Учебник «Естественно-научные основы физической культуры и спорта»
Учебник «Естественно-научные основы физической культуры и спорта» под редакцией А.В.Самсоновой и Р.Б.Цаллаговой предназначен для студентов первого курса институтов физической культуры и спорта. В учебнике четыре раздела: математика, физика, химия и биология с основами экологии. Эти разделы входят в учебный курс » Естественно-научные основы физической культуры и спорта.
ISBN 978-5-9718-0697-4
Естественно-научные основы физической культуры и спорта: учебник /под ред. А.В. Самсоновой, Р.Б. Цаллаговой.- М: Советский спорт, 2014.- 456 с. ил.
ISBN 978-5-9718-0697-4
Учебник написан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки 034300 (62) — Физическая культура (квалификация «бакалавр»). Учебник составляют четыре раздела дисциплины «Естественно-научные основы физической культуры и спорта: математика, физика, химия, биология с основами экологии.
Предназначен для студентов дневной и заочной форм обучения высших и средних учебных заведений физической культуры.
Введение
Образование в области физической культуры базируется на специальных дисциплинах естественнонаучного цикла: анатомии, биохимии, биомеханики, физиологии, спортивной медицине и другим. Но сегодня, в век развития информационных технологий, определяющих стремительное развитие науки во всех сферах деятельности человека на передний план выдвигаются фундаментальные знания специалиста. Всё большую роль в развитии общества играет процесс, который получил название «математизация знаний».
Начавшийся ещё в первой половине ХХ века процесс математизации знаний на рубеже веков дошёл до гуманитарных дисциплин. Почти все гуманитарные науки используют математический язык для описания изучаемых ими объектов (процессов, явлений). Без математики невозможно изложение физики, химии и биомеханики. Этим объясняется тот факт, что именно с математики начинается предлагаемый читателю учебник.
В настоящем учебнике объединены дисциплины, входящие в цикл «Естественно-научные основы физической культуры и спорта». Это позволит студентам иметь одну книгу, по которой можно учиться по перечисленным дисциплинам, не прибегая к помощи других учебных пособий.
К сожалению, количество часов, предусмотренное программой и планом обучения на усвоение каждой из дисциплин цикла «Естественно-научные основы физической культуры и спорта» невелико. Поэтому авторы основное внимание уделили только тем темам, которые крайне необходимы студентам при последующем обучении.
Учебник состоит из четырех разделов, соответствующих основной образовательной программе направления подготовки 034300 (62) – физическая культура для дисциплины «Естественно-научные основы физической культуры и спорта». Каждый раздел учебника содержит список условных обозначений, контрольные вопросы, глоссарий и рекомендуемую литературу.
Материал представлен в доступной для студентов форме, по мере возможности упрощено изложение, главным образом в области терминологии. Особое внимание уделено вводной части каждой крупной темы. Разделы разбиты на подразделы, внутри текста тем или иным способом выделяются те или иные положения, важные для усвоения материала. Мы надеемся, что все это облегчит усвоение студентами предлагаемой информации.
Раздел «Математика» выступает как дисциплина-пререквизит для дисциплин: физика, биомеханика и спортивная метрология. В нём излагаются необходимые элементы элементарной математики, математического анализа, аналитической геометрии и теории дифференциальных уравнений.
Раздел «Физика» выступает как дисциплина-пререквизит курса биомеханики и в нём основное внимание уделено классической механике.
Раздел «Химия» выступает как дисциплина-пререквизит курса биохимии и других дисциплин медико-биологического цикла.
Раздел «Биология с основами экологии» выступает как дисциплина-пререквизит для большинства дисциплин медико-биологического цикла. В нём наряду с фундаментальными знаниями содержится и факультативная информация по некоторым специальным областям. В первую очередь это прикладные аспекты биологии, подчеркивающие её возрастающую роль в современном мире (например, прикладная генетика в области физической культуры и спорта). В учебнике достаточно широко освещена экологическая тематика с изучением неблагоприятного воздействия ряда факторов на здоровье человека. Включено новое вводное обсуждение вопросов систематики организмов.
Учебник подготовлен сотрудниками кафедр биомеханики, биохимии, профилактической медицины и основ здоровья НГУ им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург с участием специалистов родственных кафедр других вузов.
Авторский коллектив.
Редакторы: А.В. Самсонова, Р.Б. Цаллагова
Раздел 1. Математика: А.Г. Катранов, В.В. Азанчевский
Раздел 2. Физика: А.Б. Яковлев, А.В. Самсонова
Раздел 3. Химия: И.М. Зубина, Э.А. Фактор
Раздел.4. Биология с основами экологии: А.В. Кьергаард, Р.Б. Цаллагова, О.Е. Симакина.
Авторы благодарят: Н.А. Катранову, А.А. Комарову, Г.А. Самсонова, М.А. Борисевич за подготовку качественных иллюстраций и оформление текста.
Авторы
СОДЕРЖАНИЕ
| РАЗДЕЛ 1. МАТЕМАТИКА | |
| Список сокращений | |
| ГЛАВА 1. Элементарная математика | |
| 1.1. Числовые множества | |
| 1.2. Абсолютная и относительная погрешности | |
| 1.3. Системы координат на прямой и плоскости | |
| 1.4. Уравнение прямой на плоскости | |
| 1.5. Кривые на плоскости | |
| ГЛАВА 2. Линейная алгебра | |
| 2.1. Векторная алгебра | |
| 2.2. Линейные алгебраические системы. Метод Крамера | |
| ГЛАВА 3. Введение в математический анализ | |
| 3.1. Определение функции | |
| 3.2. Свойства функций | |
| 3.3. Вектор-функция | |
| 3.4. Основные элементарные функции | |
| 3.5. Некоторые элементарные и неэлементарные функции | |
| 3.6. Предел функции | |
| ГЛАВА 4. Дифференциальное исчисление | |
| 4.1. Определение производной. Её физический и геометрический смысл | |
| 4.2. Таблица производных и правила дифференцирования | |
| 4.3. Частные производные | |
| 4.4. Производная вектор-функции | |
| 4.5. Исследование функций с помощью производных | |
| ГЛАВА 5. Интегральное исчисление | |
| 5.1. Определение первообразной и неопределённого интеграла | |
| 5.2. Определение определённого интеграла и его свойства | |
| 5.3. Приложения определённого интеграла | |
| 5.4. Интегрирование вектор-функции | |
| 5.5. Криволинейный интеграл | |
| 5.6. Определение двойного и тройного интеграла | |
| ГЛАВА 6. Обыкновенные дифференциальные уравнения | |
| 6.1. Основные определения | |
| 6.2. Общее и частное решения дифференциального уравнения. Задача Коши | |
| 6.3. Интегрирование линейных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами | |
| Глоссарий | |
| Рекомендуемая литература | |
| РАЗДЕЛ 2. Физика | |
| Глава 1. Предмет и метод физики. Измерения. Физические величины | |
| 1.1. Физика – основа естествознания | |
| 1.2. Понятие о научном методе | |
| 1.3. Понятие физической величины | |
| ГЛАВА 2. Основные положения классической механики | |
| 2.1. Что изучает механика | |
| 2.2. Анализ основных положений классической механики | |
| 2.3. Используемые в механике модели тел | |
| 2.4. Виды механического движения | |
| ГЛАВА 3. Кинематика поступательного движения | |
| 3.1. Скорость и ускорение материальной точки | |
| 3.2. Ускорение при движении по криволинейной траектории | |
| 3.3. Прямая и обратная задачи кинематики | |
| ГЛАВА 4. Физические поля | |
| 4.1. Понятие физического поля | |
| 4.2. Напряженность поля | |
| 4.3. Принцип суперпозиции | |
| 4.4. Сила | |
| 4.5. Вычисление сил между телами конечных размеров | |
| 4.6. Выражения для моделей тел | |
| 4.7. Эмпирические выражения для сил | |
| 4.7.1. Сила тяжести | |
| 4.7.2. Контактные силы | |
| 4.7.3. Сила упругости | |
| 4.7.4. Сила вязкого трения | |
| ГЛАВА 5. Динамика поступательного движения | |
| 5.1. Первый закон Ньютона | |
| 5.2. Второй закон Ньютона | |
| 5.3. Третий закон Ньютона | |
| 5.4. Закон сохранения импульса | |
| 5.5. Центр масс | |
| 5.6. Работа силы | |
| 5.6.1. Работа постоянной силы | |
| 5.6.2. Работа переменной силы | |
| 5.7. Энергия | |
| 5.7.1. Кинетическая энергия | |
| 5.7.2. Консервативные силы | |
| 5.7.3. Потенциальная энергия | |
| 5.7.4. Вычисление сил | |
| 5.7.5. Закон сохранения механической энергии | |
| 5.7.6. Закон сохранения полной энергии | |
| ГЛАВА 6. Кинематика и динамика вращательного движения | |
| 6.1. Кинематика вращательного движения | |
| 6.2. Связь с характеристиками поступательного движения | |
| 6.3. Динамика вращательного движения | |
| 6.3.1. Момент силы | |
| 6.3.2. Основной закон динамики вращательного движения | |
| 6.3.3. Момент импульса | |
| 6.4. Работа и энергия при вращательном движении | |
| 6.5. Трение качения | |
| ГЛАВА 7. Статика | |
| 7.1. Условия равновесия тел | |
| 7.2. Деформация тел | |
| ГЛАВА 8. Колебания | |
| 8.1. Гармонические колебания | |
| 8.1.1. Уравнение гармонических колебаний | |
| 8.1.2. Энергия гармонического осциллятора | |
| 8.1.3. Фазовые траектории | |
| 8.2. Затухающие колебания | |
| 8.3. Вынужденные колебания | |
| 8.3.1. Энергетические соотношения | |
| ГЛАВА 9. Кинетический и термодинамический подход к описанию сред | |
| 9.1. Основы термодинамики | |
| 9.1.1. Гипотеза сплошной среды | |
| 9.1.2. Термодинамическая система | |
| 9.1.3. Термодинамические переменные и функции | |
| 9.1.4. Термодинамическое равновесие | |
| 9.2. Законы термодинамики | |
| 9.2.1. Нулевое начало термодинамики | |
| 9.2.2. Термодинамическая работа, связанная с изменением объема | |
| 9.2.3. Первое начало термодинамики | |
| 9.2.4. Второе начало термодинамики | |
| 9.2.5. Третье начало термодинамики | |
| 9.2.6. Уравнение состояния | |
| 9.3. Неравновесные системы | |
| 9.4. Термодинамика идеального газа | |
| 9.5. Кинетическая теория | |
| 9.5.1. Модель идеального газа | |
| 9.5.2. Закон идеального газа | |
| 9.6. Распределение молекул по скоростям в газе | |
| 9.7. Закон равнораспределения энергии | |
| ГЛАВА 10. Электричество | |
| 10.1. Начала электростатики | |
| 10.2. Поток напряженности поля | |
| 10.2.1. Теорема Гаусса | |
| 10.2.2. Электрическая индукция | |
| 10.3. Электрический потенциал | |
| 10.4. Конденсатор | |
| 10.4.1. Накопление энергии | |
| 10.4.2. Диэлектрики | |
| 10.5. Законы электрического тока | |
| 10.5.1. Закон Ома | |
| 10.5.2. Правила Кирхгофа | |
| Глоссарий | |
| Рекомендуемая литература | |
| Раздел 3. Химия | |
| СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ | |
| ГЛАВА 1. Базовые представления о строении вещества | |
| 1.1. Строение атома | |
| 1.2. Периодический закон Д.И.Менделеева. Периодическая система химических элементов | |
| 1.3. Химические связи в молекуле | |
| ГЛАВА 2. Дисперсные системы | |
| 2.1. Истинные растворы. Вода, её особые свойства | |
| 2.2. Растворение. Характеристика растворов | |
| 2.3. Буферные растворы. Буферное действие | |
| 2.4. Коллоидные системы | |
| ГЛАВА 3. Основные положения химической кинетики. Катализ | |
| 3.1. Основные понятия и определения | |
| 3.2. Скорость химической реакции | |
| 3.3. Факторы, влияющие на скорость химической реакции | |
| 3.4. Элементы формальной кинетики: кинетический порядок и молекулярность реакции | |
| 3.5. Химическое равновесия | |
| 3.6. Принцип Ле Шателье | |
| 3.7. Катализ | |
| ГЛАВА 4. Основы органической химии | |
| 4.1. Органическая химия – область химической науки, изучающая соединения углерода | |
| 4.2. Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова | |
| 4.3. Ациклические насыщенные углеводороды | |
| 4.4. Номенклатура соединений (базовые понятия) | |
| 4.5. Полимеризайия. Высокомолекулярные соединения | |
| 4.6. алкены | |
| 4.7. Алкины | |
| 4.8. Кислородсодержащие соединения | |
| 4.9. Амины | |
| 4.10. Гетерофункциональные соединения | |
| 4.11. Ароматические соединения | |
| 4.12. Гетероциклические соединения | |
| ГЛОССАРИЙ | |
| Рекомендуемая литература | |
| Раздел 4. Биология с основами экологии | |
| Список сокращений | |
| Подраздел 1. Биология | |
| Глава 1. Введение в дисциплину. Эволюция – история жизни | |
| 1.1. Биология как наука | |
| 1.2. Определение жизни и основные свойства живой материи | |
| 1.3. Уровни организации живой материи | |
| 1.4. Теории происхождения жизни | |
| 1.5. Элементарные факторы, пути и результаты эволюции | |
| 1.6. Геохронологическая шкала. Происхождение человека | |
| Глава 2. Клетка – структурная и функциональная единица живого | |
| 2.1. Основы цитологии. Клеточная теория | |
| 2.2. Классификация форм жизни на основе их клеточного строения | |
| 2.3. Строение эукариотической клетки | |
| 2.4. Клеточный метаболизм | |
| 2.5. Клеточный цикл. Способы деления клеток. Половое и бесполое размножение | |
| Глава 3. Генетика. Основные понятия и законы | |
| 3.1. Генетика как наука | |
| 3.2. Основные понятия и законы генетики | |
| 3.3. Материальные основы наследственности | |
| 3.4. Генетический код | |
| 3.5. Применение генетических знаний | |
| Глава 4. Организм как единое целое | |
| 4.1. Онтогенез | |
| 4.2. Гистогенез и органогенез | |
| 4.3. Механизмы поддержания гомеостаза в организме | |
| 4.4. Адаптационные возможности организма | |
| Подраздел 2. Экология | |
| Глава 1. Введение в экологию. Основные понятия в экологии | |
| 1.1. Экология как наука | |
| 1.2. Биосфера и ее границы | |
| 1.3. Биогеохимические циклы | |
| 1.4. Экология спорта | |
| Глава 2. Экология экосистем | |
| 2.1. Структура экосистемы | |
| 2.2. Экологические пирамиды | |
| 2.3. Продуктивность экосистем | |
| 2.4. Закономерности трофического оборота | |
| 2.5. Экологические факторы | |
| 2.6. Закономерности действия экологических факторов | |
| Глава 3. Популяционная экология. Понятие о сообществах | |
| 3.1. Популяционная экология | |
| 3.2. Понятие о сообществах | |
| 3.3. Экологические сукцессии | |
| Глава 4. Глобальные экологические проблемы, охрана природы и рациональное природопользование | |
| 4.1. Глобальные экологические проблемы. Антропогенный стресс | |
| 4.2. Классификация антропогенных воздействий на биосферу | |
| 4.3. Охрана природы и рациональное природопользование | |
| 4.4. Система управления и контроля в области охраны окружающей среды | |
| 4.5. Международное сотрудничество в области экологии | |
| 4.6. Правовые и экономические вопросы экологической безопасности | |
| ГЛОССАРИЙ | |
| рекомендуемая литература |