Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания". 5

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет имени В.С. Черномырдина»

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

Кафедра высшей прикладной математики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине КСЕ

Выполнила:

студентка 1 курса

специальности менеджмент

заочного отделения

Савма Инна Петровна

учебный шифр 1512811

Проверила:

доцент кафедры высшей прикладной математики

Середа Надежда Валериевна

Чебоксары 2012

Оглавление

Роль естествознания в формировании мировоззрения…………………………2
Кибернетика как наука…………………………………………………………………………….3
Статические закономерности в природе………………………………………………..6
Галактики: развитие, форма, структуры, размеры…………………………………7
Внутреннее строение Земли………………………………………………………………….12
Структура белка и его роль в живом организме……………………………………14
Список используемых источников…………………………………………………………20

Роль естествознания в формировании мировоззрения

Ограничение области знания лишь небольшой группой людей ослабляет

философский дух народов и ведет к духовному обнищанию.

А.Эйнштейн

В современном «постиндустриальном» обществе в научные разработки и технологическую деятельность вовлечены миллионы людей. Работа их определяет судьбы миллиардов, поэтому без глубокого освоения идей, языка и методов современной науки невозможно разумно управляемое развитие человеческой цивилизации. Экологический кризис, поставивший человечество на грань катастрофы, вызван не научно-техническим прогрессом, а напротив – недостаточным распространением в обществе научных и культурных знаний, породившим благодатную почву для принятия безответственных решений, бесконтрольного производства человеческих потребностей далеко не высшего порядка и их удовлетворению в ущерб окружающей природе.

Человечество на пороге нового тысячелетия находится в состоянии настоящей революции в области коммуникации и информации, подготовившей и смену мировоззрения. Информация превратилась в глобальный и, в принципе, неистощимый ресурс человечества, вступающего в новую эру развития цивилизации – эпоху интенсивного освоения этого информационного ресурса и неслыханных возможностей феномена управления. Многие решения, определяющие будущее, зависят от адекватной интерпретации научных открытий. Наука – не набор непреложных истин и научный метод – лишь один из способов познания природы. Когда-то Ньютон заметил: «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как каждый землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать свежим воздухом», имея в виду, что «углубление шахт знания» может привести их неустойчивости.

Гуманизация общества и образования стала насущной потребностью нашего времени. Один из самых известных физиков нашего столетия Макс Борн как-то сказал: «Нынешние политические и милитаристические ужасы, полный распад этики – всему этому я был свидетелем на протяжении моей жизни. Если даже род человеческий не будет стерт ядерной войной, он может выродиться в какие-то разновидности оболваненных и бессловесных существ, живущих под тиранией диктаторов и понукаемых с помощью машин и электронных компьютеров». Поэтому в обучении важны и современные знания, и соответствующая им ответственность и мораль. Велика в этом роль естествознания как попытки найти логически безупречный ответ на главный вопрос – происхождение мироздания и человечества.

Кибернетика как наука

Кибернетика (в переводе с греческого искусство управления) - это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересовал целый класс систем, как живых, так и не живых, в которых существовал механизм обратной связи. Основателем кибернетики по праву считается американский математик Н. Винер Винер Норберт (1894-1964), американский ученый. В труде «Кибернетика» сформулировал основные положения кибернетики.

Труды по математическому анализу, теории вероятностей, электрическим сетям и вычислительной технике., выпустивший в 1948 году книгу, которая так и называлась «Кибернетика».Оригинальность этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы не обязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходом, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.

Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками систем. Работа «демона Максвелла» позволяет установить обратно пропорциональную зависимость между информацией и энтропией. С повышением энтропии уменьшается информации и наоборот, понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией. Энергия (от греческого energеia - деятельность) характеризует общую меру различных видов движения и взаимодействия в формах: механической, тепловой, электромагнитной, химической, гравитационной, ядерной. Точность сигнала, передающего информацию, не зависит от количества энергии, которая используется для передачи сигнала.

Общее значение кибернетики обозначается в следующих направлениях:

· Философское значение, поскольку кибернетика дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи и вероятности.

· Социальное значение, поскольку кибернетика дает новое представление об обществе, как организованном целом. О пользе кибернетики для изучения общества немало было сказано уже в момент возникновения этой науки.

· Общенаучное значение в трех смыслах: во-первых, потому что кибернетика дает общенаучные понятия, которые оказываются важными в других областях науки - понятия управления, сложно динамической системы и тому подобное; во-вторых, потому что дает науке новые методы исследования: вероятностные, стохастические, моделирования на ЭВМ и так далее; в-третьих, потому что на основе функционального подхода «сигнал-отклик» кибернетика формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем, которые затем могут быть проверены в процессе содержательного исследования.

· Методологическое значение кибернетики определяется тем, что изучение функционирования более простых технических систем используется для выдвижения гипотез о механизме работы качественно более сложных систем с целью познания происходящих в них процессов - воспроизводства жизни, обучения и так далее.

· Наиболее известно техническое значение кибернетики - создание на основе кибернетических принципов ЭВМ, роботов, ПЭВМ, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни.

Основными категориями методами теоретической кибернетики являются следующие понятия: "сложная система", "междисциплинарность", "межсистемный изоморфизм", "черный ящик", "управление", "обратная связь", наблюдатель", "гомеостаз", "внешнее дополнение", "принцип необходимого разнообразия". В сочетании с обще познавательными методами "классификация", "обобщение", "абстрагирование", "анализ-синтез" кибернетика добросовестно выполняет свою миссию методологии изучения сложных систем.

Области приложения кибернетики как прикладной науки также достаточно обширны, появляются направления: техническая кибернетика, экономическая кибернетика, биологическая кибернетика, медицинская кибернетика, нейрокибернетика и т.д.

Статические закономерности в природе

Статистические законы — это такие законы, когда любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Здесь действуют статистические распределения величин. Это означает, что в статистических теориях состояние определяется не значениями физических величин, а их распределениями. Нахождение средних значений физических величин — главная задача статистических теорий. Вероятностные характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы.

Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Практическая их ценность в определенных границах нисколько не умаляется. При разговоре о смене теорий имеется в виду, в первую очередь, смена глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений, описание которых дается соответствующими теориями. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применения теории. Статистические теории расширяются на больший круг явлений, недоступных динамическим теориям.

Галактики: развитие, форма, структуры, размеры

Галактикой называется большая система из звезд, межзвездного газа, пыли, темной материи и, возможно, темной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.

Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные

чёрные дыры. Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотность меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.

По классификации, предложенной Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:

эллиптические(E),

линзообразные(S0),

обычные спиральные(S),

пересеченные спиральные(SB),

неправильные (Ir).

Эллиптические галактики - класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько

спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Линзообразные галактики - это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело - линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

Неправильные галактики — это галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. По-видимому, около 14 млрд. лет назад в первичном веществе началось обособление протоскоплений (прото - от греческого - первый). В протоскоплениях в ходе разнообразных динамических процессов происходило выделение групп галактик. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик.

Сжатие галактики длится около 3 млрд. лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в

звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики – это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течении короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие

ядра получили название «активных», а процессы происходящие в них - «активность».

В1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

Внутреннее строение Земли

Сейчас ученые знают о внутреннем строении Земли меньше чем, скажем, о космическом окружении нашей планеты. Проникнуть в недра можно только "На крыльях науки". То, что расположено у нас под ногами, упорно сохраняет свои тайны. Ученые предполагают, что Земля состоит из трех основных частей: ядра, мантии и земной коры.

Ядро - это центральная, сердцевинная часть земного шара. Оно пока является загадкой для науки. Уверенно можно говорить лишь о его радиус - около 3500 км. Ученые считают, что внешняя часть ядра находится в расплавленно-жидком состоянии, а внутренняя - в твердом. Предполагают также, что ядро состоит из вещества, похожего на металлы (из железа с примесью кремния или из железа и никеля, есть и другие предположения). Температура в ядре достигает 5 0000 С.

Мантия. Это - внутренняя оболочка, покрывающая ядро (с греческого "мантия" - "покрывало"). Ее мощность почти 3 000 км. Мантия - Крупнейшая

из внутренних оболочек планеты (83% объема Земли). Мантию, как и ядро, никто никогда не видел. Предполагают, что, чем ближе к центру Земли, тем давление в ней больше, а температура выше: от нескольких сотен градусов к 2 500 С. При такой температуре вещество мантии должна быть расплавленной, но плавлению мешает большое давление. Поэтому считают, что она твердая, но одновременно и накалена.

Ученые предполагают, что верхняя часть мантии составлена плотными породами, т.е. она твердая. Однако в ней на глубине 50-250 км от поверхности Земли размещается частично расплавленный слой - астеносфера. Он сравнительно мягкий и пластичный, как пластилин или воск. Это вещество мантии способна медленно течь и таким способом перемещаться. Скорость перемещения очень невелика - несколько сантиметров в год. Однако это играет решающую роль в движениях земной коры, о которых пойдет речь.

Земная кора - верхний твердый слой нашей планеты. По сравнению с ядром и мантией, она очень тонкая. Толща (мощность) земной коры наибольшее под горами - 70 км, под равнинами она составляет 35-40 км, а под океанами - лишь 5-10 км. Земную кору часто сравнивают с кожурой яблока в противовес всей его мякоти. Однако, это и земная твердь, что является для людей основой мира. Именно на этой тонкой земной коре построен города, по ней ходят люди, текут реки, в понижениях лежат моря и океаны, из нее добывают полезные ископаемые.

Заглянуть вглубь земной коры помогают шахты и скважины, которые создаются для добычи полезных ископаемых. Люди давно заметили, что в шахтах с увеличением глубины температура повышается. Например, на глубине 1000 м шахтеры работают в условиях жары (около 30 0С). Тепло земной коре передается от мантии. С научной целью геологи бурят

сверхглубокие скважины. Глубочайшая из них (До 15 км) пробурена в России на Кольском полуострове. Из таких узких отверстий получают образцы вещества и тщательно исследуют.

Лучше строение земной коры известно в поверхностной части на суше. Оно видно в обнажениях на склонах гор, крутых берегах рек, карьерах. На поверхностный слой земной коры влияет солнечный луч. Летом он прогревается, осенью охлаждается, зимой промерзает, а весной тает и постепенно снова нагревается. Однако, уже на глубине 20-30 м, независимо от времен года, температура круглогодично содержится одинаково. А дальше с глубиной она начинает повышаться.

Земная кора вместе с верхней мантией образуют оболочку - литосферу. Она является единственным твердым ("каменным") слоем, который будто плавает в пластической астеносфере. Толщина литосферы разная: под океанами - около 50 км, на материках - до 200 км.

С внутренним строением Земли связано много вопросов, важных для людей. Почему случаются землетрясения и как их предсказывать? Или движутся материки? Хватит полезных ископаемых и где их искать? Как видим, существует немало тайн, ключ к которым лежит глубоко в недрах планеты. Их познания позволит прочитать каменную летопись Земли. В нем - информация о веществах и энергию земных глубин.

Структура белка и его роль в живом организме

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации

происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10130 вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.

При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH2, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.

Последовательность аминокислот в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов — так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько различаться у разных организмов. Синтез белков на рибосомах происходит, как правило, из 20 аминокислот, называемых стандартными.

Триплетов, которыми закодированы аминокислоты в ДНК, у разных организмов от 61 до 63 (то есть из числа возможных триплетов (4³ = 64) вычтено число стоп-кодонов (1—3)). Поэтому появляется возможность, что большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами. То есть, генетический код может являться избыточным или, иначе, вырожденным. Это было окончательно доказано в эксперименте при анализе мутаций. Генетический код, кодирующий различные аминокислоты, имеет разную степень вырожденности (кодируются от 1 до 6 кодонами), это зависит от частоты встречаемости данной аминокислоты в белках, за исключением аргинина. Часто основание в третьем положении оказывается несущественным для специфичности, то есть одна аминокислота может быть представлена четырьмя кодонами, различающимися только третьим основанием. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину. Это называют вырожденностью третьего основания.

Такой трёхкодонный код сложился эволюционно рано. Но существование различий в некоторых организмах, появившихся на разных эволюционных стадиях, указывает на то, что он был не всегда таким.

Гомологичные белки (предположительно имеющие общее эволюционное происхождение и нередко выполняющие одну и ту же функцию), например, гемоглобины разных организмов, имеют во многих местах цепи идентичные, консервативные остатки аминокислот. В других местах находятся различные аминокислотные остатки, называемые вариабельными. По степени гомологии (сходства аминокислотной последовательности) возможна оценка эволюционного расстояния между таксонами, к которым принадлежат сравниваемые организмы.

Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны

содержат белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах составляет более половины массы.

Многие белки обладают сократительной функцией. Это, прежде всего, белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные волокна - миофибриллы - представляют собой длинные тонкие нити, состоящие из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для осуществления сокращения, гликоген - питательное вещество, неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.

Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это, прежде всего, гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок - миоглобин.

Контрольная работа по Концепциям современного естествознания. 5 📙 Контрольная → 🆔 59063