Про работу мышц

27. МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ,
СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В ПИЩЕ
(Задачи по механике рекомендуется решать по порядку)
Даже у людей, постоянно занятых тяжелой физической работой, и у рабочих
животных лишь очень малая часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в полезную механическую работу. С целью определить, какая именно доля
химической энергии превращается в механическую работу, ставились специальные
эксперименты, в которых количество потребляемой пищи и совершаемая работа
измерялись достаточно длительное время для того, чтобы можно было считать, что
установилось равновесие.
ЗАДАЧА
Английский физиолог Орр подсчитал, что упряжка эскимосских лаек, изо дня в день
тянущая сани (при условии, что собаки не прибавляют в весе и не худеют), потребляет
корма примерно из расчета 5000 ккал в день на собаку. Тэйлор, работавший в те же годы
на той же антарктической станции, с помощью динамометра измерил силу, с которой
упряжка из девяти собак обычно тянет сани. Получилось в среднем около 795 Н (т. е.
7,95·107 дин) при скорости 1,55 м/с. При хорошей погоде собаки работали, как правило,
по 7 ч в день.
а) Какую мощность развивала собака, запряженная в сани?
б) Какой процент от 5000 ккал собака обращала в полезную работу?
Ответ 27.
Мех. эквивалент химической энергии а) 137 Вт б) 16,4%.
28. МЕХАНИКА МЫШЦЫ
(Задачи по механике рекомендуется решать по порядку}
Коэффициент полезного действия определяется как отношение произведенной
работы к работе затраченной. Разность между затраченной и произведенной работой
обычно превращается в тепло. Часто бывает так, что одна система (например, мышца)
приводит в движение другую (например, руку или ногу), та в свою очередь третью, и так
далее. В этом случае суммарный коэффициент полезного действия равен, естественно,
произведению к. п. д. всех ступеней системы.
ЗАДАЧА
Мышца, действуя со средней силой 300 кгс, сократилась на 2 см.
а) Какая при этом произведена работа (в джоулях)?
б) Каков к. п. д. мышцы, если при этом выделилось 21 кал тепла?
в) Насколько при этом увеличился запас энергии, если центр тяжести тела животного
массой 50 кг поднялся на высоту 10,8 см?
г) Каков к. п. д. механической системы рычагов, образуемой скелетом?
28. Механика мышцы а) 58,9 Дж б) 40% в) 53,0 Дж г) 90%.
29. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЫШЦЫ
(Задачи по механике рекомендуется решать по порядку)
Когда вы поднимаете на определенную высоту некоторый груз, то совершаемая при этом
работа равна, по определению, произведению веса груза на высоту. Кроме того, при этом
выделяется некоторое количество тепла. С точки зрения механики выделившееся тепло
— это продукт отхода; поэтому к. п. д. мышцы равен частному от деления произведенной
работы на сумму произведенной работы и выделившегося тепла.
ЗАДАЧА
Мышцу массой 0,1 г нагружали различными грузиками и затем подвергали
раздражению. Масса грузиков и высота, на которую они поднимались, указаны в табл. 9.
Определите: а) совершенную работу и б) коэффициент полезного действия в каждом
эксперименте (количество тепла, выделявшегося в каждом случае при сокращении
мышцы, указано в последнем столбце).
1 М. Джермен Количественная биология в задачах и примерах
№
опыта
Таблица 9
Выделившееся тепло,
кал
масса
Высота
груза,
подъема,
г
см
1
16,4
0,577
3,32·10-4
2
12,2
0,695
3,73·10-4
3
8,09
0,745
3,91·10-4
4
5,05
0,860
4,31·10-4
Ответы 29. Коэффициент полезного действия мышцы Таблица 20
№
Произведенная работа, эрг
Выделившееся
к. п. д., %
тепло,
опыта
эрг
3
1
9,28·10
1.39·104
40
3
4
2
8,32·10
1,56·10
35
3
4
3
5,91·10
1,63·10
27
3
4
4
4,26·10
1,80·10
10
3
4
5
9,07·10
1.85·10
5
30. ТЕПЛОТА АКТИВАЦИИ И УКОРОЧЕНИЕ МЫШЦЫ
(Задачи рекомендуется решать по порядку)
Теплота активации, выделяющаяся при произвольном одиночном сокращении
ненагруженной мышцы, — это та часть выделяющейся теплоты, которая не зависит от
величины укорочения, тогда как теплота укорочения мышцы тем больше, чем больше
укорачивается мышца при сокращении. Некоторое количество теплоты выделяется и
после сокращения, но нас это в данном случае не интересует.
ЗАДАЧА
В ряде опытов с мышцами ноги земноводных было установлено, что при
максимальном одиночном сокращении теплота активации составляет примерно 0,13 мкал,
а теплота укорочения — примерно 0,35 мкал на 1 см укорочения. Пусть длина мышцы
равна 2,43 см при массе 0,104 г, и для нагревания 1 г мышцы па 1°С требуется 1 кал тепла.
На сколько градусов повысится температура мышцы при сокращении, в результате
которого она укоротится на 41,2%?
Ответ 30. Теплота активация и укорочение мышцы. Температура повысится на
4,62·10-3°С. Часто дается неправильный ответ 4,99·10-3°С, когда вместо того, чтобы
делать на массу мышцы, на нее умножают, а потом соответствующим образом подгоняют
порядок величины.
1 калория равна количеству тепла, которое надо затратить, чтобы нагреть 1 г воды на 1°С. 1 кал = 4,19Дж
Система единиц СГС(сантиметр, грамм, секунда).
1 дин равен силе, сообщающей телу, массой 1 г ускорение 1 см/с2 1 дин = 1 г·см/с2
1 эрг равен работе силы в 1 дин при перемещении точки приложения силы на расстояние 1 см в
направлении действия силы. 1 эрг = 1 г·см2/с2 = 10−7 Дж
1мкм=10-6м
1см=10-2м
760 мм рт.ст. = 10,3 м вод.ст.= 1 атм = 101375Па ≈ 10 5 Па
2 М. Джермен Количественная биология в задачах и примерах