История современного города Афины.
Древние Афины
История современных Афин

5 наиболее землеподобных планет (6 фото). Какие истины древних разрушил кеплер


Розовое пособие. Полное. На сайте

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

М.А. Мельникова

СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ (избранные темы)

Учебно-методическоепособие

Благовещенск Издательство АмГУ

2013

2

ББК 20 я 73

М 48

Рекомендовано учебно-методическимсоветом университета

Рецензенты:

И.А. Луценко, старший научный сотрудник ИГиП ДВО РАН, канд. хим. наук;

С.А. Лескова, доцент кафедры химии и естествознания АмГУ, канд. хим. наук.

М48 Мельникова М.А. Современные концепции естествознания (избранные темы). Учебно-методическоепособие. / М.А. Мельникова. – Благовещенск:Изд-воАмГУ, 2013. – 112 с.

Пособие предназначено для студентов направления подготовки 030300.62 «Психология» и специальности подготовки 030401.65 «Клиническая психология».

Пособие состоит из двух частей. В первой части приводятся темы, и содержание практических занятий, вопросы для устного ответа и составления конспекта, рекомендуемая литература.

Вторая часть пособия содержит методический материал для подготовки к практическим занятиям по темам, связанным с историей естествознания, строением атома, астрономическим и химическим концепциям, а также элементам экологии в рамках предмета «Современные концепции естествознания».

Цель пособия – оказать помощь студентам в их самостоятельной работе, связанной с подготовкой к практическим занятиям.

ББК 20 я 73

© Амурский государственный университет, 2013

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ................................................................................................................................

4

Методические рекомендации по работе с пособием.........................................................

5

Тема 1. История естествознания: коперниканская революция. Возникновение

 

классического естествознания........................................................................................................

6

Тема 2. Строение атома. Ядерные реакции......................................................................

21

Тема 3. Элементы современной естественнонаучной астрономической

 

картины мира............................................................................................................................

36

Тема 4. Химические концепции ........................................................................................

60

Тема 5. Элементы экологии биосферы.........................................................................

74

Тема 6. Строение и история геологического развития Земли ....................................

84

Библиографический список …………………………………………………………… 105

 

Приложение 1. Законы Ньютона.....................................................................................

107

Приложение 2. Теории света............................................................................................

107

Приложение 3. Тонкая подстройка Вселенной..............................................................

109

Приложение 4. Антропный принцип ..............................................................................

110

4

ВВЕДЕНИЕ Современные концепции естествознания – один из предметов в системе

высшего образования. Естествознание – это знание природы, полученное с помощью различных естественных наук. Основу естественных наук составляют физика, химия, биология, астрономия, геология.

Возникает вопрос, для чего студентам гуманитарных, социальных и экономических направлений (специальностей) нужны знания естественных наук? Ответим на этот вопрос следующим образом.

1.Науки стали спутником нашей жизни. Ни один человек не может считать себя образованным, если он не проявляет интереса к естественным наукам. Мы постоянно сталкиваемся с потоком информации о тех или иных открытиях, достижениях, догадках, предсказаниях будущего, катастрофах так или иначе «привязанных» к образу естественных наук.

2.Как отличить научное от лженаучного? Как не попасть в сети лжеученых и лжецелителей? Как не поверить предсказаниям «экстрасенсов»? Для этого надо все же уметь разделять научное и псевдонаучное.

3.В каждом человеке живет образ мира, который он собрал из «осколков» своих практических и теоретических знаний. Картина мира не будет полной, а возможно будет просто искаженной без знания (хоть в популярной, адаптированной форме) основ естественных наук. Естественные науки формируют научную картину мира человечества в целом.

4.Естествознание учит строгому научному мышлению, анализу, основанному на фактах. Наука критична и консервативна. Иногда излишне. Но разве не это является преградой для проникновения в научную среду не обоснованных идей? Знакомство с логикой естественных наук, принятие этой логики делает наше мышление более четким, строгим, критичным. Такие качества мышления не помешают специалисту любого профиля.

6.Естествознание – это не только законы, открытия и их реализация на практике. Естествознание – это борьба идей и личностей, стоящих за ними. Естествознание имеет многовековую историю. И совсем не лишними являются знания о натурфилософах, начинавших науку, о великих ученых, совершивших тот или иной переворот в науке.

Вот для чего следует изучать предмет «Современные концепции естествознания».

5

Методические рекомендации по работе с пособием

Пособие состоит из двух частей. В первой части приводятся темы практических занятий, их содержание и оценка в баллах рейтинга результата работы студентов; рекомендуемая литература, вопросы для устного ответа и составления конспекта.

Подготовка к практическому занятию заключается:

1)в изучении соответствующего данной теме лекционного материала. Ориентиром в этом служат вопросы для устного опроса;

2)в составлении конспекта. При написании конспекта дополнительно к рекомендованной литературе можно использовать и другие литературные источники. Объем и качество конспекта должен свидетельствовать о том, что студент действительно готовился к практическому занятию. Содержание конспекта надо знать и при необходимости уметь изложить его устно.

На практических занятиях студенты пишут тесты, решают проблемные задачи, пишут проверочные работы. Для подготовки к этим формам отчетности также следует обратиться к рекомендованным учебно-методическимпособиям.

Вторая часть пособия содержит методический материал для подготовки к практическим занятиям по темам, связанным с историей естествознания, строением атома, астрономическим и химическим концепциям, а также элементам экологии в рамках предмета «Современные концепции естествознания».

В каждом практическом занятии в разделе «материал для подготовки» указаны литературные источники: лекции и учебно-методическиепособия. Вопросы для устного опроса и конспектирования, а также вопросы проверочных работ и зачета в целом «привязаны» к материалу лекций и рекомендуемых пособий. Что не мешает студентам (кроме лекций и пособий) черпать знания и из других источников: учебной литературы, интернета.

6

ТЕМА 1. ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ: КОПЕРНИКАНСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ, КЛАССИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

Коперниканская революция

Н. Коперник (1473–1543)

В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовала библейская картина мира. Затем она сменилась догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Постепенно накапливающиеся данные астрономических наблюдений подтачивали основы этой картины. Система мира Птолемея была несовершенна, сложна и запутанна. Попытки сделать эту систему более точной лишь усложняли ее.

Система Птолемея не была системой в прямом смысле этого слова. Фактически в ней речь шла об отдельных движениях небесных тел, не связанных в некое системное целое.

Кроме того, создание гелиоцентрической системы было связано:

– с необходимостью реформ Юлианского календаря, в котором две основные точки – равноденствие и солнцестояние – потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Дата весеннего равноденствия (установленная в IV в. н.э. на 21 марта) к ХVI в. отставала от действительной даты на 10 дней;

–с мореходной практикой: нужны были точные таблицы для вычисления положения Луны и Солнца для данного места и данного времени;

–с потребностями астрологии.

Гелиоцентрическая система была создана великим польским астрономом Николаем Коперником.

Сорок лет своей жизни Коперник занимался созданием новой системы мира. Его работа заключалась, главным образом, в математических вычислениях. Его собственные наблюдения немногочисленны и проводились с помощью самодельных примитивных устройств. К наблюдениям неба он прибегал для проверки своих выводов, а не для того, чтобы открывать новые явления.

Анализ движения небесных тел привел Коперника к мысли о том, что именно Солнце является центром, вокруг которого обращаются известные к тому времени планеты.

В 1505–1507гг. Коперник в «Малом комментарии» изложил принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теоретическая обработка астрономических данных была завершена к 1530 г. Но только в 1543 г. вышла в

7

свет главная книга Коперника «Об обращении небесных сфер», в которой изложена математическая теория гелиоцентрической системы.

Книга «Об обращении небесных сфер» наполнена математическими чертежами и таблицами, и в те далекие времена во всей Европе книгу Коперника могли понимать только единицы. Но для этих немногих читателей книга Коперника была действительно полезной. Выражаясь образно, она была расписанием движения небесных светил.

Система Коперника была проще и точнее системы Птолемея, и ее сразу же использовали в практических целях. На ее основе составили «Прусские таблицы», уточнили длину тропического года, провели реформу календаря, ввели новый, григорианский стиль.

Затем стало ясно, что теория Коперника при расчетах не намного проще птолемеевской, а по точности предвычислений положений планет на длительный промежуток времени практически не отличалась от нее.

Это охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника. Кроме того, до 1616 г. вообще отсутствовали прямые наблюдательные подтверждения движения планет вокруг Солнца.

В 1616 г. Галилео Галилей открыл фазы Венеры. Это было первым прямым подтверждением движения планет вокруг Солнца. Первое прямое наблюдательное подтверждение орбитального движения Земли вокруг Солнца было получено английским астрономом Джеймсом Брадлеем (1693–1762)в 1727– 1729 гг. А вращение Земли вокруг своей оси было доказано французским физиком Жаном Фуко(1819–1868)в 1851 г. на опытах со свободно качающимися маятниками*.

Книга Коперника «Об обращении небесных сфер» – это первый набросок гелиоцентрической системы. Понятие Коперника о мире существенно отличается от нашего. Он считал Солнце центром Вселенной, а все звезды по его представлениям находятся на одинаковом расстоянии от Солнца и размещены на неподвижной сфере. Планеты у него движутся по окружностям.

Книга Коперника не произвела той сенсации, какую должна была произвести. Ни друзья, ни враги ее не оценили по достоинству. И все же, невзирая на то, что современники Коперника даже не поняли значение теории Коперника она вызвала революционное преобразование всего естествознания и имела огромное историческое значение, которое заключалось в том, что она:

8

–подорвала ядро религиозно-феодальногомировоззрения, основания старой научной картины мира;

–явилась одной из важнейших предпосылок ньютоновской революции в физике и создания классической механики;

–определила разработку новой, научной методологии познания природы; Коперник впервые в истории познания показал, что сущность может быть понята только после тщательного изучения явления.

Книга Коперника вышла в свет с предисловием протестантского богослова Оссиандера, в котором был поставлен вопрос об отношении книги к догматам религии. В предисловии сказано: «… гипотезы Коперника могут быть и несправедливыми, могут быть даже невероятными; достаточно, если они приводят нас к вычислениям, удовлетворяющим нашим наблюдениям». И далее:«… астроном без божественного откровения не в состоянии что-либо от- крывать или что-либо нам передавать».

Другой известный протестант Мартин Лютер объявил Коперника дураком, «который хочет перевернуть все искусство астрономии». Таковы были первые выступления церковников против учения Коперника.

Смерть избавила Коперника от церковной кары. Пострадали позднее его последователи, и в первую очередь итальянский философ и поэт Джордано Бруно (1548–1600),который не только воспринял учение Коперника, но и развил его дальше. Церковь почуяла в учении Бруно сильного и опасного врага. Он был схвачен инквизицией и сожжен. И только совсем недавно итальянский ученый был реабилитирован католической церковью.

*Эксперимент Ж. Фуко.

Впервые публичная демонстрация эксперимента, доказывающего вращение Земли вокруг своей оси, была осуществлена французским физиком и астрономом Жаном Фуко в1851 г. вПарижском Пантеоне: под куполом Пантеона он подвесил металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м, крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 метров, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли.

Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло ~3 мм, за час плоскость колебаний маятника повернулась более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.

9

Маятник Фуко является математическим маятником, плоскость колебаний которого медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

Возникновение классического естествознания

И. Кеплер (157 –1630)

Но искоренить учение Коперника не удалось. В те годы, когда инквизиция пытала Бруно, в Австрии появилась книга молодого астронома Иоганна Кеплера «Космографическая тайна». В ней автор, безоговорочно принимая систему Коперника, ставит задачу установить математическую закономерность между орбитами различных планет.

В 1601 г. после смерти выдающегося датского астронома Тихо Браге, в руки Кеплера попали журналы его многолетних наблюдений планеты Марс. Материал Т. Браге лег в основу знаменитых законов Кеплера.

Два первых закона планетных движений, которые были опубликованы в 1609 г. в его сочинении «Новая астрономия».

Первый закон утверждал эллиптическую форму орбит; второй закон показывал, что планеты движутся по орбитам неравномерно.

Далее Кеплер задался вопросом, какие силы движут планетами и удерживают их в единой солнечной семье. Он выдвигает две рабочие гипотезы:

1) движущая сила сосредоточена в каждой планете; 2) движущая сила едина для всей системы и сосредоточена в Солнце. Кеплер останавливается на второй гипотезе. А в 1619 г. он устанавливает третий закон – квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Стало ясно, что движением планет управляет Солнце.

Своими законами Кеплер разрушил две абсолютные истины древних. Начиная с Аристотеля, считали, что механические движения на Земле и на небе имеют разную природу. Небесным совершенным телам свойственно и совершенное движение. А самое совершенное движение – это движение по окружности. Поэтому идеальные небесные тела могут совершать только вечное, идеальное круговое движение. Первый закон Кеплера опроверг это утверждение. Кроме того, считалось, что небесные тела движутся с постоянной скоростью. Вторым своим законом Кеплер опроверг и это утверждение.

10

Г. Галилей (1564–1642)

Галилео Галилея – выдающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к новому времени. Смысл своего творчества Галилей видит в физическом обосновании гелиоцентризма. Он закладывает основы экспериментального естествознания: показывает, что естествознание требует умения делать научные обобщения из опыта, а эксперимент – важнейший метод научного познания.

Почти в то же время, когда И. Кеплер опроверг взгляды Аристотеля на движение небесных тел, Галилей опровергает взгляды Аристотеля на движение земных тел.

Согласно Аристотелю, чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Эти выводы Аристотеля как будто бы подтверждаются наблюдением. Хорошо известно, что тела падают ускоренно, и что свинцовая гиря падает быстрее пушинки. Неудивительно, что это мнение принималось без критики и продержалось около 2 тыс. лет.

Галилей подверг законы падения опытному и математическому исследованию и нашел хорошо известные нам теперь из учебника физики законы равноускоренного движения. В 1609 г. до Галилея дошли слухи об изобретенной в Голландии оптической трубе. Галилей самостоятельно разработал принцип ее устройства, построил и усовершенствовал ее, добившись 30-кратногоувеличения.

Галилей начинает наблюдать в телескоп небо, и, прежде всего, Луну. Он замечает на ее поверхности маленькие круглые пятна и предполагает, что на Луне есть рельеф (горы и впадины). По тени гор Галилей рассчитывает их высоту. Он начинает понимать, что Аристотель заблуждается (Аристотель считал небесные тела идеальными, шарообразными предметами; горы и впадины были недопустимы).

Затем Галилей обратил внимание на Юпитер. Он видит, что около Юпитера располагаются три «звезды», которые с каждой ночью меняют свое положение. Галилей продолжает наблюдение и понимает, что эти «звезды» – спутники Юпитера, они обращаются вокруг него. Открытие чудесного мира Юпитера произвело на всех сильное впечатление. Этот мир наглядно рисовал картину того, как устроена Солнечная система, как движутся Земля и планеты вокруг Солнца.

studfiles.net

Иоганн Кеплер - Концепции современного естествознания Библиотека русских учебников

Трудно представить себе судьбу более драматическую, чем та, что выпала большом астроному. Иоганну. Кеплеру (1571-1630). Голод и нищета, религиозные гонения и лишения, болезни и смерть близких преследовали его всю жизнь. Почти каждый день был заполнен поисками средств к существованию, и трудно понять, когда же он успел прочитать все то, что было написано до него, получить выдающиеся результаты по кристаллографии оптики, математики, астрономии и открыть свои знаменитые законы движения. После смерти. Кеплера осталось одно изношенное платье, две рубашки, несколько медных монет, 57 вычислительных таблиц, 27 напечатанных научных работ (некоторые из них многотомные) и огромное рукописное наследие, объединенная позднее в 22 книгах. Какую же нужно было иметь настойчивость, целеустремленность, трудолюбие, желание познать законы природы, чтобы у непосильно тяжелых условиях, в которых жил и творил. Кеплер, выполнить такой колоссальный объем работы и сделать столь весомый вклад в мировую наукауку.

В ходе длительной, напряженной, колоссальной исследовательской работы оказались его гениальность как астронома и математика, смелость мысли, свобода духа, благодаря которым он сумел преодолеть тысячелетние традиции й и предрассудки. Многолетние поиски числовой гармонии. Вселенной, простых количественных соотношений в мире завершились открытием объективных законов движения планет,. Кеплер изложил в произведениях"Новая астрономия, что ищет причины, или. Физика неба"(1609) и"Гармония мира"(1619).

В начале XVII века основные космологические идеи древних греков уже утратили свое научное значение, но некоторые из них на протяжении веков приобрели характер абсолютных истин, отказываться от которых вистача ало смелости духа. Среди них, в частности, представление о том, что только круговое, равномерное,"естественное"движение - единственно допустимый для небесных тел. Даже. Коперник и. Галилей остались под влиянием этого пе реконання, считая древний космологический принцип незыблемым. Против этой научной догмы и выступил. Кеплер. После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного объема материалов наблюдений. Т. Брат за движением. Марса. Кеплер в 1605 г открыл и в 1609 г опубликовал первые два закона движения планет (сначала для. Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники). Первый закон утверждает: каждая пл. Анета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится. Солнце. Этим. Кеплер разрушал принцип круговых движений в космосе. Согласно второму закону скорость планет изменяется таким образом, что площади, которые описывает радиус-вектор за равные промежутки времени, одинаковы (закон постоянства площадей). Так было покончено и с принципом равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, которые определяют е лиоцентричну орбиту планеты (Кеплер элементы) и составил уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени - третий закон. Кеплера. Сейчас этот закон формулируется так: за условия невозбужденного эллиптического движения двух материальных точек произведения квадратов времени обращения на суммы масс центральной и движущейся точек, относятся как кубы больших полуосей их орбит, т.е.х орбіт, тобто

Если пренебречь массами планет по сравнению с массой. Солнца, получим третий закон. Кеплера в его первоначальном виде: квадраты периодов обращения планет вокруг. Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их х эллиптических орбит. Таким образом, законы, открытые. Кеплером, стали рабочим инструментом для наблюдателив.

Кеплер также затронул вопрос о динамике движения планет. До. Кеплера планетная космология, опиравшаяся нааристотеливський принцип"естественности"движений небесных тел, была кинематической. Авторы планетных теории й ограничивались разработкой кинематы-ко-геометрических моделей мира, не пытаясь установить причины, вызвавшие движение небесных тел. Даже у. Коперника схема орбитальных движений планет была старой, кинема политических. И только. Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движения планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Уже в 1596 г в своем первом произведении"Космографическая тайна"он обратил внимание на то, что с удалением от. Солнца периоды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, т.е. уменьшается скорость движения планет. Здесь возможны два объяснения: первое - движущая сила с осереджена в каждой планете, и в далеких планет она почему-то меньше, чем у планет, расположенных ближе (так считал. Т. Брат), второе - движущая сила является единой для всей системы и сосредоточена в ее центре - в. С онци, что действует сильнее на планеты, расположенные ближе и слабее на удаленные планеты. Кеплер остановился на втором объяснении, поскольку эта идея лучше объясняла первые два закона движения планет. Через десять рок ей после опубликования первых двух законов. Кеплер установил третий закон, он теперь был твердо убежден, что движением планет управляет именно. Солнцесаме. Сонце.

Таким образом,. Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точный математический закон действия силы, движущей планеты. Действие. Солнца на планеты. Кеплер сравнивал с действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, ведь тогда весь научный мир восхищался магнитными явлениямми.

Каким бы ни было значение открытий. Кеплера для небесной механики и классической механики в целом, ему, однако, так и не удалось установить динамические принципы, которые рационально объясняли движение п планет. Рассмотрены теоретические построения. Кеплера сугубо кинематическими. И хотя эти объяснения не полностью удовлетворяли требования познания, историческое значение поисков. Кеплера чрезвычайно велико, так как первые спр оби динамического объяснения движения планет стали вместе с тем первым шагом к созданию настоящей небесной механики. Что же касается кинематических исследований не связанных с астрономией, то почти все они т ией или иной мере касаются динамических проблемойлем.

uchebnikirus.com

Астрономические концепции

Методические указания к проведению практических занятий

 

Группа 573 (зачет), 594. (экзамен)
Предмет Концепции современного естествознания
Преподаватель Мельникова Майя Александровна, кафедра «Химии и естествознания», 508,агл
Работа в семестре Лекции – 18 час; практические занятия – 18 час.
Контроль в семестре Балльно-рейтинговая система
Лекции
дата Тема лекции
12.02 Наука как составная часть духовной культуры человечества
26.02 Естественнонаучные революции и картины мира
11.03 Классические концепции описания природы. Теория относительности
25.03 Неклассические концепции в естествознании
08.04 Астрономическая картина мира
22.04 Химические концепции
06.05 Биологическая эволюция. Генетика
20.05 Биосфера. Ноосфера
03.06 Самоорганизация
Практические занятия и литература для подготовки к ним
Дата Тема занятия Лит-ра для подготовки
19.02 Наука и научный метод Лекция №1 пособие №1, тема №1
04.03 Коперниканская революция. Класс. естествознание. Картины мира Лекция №2 Пособие №2. Тема 1
18.03 Пространство и время. Законы сохранения Лекция №3 пособие №1, тема №2
01.04 Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия. Лекция №4 пособие №1, тема №3
Домашняя работа по общим и физическим концепциям. Выдать 12.04. Сдать 26.04 Лекции №№1-4 Пособие №1 темы 1-3
15.04 Астрономические концепции Лекция №5 Пособие №2. Тема 3
  29.04 Контрольная работа по химическим концепциям Лекция № 6 Пособие №2. Тема 4
13.05 Тема «Происхождение жизни. Биологическая эволюция» Лекция №7 Пособие выдается отдельно
27.05 Биосфера. Взаимоотношения природы и общества Лекция №8 Пособие №2. Тема 5
10.06 Самоорганизация Лекция №9
Пособие №1. Мельникова М.А. Концепции современного естествознания (физические концепции): учеб. пособие, 2011, 2013. Пособие №2. Мельникова М.А. Современные концепции естествознания. Учебно-методическое пособие, 2013. Бонусы - 8 баллов
         

КОНСПЕКТ

Почти в каждом практическом занятии есть домашнее задание «КОНСПЕКТ».

Вопросы для конспектирования приведены в планах практических занятий, всегда по 10 вопросов. Номер вопроса берете, исходя из номера, под которым стоит в журнале ваша фамилия. Конспект составляете, опираясь на материал учебно-методических пособий. Конспект пишете в тетрадях для практических занятий. Лекции пишете в отдельной тетради. Распечатки конспектов не принимаются. Оценка конспекта – мах- 2 балла.

 

Практическое занятие №1

ТЕМА: НАУКА И НАУЧНЫЙ МЕТОД

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по лекции и пособию
Тест «Наука и научный метод» 6х0.3=1.8
Итого   4.8 (мах)

Вопросы для конспектирования (из пособия)

1. Элементы научных знаний в Древней Греции, в эпоху эллинизма, в Древнем Риме.

2. Элементы научных знаний в эпоху эллинизма и в Древнем Риме.

3. Проблема возникновения науки; оформление науки в соц. институт.

4. Псевдонаука: характерные черты псевдонаучной теории.

5.Классификация и характеристика псевдонаучных направлений.

6. Научные методы наблюдение, измерение, эксперимент.

7. Научные методы абстрагирование, идеализация, формализация.

8. Научные методы: индукция и дедукция.

9. Научные методы: анализ и синтез.

10. Научный метод: моделирование и его виды.

Вопросы для устного опроса

1. Различия и взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур.

2. Основные черты науки. 3.Особенности науки.

4. Отличие науки от философии, религии, техники.

5. Формы научного знания.

6. Характеристика теории как формы научного знания.

7. Динамические и статистические закономерности.

8. Принципы, разделения научных и вненаучных знаний.

9. Классификация научных методов в естественных науках.

10. Границы применимости научного метода.

Практическое занятие №2

 

Коперниканская революция. Классическое естествознание. Картины мира

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Дом. задание. Заполнить таблицу «Картины мира» (см. лекция №2). Таблица оценивается только в начале этого занятия. ÖБонус 2 (мах)
Проблемная задача: «Естествознание в эпоху Возрождения» 1,5
4 Тест «Картины мира. Материя. Движение» 6х0.3=1.8
Итого   5,3 (мах)

Вопросы для конспектирования по пособию

1. Причины, вынуждавшие пересмотреть геоцентрическую систему Птолемея. Суть системы Н. Коперника. Отношение общества того времени к гелиоцентрической системе Коперника.

2. Реальная оценка теории Коперника и ее последующие доказательства учеными XVII – XIX вв. Историческое значение теории Коперника.

3. Развитие идей гелиоцентризма в трудах И. Кеплера: законы Кеплера. Представление Кеплера о движущей силе планет. Какие истины древних разрушил Кеплер?

4. Наблюдательные подтверждения теории Коперника, сделанные Г. Галилеем с помощью оптической трубы.

5. Работы Галилея в области физики (механики). Какие взгляды Аристотеля на движение земных тел опроверг Галилей?

6. Вклад Ф. Бэкона в становлении науки современного типа (необходима дополнительная информация, кроме пособия).

7. Р. Декарт о материи, движении, космологии.

8. Научное творчество Гюйгенса в области механики и оптики.

9. Вклад И. Ньютона в развитие естествознания.

10. Развитие представлений о сущности света: корпускулярная и волновая теории света, современные представления о природе света. (см. Приложение №2 уч.-мет. пособия Совр. конц. естествознания. 2013).

 

 

Картины мира

(таблицу внести в свою тетрадь для практических занятий и заполнить по лекции №2)

Представление о… Картина мира
по Аристотелю Механистическая Электромагнитная Квантово-полевая Современная эволюционная
…материи          
…движении          
…пространстве          
…времени          
…законах          
…Вселенной          
…детерминизме          
…роли человека в нашем мире          
…взаимодействии между телами          

 

Практическое занятие №3

Пространство и время. Законы сохранения

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по лекции и пособию
Письменная работа (задача+вопрос) 1+0,5
Тест «Пространство и время, законы сохранения» 10х0.2=2
Итого   6,5

Вопросы для конспектирования

1. Представление о пространстве и времени в натурфилософской картине мира.

2. Свойства пространства и времени.

3. Связь свойств пространства и времени (однородность и изотропность) с законами сохранения (импульса, момента импульса, энергии).

4. Представление о пространстве и времени в классической физике.

5. Представление о пространстве и времени в специальной теории относительности.

6. Представление о пространстве и времени в общей теории относительности.

7. Мерность пространства-времени.

8. Законы сохранения: определение понятия, закон сохранения энергии.

9. Законы сохранения: определение понятия, законы сохранения массы и электрического заряда.

10. Законы сохранения: определение понятия, законы сохранения импульса и момента импульса.

Вопросы для устного опроса

1. Характеристика материи.

2. Уровни организации материи в живой и неживой природе.

3. Уровни строения материи.

4, 5. Описание материи в рамках корпускулярной и континуальной концепций.

6. Постулаты специальной теории относительности А. Эйнштейна.

7. Следствия из специальной теории относительности А. Эйнштейна.

8. Постулаты общей теории относительности.

9. Выводы из общей теории относительности.

10. Доказательства общей теории относительности, полученные в ХХ в.

Практическое занятие №4

Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по лекции и пособию
Тест «Элементарные частицы, фундаментальные взаимодействия» 15х0.2=3
Итого   6 (мах)

 

Вопросы для конспектирования по пособию

1. Характеристика лептонов.

2. Характеристика адронов.

3. Характеристика бозонов - частиц переносчиков взаимодействий.

4. Свойства элементарных частиц (до изотопического спина).

5. Взаимопревращения элементарных частиц.

6. Гравитационное фундаментальное взаимодействие.

7. Электромагнитное фундаментальное взаимодействие.

8. Слабое фундаментальное взаимодействие.

9. Сильное фундаментальное взаимодействие.

10. Какие вопросы собирается решать физика с помощью Большого адронного коллайдера?

 

Вопросы для устного опроса

1. Работы Планка и Эйнштейна, утвердившие в науке представления о корпускулярно-волновом дуализме света.

2. Корпускулярно-волновой дуализм материи в гипотезе Луи де Бройля, и ее доказательства.

3. Соотношение неопределенностей Гейзенберга как результат вероятностных свойств объектов микромира.

4. Принцип дополнительности Бора как результат вероятностных свойств объектов микромира.

5. Представление об атоме, сформировавшееся благодаря развитию квантовой механики.

6. Классификация и общая характеристика микрочастиц (по лекции).

 

 

Практическое занятие №5

Астрономические концепции

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по теме лекции и пособию
Тест «Астрономические концепции» 18х0,2=3,6
Итого   6,6

Вопросы для конспектирования по пособою

1. Объекты Солнечной системы: характеристика, особенности.

2. Источники энергии Солнца и звезд (записать все реакции).

3. Происхождение планетных систем с точки зрения современной науки. 4. Белые карлики и красные гиганты: образование, характеристика.

5. Нейтронные звезды: образование, характеристика, варианты.

6. Черные дыры: предсказания их существования, поиски во Вселенной, особенности подобных объектов.

7. Черные - белые дыры как порталы (кротовые норы) для сообщения с другими Вселенными.

8. Космология на современном этапе: представление о материи, пространстве, времени, конечности, бесконечности, антигравитации, эволюции.

9. «Тонкая подстройка» Вселенной.

10. Антропный принцип и его варианты. Связь антропного принципа с тонкой подстройкой Вселенной.

Вопросы для устного опроса

1. Галактики: определение понятия, структура, классификация.

2. Структура нашей Галактики.

3. Из чего образуются звезды? Причины звездообразования?

4. Физические характеристики звезд.

5. Эволюция звезд различной массы.

6. Теория Большого взрыва.

7. Этапы развития нашей Вселенной после Большого взрыва.

8. Доказательства теории Большого взрыва: красное смещение и реликтовое излучение.

9. Гипотеза инфляции.

Практическое занятие №6

stydopedia.ru

Происхождение жизни. Биологическая эволюция

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Заполнить таблицу «Гипотезы и концепции, объясняющие происхождение жизни» (дом. задание) Ö2 (мах) бонус
Устный опрос по лекции
Тест «Происхождение жизни» 6х0,3=1,8
4 Тест «Эволюция органического мира. Наследственность и изменчивость» 12х0,2=2,4
Итого   5,2

Таблица

Гипотезы и концепции, объясняющие происхождение жизни

Название гипотезы или концепции Автор(ы) Время возникновения Основная идея гипотезы Доказательства/ опровержения
Креационизм        
Самозарождение        
3 Панспермия (общая идея)……
3.1 …радиационная        
3.2 …кометная      
3.3 …направленная        
4 Эволюционные гипотезы субстратного направления (общая идея)…..
4.1 Голобиоз        
4.2 Генобиоз      
4.3 Биопоэз        
Космохимическая        
Стационарная концепция        

 

Вопросы для устного опроса

1.Основные положения эволюционной теории Ламарка.

2. Рассуждения Ч. Дарвина относительно причин эволюции. Перечислите движущие силы эволюции по Дарвину.

3. Синтетическая теория эволюции, и ее основные положения

4. Химический состав и структура молекул ДНК и РНК.

5. Генетический код и его свойства.

6. Процессы, способствующие переносу генетической информации.

7. Дайте определение понятиям: «ген», «геном», «кариотип», «генотип» «фенотип», «митоз», «мейоз», «наследственность», «изменчивость» (варианты), «мутации» (мутагенные факторы, варианты мутаций).

Практическое занятие №7

Биосфера. Взаимоотношение природы и общества

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Устный опрос по лекции и пособию
Тест «Биосфера. Экосистемы. Глобальный экологический кризис Человек в биосфере» 8х0,3=2,4
3 Эссе. Печатная форма. Объем – около 2-х страниц. Титульный лист не нужен. Оформление свободное. Темы эссе распределяет преподаватель из списка тем приведенных ниже. Ö Бонус сдача в срок – 1 б. оформление – 1 б. содержание – 2 б.
Итого   3,4

Вопросы для устного опроса

1. Определение понятия «Биосфера» по Вернадскому и по Зюссу.

2. Область расположения биосферы. Типы вещества в биосфере. Функции живого вещества в биосфере. Свойства биосферы. Круговороты веществ в биосфере.

3. Классификация экосистем. Биогеоценоз. Варианты связей и взаимоотношений между организмами сообщества.

4. Космические факторы, влияющие на биосферу. Электромагнитные факторы, влияющие на биосферу.

5. Биосфера и космические циклы.

6. Биосфера и Солнечная активность.

7. Законы взаимодействия природы и общества Коммонера.

8. Экологический кризис и экологическая катастрофа.

9. Классификация антропогенных загрязнений окружающей среды.

10. Парниковый эффект. Разрушение озонового слоя. Кислотные дожди.

 

Темы эссе

1. Русский космизм как прообраз идеи ноосферы.

2. Ноосфера и возможности ее достижения.

3. Стратегия устойчивого развития биосферы.

4. Что нас ждет глобальное потепление или глобальное похолодание?

5. Общество потребления благо или зло?

6. Концепция устойчивого развития биосферы.

7. Экология человека.

Практическое занятие №8

Самоорганизация

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Опрос по лекции
Тест 9х0.3=2.7
Итого   3.7

Устный опрос

1. Что такое самоорганизация. Примеры самоорганизации

2. Ячейки Бенара

3. Колебательные химические реакции

4. Элементы теории самоорганизации

5. Особенности самоорганизующихся систем

6. Глобальный эволюционизм

Методические указания к проведению практических занятий

 

Группа 573, 594
Предмет Концепции современного естествознания
Работа в семестре Лекции – 18 час; практические занятия – 18 час. Экзамен
Контроль в семестре Балльно-рейтинговая система

Технологическая карта дисциплины (гр. 573, 594. Экзамен)

ЛЕКЦИИ (505) ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (407)
12.02 Наука как составная часть духовной культуры человечества 19.02 Наука и научный метод
26.02 Естественнонаучные революции и картины мира 04.03 Коперниканская революция. Класс. естествознание. Картины мира
11.03 Классические концепции описания природы. Теория относительности 18.03 Пространство и время. Законы сохранения
25.03 Неклассические концепции в естествознании 01.04 Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.
Домашнее задание: работа по общим и физическим концепциям
08.04 Астрономическая картина мира 15.04 Астрономические концепции
22.04 Концептуальные системы химических знаний 29.04 Контрольная работа по химическим концепциям
06.05 Биологическая эволюция. Генетика 13.05 Тема «Происхождение жизни. Биологическая эволюция»
20.05 Биосфера. Ноосфера 27.05 Биосфера. Взаимоотношения природы и общества
03.06 Самоорганизация 10.06 Самоорганизация

 

Содержание практических занятий

 

Практическое занятие №1.

ТЕМА: НАУКА И НАУЧНЫЙ МЕТОД

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по лекции и пособию
Тест «Наука и научный метод» 6х0.3=1.8
Итого   4.8 (мах)

Вопросы для конспектирования (из пособия)

1. Элементы научных знаний в Древней Греции, в эпоху эллинизма, в Древнем Риме.

2. Элементы научных знаний в эпоху эллинизма и в Древнем Риме.

3. Проблема возникновения науки; оформление науки в соц. институт.

4.Псевдонаука: характерные черты псевдонаучной теории.

5.Псевдонаука: классификация и характеристика псевдонаучных направлений.

6. Научные методы наблюдение, измерение, эксперимент.

7. Научные методы абстрагирование, идеализация, формализация.

8. Научные методы: индукция и дедукция.

9. Научные методы: анализ и синтез.

10. Научный метод: моделирование и его виды.

Вопросы для устного опроса

1. Различия и взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур.

2. Основные черты науки.

3.Особенности науки.

4. Отличие науки от философии, религии, техники.

5. Формы научного знания.

6. Характеристика теории как формы научного знания.

7. Динамические и статистические закономерности.

8. Принципы, разделения научных и вненаучных знаний.

9. Классификация научных методов в естественных науках.

10. Границы применимости научного метода.

Практическое занятие №2

Коперниканская революция. Классическое естествознание. Картины мира

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Дом. задание. Заполнить таблицу «Картины мира» (см. лекция №2). Таблица оценивается только в начале этого занятия. ÖБонус 2 (мах)
Проблемная задача: «Естествознание в эпоху Возрождения» 1,5
4 Тест «Картины мира. Материя. Движение» 6х0.3=1.8
Итого   5,3 (мах)

Вопросы для конспектирования по пособию

1. Причины, вынуждавшие пересмотреть геоцентрическую систему Птолемея. Суть системы Н. Коперника. Отношение общества того времени к гелиоцентрической системе Коперника.

2. Реальная оценка теории Коперника и ее последующие доказательства учеными XVII – XIX вв. Историческое значение теории Коперника.

3. Развитие идей гелиоцентризма в трудах И. Кеплера: законы Кеплера. Представление Кеплера о движущей силе планет. Какие истины древних разрушил Кеплер?

4. Наблюдательные подтверждения теории Коперника, сделанные Г. Галилеем с помощью оптической трубы.

5. Работы Галилея в области физики (механики). Какие взгляды Аристотеля на движение земных тел опроверг Галилей?

6. Вклад Ф. Бэкона в становлении науки современного типа (необходима дополнительная информация, кроме пособия).

7. Р. Декарт о материи, движении, космологии.

8. Научное творчество Гюйгенса в области механики и оптики.

9. Вклад И. Ньютона в развитие естествознания.

10. Развитие представлений о сущности света: корпускулярная и волновая теории света, современные представления о природе света. (см. Приложение №2 уч.-мет. пособия Совр. конц. естествознания. 2013).

 

 

Картины мира

(таблицу внести в свою тетрадь для практических занятий и заполнить по лекции №2)

Представление о… Картина мира
по Аристотелю Механистическая Электромагнитная Квантово-полевая Современная эволюционная
…материи          
…движении          
…пространстве          
…времени          
…законах          
…Вселенной          
…детерминизме          
…роли человека в нашем мире          
…взаимодействии между телами          

 

Практическое занятие №3

Пространство и время. Законы сохранения

Содержание и оценка занятия в баллах рейтинга
Задание Баллы
Конспект 2 (мах)
Устный опрос по лекции и пособию
Письменная работа (задача+вопрос) 1+0,5
Тест «Пространство и время, законы сохранения» 10х0.2=2
Итого   6,5

Вопросы для конспектирования

1. Представление о пространстве и времени в натурфилософской картине мира.

2. Свойства пространства и времени.

3. Связь свойств пространства и времени (однородность и изотропность) с законами сохранения (импульса, момента импульса, энергии).

4. Представление о пространстве и времени в классической физике.

5. Представление о пространстве и времени в специальной теории относительности.

6. Представление о пространстве и времени в общей теории относительности.

7. Мерность пространства-времени.

8. Законы сохранения: определение понятия, закон сохранения энергии.

9. Законы сохранения: определение понятия, законы сохранения массы и электрического заряда.

10. Законы сохранения: определение понятия, законы сохранения импульса и момента импульса.

Вопросы для устного опроса

1. Характеристика материи.

2. Уровни организации материи в живой и неживой природе.

3. Уровни строения материи.

4, 5. Описание материи в рамках корпускулярной и континуальной концепций.

6. Постулаты специальной теории относительности А. Эйнштейна.

7. Следствия из специальной теории относительности А. Эйнштейна.

8. Постулаты общей теории относительности.

9. Выводы из общей теории относительности.

10. Доказательства общей теории относительности, полученные в ХХ в.

Практическое занятие №4.

stydopedia.ru

ИОГАНН КЕПЛЕР

ИОГАНН КЕПЛЕР

Иоганн Кеплер, ученый, открывший законы планетарного движения, родился в 1571 году в городе Вайль в Германии. Тогда прошло всего лишь двадцать восемь лет после публикации «Об обращении небесных тел», великой книги, в которой Коперник выдвинул теорию вращения планет вокруг Солнца, а не Земли. Кеплер учился в университете в городе Тюбинген, получил степень бакалавра, а три года спустя — степень магистра. Большинство ученых того времени отказывались принимать гелиоцентрическую систему Коперника. В Тюбингене Кеплер услышал логически изложенную гелиоцентрическую теорию и вскоре поверил в нее.

Покинув Тюбинген, он несколько лет преподавал как профессор в академии города Грац. Там он написал свою первую работу по астрономии (1596). Хотя теория, выдвинутая Кеплером в этой книге, оказалась совершенно неправильной, работа так явно выявила математические способности и оригинальность мышления автора, что великий астроном Тихо Браге пригласил его стать своим ассистентом в обсерватории под Прагой. Кеплер принял предложение и в январе 1600 года присоединился к Тихо. Браге умер на следующий год, но Кеплер за месяцы совместной с астрономом работы произвел такое хорошее впечатление, что император Рудольф II назначил его преемником Тихо, придворным математиком. Кеплер занимал этот пост всю оставшуюся жизнь. Как преемник Тихо Браге, он унаследовал огромное количество записей тщательных наблюдений за планетами, сделанных астрономом за многие годы. Поскольку Тихо был последним великим астрономом перед изобретением телескопа, а также самым аккуратным наблюдателем, каких видел мир, эти записи не имели цены. Кеплер верил, что тщательный математический анализ записей Тихо позволит ему окончательно заключить, какая теория планетарного движения верна: гелиоцентрическая система Коперника, более старая геоцентрическая теория Птолемея или, возможно, третья теория, разработанная самим Тихо. Однако после нескольких лет мучительных расчетов к своему смущению Кеплер обнаружил, что наблюдения Тихо не соответствуют ни одной из этих теорий! В конце концов он понял, в чем заключалась проблема: как Тихо Браге, как Коперник и как все классические астрономы, Кеплер предполагал, что планетарные орбиты состоят из кругов или комбинаций кругов. А на самом деле они не круглые, а скорее эллиптические.

Даже после нахождения этого базового решения Кеплер вынужден был провести много месяцев в сложных и утомительых расчетах, чтобы убедиться, что его теория соответствует наблюдениям Тихо. Его великая книга «Новая астрономия», изданная в 1609 году, содержала два первых закона планетарного движения. Первый закон утверждает, что каждая планета движется вокруг Солнца по эллиптической орбите с Солнцем в центре. Второй закон утверждает, что планета движется тем быстрее, чем ближе она находится к Солнцу. Скорость планеты меняется таким образом, что линия, соединяющая планету и Солнце, охватывает одинаковые площади за одинаковые периоды времени. Десять лет спустя Кеплер опубликовал третий закон: чем больше расстояние от планеты до Солнца, тем дольше длится ее полный оборот, и квадрат периода вращения пропорционален кубу расстояния от Солнца.

Законы Кеплера, обеспечив в основном полное и правильное описание движения планет вокруг Солнца, решили одну из основных проблем астрономии, которая поставила в тупик даже таких гениев, как Коперник и Галилей. Конечно, Кеплер не объяснил, почему планеты движутся по таким орбитам. Эту задачу позже решил Исаак Ньютон. Но законы Кеплера были фактической прелюдией к великому синтезу Ньютона. («Если я вижу дальше других людей, — сказал однажды Ньютон, — это потому, что я стою на плечах гигантов». Несомненно, Кеплер был одним из этих гигантов.)

Вклад Кеплера в астрономию почти сравним с вкладом Коперника. В самом деле, в некотором смысле достижения Кеплера даже более впечатляющие. Он был более оригинален и столкнулся с огромными математическими трудностями. Математическая техника тогда была развита совсем не так, как сегодня, и не существовало вычислительных машин, чтобы облегчить ученому решение задачи. При рассмотрении важности достижений Кеплера удивительно, что результаты его трудов сначала были почти проигнорированы даже таким великим ученым, как Галилей. (Пренебрежение Галилея тем более странно, что эти ученые переписывались друг с другом, и результаты трудов Кеплера помогли бы Галилею опровергнуть теорию Птолемея.) Но если другие медлили при оценке его достижения, сам Кеплер понял все сразу. В момент торжества он написал: «Я испытываю божественное чувство… Моя книга закончена. Ее прочитают и мои современники, и будущие поколения — но не это меня волнует. Она может сотни лет прождать читателя, как Бог прождал 6000 лет, пока кто-то поймет его работу». Постепенно на протяжении нескольких десятилетий значение законов Кеплера стало очевидным научному миру. Фактически в конце века главным аргументом в пользу теорий Ньютона являлось то, что из них можно было вывести законы Кеплера. И наоборот, если взять ньютоновские законы движения, можно точно вывести законы гравитации Ньютона из законов Кеплера. Однако для этого потребовалась бы более совершенная математическая техника, чем в те времена. Но даже без такой техники Кеплер оказался достаточно проницательным, чтобы предположить, что планетарные движения контролируются силами, исходящими от Солнца. Впридачу к своим законам планетарного движения ученый внес еще несколько добавлений в астрономию и в теорию оптики.

Последние годы его жизни, к сожалению, были омрачены личными проблемами. Германия погрузилась в хаос Тридцатилетней войны, и редкий человек мог тогда избежать серьезных трудностей. Главной проблемой Кеплера было его жалованье. Императоры неохотно платили даже в относительно хорошие времена. В хаосе войны Кеплеру задолжали большую сумму. Поскольку он был дважды женат и имел двенадцать детей, такие финансовые трудности были действительно серьезными. Другая проблема касалась его матери, которую в 1620 году арестовали как ведьму. Кеплер потратил много времени и усилий, стараясь уберечь ее от пыток и освободить. В конце концов это ему удалось.

Умер Кеплер в 1630 году в Регенсбурге, Бавария. В суматохе Тридцатилетней войны его могилу вскоре разрушили. Но законы планетарного движения обеспечили ему более долговечный памятник, чем любой каменный.

Пожалуйста оцените материал:

    Другие материалы в этом разделе:

www.dmitrysmor.ru

Кеплер, открытия – кратко - Русская историческая библиотека

Открытия Кеплера в математике и оптике

У Иоганна Кеплера было сильное поэтическое воображение, как мы видим по гипотезам, которые делает он в своих великих астрономических творениях. Но он отличал свои предположения от открытых им положительных истин. Нет ни одного отдела тогдашних математических наук, которого он не продвинул бы вперед. Кеплер с любовью принимал всякое открытие, всякую новую дельную мысль других ученых, и превосходно умел отделять истину от ошибок. Он правильно оценил всю важность логарифмов, изобретенных в начале XVII века шотландским математиком лордом Непиром. Он понял, что при их помощи легко делать вычисления, которые без них были трудны по своей многосложности; потому сделал новое издание логарифмов с объяснительным вступлением; благодаря тому логарифмы быстро вошли во всеобщее употребление. В геометрии Кеплер сделал открытия, подвинувшие ее много вперед. Он выработал понятия и методы, которыми разрешались многие задачи, неразрешимые до него, и был проложен путь к открытию дифференциального исчисления. Он увидел надобность исследовать некоторые вопросы оптики для очищения астрономических наблюдений от неточности, вводимой в них преломлением лучей света в атмосфере, и для разъяснения законов действия изобретенного тогда телескопа. Кеплер дал решения этих вопросов в оптической части своего астрономического трактата и в «Диоптрике». Он открыл истинный ход процесса зрения нашего глаза. Он положил правильное основание теории действия телескопа. Ему не удалось найти точный закон преломления лучей, но он нашел понятие о нем, настолько близкое к истине, что оно было достаточно для разъяснения действия оптических инструментов. Опираясь на эти исследования, Иоганн Кеплер предложил новое устройство телескопа, которое должно было, по его соображениям, быть самым лучшим для астрономических наблюдений. Телескоп этого устройства, называемый Кеплеровым, оставался в употреблении до начала XX века. (Изобретение телескопа было, по всей вероятности, результатом случайности; рассказы о нем различны, но все сходятся в том, что оно было сделано в Миддельбурге, в Голландии. Галилей первым применил телескоп к астрономическим наблюдениям, но законы действия этого инструмента стали понятны только благодаря исследованиям Кеплера.)

Портрет Кеплера

Портрет Иоганна Кеплера, 1610

 

Законы Кеплера

Величайшее из бессмертных открытий этого учёного – то, суть которого формулирована им в выводах, называемых по его имени законами Кеплера. Они раскрыли идею Коперника в полном её значении и показали её основательность; они составили в истории астрономии фазис перехода от простого знания фактов к их объяснению. Этот фазис, через который прошли или должны со временем пройти все отрасли естествознания, состоит в том, чтобы найти основные общие черты в запутанном ходе явлений. Коперник дал истинное понятие об устройстве солнечной системы; Кеплер нашел основные законы круговращения планет.

 

 

Уже Коперник заметил, что в движении планет есть неровности, не объясняемые принятием планетных орбит за круги, в центре которых находится солнце; но он считал необходимым принимать за форму орбит круговую линию, и объяснял неравенства в движении планет по их орбитам предположением, что солнце находится не в центре этих кругов. Кеплер по наблюдениям Тихо Браге увидел, что неравенства в движении особенно велики у Марса. Он занялся их исследованием, и нашел, что предположение Коперника не вполне их объясняет. Рядом глубоких исследований и гениальных соображений он сделал наконец открытие, что истинная форма орбиты Марса – эллипс. Это открытие, оказавшееся справедливым и относительно всех других планета, называется первым законом Кеплера. Он выражается формулой: планеты обращаются около солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится солнце. Второй закон Кеплера определяет разницы быстроты движения планеты по орбите в разных частях этого пути; он говорит, что площади, описываемые вращением линии, идущей от солнца к планете, и называющейся в эллипсе радиусом-вектором, в равные времена равны. Таким образом, чем дальше будет планета от фокуса, в котором стоит солнце, тем меньше будет длина пути, проходимого ею в продолжение известного времени, например часа, потому что, чем длиннее треугольник, тем меньше ширина его по сравнению с треугольником, имеющим такую же величину поверхности при меньшей длине. Третий закон, открытый Иоганном Кеплером, определяет пропорцию между временами обращения планет вокруг солнца и их расстояниями от него. Он изложен в другом сочинении учёного, называющемся «Гармония вселенной», и выражается словами: квадраты времен обращения разных планет находятся в такой же пропорции между собою, как кубы тех линий их орбит, которые называются большими полуосями этих эллипсов.

 

Кеплер и открытие закона всемирного тяготения

Та часть астрономии, которая состоит в вычислении наблюдений, тоже чрезвычайно много подвинута вперед трудами Кеплера; он сделал это составлением так называемых Рудольфовых таблиц, изданных им в 1627 году и названных Рудольфовыми в честь царствовавшего тогда императора. Эти таблицы – свод наблюдений, сделанных Тихо Браге и самим Кеплером, и вычислений, сделанных по ним Кеплером; эта работа требовала огромного количества времени и железной воли для своего исполнения.

Изумительны своей гениальностью соображения Иоганна Кеплера о причине, которая вызывает движения планет по найденным им законам. Он уже предугадывал то, что было впоследствии доказано Ньютоном, и объяснял круговращение планет сочетанием силы движения их по тангенсу с силой, влекущей их к солнцу, и достиг убеждения, что эта центростремительная сила тожественна с тем, что называется тяжестью. Таким образом, у него только не было материалов, чтобы найти закон действия силы всеобщего тяготения, и подтвердить свое мнение точными доказательствами, как это было впоследствии сделано Ньютоном; но он уж нашел, что причина круговращения планет – сила всеобщего тяготения. Кеплер говорит: «Тяжесть – только взаимное влечение тел к сближению. Тяжелые тела на земле стремятся к центру шарообразного тела, части которого они составляют, и если бы земля не была шарообразна, то тела не падали бы вертикально к её поверхности. Если бы луна и земля не удерживались на настоящем своем расстоянии стремлением луны двигаться по тангенсу своей орбиты, то они упали бы друг на друга; – луна прошла бы около трех четвертых долей этого пути, а земля четвертую долю, если предположить, что обе они имеют одинаковую плотность». – Кеплер разгадал также, что причина приливов и отливов – притяжение луны, изменяющее уровень океана. Эти открытия показывают в нем необыкновенную силу ума.

 

Романтика и мистицизм у Кеплера

При чрезвычайно высоком научном достоинстве сочинений Кеплера, по ним проходит и веяние поэтического духа. Кеплер любит, подобно пифагорейцам и Платону, соединять результаты серьезного исследования с фантастическими мыслями о гармонии чисел и расстояний. Эта склонность вовлекала его иногда в мнения, оказавшиеся несообразными с истиной, но служит новым доказательством творческой силы его воображения. Фантастические мысли развиты у него особенно в тех сочинениях, которые называются «О таинстве устройства вселенной», «Гармония вселенной» и «Сон Кеплера».

Должностные обязанности заставляли Кеплера заниматься астрологическими выкладками. По должности профессора математики в Граце, он был обязан ежегодно составлять календарь; а календарь по тогдашнему обычаю должен был давать астрологические предсказания о погоде, о войне и мире. Кеплер исполнял эту обязанность очень умно: он хорошо изучил правила астрологии, так что мог придавать своим предсказаниям требуемую от них форму, а предсказания делал по внимательному соображению вероятностей и при проницательности своего ума часто предсказывал удачно. Это доставило ему как астрологу большую славу, и многие из важнейших людей Австрии поручали ему делать их гороскопы. В конце жизни Кеплер состоял астрологом при Валленштейне, верившем в астрологию. Впрочем, он сам говорил о недостоверности своих предсказаний, и в письмах его есть много мест, показывающих, что он правильно думал о господствовавшем в его время астрологическом суеверии. Так например, он говорит: «Господи Боже, что было бы с разумной астрономией, если б она не имела при себе свою глупую дочь астрологию. Жалованья математиков так малы, что мать, наверное, терпела бы голод, если бы ничего не приобретала дочь».

 

rushist.com

5 наиболее землеподобных планет (6 фото)

Можно сбиться со счета, сколько раз мы слышали фразу о том, что «ученые нашли первую по-настоящему землеподобную экзопланету». К настоящему моменту астрономы смогли определить наличие более 2000 различных экзопланет, поэтому неудивительно, что среди них есть и те, которые в той или иной степени действительно похожи на Землю. Однако сколько среди этих похожих на Землю экзопланет на самом деле могут быть обитаемыми?

Многие из утверждений ученых об обитаемости экзопланет сильно преувеличены. Например, недавно была обнаружена экзопланета GJ1132b. Команда, совершившая открытие, поспешила поделиться с миром информацией о том, что «вероятно, это открытие может стать самым важным в истории поиска планет вне Солнечной системы». Однако, невзирая на максимально близкое к Земле среди других обнаруженных экзопланет расположение, «второй Землей» эту планету назвать нельзя хотя бы потому, что температура на ее поверхности выше земной как минимум на несколько сотен градусов по Цельсию.

Аналогичные заявления в свое время выражались в отношении Tau Ceti e и Kepler 186f, которых тоже крестили близнецами Земли. Тем не менее эти экзопланеты ничем примечательным не выделяются и совсем не похожи на Землю, как нам бы того хотелось.

Одним из способов определения того, насколько обитаемой может быть планета, является так называемый индекс подобия Земле (ESI). Этот показатель высчитывается на основе данных радиуса экзопланеты, ее плотности, температуры поверхности и данных о параболической скорости — минимальной скорости, которую необходимо придать объекту для того, чтобы он смог преодолеть гравитационное притяжение конкретного небесного тела. Индекс подобия Земле варьируется от 0 до 1, и любая планета, обладающая индексом выше 0,8, может рассматриваться как «землеподобная». В нашей Солнечной системе, например, Марс обладает индексом ESI равным 0,64 (аналогичный индекс у экзопланеты Kepler 186f), в то время как индекс Венеры составляет 0,78 (тот же показатель у Tau Ceti e).

Ниже рассмотрим пять планет, которые наиболее подходят под описание «близнеца Земли» на основе их показателей индекса ESI.

Kepler 438b

Экзопланета Kepler 438b обладает наиболее высоким показателем индекса ESI среди всех известных на данный момент экзопланет. Он составляет 0,88. Обнаруженная в 2015 году, эта планета обращается вокруг звезды класса красный карлик (значительно меньше и холоднее нашего Солнца) и обладает радиусом всего на 12 процентов больше земного. Сама звезда расположена примерно в 470 световых годах от Земли. Полный оборот планета совершает за 35 дней. Она находится в обитаемой зоне — пространстве внутри своей системы, где не слишком жарко и в то же время не слишком холодно, чтобы поддерживать наличие воды в жидкой форме на поверхности планеты.

Как и в случае других обнаруженных экзопланет, обращающихся вокруг малых звезд, масса данной экзопланеты не была изучена. Однако если эта планета обладает скалистой поверхностью, то ее масса, возможно, будет больше земной всего 1,4 раза, а температура на поверхности варьироваться от 0 до 60 градусов Цельсия. Как бы там ни было, индекс ESI не является ультимативным методом определения обитаемости планет. Ученые недавно провели наблюдение и выяснили, что на родной звезде планеты Kepler 438b довольно регулярно происходят очень мощные выбросы радиационного излучения, которые в конечном итоге могут делать эту планету совершенно необитаемой.

Gliese 667Cc

Индекс ESI планеты Gliese 667Cc составляет 0,85. Планета была обнаружена в 2011 году. Она обращается вокруг красного карлика Gliese 667 в тройной системе звезд, находящейся «всего» в 24 световых годах от Земли. Экзопланета была обнаружена благодаря измерению лучевой скорости, в результате которого ученые выяснили, что в движении звезды происходят некоторые колебания, вызываемые гравитационным воздействием находящейся возле нее планеты.

Приблизительная масса экзопланеты в 3,8 раза больше массы Земли, однако ученые не представляют, каких размеров Gliese 667Cc. Выяснить это не удается потому, что планета не проходит перед звездой, что позволило бы высчитать ее радиус. Орбитальный период Gliese 667Cc составляет 28 дней. Она расположена в обитаемой зоне своей холодной звезды, что, в свою очередь, позволяет ученым предположить, что температура на ее поверхности составляет около 5 градусов Цельсия.

Kepler 442b

Планета Kepler 442b с радиусом в 1,3 раза больше радиуса Земли и индексом ESI 0,84 была обнаружена в 2015 году. Она обращается вокруг звезды, которая холоднее Солнца и находится примерно в 1100 световых годах от нас. Ее орбитальный период составляет 112 дней, что говорит о том, что она находится в обитаемой зоне своей звезды. Однако температура на поверхности планеты может опускаться до -40 градусов Цельсия. Для сравнения: температура на полюсах Марса в зимний период может снижаться до -125 градусов. Опять же, масса этой экзопланеты неизвестна. Но если она обладает скалистой поверхностью, то ее масса может быть в 2,3 раза больше массы Земли.

Kepler 62e и 62f

Две планеты с индексами ESI 0,83 и 0,67 соответственно были обнаружены космическим телескопом «Кеплер» в 2013 году, когда те проходили напротив своей родной звезды. Сама же звезда находится примерно в 1200 световых годах от нас и несколько холоднее Солнца. С планетарными радиусами в 1,6 раза и 1,4 раза больше земного, их орбитальный период составляет 122 и 267 дней соответственно, что говорит о том, что обе находятся в обитаемой зоне.

Как и большинство других планет, обнаруженных телескопом «Кеплер», масса этих экзопланет остается неизвестной, однако ученые предполагают, что в обоих случаях она примерно в 30 раз больше земной. Температура каждой из планет может поддерживать наличие воды в жидкой форме. Правда, все будет зависеть от состава атмосферы, которой они обладают.

Kepler 452b

Kepler 452b с индексом ESI 0,84 была обнаружена в 2015 году и стала первой обнаруженной потенциально земплеподобной планетой, находящейся в обитаемой зоне и оборачивающейся вокруг звезды аналогичной нашему Солнцу. Радиус планеты примерно в 1,6 раза больше радиуса Земли. Полный оборот вокруг своей родной звезды, которая находится примерно в 1400 световых годах от нас, планета совершает за 385 дней. Так как звезда находится слишком далеко, а ее свет не слишком ярок, ученые не могут измерить гравитационное воздействие Kepler 452b и, как следствие, выяснить массу планеты. Имеется лишь предположение, согласно которому масса экзопланеты примерно в 5 раз больше массы Земли. При этом температура на ее поверхности по приблизительным оценкам может варьироваться от -20 до +10 градусов Цельсия.

Из всего этого следует, что даже наиболее похожие на Землю планеты, в зависимости от активности их родных звезд, которая может очень отличаться от солнечной, могут быть неспособны поддерживать жизнь. Другие планеты, в свою очередь, имеют крайне отличающиеся от земных размеры и температуру поверхности. Однако учитывая повышенную за последние годы активность в поиске новых экзопланет, нельзя исключать возможности того, что среди найденных мы все же встретим планету с аналогичной Земле массой, размером, орбитой и солнцеподобной звездой, вокруг которой она обращается.

Другие статьи:

nlo-mir.ru