Чаша мляко за планинския поход LEIFIphysik
Чаша мляко за планинския поход
Ниво на трудност: средно трудна задача
Искате да се изкачите на планина. За да направите това, трябва да преодолеете общо 1000 метра надморска височина (50 кг) от хижата.
а) Изчислете потенциалната енергия, която „печелите“ чрез катерене.
б) Обяснете дали тази потенциална енергия зависи от избрания път.
в) Обяснете откъде идва енергията, която имате на върха като позиционна енергия.
| Вид мляко | Хранителна стойност в kJ/100ml |
| Биволско мляко | 179,9 |
| Магарешко мляко | 359,8 |
| Кърма | 278 |
| Краве мляко | 267 |
| Мляко с дълъг живот, нискомаслено 1,5% | 195 |
| UHT мляко, обезмаслено | 144 |
| Сурово мляко, предпочитано мляко | 279 |
| Овче мляко | 405 |
| козе мляко | 289 |
В зависимост от вида, малка чаша мляко (100 ml) съдържа определено количество енергия (често наричана калории), което тялото ви може да използва (вижте таблицата).
г) Изчислете колко мляко можете да изпиете според тази таблица, за да можете да извършите точно повдигащата работа, използвана във вашия поход.
д) Обяснете дали това изглежда достоверно.
Помислете за максималното представяне, което би трябвало да постигаме всеки ден, за да реализираме нормалната си закуска, обяд и вечеря по такъв начин, че да не напълняваме (само маслото за закуска е 1620kJ на 50g).
е) Обяснете защо това може да бъде .
Голяма част от доставената енергия се преобразува във вътрешна енергия (затопляне → изпотяване) (както при машината). Само малка част от общата "консумирана" енергия може да бъде използвана с полза за повдигане на тялото. Частта \ (\ frac >> \) се нарича ефективност. Ефективността показва колко ефективно е ефективно приложена енергията, отделяна от тялото.
При алпинизма ефективността е около 20%, т.е. пет пъти повече енергия трябва да бъде усвоена чрез хранене, отколкото по-късно може да се използва за повдигане на собственото тяло.
ж) Сега отново изчислете действителното енергийно изискване за изкачване на планината.
Потребността от енергия (базална скорост на метаболизма) на възрастен зависи от активността, както следва:
| дейност | Потребление на енергия на ден |
| пълноценна почивка | 6000-7000kJ |
| лека физическа активност (рисуване, четене на вестник, гледане на телевизия.) | 9000-11000kJ |
| умерена физическа активност (домакинска работа и градинарство) | 11500-13500kJ |
| тежка физическа работа (спедитори, зидари, състезателни спортисти) | 14000-16000kJ |
з) Обяснете как можете да си обясните високата „базална скорост на метаболизма“ дори при пълна почивка.
Известно е, че Обеликс яде (поне) по една дива свиня всеки ден (20 кг, 500 kJ на 100 g месо).
и) Изчислете колко висока трябва да бъде планината, че Обеликс (200 кг) ще трябва да се изкачи, за да консумира отново доставената енергия. (Обеликс със сигурност е трудолюбив „човек“)
решение
а) \ [E_ \ text = m \ cdot g \ cdot h = 50 \ rm \ cdot 9,81 \ rm> \ cdot 1000 \ rm = 490 \ mathrm \]
б) Позиционната енергия е еднаква, независимо от избрания път, тъй като зависи само от разликата във височината между началната и крайната точка.
в) Преди това сте усвоили енергията чрез храната.
г) Теоретично: \ [\ frac >> \ cdot 100 \ mathrm = 183 \ mathrm \] Идея: Вие мислите колко често 267 kJ се вписват в 490 kJ със 100 ml и умножавате този резултат по 100 ml.
д) Трябва да ви се стори неправдоподобно, че след такава обиколка сте изразходвали само енергията на малка чаша мляко. Просто помислете какво ядете през целия ден и къде отива цялата тази енергия. (Маслото на хляба за закуска вече би осигурило енергия за завладяване на (3300 \ rm \) висока планина.)
е) Това е така, защото само малка част от използваната енергия е на разположение на мускулите за повдигане на тялото ви (вижте по-нататъшния текст за информацията).
ж) Енергийни нужди: \ (5 \ cdot 490 \ mathrm = 2,5 \ mathrm \)
з) Дори когато сте напълно в покой, правите мускулна работа (напр. сърце, бели дробове). Освен това тялото ви трябва непрекъснато да се бори срещу риска от охлаждане отвън и по този начин да извършва "отоплителна работа".
i) Погълнатата енергия е \ (10 \ cdot 500 \ mathrm = 100 \ mathrm \), енергията, която трябва да се консумира при изкачване е \ (85 \ rm \) (-15000 kJ базална скорост на метаболизма като тежък работник) и полезната работа (20% от нея ) след това 17MJ. Това води до \ [m \ cdot g \ cdot h = 17> \ Leftrightarrow h = \ frac >>>> \ cdot 10 \ frac >>>>>>> = 8500> \] Обеликсът в тежка категория трябва да е за всеки глиган почти завладяват връх Еверест от морското равнище.