Постулаты ТО Эйнштейна. Достоинства и недостатки

Постулаты ТО Эйнштейна. Достоинства и недостатки

Относительности теория, физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Закономерности, устанавливаемые О. т., являются общими для всех физических процессов, поэтому часто о них говорят просто как о свойствах пространства-времени. Как было установлено А. Эйнштейном, эти свойства зависят от гравитационных полей (полей тяготения), действующих в данной области пространства-времени. Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности (ОТО), называются также теорией тяготения. В частной теории относительности рассматриваются свойства пространства-времени в приближении, в котором эффектами тяготения можно пренебречь. Логически частная О. т. есть частный случай ОТО, откуда и происходит её название. Исторически развитие теории происходило в обратном порядке; частная О. т. была сформулирована Эйнштейном в 1905, окончательная формулировка ОТО была дана им же в 1916. Ниже излагается частная О. т., называется в литературе также теорией относительности Эйнштейна, просто О. т., или специальной теорией относительности (история её возникновения изложена в последнем разделе).В основе О. т. лежит принцип относительности, согласно которому в физической системе, приведённой в состояние свободного равномерного и прямолинейного движения относительно системы, условно называется "покоящейся", для наблюдателя, движущегося вместе с системой, все процессы происходят по тем же законам, что и в "покоящейся" системе. Говорят, что движущаяся система получается из "покоящейся" преобразованием движения и что принцип относительности выражает инвариантность (независимость) законов природы относительно преобразований движения.

Справедливость принципа относительности означает, что различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения не имеет физического содержания. Если физическая система В движется равномерно и прямолинейно (со скоростью V) относительно системы А, то с тем же правом можно считать, что А движется относительно В (со скоростью V). Термин "принцип относительности" связан с тем, что если преобразованию движения подвергнуть систему движущихся тел, то все относительные движения этих тел останутся неизменными.

Наряду с принципом относительности из опыта известны и др. принципы инвариантности, или, как ещё говорят, симметрии, законов природы. Любой физический процесс происходит точно так же: если осуществить его в любой др. точке пространства; эта симметрия выражает равноправие всех точек пространства, однородность пространства;если систему, в которой происходит процесс, повернуть на произвольный угол; эта симметрия выражает равноправие всех направлений в пространстве, изотропию пространства;если повторить процесс через некоторый промежуток времени; эта симметрия выражает однородность времени.

Понятие о структурных уровнях организации материи. Мегамир, макромир и микромир.

Материя – это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента.

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. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

Материя как объективная реальность включает в себя не только вещество в четырех его агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном, плазменном), но и физические поля (электромагнитное, гравитационное, ядерное и т. д.), а также их свойства, отношения, продукты взаимодействия. Движение и материя органически и нерасторжимо связаны друг с другом: нет движения без материи, как нет и материи без движения. Движущаяся материя существует в двух основных формах – в пространстве и во времени. Понятие пространства служит для выражения свойства протяженности и порядка сосуществования материальных систем и их состояний. Оно объективно, универсально (всеобщая форма) и необходимо. В понятии времени фиксируется длительность и последовательность смены состояний материальных систем. Время объективно, неотвратимо и необратимо. Основоположником взгляда на материю, как состоящую из дискретных частиц был Демокрит. Мир доступной человеку объективной реальности постоянно расширяется. Концептуальные формы выражения идеи структурных уровней материи многообразны.

Современная наука выделяет в мире три структурных уровня: Микро, Макро, Мега миры.

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.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

 

 

Структура измерительных устройств.

Существует три основных вида структур измерительных устройств:

1. Разомкнутые структуры с последовательным соединением звеньев.

2. Разомкнутые структуры с параллельным соединением звеньев

3. Встречно – параллельное соединение звеньев.

Всякое измерительное устройство состоит из последовательного ряда измерительных преобразователей, образующих канал передачи информации (измерительный канал). При описании действия измерительного устройства его представляют измерительной цепью — упорядоченной совокупностью преобразовательных элементов, обеспечивающей осуществление всех преобразований сигнала измерительной информации. При этом под преобразовательным элементом понимают элемент средства измерения, в котором происходит преобразование величин. Измерительный прибор обязательно имеет устройство отображения (выдачи) измерительной информации. У приборов с визуальными устройствами это чаще всего отсчетные устройства типа шкала-указатель или цифровое табло.

Концепция атомизма от Демокрита до наших дней. Планетрарная модель атома Резерфорда. Постулаты Бора.

Атоми́зм — натурфилософская и физическая теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из неделимых частиц — атомов. Возникла в древнегреческой философии. Дальнейшее развитие получила в философии и науке Средних веков и Нового времени.//Термин атомизм употребляется в двух смыслах. В широком смысле атомизмом называется любое учение об атомах, в узком — древнегреческая философская школа V-IV веков до н. э., учение которой является самой ранней исторической формой атомизма. Школа атомистов (Демокрит). Согласно учению существуют только атомы и пустота. Атомы — мельчайшие неделимые, невозникающие и неисчезающие, качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) сущности (частицы), обладающие определённой формой. Демокрит предложил продуманный вариант механистического объяснения мира: целое у него представляет собой сумму частей, а беспорядочное движение атомов, их случайные столкновения оказываются причиной всего сущего. //Возрождение и раннее Новое время. Сторонники атомизма: Галилей, Гассенди и др. Пьер Гассенди высказал идею, что из однородных неделимых частиц состоят химические элементы.//XIX—XX века. Во второй половине XIX в. было экспериментально доказано, что электрон является одной из основных частей любого вещества. Эти выводы, а также многочисленные экспериментальные данные привели к тому, что в начале XX в. серьезно встал вопрос о строении атома.//Изучение свойств лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Электроны были открыты английским физиком Дж. Томсоном. Томсон предложил первую модель атома, по который атом - сгусток материи, обладающий положительным электрическим зарядом, в который вкраплено столько электронов, что в целом атом - электрически нейтральное образование. В этой модели предполагалось, что под влиянием внешних воздействий электроны могли совершать колебания, т. е. двигаться ускоренно. Казалось бы, это позволяло ответить на вопросы об излучении света атомами вещества и гамма-лучей атомами радиоактивных веществ.//Планетарная модель атома Резерфорда. В развитии представлений о строении атома велико значение опытов английского физика Э. Резерфорда по рассеянию альфа-частиц в веществе. Резерфорд сделал вывод: значительно отклонение альфа-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большей массы. Такое отклонение испытывали лишь немногие альфа-частицы, т.е. те, которые оказались вблизи положительного заряда сравнительно небольших размеров. //Анализируя результат своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома: вокруг положительного ядра с зарядом Ze (Z- порядковый номер элемента в системе Менделеева, е – элементарный заряд) по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Движущиеся по замкнутым орбитам электроны обладают центростремительным ускорением. Согласно классической электродинамике, ускоренные электроны излучают электромагнитные волны, вследствие чего непрерывно теряют энергию. Поэтому электрон, вращаясь вокруг ядра, будет излучать энергию. В результате потери энергии, двигаясь по спирали и приближаясь к ядру, он в конце концов упадет на него. //Первая попытка построить качественно новую - квантовую - теорию атома была предпринята Нильсом Бором. В основу своей теории Бор положил ядерную модель Резерфорда. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.

 

12.2) Простейшие системы визуализации измеряемых сигналов и информации.Одним из простых и в то же время наиболее распространенных приборов для визуализации измеряемых сигналов, изменяющихся во времени, является электронный осциллограф.Основным элементом электронного осциллографа является электроннолучевая трубка, которая представляет собой вакуумный баллом, расширяющийся на одном конце, на внутренней плоскости этого торца, служащего экраном, нанесен люминофор, светящийся при попадании на него электронов. Непосредственно перед экраном нанесен внутри балкона на его стенки токопроводящий слой, служащий анодом, на который через внешний электрод подается высокое — от 400 до 5000 Вольт положительное относительно катода напряжение.

На противоположном узком конце баллона расположен источник быстрых электронов — электронная пушка. Она состоит из катода, управляющего электрода я фокусирующего цилиндра. Электроны испускаются нагретым оксидным слоем, нанесенным на торец катода.Электроны, вылетая из катода, устремляютсяк аноду, но по дороге фокусируются потенциалом фокусирующего цилиндра в узкий луч, конец которого достигает экрана, заставляя светится ту его точку, накоторую упал пучок электронов.На пути к экрану пучок последовательнопроходит между двумя парами управляющих пластин. При подаченапряжения на горизонтально расположенные пластины пучок отклоняется от отрицательно заряженной пластины и притягивается к положительно заряженной, отклоняясь от прямой линии вверх или вниз. При подаче напряжения на вертикально расположенные пластины пучок отклоняется от отрицательно заряженной пластины и притягивается к положительно заряженной, отклоняясь от прямой линии влево или вправо по горизонтальной линии.

Одновременное использование двух пар пластин позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении. Так как масса электронов очень мала, то они почти мгновенно реагируют на изменение разности потенциалов управляющих пластин.

Поскольку отклонение луча от центра экрана пропорционально значению напряжения, подаваемого на пластины, осциллограф может использоваться в качестве электроизмерительного прибора. Осциллограф предназначен для:1) изучения процессов во времени;2) определения фазовых соотношений двух изучаемых напряжений. Для исследования быстропеременных электрических процессов в осциллографе осуществляется развертка — равномерное перемещение электронного луча по горизонтали. Для этого напряжение на горизонтально отклоняющих пластиках должно изменяться линейно во времени, а для возвращения луча в исходное положение напряжение должно очень быстро падать до нуля, такая форма напряжения носит название пилообразной.

Для выполнения второй задачи на пластины вертикального отклонения подается первое напряжение, а на пластины горизонтального отклонения второе, на экране возникает фигура Лиссажу в виде эллипса, если поданы оба напряжения, имеют синусоидальную форму и одинаковую частоту; эллипс может иметь вид от прямой линии до окружности в зависимости от соотношения фаз синусоид: в виде двух петель, если соотношение частот равно двум., три петли, если соотношение частот равно трем и т. д.

Широкое распространение получили многолучевые осциллографы и осциллографы с памятью (запоминающие). Запоминание сигнала в таких осциллографах производится на специальном запоминающем экране или в электронной памяти

 

Законы постоянного тока.

Закон Ома.Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I, [А]:U=RI,B.

При последовательном соединении резисторов

R=R₁+R₂ при параллельном соединении:

1/R=1/R1 + 1/R2

Мощность, выделяемая в проводнике равна:

Вт. P=I^2*R=U^2/R, Вт

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна:

W=PT=I^2*RT=(U^2*T)/R, Дж

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

Емкость конденсатора равна:

где e₀ = 8,85 • 10^-12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума, e — относительная диэлектрическая проницаемость изолятора между пластинами, S — площадь пластин, d — расстояние между ними.

Биосфера Земли

В состав биосферы Вернадский включал:

• живое вещество;

• биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (каменный уголь, нефть, газ и т.д.);

• косное вещество, образованное в процессах без участия живого вещества;

• вещества, создаваемые живыми организмами и косными процессами, и их динамическое равновесие;

• вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада;

• рассеянные атомы, выделяющиеся из земного вещества под влиянием космических излучений;

• вещество космического происхождения, включающее отдельные атомы и молекулы, проникающие на Землю из космоса.

Разумеется, жизнь в биосфере распространена неравномерно, существуют так называемые сгущения и разрежения жизни. Наиболее густо населены нижние слои атмосферы (50 м от земной поверхности), освещенные слои гидросферы и верхние слои литосферы (почва). Также следует отметить, что тропические области заселены намного плотнее, чем пустыни или ледяные поля Арктики и Антарктики. Глубже в земную кору, в океан, а также выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Таким образом, эта тончайшая пленка жизни покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни. При этом нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками.

биосфера Земли насчитывает около 4 млрд. лет. Первыми организмами на Земле были анаэробные (бескислородные) организмы, которые погибли в ходе естественного отбора и борьбы за существование со вторичными организмами, выделявшими в больших количествах кислород. Таким образом, для первичных организмов создание кислородной атмосферы было катастрофой — глобальным экологическим кризисом, в ходе которого большинство этих организмов исчезло с лица Земли. В дальнейшей истории биосферы Земли постоянно вымирало большее или меньшее количество видов

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней. Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Отличие живого от неживого.

Признаки живых организмов.1. Способность к обмену веществ с окружающейсредой.Процессы:питание,дыхание,выделение.Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма.2.Самовоспроизведение.Благодаря этому крупные молекулы, органоиды клетки, сами клетки и организмы сходны по строению со своими предшественниками (живым организмам свойственны наследственность и изменчивость).3.Развитие – приобретение новых индивидуальных свойств организма.4.Рост – увеличение массы, обусловленное репродукцией.5. Раздражимость – избирательная реакция на внешнее воздействие.6.аморегуляция – постоянство структурной организации и химического состава внутренней среды.7. Дискретность строения (вид состоит из особей, клетка состоит из органоидов, органоиды – из молекул, организм – из органов).8. Способность к историческому развитию и изменение от простого к сложному. Этотпроцесс называется эволюцией. В результате эволюции возникло все

Постулаты ТО Эйнштейна. Достоинства и недостатки

Относительности теория, физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Закономерности, устанавливаемые О. т., являются общими для всех физических процессов, поэтому часто о них говорят просто как о свойствах пространства-времени. Как было установлено А. Эйнштейном, эти свойства зависят от гравитационных полей (полей тяготения), действующих в данной области пространства-времени. Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности (ОТО), называются также теорией тяготения. В частной теории относительности рассматриваются свойства пространства-времени в приближении, в котором эффектами тяготения можно пренебречь. Логически частная О. т. есть частный случай ОТО, откуда и происходит её название. Исторически развитие теории происходило в обратном порядке; частная О. т. была сформулирована Эйнштейном в 1905, окончательная формулировка ОТО была дана им же в 1916. Ниже излагается частная О. т., называется в литературе также теорией относительности Эйнштейна, просто О. т., или специальной теорией относительности (история её возникновения изложена в последнем разделе).В основе О. т. лежит принцип относительности, согласно которому в физической системе, приведённой в состояние свободного равномерного и прямолинейного движения относительно системы, условно называется "покоящейся", для наблюдателя, движущегося вместе с системой, все процессы происходят по тем же законам, что и в "покоящейся" системе. Говорят, что движущаяся система получается из "покоящейся" преобразованием движения и что принцип относительности выражает инвариантность (независимость) законов природы относительно преобразований движения.

Справедливость принципа относительности означает, что различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения не имеет физического содержания. Если физическая система В движется равномерно и прямолинейно (со скоростью V) относительно системы А, то с тем же правом можно считать, что А движется относительно В (со скоростью V). Термин "принцип относительности" связан с тем, что если преобразованию движения подвергнуть систему движущихся тел, то все относительные движения этих тел останутся неизменными.

Наряду с принципом относительности из опыта известны и др. принципы инвариантности, или, как ещё говорят, симметрии, законов природы. Любой физический процесс происходит точно так же: если осуществить его в любой др. точке пространства; эта симметрия выражает равноправие всех точек пространства, однородность пространства;если систему, в которой происходит процесс, повернуть на произвольный угол; эта симметрия выражает равноправие всех направлений в пространстве, изотропию пространства;если повторить процесс через некоторый промежуток времени; эта симметрия выражает однородность времени.