Exemplu de soluție pentru un tur montan

De ce slăbești când mergi într-un tur montan? ?

Pierzi în greutate într-un tur montan în două moduri:

· Transpori apa. Deci, trebuie să calculați cât de multă apă este transpusă

· „Consumați calorii”. Deci, trebuie să calculați cât de mult lucrați în turul montan și cât de multă glucoză sau grăsime trebuie să fie scoase din corp pentru a furniza cantitatea adecvată de energie.

Ce fel de muncă se face într-un tur montan?

Este în primul rând o lucrare de ridicare realizată. Formula lucrărilor de ridicare este:

Whub = m Ч g Ч h

Pe lângă factorul spațial cunoscut al pământului, aveți nevoie de masa alpinistului, inclusiv rucsacul, precum și de diferența de înălțime depășită în timpul turului.

În cele ce urmează presupun un tur cu o diferență de înălțime de h = 1000 m și un alpinist de 70 kg cu bagaje de 10 kg (inclusiv îmbrăcăminte). Asa de:

Cont .: m = 80 kg, h = 1000 m

Sol.: Whub = m Ч g Ч h

În ce altă formă corpul emite energie mediului?

De asemenea, produce căldură. Se știe din lecții (vezi scenariul) că eficiența mușchilor este de aproximativ 1/6. Aceasta înseamnă că lucrarea de ridicare calculată de 800 kJ este doar o șesime din cantitatea de energie transformată în mușchi. În general, cantitatea de energie transformată în mușchi este, prin urmare:

6 Ч 800 kJ = 4800 kJ

Prin urmare, cantitatea de căldură degajată este:

4800 kJ - 800 kJ = 4000 kJ

Cât de multă glucoză sau grăsime trebuie consumată pentru a elibera această cantitate de energie?

Valoarea calorifică fiziologică a zahărului din struguri este de 17 kJ/g, cea a grăsimilor de aproximativ 40 kJ/g. Dacă se presupune că depozitele de glucoză ale mușchiului sunt golite rapid și corpul va trece în curând la arderea grăsimilor, se poate simplifica presupunerea că întreaga cantitate de energie este eliberată prin „arderea” grăsimilor.

Acest lucru are ca rezultat aproximativ

Grăsime care trebuie „arsă”

Câtă apă trebuie să transpiri pentru a extrage o cantitate de căldură de 4000 kJ din corp?

Apa care trebuie evaporată trebuie mai întâi încălzită de la temperatura corpului la 100 ° C, adică cu 60 K. Pentru aceasta, sunt necesare 60 cal ≈ 251 J pe gram de apă. Pentru evaporarea efectivă a apei calde la 100 ° C, încă 2088 J/g. În total, cu fiecare gram de sudoare, 251 J + 2088 J = 2339 J ≈ 2,34 kJ sunt disipate din corp.

Cu „eliminarea” a 4000 kJ de căldură prin transpirație

În funcție de vreme și îmbrăcăminte, o parte mai mult sau mai puțin mare a căldurii este desigur degajată de răcirea aerului și radiația de căldură. În special, proporția răcirii cu aer este extrem de dificil de calculat. Dar, din moment ce degajați căldură și atunci când stați sau culcați liniștit și temperatura corpului crește doar cu câteva grade (de la aproximativ 42 ° mori), căldura suplimentară emisă de răcirea cu aer sau căldura radiantă atunci când stați liniștit este scăzută.

Rezultatul pierderii totale

· În general, pe vreme caldă, ar trebui să cântăriți cu aproximativ 2 kg mai puțin pe vârf decât în vale, dar cea mai mare parte a pierderii în greutate este apă, care trebuie alimentată pe termen scurt pentru a rămâne sănătos.

· Pierderea în greutate permanentă efectivă prin descompunerea grăsimii corporale este de aproximativ 120 g

Nu întind întotdeauna sarcini aritmetice ca acestea elevilor ca scripturi, pentru că nu vreau să anticipez sau să ignor ideile pe care elevii le aduc în modelare. Prin urmare, următoarea soluție este menită să fie doar un exemplu al modului în care gestionez astfel de sarcini cu elevii de clasa a 8-a.

Întrebările din coloana din stânga ar trebui să fie doar întrebări cheie pentru profesor și trebuie, desigur, să fie adaptate la cursul discuției la clasă și, dacă este necesar, completate cu alte întrebări cu pași mici.

Trebuie să fi avut în vedere cel puțin energia potențială în prealabil. Sarcina, desigur, este favorabilă după termodinamică. Cu toate acestea, mă ocup mai ales de aceasta în legătură cu energia pozițională, când teoria căldurii nu a fost încă tratată. Apoi anticipez informațiile necesare. Experiența a arătat că aceasta nu este o mare problemă, deoarece este clar în mod intuitiv că pentru a încălzi de două ori cantitatea de apă, aveți nevoie și de dublul cantității de energie și că este nevoie de destul timp pe aragazul de bucătărie pentru a ajunge la o oală plină de 100 ° chiar și la putere maximă apa fierbinte, clocotită, este transformată în abur fierbinte la 100 °, astfel încât este necesară multă energie și cu atât mai multă apă va fi evaporată.

În acest moment, accept, desigur, orice altă presupunere rezonabilă, propune elevilor. În clasă, de obicei îi las pe fiecare elev să își aleagă mai întâi datele și, după un timp rezonabil de procesare, fac un exemplu pe tablă.

Dacă cineva este mai familiarizat cu fiziologia decât mine (ceea ce nu este o ispravă), el ar trebui, desigur, să își încorporeze cunoștințele. De asemenea, este util să discutați cu elevii în astfel de puncte și în puncte similare că rezultatele fizice sunt doar la fel de precise ca datele de intrare utilizate și că rezultatul este în general mai precis dacă se depune mai mult efort în modelare și efecte suplimentare inclus în factură. De exemplu, puteți adăuga o suprataxă suplimentară de 10% pentru a permite așa-numitele „creșteri de contor”, adică Locuri în care coboară din nou în mijloc în timpul ascensiunii propriu-zise. Sau se ia în considerare, de asemenea, ridicarea picioarelor sau o suprataxă procentuală pentru coborâre, care necesită și muncă de la mușchi, deși această muncă nu poate fi numită și calculată fizic.

Pe scurt! Traseul este scopul. Sarcina este doar un mijloc de finalizare pentru a intra într-o conversație cu studenții (și în cele din urmă și în calcul) pe tema „energiei”.

Notă pentru profesori: „puterea calorică fiziologică” ia în considerare faptul că o parte din alimentele consumate este excretată fără a fi folosită. De exemplu, puterea calorică fizică a celulozei, ca toți carbohidrații, este de aproximativ 17 kJ/g, în timp ce la om puterea calorică fiziologică este 0, deoarece celuloza este excretată nedigerată. Bovinele, pe de altă parte, digeră aproximativ jumătate din celuloza conținută în paie, astfel încât puterea calorică fiziologică a celulozei pentru bovine este de aproximativ 8,5 kJ/g. Cu toate ființele vii, totuși, cheltuiala energetică pe care corpul trebuie să o conducă pentru a utiliza hrana trebuie scăzută din puterea calorică fiziologică. Din păcate ... nu am găsit nicio cifră pentru asta

Nu vă fie frică de propriile lacune de cunoaștere . Din experiența mea, elevii sunt impresionați de cunoștințele interdisciplinare ale profesorului. Coroana mea nu se sparge când elevii cer ceva și trebuie să le spun că nu știu. În cazurile adecvate, recomand studentului care a pus întrebarea să se informeze și să-i ofere rezultatele cercetării sale ca prezentare. În plus, multe întrebări sunt încă deschise și controversate, în special în acest domeniu al fiziologiei cantitative

Dacă există suficient timp de predare, de ex. Fizica ca un domeniu major în ramura NW, următoarele considerații pot fi tratate și cu studenții dacă îi conduceți puțin. În cea mai mare parte sunt fascinați de ceea ce se poate calcula cu puțină fizică școlară și câteva considerații simple despre proporționalități. Inițial, acestea sunt disponibile numai pentru profesor:

Radiații termice: Dacă temperatura corpului crește de la 37 ° C (310 K) la 40 ° C (313 K), aceste 3 K reprezintă aproximativ 1% din temperatura curentă a corpului. Deoarece puterea de radiație a unui corp negru crește proporțional cu a patra putere a temperaturii sale, aceasta înseamnă cu 4% mai multă putere de radiație și, prin urmare, este neglijabilă (1+ d) 4 = 1 + 4 d + 6 d 2 + 4 d 3 + d 4 ≈ 1 + 4 d

Răcire cu aer: Cantitatea de căldură degajată prin răcirea cu aer este proporțională cu diferența de temperatură dintre corp și împrejurimi. La o temperatură ambiantă de 20 ° C și o „temperatură normală a corpului de 37 ° C, o creștere la 40 ° C înseamnă o creștere a diferenței de temperatură de la 17 K la 20 K, adică cu aproximativ 15%.

Împreună: Chiar dacă nu știți care dintre cele două efecte este în mod normal cel mai mare, cantitatea maximă de căldură suplimentară degajată de răcirea cu aer rămâne sub 15%, cel puțin dacă ignorați în mod nereal faptul că în munți, spre deosebire de camera de zi, există și vânt.

Rezultat: Este bine cunoscut faptul că puterea unei persoane atunci când stă liniștită este de aproximativ 70 de wați, ceea ce îl lasă din nou sub formă de căldură pe suprafața sa. 15% suplimentar calculat reprezintă aproximativ 10 wați. Deoarece puteți urca aproximativ 300 de metri pe oră, ascensiunea către un vârf mai înalt de 1000 de metri durează aproximativ 12.000 de secunde. Pierderile suplimentare de căldură datorate răcirii aerului fără vânt se ridică la maximum

10 W Ч 12.000 s = 120.000 J = 120 kJ

Aceasta este de fapt doar o mică parte din cei 4000 kJ care trebuie eliminați