Материал: 4397

11

данной выборки с числом измерений n=10. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вариант 6. Пользуясь актуальной (согласно дате занятия) сводкой о курсе валют «Евро/Рубль», проведите статистическую обработку результатов данной выборки с числом измерений n=8. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вариант 7. Пользуясь актуальной (согласно дате занятия) сводкой о среднесуточной температуре воздуха в г. Воронеже, проведите статистическую обработку результатов данной выборки с числом измерений n=7. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вариант 8. Пользуясь актуальной (согласно дате занятия) сводкой об утренней температуре воздуха в г. Воронеже, проведите статистическую обработку результатов данной выборки с числом измерений n=7. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вариант 9. Пользуясь актуальной (согласно дате занятия) сводкой об атмосферном давлении в г. Воронеже, проведите статистическую обработку результатов данной выборки с числом измерений n=8. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вариант 10. Пользуясь актуальной (согласно дате занятия) сводкой о силе ветра в г. Воронеже, проведите статистическую обработку результатов данной выборки с числом измерений n=8. Сформулируйте вывод и оформите конспект.

Вопросы для самоконтроля

1.Как классифицируют измерения по способу получения результатов?

2.Как возникают ошибки измерения?

3.Как классифицируют ошибки измерения?

4.Как определяют абсолютные и относительные ошибки?

5.Что такое закон нормального распределения?

6.В чем суть правила «трех сигм»?

7.Что такое среднеквадратичная ошибка? Средняя квадратичная ошибка среднего арифметического?

8.Что такое доверительный интервал и доверительная вероятность?

9.Что такое дисперсия ошибки? Как влияет число измерений на дисперсию?

Дополнительная литература

Голых, Ю. Г. Метрология, стандартизация и сертификация. Lab VIEW: практикум по оценке результатов измерений [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Ю. Г. Голых, Т. И. Танкович. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 140 с. – ISBN 978-5-7638-2927-3. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=507394

12

РАЗДЕЛ «ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА»

Практическое занятие № 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА. ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ

Цель занятия: ознакомиться с основными понятиями физической картины мира; научиться определять вклад гравитационного взаимодействия для объектов макро и мегамира.

Механическая картина мира сформировалась в XVI-XVII вв. под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Ее основу составили идеи и законы механики (принцип Г. Галилея, законы И. Кеплера, Н. Коперника, И. Ньютона), которая к XVII в. была наиболее разработанным разделом физики.

Корпускулярные представления о материи рассматривали мир как совокупность неделимых мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц – атомов (теория атомов).

Все многообразие взаимодействий в механической картине мира обусловлено гравитационным взаимодействием, которое означает наличие сил притяжения между телами. Согласно принципу дальнодействия, предложенного Ньютоном, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без материальных посредников, т.е. промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает.

Величайшим достижением того времени явился закон всемирного тяготения (ок. 1666 г.): сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

(12)

где m1, m2 – массы тел; r – расстояние; G – гравитационная постоянная,

G=6,67* 10-11 м³/(кг с²).

Движение земных и небесных тел подчинялось одним и тем же законам механики Ньютона, и представляло собой простое механическое перемещение, а Вселенная, в соответствии с механической картиной мира, представляла собой хорошо отлаженный механизм, гигантскую механическую систему.

Индивидуальное задание

Рассчитайте во сколько раз Ваша сила притяжения к Земле отличается от таковой к другой планете Солнечной системы (см. номер варианта в табл. 4). В прил. 2 даны основные характеристики планет Солнечной системы.

Таблица 4

Варианты для выполнения индивидуального задания

13

Вопросы для самоконтроля

1.Каков основной предмет изучения физической науки?

2.В чем заключаются корпускулярные представления о материи в рамках механической картины мира?

3.В чем заключается принцип относительности Галилея?

4.Как звучит ньютоновский принцип дальнодействия?

5.Сформулируйте основные законы Ньютона и закон всемирного тяготения.

Дополнительная литература

1.Рузавин, Г. И. Концепции современного естествознания [Электронный ресурс] : учеб. / Г. И. Рузавин. – 3-e изд., стереотип. – М. : НИЦ ИНФРА-М, 2014. – 271 с. – ЭБС "Знаниум". – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=454162. – Загл. с экрана.

2.Бондарев, В. П. Концепции современного естествознания [Электронный ресурс] : учеб. / В. П. Бондарев. – 2-e изд., перераб. и доп. – М. : Альфа-М : ИНФРА-М, 2011. – 512 с. – ЭБС "Знаниум". – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=317298

Практическое занятие № 3. КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель занятия: ознакомиться с основными концепциями описания пространства и времени; научиться оценивать релятивистские эффекты специальной теории относительности

В истории физической науки смена взглядов на структуру и свойства материи и причины ее движения происходила дважды (в ХVII и ХIX в.), что отразилось в последовательно сменивших друг друга физических картинах мира: механической, электромагнитной и квантово-полевой. Представления о материальном устройстве мира неразрывно связаны с представлениями о пространстве и времени.

Концепцию абсолютного пространства и абсолютного времени предложил И. Ньютон. Абсолютное пространство представлялось большим «черным ящиком», который являлся универсальным вместилищем всех материальных тел в природе. Абсолютное время представлялось в образе текущей реки и являлось универсальной длительностью всех процессов во Вселенной. Абсолютное пространство и абсолютное время существуют совершенно независимо от материи.

В рамках электромагнитной картины мира (XIX в. – М. Фарадей, Дж. Максвелл, Кулон, Ампер и др.) произошла смена корпускулярных представлений о материи на новые, континуальные (непрерывные). Мир и материя представляют собой единую электродинамическую систему, построенную из электрически заряженных частиц, взаимодействующих

14

посредством электромагнитного поля. Магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца. Любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью (фарадеевский принцип близкодействия).

Впервые в рамках электромагнитной картины мира было введено понятие вероятность в виде статистических законов (кинетическая теория газов, статистическая механика). Уравнения Дж. Максвелла позволили единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Пространство и время не абсолютны, а неразрывно связаны с движущейся материей. В 1903 г. А. Эйнштейн выдвинул идею об относительности пространства и времени. В 1905 г он сформулировал специальную теорию относительности (СТО), 1916 г. – общую теорию относительности (ОТО). Пространство – выражает сосуществование объектов, время – последовательность их состояний.

Индивидуальное задание

Основываясь на выводах и релятивистских эффектах СТО и ОТО А. Эйнштейна, рассчитайте, как изменится масса космического путешественника, если он будет двигаться в космическом летательном аппарате со скоростью υ=i*c, где с – скорость света, равная 3*108 м/с (i изменяется в диапазоне i=0.1-1).

Вопросы для самоконтроля

1.Что есть пространство, и что есть время согласно современным физическим представлениям?

2.В чем заключаются ньютоновские представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени?

3.В чем заключается континуальные взгляды на структуру материи?

4.Что есть движение в рамках электромагнитной картины мира?

5.Какое свойство объектов вытекает исходя из общей и специальной теории относительности А.Эйнштейна?

Дополнительная литература

1.Рузавин, Г. И. Концепции современного естествознания [Электронный ресурс] : учеб. / Г. И. Рузавин. – 3-e изд., стереотип. – М. : НИЦ ИНФРА-М, 2014. – 271 с. – ЭБС "Знаниум". – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=454162. – Загл. с экрана.

2.Бондарев, В. П. Концепции современного естествознания [Электронный ресурс] : учеб. / В. П. Бондарев. – 2-e изд., перераб. и доп. – М. : Альфа-М : ИНФРА-М, 2011. – 512 с. – ЭБС "Знаниум". – Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=317298.

15

Практическое занятие № 4. МИКРОМИР. КОРПУСКУЛЯРНОВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ МИКРОЧАСТИЦ

Цель занятия: ознакомиться с понятиями и концепциями описания микромира; научиться определять основные характеристики микрочастиц

Микромир – это один из уровней организации материи, включающий область предельно малых, непосредственно не наблюдаемых объектов с размером в диапазоне от 10-8 до 10-16 см и временем жизни от бесконечности (стабильные частицы) до 10-24 с (нестабильные частицы).

На уровне микромира исследуются свойства и поведение микрообъектов, таких как молекулы, атомы, субатомные единицы (электроны, протоны, нейтроны) и элементарные частицы (кварки).

Для описания микрообъектов используется фундаментальная физическая теория – квантовая механика, которая основывается на 1) положении о квантовании физических величин; и 2) корпускулярно-волновом дуализме (двойственной природе) микрообъектов. Взаимосвязь корпускулярных и волновых свойств микрообъектов выражается уравнением Л. Де Бройля

где λ – длина волны микрочастицы, м; h – постоянная Планка, равная 6,62*10-34 Дж*с; m – масса микрочастицы, кг; υ – скорость движения микрочастицы, м/с.

Индивидуальные задания

Задание 1. Пользуясь материалом лекции, учебников [2, 5] и прил. 1, определите атомный состав химического элемента – укажите число электронов, протонов и нейтронов в атоме данного элемента.

Задание 2. Пользуясь материалом лекции, учебников [2, 5] и прил. 1, приведите примеры изобаров.

Задание 3. Пользуясь материалом лекции, учебников [2, 5] и прил. 1,

количественно определите, чем отличаются изотопы некоторых химических элементов (водорода10H; 12H; 13H; хлора35Cl17, и 35Cl17; кислорода 16O, 17О, 18О; кремния

28Si, 29Si, 30Si).

Задание 4. Учитывая положение квантовой теории о корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц, выраженное в виде уравнения де Бройля, рассчитайте длину волны микрочастицы, если известна ее масса и скорость движения.

Задание 5. Пользуясь материалом лекции, учебников [2, 5] и прил. 1, запишите набор квантовых чисел для указанного химического элемента.

Задание 6. Пользуясь материалом лекции, учебников [2, 5] и прил. 1, определите тип химической связи в химических соединениях.

Вопросы для подготовки и самоконтроля

1.Какие объекты описываются на уровне микромира?

2.Как классифицируют микрообъекты?

3.В чем заключается корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов?

4.На чем основана физическая теория квантовая механика?

5.Что такое изотопы и изобары?

6.Для чего используется изотопный анализ материалов?