Определение ИМ с отсчетом и с помехой. 1 страница

Этот этап проводится по аналогии с вышеописанными. После него напарник сообщает все результаты испытуемому, который записывает их в свою тетрадь.

5. Испытуемый студент и напарник меняются ролями, и исследование по п.п. 1-4 повторяется. В конце измерений результаты сообщаются новому испытуемому.

6. Представьте результаты своей ИМ для четырех случаев графически. Примерный вид графика показан на рисунке (не забудьте обозначить на осях измеряемые величины и их единицы измерения).

70__

60__--------------------------------

50__

I II III IV

7. Проанализируйте свои результаты и сделайте выводы.

Примечание. Ввиду демонстрационных условий опыта выводы носят приблизительный характер и отвечают, главным образом, учебным целям.

При выводах руководствуйтесь следующими положениями.

А. Если все результаты превышают 80 с, нервно-психические и химико-психологические процессы в вашем организме резко заторможены. Это может быть следствием самых разных причин.

Б. Если все результаты не превышают 40 с, это может свидетельствовать о выраженной нервозности, хроническом возбуждении внутреннего состояния.

В. Если все результаты не отличаются от 60 с более чем на 5 с (а в идеале – на 1-2 с), можно говорить об уравновешенности нервных процессов, хорошей сбалансированности биохимических и физиологических явлений в организме.

Г. Если результаты ИМ с отсчетом менее отличаются от 60 с, чем без отсчета, это свидетельствует, что внутренняя организованность повышается при навязанной сосредоточенности. Так бывает у большинства людей. Обратное явление характерно для натур увлеченных, не поддающихся внешне навязываемым условиям функционирования.

Д. Результаты ИМ с помехой, как правило, хуже, чем без помехи. Это очевидно из самого названия «помеха». Однако, если результаты с помехой оказываются лучше, это свидетельствует о силе натуры, умении максимально мобилизоваться в экстремальных ситуациях и достичь при этом лучших результатов.

Резюме

Определение ИМ является эффективным методом не только для доказательства существования в организме авторитмов, но и для исследования особенностей своей биологической и психологической организации.

Контрольные вопросы

1. Могут ли авторитмы изменяться в различное время суток или в разное время года?

2. Следует ли ожидать изменения результатов, полученных в работе, если студенту сообщать данные после каждого измерения?

Литература

1. Ягодинский В.Н. Ритм, ритм, ритм. – М.: Знание, 1985. - С. 73 – 101.

2. Циклические процессы в природе и обществе. – Ставрополь: Изд-во Ставропольского ун-та, 1993. - С. 195 – 263.

Практическая работа 14
Изучение индивидуальных авторитмов
Часть 2

Вводная часть

В начале ХХ в. австрийский психолог Герман Свобода (1873-1963) и немецкий врач Вильгельм Флисс (1859-1928), обобщив большой клинический материал по доступным им историям болезни с хроническими заболеваниями различной этиологии, независимо друг от друга обнаружили интересную математическую закономерность. Оказалось, что периоды обострения болезней, когда больные чаще обращались к врачам, чередуются с периодичностью 23 и 28 дней. Эти циклы были названы Флиссом физическими и эмоциональными соответственно. Позднее австрийский преподаватель Альфред Тельшер обратил внимание, что способность студентов усваивать учебный материал также подвержена цикличности, но уже с периодом 33 дня. Этот ритм был назван интеллектуальным.

С тех пор во многих странах мира были проведены тысячи исследований со статистической обработкой множества данных, касающихся не только заболеваемости и умственной способности, но и несчастных случаев на производстве, аварий на транспорте, смертности, спортивной результативности и т.д.

В итоге сформировалась концепция о так называемых Флиссовских ритмах, запускаемых в организме человека с его рождения и продолжающихся в течение в течение всей жизни. Каждый ритм отражает колебания соответствующей его названию физиологической (функциональной) активности (см. рис.):

A

+

- t

А - активность, t – время, «+» - положительная фаза, «-» - отрицательная фаза, «○» - критические дни

Таким образом, ввиду различия периодов трех циклов их фазы, приходящиеся на день исследования, как правило, совершенно различны. Однако их можно рассчитать, исходя из простых математических закономерностей.

Ход работы

1. Рассчитайте фазу каждого из трех флиссовских ритмов (индивидуально для вашего организма), приходящуюся на день исследования. В качестве последнего возьмем дату проведения данного практического занятия в вашей группе.

Отмеченный расчет проведите в несколько этапов:

а) подсчитайте число прожитых вами на дату исследования дней;

б) разделите полученное число на периоды каждого из трех ритмов;

в) по полученному в целых днях остатку от деления определите фазу каждого цикла: положительную, отрицательную или критический день.

Все расчеты и выводы занесите в протокол.

Примечания:

1. Для нахождение числа прожитых лет удобно число лет умножить на 365, прибавить число високосных лет за отмеченное время и число дней прошедших от дня рождения.

2. При использовании для деления электронного калькулятора необходимо десятичную дробь в остатке умножить на делитель для получения целочисленного остатка.

2. Рассчитайте свои ритмические дни на ближайшее полугодие от дня исследования. (Для этой цели удобно использовать типографский календарь.) При расчетах с полуциклом производите округление с недостатком. Выпишите полученные даты в ряд для каждого цикл. Проведите сопоставительный анализ и выпишите двойные критические дни (они называются «опасные»), а также тройные критические дни («черные»).

Постройте графики для физического, эмоционального и интеллектуального циклов.

3. Дополнительно к п. 2 рассчитайте дни, приходящиеся на максимумы и минимумы активности по каждому из циклов. При расчете производите округление с поправкой.

Выпишите полученные даты в ряд по каждому из циклов.

4. В течение ближайшего полугодия проведите сравнение своего физического состояния с полученным прогнозом: даты совпадений обведите кружком (задание на дом).

Резюме

Концепция биологических (флиссовских) авторитмов позволяет прогнозировать даты критического состояния своего организма и при необходимости принимать меры для предотвращения отрицательного влияния этих ритмов.

Контрольные вопросы

1. Можно ли пользоваться другими подходами для подсчета прожитых дней, чем описано в примечании?

2. Приведите правдоподобное объяснение синхронизации всех трех ритмов в момент рождения, допуская существование этих ритмов и в период внутриутробного развития.

3. Как можно объяснить, что из постулируемых авторитмов физический является самым быстрым, а интеллектуальный самым медленным?

4. Почему критическим дням соответствуют точки нулевых значений анализируемой активности?

Литература

1. Агаджанян Н.А. и др. Ваша работоспособность сегодня. – М.: Сов. Россия, 1979. - 88 с.

2. Ягодинский В.Н. Ритм, ритм, ритм. – М.: Знание, 1986. - С. 107 – 123.

Практическая работа 15
Физическое моделирование авторитмов

Вводная часть

Ритмические изменения численности популяций – твердо установленный и подробно описанный научный факт. Специалисты разных естественнонаучных дисциплин – экологии, биофизики, эволюционного учения, микробиологии – используют эти данные для теоретического объяснения и предсказания в рамках своих научных интересов. Вместе с тем причины, обуславливающие параметры ритмов, многообразны и не всегда поддаются учету. Поэтому теоретические модели ритмов, использующие математические построения, не всегда оказываются удовлетворительными. В то же время физические модели ритмической организации взаимодействующих дискретных систем зачастую позволяют простым способом выявлять важнейшие закономерности ритмов.

Ход работы

1. Используйте для занятия шахматную доску, у которой в раскрытом состоянии нет просвета и уступа между 4-й и 5-й горизонталями, а также два набора плоских дискообразных фишек разного цвета. Фишек каждого цвета желательно иметь не меньше 100 штук, они должны быть совершенно одинаковыми по размеру и форме. Диаметр фишки не должен превышать половины стороны клетки доски. Т.о., в пределах клетки должно умещаться несколько фишек. В качестве фишек модели можно использовать не только фишки от настольных игр, но и пуговицы, монеты и т.п. предметы.

Оптимальным условием для проведения занятия является такое, когда одной моделью пользуются два студента, взаимно помогая и контролируя друг друга.

2. Усвойте и запишите в тетрадь правила моделирования, т.е. «игры»:

1) В заданном исходном соотношении «хищники», или «лисы» (например, фишки черного цвета), и «жертвы», или «зайцы» (фишки белого цвета), тщательно перемешиваются и равномерно распределяются по «ареалу обитания» (игровому полю);

2) Положения фишек, относящихся к двум или четырем соседним клеткам доски, корректируются помещением фишки в одну, превалирующую клетку;

3) «лисы» попавшие на черные клетки вымирают, если там нет «зайцев», из-за отсутствия пищи (т.е. снимаются с доски);

4) «зайцы», попавшие на белые клетки, если там нет «лис», «размножаются» (удваиваются по числу);

5) «лисы», попавшие на одну клетку с «зайцами», «поедают» их и «размножаются» (т.е. фишки «зайцев» снимаются с доски, а фишки «лис» удваиваются на занятых ими полях);

6) после выполнения всех правил игровой цикл повторяется с использованием оставшихся фишек.

3. Выполните не менее 30 игровых циклов с наборами фишек, каждый раз фиксируя в тетради результат очередного тайма. Исходное соотношение фишек задается преподавателем (например, 10:20 «лис» и «зайцев» соответственно). Оно может быть разным или одинаковым для всех пар студентов.

4. Зарисуйте графики динамики ритмов популяции, реализованных на вашей модели. Их удобно разместить по всему тетрадному листу. (По оси ординат откладывать численности, по оси абсцисс – таймы.)

5. Проанализируйте представленные на графиках результаты и запишите выводы, ответив на вопросы:

1) какой ритм – хищников или жертв является опережающим?

2) одинаковы ли периоды ритмов хищников и жертв?

3) являются ли колебания численности популяций гармоническими (т.е. синусоидальными по форме)?

Попытайтесь дать объяснения на качественном теоретическом уровне полученным эмпирическим закономерностям, отраженным в графиках.

Резюме

Физическое моделирование ритмов популяций (типа «хищник-жертва») легко позволяет установить основные закономерности этой динамики не только в качественном, но и в количественном отношении.

Контрольные вопросы

1) Каким образом в рассмотренной модели реализуется взаимодействие между популяциями?

2) Зависит ли период ритма популяций от исходного соотношения их численностей?

3) Возможен ли, в принципе, другой исход реализации модели, кроме ритма? Ответ обоснуйте.

4) Какой тип пищевой связи (жесткий или гибкий) реализован в данной модели?

Литература

1. Томпсон Дж. М. Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. – М.: Мир, 1985. - С. 143 – 148.

2. Романовский Ю.М. и др. Что такое математическая биофизика. – М.: Просвещение, 1971. - С. 81 – 88.

3. Волькенштейн М.В. Физика и биология. – М.: Наука, 1980. - С. 101 – 104.

Практическая работа 16
Расчет планковских констант

Вводная часть

По современным естественнонаучным воззрениям все объекты природы и сама природа в целом (т.е. Вселенная) подчиняются единым принципам эволюции. При этом подразумевается, что база такой эволюции, описываемая в науке законами природы, остается неизменной во времени. Это отражается в так называемых мировых (универсальных) константах, входящих в математические формулы законов природы. Комбинирование универсальных констант, т.е. объединение их в более сложные математические соотношения – один из путей углубленного познания природы. Ибо такое комбинирование с необходимостью включает установление взаимоотношений между различными фундаментальными законами. Например, между гравитацией и электромагнетизмом, относительностью и внутриядерными процессами и т.д.

Один из наиболее эффективных и перспективных подходов в «конструировании констант» получил название планковского по имени ученого М. Планка, впервые применившего его в 1900 г. в теоретических расчетах квантов (т.е. минимальных порций) энергии элементарных частиц. Планковские константы, изучаемые в данной работе, как предполагают ученые, определяют границы применимости физической теории к явлениям объективного мира. Опытная проверка такого предположения является делом будущего.

Ход работы

1. Выведите размерности постоянных: Планка, гравитационной и скорости света в вакууме в системе измерений СИ и запишите их значения в этой системе с точностью до трехзначных цифр.

Ответ:

h =

Примечание. В последней записи два нуля являются значащими цифрами, так как получены при отбрасывании последующих цифр с использованием правила округления с поправкой. Современное опытное значение скорости света:

2. Выведите соотношение между тремя вышеуказанными константами и планковской массой и рассчитайте значение последней.

Решение:

Примечание. Индексом «p» здесь и далее отмечены планковские величины.

По современным научным представлениям m_p – максимально возможная масса элементарной частицы.

3. Найдите значение планковской длины с применением «второго закона Ньютона»: F_pt_p = m_pC.

Ответ:

По современным научным представлениям l_p определяет квант пространства. Экспериментальная физика пока в состоянии уверенно исследовать материальные процессы в пределах расстояния не менее, чем 10^-15 – 10^{-18 м.}

4. Найдите значение планковского времени.

Ответ:

По современным представлениям t _p определяет квант времени. Экспериментальная наука пока также далека от исследования подобных интервалов времени, как и от исследования квантов пространств. Ей пока доступны только 10^-24 – 10^-26 с.

5. Найдите значения планковской силы и планковской энергии.

Ответ: F _p = 1,21

По современным воззрениям эти величины представляют соответствующие предельные значения, которые могут проявляться в «элементарных взаимодействиях» природных объектов.

6. Определите планковскую температуру.

Р е ш е н и е: Из классических соображений температура является мерой кинетической энергии, которой обладает материальная точка (элементарная частица) в процессе хаотического движения.

- постоянная Больцмана.

По современным представлениям T _p – максимально возможная температура в природе. Для сравнения: максимальная температура, достижимая в земных условиях (при взрыве водородной бомбы), -

7. Определите значение планковской плотности (вещества).

Р е ш е н и е: Используя расчетные значения максимальной массы и минимального объема, получим:

Для сравнения плотность Земли (в среднем)

Плотность ядерного вещества:

Максимальная из известных по опыту плотностей – для нейтронной звезды – составляет

8. Полученные выше формулы и соответствующие числовые значения планковских констант, несмотря на «школьный» способ их выведения и явно недостаточную строгость подхода, практически не отличаются от полученных в теоретической физике с использованием там самых современных научных концепций. Различие состоит в том, что в «серьезных» формулах вместо h используется - так называемая приведенная постоянная Планка, или постоянная Дирака.

Замену h на можно объяснить только соображениями рационализации, но не научной строгости. Числовые же отличия в соответствующих планковских константах составляют менее порядка величины (объясните – почему?), да и то не для всех из них.

Резюме

Использованные простейшие математические действия с формулами, известными из элементарной физики, несмотря на явно искусственный характер, позволяют получать фундаментальные результаты, относящиеся к области самых современных научных знаний.

Контрольные вопросы

1. Выявите в проведенных преобразованиях классических формул те, которые не могут быть строго обоснованы в рамках условий, где эти формулы полагаются справедливыми.

2. Сравните планковскую массу с массами покоя известных элементарных частиц – электрона и протона.

3. Определите силу тяготения между Землей и Солнцем и сравните ее с планковской силой (задание на дом).

4. Какую гипотетическую плотность имела бы Земля, если ее сжать до размеров горошины? Сравните это значение с планковской плотностью (задание на дом).

Литература

1. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие / Под ред. Ю.П. Хапачева. – Нальчик: Изд-во КБГУ, 1997. - С. 62.

2. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы. – М.: Наука, Физматгиз, 1988 (б-ка «Квант», вып. 67). - С. 15 – 17, 156 – 158.

Практическая работа 17
Космическая метрология
Часть 1

Вводная часть

Измерение расстояний от Земли до удаленных объектов и скоростей движения последних сопряжено с определенными трудностями. Во-первых, измеряемые величины имеют очень большое значение в сравнении с встречающимися в земных условиях и поэтому метрологически полностью обеспечиваемыми. Применение для таких больших величин размерностей системы СИ хотя и возможно, но дает трудновообразимые числовые значения. Во-вторых, из-за невозможности прямого доступа к исследуемым объектам приходится разрабатывать сложные косвенные методики измерений. Они базируются на теоретических моделях, экспериментальная проверка которых либо затруднена, либо вообще пока невозможна. Это вызывает сложности в интерпретации получаемых результатов и частично тормозит развитие современных наук о Вселенной.

Однако, несмотря на перечисленные трудности, космическая метрология достигла поразительных результатов в измерении не только расстояний и скоростей движения изучаемых объектов, но и их размеров, химического состава, возраста, температуры, плотности и т.д.

Ход работы

1. Усвойте понятие космической размерности длины – астрономической единицы. Одна астрономическойединица (сокращенно – а. е.) – это среднее расстояние от Земли до Солнца. 1 а. е. = 150 млн км = 1,5 · 10¹¹м.

Более точное значение 1,495985 · 10¹¹м.

Таким образом, расстояние от Земли до Солнца составляет 1 а. е. (по определению), от Солнца до Нептуна в среднем 30 а. е. (точнее – 30,07) и т.д.

2. Усвойте понятие космической единицы длины – парсека. Один парсек (сокращенно – пс, иногда – пк) – это расстояние до космического объекта, при котором угловой размер длины в одну а. е. cоставляет одну секунду. Слово «парсек» представляет собой сложное сокращение от слов «пар аллакс в сек унду». В свою очередь параллакс (по-гречески – параллаксис) в переводе означает «уклонение».

Фактически, введение в астрономию парсеков означало приложение методов триангуляции (предложенной Фалесом Милетским и усовершенствованной Бируни) для целей космологии. В качестве базы (основания треугольника) здесь используется 1 а. е. На практике измеряется двойное уклонение (двойной параллакс) звезды с промежутком времени в полгода. За это время Земля перемещается из одной точки своей орбиты в полярно противоположную, т.е. на расстояние по прямой в 2 а. е.

Начертите чертеж, поясняющий изложенные соображения по измерению параллакса звезд, и определите значение 1 пс в км.

Ответ: 1 пс=3,09 · 10¹³ км.

Таким образом, расстояние L до звездных объектов во Вселенной можно с высокой точностью рассчитывать по простой формуле: , где а – параллакс объекта, выраженный в угловых секундах.

На практике используются более крупные единицы, кратные парсеку: 1 кпс и 1 Мпс. Выразите их в км.

3. Усвойте третью общеупотребительную единицу космических расстояний – световой год. Один световой год (сокращенно – св. год) – расстояние в космосе, которое свет проходит за 1 земной год.

Считая, что скорость света в космосе не отличается от скорости света в вакууме (одной из мировых констант), выразите расстояние 1 св. год в км.

Ответ: 9,44 · 10¹² км.

Наиболее употребимая единица межгалактических расстояний – 1 млн св. лет. Например расстояние от нашей галактики до ближайшей крупной галактики – Туманности Андромеды – 2,2 млн св. лет.

4. Изучите метод измерения скоростей космических объектов, основанный на оптическом эффекте Доплера.

Эффект Доплера – изменение частоты или длины волны колебаний, принимаемых наблюдателем при его движении относительно источника волн.

Количественные характеристики эффекта Доплера могут быть легко получены из простейших, хотя и не совсем строгих расчетов.

Рассмотрим два случая:

а) источник волн и их приемник неподвижны друг относительно друга;

б) источник и приемник удаляются друг от друга.

При сложении скорости волны С и скорости удаления источника v длина волны, принимаемой наблюдателем, возрастает:

Здесь:

λ ₀ – излученная длина волны,

λ – принятая длина волны,

С – скорость распространения волны (для оптических волн – скорость света),

Т – период колебаний,

v – лучевая скорость, т.е. скорость разлета.

Раскрывая скобки и делая простейшие преобразования, получим:

Проведите преобразования и убедитесь в правильности последнего выражения. Затем проведите аналогичные выкладки относительно сближения источника и наблюдателя и запишите результат.

В астрономии параметр называют «красным смещением» (объясните, почему?). Таким образом, измерив красное смещение, легко определить скорость удаления (z > 0) или приближения (z < 0) источника света к земному наблюдателю:

5. Наиболее часто в астрометрии регистрируют спектр поглощения кальция, а именно, середину дублета К+Н спектральных линий однократно ионизированного кальция.

Для нее λ ₀ =395 нм.

Определите, с какой скоростью от нас удаляется галактика Туманность Волопаса, если для нее принятая длина волны вышеуказанной спектральной линии составляет λ = 447 нм.

Ответ: v = 3,95∙10⁴ км/с.

Резюме

Потребности практики – опытных космических исследований – позволили развить методы космической метрологии до уровня, обеспечивающего успешное решение астрономических задач.

Контрольные вопросы

1. Для каких расстояний (т.е. до каких космических объектов) рационально использовать а.е.? парсек?

2. Чему равно расстояние до ближайшей к Солнцу звезды – Проксимы Центавра, если ее параллакс составляет 0,75''?

3. Каково соотношение между 1 пс и 1 св. годом?

Литература

1. Гинзбург В.А. Как устроена Вселенная и как она развивается во времени. – М.: Знание, 1968 (сер. «Физика, астрономия», № 7). – С. 28 – 36.

2. Киттель Ч. И др. Механика / Пер. С англ. – М.: Наука, Физматгиз, 1971. – С. 344 – 350, 381 – 383.

3. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. – М.: Наука, 1988. – С. 28 – 34, 169 – 175.

Практическая работа 18
Космическая метрология
Часть 2

Вводная часть

Метрология – учение об измерениях – играет важную роль в научном познании и практической жизни людей.

Первые научно обоснованные модели строения Вселенной возникли в VI в. до н.э. в Древней Греции. Наряду с пироцентрическими (Пифагор) и геоцентрическими (Платон, Евдокс и др.) высказывались и гелиоцентрические гипотезы. Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.), используя простейшие измерительные инструменты, получил важные сведения о соотношении размеров Земли, Луны и Солнца. Он установил, что угловое положение Луны, находящейся в фазе первой четверти, по отношению к горизонту составляет 87° (см. рис.). Отсюда Аристарх вывел, что расстояние от Земли до Солнца больше чем от Земли до Луны, примерно в 19 раз.

Аристарх также определил соотношение диаметров Земли, Луны и Солнца, что позволило ему вывести первую в истории человечества модель гелиоцентрической системы мира.

Уже со II в. до н. э. греческим астрономам была известна зависимость между расстоянием до излучающего объекта – светила и так называемым «суточным параллаксом» этого светила (р), представляющим собой малый угол в прямоугольном треугольнике, в котором гипотенуза (r) – расстояние между центрами Земли и светила, малый катет – радиус Земли R.

Соотношение между расстоянием до светила и его параллаксом выражается формулой:

Таким образом, чтобы найти расстояние до светила нужно определить его суточный параллакс. В настоящее время принято значение параллакса Солнца в .

Ход работы

1. Определите расстояние до Солнца, приняв R = 6,37 · 10⁶ м.

Примечание: Поскольку углы р малы, то значения их синусов можно заменить значениями самих углов, т.е. sin p = p, если величина угла выражена в радианах. Можно вести расчет, используя и секунды дуги, тогда , т.к. 1 радиан = 57,3 ° = 3438 ´ = .

Дата добавления: 2015-07-24