Околният свят е йерархична система. Открит урок по информатика "Околен свят като йерархична система" (9 клас)

Ние живеем в макрокосмоса. т.е. в света, който се състои от обекти, сравними по размер с човек. Обикновено макрообектите се разделят на неодушевени (камък, ледено парче, дънер и др.), живи (растения, животни, хора) и изкуствени (сгради, превозни средства, машини и механизми, компютри и др.). Макрообектите се състоят от молекули и атоми, които от своя страна се състоят от елементарни частици, чиито размери са изключително малки. Този свят се нарича микросвят. Ние живеем на планетата Земя, която е част от Слънчевата система, Слънцето, заедно със стотици милиони други звезди, образува нашата галактика Млечен път, а милиарди галактики образуват Вселената. Всички тези обекти са с огромни размери и образуват мега свят. Цялото разнообразие от обекти на мега-, макро- и микросвета се състои от материя, докато всички материални обекти взаимодействат помежду си и следователно имат енергия. Издигнатото над земната повърхност тяло има механична енергия, нагрятият чайник има топлинна енергия, зареденият проводник има електрическа енергия, а ядрата на атомите имат атомна енергия. Светътможе да се представи като йерархична поредица от обекти: елементарни частици, атоми, молекули, макротела, звезди и галактики. В същото време на нивата на молекулите и макротелата се образува клон в тази йерархична поредица - друга поредица, свързана с живата природа. В дивата природа също има йерархия: едноклетъчни - растения и животни - животински популации. Върхът на еволюцията на живота на Земята е човек, който не може да живее извън обществото. Всеки човек поотделно и обществото като цяло изучават света около себе си и натрупват знания, въз основа на които се създават изкуствени обекти. Всичко по-горе може да се покаже под формата на диаграма.

Всеки обект се състои от други обекти, тоест той е система. В същото време всеки обект може да бъде включен като елемент в система от по-високо структурно ниво. Дали един обект е система или елемент от системата зависи от гледната точка (целите на изследването). В същото време водородният атом е включен в молекулата на водата, т.е. той е елемент от по-висока водородна система и молекула на структурно ниво.

В света на материалните системи съществуват определени йерархии - подредени последователности на подчинение и усложняване. Те служат като емпирична основа на системологията. Цялото многообразие на нашия свят може да бъде представено като последователно възникващи йерархии.

Това е естествена физико-химично-биологична (ФХБ) йерархия и възникнала на нейна основа социално-техническа йерархия (СТ). Комбинирането на системи от различни йерархии води до "смесени" класове системи. По този начин комбинацията от системи от физико-химичната част на йерархията (PC - "околна среда") с живи системи от биологичната част на йерархията (B - "биота") води до смесен клас системи, наречени екологични. Комбинирането на системи от йерархиите B, C („човек“) и T („технология“) води до клас икономически или технико-икономически системи.

Естествената йерархия – от елементарните частици до съвременната биосфера – отразява еволюцията на материята. Издънка на ST (Социотехническа йерархия) е съвсем скорошна и краткотрайна в универсален времеви мащаб, но има силно въздействие върху цялата суперсистема. Схематично е посочено въздействието на човешкото общество върху природата, опосредствано от техниката и технологията (техногенезис). Холистичният подход, споменат по-рано, предполага разглеждането на съвкупността от тези йерархии като единна система.

Класификацията на системите може да се извърши по различни критерии. Основното групиране е в три категории: естествени науки, технически и социално-икономически. В природните (биологични) системи мястото и функциите на всеки елемент, тяхното взаимодействие и взаимовръзка са предварително определени от природата и подобряването на тази организация се извършва според законите на еволюцията. В техническите системи мястото и функциите на всеки механизъм, възел и детайл се определят предварително от конструктора (технолога), който го усъвършенства по време на работа. В социално-икономическите системи мястото, функциите и взаимовръзката на елементите се определят предварително от мениджъра (мениджъра), те се коригират и поддържат от него.

В зависимост от проблема, който се решава, могат да бъдат избрани различни принципи на класификация.

Системите могат да бъдат класифицирани, както следва:

Материални и иконични;

Прости и сложни;

естествени и изкуствени;

Активни и пасивни;

Отворени и затворени;

Детерминистичен (твърд) и стохастичен (мек).

Обективно реалните материални системи обикновено се дефинират като набор от обекти, обединени от някаква форма на редовно взаимодействие или взаимозависимост за изпълнение на дадена функция (железопътна линия, фабрика и т.н.).

Сред системите, създадени от човека, има и абстрактни, символни, чисто информационни системи, които са продукт на знанието - мислими, идеални и моделни системи. Техните елементи не са неща, а понятия, същности, взаимодействащи масиви и информационни потоци: например система от математически уравнения; система от аксиоми на Евклид; наборна система; логически системи; система от химични елементи; правната система от кодекси, системата на властта, системата от фирмени цели, правилата за движение и др.; и, разбира се, интернет.

По правило организациите като системи (например бизнес организации и социални организации) са специфични материални системи, но във функциите и поведението си съдържат някои свойства на абстрактни системи - системи от инструкции, правила, разпоредби, закони, счетоводство, сметки, и т.н.

За основа на класификацията на системите по сложност различните автори приемат различни характеристики: размер на системата, брой връзки, сложност на поведението на системата. Според нас разделянето на прости и сложни системи трябва да става въз основа на наличието на цел и сложността на дадена функция.

Простите системи, които нямат предназначение и външно действие (атом, молекула, кристал, механично свързани тела, часовников механизъм, термостат и др.) са неживи системи. Сложните системи, които имат предназначение и "изпълняват дадена функция", са живи системи или системи, създадени от живите: вирус, бактерия, нервна система, многоклетъчен организъм, общност от организми, екологична система, биосфера, човек и материални системи, създадени от човек - механизми, машини, компютри, интернет, индустриални комплекси, икономически системи, глобалната техносфера и, разбира се, различни организации.

За разлика от простите системи, сложните системи са способни на действия на търсене, избор и активно вземане на решения. Освен това те задължително имат памет. Всичко това са системи от конкретни материали. Те се състоят от (или включват редица) материални елементи. Ако взаимодействията между елементите са по природа на сили или трансфери на материя, енергия и информация и могат да се променят във времето, имаме работа с динамични системи. Те изпълняват функции, свързани с външната среда - функцията за защита срещу околната среда или работят за оптимизиране на околната среда, поне една външна функция - функцията за самосъхранение.

Отворената система взаимодейства значително с други системи, за да постигне своите цели. Концепцията за отворена система е въведена от Л. фон Берталанфи. Отворените системи са в състояние да обменят материя, енергия и информация с външната среда, затворените системи нямат тази способност. Всяка социално-икономическа система принадлежи към класа на отворените динамични системи. Концепцията за самоорганизация е приложима за отворени динамични системи.

Те се опитват да класифицират системите според степента на тяхната организация, което предполага структурност (добре структурирани, лошо структурирани, неструктурирани). По-късно беше предложена по-проста класификация: добре организирани и лошо организирани или дифузни системи; още по-късно, когато се появи клас самоорганизиращи се системи, съответно се появи тяхното разделяне на саморегулиращи се, самообучаващи се, самонастройващи се, самоадаптиращи се системи. Но всички тези класификации са доста условни.

слайд 2

Ние живеем в макросвята, тоест в свят, който се състои от обекти, сравними по размер с човек. Обикновено макрообектите се разделят на неодушевени (камък, леден къс и др.), Живи (растения, животни, самият човек) и изкуствени (сгради, транспортни средства, машини и механизми, компютри и др.). Макросвят. Гъливер в страната на лилипутите

слайд 3

Макрообектите се състоят от молекули и атоми, които от своя страна се състоят от елементарни частици, чиито размери са изключително малки. Този свят се нарича микросвят Микросвят. Водороден атом и водна молекула.

слайд 4

Ние живеем на планетата Земя, която е част от Слънчевата система, Слънцето, заедно със стотици милиони други звезди, образува нашата галактика Млечен път, а милиарди галактики образуват Вселената. Всички тези обекти са с огромни размери и образуват мегасвета Megaworld. слънчева система

слайд 5

Галактика Звезди и планети Макротела Молекули Атоми Елементарни частици Население Растения и животни Едноклетъчен човек Общество на знанието Изкуствени обекти (технологии)

слайд 6

Водна молекула H водороден атом може да се разглежда като система, тъй като се състои от положително зареден протон и отрицателно зареден електрон. В същото време водородният атом е включен във водната молекула, т.е. той е елемент от система от висш водород и молекула на структурно ниво

Слайд 7

Отделни обекти (устройства) интегрална система (компютър) ако едно от компютърните устройства (например процесор) бъде премахнато, компютърът ще се повреди, т.е. ще престане да съществува като система

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Свойства на системата

Всяка система има определени свойства, които на първо място зависят от набора от съставните й елементи. По този начин свойствата на химичните елементи зависят от структурата на техните атоми. Свойствата на системата също зависят от структурата на системата, тоест от вида на отношенията и връзките между елементите на системата. Ако системите се състоят от едни и същи елементи, но имат различни структури, тогава техните свойства могат да се различават значително.

Ние живеем в макрокосмосат.е. в свят, който се състои от обекти, сравними по размер с човек. Обикновено макрообектите се делят на неодушевени (камък, лед, дънер и др.), живи (растения, животни, хора) и изкуствени (сгради, превозни средства, машини и механизми, компютри и др.). Макрообектите се състоят от молекули и атоми, които от своя страна се състоят от елементарни частици, чиито размери са изключително малки. Този свят се наричамикрокосмос.Ние живеем на планетата Земя, която е част от Слънчевата система, Слънцето, заедно със стотици милиони други звезди, образува нашата галактика Млечен път, а милиарди галактики образуват Вселената. Всички тези обекти са огромни и формиранимегасвят.Цялото разнообразие от обекти на мега-, макро- и микросвета се състои от материя, докато всички материални обекти взаимодействат помежду си и следователно иматенергия . Издигнатото над земната повърхност тяло има механична енергия, нагрятият чайник има топлинна енергия, зареденият проводник има електрическа енергия, а ядрата на атомите имат атомна енергия. Околният свят може да бъде представен като йерархична поредица от обекти: елементарни частици, атоми, молекули, макротела, звезди и галактики. В същото време на нивата на молекулите и макротелата се образува клон в тази йерархична поредица - друга поредица, свързана с живата природа. В дивата природа също има йерархия: едноклетъчни - растения и животни - животински популации. Върхът на еволюцията на живота на Земята е човек, който не може да живее извън обществото. Всеки човек поотделно и обществото като цяло изучават света около себе си и натрупват знания, въз основа на които се създават изкуствени обекти.

Микросвят- това са молекули, атоми, елементарни частици - светът на изключително малки, ненаблюдаеми директно микрообекти, чието пространствено разнообразие се изчислява от 10-8 до 10-16 см, а продължителността на живота - от безкрайност до 10-24 см. с.

Макросвят- светът на стабилни форми и стойности, съизмерими с човек, както и кристални комплекси от молекули, организми, общности от организми; светът на макрообектите, чиято размерност е сравнима с мащаба на човешкия опит: пространствените величини се изразяват в милиметри, сантиметри и километри, а времето - в секунди, минути, часове, години.

Мегасвят- това са планети, звездни комплекси, галактики, метагалактики - свят с огромни космически мащаби и скорости, разстоянието в което се измерва в светлинни години, а продължителността на живота на космическите обекти - в милиони и милиарди години.

Системи и елементи.Всеки обект се състои от други обекти, тоест той е система. В същото време всеки обект може да бъде включен като елемент в система от по-високо структурно ниво. Дали един обект е система или елемент от системата зависи от гледната точка (целите на изследването).Системасе състои от обекти, наречениелементи на системата.Например, водородният атом може да се разглежда като система, тъй като се състои от положително зареден протон и отрицателно зареден електрон.

Целостта на системата.

Необходимо условие за съществуването на системата е нейното цялостно функциониране . Системата не е набор от отделни обекти, а съвкупност от взаимосвързани елементи. Например, ако съберете заедно устройствата, които изграждат компютър (процесор, RAM модули, системна платка, твърд диск, кутия, монитор, клавиатура и мишка), те не образуват система. Компютър, т.е. холистично функционираща система, се формира само след като устройствата са физически свързани помежду си, захранването е включено и операционната система е заредена.

Ако поне един елемент бъде премахнат от системата, той може да спре да функционира. Така че, ако премахнете едно от компютърните устройства (например процесора), компютърът ще се повреди, тоест ще престане да съществува като система. Взаимната връзка на елементите в системите може да има различен характер. В неживата природа взаимовръзката на елементите се осъществява с помощта на физически взаимодействия:

• в мега-светови системи (например в слънчева система) елементите взаимодействат помежду си чрез силите на всемирната гравитация;
• в макротелата има електромагнитно взаимодействие между атомите;
• в атомите елементарните частици са свързани чрез ядрени и електромагнитни взаимодействия.

В дивата природа целостта на организмите се осигурява от химичните взаимодействия между клетките, в обществото – от социалните връзки и взаимоотношения между хората, в техниката – от функционалните връзки между устройствата и т.н.

Системи и техните свойства.

В превод от гръцки думата "система" означава "връзка, цяло, съставено от части". Тези части, или елементи, са в единство, в което са подредени по определен начин, свързани помежду си и оказват едно или друго въздействие един върху друг.

Управлението също има свойството да бъде систематично, така че започваме изучаването на неговия механизъм с запознаване с основните положения на теорията на системите. В съответствие с него всяка система има редица основни характеристики.

Първо, както вече беше споменато, това е набор от елементи или отделни части, избрани по един или друг принцип, които са негови структурообразуващи фактори и играят ролята на подсистеми. Последните, макар и относително независими, взаимодействат по различни начини в рамките на системата; в най-простата си форма, като са близо и съседни един на друг; по-сложни форми на взаимодействие са обусловеността (пораждането на един елемент от друг) и взаимното влияние, упражнявано от тях един върху друг. За да се запази системата, такова взаимодействие трябва да бъде хармонично.

В резултат на взаимодействието елементите и формират общосистемни качества, тоест признаци, характерни за системата като цяло и всеки от тях поотделно (например човешкото тяло като цяло и всеки от неговите органи извършват метаболитни процеси, имат нервни клетки, постоянно се актуализират и т.н.

Свойствата на елементите (подсистемите) определят мястото на последните във вътрешната организация на системата и се реализират в техните функции. Това се проявява в определено въздействие върху други елементи или обекти, които са извън системата и са способни да възприемат, трансформират и променят това влияние в съответствие с него.

Второ, системата има граници, които я разделят от околен свят. Тези граници могат да бъдат "прозрачни", позволяващи проникване в системата на външни въздействия, и "непрозрачни", плътно отделящи я от останалия свят. Системи, които осъществяват свободен двупосочен обмен на енергия, материя, информация с околната среда, се наричат ​​отворени; в противен случай говорим за затворени системи, които функционират относително независимо от околната среда.

Ако системата изобщо не получава ресурси отвън, тя има тенденция да се разпадне (ентропия) и престава да съществува (например часовник спира, ако не е стартиран).

Отворените системи, които независимо черпят необходимите им ресурси от външната среда и ги трансформират, за да задоволят нуждите си, по принцип са неизчерпаеми. В същото време недостатъчният или обратното, прекалено активният обмен с околната среда може да разруши системата (поради липса на ресурси или невъзможност за асимилирането им поради прекомерно количество и разнообразие). Следователно системата трябва да бъде в състояние на вътрешно равновесие и баланс с околната среда. Това гарантира оптималното му приспособяване към него и успешно развитие.

Отворените системи се стремят към постоянна промяна чрез специализация, диференциация, интеграция на елементи. Това води до усложняване на отношенията, подобряване на самата система, позволява постигане на цели по много начини (за затворените е възможен само един), но изисква допълнителни ресурси.

на трето място, всяка система има определена структура, тоест подреден набор от взаимосвързани елементи (понякога в ежедневието понятието структура се използва като синоним на понятието организация).

Подредеността дава на системата вътрешна организация, в рамките на която взаимодействието на елементите е подчинено на определени принципи, закони. Системи, при които такава организация е минимална, се наричат ​​неподредени, например тълпа на улицата. Структурата може в една или друга степен да зависи от характеристиките на самите елементи (например отношенията в чисто женски, мъжки, детски или смесени колективи не са еднакви).

Четвърто, във всяка система има определено изрично системообразуващо отношение или качество, което в една или друга степен се проявява във всички останали, осигурява тяхното единство и цялост. Ако се определя от характера на системата, тогава се нарича вътрешен, в противен случай - външен. В същото време вътрешните отношения могат да се разпространят в други системи (например чрез имитация, заемане на опит). Възможността за реализиране на отношенията и свойствата на системата изключително върху тази основа (субстрат) я прави уникална. В социалните системи освен явна системообразуваща връзка може да има имплицитни.

Пето, всяка система има определени свойства. Мултикачественият характер на системата е следствие от безкрайността на връзките и отношенията, които съществуват на различните й нива. Качествата се проявяват по отношение на други обекти, освен това по различен начин. Например, едно и също лице в ролята на лидер може да крещи на подчинените и да се подиграва на прекия си началник. Качествата на системата в известна степен влияят върху качеството на включените в тях елементи, трансформират ги. Способността да се постигне това характеризира силата на системата.

На шесто, системата се характеризира с появата, тоест появата на качествено нови свойства, които отсъстват от нейните елементи или не са характерни за тях. По този начин свойствата на цялото не са равни на сумата от свойствата на частите, въпреки че зависят от тях, а елементите, обединени в системата, могат да загубят свойствата, присъщи им извън системата, или да придобият нови.

неидентичностсумата от качествата на елементите на качествата на системата като цяло се дължи на наличието на структура, следователно структурните трансформации водят до качествени, но последните могат да възникнат и поради количествени промени. Така една система може да се промени качествено, без да променя структурата си, и в рамките на един и същ количествен състав могат да съществуват няколко качествени състояния.

Седмо, системата има обратна връзка, която се разбира като определена реакция на нея като цяло или на отделни елементи към импулсите и външните влияния един на друг.

Графен- най-тънкият познат на човечеството материал, с дебелина само един въглероден атом. Той влезе в учебниците по физика и в нашата реалност през 2004 г., когато изследователи от университета в Манчестър, Андре Гейм и Константин Новоселов, успяха да го получат с помощта на обикновена лента за последователно разделяне на слоеве от обикновен кристален графит, познат ни под формата на молив. .

Популярността на графена сред изследователи и инженери нараства с всеки изминал ден, тъй като има необичайни оптични, електрически, механични и термични свойства. Много експерти прогнозират в близко бъдеще възможна замяна на силициевите транзистори с по-икономични и високоскоростни графенови.

Графит- минерал, най-често срещаният и стабилен в земната коравъглеродна модификация. Структурата е слоеста. Огнеупорен, електропроводим, химически устойчив. Използва се в производството на тигли за топене, в леярството, в производството на електроди, алкални батерии, моливи и др. Чистите изкуствени графитни блокове се използват в ядрената технология, като покритие за дюзи на ракетни двигатели и др.

Диаманте кристален въглерод. Въглеродът съществува в няколко твърди алотропни модификации, т.е. в различни форми с различни физични свойства. Диамантът е една от модификациите на въглерода и най-твърдото известно вещество (твърдост 10 по скалата на Моос).

Вижте съдържанието на документа
"Разработване на урок по информатика"

Разработка на урок по информатика

Оценка: 9

Едукова М.В.

Тема на урока: Светът около нас йерархична система.

Цели на урока:

Образователни - да се усвоят понятията "система", "йерархия", да се осъзнае, че светът около нас е йерархична система, в която всички елементи са взаимосвързани.

Образователни - формиране на комуникативни умения, умение за работа в група, сътрудничество.

Развитие - да се формира способността да се изграждат причинно-следствени връзки, да се аргументира вашата гледна точка.

Оборудване на урока:

Компютър, проектор

Интерактивна дъска.

Карти с текстове за анализ.

Слайдове с изображения.

Видео "От Големия взрив до наши дни за 90 секунди."

Техники, използвани в урока:

1. "Дебели" и "тънки" въпроси.

2. Критично мислене- Метод "Вмъкване".

3. Проблемно-търсен метод.

4. Sincwine.

Междупредметни връзки:астрономия, химия, социални науки.

Структура на урока:

Организиране на времето.

поставяне на цели. На екрана се пуска филмът „Историята на сътворението на света за 90 секунди” (Приложение № 1). Въпрос: За какво ще говорим днес? Каква е темата на урока? (за еволюцията, за света, за развитието на Вселената). Какво бихте искали да научите в клас? Какви интересни, нови неща искате да вземете със себе си днес?

Актуализиране на знанията, UUD в началото на урока.

На интерактивната концептуална дъска (Приложение 2):

Работа по двойки: всеки ученик трябва да направи 3 изречения, използвайки някоя от тези думи, прочетени на съсед по бюрото.

Фронтална работа: чрез плъзгане върху интерактивната дъска подредете всички тези думи в схема.

Въпроси: Защо изградихте веригата по този начин? Какво мислите, че трябва да има най-отгоре, в долната част на диаграмата?

Дискусия, пренареждане на елементи.

Първично възприемане на теоретичен учебен материал.

Напишете определение:

Йерархия - редът на подчинение на по-ниските връзки към по-високите, тяхната организация в структура като "дърво» .

Разделете учениците на групи. Родените през пролетта - 1-ва група, през лятото - 2-ра, през есента - 3-та, през зимата - 4-та.

Задачи за групи:

Дайте примери за подаване:

2. в държавата

   в дивата природа

5. Актуализиране на знанията:

Слайд с изображения (Приложение 2): автомобилен двигател, слънчева система, човешка кръвоносна система, система от уравнения.

Отговорете на въпросите: Какво общо имат снимките? (състоят се от елементи), Какви са имената на обекти, които се състоят от други обекти? (системи) Какво се случва, ако поне 1 елемент бъде премахнат от системата? (няма да функционира).

Заключение: в системата всички елементи са взаимосвързани.

Рецепция "вложка".

На децата се дава текст (Приложение 3). Докато четете текста, е необходимо да правите бележки в полетата и след като прочетете текста, попълнете таблицата, където иконите ще станат заглавия на колоните на таблицата: “V” - вече знаех; "+" - нов; "-" - мислено различно; "?" - Не разбирам, има въпроси.

Текстова дискусия.Системи графит, графен и диамант ли са? (Да, тъй като кристалните решетки са съставени от много елементи.) Съставните елементи са еднакви (въглеродни атоми), защо веществата са различни? (подредени по различен начин в решетката, графитът е наслоен, графенът е от един слой).

Заключение:системи от едни и същи елементи могат да бъдат различни.

На слайда са имената на всички ученици от класа.

Между вас има официални (делови) и неформални (приятелски) връзки.

Официалните комуникации, свързани с ученето, ви свързват в единен екип от клас, докато неформалните групи се формират спонтанно, обединявайки хората според интересите и общите личностни черти.

Рисувайте със стрелки на интерактивната дъска (Приложение 2) неофициаленвръзки между вас. (децата излизат, намират името си, показват връзки с приятели на графиката с едностранни или двустранни стрелки)

Заключение:елементите в системите могат да бъдат свързани по различни начини.

Нека формулираме свойствата на системите.

интегритет

връзка между елементите

връзка с околната среда

организация и др.

Огледайте се, какво виждате наоколо? (хора, мебели, дървета извън прозореца). Какво не можете да видите, но е около вас? (микроорганизми, атоми, молекули, планета Земя, други планети, галактики). Значи сме в различни светове?

Светът, състоящ се от обекти, сравними по размер с човек, е - макросвят. Мегасвят- състои се от огромни, в сравнение с човек, обекти - планети, звезди, галактики. Най-малките организми, невидими за окото, вируси, молекули на вещества - това е микрокосмос.

Проблемни въпроси:

как да претеглите молекула (1 опция)

как да претегля планетата? (Вариант 2)

Вземат се най-неочакваните и нестандартни решения.

6. Рефлексия.

Съставете синкайн за думата "система"

(например:

цял, организиран

функциониране, колапс, взаимодействие

Нашият свят е йерархична система.

Микро, макро и мега свят. Ние живеем в макрокосмоса, т.е. в свят, който се състои от обекти, сравними по размер с човек. Обикновено макрообектите се разделят на неодушевени (камък, леден къс, дънер и др.), Живи (растения, животни, самият човек) и изкуствени (сгради, транспортни средства, машини и механизми, компютри и др.).

Макрообектите се състоят от молекули и атоми, които от своя страна се състоят от елементарни частици, чиито размери са изключително малки. Този свят се нарича микросвят.

Ние живеем на планетата Земя, която е част от Слънчевата система, Слънцето, заедно със стотици милиони други звезди, образува нашата галактика Млечен път, а милиарди галактики образуват Вселената. Всички тези обекти са с огромни размери и образуват мега свят.

Цялото разнообразие от обекти на мега-, макро- и микросвета се състои от материя, докато всички материални обекти взаимодействат помежду си и следователно имат енергия. Издигнатото над земната повърхност тяло има механична енергия, нагрятият чайник има топлинна енергия, зареденият проводник има електрическа енергия, а ядрата на атомите имат атомна енергия.

Околният свят може да бъде представен като йерархична поредица от обекти: елементарни частици, атоми, молекули, макротела, звезди и галактики. В същото време на нивата на молекулите и макротелата се образува клон в тази йерархична поредица - друга поредица, свързана с живата природа.

В дивата природа също има йерархия: едноклетъчни - растения и животни - животински популации.

Върхът на еволюцията на живота на Земята е човек, който не може да живее извън обществото.

Всеки човек поотделно и обществото като цяло изучават света около себе си и натрупват знания, въз основа на които се създават изкуствени обекти.

Ориз. 12.1.

Системи и елементи. Всеки обект е съставен от други обекти, т.е. е система. От друга страна, всеки обект може да бъде включен като елемент в система от по-високо структурно ниво. Дали един обект е система или елемент от системата зависи от гледната точка (целите на изследването).

Системата се състои от обекти, които се наричат ​​елементи на системата.

Например, водородният атом може да се разглежда като система, тъй като се състои от положително зареден протон и отрицателно зареден електрон.

От друга страна, водороден атом влиза във водна молекула, т.е. е елемент от система от по-високо структурно ниво.

Ориз. 12.2.

Целостта на системата. Необходимо условие за съществуването на системата е нейното цялостно функциониране. Системата не е набор от отделни обекти, а съвкупност от взаимосвързани елементи.

Взаимната връзка на елементите в системите може да има различен характер. В неживата природа взаимовръзката на елементите се осъществява с помощта на физически взаимодействия:

• ? в системите на мега света (например в Слънчевата система) елементите взаимодействат помежду си чрез силите на универсалната гравитация;
• ? макротела има електромагнитно взаимодействие между атомите;
• ? атомите елементарни частици са свързани чрез ядрени и електромагнитни взаимодействия.

В дивата природа целостта на организмите се осигурява от химичните взаимодействия между клетките, в обществото – от социалните връзки и взаимоотношения между хората, в техниката – от функционалните връзки между устройствата и т.н.

Например, ако съберете куп устройства, които са част от компютър (монитор, корпус, дънна платка, процесор, RAM модули, твърд диск, клавиатура и мишка), тогава те не образуват система. Компютър, т.е. холистично функционираща система се формира само след като устройствата са физически свързани едно с друго, захранването е включено и операционната система е заредена.

Ако поне един елемент бъде премахнат от системата, той може да спре да функционира. Така че, ако премахнете едно от устройствата на компютъра (например процесора), компютърът ще се повреди, т.е. престават да съществуват като система.

Ориз. 12.3.

Системни свойства. Всяка система има определени свойства, които на първо място зависят от набора от съставните й елементи. По този начин свойствата на химичните елементи зависят от структурата на техните атоми.

Водородният атом се състои от две елементарни частици (протон и електрон), а съответният химичен елемент е газ.

Литиевият атом се състои от три протона, четири неутрона и три електрона, а съответният химичен елемент е алкален метал.

Ориз. 12.4.

Свойствата на системата също зависят от структурата на системата, т.е. върху вида на отношенията и връзките между елементите на системата. Ако системите се състоят от едни и същи елементи, но имат различни структури, тогава техните свойства могат да се различават значително. Например диамантените, графитните и въглеродните нанотръби са изградени от едни и същи атоми (въглеродни атоми), но начинът, по който атомите се свързват (кристални решетки) се различава значително.

В кристалната решетка на диаманта взаимодействието между атомите е много силно във всички посоки, така че той е най-твърдото вещество на планетата и съществува под формата на кристали.

В кристалната решетка на графита атомите са подредени на слоеве, между които взаимодействието е слабо, така че той лесно се разпада и се използва в глифи за моливи.

Въглеродната нанотръба е равнина на графитната кристална решетка, навита в цилиндър. Нанотръбите са много издръжливи на опън (въпреки че имат дебелина на стената от един въглероден атом). Нишка от нанотръби, дебела колкото човешки косъм, може да издържи товар от стотици килограми. Електрическите свойства на нанотръбите могат да се променят, което ги прави един от основните материали на наноелектрониката.

Ориз. 12.5.

Контролни въпроси и задачи

• 1. Дайте примери за системи в света.
• 2. Устройствата, които изграждат компютъра, образуват ли система: преди сглобяване? След сглобяване? След включване на компютъра?
• 3. От какво зависят свойствата на системата? Дайте примери за системи, състоящи се от едни и същи елементи, но с различни свойства.