Контрольная работа по "Естествознанию"

Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу  времени, зависит от ряда факторов:

широты 

местного климата 

сезона года

угла наклона поверхности  по отношению к Солнцу.

ВРЕМЯ И МЕСТО 

Количество солнечной  энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени  суток и времени года. Обычно в  полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром  или поздно вечером. В полдень  Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей  Солнца через атмосферу Земли  сокращается. Следовательно, меньше солнечной  радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. В чем значение и содержание перехода от геоцентрической к

            гелиоцентрической системе мира? Какие научные данные

           способствовали  этому?

Идея движения Земли возникла в рамках пифагорейской школы. Пифагореец Филолай из Кротона обнародовал систему мира, в которой Земля является одной из планет; правда, речь пока шла об её вращении (за сутки) вокруг мистического Центрального Огня, а не Солнца. Аристотель отверг эту систему в том числе потому, что она предсказывала параллактическое смещение звёзд.

Менее спекулятивной была гипотеза Гераклида Понтийского, согласно которой Земля совершает суточное вращение вокруг своей оси. Кроме того, Гераклид, по видимому, предположил, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца и только с ним — вокруг Земли. Возможно, такого взгляда придерживался и Архимед[2], полагая обращающимся вокруг Солнца и Марс, орбита которого в этом случае должна была охватывать Землю, а не пролегать между нею и Солнцем, как в случае Меркурия и Венеры. Есть предположение, что у Гераклида была теория, согласно которой Земля, Солнце и планеты обращаются вокруг одной точки — центра планетной системы[3][4]. По сообщению Теофраста, Платон на склоне своих лет сожалел, что он предоставил Земле центральное место во Вселенной, которое для неё не подходило.

Подлинно гелиоцентрическая  система была предложена в начале III века до н. э. Аристархом Самосским. Скудная информация о гипотезе Аристарха дошла до нас через труды Архимеда[5], Плутарха[6] и других авторов. Обычно считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (вычислению относительных размеров Земли, Луны и Солнца посвящён единственный дошедший до нас труд учёного). Естественно было предположить, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Насколько была разработана гипотеза Аристарха, неизвестно, но Аристарх сделал важный вывод о том, что по сравнению с расстояниями до звёзд земная орбита является точкой, поскольку иначе должны были наблюдаться годичные параллаксы звёзд (вслед за Аристархом такую оценку расстояний до звёзд принимал и Архимед). Философ Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места Землю («Очаг мира»).

Гелиоцентризм позволил решить основные проблемы, стоявшие перед  древнегреческой астрономией, поскольку  господствовавшие в начале III века до н. э. геоцентрические взгляды явно были в кризисном состоянии. Наиболее распространённый в то время вариант геоцентризма, теория гомоцентрических сфер Евдокса, Каллиппа и Аристотеля, оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Гелиоцентрическая система непринуждённо объясняла попятные движения планет. Она позволяла также установить порядок следования светил. Греки постулировали зависимость между близостью небесного тела к «сфере неподвижных звёзд» и сидерическим периодом его движения: так, самым далёким от нас считался наиболее медленно движущийся Сатурн, далее (в порядке приближении к Земле) шли Юпитер и Марс; Луна оказывалась наиболее близким к Земле небесным телом. Трудности этой схемы были связаны с Солнцем, Меркурием и Венерой, поскольку все эти тела имели одинаковые сидерические периоды (в том смысле, который употреблялся в античной астрономии), равные одному году. Эта трудность легко решалась в гелиоцентрической системе, где один год оказывался равным периоду движения Земли; при этом периоды движения (теперь — обращения вокруг Солнца) Меркурия и Венеры шли в том же порядке, что и их расстояния до нового центра мира, которое можно было установить описанным выше способом.

Среди непосредственных сторонников  гипотезы Аристарха упоминается  только вавилонянин Селевк (первая половина II века до н. э.). Отсюда обычно делается вывод, что других сторонников у гелиоцентризма не было, то есть он не был воспринят эллинской наукой. Однако уже само упоминание Селевка как последователя Аристарха весьма показательно, поскольку означает проникновение гелиоцентризм даже на берега Тигра и Евфрата, что само по себе свидетельствует о широкой известности идеи о движении Земли. Более того, Секст Эмпирик[7] упоминает о последователях Аристарха во множественном числе. Достаточно благожелательный отзыв о гипотезе Аристарха в сочинении Архимеда «Псаммит» (главном источнике нашей информации об этой гипотезе) позволяет предположить, что Архимед по крайней мере не исключал эту гипотезу. Ряд авторов[8][9][10][11] приводили аргументы в пользу широкой распространённости гелиоцентризма в античности. Не исключено, в частности, что геоцентрическая теория движения планет, изложенная в «Альмагесте» Птолемея является переработанной гелиоцентрической системой[12][13][14]. Итальянский математик Лючио Руссо (Lucio Russo) привёл ряд свидетельств о развитии в эллинистическую эпоху динамики гелиоцентрической системы на основе общего представление о законе инерции и о притяжении планет к Солнцу[15][16].

Тем не менее, в конечном итоге гелиоцентризм был оставлен греками. Главной причиной может  быть общий кризис науки, начавшийся после II века до н. э. На место астрономии заступает астрология. В философии доминирует мистицизм или откровенный религиозный догматизм: стоицизм, позднее неопифагореизм и неоплатонизм. С другой стороны, те немногие философские школы, которые в целом исповедуют рационализм (эпикурейцы, скептики), имеют одну общую черту: неверие в возможность познания природы. Так, эпикурейцы даже после Аристотеля и Аристарха считали невозможным определить истинную причину фаз Луны и считали Землю плоской. В такой атмосфере религиозные обвинения наподобие тех, что были предъявлены Аристарху, могли привести к тому, что астрономы и физики, даже если и были сторонниками гелиоцентризма, старались воздерживаться от публичного обнародования своих взглядов, что и могло в конечном итоге привести к их забвению.

 Научные аргументы  в пользу неподвижности и центральности  Земли, выдвигавшиеся древнегреческими  астрономами, см. в статье Геоцентрическая система мира.

После II века н. э. в эллинистическом  мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной  теории Птолемея, в которой петлеобразное  движение планет объяснялось с помощью  комбинации деферентов и эпициклов. «Физическим» фундаментом теории Птолемея была аристотелевская теория небесных сфер, переносивших планеты. Существенной особенностью учения Аристотеля было резкое противопоставление «надлунного» и «подлунного» миров. Надлунный  мир (куда относились все небесные тела) считался миром идеальным, не подверженным каким-либо изменениям. Напротив, всё, что находилось в подлунной области, в том числе Земля, считалось  подверженным постоянным изменениям, порче.

Существенной особенностью теории Птолемея был частичный отказ  от принципа равномерности космических  движений: центр эпицикла движется по деференту с переменной скоростью, хотя угловая скорость при наблюдении из особой эксцентрично расположенной  точки (экванта) считалась неизменной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Что означает «эвклидовость» пространства? При каких условиях

           происходит «искривление» пространства?

Введение Минковским четырёхмерного формализма помогло выявить аспекты "абсолютного мира", заданного в пространственно - временном континууме.

 В теории относительности,  как и в классической механике, существуют два типа пространства  и времени, которые реализуют  субстанциальную и атрибутивную  концепции. В классической механике  абсолютные пространство и время  выступали в качестве структуры  мира на теоретическом уровне. В специальной теории относительности  аналогичным статусом обладает  единое четырёхмерное пространство - время.

 Переход от классической  механики к специальной теории  относительности можно представить  так: 1) на теоретическом уровне - это переход от абсолютных и субстанциальных пространства и времени к абсолютному и субстанциальному единому пространству - времени, 2) на эмпирическом уровне - переход от относительных и экстенсионных пространства и времени Ньютона к реляционному пространству и времени Эйнштейна.

 Однако, когда Эйнштейн пытался расширить концепцию относительности на класс явлений, происходящих в неинерциальных системах отсчёта, это привело к созданию новой теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д. Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения физических теорий, в котором первичным выступает теоретический аспект.

 Новая теория - общая  теория относительности - строилась  путём построения обобщённого  пространства и перехода от  теоретической структуры исходной  теории - специальной теории относительности  - к теоретической структуре новой,  обобщённой теории с последующей  её эмпирической интерпретацией. Далее мы рассмотрим представление  о пространстве и времени в  свете общей теории относительности.

 Одной из причин создания общей теории относительности было желание Эйнштейна избавить физику от необходимости введения инерциальной системы отсчёта. Создание новой теории началось с пересмотра концепции пространства и времени в полевой доктрине Фарадея - Максвелла и специальной теории относительности. Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном пункте, который остался незатронутым. Речь идет о следующем положении специальной теории относительности: "...двум выбранным материальным точкам покоящегося тела всегда соответствуетнекоторый отрезок определённой длины, независимо как от положения и ориентации тела, так и от времени. Двум отмеченным показаниям стрелки часов, покоящихся относительно некоторой системы координат, всегда соответствует интервал времени определённой величины, независимо от места и времени".

 Следует отметить, что  в общей теории относительности  находит наиболее полное воплощение  представление диалектического  материализма о пространстве  и времени как формах существования  материи. Специальная теория относительности  не затрагивала проблему воздействия  материи на структуру пространства-времени,  а в общей теории Эйнштейн  непосредственно обратился к  органической взаимосвязи материи,  движения, пространства и времени.

 Эйнштейн исходил из  известного факта о равенстве инертной и тяжёлой масс. Он усмотрел в этом равенстве исходный пункт, на базе которого можно объяснить загадку гравитации. Проанализировав опыт Этвеша, Эйнштейн обобщил его результат в принцип эквивалентности: " физически невозможно отличить действие однородного гравитационного поля и поля, порождённого равноускоренным движением".

 Принцип эквивалентности  носит локольный характер и, вообще говоря, не входит в структуру общей теории относительности. Он помог сформулировать основные принципы, на котрых базируется новая теория: гипотезы о геометрической природе гравитации, о взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи. Кроме них Эйнштейн выдвинул ряд матаматических гипотез, без которых невозможно было бы вывести гравитационные уравнения: пространство четырёхмерно, его структура опрелеляется симметричным метрическим тензором, уравнения должны быть инвариантными относительно группы преобразований координат.

 В работе "Относительность  и проблема пространства" Эйнштейн  специально рассматривает вопрос  о специфике понятия пространства  в общей теории относительности.  Согласно этой теории пространство  не существует отдельно, как нечто  противоположное "тому, что заполняет  пространство" и что зависит  от координат. "Пустое пространство, т.е. пространство без поля  не существует. Пространство-время  существует не само по себе, а только как структурное свойство  поля".

 Для общей теории  относительности до сих пор  актуальной является проблема  перехода от теоретических к физическим наблюдаемым величинам. Теория предсказала и объяснила три общелелятивистских эффекта: были предсказаны и вычислены конкретные значения смещения перегелия Меркурия, было педсказано и обнаружено отклонение световых лучей звёзд при их прохождении вблизи Солнца, был предсказан и обнаружен эффект красного гравитационного смещения частоты спектральных линий.

 Рассмотрим далее два  направления, вытекающих из общей  теории относительности: геометризацию  гравитации и релятивистскую  космологию, т.к. с ними связано  дальнейшее развитие пространственно-временных  представлений современной физики.

 Геометризация гравитации  явилась первым шагом на пути  создания единой теории поля. Первую попытку геометризации  поля предприняв Г.Вейль. Она осуществлена за рамками римановской геометрии. Однако данное направление не привело к успеху. Были попытки ввести пространства более высокой размерности. чем четырёхмерное пространственно-временное многообразие Римана: Калуца предложил пятимерное, Клейн - шестимерное, Калицын - бесконечное многообразие. Однако таким путём решить проблему не удавалось.