Διερεύνηση αναλογίας επιφάνειας κύβου ζάχαρης προς όγκο
Γενικά όσο μεγαλύτερος είναι ένας οργανισμός τόσο μικρότερη είναι η επιφάνειά του σε σύγκριση με τον όγκο του .
Λόγος επιφάνειας προς όγκο είναι ένας πραγματικά σημαντικός παράγοντας για το πόσο καλά ένας οργανισμός μπορεί να ανταλλάξει ουσίες με το περιβάλλον του. Ένα μεγάλο θηλαστικό όπως ο άνθρωπος δεν θα μπορούσε ποτέ να απορροφήσει αρκετό οξυγόνο για να επιβιώσει μέσω του δέρματός του, γι' αυτό και τα θηλαστικά έχουν πνεύμονες. Οι πνεύμονες περιέχουν εκατομμύρια μικροσκοπικούς σάκους που ονομάζονται κυψελίδες και παρέχουν μεγάλη επιφάνεια για ανταλλαγή αερίων. Στους ανθρώπους το κάλυμμα των κυψελίδων έχει επιφάνεια περίπου 100 m. Συγκριτικά η επιφάνεια του δέρματος ενός μέσου ενήλικα είναι μόνο περίπου 2 m!!
Παραδείγματα οργανισμών που ανταλλάσσουν ουσίες με το περιβάλλον τους
Ανταλλαγή αερίων στους πνεύμονες
Οι πνεύμονες των ανθρώπων (και άλλων θηλαστικών) είναι εκεί όπου λαμβάνει χώρα η ανταλλαγή αερίων. Οξυγόνο μεταφέρεται στο αίμα και διοξείδιο του άνθρακα ( το απόβλητο προϊόν της αναπνοής ) αφαιρείται. Για να είναι αποτελεσματική αυτή η διαδικασία χρειάζεται μεγάλη επιφάνεια. Οι κυψελίδες (μικροσκοπικές δομές σαν σάκο) το παρέχουν αυτό.
Πώς είναι ειδικά προσαρμοσμένες οι κυψελίδες για ανταλλαγή αερίων;
- Τεράστια επιφάνεια.
- Λεπτά τοιχώματα ( ώστε τα αέρια να μην έχουν μακριά να ταξιδέψουν )
- Μια υγρή επένδυση για να μπορούν να διαλυθούν τα αέρια.
- Καλή παροχή αίματος.
Το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα ανταλλάσσονται με μια διαδικασία που ονομάζεται διάχυση . Όταν το αίμα φτάνει στις κυψελίδες, επιστρέφει στους πνεύμονες αφού μεταφέρει οξυγόνο στα κύτταρα του σώματος και συλλέγει διοξείδιο του άνθρακα για να αποβληθεί από τους πνεύμονες. Η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα είναι υψηλή (και χαμηλή στις κυψελίδες) και η συγκέντρωση οξυγόνου στις κυψελίδες υψηλή (και χαμηλή στο αίμα), επομένως διατηρείται μια βαθμίδα συγκέντρωσης για διάχυση.
Το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται από το αίμα στις κυψελίδες.
Το οξυγόνο διαχέεται από τις κυψελίδες στο αίμα.
Λάχνες στο πεπτικό σύστημα
Το λεπτό έντερο περιέχει πολλές μικροσκοπικές προεξοχές που ονομάζονται λάχνες. Όπως οι κυψελίδες στους πνεύμονες, αυτές αυξάνουν την επιφάνεια του λεπτού εντέρου.
Η τροφή που έχει διασπαστεί σε μικρά μόρια απορροφάται στο αίμα μέσω των λαχνών.
Φύλλα φυτών και φωτοσύνθεση
Τα φύλλα των φυτών έχουν μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο που τους επιτρέπει να απορροφούν πολύ φως για φωτοσύνθεση .Τα λεπτά φύλλα επιτρέπουν επίσης την εύκολη διάχυση διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου μέσα και έξω από το φύλλο.
Αναλογία επιφάνειας προς όγκο με κύβους ζάχαρης
Αυτή η απλή δραστηριότητα δείχνει εύκολα τη διαφορά που μπορεί να κάνει η αναλογία επιφάνειας προς όγκο.
Θα χρειαστείτε
Κύβοι ζάχαρης
3 μικροί δίσκοι ή πιάτα
Χρώμα τροφίμων
Μικρό δοχείο μέτρησης
Νερό
Οδηγίες
Γεμίστε το δοχείο μέτρησης στο μισό και προσθέστε λίγο χρώμα τροφίμων.
Ρίξτε ένα λεπτό στρώμα από το χρωματιστό νερό σε κάθε πιάτο. Βεβαιωθείτε ότι το καθένα έχει την ίδια ποσότητα νερού.
Τοποθετήστε έναν μόνο κύβο ζάχαρης σε ένα πιάτο και αφήστε τον χρόνο που χρειάζεται για να αλλάξει εντελώς χρώμα ο κύβος ζάχαρης.
Τώρα τοποθετήστε 8 κύβους ζάχαρης (στη διάταξη τους κύβους ζάχαρης με την ένδειξη 1 ) στο επόμενο πιάτο και αφήστε τον χρόνο που χρειάζονται για να κορεστούν πλήρως.
Αυτή τη φορά τοποθετήστε 8 κύβους ζάχαρης ( στη διάταξη των κύβων ζάχαρης με την ένδειξη 2 ) στο επόμενο πιάτο και χρονομετρήστε πόσο χρόνο χρειάζονται για να κορεστούν πλήρως.
Υπολογισμοί επιφάνειας και αναλογίας όγκου
Όγκος =μήκος x πλάτος x ύψος
Εμβαδόν επιφάνειας =μήκος x πλάτος
Μονός κύβος
Κάθε πλευρά είναι 1 cm μακρύ
Η επιφάνεια του μεμονωμένου κύβου είναι :(1x 1) x 6 ( 6 πλευρές ) =6cm
Η ένταση είναι 1 x 1 x 1 =1 cm
Λόγος επιφάνειας προς όγκο είναι 6:1
Sugar Cube Arrangement 1
Τόμος 2 x 4 x 1 =8
Επιφάνεια
Πάνω και κάτω (4 x 2) x 2 =16
Πλευρές ( 2 x 1 ) x 2 =4 και
(4 x 1 ) x 2 =8
Συνολική επιφάνεια 28
Λόγος επιφάνειας προς όγκο =28:8 απλοποιημένο σε 3,5 :1
Σύνθεση κύβου ζάχαρης 2
Τόμος
2 x 2 x 2 =8 cm
Επιφάνεια
( 2 x 2 ) x 6 =24
Λόγος επιφάνειας προς όγκο 24:8 απλοποιημένο σε 3:1
Η διάταξη κύβου ζάχαρης 1 έχει μεγαλύτερη επιφάνεια σε σύγκριση με τον όγκο της, επομένως θα πρέπει να διαπιστώσετε ότι αυτή η διάταξη απορροφά νερό πιο γρήγορα από τη διάταξη 2!
Γρήγορη αναλογία επιφάνειας προς όγκο
Μερικοί οργανισμοί έχουν ένα ειδικά προσαρμοσμένο σχήμα σώματος για να αυξάνουν την αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Οι επίπεδες σκώληκες έχουν πεπλατυσμένο σώμα για να επιτρέπουν στις ουσίες να περνούν και να βγαίνουν εύκολα.
Οι ελέφαντες έχουν μεγάλα αυτιά για να αυξάνουν την επιφάνειά τους προς τον λόγο όγκου, γεγονός που τους επιτρέπει να κρυώνουν πιο αποτελεσματικά καθώς έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια στην οποία χάνουν τη θερμότητα.
