Фундаментальные взаимодействия. 
Солнечная система

Задание 1

Назовите виды фундаментальных взаимодействий. В чем проявляется универсальность фундаментальных взаимодействий. Дайте характеристику фундаментальных взаимодействий, заполните таблицу. В каких процессах играют определяющую роль фундаментальные взаимодействия?

Фундаментальные воздействия, играют определяющую роль в структуре физических норм. Из них формируются фундаментальные безразмерные постоянные единой теорией взаимодействия. Эти и некоторые другие константы, также размерность пространства и определяют структуру Вселенной и ее свойства.

Задание 2

а) Дайте краткую характеристику Солнечной системы. Заполните таблицу.

Солнце представляет собой звезду среднего размера, его радиус около 700 тыс. км. Возраст Солнца оценивается примерно в 5 млрд. лет. Считается, что звезды первого поколения имеют возраст на 8−10 млрд. лет больше. В Галактике существуют также молодые звезды, которым всего от 100 тыс. до 100 млн. лет. Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со скоростью около 220 км/с. Солнце совершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн. лет. Этот период называют галактическим годом. Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, которые происходят в недрах. В Солнечной системе насчитывают девять планет, которые расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится кольцо астероидов, которые также движутся вокруг Солнца.

Итак — В состав Солнечной системы входит Солнце, девять больших планет, около 50 их спутников, более 100 000 астероидов, около 10¹¹ комет, а также бесчисленное множество более мелких объектов.

Кроме крупных спутников обнаружены еще несколько более мелких объектов, вращающихся вокруг планеты.

б) В чем сущность закона всемирного тяготения? Почему этот закон называется всемирным? Определите скорость вращения планеты вокруг солнца, считая, что она движется по окружности.

Закон всемирного тяготения

Этот главный для астрономии закон выведен И. Ньютоном в 1687 г. опытным путем (и, насколько мне известно, до сих пор не подтвержден теоретически). Закон утверждает, что два точечных тела с массами m₁ и m₂ притягивают друг друга с силой.

F = G*m₁*m₂/r² (1).

где r — расстояние между телами, а G — гравитационная постоянная. Ускорение, которое испытывает тело m₂, находящееся на расстоянии r от данного тела m₁, равно:

a₂ = F/m₂ = G*m₁/r² (2).

Закон справедлив и для протяженных тел со сферически-симметричным распределением массы, при этом r — расстояние между центрами симметрии тел. Для несферических тел закон соблюдается приближенно, причем тем точнее, чем больше расстояние между телами (между их центрами масс) по отношению к размерам тел.

Все это всем известно еще со школы, и, казалось бы, без математических выкладок добавить больше нечего. Однако это не так.

Согласно (1), сила притяжения пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния. Но масса пропорциональна кубу линейного размера тела. Это означает, что если размеры тел и расстояния между ними (при сохранении их плотностей) пропорционально увеличить, например, в 10 раз, то их массы возрастут в 1000 раз, а квадрат расстояния — только в 100, поэтому сила притяжения увеличится в 10 раз! То есть при увеличении масштаба масса растет на порядок быстрее, чем квадрат расстояния! Из-за ничтожного значения гравитационной постоянной силы притяжения между отдельными предметами на поверхности Земли крайне малы по сравнению с силой притяжения самой Земли, но уже в межпланетных масштабах (сотни миллионов километров) увеличение масс компенсирует G и гравитация становится главной силой.

При уменьшении масштабов проявляется обратный эффект, хоть это уже из биологии. Если, к примеру, уменьшить человека до размеров муравья, т. е. примерно в 100 раз, то его масса уменьшится в 1 000 000 раз. А поскольку сила мышц примерно пропорциональна их поперечному сечению, т. е. квадрату линейного размера, то она уменьшится только в 10 000 раз, т. е. будет 100-кратный выигрыш в силе! Нетрудно догадаться, что фактически насекомые обитают в условиях сильно пониженной по сравнению с более крупными животными гравитации. Поэтому вопрос о том, какой вес смог бы поднять муравей, если бы был размером со слона, просто не имеет смысла. Строение тела насекомых и вообще всех мелких животных оптимально именно для пониженного тяготения, и ноги у муравья просто не выдержат веса тела, не говоря уже о каком-то дополнительном грузе. Так сила тяжести накладывает ограничения на размеры наземных животных, и самые крупные из них (например, динозавры), по-видимому, существенную часть времени проводили в воде.

Летательные способности в животном мире также ограничены массой тела. Не только сила мышц, но и площадь крыльев растет пропорционально квадрату линейных размеров, т. е. для при некоторой предельной массе тела полеты становятся невозможными. Эта критическая масса составляет примерно 15−20 кг, что соответствует весу самых тяжелых из земных птиц. Поэтому очень сомнительно, что древние гигантские ящеры действительно могли летать; скорее всего, их крылья позволяли им только планировать с дерева на дерево.

Определите скорость вращения планеты вокруг Солнца, считая что она движется по окружности. Например, скорость Урана.

Для определения скорости Вам надо знать радиус орбиты ® и период обращения (T) (если знаете что-то одно, радиус или период, вторая величина вычисляется из отношения радиусов и периодов, используя данные Луны или земли). Дальше.

V= 2x (Pi)xR/T=6,81 км/с.

Задание 3

Астрономические знаки:

Солнце ;Меркурий; Венера; Земля; Марс; Юпитер ;

Сатурн; Уран; Нептун; Плутон .

Задание 4

фундаментальный солнечный химический морской Какие химические элементы, являются самыми главными для жизни и почему? Поясните. Напишите о значении для организмов каждого химического элемента. Фосфор, азот, калий, сера, углерод, кислород.

Ответ.

Наиболее важными для жизни являются углерод, азот и кислород.

Углерод. От латинского «carboneum». Существует в свободном виде в двух формах — графит и алмаз. Углерод является одним из важнейших элементов в природе. Его соединения составляют основу флоры и фауны, а сам химический элемент участвует в образовании углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.

Круговорот углерода в биосфере начинается с фиксации атмосферного углекислого газа в процессе фотосинтеза растениями и некоторыми микроорганизмами. Часть поглощённого углерода расходуется при дыхании растений, а часть потребляется животными, которые тоже выделяют. Погибшие растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. При отсутствии кислорода, в процессе разложения мёртвых организмов образуются нефть, торф и каменный уголь. Они используются человеком для получения энергии, а выделившийся диоксид углерода возвращается в атмосферу.

Подобный круговорот углерода присутствует и в гидросфере. Только часть углерода, образованная и захороненная в литосфере, становится элементом горных пород, а попавшая в водоёмы — участвует в образовании карбонатных пород (известняков, доломитов).

До активного вмешательства человека в естественные экосистемы и их резкого сокращения, равновесие между связыванием и высвобождением углерода поддерживалось на планете с большой точностью. Сейчас же оно приводит к разбалансировке углеродного цикла, а значит и к снижению стабильности концентрации ряда других химических веществ. Помимо природного, особое место в круговороте углерода наших дней приобретает массовое сжигание органических веществ с постепенным возрастанием содержания в атмосфере, и как следствие — возникновение «парникового эффекта» с вероятным резким изменением климата.

Азот. Название «азот» происходит от греческого слова «azoos» — безжизненный, по-латыни Азот — один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09% от общего объёма. Круговорот этого элемента в природе — один из наиболее сложных, и в то же время — он практически идеален. Ведь биогеохимический цикл азота включает в себя несколько основных этапов:

• — фиксация азота из воздуха живыми организмами (бактериями и водорослями), обогащающими почву азотом при минерализации;
• — поглощение азота корнями растений и транспортировка его в листья со стеблями, где в процессе биосинтеза строятся белки;
• — использование растительных белков в качестве питания животными;
• — разложение животных останков с выделением аммиака, используемого бактериями, и образование нитратов, частично восстанавливаемых до элементарного азота, возвращаемого в атмосферу.

Кислород. Назван переводом с латинского слова «oxygenium». При нормальных условиях — газ без цвета и запаха. Вместе с азотом и незначительным количеством других газов свободный кислород образует атмосферу Земли (23, 15% по массе или 20,95% по объёму, всего кг). В гидросфере содержится кг растворённого кислорода (то есть 1% атмосферного). Велики также запасы связанного кислорода: 58% атомов в земной коре — это атомы связанного кислорода.

Практически весь свободный кислород планеты возник и сохраняется в результате фотосинтеза. Фотосинтезом же, (от греческих слов «фотос» — свет и «синтез — соединение), называют процесс создания растениями органических молекул из неорганических за счёт энергии солнечного света. Происходит он из-за наличия в растениях хлоропластов, содержащих хлорофилл — вещество, которому своим существованием обязано всё живое на Земле. Ведь за исключением редчайших анаэробных бактерий, кислород при дыхании использует каждый организм, а следовательно — для живого он имеет первостепенное значение и является самым важным химическим элементом.

Кислород — сильнейший окислитель (кислород — «рождающий кислоту»). Практически все реакции с участием кислорода — реакции окисления, в результате которых образуются вещества — оксиды. И в живом мире, попадая в организм через дыхание, кислород вступает в реакцию с углеродом и выводит отходы дыхания в виде молекул, способствуя росту и развитию клетки.

Прочие химические элементы, хотя и не имеют столь ярко выраженного для жизни значения, тем не менее — тоже необходимы в его физиологических процессах.

Калий. Серебристо-белый метал, название которого происходит от латинского «kali-um». По распространённости в земной коре калий занимает седьмое место (порядка 2,5% по массе). В свободном состоянии в природе не встречается, а представлен минералами, солями и силикатами.

Наиболее важное значение для жизни калий имеет в виде калийных удобрений. Они существенно увеличивают способность растений к фотосинтезу, особенно для сахаристых культур. К калийным удобрениям относятся природные соли калия: сильвин, сильвинит, каинит, а также продукты их переработки: поташ, сульфат и другие химические вещества. Кроме того — калий способствует быстрейшему оттоку органических веществ от листьев к корням.

Фосфор — важнейший элемент, входящий в состав белков, нуклеиновых кислот, костной ткани. Соединения фосфора принимают участие в обмене энергии (аденозинтрифосфорная кислота и креатинфосфат являются аккумуляторами энергии), с их превращениями связаны мышечная и умственная деятельность, жизнеобеспечение организма. Фосфор влияет на деятельность сердца и почек.

Потребность взрослого в фосфоре — 1200 мг/сут (1,2 г). Для правильного питания важно не только абсолютное количество фосфора, но и соотношение его с кальцием (2:3). При избытке фосфора может происходить выведение кальция из костей, при избытке кальция — развиваться мочекаменная болезнь. Относительно много фосфора находится в рыбе, хлебе, мясе, молоке и сыре. Еще больше фосфора находится в фасоли, горохе, овсяной, перловой и ячневой крупах, а также в ягодных культурах, орехах, петрушке, капусте, моркови, чесноке, шпинате.

СЕРА, S (sulfur), неметаллический химический элемент, член семейства халькогенов (O, S, Se, Te и Po) — VI группы периодической системы элементов. Сера, как и многие ее применения, известны с далекой древности. А. Лавуазье утверждал, что сера — это элемент. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т. д. Она присутствует также в углях и нефти.

Задание 5

Приведите пример биогеоценоза (экосистемы) Вашей местности. Перечислите важнейшие компоненты экосистемы и раскройте роль каждого из них. Являются ли экосистемы — открытыми системами? Обоснуйте ответ. Приведите пример биогеоценоза (экосистемы) Вашей местности. Перечислите важнейшие компоненты экосистемы и раскройте роль каждого из них. Являются ли экосистемы — открытыми системами? Обоснуйте ответ.

Ответ:

Характеристика морских экосистем.

Область континентального шельфа, неритическая область, если ее площадь ограничена глубиной до 200 м, составляет около 8% площади океана (29 млн. км2) и является самой богатой в фаунистическом отношении в океане. Прибрежная зона благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь. Очень богат кормом планктон за счет личинок бентосной фауны. Личинки, которые остаются не съеденными, оседают на субстрат и образуют либо эпифауну (прикрепленную) либо инфауну (закапывающуюся).

Области апвеллинга Области апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Они богаты рыбой и птицами, живущими на островах. Но при изменении направления ветра происходит спад «цветения» планктона и наблюдается массовая гибель рыб вследствие развития бескислородных условий (эвтрофикация).

Лиманы Лиманы — это полузамкнутые прибрежные водоемы, они представляют собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Лиманы обычно входят в литоральную зону, А и подвержены приливам и отливам.

Лиманы высокопродуктивны Они являются ловушками биогенных веществ. На протяжении круглого года активны автотрофы: макрофиты (болотные и морские травы, водоросли), донные водоросли, фитопланктон. Лиманы служат для откорма молоди, богаты целым комплексом I морепродуктов (рыба, крабы, креветки, устрицы и т. п.). Попадая в сферу хозяйственной деятельности человека, они могут потерять свою продуктивность вследствие загрязнения водной среды.

Океанические области, эвфотическая зона открытого океана, бедны биогенными элементами. И в известной степени, можно считать эти воды «пустынями» по сравнению с прибрежными. Арктические и антарктические зоны намного продуктивнее, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче.

Фитопланктон является первичным источником энергии в пищевых цепях пелагической области — продуцентом. Крупные животные, и прежде всего рыбы, здесь являются преимущественно вторичными консументами, питающимися зоопланктоном. Продуцентом для зоопланктона являются как фитопланктон, так и планктонные личинки моллюсков, морских лилий и т. п.

Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной и тем не менее разнообразие рыб в абиссальной зоне велико, несмотря на то, что она практически лишена продуцентов. Рыбы имеют причудливую форму (рис. 7.10), большие рты и растягивающиеся животы, и т. п. — все приспособлено к глотанию пищи любого размера в полной темноте. Разнообразие же связано со стабильностью условий в абиссальной зоне в течение длительного геологического времени, что замедлило эволюцию и сохранило многие виды из далеких геологических эпох.

Экосистемы глубоководных рифовых зон океана находятся на глубине около 3000 м и более, в сплошной темноте, где невозможен фотосинтез, преобладает сероводородное заражение, есть выходы горячих подземных вод, высокие концентрации ядовитых металлов; живые организмы здесь представлены гигантскими червями (погонофорами), живущими в трубках, крупными двустворчатыми моллюсками, креветками, крабами и отдельными экземплярами рыб. Продуцентами здесь выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками. Хищники представлены крабами, брюхоногими моллюсками и некоторыми рыбами.

Океан является колыбелью жизни на планете и еще множество загадок хранят его водные толщи и океаническое ложе. Появление жизни в океане более 3 млрд. лет тому назад положило начало формированию биосферы. И сейчас, занимая более 70% поверхности Земли, он определяет во многом, в сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной биосферы Земли.

Задание 6

Какие основные типы темперамента Вы знаете? Дайте им краткую характеристику, на примере литературных персонажей или исторических личностей. К какому типу темперамента Вы себя относите?

Ответ:

Холерик — субъект, обладающий одним из четырех основных типов темперамента, характеризующийся высоким уровнем психической активности, энергичностью действий, резкостью, стремительностью, силой движений, их быстрым темпом, порывистостью. Холерик склонен к резким сменам настроения, вспыльчив, нетерпелив, подвержен эмоциональным срывам, иногда бывает агрессивным. При отсутствии надлежащего воспитания недостаточная эмоциональная уравновешенность может привести к неспособности контролировать свои эмоции в трудных жизненных обстоятельствах. (Пушкин, Ленин).

Флегматик — субъект, обладающий одним из четырех основных типов темперамента, характеризующийся низким уровнем психической активности, медлительностью, невыразительностью мимики. Флегматик трудно переключается с одного вида деятельности на другой и приспосабливается к новой обстановке. У флегматика преобладает спокойное, ровное настроение. Чувства и настроения обычно отличаются постоянством. При неблагоприятных условиях у флегматика может развиться вялость, бедность эмоций, склонность к выполнению однообразных привычных действий. (Кутузов, Галилео Галилей).

Сангвиник — субъект, обладающий одним из четырех основных типов темперамента, характеризующийся высокой психической активностью, энергичностью, работоспособностью, быстротой и живостью движений, разнообразием и богатством мимики, быстрым темпом речи. Сангвиник стремится к частой смене впечатлений, легко и быстро отзывается на окружающие события, общителен. Эмоции, преимущественно положительные, быстро возникают и быстро сменяются. Сравнительно легко и быстро он переживает неудачи. При неблагоприятных условиях и отрицательных воспитательных влияниях подвижность может вылиться в отсутствие сосредоточенности, неоправданную поспешность поступков, поверхностность.(Путин, Петр 1).

Меланхолик — субъект, обладающий одним из четырех основных типов темперамента, характеризующимся низким уровнем психической активности, замедленностью движений, сдержанностью моторики и речи, быстрой утомляемостью. Меланхолика отличают высокая эмоциональная сензитивность, глубина и устойчивость эмоций при слабом их внешнем выражении, причем преобладают отрицательные эмоции. При неблагоприятных условиях у меланхолика может развиться повышенная эмоциональная ранимость, замкнутость, отчужденность. И. П. Павлов считал, что у представителей меланхолического темперамента преобладает тормозной процесс при слабости как возбуждения, так и торможения. (Чайковский, Гоголь) Я отношу себя к типу: сангвиник.