Концепции и законы естествознания (стр. 2 из 4)

Закон сохранения массы - закон классической механики, в соответствии с которым при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.

Закон сохранения электрического заряда - физический закон, в соответствии с которым в замкнутой системе взаимодействующих тел алгебраическая сумма электрических зарядов (полный электрический заряд) остается неизменной при всех взаимодействиях.

Масса тел сохраняется, сохраняется также и электрический заряд. Именно заряд, а не число заряженных частиц.

Опыт с электризацией пластин доказывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, нейтральными в первый момент. Небольшая часть электронов переходит с одного тела на другое. При этом новые частицы не возникают, а существовавшие ранее не исчезают.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы, т. е. для изолированной системы. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц сохраняется.

Закон сохранения заряда имеет глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга, рождаться и исчезать, давая жизнь новым частицам. Однако во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковыми по модулю и противоположными по знаку зарядами; исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные. И во всех этих случаях алгебраическая сумма зарядов остается одной и той же.

Справедливость закона сохранения заряда подтверждают наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Причина сохранения заряда до сих пор неизвестна.

Электрический заряд во Вселенной сохраняется. Полный электрический заряд Вселенной, скорее всего, равен нулю; число положительно заряженных элементарных частиц равно числу отрицательно заряженных элементарных частиц.

6. На основании, каких фактов и гипотез сформировалась квантовая механика?

Квантовая механика — теория движений в микромире, основанная на единстве матричной и волновой механики. Верную трактовку смысла волновой функции дал М. Борн в 1926 г. Обратившись к работам Эйнштейна по теории фотонов и проанализировав задачу о рассеянии частиц, он подошел к созданию формализма квантовой механики с позиции статистических методов. Он показал, что интенсивность -волн есть мера вероятности положения частицы в определенном месте .

В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов материального мира.

Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми опытным путем.

Новым шагом в развитии квантовой гипотезы было ведение понятия квантов света. Эта идея была разработана в 1905 г. Эйнштейном и использована им для объяснения фотоэффекта. В целом ряде исследований были получены подтверждения истинности этой идеи. В 1909 г. Эйнштейн, продолжая исследования законов излучения, показывает, что свет обладает одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами. Становилось все более очевидно, что корпускулярно-волновой дуализм светового излучения нельзя объяснить с позиций классической физики. В 1912 г. А. Пуанкаре окончательно доказал несовместимость формулы Планка и классической механики. Требовались новые понятия, новые представления и новый научный язык, для того чтобы физики могли осмыслить эти необычные явления. Все это появилось позже — вместе с созданием и развитием квантовой механики

7. Сформулируйте первое начало термодинамики. Дайте определение внутренней энергии системы

Первое начало термодинамики — одно из основных положений термодинамики, являющееся, по существу, законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам.

Первое начало термодинамики было сформулировано в середине XIX века в результате работ Ю.Р. Майера, Джоуля и Г. Гельмгольца. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Первый закон (первое начало) термодинамики можно сформулировать так: «Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты Q, сообщенного системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом работы .А, совершённой самой системой против внешних сил».

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле

U = 3/2 • т/М • RT

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

8. Дайте определение детерминированному хаосу. Приведите примеры использования этого понятия в экономике и социологии.

Детермини́рованный (динами́ческий) ха́ос — сожное непредсказуемое поведение детерминированной нелинейной системы. Оказалось, что простые системы (иногда — вызывающе простые модельные системы), состоящие из малого числа компонентов, с детерминированными правилами, не включающими элементов случайности, могут проявлять случайное поведение, достаточно сложное и непредсказуемое, причём случайность носит принципиальный, неустранимый характер. Такого рода случайность, непредсказуемость развития системы понимается как хаос.

Мы живем в постоянно меняющемся мире. Вот несколько самых примитивных примеров. Взгляните за окно: падает снег, ветер вздымает снежинки, закручивает их, швыряет в стекла. Но стихает ветер, и снежинки плавно опускаются на землю по прямой линии. Наступает оттепель, идет дождь. И капли так же то падают прямо, то мечутся на воздушных струях. Да и сами мы - то сидим, то ходим, то работаем, то танцуем. А теперь представьте, что было бы, если бы мир вокруг нас, да и мы сами не менялись. Да ничего бы не было - ни нас, ни мира. По физическому определению и мы, и мир - нелинейные системы. Иначе говоря, находящиеся в состоянии хаоса.

В бытовом аспекте хаос - явление отрицательное. Наука не столь категорична. Яркий пример тому - теория тепловой смерти, выдвинутая в середине прошлого столетия немецким ученым Клаузиусом. Он утверждал, что когда-нибудь звезды отдадут все свое тепло в окружающее пространство и погаснут. Трудно представить себе больший хаос, чем бушующие звезды, где мечутся потоки раскаленных газов. Но это хаотичное движение обеспечивает жизнь. И наоборот, порядок - смерть.

9. Шар массой 1 кг, движущийся со скоростью 10м/с, сталкивается с неподвижным шаром массой 5 кг. Удар центральный и абсолютно упругий. Найдите кинетические энергии шаров после удара

Дано:

Найти:

Решение:

Согласно закону сохранения импульса, имеем:

, где - импульс первого шара до соударения, - импульс первого шара после соударения, - импульс второго шара после соударения.

В проекции на ось, направленную вдоль движения первого шара получим:

;

Или:

, где - скорость первого шара после соударения, - скорость второго шара после соударения.

При упругом соударении суммарная кинетическая энергия шаров остаётся постоянной, то есть:

Или:

;

Объединим полученные уравнения в систему и решим её относительно скоростей

и :