ТЕКСТЫ 1. Физика - ведущая наука естествознания Физика

ТЕКСТЫ
1. Физика - ведущая наука естествознания
Физика действительно является лидером современного
естествознания и фундаментом научно-технического прогресса.
Физика в большей мере, чем любая из естественных наук,
расширила границы человеческого познания.
Во-первых, физика глубже других наук проникла в строение
вещества, в микромир — на расстояния до 1016 м, что рaвно
диаметру сердцевины нуклона, и одновременно дальше других
наук проникла в мегамир — до расстояний 2*10 м, равных
наибольшей удаленности от Земли видимых в телескоп галактик.
Во-вторых, именно физика дала в руки человечества наиболее
мощные источники энергии, чем резко увеличила власть человека
над природой.
В-третьих, именно физика является сейчас теоретическим
фундаментом основных направлений технического прогресса и
областей практического использования технических знаний.
Атомная энергетика и реактивная техника, инфракрасная и
космическая техника, полупроводники и ультразвуковая техника,
электронно-вычислительная техника и ускорители элементарных
частиц — все перечисленное и многое другое имеет теоретической
основой современную физику. Физика является теоретическим
фундаментом электрификации страны.
В-четвертых, физика, ее явления и законы действуют в мире
живой и неживой природы. Это имеет очень важное значение для
жизни и деятельности человеческого организма, изучения и
создания оптимальных естественных условий существования
человека на земле. Человек — элемент физического мира природы.
На него, как и на все объекты природы, распространяются законы
физики,
например, законы Ньютона, закон сохранения и
превращения энергии и другие. Основным в физике как науке
являются законы физики, то, что отражает устойчивые,
необходимые,
существенные
связи
между
физическими
явлениями природы, т.е. закономерности природы, которым
подчиняется все в ней существующее. Так, например, закону
инерции или закону сохранения энергии подчиняются и живые
организмы и не-одушевленные предметы, и земные и
космические тела, и гигантские и микроскопические.
Таким образом, законы физики - это сформулирован-ные
словесно или в математической форме утверждения, которыми
характеризуются
объективно
существующие
связи
между
предметами и явлениями природы.
Как и любая другая наука, физика есть не только результат,
продукт человеческого познания природы, но и бесконечный
процесс его, в которой многие молодые ученые внесут свой
будущий вклад.
2. Быстрота, скорость, темп
Все три слова знакомы. Всеми ими мы широко пользуемся в
жизни — в бытовой разговорной речи или на производстве, в науке,
например, в физике или литературе, в спорте и т.д. Очевидно, что в
этих словах есть что-то общее и одновременно что-то отличающее
их друг от друга.
Мы пользуемся этими словами для того, чтобы сравнивать в
определенном отношении какие-либо родственные явления,
процессы. Быстрота - это слово разговорной речи. Оно
употребляется и в быту, литературе, а также применительно к
различным явлениям человеческой практики и природы.
В быту мы говорим: «Как быстро плывут облака», «Как
быстро закипела вода в чайнике».
Слово «быстрота» характеризует здесь то, как мало или много
времени затрачивается на что-то, на какой-то процесс. Это может
быть преодоление расстояния, или изменение в каком-либо
состоянии тела или быстрота протекания явления природы.
Однако легко понять, что слово «быстрота» не равно слову
«скорость». Скоростью определяется изменение расстояния за
единицу времени, а быстрота — это время, необходимое на
конкретный процесс.
Скорость - это научный, физический термин. Он означает
конкретное физическое понятие, которое используется с тем же
смыслом в других науках, а также в технике. Когда мы говорим о
движении физического тела по траектории, скорость определяется
как путь, проходимый за единицу времени. Когда мы говорим о
движении тела в пространстве, скорость определяется как
перемещение тела за единицу времени. Когда речь идет о
вращательном движении, то скорость определяется как угловой
путь (угол поворота) тела за единицу времени. Можно говорить и о
распространении в пространстве физического поля за единицу
времени, например о скорости распространения света в той или
иной оптической среде. И хотя термин «скорость» вошел в
разговорную речь, он используется для характеристики различных
механических перемещений — линейных или угловых.
Выбор единицы измерения скорости зависит от особенностей
физических явлений или процессов.
Скорость как характеристика движений физических тел
выражается в различных единицах: м/с, км/ч, м/мин, мм/мин, уз
(узлах), т.е. миля/ч (миля в морских милях в час), в зависимости
от масштабов пространственных и временных промежутков,
относящихся к конкретному движению или области измерения, и
от характера движения.
3. Строительные материалы
Чтобы построить
дом, плотину, причалы или мосты,
необходимы камень и щебень. Эти природные материалы добывают
в карьерах (раньше их называли каменоломнями). Стены
складывают из белого и красного кирпича. Белый силикатный
кирпич получают прессованием смеси кварцевого песка и гашённой
извести.
Практически ни одно современное строительство не может
обойтись без цемента. Цементом, смешанным с песком и водой или
водными растворами солей, соединяют кирпичи и бетонные блоки.
А сами блоки изготовляют из смеси цемента, доменных шлаков и
гравия. Если в бетонные конструкции заложить стальную арматуру
(от лат. Armatura – “вооружение”, “снаряжение” ) получится прочный
железобетон.
Дерево в виде досок, фанеры, балок и брусьев –замечательный
строительный и конструкционный материал. Один из самых
массовых потребителей лесного сырья – сырьё для бумаги. Только
для изготовления обычных школьных тетрадей каждый год
вырубаются целые еловые, сосновые леса.
За последние сто лет в мире было произведено столько
материалов, сколько за все предшествующие тысячелетия. Научные
исследования позволили существенно улучшить свойства уже
известных материалов и создать тысячи новых, которых не знала
природа.
Однако чем больше материалов человек получает, тем больше
требуется для этого сырья – руды песка, глины, угля, камня, нефти,
древесины и даже воздуха. А на поверхности земли в воду и воздух
попадает огромное количество отходов – пустой породы,
металлической и цементной пыли, химических растворов,
токсичных газов, лагнина.
Природа уже не справляется “переработкой” отходов производства.
Это один из факторов, которые ограничивают рост промышленности.
Второй заключается в том, что земные ресурсы ограничены.
С каждым годом производство техники, а значит, их добыча
природного сырья во всех странах мира быстро растут. Поэтому
люди стараются как могут восполнить потери природы.
4. К Марсу на ядерном топливе
Сейчас много говорят об изучении дального космоса, например,
Марса. Но туда на традиционном химическом топливе не долетишь.
Российские учёные разработали космические аппараты на ядерном
топливе. В России было запущено около четырёх десятков
космических аппаратов с ядерными двигателями. Эти аппараты
работали в космосе по несколько месяцев. В США был один спутник с
ядерным реактором, который работал 43 дня.
Для локальных целей радиоактивные материалы выводились в
космос неоднократно. Изотопные источники энергии стояли,
например, на космическом аппарате «Луноход - 1» (Россия) и
нагревали его в холодные лунные ночи. На многих американских
космических станциях находятся генераторы, где электричество
получают
из
радиоактивных
изотопов.
Это
электричество
используется для работы различных приборов внутри станций.
Обычно для получения энергии в космосе используют
солнечные батареи. Но с одного квадратного метра солнечных
батарей можно получить в лучшем случае 120 ватт энергии. А
компактная ядерная установка «Топаз» (Россия) даёт около 10
киловатт.
Вся огромная площадь солнечных батарей на космической
станции «Мир» собирала столько же энергии, сколько небольшой
«Топаз».
Кроме того, чем дальше от Солнца, тем ниже эффективность
солнечных батарей. Если же сравнивать с традиционным
химическим топливом, то ядерное топливо, по объёму равное банке
из-под пепси-колы, даёт в 50 раз больше энергии, чем тонна
традиционного топлива. Это делает ядерные установки более
выгодными для далёких космических полётов.
Далее, известно, что скорость движения в космосе равная 29
тысячам км/ч, менялась в течение уже 40 лет. Ядерный двигатель
позволит увеличить скорость в три раза. Полёт к Марсу будет
продолжаться не шесть месяцев, а только два. А это значит, что еды,
кислорода и.т.п. для космонавтов во время полёта нужно в три раза
меньше, и, следовательно, можно увеличить время работы людей на
самом Марсе. До границы Солнечной системы можно будет долететь
не за 10 лет, а всего за три года.
5. Нефть в океане
Известно, что нефть приходит к потребителю или по
трубопроводам, или в цистернах по железной дороге, или на судах,
где нефть находится в специальных контейнерах – танках. Поэтому
эти суда называются танкерами. Есть танкеры, ёмкость которых
достигает сотен тысяч тонн. Авария такого танкера, когда нефть
выливается в океан, представляет собой серьёзную экологическую
проблему. К сожалению, такие аварии происходят нередко,
например, экологическая катастрофа у берегов Испании осенью 2002
года.
Специалисты ищут способы ликвидации последствий таких
катастроф. Одним из современных направлений этой работы
является биологическое очищение моря
от нефти с помощью
специальных бактерий, которые постоянно присутствуют в воде.
Когда нефть попадает в воду, бактерии моментально направляются к
ней, так как нефть является одним из продуктов питания этих
организмов. Когда бактерии получают много пищи, они активно
размножаются, их количество интенсивно растёт. Постоянно
увеличивающееся количество бактерий быстро съедает нефть,
которая попадает в воду. Учёные изучили этот естественный процесс
и разработали метод борьбы с нефтяными загрязнениями океана.
Сущность этого метода заключается в том, что бактерии помещают в
специальные инкубаторы, где создают все условия для интесивного
размножения этих организмов. Затем полученную таким образом
биомассу собирают, сушат и хранят в специальных установках. В
таком состоянии бактерии могут сохранять свою активность очень
долгое время. Если происходит авария, при которой нефть попадает
в море, то достаточно этот порошок высыпать на поверхность моря.
Когда бактерии попадают в воду, они сразу оживают и начинают
энергично поедать нефть. Надо сказать, что в настоящее время
строятся танкеры с двойным корпусом: с двойным дном и стенками.
Это является определенной гарантией, что при разрушении одной
стенки корабля вторая стенка предохранит нефть от вытекания в
океан. В США уже издан закон, где запрещается старым танкерам (с
одинарным корпусом) приходить с нефтью в порты этой страны.
6. Автомобили в 21-ом веке
Каждый год человечество сжигает более 3-х миллиардов тонн
нефти и нефтепродуктов. Как известно, для горения нужен кислород,
и при горении одного килограмма углеводородного топлива
расходуется 15 килограммов воздуха.
Большую
долю
природных
ресурсов
нашей
планеты
используют автомобили, которых сегодня во всём мире около 700
миллионов, а через двадцать лет их будет 1,1 миллиарда. В
большинстве автомобилей используют двигатели, работающие на
бензине, которые выбрасывают в атмосферу оксиды углерода, азота,
серы и т.д. Эта экологическая ситуация заставляет инженеров,
физиков и химиков искать новые виды топлива для автомобилей и
создавать новые двигатели.
Первое, что приходит в голову, это электродвигатели, но
автомобиль не троллейбус, нельзя везде, где ездят автомобили,
провести электрические провода. Аккумоляторы очень тяжелы и их
приходится часто менять.
Специалисты предлагают новое топливо – водород, при
котором автомобильный двигатель будет выбрасывать в атмосферу
чистый
воздух
и
чистый
водяной
пар.
Водород
можно
синтезировать, например, из метанола (CH3 OH) или получать из
воды при помощи электролиза.
Сначала инженеры создали модель автомобиля, который на
специальных станциях заправляли жидком водородом. При этом
система: станция – двигатель автомобиля должна быть строго
герметичной, водород находится под давлением в 5 атмосфер при
очень низкой температуре. В связи с этим в автомобиле должна быть
криогенная установка, другими словами, холодильник. Всё это
сложно и достаточно опасно, ведь водород легко взрывается.
Поэтому специалисты создали машину, где водород будет
получаться из метанола прямо в автомобиле во время работы его
двигателя. Эта система безопасна. На одном литре метанола
автомобиль может проехать 14 километров. Серийное производство
таких
автомобилей
начнётся
в
США
в
2010
году.
Автомобилестроители считают, что создание этого автомобиля – это
начало нового этапа цивилизации.
7. Почему столько дождей?
Причиной сильных наводнений в Европе летом 2002 года была
высокая солнечная активность. Она вызвала образование циклонов,
которые содержали гигантское количество влаги. Циклоны
образовались над Атлантическом океаном. и перенесли воду на
европейские страны и юг России. Эту гипотезу выдвигают
специалисты-метеорологи. Вот, что они говорят.
В июле 2002 года произошло сильнейшее возмущение
магнитного поля Земли. Причиной этого является аномально
высокая активность Солнца. Магнитное поле Земли влияет на
изменение погоды через океан. Известно, что морская вода является
неплохим проводником. Она двигается в магнитном поле, получает
электрический заряд, и в ней возникают электрические токи силой в
несколько тысяч ампер у берегов. В результате на поверхности моря
создаются электрические силы, которые помогают молекулам воды
оторваться и уйти в атмосферу. Далее в этот процесс включаются
облака. Поверхность океана и системы облаков представляют собой
как
бы
конденсатор,
у
которого
одна
пластина
имеет
положительный заряд, а другая – отрицательный. Заряженные
брызги морской воды попадают в облака и насыщают их влагой.
Когда в этом природном “конденсаторе” очень много электричества
из-за сильной геомагнитной бури, в облаках собирается очень много
влаги. А это, в свою очередь, включает механизм образования
циклонов. Циклон – это область пониженного давления в атмосфере.
Поперечник циклона достигает нескольких тысяч километров.
Циклон переносит огромные массы влаги, и она в виде мощных
дождей падает на поверхность Земли – там, где резко изменяется
температура воздуха. Такие процессы и происходили в Европе летом
2002 года.
8. Основные виды топлива
Существуют
различные
виды
топлива.
Их
делят
по
происхождению,
по
физическому
состоянию
вещества.
По
происхождению топливо делится на естественное и искусственное.
Как известно, естественное топливо используется в том виде, в
каком оно находится в природе. Например, дрова, торф, бурый и
каменный уголь – это естественное топливо. К естественному
топливу относятся также сланцы, нефть, природные горючие газы.
А что такое искусственное топливо? Его получают путем физико –
химической
переработки
естественного
топлива.
Примером
искусственного топлива являются древесный уголь, кокс, а также
нефтепродукты. Например бензин, керосин, мазут. К искусственному
топливу относятся и газы, которые получают из твердого топлива.
Такие, как генераторный, водяной и другие.
Другим признаком топлива является физическое состояние
вещества. По физическому состоянию топливо делится на три
группы. Оно бывает твердым, жидким, газообразным.
Итак, по происхождению различают естественное и искусственное
топливо, а по физическому состоянию различают твердое, жидкое и
газообразное топливо.
Первая группа – твердое топливо. Эту группу составляют
каменный и бурый уголь, антрацит, торф, горючие сланцы, дерево.
Как образовались ископаемые угли, антрацит и торф? Они
образовались
в
результате
разложения
растений.
Причем
разложение растений происходило медленно без доступа воздуха.
Твердое топливо в основном состоит из углерода, водорода,
кислорода, азота. В его состав также входят влага и минеральные
вещества.
Ко второй группе относятся, во-первых, продукты нефти. Это
бензин, керосин, лигроин, мазут. Во-вторых, жидкое искусственное
топливо, которое получают из твердых горючих ископаемых углей и
сланцев. Об использовании жидкого топлива хорошо известно. На
жидком топливе работает транспорт: самолеты, автомобили,
тракторы и другие.
Основной составной частью жидкого топлива являются
различные углеводороды. В его состав, кроме углерода и водорода,
входят также кислород, сера, азот.
Третья группа – газообразное топливо. Термин “газообразное
топливо” показывает, что в эту группу входят газы: природный,
генераторный и водяной.
Природный газ – это естественное
топливо. Это дешевый и весьма удобный вид топлива. Он состоит из
метана и небольших примесей других газов. Генераторный газ
получают
в
специальных
печах.
Такие
печи
называются
газогенераторами.
Еще один вид газообразного топлива – водяной газ. Он
образуется из водяного пара. Он используется, во-первых, как
топливо,во-вторых, как сырье для получения водорода. Кроме этого,
из водяного газа и водорода синтезируют жидкое топливо.
9.Сброс отходов в море
Английское слово "дампинг" стало сейчас международным
морским термином и означает сброс отходов в море, захоронение их
там.
В современном мире одновременно с производством полезной
продукции неизбежно появляется масса отходов промышленности,
коммунального и сельского хозяйства. И, естественно, возникает
необходимость удалить эти отходы из района производства, с жилых
территорий.
При этом используются различные способы. Идеальный метод
- это переработка и вторичное использование отходов. Однако пока
он применяется ещё редко, так как является трудоёмким, дорогим и
нерентабельным. Поэтому большинство промышленно развитых
стран предпочитает захоронение отходов на суше или в море. Для
этого нередко используются старые карьеры и шахты. Страны,
имеющие выход к морю, особенно небольшие и густонаселённые,
сбрасывают отходы в море.
Объём сброса отходов в море быстро растёт. По оценкам
специалистов, ежегодно в море сбрасывается более 100 млн тонн
различных отходов. Из них грунт, вынутый при дноуглубительных
работах, составлял около 80%, отходы промышленности -10%,
сточные воды - 9%, строительный мусор, твёрдые отходы,
взрывчатые и химические вещества - остальное количество сброса.
Эти показатели учитывают только ту долю сброса, которая
производится планомерно. Но, кроме этого, в море попадает немалое
количество мусора и различных отходов непосредственно с берегов,
вместе с водой рек, а также нефти при авариях танкеров и при
катастрофах на морских промыслах.
Серьёзный вред морской среде могут нанести различные
сточные воды:
промышленные,
загрязнённые
металлами,
бактериями и вирусами, остатками нефти, синтетическими
моющими
средствами;сточные
воды
городского
хозяйства,
содержащие
множество
вредных
соединений;
сельско
хозяйственные, загрязнённые удобрениями, ядохимикатами.
Свалки устаревших боеприпасов в океане устраивают издавна.
Способы захоронения боеприпасов различны - сбрасывают отдельные
снаряды, мины, ракеты, затопляют целые суда, нагруженные
военными материалами.
В чём главная опасность сброса отходов в морскую среду? Прежде
всего в токсическом воздействии загрязняющих веществ на живые
организмы, отчего происходит гибель рыб, моллюсков и других
живых существ. Различные ядовитые вещества могут накапливаться
в тканях организмов и передаваться по пищевой цепи человеку.
Особую опасность для океана, бесспорно, имеет сброс химических
отходов и радиоактивных веществ.
Сброс радиоактивных веществ в море начался с момента
промышленной разработки ядерных материалов. В то время
глубинные слои океана были слабо изучены. Предполагалось, что
вертикальные и горизонтальные потоки на больших глубинах имеют
незначительньную скорость, поэтому считалось, что требуются
столетия для того, чтобы радиоактивные вещества снова поднялись
на поверхность. Однако открытия океанологов опровергли эти
предположения. В связи с этим учёные через международное
агентство по атомной энергии выступили против захоронения в
океане
отходов
с
высоким
уровнем
радиоактивности.
Общественность многих стран потребовала принять решительные
меры против засорения Мирового океана, чтобы сохранить моря для
будущих поколений.
Охраняющие природу законы и разумное отношение людей к
природе, несомненно, помогут сохранить чистоту, а значит - жизнь
морей, океанов земли.
10. Зелёный Крест
Когда по улице с большой скоростью едет машина с красным
крестом, мы понимаем, что где-то случилось несчастье: заболел
человек, и к нему едет «Скорая помощь». Но куда и какая машина
должна ехать, если заболела природа? В последнее время появилось
много книг, статей, в которых говорится о природе и её проблемах.
Экологическая ситуация в странах ухудшается. Природа больна, и ей
нужно помочь. Но между словами и делами многих людей, которые
говорят об экологическом кризисе, мы видим огромную дистанцию.
Если спросить любого человека, хочет ли он, чтобы в городе был
чистый воздух, он ответит: «Да». Но, если попросить его отказаться
от личной машины, он не согласится это сделать, хотя автомобиль
является главным загрязнителем атмосферы. Об опасном состоянии
земной атмосферы очень точно говорил известный французский
учёный Жак-Ив Кусто: «Земной шар похож на движущийся в
космическом пространстве автомобиль, выхлопная труба которого
выходит в кабину с пассажирами».
Конечно, можно много писать, говорить об экологических проблемах,
но слова не спасут природу. Её спасут реальные дела. Чтобы было
больше реальных дел, нужно формировать у людей экологическое
мировоззрение. А оно создаётся не только разумом, но и чувствами.
Часто мы начинаем понимать важность чего-то только послетого, как
потеряем это. Например, сейчас мы говорим себе: «Многие растения и
животные уже исчезли. Как жаль, что мы не увидим их никогда!». 0б
этом говорили участники форума по охране окружающей среды: «Мы
решим экологические вопросы, если мы пригласим природу в наш ум,
в наши сердца, в наши души». До тех пор,пока все люди не поймут
это,экологическая ситуация неулучшится. На этом форуме был сделан
вывод, что необходимо перейти от агрессивного наступления на
природу к сотрудничеству с ней. Было принято решение создать
международный
экологический
кодекс,
который
должен
контролировать и регулировать отношения человека и природы во
всех регионах планеты. Было предложено создать международный
центр экологической помощи «Зелёный крест», создать Совет
безопасности окружающей среды.
Мы знаем, что есть «Декларация прав человека», принятая ООН ещё в
1948 году, но необходимо принять «Декларацию прав природы». Природа
просит защитить её. Необходимо защитить воздух, которым мы дышим,
воду, которую мы пьём, землю, которая нас кормит, лес, который нас
кормит, лечит, одевает. Придёт время, когда экологическая помощь
будет хорошо организована, и мы сможем увидеть на улице машину с
зелёным крестом или в воздухе самолёт тоже с зелёным крестом.
Тогда мы поймём, что случилось несчастье - заболела природа, и к
больной природе спешит ”Скорая помощь”.