Какую систему можно считать замкнутой существуют ли такие системы в природе кратко

Обновлено: 05.07.2024

Физики часто произносят такие слова: тело, взаимодействие, связь, система.

Когда мы решаем задачи, то рассматриваем в них события, процессы, интересующие нас тела с окружающими их телами, как какие-то системы.

В широком смысле, система – это нечто, связанное определенной целью. Оно состоит из отдельных элементов, и связей между этими элементами.

Рис. 1. Элементы системы символически обозначены пронумерованными кружками, связи между элементами — стрелками

Виды систем

Все системы можно условно разделить на два вида:

открытые (разомкнутые) системы;
закрытые (замкнутые) системы.

Открытые системы

Элементы открытой системы могут взаимодействовать как с элементами системы, так и внешними, по отношению к системе, элементами.

Пример: Ученики класса на перемене. Они могут общаться с одноклассниками и с учащимися других классов.

Закрытые системы

Элементы могут взаимодействовать только с элементами, принадлежащими этой системе. С элементами, внешними по отношению к системе, взаимодействия нет.

Пример: Ученики класса на уроке, они могут общаться только с одноклассниками и учителем, находящимися в помещении. С учениками других классов они общаться не могут.

В обоих примерах:

ученический класс – это система
ученики – это элементы системы.
общение – это связи между учениками (элементами).

Зачем знать, открытая, или закрытая система

Важное свойство замкнутых систем:

В замкнутых системах выполняются законы сохранения.

В открытых системах законы сохранения не работают. Сохраняться ничего не будет, так как внешняя среда своим воздействием будет вызывать потери чего-либо, или наоборот, увеличение чего-либо (например, энергии).

Как по условию задачи понять, что система замкнута

В задачниках по физике часто встречаются намек на то, что рассматриваемую систему можно считать замкнутой. Для этого в условиях задач применяют такие слова:

поверхность гладкая,
трение отсутствует,
трение мало,
трение не учитывать,
сопротивление воздуха мало,
сопротивление движению отсутствует,
и т. п.

Если мы встретим такие слова в условии задачи, то для решения задачи можно применять законы сохранения.

Замкнутая система это любая система в которой выполняется закон сохранения энергии. То есть энергия туда не поступает из вне и не уходит из системы.
Понятно, что черная дыра никак не является замкнутой системой. Туда могут проникать предметы из вне, а сама черная дыра со временем испаряется. Значит её энергия не сохраняется.
Также и человек никак не является замкнутой системой. Человек постоянно дышит, вдыхая кислород и выделяя углекислый газ. Поэтому через человека постоянно прокачивается энергия.
Приближенно на небольших временах замкнутой системой можно считать термос.
Но идеальных замкнутых систем в природе не существует. Это теоретическая абстракция. (Разве что только сама наша Вселенная.)

Самый яркий пример - Чёрная дыра-Гравитационный коллапс. За пределы этой системы не может выйти даже свет.
Из рукотворных систем - Любая система автоматического регулирования технологического параметра с замкнутым контуром обратной связи. Это так называемые
ПИД процессы. Например - поддержание давления, температуры, скорости в технологических процессах
В природе, также полно замкнутых систем. например -Океан, авторегулируемая замкнутая экологическая система с множеством колец обратной связи- по кислородному обмену, по биомассе, по температурному балансу и т. д.
Да и сам человек, например, замкнутая система по автоматическому регулированию температурного баланса. Точка регулирования -36.6грд

Кровеносная система является уникальным механизмом, обеспечивающим живым организмам полноценную деятельность в разных средах обитания. В природе существует два типа кровеносной системы: незамкнутая и замкнутая. Каждая из них имеет свои особенности и отличия. Для простейших организмов характерна незамкнутая кровеносная система, в то время как у позвоночных животных в ходе эволюции сформировалась более сложная по строению и функциям замкнутая кровеносная система.

Незамкнутая кровеносная система

Кровеносная система незамкнутого типа характерна для представителей простейших беспозвоночных, иглокожих, членистоногих и плеченогих моллюсков, полухордовых.

У организмов с незамкнутой кровеносной системой органы и ткани обеспечиваются кислородом при помощи диффузных токов. При более сложном строении организма появляются примитивного вида сосуды, которые прерываются щелевидными пространствами — лакунами или синусами.

Рис. 1. Строение незамкнутой кровеносной системы.

Главная особенность незамкнутой кровеносной системы — большой объём крови при небольшой скорости её движения. В этом случае кровь называют гемолимфой. Медленная циркуляция гемолимфы является причиной недостаточного снабжения организма кислородом и пассивного дыхания.

Замкнутая кровеносная система

Замкнутой называется кровеносная система, в которой кровь течёт исключительно по сосудам. Это более сложный, усовершенствованный вид системы кровотока, характерный для кольчатых червей, позвоночных животных, человека.

Этот тип кровеносной системы существует на основе 1 или 2 кругов кровообращения, в которых главной движущей силой является сердце. Это хорошо развитый мышечный орган, способный круглосуточно сокращаться, осуществляя непрерывный ток крови по организму. Среди других факторов, способствующих передвижению крови, — дыхательные движения, сокращения скелетных мышц, разница давления в сосудах.

Рис. 2. Строение 4-камерного сердца.

Одна из важных характеристик сердечной деятельности — частота пульса. Пульс — это периодическое расширение артерий, которое совпадает с сокращениями сердечной мышцы. Частота его зависит от многих причин: массы тела, температуры и общего состояния организма, физических и эмоциональных нагрузок.

В замкнутой системе кровотока обмен веществ осуществляется через сосудистые стенки, и кровь не контактирует напрямую с органами и тканями. Крупные артерии разделяются на всё более мелкие, вплоть до тончайших капилляров, образующих обширную сеть. Из неё кровь поступает в тонкие венулы, которые постепенно образуют более крупные вены.

Рис. 3. Два круга кровообращения у млекопитающих.

Циркулируя по кругам кровообращения, кровь периодически меняет свой состав и попеременно становится:

артериальной — насыщенной кислородом в органах дыхания;
венозной — обеднённой кислородом после прохождения через капиллярные сети других органов.

Среди обладателей замкнутой кровеносной системы наиболее идеальный вариант представлен у птиц и млекопитающих. Система включает в себя четырёхкамерное сердце и два круга кровообращения: малый и большой. Благодаря такой схеме строения, артериальная и венозная кровь никогда не смешиваются.

Преимущества замкнутой кровеносной системы:

высокая скорость движения крови по сосудам;
высокое давление в системе;
контакт с большим количеством клеток благодаря обширной сети капилляров.

Замкнутая кровеносная система обеспечивает высокую скорость метаболизма, быстро доставляя кислород и питательные вещества к клеткам и устраняя углекислоту и продукты обмена. Всё это позволяет организмам лучше адаптироваться к условиям окружающей среды.

Что мы узнали?

Отличия двух систем кровотока, замкнутой и незамкнутой, можно описать в докладе по биологии для 7 класса. Наиболее примитивной по своему строению и выполняемым функциям является незамкнутая кровеносная система, характерная для простейших организмов. В ходе эволюции была сформирована замкнутая кровеносная система, обеспечивающая быстрое и эффективное снабжение всего организма кислородом и питательными веществами.

Природа

Что такое экосистема?

Экосистема это система, которая объединяет живые организмы и их взаимодействие между собой и природой. У экосистемы нет определенных размеров, бывает огромной, как пустыни или моря, а также маленькой, как отдельные деревья, ручьи. В экосистеме связано абсолютно все, начиная от представителей живой природы, заканчивая неживой.

Суть экосистемы

По-своему важен каждый организм, он занимает определенное место. На примере экосистемы небольших озер можно рассматривать каждый вид живых существ, начиная от бактерий, заканчивая многоклеточными растениями, животными. Каждый организм не может жить без отдельных объектов неживой природы, всему нужен воздух, Солнце и вода. Напрямую на развитие организмов в озерах влияет даже минеральный состав вод.

Пример: экосистема озера

Всегда, когда на экосистему воздействуют несвойственные ей организмы, могут происходит неизгладимые пагубные последствия. Новые организмы так или иначе искажают естественный порядок вещей, нарушают природный баланс, нанося вред окружающей среде. Так, на примере Австралии можно понять, что после заселения на остров собак, кошек и лисиц произошло истребление различных сумчатых.

Биотические члены любой экосистемы напрямую зависят друг от друга. Можно сказать, что если один член экосистемы исчезнет, то вся система потерпит значительные изменения. В случае, когда живым существам недостает света, воды, воздуха, они начинают постепенно вымирать, без растений невозможна жизнь животных, а без животных начинают вымирать организмы, напрямую от них зависящие.

В естественной природе системы функционируют по единому механизму. Каждая часть системы зависит от другой, работает одновременно с ней. Для поддержания природного баланса человек должен оберегать каждое живое существо. Разрушение экологических систем происходит по вине человека и природных катаклизмов.

Экосистема и биогеоценоз

Нельзя считать синонимами понятия экосистема и биогеоценоз. Они близкие по значению. Биогеоценоз – та же экосистема, ограниченная фитоценозом. Фитоценоз представляет собой сообщество растений, а также совокупность организмов, которые существуют совместно на едином участке земной поверхности. Экосистемой можно обобщить все понятия. Каждый биогеоценоз представляет собой экосистему, однако не каждая система может быть биогеоценозом.

Виды экосистем

Экосистемы могут быть разных размеров, существуют на различных пространствах, как на больших, так и на маленьких. Своя экосистема может быть под камнями, в небольших водоемах. Экологические системы могут охватывать огромные площади – леса, пустыни, степи. Технически, вся планета Земля представляет собой одну большую экосистему, общую для всех проживающих в ней существ.

Виды экосистем

Виды экосистем в зависимости от масштаба

Микросистемы – небольшие экологические системы вроде маленьких водоемов, луж, отдельно взятых деревьев и так далее.
Мезоэкосистемы представляют собой экологические системы, охватывающие большие территории.
Биомы (макроэкосистемы) – огромная экологическая система, а также совокупность экосистем, факторы которых аналогичны друг другу. Бывают обширные тропические леса, в которых располагаются миллионы животных, объекты неживой природы вроде озер.

Ни одна экосистема не обладает четко очерченными границами. Часто каждую систему отделяет определенный барьер: пустыни, архипелаги, реки, так далее. Так как нет четких границ, то экологические системы плавно переходят одна в другую. Именно поэтому в озерах может совмещаться несколько маленьких экосистем одновременно. При этом у каждой экосистемы получатся уникальные характеристики, отличающие ее от других. Подобные смешения экосистем называются экотонами.

Виды экосистем в зависимости от типа возникновения

Существуют определенные экосистемы, их можно различить по типу появления. Они чаще всего естественного происхождения, но бывают и искусственно созданные.

Естественная экосистема – созданная природой. К ней можно отнести леса, озера, моря и так далее.
Искусственные экосистемы создает сам человек: различные огороды, сады, т. д.

Типы экосистем

Бывают двух типов: водными, наземными. Остальные подтипы экосистем относятся к одной из данных групп.

Наземные экосистемы

Распространены на территории всей земли, встречаются во всех уголках планеты, бывают уникальными, как, например, в Австралии:

Здесь проживает большое количество живых организмов, расположенных на сравнительно небольших пространствах. Плотность заселенности лесов крайне велика, однако даже самые незначительные изменения могут сильно изменить естественный баланс на местности. В подобных экосистемах масса представителей животного и растительного мира. Лесные экологические системы разделяются на:

Дождевые тропические леса, где ежегодно выпадает масса осадков. Основные признаки тропических лесов такие: густая растительность с преобладанием высоких деревьев, которые располагаются на различной высоте. В подобных территориях живет множество живых организмов, где укрывается множество животных.
Лиственные тропические леса, в которых помимо разнообразных видов тропических деревьев произрастают кустарники. Лиственные тропики можно обнаружить во всех уголках планеты, в них живет не только масса растений, но и разнообразные животные.
Умеренные вечнозеленые леса, в которых не так много деревьев. В таких областях преобладают вечнозеленые растения, ежегодно постепенно обновляющие свою листву.
Широколиственные леса, произрастающие в регионах с умеренной влажностью, где выпадает достаточное для жизни количество осадков. Зимой деревья сбрасывают листья, обновляя покров в весеннее время.
Тайга, произрастающая непосредственно возле тундры. В ней располагаются вечнозеленые хвойные деревья, чаще всего отрицательна температура, а почвы крайне кислые. Летом сюда слетается множество перелетных видов птиц, просыпаются насекомые, жизнь остальных животных тайги бьет ключом.

Пример: экосистема смешанного леса

Экосистема смешанного леса

Производителями представлены разнообразными деревьями (дубами, елями, соснами, осинами, березами и др.), кустарниками (14) и травами (осокой волосистой, звездчаткой, черникой и т.д.). Потребители представлены многочисленными насекомыми (2). Первичную продукцию леса потребляют лесные полевки (9) и мыши, белки, лоси (15), кабаны (12), олени, из птиц – клесты, зяблики, сойки (7). Второй эшелон потребителей, те, которые потребляют в пищу животных, представлен пауками, хищными жуками – жужелицами, осами, муравьями (10), кровососущими комарами (11). Из млекопитающих – насекомоядными землеройками, барсуком, лисицей, куницей (4), медведем. Из птиц – насекомоядными дятлами, дроздами (8), пеночками (1), мухоловками (13), поползнями (6), а также хищными птицами – ястребами (5) и совами.

Пустынная экосистема

Здесь не так много животных, растений. Сами системы расположены рядом с полупустынными областями, занимают примерно 17% всей площади суши. Температура очень высокая, воды мало, а света слишком много.

Экосистема луга

Луга можно встретить по всему миру. На их территориях в основном произрастают травы, немного деревьев, кустарников. На лугах пасутся животные, как насекомоядные, так и растительноядные.

Можно выделить три экологические системы лугов

Саванны, которые представляют собой тропические луга с сухим сезоном, в саваннах отдельно произрастают деревья, кустарники. Подобные растения – основной источник пищи травоядных, на коих охотятся хищники.
Прерии, представляющие собой умеренные травяные луга, в которых практически нет крупных кустарников, деревьев. Там встречается разнотравье. Климат скорее засушливый.
Степные луга, где вокруг можно встретить короткую растительность. Территории степей часто встречаются возле полупустынь. Деревья можно встретить очень редко, как правило возле рек, ручьев. В степях живут в основном небольшие зверьки.

Горные экосистемы

В горной местности можно увидеть разнообразие мест обитаний, в которых проживают многие животные, растут растения. На вершинах гор в основном суровый климат, в котором выживают лишь альпийские растения. Проживающие в горных местностях звери часто имеют толстую шкуру, которая защищает их от холодов. На нижних склонах гор произрастают хвойные деревья.

Водные экосистемы

Водные экологические системы располагаются только в водной среде. К водным средам можно отнести каждый водный объект, несмотря на его размеры. Подобная система совмещает в себе флору, фауну, водные свойства вроде солености воды. По типу водные экосистемы разделяются на несколько видов.

Морские экосистемы

Крупными экосистемами можно считать именно морские. Они занимают более 70% территории планеты. В них находится более 97% водных запасов Земли. В морской воде содержится масса минералов, а также солей. Экосистемы морей делятся на:

Океаническую – сравнительно небольшую часть океанов, располагающуюся на шельфе континентов;
Профундальную часть – не насыщается солнечным светом, располагается на больших глубинах;
Бентальную часть, где проживают донные живые организмы;
Зона приливов;
Зона лиманов;
Области кораллов;
Солончаки;
Гидротермальные жерла, в которых множество хемосинтезирующих бактерий создают кормовую базу для других существ.

В морских экосистемах встречают массу организмов, присущих только им: кораллы, различные виды водорослей, морские организмы.

Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы представляют собой небольшую часть земной поверхности – менее 1%. В них содержится 0,009% воды от суммарного количества. Пресноводные экосистемы бывают трех видов:

Стоячие, в которых полностью отсутствует течение. К ним относятся бассейны, пруды и озера.
Проточные, воды которых быстро движутся. К ним относятся ручьи, реки.
Болотные, где почва постоянно затапливается.

Пресноводные экосистемы являются местами обитания рептилий, земноводных организмов и примерно 40% видов рыб от общемирового количества. В проточных экосистемах содержится высокий уровень кислорода, поддерживая множество проживающих видов. Там гораздо больше организмов, чем в стоячих водах.

Замкнутая экосистема

В замкнутой экосистеме полностью отсутствует обмен веществ с внешней окружающей средой.

Замкнутая экосистема – сад в бутылке

Опыт с садом в бутылке Дэвида Латимера

В 1960 году британец Дэвид Латимер решил провести необычный эксперимент – он посадил небольшой сад в бутылке, не поливая его. В саду сформировалась собственная замкнутая экологическая система, куда не поступает кислород.

Дэвид посадил внутрь бутылки очень выносливые традесканции, которые постепенно заполняли объем в 40 литров. Они выживали на перерабатываемых веществах – воздухе, продуктах разложения и воде.

Бутылка все время стояла примерно в 2 метрах от окна. Так растение получало некоторое количество солнечного света, прорастая в сторону солнца. Периодически, для равномерного роста, Дэвид поворачивал ее.

Латимер сказал, что ни разу не подрезал растение, однако оно выглядит так, будто специально росло до пределов тары.

Как работают сады в бутылках?

Подобные сады в замкнутых пространствах работают как экосистема потому, что герметичность создает отдельную экологическую систему, где проживают, развиваются и размножаются живые организмы. Растения используют фотосинтез, тем самым утилизируя питательные вещества.
Единственный фактор, используемый такими экосистемами из внешней среды – это солнечный свет, без которого невозможен фотосинтез. Свет, падающий на листья растения, поглощается содержащимися в листьях белками. Некоторая часть энергии солнца остается на хранение в виде молекул АТФ.

Остальная часть света используется для переработки воды, которая поглощается из почвы корнями растения. Процесс фотосинтеза противоположен клеточному дыханию, свойственному другим организмам.

Экосистема также использует в своей деятельности клеточное дыхание, разрушая переработанные материалы. В этой части процессов участвуют почвенные бактерии, перерабатывая отходы с выделением в атмосферу углекислого газа. Растение повторно использует этот газ. Круг замыкается.

По ночам само растение использует клеточное дыхание для поддержания жизни, при этом оно разбивает сохраненные днем питательные вещества. Водный цикл в саде за стеклом также полностью автоматизирован. Вода поглощается корнями растения, во время транспирации высвобождается в окружающую среду и в качестве конденсата опадает на листья и почву. Цикл также начинается заново.

Биосфера-2

Эксперимент не задался с самого начала – одна из добровольцев получила повреждения и отправилась домой. Прошло около года, количество кислорода начало постепенно снижаться, поэтому его пришлось закачивать искусственным путем. О чистоте эксперимента невозможно говорить в таких условиях.

Следующая проблема, возникшая в Биосфере-2 – невозможность выращивать продукты. Люди потеряли сплоченность, разделились на две группы. Ученые начали всерьез опасаться за жизнь и здоровье испытуемых, поэтому эксперимент был прекращен.

Второй запуск эксперимента произошел в 1994 году. Некоторые проблемы, которые возникли у первой группы, решились, однако у участников группы возникали серьезные разногласия, эксперимент вновь пришлось прекратить, но уже через шесть месяцев. Сейчас проект полностью принадлежит университету Аризоны, возобновившему эксперименты в 2011 году.

Структура, компоненты, факторы экосистемы

Структура экосистемы

Все составляющие экосистемы тесно связаны. Абсолютно каждая система состоит из нескольких компоненотов.

Абиотические компоненты

Абиотические компоненты это никак не взаимодействующие внешние факторы. Они напрямую влияют на поведенческие особенности, взаимодействие, жизнь существ на просторах экосистемы. Представляются двумя типами:

Абиотические компоненты играют важную роль в жизни, развитии живых организмов. Растениям необходим солнечный свет, без кислорода не существует ни одно живое существо, равно как и без воды.

Биотические компоненты

Это компоненты живой природы, разделяющиеся на три типа:

продуценты (создают органические вещества, перерабатывают углекислый газ, энергию);
консументы (животные);
редуценты (перерабатывают отходы).

Когда круг завершен, процессы начинаются заново.

Уровни экосистемы

Для экосистем характерны следующие уровни:

Особь (любое живое существо).
Популяция (группа существ определенного вида на определенной территории).
Сообщество (совокупность всех существ на местности).
Экосистема (совокупность природных факторов).
Биосфера (совокупность каждой экосистемы планеты).

Пищевая цепь и энергия в экосистеме

Схема пищевой цепи

Всем нужна энергия для жизнедеятельности и развития. Живые организмы питаются по-разному. Так, растения получают необходимые питательные вещества из почвы и от Солнца. Животные могут питаться растениями или другими животными. Подобное соотношение принято называть пищевой цепочкой.

Не стоит путать трофическую цепь с пищевой – это два разных понятия. Трофическая цепь – совокупность всех пищевых цепей, она имеет крайне сложную структуру. Энергия постепенно передается от одного элемента цепи к другому, некоторая часть используется для жизнедеятельности, поэтому она не может перейти дальше. В коротких цепях энергия сохраняется больше. В конце энергия полностью поглощается окружающим миром.

Интересное видео о экосистеме

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: