Номер 1, страница 104 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Работа, мощность, энергия. Параграф 28. Мощность. Темы докладов - номер 1, страница 104.

Условие.

Решение.

Работа в живой природе

В физике работа ($\text{A}$) определяется как действие силы ($\text{F}$), приводящее к перемещению ($\text{s}$) тела: $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $\alpha$ — угол между направлением силы и перемещения. В биологии это понятие значительно шире. Любой живой организм — это сложная система, которая постоянно совершает работу для поддержания своей структуры, роста, движения и размножения. Энергия для совершения этой работы извлекается из химических связей органических веществ (пищи) в процессе клеточного дыхания и хранится в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфата).

В живых организмах можно выделить несколько фундаментальных видов работы:

Механическая работа. Это наиболее очевидный вид работы, связанный с движением. Она включает сокращение мышечных волокон для перемещения тела или его частей (ходьба, полет, плавание), работу сердца по перекачиванию крови, сокращение стенок кишечника при пищеварении, а также движение на клеточном уровне, например, биение ресничек и жгутиков у микроорганизмов.

Химическая работа. Это работа по синтезу сложных макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) из более простых соединений-предшественников. Этот процесс требует значительных затрат энергии для образования новых химических связей. По сути, это работа против химических сил, направленная на создание и поддержание сложной и упорядоченной структуры организма.

Осмотическая работа. Это работа по активному транспорту веществ через биологические мембраны против градиента их концентрации. Клетки должны поддерживать внутри себя определенный состав и концентрацию ионов и молекул, которые часто сильно отличаются от окружающей среды. Специальные белки-насосы в мембранах (например, натрий-калиевый насос) затрачивают энергию АТФ для переноса ионов, совершая осмотическую работу и создавая необходимые градиенты.

Электрическая работа. Этот вид работы тесно связан с осмотической и заключается в перемещении ионов через мембрану для создания и поддержания разности электрических потенциалов. Это основа для возникновения биоэлектрических явлений, главным из которых является генерация и проведение нервных импульсов, обеспечивающих функционирование нервной системы и быструю передачу информации в организме.

Ответ: Работа в живой природе — это совокупность процессов преобразования химической энергии АТФ, направленных на поддержание жизнедеятельности. Она включает механическую (движение), химическую (синтез веществ), осмотическую (транспорт через мембраны) и электрическую (генерация нервных импульсов) работу.

Мощность в живой природе

Мощность ($\text{N}$) — это физическая величина, равная скорости совершения работы, то есть отношению совершенной работы ($\text{A}$) ко времени ($\text{t}$), за которое она была выполнена: $N = \frac{A}{t}$. Единицей измерения мощности в системе СИ является Ватт (Вт), равный одному Джоулю в секунду.

В биологии мощность характеризует интенсивность жизненных процессов и напрямую связана со скоростью обмена веществ (метаболизмом). Мощность, развиваемая живыми организмами, может колоссально различаться в зависимости от вида, размера и вида деятельности. Например, гепард во время короткого спринта развивает огромную мощность, но быстро устает. С другой стороны, сердце человека работает непрерывно всю жизнь, но его средняя мощность относительно невелика (около 1–5 Вт в состоянии покоя).

В живой природе важно различать два основных режима мощности:

• Максимальная (пиковая) мощность. Достигается при кратковременных, взрывных усилиях, таких как прыжок, удар или спринт. Энергия для такой работы поставляется в основном за счет быстрых анаэробных (бескислородных) метаболических путей. Эти процессы позволяют быстро высвободить много энергии, но они неэффективны и приводят к накоплению продуктов распада (например, лактата), вызывая быстрое утомление.

• Длительная (устойчивая) мощность. Это максимальная мощность, которую организм может поддерживать в течение длительного времени (минуты, часы). Она обеспечивается аэробными (кислородными) процессами окисления, которые протекают медленнее, но гораздо эффективнее и позволяют совершать работу долго, не приводя к сильному утомлению. Этот показатель определяет выносливость организма.

Таким образом, мощность в живой природе является ключевой характеристикой, определяющей как способность организма к быстрым и сильным действиям, так и его выносливость, и напрямую зависит от эффективности его энергетического обмена.

Ответ: Мощность в живой природе — это скорость совершения биологической работы, которая характеризует интенсивность метаболизма. Различают пиковую (максимальную) мощность для коротких и интенсивных усилий, обеспечиваемую анаэробными процессами, и длительную (устойчивую) мощность для продолжительной активности, которая поддерживается за счет аэробных процессов.