікросвіту і окремого макросвіту. Природно, що макрооб'єкти та мегаоб'єкти, побудовані з мікрооб'єктів та в основі макро- та мегаявлень лежать мікроявлення. Це видно на прикладі побудови Всесвіту з взаємодіючих елементарних частинок в рамках космомікрофізики. Наука показує тісний зв'язок між макро- та мікросвітом та виявляє, зокрема, можливості появи макроскопічних об'єктів при зіткненні мікрочастинок високої енергії