Занимательные вопросы по физике
1. Является ли физика точной наукой
Физика, наряду с математикой, относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений. Точными называются те науки, методом познания и проверки истинности теорий в которых является измерение, которые оперируют количественными величинами. Со времён Г. Галилея представители естественных наук решили иметь дело только с теми характеристиками природных объектов, которые можно как-то измерить, выразить количественно (величина, масса, сила и проч.). А если сразу не получается, то с ними можно и нужно экспериментировать, т.е. создавать искусственно такие условия, при которых искомые количественные параметры обязательно проявятся. Именно упор на строго объективную количественную оценку изучаемых объектов и принёс физике славу «точных наук».
«Точность» науки определяется её принципиальными возможностями: в физике и в математике можно вычислить много чего такого с любой необходимой на практике точностью. Абсолютная точность - это абстракция, полностью бесполезная на практике.
. Укажите различия в структуре и содержании аксиоматической системы Евклида и «дедуктивного метода» литературного героя Шерлока Холмса
Аксиоматический метод - способ построения научной теории, при котором в её основу кладутся некоторые исходные положения (суждения) - аксиомы, или постулаты, из которых все остальные утверждения этой науки (теоремы) должны выводиться чисто логическим путём, посредством доказательств. Построение науки на основе аксиоматического метода обычно называется дедуктивным. Был сформулирован в «Началах» Евклида. В то время считалось, что в качестве аксиом должны выбираться суждения, истинность которых «самоочевидна», так что истинность теорем считалась гарантированной безупречностью самой логики.
«Дедуктивный метод» Шерлока Холмса на самом деле является индуктивным. Индукция (лат. inductio - наведение) - процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему. В то время как дедукция - метод мышления, при котором частное положение логическим путём выводится из общего, вывод по правилам логики; цепь умозаключений (рассуждение), звенья которой (высказывания) связаны отношением логического следования.
. Объясните преимущества нарезного оружия перед гладкоствольным, опираясь на закон сохранения момента импульса. Где ещё применяется этот закон
Гладкоствольное оружие не имеет нарезов в стволе. Нарезное оружие - имеет нарезы в канале ствола для придания пуле вращательного движения. Нарезное оружие стреляет только пулями, имеет более высокую точность, дальность, мощность и настильность траектории полёта пули. В момент выстрела ведущий поясок снаряда или оболочка пули, изготовленные из мягкого металла (например, свинец), врезаются в винтообразные нарезы канала ствола. Благодаря этому снаряд (пуля), продвигаясь в канале ствола, поворачивается вокруг своей продольной оси и приобретает вращательное движение. Объясняется это движение пули законом сохранения момента импульса (законом сохранения углового момента). Векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остаётся постоянной в случае равновесия системы. В соответствии с этим, момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем. Этот принцип широко используется в так называемых гироскопических навигационных приборах. В их основе лежит массивное, быстро вращающееся колесо - гироскоп, - которое не изменяет своей ориентации в пространстве, благодаря чему прибор стабильно указывает заданное направление, вне зависимости от угла поворота субмарины, самолёта или спутника, на котором он установлен.
. На двух скрипках сыграли одну и ту же ноту, но окраска звучания (тембр) у них разная. Как это объяснить
Тембр - это окраска звука; один из признаков музыкального звука (наряду с высотой, громкостью и длительностью). По тембрам отличают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные или на разных инструментах, разными голосами, или на одном инструменте разными способами, штрихами. Тембр определяется материалом, формой вибратора, условиями его колебаний, резонатором, акустикой помещения. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высоте и громкости, шумовые призвуки, атака (начальный момент звука), форманты, вибрато и др. факторы.
Объясняется различие тембра тем, что в обычных звуках присутствуют колебания разных наборов частот и амплитуд. Колебания самой низкой частоты в этом наборе служат основным тоном. Их амплитуда самая большая. Все остальные колебания называют обертонами. Отдельно мы не слышим обертонов, но именно они, смешиваясь с основным тоном, образуют тембр.
. Чем объясняется инертность газа гелия и активность хлора
Инертные газы - химические элементы главной подгруппы VIII группы, у которых s- и p- оболочки полностью заполнены. Инертные газы отличаются крайне низкой химической активностью (отсюда и название). Тем не менее, все они при определённых условиях могут образовывать соединения (особенно охотно со фтором). Наиболее «инертны» неон и гелий: чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно очень постараться, искусственно ионизируя каждый атом.
Хлор - элемент главной подгруппы седьмой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 17. Химически активный неметалл. Входит в группу галогенов. Галогены реагируют почти со всеми простыми веществами, кроме некоторых неметаллов. Все галогены - энергичные окислители, поэтому встречаются в природе только в виде соединений. На валентном уровне атома хлора содержится 1 неспаренный электрон: 1S² 2S² 2p6 3S² 3p5, поэтому валентность равная 1 для атома хлора очень стабильна. За счёт присутствия в атоме хлора незанятой орбитали d-подуровня, атом хлора может проявлять и другие валентности.
. Опишите природу альфа-, бета- и гамма-излучения
Альфа-частица (α-частица), положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4 (4He2+). Образуется при альфа-распаде ядер. Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции; в первой искусственно вызванной ядерной реакции (Э. Резерфорд, 1919, превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют альфа-лучами.
Бета-частица (β-частица), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение. Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно заряженные - позитронами (β+). Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение).
Гамма-излучение (γ-лучи) - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно маленькой длиной волны - < 5×10−3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер, при ядерных реакциях, а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях.
. Каким образом идея квантования разрешает парадокс ультрафиолетовой катастрофы
Ультрафиолетовая катастрофа - физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны. Так как это не согласуется с экспериментальным наблюдением, в конце 19 века возникали трудности в описании фотометрических характеристик тел. Проблема была решена при помощи квантовой теории излучения Макса Планка в 1900 г. Гипотеза Планка о квантах нарушила "незыблемое" правило классической физики о том, что любая физическая величина, в том числе и энергия, изменяется непрерывным образом, и за бесконечно малый промежуток времени её изменение всегда бесконечно мало. Эта гипотеза оказала огромное влияние на последующее развитие физики. Именно развитие гипотезы Планка о квантах, высказанной в начале XX столетия, привело к появлению квантовой механики - современной физической теории, в которой идея квантования или дискретности распространяется на различные физические величины, характеризующие состояние системы.
Самоорганизация - процесс упорядочения (пространственного, временного или пространственно-временного) в открытой системе, за счёт согласованного взаимодействия множества элементов её составляющих.
Характеристики системы:
открытая (наличие обмена энергией/веществом с окружающей средой)
содержит неограниченно большое число элементов (подсистем)
имеется стационарный устойчивый режим системы, в котором элементы взаимодействуют хаотически (некогерентно).
Характеристики процесса:
интенсивный обмен энергией/веществом с окружающей средой, причём совершенно хаотически (не вызывая упорядочение в системе)
новое состояние обусловлено согласованным (когерентным) поведением элементов системы, эффект упорядочения обнаруживается только на макроскопическом уровне.
. Какой из двух видов обратной связи обусловливает бифуркационные скачки в самоорганизующихся системах? Поясните ответ примером
Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Потенциальных траекторий развития системы много и точно предсказать, в какое состояние перейдёт система после прохождения точки бифуркации, невозможно, что связано с тем, что влияние среды носит случайный характер (это не исключает детерминизма между точками бифуркации). Петля положительной обратной связи обусловлена наличием в процессоре системы "катализаторов", т.е. компонентов, само присутствие которых стимулирует определённые процессы в системе, она связывает выбор пути с предыдущим состоянием. Катализаторы и предыдущие состояния системы также притягивают её к определённой ветви или ветвям развития, как магнит - железо. Отрицательные обратные связи, наоборот, отталкивают соответствующие ветви.
. Существует ли принципиальная возможность попасть в будущее? Поясните ответ, используя идеи теории относительности
Долгое время идею путешествий во времени приватизировали исключительно писатели-фантасты, но после открытия Эйнштейном Общей теории относительности (ОТО) за дело основательно и, главное, квалифицированно взялись учёные. Прежде всего была обнаружена принципиальная возможность таких путешествий, но только в одном направлении (в будущее).
Современная наука допускает несколько возможных способов путешествия в будущее:
Физический (на основе следствий теории относительности): 1) Движение со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествия, измеренное по часам того, кто двигался с такой скоростью, всегда меньше измеренного по часам того, кто оставался неподвижен («парадокс близнецов»); 2) Нахождение в области сверхвысокой гравитации, например, вблизи горизонта событий чёрной дыры.
Биологический - остановка метаболизма тела с последующим восстановлением. Например, замораживание (крионика).
11. К какому типу знаний вы отнесёте концепцию Большого Взрыва? Как соотносится эта и другие концепции начала Вселенной с основными принципами естествознания
Большой взрыв (от англ. Big Bang) - гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Г.А. Гамов разработал модель горячей Вселенной, рассмотрев ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной, и назвал её «космологией Большого взрыва». Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией. Космология как раздел естествознания находится на своеобразном стыке науки, религии и философии. В основе космологических моделей Вселенной лежат определённые мировоззренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большое мировоззренческое значение.
Среди современных физиков-теоретиков имеются сторонники как концепции самоорганизации, так и концепции креационизма. Последние признают, что развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной необходимостью разработку единой научно-теистической картины мира, синтезирующей все достижения в области знания и веры. Первые же придерживаются строго научных взглядов.
. Является ли вирус живым организмом? Поясните ответ, используя признаки живой материи
Вирусы - мельчайшие из живых существ. Тем не менее, они содержат важнейшие элементы жизни. Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, но всех структур развитой живой клетки, например ядра, они не имеют. По своему образу жизни они также отличаются от обычных клеток; будучи неспособными синтезировать белок, вирусы ведут паразитический образ жизни, получая необходимые для их жизнедеятельности вещества путём проникновения в живую клетку и использования готовых органических веществ и энергии. Материал является живым если, будучи изолированным, он сохраняет свою специфическую конфигурацию так, что эта конфигурация может быть реинтегрирована, то есть вновь включена в цикл, в котором участвует генетическое вещество: это отождествляет жизнь с наличием независимого специфического самореплицирующегося способа организации. Вирус, согласно этому тесту, живой точно так же, как и любой другой фрагмент генетического материала, его можно извлечь из клетки, вновь ввести в живую клетку и при этом он будет копироваться в ней и станет хотя бы на некоторое время часть её наследственного аппарата.
Популяция - группа особей, способная к более-менее устойчивому самовоспроизводству (как половому, так и бесполому), относительно обособленная (обычно географически) от других групп, с представителями которых (при половой репродукции) потенциально возможен генетический обмен. С точки зрения популяционной генетики, популяция - это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с представителями других подобных групп. Обычно говорят о популяциях как о группах в составе вида или подвида.
Причины колебания численности популяций: изменение количества пищи, погодных условий, экстремальные условия (наводнения, пожары и пр.). Резкое изменение численности под влиянием случайных факторов, превышение смертности над рождаемостью - возможные причины гибели популяции. Вслед за возрастанием численности одних видов появляются факторы, вызывающие её ограничение. Так, возрастание численности растительноядных животных сопровождается увеличением численности хищников, паразитов. Вследствие этого происходит снижение численности растительноядных животных, а затем и численности хищников. Таков механизм саморегуляции численности всех популяций, сохранения её на определённом уровне.
физика наука инертность газ
14. Что такое пассионарность
Пассионарность - избыток биохимической энергии живого вещества, порождающий жертвенность, часто ради иллюзорных целей. Пассионарность - это непреодолимое внутренне стремление к деятельности, направленное на осуществление каких либо целей. Цель эта представляется пассионарной особе ценнее даже собственной жизни, а тем более жизни счастья современников и соплеменников. Она не имеет отношения к этике, одинаково легко порождает подвиги и преступления, творчество и разрушение, благо и зло, исключая только равнодушие; она не делает человека героем, ведущим толпу, ибо большинство пассионариев находятся в составе толпы, определяя её потентность в ту или иную эпоху развития этноса.
В широком смысле, пассиона́рность, - наследуемая количественная характеристика, определяющая способность индивида (и группы индивидов) к сверхусилиям, сверхнапряжению.
Список литературы
1.Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: Владос, 1999.
.Дирак П. Принципы квантовой механики. - М.: Наука, 1987.
.Концепции современного естествознания / Под ред. проф. С.И. Самыгина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.
.Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.
.Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса: новый диалог человека и природы. - М.: Наука, 1986.
.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. - М.: Культура и спорт, 1997.