Номер 1, страница 122, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 77. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 1, страница 122.

Условие.

• Работа и мощность в живой природе.

Решение.

Работа и мощность в живой природе.

Понятия работы и мощности, хорошо известные в физике, применимы и к живым организмам, поскольку для любого движения или поддержания жизнедеятельности требуется энергия и совершение работы. Живые организмы, от микроскопических бактерий до огромных китов, являются своего рода "живыми машинами", которые преобразуют химическую энергию в механическую работу и тепло.

Механическая работа в биологии, как и в физике, совершается, когда сила, приложенная организмом, вызывает перемещение. Эта сила создается за счет сокращения мышц. Работа ($\text{A}$) вычисляется по формуле:$A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$,где $\text{F}$ – приложенная сила, $\text{s}$ – перемещение, а $\alpha$ – угол между направлением силы и направлением перемещения.

Примерами совершения работы в живой природе являются: движение, когда животное перемещает свое тело (например, при ходьбе, беге, полете или плавании), совершая работу против сил трения и силы тяжести; работа внутренних органов, например, сердце, сокращаясь, проталкивает кровь по сосудам, совершая работу против давления в кровеносной системе; поднятие тяжестей, когда человек или животное, поднимающее груз, совершает работу против силы тяжести.

Мощность ($\text{N}$) – это скорость совершения работы, то есть работа, совершенная в единицу времени. Мощность характеризует, насколько быстро организм может выполнять работу. Она определяется по формуле:$N = \frac{A}{t}$,где $\text{A}$ – работа, $\text{t}$ – время, за которое она была совершена. Также мощность можно выразить через силу и скорость:$N = F \cdot v$,где $\text{F}$ – сила, а $\text{v}$ – скорость движения.

Мощность живых организмов можно условно разделить на кратковременную (взрывную) и длительную. Кратковременную мощность развивают животные во время коротких интенсивных действий, например, гепард во время спринта или блоха в момент прыжка. Длительная мощность характерна для организмов, приспособленных к совершению работы с меньшей интенсивностью, но в течение длительного времени, например, для перелетных птиц или марафонцев.

В качестве примеров можно привести следующие значения: мощность сердца человека в состоянии покоя составляет около 1–1.5 Вт, но при интенсивной физической нагрузке она может возрастать в несколько раз. Средняя мощность, которую может развивать человек в течение длительного времени, составляет 100–300 Вт. Профессиональные спортсмены могут кратковременно развивать мощность свыше 1000 Вт (1 кВт). Лошадь способна развивать мощность около 735 Вт (1 лошадиная сила) в течение продолжительного времени.

Источником энергии для совершения работы в живых организмах служит химическая энергия, запасенная в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ). Эта энергия высвобождается в процессе клеточного дыхания при окислении питательных веществ. Однако не вся химическая энергия превращается в полезную механическую работу. Коэффициент полезного действия (КПД) мышц человека составляет около 20–25%. Остальная энергия (75–80%) рассеивается в виде тепла, что помогает поддерживать температуру тела.

Таким образом, работа и мощность являются фундаментальными характеристиками для описания и анализа физической активности и физиологических процессов в живой природе. Они позволяют количественно оценить затраты энергии на движение, рост и поддержание жизнедеятельности.

Ответ: В живой природе работа совершается за счет силы мышечных сокращений, которая вызывает перемещение тела или его частей, а также обеспечивает работу внутренних органов (например, сердца). Мощность характеризует скорость совершения этой работы. Энергия для этого берется из химических реакций расщепления питательных веществ (АТФ). Эффективность этого преобразования энергии в работу (КПД) у большинства организмов невысока (около 20-25%), а остальная энергия выделяется в виде тепла.