История развития генетики как науки

Активное развитие генетики началось только в последней трети 20 века, поэтому она считается сравнительно молодой наукой. В современном научном знании исследования генетики учитываются не только в биологии и медицине, но и в истории, спорте, криминалистике. В статье мы рассказали о том, как появилась генетика и почему она имеет такое большое значение в нашей жизни.

Развитие генетики как науки

Сегодня генетика является одной из основополагающих наук современной биологии. Но так было не всегда. Несмотря на то, что люди издревле интересовались наследственностью, наблюдая за тем, как живые существа приобретают черты своих родителей, им не удавалось объяснить механизмы передачи наследственных черт потомкам.

Впервые о генетике как о науке заговорили в середине 19 века после публикации трудов австрийского ботаника Грегора Менделя. В работе «Опыты над растительными гибридами» Мендель на основе исследований определил закономерности наследования признаков у гороха.

Впервые термин «генетика» применил венгерский дворянин Имре Фестерик, а в современную биологическую науку его ввел английский биолог Уильям Бэтсон в 1905 году.

Генетика — наука, специализирующая на изучении закономерностей, материальных основ и механизмов наследственности, изменчивости и эволюции живых организмов. Возникновение генетики связывается с развитием сельского хозяйства, разведением домашних животных и рядом крупных открытий в биологии и медицине.

Под наследственностью понимается свойство живых организмов из поколения в поколение передавать потомкам признаки старения, физиологические особенности и специфический характер индивидуального развития.

В современной науке историю становления генетики представляют в форме поэтапного развития.

Первый этап связан с именем основателя генетики Менделя, вклад которого заключается в установлении дискретности или делимости наследственных факторов. Это открытие показало, что не все наследственные задатки в процессе слияния гамет и образования зиготы смешиваются или растворяются. Часть из них наследуется от родителей к потомкам в форме дискретных частиц вне зависимости друг от друга. Это свойство организма получило название «закона Менделя». Однако при жизни его открытие не было оценено. Работы Менделя воспринимались критически, потому что опережали доступное знание о биологии и не могли быть поняты в то время.

Мендель
Источник: tass.ru

Только в 1900 году на исследования австрийского ученого снова обратили внимание биологи де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак, которые независимо друг от друга поставили опыты, подтверждающие открытие Менделя. Одновременно с этим датский ботаник В. Иогансен изучал закономерности наследования на примере чистых линий фасоли. Он предложил термин «гены» для обозначения наследующихся факторов и сформулировал понятия «популяция», «фенотип» и «генотип». Научные результаты ученого внесли большой вклад в дальнейшее развитие генетики.

Второй этап ознаменован рядом важнейших открытий, сделавших генетику одной из самых развивающихся отраслей биологии. Американский генетик Т. Морган вместе со своими учениками А. Стертевантом, К. Бриджесом и Г. Меллером эмпирическим путем сформулировал и доказал хромосомную теорию наследственности. Это новое направление получило название цитогенетики и стало величайшим достижением естествознания первой половины прошлого века.

Передача наследственной информации (генов) от родителей к потомкам основана на передаче хромосом, в которых расположены гены в определенном и линейном порядке. Вывод был сделан на основе изучения закономерностей наследования на мушках дрозофилах в 1910–1911 гг.

В результате этого открытия Морган и американский цитолог Э. Вильсон выяснили и утвердили механизм определения пола, установив закономерности наследования свойств, сцепленных с половыми признаками. Определение хромосомной теории наследственности повлияло на становление и развитие современной молекулярной биологии.

К достижениям второго этапа развития науки можно также отнести:

  • определение основ биохимической, популяционной и эволюционной генетики;
  • доказательство того, что молекула ДНК является носителем наследственной информации;
  • становление основ ветеринарной генетики и ее последующее развитие.

Третий этап характеризуется развитием современной генетики на уровне молекулярной биологии. Его начало отсчитывается с 1940 года, когда Дж. Бидл и Э. Татум сформулировали гипотезу «один ген — один фермент». Согласно теории, предложенной американскими учеными, каждый ген регулирует синтез одного фермента, за образование которого он отвечает, а каждую метаболическую ступень контролирует отдельный фермент. Гипотеза легла в основу биохимической генетики, а ученые получили за свое открытие Нобелевскую премию.

В 1953 году молекулярные биологи Ф. Крик и Дж. Уотсон обнаружили структуру ДНК и расшифровали генетический код, благодаря чему был определен молекулярный механизм изменчивости. Под этим механизмом подразумевается, что однажды возникшие отклонения в структуре гена и ошибки самоудвоения ДНК будут впоследствии повторятся в дочерних нитях ДНК. Это положение позволило разработать способы искусственного получения мутаций, на основе которых разработаны новые сорта растений и штаммы микроорганизмов.

Также это способствовало возникновению генной инженерии, ставшей одним из основных направлений современной генетики.

Генная инженерия — это совокупность приемов и технологий, которые позволяют выделять гены из организма для осуществления последующих манипуляций и создания искусственных генетических систем.

Это открытие обеспечило качественно новый виток в развитии медицины, в особенности, в изучении закономерности заболеваний, передающихся наследственным путем.

Лаборатория
Источник: unsplash.com

Основные понятия и методы генетики

К фундаментальным понятиям науки относятся наследственность и изменчивость, присущие каждому живому организму. Наследственность определяет свойство организма воспроизводить совокупность признаков, которыми обладали его предки. Механизмы изменчивости, напротив, приводят к трансформации комбинаций наследственных признаков или обретению совершенно новых черт у особей данного вида под влиянием внешних изменений окружающей среды. Изменчивость может развиваться в виде мутаций, необходимых для выживания в новых условиях жизни.

Для понимания важны и другие определения:

  • ген — специфический участок молекулы ДНК, отвечающий за хранение и передачу определенного наследственного признака;
  • популяция — группа особей одного вида;
  • генотип — совокупность всех генов и наследственных факторов организма;
  • фенотип — целостность биологических свойств и признаков живого организма, возникших в ходе индивидуального развития под влиянием внешней и внутренней среды;
  • аллели — альтернативные формы одного и того же гена, которые находятся в одинаковых локусах и определяют различные варианты становления одного признака;
  • доминантность подразумевает форму взаимодействия между аллелями одного гена, в рамках которой один из генов — доминантный — подавляет проявление другого;
  • рецессивность характеризует признак подавляемого гена из аллельной пары, который не развивается в гетерозиготном состоянии;
  • хромосома представляет собой линейную структуру, в которой расположены гены;
  • локус — часть хромосомы, в которой находится определенный ген.

В современной генетике применяются различные методы изучения наследственности и изменчивости. К ним относятся:

  • гибридологический метод является основным методом, который состоит в скрещивании организмов, имеющих различные друг от друга признаки, а также последующее изучение их потомства;
  • генеалогический метод специализируется на анализе родословных и позволяет предупредить возникновение заболеваний, имеющих генетический характер;
  • популяционный метод помогает выявить наследственные заболевания как в определенных странах, так и в отдельных группах населения;
  • цитогенетический метод применяется в изучении строения хромосом и изменчивости их количества. Позволяет на раннем этапе выявить хромосомные болезни, характеризующиеся нарушением числа хромосом или с изменением их строения;
  • биохимический и биофизический методы изучают наследственные патологии, которые возникают по причине генных мутаций, нарушающих строение и скорость синтеза белков. На основе методов изучается химический состав и строение определенных частей клеток.

Этические проблемы развития медицинской генетики

Развитие генетики
Источник: unsplash.com

Стремительное развитие современной науки спровоцировало возникновение вопросов относительно этической стороны генетических исследований в медицине. Ученые, философы, политики и социологи сформулировали ряд этических проблем применения генных технологий: доступность генетических обследований, необходимость перинатального генетического тестирования, формирование способов обеспечения конфиденциальности.

На основании этих вопросов в медицинской генетике был сформирован ряд основополагающих правил:

  1. Правило конфиденциальности подразумевает запрет передачи информации о результатах генетического исследования без письменного согласия пациента.
  2. Правило правдивости заключается в том, что врач обязан ставить пациента в известность обо  всех исследованиях, которые он планирует провести. Даже в крайних случаях — когда вмешательство необходимо для спасения жизни — пациент или его представители должны быть уведомлены о планирующихся операциях.
  3. Правило информированного согласия и уважения автономности пациента регулируется правовыми и юридическими нормами, которые регламентируют проведение медицинских вмешательств. Согласно этому правилу, любое генетическое обследование должно осуществляться строго по согласию пациента или его представителей.
    Несмотря на официальный статус, мнения ученых по перечисленным правилам все еще расходятся, так как их реализация не всегда применима к конкретной ситуации. Такая неоднозначность еще больше усугубляет и углубляет этические проблемы развития генетики в медицине.

Законы генетики

Воплощение законов генетики можно обнаружить только при рассмотрении большого количества организмов, так как они имеют статистический характер. При этом четкость проявления того или иного генетического закона зависит от количества параллельных наблюдений. Рассмотрим основные законы:

  1. Закон единообразия гибридов первого поколения является первым законом Менделя. Его также называют законом доминирования признаков. Суть состоит в том, что при моногибридном скрещивании двух гомозиготных организмов у гибридов первого поколения проявятся только доминантные признаки. По фенотипу и генотипу все поколение будет однообразно и вберет в себя признаки только одного из родителей.
  2. Закон расщепления — второй закон Менделя, основанный на наблюдениях за самоопылением гибридов первого поколения, при котором происходит расщепление признаков у второго поколения в числовом отношении 3:1 по фенотипу и 1:1:2 по генотипу. То есть образуется не одна, а две фенотипические группы — доминантная и рецессивная.
  3. Закон независимого наследования признаков определяет третий закон Менделя. Определив закономерности наследования одной пары признаков, Мендель занялся изучением наследования двух или более пар разнообразных признаков. В результате скрещивания гомозиготных растений, которые отличались по разным признакам, он обнаружил, что в потомстве они комбинировались так, словно их наследование происходило независимо друг от друга. Из этого ученый сделал вывод, что пары альтернативных признаков, которые находятся в каждом организме, не смешиваются при образовании гамет, а по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде.
  4. Закон сцепленного наследования или закон Моргана основан на знании о том, что в одной хромосоме расположено множество генов, так как число признаков организма намного выше количества хромосом. Наследование признаков, гены которых расположены в одной хромосоме, передается совместно и не может распределяться по отдельности.
  5. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости сформулирован советским ученым Н. И. Вавиловым в 1920 году. Его суть заключается в том, что генетически близкие виды обладают сходными рядами наследственной изменчивости.

Значение генетики в современном мире

Развитие современной генетики уже достигло небывалых высот в изучении человека и особенностей его наследственности. Генетика активно используется в медицине и биологии, криминалистике, вирусологии, истории и других областях. При этом для человечества первостепенное значение представляют достижения генетики в медицине, которые проявляются в следующих функциях:

  • проведение генетического тестирования для предупреждения зачатия или рождения ребенка с наследственными патологиями;
  • использование генетических методов в борьбе с раком;
  • генетический анализ шизофрении;
  • применение выявленных закономерностей в наследственных заболеваниях для производства медикаментов;
  • возможность точного диагностирования наследственных заболеваний.

Ученые предсказывают, что уже в начале следующего века станет известна информация о работе каждого гена из генома человека, а также будут созданы технологии лечения большинства неизлечимых болезней.

Такова теоретическая основа генетической науки, а если вам срочно нужно решить задачи по генетике, обращайтесь к специалистам сервиса ФениксХелп.

Развернуть

Содержание магистерской диссертации

Рассказываем, что включает в себя содержание магистерской диссертации и как его оформить.

Содержание магистерской диссертации

До окончания магистратуры остался последний рывок, написание и защита итоговой диссертации — и вы официально получаете долгожданное звание магистра. Звучит как плевое дело, однако все мы знаем, как сложно подступиться к работе и подготовиться к защите.

В реальности же это не так трудно, как кажется. Главное — разобраться с тем, что от вас требуется, собраться с силами и начать. А с чего начинают? Правильно, с содержания. Если под рукой есть четкий план будущей работы, двигаться дальше намного легче.

Содержание должно включать названия глав и параграфов, которые есть в работе. После взгляда на план читателю должно стать понятно, о чем работа и какие именно аспекты вы рассматриваете. Этот раздел — первое, на что в диссертации обращают внимание представители аттестационной комиссии во время защиты.

Оформление по ГОСТ должно отвечать следующим требованиям:

  • заголовки должны быть указаны без сокращений и искаженных смысловых формулировок;
  • каждая глава должна начинаться с новой страницы;
  • шрифт Times New Roman размером 14 кегль, межстрочный интервал — 1,5;
  • формат бумаги — А4.

Содержание диссертации: этапы подготовки

Разберем, какие шаги необходимо предпринять для подготовки работы:

  1. Выбор темы. Первый этап исследования начинается с решения о том, что именно будете изучать. Если тема диссертации еще не выбрана, подумайте о том, что вам интересно или попросите совета у научного руководителя.
  2. Написание плана. Распишите, на каких вопросах вы хотели бы сделать акцент. Начать можно со всего, что приходит в голову, а потом убрать лишнее и добавить необходимое. Постарайтесь уже на этом этапе структурировать информацию.
  3. Придумать заголовки. Наверное, самый непростой этап в написании содержания. Нужно помнить, что названия разделов и подразделов должны соответствовать вопросам, которые поднимаете в работе. Формулировать заглавия надо в соответствии с научным стилем, поэтому тут лучше без креатива. В процессе написания самой работы они могут корректироваться.
  4. Оформить по ГОСТу. Требования к оформлению нам уже известны, осталось применить их на практике.
  5. Проконсультируйтесь с научным руководителем. Обязательно обсудите идеи и заготовки с преподавателем и следуйте рекомендациям.

Содержание магистерской диссертации можно считать полностью готовым только после проверки и одобрения научного руководителя.

Давайте разберем, что включает в себя содержание.

Чтение
Источник: unsplash.com

Введение

Во введении надо обосновать выбор темы, ее актуальность и новизну, а также тезисно расписать структуру диссертации. В этой части указываются цель и задачи, определяются объект и предмет работы. Примерное распределение информации по блокам:

  • в первой части укажите проблему, обозначьте актуальность темы и в 2-3 предложения обоснуйте решение;
  • во второй расскажите о степени изученности работы и ваших методах исследования;
  • в третьей определите объект и предмет, а также раскройте цель и задачи.

Помните: цель всегда одна, задач может быть несколько.

Объем введения, как правило, не превышает 2-3 страниц. Это одна из самых ответственных частей работы, так как именно по введению члены комиссии составляют мнение об исследовании. Изучив введение, преподаватель должен убедиться в вашей профпригодности, способности тезисно, сжато и конкретно формулировать мысли и, соответственно, в умении работать с большим объемом информации.

Теоретические и методологические оценки степени изученности проблемы

Здесь раскрывается степень разработанности проблемы и указываются авторы, которые исследовали вопрос до вас. Необязательно упоминать все работы. Укажите тех авторов, которые внесли больший вклад в исследование проблемы и повлияли на написание вашей диссертации. Упомяните ученых, стоявших у истоков возникновения вопроса и литературу, в которой раскрывалась ваша тема. Объем этой части обычно занимает 5-10 страниц.

Анализ темы диссертации

Это теоретический раздел основной части магистерской диссертации, который состоит из 2-3 глав и параграфов. Каждая глава должна завершаться небольшим выводом из нескольких предложений. В этой части вы показываете умение работать с источниками, на которые ссылаетесь в материале, а также степень владения терминологией. Текст должен быть уникальным. В теоретической части автору необходимо подробно описать объект и предмет исследования, проанализировать текущее состояние проблемы и высказать мысли по поводу тенденций дальнейшего развития этой сферы. Магистрант может критически оценивать работы предшествующих исследователей и предлагать свои методы в изучении вопроса.

Стиль изложения — научный, т.е. четкий, структурированный и не допускающий разночтений.

Рекомендации и меры по решению проблемы

Это самая важная часть итоговой работы. Здесь автор описывает практический опыт и результаты исследований. Магистрант показывает навыки самостоятельной работы, способность к применению теории и генерированию новых идей.

В этом разделе отражен результат работы, которую вы проделали на этапе подготовки к защите. Рекомендации и решение проблемы должны быть актуальными и соответствовать современным требованиям. Повествование, как и в любых других научных работах, ведется от первого лица («мы изучали…», «нами были исследовано…») либо от имени третьего лица («автор диссертации пришел к выводу, что…»)

Практическая часть должна включать:

  • анализ результатов исследования;
  • практический аспект информации;
  • направление дальнейших исследований проблемы.

В разделе можно представить таблицы, графики или другие иллюстрации в рамках допустимого объема.

Заключение

Завершающий раздел содержит сжатый обзор основных теоретических и практических итогов диссертации, которые выносятся на защиту. Заключение должно включать:

  • общие выводы по результатам исследований;
  • оценка результатов и их краткий сравнительный анализ со смежными исследованиями;
  • рекомендации по практическому применению и внедрению результатов работы.

Приведенные в заключительной части выводы должны отражать достижение поставленной цели и решение задач, которые были упомянуты в начале работы. Заключение должно стать логичным и убедительным завершением диссертации. Обычно оно занимает 2-3 страницы.

Список литературы по диссертации

В списке литературы необходимо привести около 30-40 источников, которыми вы пользовались в процессе написания диссертации. Эта часть отражает степень изученности проблемы, которую исследуете. Указывать нужно только те источники, на которые вы ссылаетесь в тексте. Это могут быть:

  • нормативные правовые акты, законы и другие официальные материалы;
  • монографии, учебники, пособия, книги, научные статьи;
  • интернет-ресурсы.
Книги
Источник: unsplash.com

Фамилии и инициалы авторов или первое слово названия работы обычно выделяют курсивом. При использовании электронных источников нужно указать точную ссылку и название материала.

Оглавление

В оглавлении работы указываются заголовки всех глав и параграфов с соответствующими номерами страниц. Обычно оглавление приводится на 3-й странице после титульного листа и автореферата.

После указания последнего слова в названии главы проставляется отточие к номеру страницы. Параграфы нумеруются арабскими цифрами, разделенными точкой, согласно тому, как они представлены в работе.

Содержание
Пример содержания. Источник: mydessertation.ru

Надеемся, что теперь вам не так страшно приступать к написанию магистерской. Если защита уже близко, и вы не успеваете подготовить работу самостоятельно, обращайтесь за помощью к специалистам Феникс.Хэлп.

Развернуть

Проведение коллоквиума в вузе

Учебные занятия в форме коллоквиума — довольно распространенная практика, которая позволяет оценить промежуточный уровень знаний. Как проходят подобные семинары и как студенту к ним готовиться?

Что такое коллоквиум

С латинского языка слово «коллоквиум» переводится как «беседа» или «разговор». Во времена Реформации так называли религиозные беседы, однако к настоящему времени это понятие приобрело новое значение.

Коллоквиум — это форма проведения учебного занятия, направленная на промежуточную проверку и оценивание знаний учащихся.

Обычно коллоквиумы проводят в вузах и колледжах 1-2 раза в семестр, чтобы подытожить знания в конце учебной программы по тому или иному предмету. Иногда коллоквиум проходит перед итоговым испытанием, чтобы сократить количество экзаменационных вопросов. От обычного зачета или экзамена отличается тем, что может проводиться в разных формах, в какой именно — решает преподаватель:

  • подготовка проектов на определенную тему;
  • защита реферата, курсовой или другой письменной работы;
  • научная дискуссия;
  • промежуточный мини-экзамен с вопросами по последним пройденным темам;
  • групповая беседа преподавателя и студентов в формате «вопрос-ответ».

Выбор конкретного формата зависит от факультета и специальности. Например, для учащихся на технических факультетах лучше подойдут коллоквиумы в форме письменных работ и проектов, чтобы преподаватель смог оценить их способности к решению задач и уравнений. Студентам-гуманитариям интереснее участвовать в научных дискуссиях.

Оценка, которую студент получит на коллоквиуме, может повлиять на исход итогового испытания. В некоторых вузах успешным студентам прибавляют балл к отметке за экзамен.

Основная цель коллоквиума

Как уже говорилось, основная цель коллоквиума — проверка знаний и выявление пробелов в пройденных темах. Результаты позволяют преподавателю сделать вывод об успешности и эффективности текущей учебной программы и методов преподавания. Он может скорректировать подачу материала и уделить больше времени темам, требующим углубленного изучения.

Несомненная польза от коллоквиумов заключается в том, что студенты приобретают навыки грамотно формулировать мысли, ясно высказывать и обосновывать свое мнение, дискутировать.

Как проходит 

Коллоквиум, организованный во время учебного занятия, может проходить и в письменной, и в устной формах. В первом случае студенты решают задачи или развернуто отвечают на вопросы. При этом предложенные вопросы должны содержать 20-30 пунктов и исключать односложные ответы.

Если коллоквиум имеет устную форму, преподаватели заранее готовят темы и вопросы, которые планируется обсудить. Беседа может проходить как индивидуально, так и в групповом формате. В рамках дискуссии студенты дополняют друг друга и задают уточняющие вопросы. При этом можно пользоваться записями и конспектами.

Проведение коллоквиума можно разбить на несколько этапов:

  1. Подготовительный этап, в ходе которого преподаватель составляет вопросы и темы, а также устанавливает дату проведения.
  2. Второй этап заключается в подготовке студентов.
  3. На основном этапе проводится сам коллоквиум, который включает ответы и выступления студентов или сдачу письменных работ.
  4. Завершающая стадия, в рамках которой проверяются и оцениваются работы и ответы студентов. 
Коллоквиум
Источник: unsplash.com

Как подготовиться 

Если коллоквиум запланирован в устном виде, учащиеся заранее получают темы и вопросы, которые будут освещаться. Для удобства они могут разделить вопросы между собой и поделиться ответами в общем чате. Так уйдет меньше времени на поиск ответов и можно сконцентрироваться на изучении и повторении материала. 

Источниками для поиска информации могут служить конспекты, учебники и пособия, интернет ресурсы, печатные издания в бумажном или электронном формате и т.д.

Подготовка к коллоквиуму
Источник: unsplash.com

Если вам предстоит сдать письменную работу, позаботьтесь об ее оформлении и презентации. При подготовке реферата учитывайте все требования к написанию и будьте готовы ответить на пару вопросов по теме. Подготовьте презентацию на 7-12 слайдов, чтобы проиллюстрировать свой проект.

При решении задач не отвлекайтесь и внимательно вчитывайтесь в условия. Обязательно все проверьте перед сдачей.

Если формат коллоквиума представлен в виде дискуссии, участвуйте в обсуждении и делитесь своим мнением. Чем активнее вы дискутируете, тем больше вероятность того, что вам поставят высокую оценку.

Как оценивается коллоквиум

Оценивается не только уровень знаний учащихся, но и ряд дополнительных навыков и умений. Некоторые факторы зависят от конкретной дисциплины, института или факультета, но есть универсальные критерии, которые чаще всего учитывают преподаватели. К ним относятся:

  • точность ответа — развернутый и конкретный ответ показывает способность студента работать с информацией и аргументировано выражать свою точку зрения;
  • глубина знаний — преподаватель оценивает знание материала и степень его усвоения студентом;
  • практические навыки — учитывается умение применять теоретические знания на практике;
  • оригинальность мышления также является важным критерием, так как отражает самостоятельную работу студента, его интеллектуальный и общекультурный уровень;
  • активность и инициативность говорят преподавателю о заинтересованности и мотивации студента.

Если вы не успеваете подготовиться к коллоквиуму, доверьтесь профессионалам сервиса ФениксХелп, которые помогут ответить на все вопросы.

Развернуть

Формулировка закона Бернулли и его математическое выражение

Принцип Бернулли заложил основы знания о движении жидкости, которое впоследствии перешло в самостоятельную науку — гидродинамику.

Физическая сущность закона Бернулли

Швейцарский математик и физик Даниил Бернулли родился в 1716 году в Голландии. За свою научную карьеру он получил звания Почетного члена Берлинской, Петербургской и Парижской академии наук, являлся членом Лондонского королевского общества. Главным научным трудом ученого является работа «Гидродинамика, или изъяснение сил и движений жидкости», опубликованная в 1733 году. Именно в этой книге были описаны физические основы механики жидкости.

Закон, названный его именем, Бернулли сформулировал во время работы в России, изучая взаимосвязь давления жидкости с ее скоростью. В математическом выражении он определяется уравнением Бернулли. Давайте разберемся, в чем состоит сущность закона.

Для начала определим, что закон Бернулли рассматривает движение потока несжимаемой идеальной жидкости, на которую действуют только силы тяжести и силы упругости.

Идеальная жидкость — это жидкость, в которой полностью отсутствует внутреннее трение и теплопроводность, ввиду чего, она лишена касательных напряжений между соседними слоями.

Подобная идеализация применяется при рассмотрении течения в гидродинамике. В законе Бернулли рассматривается стационарное течение жидкости — это движение слоев жидкости относительно друг друга и относительно ее самой, при котором скорость потока в некой конкретной точке не меняется, сохраняя свое постоянное значение. Давление при стационарном течении идеальной жидкости одинаково во всех поперечных сечениях трубки тока.

Для наглядности рассмотрим стационарное течение идеальной жидкости по трубе переменного сечения. В одном месте сечение этой трубки равно S1, а в другом — S2. При стационарном потоке через все сечения за определенный промежуток времени пройдет одинаковый объем жидкости, так как в ином случае, невозможность сжатия привела бы к ее разрыву. Таким образом, мы получаем уравнение неразрывности струи, определяющее соотношение между скоростью течения (v) и площадью сечения (S): S1v1=S2v2

Бутылка
Источник: getclass.ru

При этом давление в сечении S1 меньше, чем в сечении S2. Как вы думаете, в каком из сечений скорость течения жидкости будет больше? Казалось бы, что по логике, скорость должна увеличиваться в том месте, где больше давление. Однако, согласно закону Бернулли, скорость увеличивается с уменьшением площади сечения. В этом-то и состоит парадоксальность принципа.

Закон Бернулли гласит, в тех участках течения жидкости или газа, где скорость больше, давление меньше, и наоборот, с увеличением давления жидкости, протекающей в трубе, скорость ее движения уменьшается. То есть, где больше скорость (v), там меньше давление (p).

Чтобы убедиться в этом, достаточно провести небольшой опыт из подручных средств. Возьмите два шара одного размера и подвесьте их так, чтобы между ними сохранялось небольшое расстояние. Подуйте между шарами или пустите воздух из фена. Шары вместо того, чтобы отдалиться, притянутся друг к другу. Это прямое следствие описанного закона, так как в том месте, куда вы дули, давление стало уменьшаться, а скорость шаров возросла, приблизив их друг к другу.

Закон Бернулли
Источник: getclass.ru

Закон Бернулли как следствие закона сохранения энергии

Из уравнения неразрывности следует, что в идеальной жидкости сумма статистического и динамического давлений и скоростного напора постоянна в любом сечении вдоль трубы. Являясь следствием закона сохранения, вывод уравнение Бернулли для элементарной струйки жидкости выглядит так:

\(\tfrac{\rho v^2}{2} + \rho g h + p = \mathrm{const}\),

где \(~\rho\) — плотность жидкости, \(~v\) — скорость потока, \(~h\) — высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости, \(~p\) — давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости, \(~g\) — ускорение свободного падения.

При этом давление P — это статическое давление, которое получается в результате взаимодействия соседних слоев жидкости. Величина ρv2/2 — это динамическое давление, обусловленное движением жидкости, а ρgh — это давление, образованное массой вертикального столба жидкости высотой h, создаваемое силой тяжести.

Все эти величины имеют специальные обозначения, где h — высота положения или геометрический напор, P / ρ∙g — пьезометрический напор, v2 / 2g — скоростной напор.

Сумма трех слагаемых уравнения называется полным напором (H), то есть для идеальной жидкости при стационарном течении сумма трех напоров: геометрического, пьезометрического и скоростного есть величина постоянная вдоль струйки.

Для трубы, расположенной горизонтально, где величина высоты остается неизменной, уравнение Бернулли упрощается и выглядит так:

\({\textstyle\frac{\rho v^2}2}+p=\mathrm{const}\)

Проявление закона Бернулли в жизни

Закон Бернулли описывает одно из основных свойств гидравлики. Эффект, описанный швейцарским ученым, широко проявляется в природе и быту. Также широко его применение в технике. На основе принципа Бернулли работают такие приборы, как пульверизатор, водоструйный насос, аэрограф.

Чтобы понять механизм устройства, рассмотрим строение пульверизатора, которое включает в себя вертикальную трубку и горизонтальное сопло. Вертикальную трубку опускают в жидкость, в то время как по соплу пропускают воздух. Атмосферное давление, которое больше давления в струе воздуха, заставляет жидкость подниматься по трубке. Следовательно, при попадании в струю воздуха, происходит распределение жидкости.

Пульверизатор
Источник: dststone.ru

В повседневной жизни закон Бернулли можно наблюдать, сидя у камина. При сильном ветре скорость воздушного потока возрастает, и, соответственно, падает давление. И так как давление воздуха в комнате выше, пламя, уходит вверх по дымоходу.

Это свойство используется и в аэродинамике для объяснения того, как возникает подъемная сила самолета или другого летательного аппарата, которое тяжелее воздуха.

В истории имеются и случаи отрицательного проявления закона. В 1912 году произошло столкновение океанского парохода «Олимпик» с гораздо меньшим по масштабам крейсером «Гаук», который плыл параллельно пароходу на расстоянии около 100 метров. Вдруг «Гаук» резко двинулся прямо на «Олимпик» и протаранил его силой удара. Так как два корабля были друг к другу слишком близко, скорость воды между ними стала больше, чем с другой стороны, вызвав дополнительную силу. Следовательно, вместо того, чтобы отдалиться, корабли притянулись друг к другу, что и стало причиной катастрофы.

Корабли
Источник: wikipedia.org

В природе закон Бернулли проявляется во время урагана, когда из-за сильного ветра с домов слетают крыши. Это происходит, потому что скорость, с которой движется воздух вверху, очень большая, тогда как на чердаке она равна нулю. Как вы уже узнаете, там, где скорость потока больше, давление меньше, а там, где скорость меньше, давление больше. В результате образовавшейся разности давлений ураган и срывает кровлю.

Существует еще большое количество интересных примеров, изучение которых во многом упрощает усвоение закона Бернулли. Если вам нужно определить проявление закона в каком-то конкретном явление, обращайтесь к специалистам сервиса Феникс.Хелп, которые помогут решить задачу любой сложности.

Развернуть

Ядерные взрывы в истории человечества

В июле 1945 в США провели первое ядерное испытание в мире. Впоследствии человечество еще не раз испытывало ядерные бомбы огромных мощностей, до сих пор поражающих воображение. Для чего конструировалось и взрывалось ядерное оружие, к каким последствиям это приводило и почему его больше не испытывают — читайте в статье.

Ядерные взрывы в истории человечества

16 июля 1945 года американцы на полигоне Аламогордо впервые в мире провели успешное испытание ядерной бомбы «Тринити». Взрыв бомбы был равен около 21 килотонне тротила. Этот день ознаменовал конец старого мира и начало ядерной эпохи. Испытание было проведено в рамках «Манхэттенского проекта», во время которого в США сконструировали три атомные бомбы. На первом испытании взорвали снаряд, который назывался «Штучка».

Другие две бомбы — «Малыш» и «Толстяк» — США сбросило на японские города Хиросима и Нагасаки. В результате взрыва погибло около четверти миллиона человек. Ядерные бомбардировки в Японии — это единственный случай, когда оружие использовалось для военной цели. После этого происшествия углубилось изучение оружия и участились испытания, проводившиеся по всему миру.

Ядерное оружие — это оружие массового поражения, взрывное действие которого обусловлено использованием внутриядерной энергии. Энергия выделяется во время цепных реакций деления и синтеза тяжелых ядер.

Первая советская атомная бомба «РДС-1» была разработана по образцу американского снаряда. Оружие успешно испытали 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Спустя несколько лет испытания повторили Англия в 1952 году и Франция в 1960 году. На протяжении второй половины прошлого века успешные ядерные испытания провели Китай, Пакистан и Индия.

Самым мощным ядерным устройством в мире считается советская «Царь-бомба» или водородная бомба РДС-220, протестированная 30 октября 1961 года. Ее разработка проводилось в рамках ядерной гонки СССР и США из внешнеполитических и пропагандистских соображений. Мощность взрыва снаряда эквивалентна 50 мегатоннам, что делает его в 1500 раз мощнее зарядов, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки.

Царь-бомба
 

В 1963 году Советский Союз инициировал переговоры об ограничительных мерах в тестировании ядерного оружия из-за огромного вреда, которое оно наносит планете. В результате был создан первый международный договор, регулирующий создание и испытание оружия.

Договор подписали господствующие военные державы того времени — СССР, США и Великобритания. В рамках договора запрещалось проведение испытаний в атмосфере, космическом пространстве и под водой. Государства, подписавшие договор, отказались от наземных испытаний в пользу подземных взрывов, которые меньше влияют на природу.

Полный юридический запрет на любые ядерные испытания вступил только 10 сентября 1996 года. При этом Индия, Пакистан и КНДР не поддержали инициативу и отказались от подписания договора.

Поражающие факторы ядерного взрыва

При ядерном взрыве выделяется огромное количество энергии, которая становится причиной мгновенных разрушений и поражающих действий, в тысячи раз превышающих последствия от взрывов крупнейших авиационных бомб. В короткие сроки энергия выводит из строя незащищенных людей, технику и сооружения, которые могут находиться на довольно значительном расстоянии.

Поражающие факторы, к которым приводит ядерный взрыв относятся:

  1. Ударная волна.
  2. Световое излучение.
  3. Проникающая радиация.
  4. Электромагнитный импульс.
  5. Радиоактивное заражение.
  6. Эпидемиологическая и экологическая обстановка.
  7. Психологическое воздействие.

Ударная волна ядерного взрыва — это его основной поражающий фактор, на который распределяется примерно 50% энергии взрыва. Она может быть воздушной, сейсмовзрывной или подводной в зависимости от места, где возникает и распространяется.

Ударная волна (УВ) является причиной большинства разрушений и повреждений зданий. Ее действие обусловлено избыточным давлением — около миллиарда атмосфер, — которое образуется в центре взрыва.

Избыточное давление во фронте ударной волны — это различие между максимальным давлением в воздухе и нормальным атмосферным давлением. В системе СИ измеряется в Паскалях (Па, кПа).

Вместе с возникновением ударной волны происходит перемещение воздуха со сверхзвуковой скоростью. При этом на избыточное давление влияет расстояние до центра мощности ядерного снаряда и вид взрыва. В результате образуются четыре зоны разрушения:

  • полные разрушения — 50 кПА;
  • сильные разрушения — 30-50 кПА;
  • средние разрушения — 20-30 кПА;
  • слабые разрушения — 10-20 кПА.

Воздействие на людей и животных ударной волной может возникать в результате прямого или косвенного воздействия. К их числу относятся летящие осколки, обломки зданий, падающие дома и деревья, камни и т. д. Все это может привести к серьезным травмам вплоть до летального исхода.

Следовательно, наиболее эффективными средствами защиты являются инженерные сооружения, уменьшающие радиус поражения волной не менее, чем в 3-5 раз — блиндажи, закрытые убежища подземного и котлованного типа. Для мгновенного укрытия нужно лечь в канаву, овраг или просто на землю, не приближаясь к зданиям и домам, которые могут обрушиться на вас.

На световое излучение (СИ) приходится от 25% всей энергии ядерного взрыва. Оно представляет собой поток лучистой энергии в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Источником электромагнитного излучения является светящаяся область взрыва — огненный шар. Он состоит из раскаленных паров, продуктов воздуха и взрыва. Температура святящейся области может дойти до 7700°C, при 1700°C свечение прекращается. Световой импульс измеряется в джоулях на квадратный метр (Дж/м2) или калориях на квадратный сантиметр (кал/см2).

Поражающее действие СИ распространяется мгновенно, его продолжительность варьируется от доли секунды до десятков секунд, в зависимости от мощности самого снаряда. Однако за такой короткий промежуток световое излучение успевает обуглить и воспламенить объекты вплоть до их испарения. Результатом воздействия СИ для человека и животных могут быть ожоги незащищенных участков кожи, частичное или полное ослепление.

Защитой от излучения являются подземные закрытые помещения, а также индивидуальные средства защиты. При этом во время тумана, сильной запыленности, задымленности или облачности поражающий фактор становится ниже.

Ядерный взрыв
Источник: rambler.ru

Проникающая радиация — это гамма-излучение и поток нейтронов, которые распространяются из зоны и облака ядерного взрыва в течение нескольких секунд. Поражающее действие радиации обусловлено цепной реакцией, которая протекает в снаряде во время взрыва и радиоактивного распада осколков. При этом радиус поражения относительно небольшой — из-за сильного поглощения в атмосфере радиоактивное заражение может навредить человеку, находящемуся не дальше 2-3 км. от места взрыва.

Поражающая радиация вызывает лучевую болезнь, тяжесть которой зависит от полученной дозы излучения, продолжительности нахождения в месте взрыва и индивидуальных особенностей организма. В результате ионизации атомов на молекулы, входящие в состав живых клеток, нарушается нормальных обмен веществ, функционирование отдельных органов и систем организма, — все это приводит к возникновению болезни. От гамма-лучей защищают железо, свинец и другие элементы с высокой атомной массой, а от нейтронного потока — такие легкие элементы, как водород, литий и др. Для создания универсальной защиты от всех видов радиации совмещаются слои различных материалов.

В результате ядерных взрывов в атмосфере или более высоких слоях возникает сильное переменное электромагнитное поле с длинами волн от 1 до 1000 м и более. Эти поля из-за их непродолжительного влияния называют электромагнитным импульсом (ЭМИ). Источником их воздействия является возникновение сильных токов в ионизированном радиацией и световым излучением воздухе.

Поражающий фактор проявляется в повреждениях техники, электронной аппаратуры, радиотехнических приборов и линии электропередачи. Для человека его прямое воздействие является безопасным. На долю ЭМИ приходится всего 1% взрывной энергии.

Для защиты от ЭМИ применяется экранирование линий энергоснабжения, управления и самой аппаратуры.

Радиоактивное заражение возникает при выпадении из облака ядерного взрыва большого количества радиоактивных веществ. Источниками заражения могут быть продукты деления ядерного горючего, часть самого заряда и радиоактивные изотопы. Опускаясь на землю, они образовывают радиоактивное пространство или след, поражающее действие которого уменьшается по мере отдаления от места взрыва. Последствия для человека проявляются в форме внешнего или внутреннего облучения. Опасность радиоактивного заражения может сохраняться на протяжении нескольких десятков лет после взрыва.

После взрыва
Источник: m24.ru

Эпидемиологическая и экологическая обстановка относится к вторичным поражающим факторам. Последствия от ядерного взрыва приводят к неблагоприятным условиям жизни на территории его действия. Люди, которые на первый взгляд получили незначительные поражения, могут впоследствии умереть от отравления или других сопутствующих заболеваний. Так, по истечении пяти лет после того, как на Хиросиму и Нагасаки были сброшены ядерные бомбы, люди продолжали погибать от рака и других болезней, вызванных долгосрочным воздействием взрыва.

Психологическое воздействие также считается вторичным поражающим фактором ядерного взрыва. Оно обусловлено тем, что помимо физических увечий, люди испытывают очень сильное психологическое воздействие от ужасающего вида и последствий взрыва. Уничтожение привычного мира, смерти людей, вид тысячи трупов, страх смерти, — все это приводит к развитию острых психозов, навязчивых идей, клаустрофобии и других отклонений, негативно отражающихся на всей жизни.

Если вам нужна помощь в написании работы по теме ядерной радиации — обращайтесь к специалистам сервиса ФениксХелп

Развернуть