Естествознание 10 класс (Урок№46 - Самоорганизация. Причины и условия.)
Естествознание 10 класс (Урок№46 - Самоорганизация. Причины и условия.) Самоорганизующиеся системы Из примеров самоорганизующихся систем, становится очевидным, что не только «жизнь создаёт порядок», законы самоорганизации оказываются общими как для живой, так и для неживой природы. Однако каким же образом из бесструктурной субстанции самообразуются временные и пространственные упорядоченные структуры? Чтобы это понять, необходимо выяснить, что общего во всех системах, способных к самоорганизации. Цель: - расширение представлений о свойствах систем, способных к самоорганизации, и механизме самоорганизации. Задачи: - проанализировать характеристики систем, способных к самоорганизации; - освоить понятия «открытая система», «флуктуации», «нелинейность», «бифуркации»; - осмыслить процесс самоорганизации систем. мы узнаем: - какими характерными свойствами обладают системы, способные к самоорганизации; - каков механизм самоорганизации; - как на опыте убедиться в возможностях бифуркаций при развитии сложных систем во времени; мы научимся: - синтезировать знания для обобщённой характеристики самоорганизующихся систем; - сравнивать характеристики различных систем. Самоорганизация происходит в открытых неравновесных системах. Большое количество частиц, образующее систему делает возможным спонтанное возмущение – флуктуации. Самоорганизация системы из хаоса является результатом множества всевозможных состояний, заложенных в системе. В точке бифуркации система делает самопроизвольный отбор наиболее адаптивной в сложившихся условиях структуры. Поэтому эволюция систем, способных к самоорганизации, описывается нелинейными уравнениями. Такой подход позволяет рассматривать развитие любых открытых систем независимо от их природы (физической, химической, биологической, социальной и др.) Самоорганизация с образованием временных структур Простейший эксперимент можно осуществить, имея усилитель (например, магнитофон) и поднося микрофон к громкоговорителю. При этом может возникнуть гудение или свист, обусловленные автогенерацией электрического сигнала, т. е. спонтанным возникновением электромагнитных колебаний. При малом усилении или большом расстоянии между микрофоном и громкоговорителем мы услышим лишь бесструктурные шумы (Аудио А-1). Эти шумы обусловлены тем, что электрический ток, проходящий через громкоговоритель, не является строго постоянным, а хаотически изменяется в малых пределах, что, в свою очередь, вызвано флуктуациями плотности электронов. Если увеличивать усиление или подносить микрофон ближе к громкоговорителю, начиная с некоторого момента спонтанно может возникнуть гудение или свист, обусловленный автогенерацией электрического сигнала (Аудио А-2). Объясняется это тем, что в силу обратной связи, осуществляемой подачей выходного сигнала на вход, уравнения, описывающие процессы в усилителе, являются нелинейными. При малом усилении (слабой обратной связи) отклонения от линейного приближения малы и флуктуации не приводят к существенному изменению тока. При увеличении усиления (усилении обратной связи), начиная с некоторого порога, изменения тока, обусловленные флуктуациями, начинают разрастаться, система выходит из первоначального состояния и возникает генерация. Данный пример иллюстрирует процесс самоорганизации с образованием временных структур.
Естествознание 10 класс (Урок№46 - Самоорганизация. Причины и условия.) Самоорганизующиеся системы Из примеров самоорганизующихся систем, становится очевидным, что не только «жизнь создаёт порядок», законы самоорганизации оказываются общими как для живой, так и для неживой природы. Однако каким же образом из бесструктурной субстанции самообразуются временные и пространственные упорядоченные структуры? Чтобы это понять, необходимо выяснить, что общего во всех системах, способных к самоорганизации. Цель: - расширение представлений о свойствах систем, способных к самоорганизации, и механизме самоорганизации. Задачи: - проанализировать характеристики систем, способных к самоорганизации; - освоить понятия «открытая система», «флуктуации», «нелинейность», «бифуркации»; - осмыслить процесс самоорганизации систем. мы узнаем: - какими характерными свойствами обладают системы, способные к самоорганизации; - каков механизм самоорганизации; - как на опыте убедиться в возможностях бифуркаций при развитии сложных систем во времени; мы научимся: - синтезировать знания для обобщённой характеристики самоорганизующихся систем; - сравнивать характеристики различных систем. Самоорганизация происходит в открытых неравновесных системах. Большое количество частиц, образующее систему делает возможным спонтанное возмущение – флуктуации. Самоорганизация системы из хаоса является результатом множества всевозможных состояний, заложенных в системе. В точке бифуркации система делает самопроизвольный отбор наиболее адаптивной в сложившихся условиях структуры. Поэтому эволюция систем, способных к самоорганизации, описывается нелинейными уравнениями. Такой подход позволяет рассматривать развитие любых открытых систем независимо от их природы (физической, химической, биологической, социальной и др.) Самоорганизация с образованием временных структур Простейший эксперимент можно осуществить, имея усилитель (например, магнитофон) и поднося микрофон к громкоговорителю. При этом может возникнуть гудение или свист, обусловленные автогенерацией электрического сигнала, т. е. спонтанным возникновением электромагнитных колебаний. При малом усилении или большом расстоянии между микрофоном и громкоговорителем мы услышим лишь бесструктурные шумы (Аудио А-1). Эти шумы обусловлены тем, что электрический ток, проходящий через громкоговоритель, не является строго постоянным, а хаотически изменяется в малых пределах, что, в свою очередь, вызвано флуктуациями плотности электронов. Если увеличивать усиление или подносить микрофон ближе к громкоговорителю, начиная с некоторого момента спонтанно может возникнуть гудение или свист, обусловленный автогенерацией электрического сигнала (Аудио А-2). Объясняется это тем, что в силу обратной связи, осуществляемой подачей выходного сигнала на вход, уравнения, описывающие процессы в усилителе, являются нелинейными. При малом усилении (слабой обратной связи) отклонения от линейного приближения малы и флуктуации не приводят к существенному изменению тока. При увеличении усиления (усилении обратной связи), начиная с некоторого порога, изменения тока, обусловленные флуктуациями, начинают разрастаться, система выходит из первоначального состояния и возникает генерация. Данный пример иллюстрирует процесс самоорганизации с образованием временных структур.