Номер 4, страница 9 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Введение - номер 4, страница 9.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Использование моделей в других науках, например в биологии, химии и географии

Моделирование — это фундаментальный метод научного познания, который заключается в изучении объектов, явлений или процессов через создание и анализ их упрощенных аналогов — моделей. Этот подход незаменим в современных науках, так как позволяет исследовать системы, недоступные для прямого наблюдения (например, ядро атома или центр Земли), проводить эксперименты, которые опасны, дороги или невозможны в реальности (например, ядерный взрыв или эволюция вида), а также делать прогнозы будущего состояния системы (например, прогноз погоды или развития эпидемии). Рассмотрим применение моделей в биологии, химии и географии.

Использование моделей в биологии

В биологии моделирование помогает изучать живые системы на всех уровнях их организации, от молекулярного до биосферного. Типы используемых моделей разнообразны:

• Натурные (физические) модели: Это материальные копии объектов. Классическим примером является объемная модель двойной спирали ДНК, созданная Дж. Уотсоном и Ф. Криком, которая наглядно продемонстрировала принцип комплементарности и возможный механизм её самоудвоения. К этому же типу относятся анатомические муляжи органов, скелеты человека и животных, используемые в образовательных целях.
• Информационные (знаковые) модели: Это описания объектов и процессов с помощью знаков, схем, графиков. Примерами служат схемы, иллюстрирующие процессы метаболизма (например, фотосинтез или гликолиз), схемы пищевых цепей и сетей, отражающие потоки энергии в экосистеме, а также иерархические системы классификации живых организмов.
• Математические и компьютерные модели: Они описывают биологические процессы с помощью математических уравнений. Например, модель «хищник–жертва» (модель Лотки-Вольтерры) описывает динамику численности двух взаимодействующих популяций. В современной биологии компьютерное моделирование используется для анализа и расшифровки геномов, моделирования процессов сворачивания белков (фолдинга), прогнозирования распространения заболеваний и изучения эволюционных механизмов.

Использование моделей в химии

В химии модели играют ключевую роль в визуализации микромира — атомов, молекул и их взаимодействий, которые невозможно наблюдать напрямую.

• Натурные (физические) модели: Широко применяются шаростержневые и масштабные (полусферические) модели молекул, которые показывают пространственное строение веществ, длины связей и валентные углы. Модели кристаллических решеток (например, алмаза, графита, хлорида натрия) помогают понять физические свойства твердых тел.
• Информационные (знаковые) модели: К ним относятся, в первую очередь, уравнения химических реакций — символьная запись процессов превращения веществ. Структурные формулы являются графическими моделями, показывающими порядок соединения атомов в молекуле. Важнейшими концептуальными моделями являются модели строения атома (модель Томсона, Резерфорда, Бора), которые отражают исторический путь развития представлений о его устройстве.
• Компьютерные модели: Современная вычислительная химия позволяет моделировать поведение молекул, предсказывать результаты химических реакций и рассчитывать свойства еще не синтезированных соединений. Это имеет огромное значение для разработки новых лекарственных препаратов, катализаторов и материалов с заданными свойствами.

Использование моделей в географии

География изучает пространственную организацию природных и общественных систем, и модели являются её основным инструментом.

• Иконические (масштабные) модели: Самые известные и древние географические модели — это глобус и географические карты. Глобус является трехмерной моделью Земли, наиболее точно передающей форму планеты и соотношение площадей. Карты — это плоские, математически определенные, уменьшенные и обобщенные изображения земной поверхности. Также к этому типу относятся рельефные карты и макеты местности.
• Информационные (знаковые) модели: Кроме карт, в географии используются профили рельефа, диаграммы (например, роза ветров, климатограммы), графики, описывающие различные явления (например, годовой сток реки).
• Математические и компьютерные модели: Геоинформационные системы (ГИС) являются сложными компьютерными моделями, которые позволяют собирать, хранить, анализировать и визуализировать пространственные данные. На их основе создаются цифровые модели рельефа, модели для прогнозирования климатических изменений, распространения загрязнений, развития городов, оптимизации транспортных сетей и оценки рисков стихийных бедствий.

Ответ: Модели являются неотъемлемым инструментом в биологии, химии и географии, как и в других науках. В биологии они используются для изучения живых систем (модели ДНК, пищевых сетей, популяций). В химии модели помогают понять структуру материи и химические процессы (модели атомов и молекул, уравнения реакций). В географии с помощью моделей описывают и анализируют земную поверхность и происходящие на ней явления (карты, глобусы, климатические модели). Использование моделей позволяет упрощать сложные системы для их исследования, визуализации, объяснения и прогнозирования.