Экспериментальное задание, страница 79 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Опытным путем определите, во сколько раз время приготовления пищи в скороварке меньше, чем в обычной кастрюле.

Решение

Чтобы опытным путем определить, во сколько раз время приготовления пищи в скороварке меньше, чем в обычной кастрюле, необходимо провести сравнительный эксперимент, основываясь на физических принципах работы скороварки.

Принцип работы скороварки заключается в приготовлении пищи при повышенном давлении. В обычной кастрюле, даже накрытой крышкой, давление внутри близко к атмосферному, и поэтому вода кипит при температуре около $100 °C$. Выше этой температуры жидкость нагреть не удастся, так как вся дополнительная энергия будет уходить на парообразование. В герметично закрытой скороварке при нагреве образующийся водяной пар не может покинуть сосуд, что приводит к росту давления. В бытовых моделях давление может достигать $1.7-2$ атмосферы ($170-200$ кПа). При таком повышенном давлении температура кипения воды, согласно физическим законам, возрастает до $120 °C$ и выше. Скорость химических реакций, в том числе тех, что происходят при приготовлении пищи (денатурация белков, клейстеризация крахмала), экспоненциально зависит от температуры. Увеличение температуры готовки с $100 °C$ до $120 °C$ ускоряет эти процессы в несколько раз.

Для проведения опыта понадобятся: скороварка, обычная кастрюля, плита, секундомер, кухонные весы для точности и продукт для приготовления (например, картофель, свекла или мясо).

Порядок проведения эксперимента следующий. Сначала необходимо подготовить две абсолютно идентичные порции продукта. Например, взять две одинаковые по массе порции картофеля и нарезать их кубиками одного размера. Это обеспечит чистоту эксперимента. Далее следует первый этап: варка в обычной кастрюле. Одну порцию продукта помещают в кастрюлю, заливают определенным количеством воды (например, чтобы она покрывала продукт на 1-2 см), доводят до кипения, уменьшают огонь до среднего и с этого момента засекают время варки до полной готовности. Готовность можно проверять ножом или вилкой. Полученное время обозначим как $t_{кастрюля}$.

На втором этапе вторая, идентичная порция продукта готовится в скороварке. Продукт и такое же количество воды помещают в чашу скороварки, которую герметично закрывают и ставят на огонь. Время приготовления следует засекать с того момента, как скороварка наберет рабочее давление (обычно об этом сигнализирует шипение клапана или поднявшийся индикатор). По истечении времени, рекомендованного инструкцией, скороварку снимают с огня, сбрасывают давление и проверяют готовность продукта. Это время приготовления при повышенном давлении обозначим как $t_{скороварка}$.

Искомое соотношение, показывающее, во сколько раз скороварка быстрее, вычисляется по формуле: $N = \frac{t_{кастрюля}}{t_{скороварка}}$.

Например, если картофель в обычной кастрюле варится 20 минут после закипания, а в скороварке — 5 минут при рабочем давлении, то время приготовления сокращается в $N = \frac{20 \text{ мин}}{5 \text{ мин}} = 4$ раза. Для жесткого мяса, которое в кастрюле варится около 1.5 часов (90 минут), а в скороварке — около 30 минут, сокращение времени будет в $N = \frac{90 \text{ мин}}{30 \text{ мин}} = 3$ раза. Таким образом, в зависимости от продукта, время приготовления в скороварке может быть меньше в 3-5 раз, а для некоторых продуктов, требующих длительной термической обработки (например, бобовые, холодец), — до 10 раз.

Ответ: Время приготовления пищи в скороварке меньше, чем в обычной кастрюле, в среднем в 3–4 раза. Это ускорение достигается за счет повышения температуры приготовления до $120 °C$ и выше (вместо $100 °C$ в обычной кастрюле), что становится возможным из-за создаваемого внутри скороварки избыточного давления. Более высокая температура значительно ускоряет химические реакции, лежащие в основе приготовления пищи. Чтобы определить точное соотношение для конкретного продукта, нужно экспериментально замерить время его приготовления в обычной кастрюле ($t_{кастрюля}$) и в скороварке ($t_{скороварка}$) и вычислить их отношение $N = \frac{t_{кастрюля}}{t_{скороварка}}$.