Урок 1
Техника безопасности
Повторение. Окружающий мир как иерархическая система
§1.1.Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Содержание урока

Техника безопасности

Повторение. Окружающий мир как иерархическая система

§1.1.Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Повторение. Окружающий мир как иерархическая система

Микро-, макро- и мегамир. Мы живем в макромире, т. е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина, бревно и т. д.), живые (растения, животные, человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т. д.).

Макрообъекты состоят из атомов; атомы, в свою очередь, состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром.

Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир.

Все объекты от галактик до атомов состоят из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью Земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник — тепловой, заряженный проводник — электрической, а ядра атомов — атомной.

Окружающий мир можно представить в виде иерархического ряда объектов: элементарных частиц, атомов, химических веществ, макрообъектов, звезд и галактик. При этом на уровнях химических веществ и макрообъектов в этом иерархическом ряду образуется ответвление — другой ряд, связанный с живой природой.

В живой природе также существует иерархия: молекулы — клетки — организмы — группы организмов (популяции).

Вершиной эволюции жизни на Земле является человек, который, в свою очередь, не может жить вне общества.

Каждый человек в отдельности и общество в целом изучают окружающий мир и накапливают знания, на основании которых создаются искусственные объекты.

Системы и элементы. Каждый объект состоит из других объектов, т. е. представляет собой систему. Вместе с тем, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Считаем мы объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования).

Система состоит из объектов, которые называются элементами системы.

Например, атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона. Вместе с тем, атом водорода входит в молекулу воды, т. е. является элементом системы более высокого структурного уровня.

Целостность системы. Необходимым условием существования системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных объектов, а совокупностью взаимосвязанных элементов.

Взаимосвязь элементов в системах может иметь различную природу. В неживой природе взаимосвязь элементов осуществляется с помощью физических взаимодействий:

• в системах мегамира (например, в Солнечной системе) элементы взаимодействуют между собой посредством сил всемирного тяготения;
• в макротелах происходит электромагнитное взаимодействие между атомами;
• в атомах элементарные частицы связаны ядерными и электромагнитными взаимодействиями.

В живой природе целостность организмов обеспечивается химическими взаимодействиями между клетками, в обществе — социальными связями и отношениями между людьми, в технике — функциональными связями между устройствами и т. д.

Свойства систем. Каждая система обладает определенными свойствами, которые, в первую очередь, зависят от набора составляющих ее элементов. Так, свойства химических элементов зависят от строения их атомов.

Атом водорода состоит из двух элементарных частиц (протона и электрона), и соответствующий химический элемент является газом. Атом лития состоит из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов, и соответствующий химический элемент является щелочным металлом.

Свойства системы зависят также от структуры системы, т. е. от типа отношений и связей элементов системы между собой. Если системы состоят из одинаковых элементов, но обладают разными структурами, то их свойства могут существенно различаться. Например, алмаз, графит и углеродная нанотрубка состоят из одинаковых атомов (атомов углерода), однако способы связей между атомами (кристаллические решетки) существенно различаются.

В кристаллической решетке алмаза взаимодействие между атомами очень сильное по всем направлениям, поэтому он является самым твердым веществом на планете и существует в форме кристаллов. В кристаллической решетке графита атомы размещены слоями, между которыми взаимодействие слабое, поэтому он легко крошится и используется в грифелях карандашей. Углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр плоскость кристаллической решетки графита. Нанотрубки очень прочные на разрыв (хотя имеют толщину стенки в один атом углерода). Нить толщиной с человеческий волос, сделанная из нанотрубок, способна удерживать груз в сотни килограммов. Электрические свойства нанотрубок могут меняться, что делает их одним из основных материалов наноэлектроники.

Следующая страница §1.1.Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Cкачать материалы урока