- •1.1 Наука – часть общечеловеческой культуры
- •1.1.1 Наука. Гуманитарное и естественнонаучное знание
- •1.1.2 Характерные черты современной науки. Элементы научной деятельности
- •1.1.3 Научный метод. Этапы получения научного знания
- •Контрольные вопросы
- •1.2 Развитие естествознания и технологий
- •1.2.1 Научные революции
- •1.2.2 Основные черты современной научной картины мира
- •1.2.3 Тенденции и темпы развития естествознания
- •1.2.4 Естествознание и технологии
- •Контрольные вопросы
- •2.1 Механическое движение
- •2.1.1 Механическое движение и его виды
- •2.1.2 Кинематические характеристики механического движения
- •2.1.3 Динамика поступательного движения
- •2.1.4 Динамика вращательного движения
- •Основное уравнение динамики вращательного движения
- •Контрольные вопросы
- •2.2 Концепции пространства и времени
- •2.2.1 Структурные уровни организации материи
- •Современное естествознание выделяет три структурных уровня организации материи по критерию масштабности: микромир, макромир и мегамир.
- •2.2.2 Основные свойства пространства и времени
- •2.2.3 Элементы специальной теории относительности
- •2.2.4 Силы инерции и силы тяготения. Принцип эквивалентности
- •2.2.5 Элементы общей теории относительности и их экспериментальное подтверждение
- •Контрольные вопросы
- •Какие структурные уровни материи по критерию масштабности выделяет современная наука? Кратко охарактеризуйте микро-, макро- и мегамиры.
- •2.3 Принципы симметрии и законы сохранения
- •2.3.1 Понятие симметрии. Теорема Нетер
- •2.3.2 Закон сохранения импульса
- •2.3.3 Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •2.3.4 Работа, мощность, энергия
- •2.3.5 Закон сохранения энергии
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Молекулярная физика и термодинамика
- •2.4.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •2.4.2 Агрегатные состояния вещества. Идеальные газы
- •2.4.3 Внутренняя энергия тела и идеального газа
- •2.4.4 Основы равновесной термодинамики
- •2.4.5 Тепловые двигатели и их кпд. Проблема вечного двигателя
- •2.4.6 Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики
- •2.4.7 Третье начало термодинамики
- •Контрольные вопросы
- •2.5 Элементы синергетики
- •2.5.1 Понятие о самоорганизации
- •2.5.2 Изменение энтропии в открытых системах
- •2.5.3 Стационарные неравновесные состояния. Принцип Ле Шателье
- •2.5.5 Примеры самоорганизации в природе.
- •2.5.6 Переход от ламинарного течения к турбулентному течению. Динамический хаос
- •Контрольные вопросы
- •Сформулируйте расширенный вариант второго закона термодинамики для открытых систем.
- •Физические поля. Электромагнитные явления
- •2.6.2 Гравитационное поле
- •2.6.3 Электростатическое поле и его характеристики
- •2.6.4 Магнитное поле
- •2.6.5 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Ферромагнетики и их применение
- •Контрольные вопросы
- •2.7 Колебания и волны. Оптические процессы
- •2.7.1 Гармонические колебания
- •2.7.2 Волны. Упругие волны
- •2.7.3 Электромагнитные волны
- •2.7.4 Волновые свойства электромагнитного излучения к явлениям, подтверждающим волновые свойства электромагнитного излучения, относятся интерференция, дифракция и поляризация. Интерференция света
- •2.7.5 Квантовая природа электромагнитного излучения
- •Тепловое излучение
- •Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения :
- •Контрольные вопросы
- •2.8 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •2.8.1 Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения
- •2.8.2 Гипотеза де Бройля. Волны материи
- •2.8.3 Корпускулярно-волновой дуализм – универсальное свойство материи
- •2.8.4 Соотношение неопределенностей
- •2.8.5 Вероятностное описание микрообъектов
- •Контрольные вопросы
- •2.9 Строение атома и атомного ядра
- •2.9.1 Развитие представлений о строении атома
- •2.9.2 Современные представления о строении атома
- •2.9.3 Строение атомного ядра
- •2.9.4 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
- •2.9.5 Основные типы физических взаимодействий в природе
- •Элементарные частицы и их классификация. Понятие о кварках
- •Контрольные вопросы
- •3.1 Элементы современной химии
- •3.1.1 Классификация химических веществ
- •3.1.2 Типы химических связей
- •3.1.3 Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •3.1.4 Растворы
- •Контрольные вопросы
- •4.1.Элементы современной биологии
- •4.1.1 Структурные уровни организации живой материи
- •4.1.3 Процессы обмена веществ. Гомеостаз
- •4.1.4 Биологически активные молекулы
- •4.1.5 Биохимические процессы
- •5.1 Естественнонаучные проблемы энергетики
- •5.1.1 Энергетические потребности человечества и природные энергоресурсы
- •5.1.2 Преобразование энергии и эффективность энергосистем
- •5.1.3 Повышение эффективности энергосистем
- •5.1.4 Альтернативные источники энергии
- •Использование энергии ветра и геотермальных источников
- •5.1.5 Понятие о ядерной энергетике
- •Контрольные вопросы
- •5.2 Традиционные и новые материалы
- •5.2.1 Традиционные материалы с новыми свойствами
- •5.2.2 Полимерные материалы
- •5.2.3 Синтетические ткани
- •5.2.4 Сохранение и замена материалов
- •5.2.5 Полупроводники
- •5.2.6 Высокотемпературные сверхпроводники
- •5.2.7 Тонкопленочные материалы для накопителей информации
- •5.2.8 Оптические материалы
- •5.2.9 Материалы с необычными свойствами
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Перспективные технологии
- •5.3.1 Технологии хранения и передачи информации
- •5.3.2 Микро- и нанотехнологии
- •5.3.3 Лазерные технологии
- •Спонтанное и вынужденное излучение
- •Свойства лазерного излучения
- •5.3.4 Современные биотехнологии. Генная инженерия
- •5.3.5 Естественнонаучные проблемы сохранения окружающей среды
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а (справочное) Перечень ключевых слов
2.3.5 Закон сохранения энергии
Однородность времени (сдвиговая симметрия) приводит к закону сохранения энергии: при любых процессах полная энергия изолированной системы не изменяется; энергия может только превращаться из одного вида в другой и передаваться от одного тела системы к другому. Закон сохранения энергии – фундаментальный закон природы, выполняющийся на всех структурных уровнях организации материи. Не существует явлений и процессов, для которых этот закон не имел бы места. Нарушение закона сохранения энергии свидетельствовало бы о нарушении однородности времени.
Все явления и процессы в природе – от самых простых до самых сложных – протекают с сохранением энергии. Общий запас энергии во Вселенной с момента ее образования до наших дней остается постоянным. Появление высокоупорядоченных структур (от атомов и молекул до звезд и галактик) и явление жизни связано с последовательными превращениями одних форм энергии в другие. Часть энергии обязательно переходит в самую низшую форму – теплоту.
Большое значение для практической деятельности человека имеет частный случай − закон сохранения механической энергии, выполняющийся в поле консервативных сил.
Консервативной называется сила, работа которой не зависит от траектории, а определяется начальным и конечным состояниями системы. Работа консервативной силы по замкнутой траектории равна нулю. Консервативными являются сила тяжести, упругости, сила взаимодействия электрических зарядов и др. Сила, работа которой зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, называется диссипативной. Примером диссипативной силы является сила трения; работа силы трения по любой замкнутой траектории меньше нуля. Силовые поля, в которых действуют консервативные силы (например, поле гравитационных или поле упругих сил), называются потенциальными.
Закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется (не изменяется со временем)
Ем = Т+ П=const. (2.3.15)
В консервативных системах происходят превращения кинетической энергии в потенциальную и наоборот, при этом полная механическая энергия остается постоянной.
В диссипативных системах механическая энергия постепенно уменьшается за счет преобразования в другие (немеханические) формы. Этот процесс называется диссипацией (или рассеянием) энергии. Так, если в механической системе есть сила трения, то механическая энергия частично превращается в тепловую.
Контрольные вопросы
Что такое симметрия? Приведите примеры операций симметрии.
Сформулируйте теорему Нетер. Какова связь между симметрией и законами сохранения?
Сформулируйте закон сохранения импульса. С каким свойством пространства связан этот закон?
Приведите примеры явлений, объясняющихся законом сохранения импульса.
Сформулируйте закон сохранения момента импульса. С каким свойством пространства связан этот закон?
Приведите примеры явлений, объясняющихся законом сохранения момента импульса.
Дайте определения энергии, мощности и работы. В чем заключается различие между понятиями энергии и работы?
Сформулируйте закон сохранения энергии. С каким свойством времени он связан?
В чем заключается закон сохранения механической энергии? В каких системах выполняется этот закон?
Какие силы называются консервативными? Диссипативными? Приведите примеры консервативных и диссипативных сил.