Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика
Посмотреть оригинал

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ

ОКРУЖАЮЩИЙ МИР КАК ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

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

Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые в свою очередь состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром.

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

Все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоит из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник — тепловой, заряженный проводник — электрической, а ядра атомов — атомной.

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

В живой природе также существует иерархия: одноклеточные — растения и животные — популяции животных.

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

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

Иерархическая система объектов окружающего

Рис. 12.1. Иерархическая система объектов окружающего

мира

Системы и элементы. Каждый объект состоит из других объектов, т.е. представляет собой систему. С другой стороны, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Является ли объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования).

Система состоит из объектов, которые называются элементами системы.

Например, атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона.

С другой стороны, атом водорода входит в молекулу воды, т.е. является элементом системы более высокого структурного уровня.

Атом водорода и молекула воды

Рис. 12.2. Атом водорода и молекула воды

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

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

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

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

Например, если сложить в кучу устройства, которые входят в состав компьютера (монитор, корпус, системную плату, процессор, модули оперативной памяти, жесткий диск, клавиатуру и мышь), то они не образуют систему. Компьютер, т.е. целостно функционирующая система, образуется только после физического подключения устройств друг к другу, включения питания и загрузки операционной системы.

Если из системы удалить хотя бы один элемент, то она может перестать функционировать. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, т.е. прекратит свое существование как система.

Отдельные объекты (устройства) и целостная система (компьютер)

Рис. 12.3. Отдельные объекты (устройства) и целостная система (компьютер)

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

Атом водорода состоит из двух элементарных частиц (протона и электрона), и соответствующий химический элемент является газом.

Атом лития состоит из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов, и соответствующий химический элемент является щелочным металлом.

Атом водорода и атом лития

Рис. 12.4. Атом водорода и атом лития

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

В кристаллической решетке алмаза взаимодействие между атомами очень сильное по всем направлениям, поэтому он является самым твердым веществом на планете и существует в форме кристаллов.

В кристаллической решетке графита атомы размещены слоями, между которыми взаимодействие слабое, поэтому он легко крошится и используется в грифелях карандашей.

Углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр плоскость кристаллической решетки графита. Нанотрубки очень прочные на разрыв (хотя имеют толщину стенки в один атом углерода). Нить, сделанная из нанотрубок, толщиной с человеческий волос способна удерживать груз в сотни килограмм. Электрические свойства нанотрубок могут меняться, что сделает их одним из основных материалов наноэлектроники.

Кристаллические решетки алмаза, графита и углеродной нанотрубки

Рис. 12.5. Кристаллические решетки алмаза, графита и углеродной нанотрубки

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Приведите примеры систем в окружающем мире.
  • 2. Образуют ли систему устройства, из которых состоит компьютер: до сборки? После сборки? После включения компьютера?
  • 3. Отчего зависят свойства системы? Приведите примеры систем, состоящих из одних и тех же элементов, но обладающих различными свойствами.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы