Экология и физика: взаимосвязь и влияние

На первый взгляд экология и физика кажутся понятиями просто несовместимыми. Однако это далеко не так. Дело в том, что результаты исследований физики и внедрение их в промышленное производство являются одним из самых главных источников, загрязняющих окружающую среду. Широко используют эту науку атомная промышленность

Взаимосвязь экологии и физики

Существует несколько разъяснений термина дисциплины, изучающей состояние окружающей среды на нашей планете. Название «экология» было предложено немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г. Это самостоятельная наука, которую относят к биологической сфере изучения окружающего мира.

Одним из толкований термина «экология» в современном обществе является уровень техногенного загрязнения биосферы, почвы и водных ресурсов. Такое понимание науки является максимально «физическим». Еще в начале 20 в. в работах таких исследователей, как В.И. Вернадский и А.А. Богданов, была высказана мысль о том, что законы организации существуют не только в живой природе. Есть они и в неживой.

В начале 30-х годов прошлого столетия на смену физике, разработанной Ньютоном, пришло квантовое ее направление. И в те годы В.И. Вернадский писал о том, что человек является миниатюрным космосом или квантовой системой.

Проблемы экологии

На нынешнем этапе развития общества исследователи строят научную картину мира исходя из физических законов природы, которые в обязательном порядке отражают и учитывают все нарастающие проблемы экологии. Деятельность человека настолько сильно влияет на нашу планету, что подобное вторжение должно быть заключено в определенные рамки и определенным образом отрегулировано. В противном случае мир может оказаться перед фактом наступления экологической катастрофы.

Воспитание подрастающего поколения

Для решения проблем, существующих в окружающей нас природной среде, важно принимать все возможные меры. Одной из них является правильная организация экологического воспитания и образования подрастающего поколения. Школьники должны хорошо ориентироваться в законах природы и во взаимосвязи существующих в ней явлений, а также уметь оценивать и предвидеть последствия вмешательства человека в живой мир планеты Земля.

Общеобразовательные программы в нашей стране включают в себя экологическое образование в качестве междисциплинарного предмета. Самостоятельный курс по данному направлению не ведется. При этом подобное образование входит в содержание таких предметов, как география и природоведение, химия и биология. Тесную связь между собой имеют также экология и физика.

Появление новых дисциплин

Все процессы, происходящие в живой природе, находят свое описание в той или иной науке. Но порой существует одновременное использование одних и тех же положений и методик различными дисциплинами. Именно поэтому начали возникать новые направления научной деятельности. Это физическая химия и химическая физика, физическая медицина и медицинская физика. Однако наиболее уместно это сочетание при описании достижений физики и науки, изучающей среду обитания человека.

Вибрация и шум

Подобные явления наиболее ярко описывают взаимосвязь физики и экологии.

Рассмотрим понятие вибрации. Она представляет собой незначительные механические колебания, которые можно наблюдать в физических телах. В этом случае как физика связана с экологией? Вибрацию относят к факторам, обладающим высокой биологической активностью, оказывающим воздействие на человека. Различные виды этого явления, особенно те, которые имеют техногенное происхождение, служат причинами разнообразных патологических состояний нашего организма. Вибрационные заболевания стоят на втором месте после пылевых при рассмотрении профессиональных недугов.

Еще как физика связана с экологией? Посредством изучения шумов. Это понятие служит для определения совокупности звуков различной частоты и интенсивности. Например, разговорная речь находится в диапазоне от 50 до 60 Дб, а громкая музыка оценивается в 70 Дб. Шум оказывает влияние на физиологическую активность человека и на весь его организм. При воздействии высокого уровня звуков могут наступить различные патологии, вплоть до снижения слуха и глухоты. И здесь имеет тесную связь экология и медицинская физика. Изучаемые этими дисциплинами вопросы становятся актуальны в связи с использованием людьми, особенно подрастающим поколением, мобильных телефонов и плееров.

Электромагнитные поля

Экология и физика имеют тесную связь в изучении ЭМП на здоровье человека. При этом особое внимание уделяется слабым и сверхслабым электромагнитным полям, которые распространяет современная бытовая техника и различные средства связи, включая компьютеры, мобильные телефоны и другие гаджеты.

На нашей планете существуют естественные ЭМП. В их окружении происходило формирование всего многообразия форм и видов живых организмов. Существуют такие поля и сегодня. Есть они низкочастотные (до сотен килогерц). Сюда относят естественный магнетизм, имеющийся в горных породах, атмосферное электричество, отливные и приливные морские явления, потоки частиц космического происхождения.

Одновременно с этим существуют и ЭМП искусственного происхождения. Их изучением занимается физика и экология быта. Подобные излучения будут совершенно безопасными для человека, если по своей абсолютной величине они не превысят естественного фона планеты. К искусственным ЭМП можно отнести поля, создаваемые радиоэлектронными устройствами, телевидением и радиовещанием, а также стационарной и мобильной связью. Воздействию этих факторов подвергается большинство современных людей. В результате проведенных исследований было доказано негативное влияние искусственных ЭМП на состояние здоровья человека. При этом единственным высокочувствительным индикатором данного воздействия является вода, из которой в основном и состоит наш организм. ЭМП меняют ее структуру, подавляя при этом функциональную активность жидкости.

Как физика помогает экологии в данном случае? Перед учеными ставятся задачи разработки эффективных методов детектирования ЭМП и методик, позволяющих обеспечить безопасность всех живых организмов.

Компьютерная, а также офисная техника

При рассмотрении вопроса о степени вредного воздействия ПК также задействованы такие дисциплины, как экология и физика. Причем персональные компьютеры негативно влияют на наше здоровье в большей степени, чем любые другие гаджеты. Согласно проведенным исследованиям, уже спустя 45 минут работы на ПК пользователь, не имеющий средств защиты, получает значительные перегрузки всех регуляторных систем своего организма.

Опасность для человека представляет и такое офисное оборудование, как телефон-факс и копировальная техника. Существуют даже определенные группы людей, имеющих психологические и физиологические особенности, которым вообще не рекомендуется работать за компьютером. Одна из таких категорий – дети.

Причем ПК представляют опасность не только для тех, кто непосредственно сидит за экраном монитора. Электромагнитное излучение, идущее от ПК, особенно от его блока питания, распределяется в радиусе до 2,5 м. Именно поэтому воздействие офисного оборудования в настоящее время становится весомым фактором при рассмотрении электромагнитной безопасности людей.

Бытовая техника

Без верных электрических помощников не сможет обойтись сегодня ни один человек. Но стоит иметь в виду, что все бытовые приборы, работающие от сети переменного тока, являются непосредственным источником электромагнитных полей. Это СВЧ-печи и мощные холодильники, электрические плиты и морозильные камеры. Приобретая подобный прибор, необходимо обратить внимание на соответствие его санитарного паспорта требованиям установленных законодательством санитарных норм, содержащихся в МСанПиН 001-96.

Ионизирующее излучение

Где используется физика в экологии? Примеры такой взаимосвязи можно наблюдать при изучении радиоактивного излучения. Его действие на биологические объекты вызывает либо детерменированный пороговый эффект, либо стохастический беспороговый.

Острым поражающим фактором является однократное облучение тела человека с дозой поглощения, превышающей 0,25 Гр. Значения этой величины, находящиеся в пределах от 0,25 до 0,5 Гц, вызывают лишь кратковременные изменения состава крови. При дозе от 0,5 до 1,5 Гц у человека возникает чувство усталости, а порой и такое негативное явление, как рвота.

На сегодняшний день исследователи хорошо изучили те последствия для организма человека, которые несет в себе ионизирующее излучение. В соответствии с полученными результатами имеются разработки разнообразных медико-профилактических мероприятий, которые способны защитить организм от поступления в него радионуклидов.

Тепловые машины

В повседневной жизни нам приходится постоянно встречаться с различными двигателями. Они служат для того, чтобы привести в движение автомобили и самолеты, трактора и корабли, а также железнодорожные локомотивы. Тепловыми машинами, как правило, вырабатывается и электрический ток. Именно появление и дальнейшее развитие этого вида технических устройств содействовало бурному развитию промышленности в 18-20 вв.

На сегодняшний день можно с уверенностью сказать о том, что самую тесную взаимосвязь имеют тепловые машины и экология. Физика как наука рассматривает вопросы тепловых потерь подобных двигателей, которые являются причиной повышения внутренней энергии не только окружающих тел, но и атмосферы. Такое влияние вызывает парниковый эффект в атмосфере, который негативно сказывается на состоянии природы.

Кроме того, вредное воздействие на экологию оказывают двигатели внутреннего сгорания самолетов, автомобилей, а также топки, необходимые для работы тепловых электростанций. Все они загрязняют атмосферу весьма вредными для нашего здоровья веществами, которые после попадают в водоемы и почву. Все это вызывает катастрофические изменения в окружающей нас среде.

Какие мероприятия по физике связаны с экологией? В нашей стране с загрязнением воздуха ведется активная борьба. Она заключается в повышении КПД двигателей тепловых машин, использовании ими более эффективного топлива, а также установке улавливателей дымовых газов. На ТЭЦ и прочих объектах подобного типа происходит внедрение технологии комплексной переработки сырья, а также возводятся вытяжные трубы большой длины.

Состояние веществ

При изучении данной темы ясно просматривается связь, которую имеет физика в экологии. Примеры тому можно найти в таком природном явлении, как круговорот воды. При изучении темы, касающейся парообразования и конденсации, явно просматривается связь этих двух наук. Ведь в природе при любых температурных условиях происходит испарение влаги с поверхности почв и водоемов.

При этом вода, переходящая в состояние пара, конденсируется в верхних слоях атмосферы. Благодаря данному явлению образуются белоснежные облака, и на землю выпадает роса, град или снег. В природе существует определенный баланс между тем количеством воды, которое испаряется с поверхности земли, и тем, которое находится в атмосфере.

В этом случае как физика влияет на экологию? Человек, обладающий мощной техникой, созданной с помощью этой науки, способен уничтожить водоемы, что приведет к нарушению природного равновесия. Новое состояние явится непривычным для живых организмов, обитающих в данной местности. Именно поэтому перед тем как произвести вторжение в природу, человеку важно оценить все возможные последствия своих действий.

Диффузия

Данное явление изучается на уроках физики. Однако одновременно с его рассмотрением ученики должны узнать о том, диффузия в природе порой является причиной того, что в почве, воздухе и в воде распространяются загрязняющие вещества.

Примером тому может служить работа металлургических заводов. При небольшой скорости рассеивания выбрасываемых через их трубы газов вероятно скопление вредных веществ над той местностью, где находится производство. Далее, вследствие диффузии, опасные элементы проникают в растения, а также в организм животных и человека.

Формы обучения

В каком случае достигается полноценная реализация возможностей для получения учащимися экологического образования? Для этого необходимо применение всех форм подачи материала, которые представляют собой урочные и внеурочные работы, факультативные занятия, решение задач по физике с экологическим содержанием.

Важным условием успеха станет проведение детьми различных исследовательских работ, рассматривающих вопросы охраны окружающей среды и здоровья человека. Хорошо запомнить поданный материал позволит и рассказанная учителем экологическая сказка по физике. Экология в ней должна присутствовать в образе главных и второстепенных героев, их действий и путей достижений цели.

Так как на уроках по физике педагог большое внимание уделяет решению задач, важно не просто наделить экологическим содержанием их условие, но и привлечь учащихся к обсуждению решения с точки зрения существующих проблем, касающихся использования топливных и энергетических ресурсов, экологизации транспорта, промышленности, а также сельского хозяйства.