Завтрак с физикой

Научно-практическая конференция «Шаг в Будущее-2012»

«Завтрак с физикой»

Автор: Цыдыпова Балжина

Страна: Россия

Регион: Агинский Бурятский Округ, Забайкальский край

Населенный пункт: село Кункур

Школа: Кункурская средняя общеобразовательная школа имени Героя Социалистического Труда Пурбуева Дашидондок Цыденовича.

Класс: 11

                     Руководитель: Лхундупова Гэрэлма Георгиевна

учитель физики Кункурской средней общеобразовательной школы

имени Героя Социалистического Труда Пурбуева Дашидондок Цыденовича.

Автор:Цыдыпова Балжина.

Страна: Россия.

Регион:Агинский Бурятский Округ, Забайкальский край.

Населённый пункт:село Кункур.

Школа:Кункурская средняя общеобразовательная школа Имени Героя Социалистического Труда Пурбуева Дашидондок Цыденовича.

Класс:11

Аннотация

Цель исследования:

   Установить связь количества энергии, поступающей с пищей, с энергозатратами организма в процессе жизнедеятельности.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу по данной теме.
2. Объяснить физический смысл следующих явлений:

1. процесс варки продуктов;
2. процесс жарки продуктов;
3. процесс кипячения жидкостей.

3. Сравнить количество энергии, полученной организмом во время завтрака, с количеством энергии, затраченной на различные виды деятельности.
4. На основе проведенных исследований сформулировать основные принципы рационального питания.

Источники информации: 

1. Учебная литература.
2. Справочная литература.
3. Прикладная литература.

Выводы:

1. Количество энергии, поступающей с пищей, должно соответствовать энергозатратам организма в процессе жизнедеятельности.
2. Пища должна удовлетворять потребности организма в количественном и качественном составе и соотношении питательных веществ, необходимых для полноценной жизни и здоровья человека.
3. Режим питания должен быть организован так, чтобы организм получал порции энергии и питательных веществ только по мере необходимости, успевал справляться с работой по переработке пищи и выводу отходов, имел возможность и время отдохнуть и восстановиться.

Автор:Цыдыпова Балжина.

Страна: Россия.

Регион:Агинский Бурятский Округ, Забайкальский край.

Населённый пункт:село Кункур.

Школа:Кункурская средняя общеобразовательная школа Имени Героя Социалистического Труда Пурбуева Дашидондок Цыденовича.

Класс:11

План исследования

Актуальность: 

Утро каждого человека начинается с завтрака. Процесс приготовления завтрака ни у кого не вызывает затруднений. Яичница, чашка молока и бутерброд – что может быть проще? Но вряд ли кто-то, особенно по утрам, задумывается о том, что завтрак должен быть правильно организован и максимально полезен для нашего организма. Каждый  хочет прожить долгую жизнь и не болеть. Но как этого добиться? Ведь на продолжительность жизни и здоровье человека влияет множество факторов. Некоторые из них не поддаются нашему контролю, например, генетическая предрасположенность к некоторым заболеваниям, загрязнение окружающей среды, различные природные катаклизмы и несчастные случаи. Но часто люди сами сокращают свою жизнь или бездумно тратят свое здоровье на сомнительные сиюминутные удовольствия, за которые потом придется расплачиваться плохим самочувствием, болезнями и преждевременной старостью. Именно эти факторы мы вполне можем преодолеть, придерживаясь здорового образа жизни.

   Здоровый образ жизни начинается, прежде всего, со здорового питания. В организации рационального питания большую помощь могут оказать знания из области физики.

Гипотеза:

Мы предполагаем что, завтрак является необходимым источником энергии, поступающей с пищей для жизнедеятельности организма человека.

Предмет:

Энергозатраты организма в процессе жизнедеятельности

Объект:

Потребляемая энергия с пищей

Автор:Цыдыпова Балжина.

Страна: Россия.

Регион:Агинский Бурятский Округ, Забайкальский край.

Населённый пункт:село Кункур.

Школа:Кункурская средняя общеобразовательная школа Имени Героя Социалистического Труда Пурбуева Дашидондок Цыденовича.

Класс:11

Научная статья

«Я готовлю себе завтрак».

1. Выбираем яйца.

   Яйца – питательный пищевой продукт, обладающий нежным и приятным вкусом. В белке яйца содержится весь комплекс жизненно важных питательных веществ. Наиболее ценная часть яйца – желток, он богат не только белками, жирами, минеральными веществами, но и витаминами.

   Куриные яйца в зависимости от срока хранения  подразделяют на диетические (срок хранения до 7 суток) и столовые (срок хранения от 7 суток до 30 суток). [4]

   Очень важно, чтобы яйца были свежими. Для определения их доброкачественности можно использовать несколько способов.

   Первый способ. Просвечивание. У свежего яйца белок легко просвечивается, а желток слабо заметен; недоброкачественные яйца не просвечиваются.

   Второй способ. Погружение в воду. В стакан наливают воду и растворяют 1 столовую ложку соли, осторожно опускают туда яйцо. Качество определяют по положению яйца. (Приложение 1).

   Объяснить наблюдаемое явление можно следующим образом: несвежее яйцо как бы «усыхает», жидкость из него испаряется и оно становится легче.

   Существует несколько способов для того, чтобы определить сырое яйцо или вареное. Нужно разобраться в физической сути этих способов.

   Первый способ. Нужно положить яйцо на стол и вращать вокруг вертикальной оси. Вареное яйцо будет вращаться быстрее, чем сырое. Почему? Вареное яйцо вращается как одно целое; сырое же состоит из отдельных жидких частей: желтка и белка. При вращении сырого яйца эти части обладают разной линейной скоростью: чем дальше от оси вращения, тем эта скорость больше; поэтому между частями яйца возникает внутреннее трение, тормозящее движение.

   Второй способ. Опустить яйца в соленую воду, и если они одинакового размера, то сырое яйцо будет плавать на большей глубине, чем вареное. [1]

   Третий способ. Оригинальный. Нужно укрепить на столе все яйца. Затем из ружья выстреливать в них по очереди. В вареных яйцах останется узкий след от пролетевшей пули, а сырые разлетятся на куски во все стороны. Вряд ли кто-то пользуется этим способом, но интересна причина такого разного влияния и действия пули на сырые и вареные яйца. При попадании пули в сырое яйцо, давление, оказываемое на его жидкое содержимое, будет передаваться по закону Паскаля во все стороны без изменения. [1]

   Полезный совет: яйца нельзя хранить в холодильнике больше двух недель. Но если обернуть каждое яйцо в бумагу и раз в неделю их переворачивать, они сохранятся значительно дольше. [6]

   Выбрав яйца, начинаем готовить завтрак.

2. Варим яйца.

   В какую воду нужно класть сырые яйца? Можно в холодную, а можно и в горячую. В холодной воде нагревание происходит одновременно, а в кипящей может треснуть скорлупа яйца, как тонкостенный стакан. При большой разности температур (комнаты и кипятка) вещество внутри яйца расширяется при нагревании очень быстро, и трескается скорлупа. Как этого избежать? Чтобы яйцо не треснуло при опускании в кипяток, нужно положить яйцо на металлическую ложку и медленно погружать его с ложкой. Яйца варим от 4 до 10 минут. (Приложение 2). После того, как прошло время, отведенное для варки яиц, опускаем их в холодную воду. Зачем? Скорлупа при быстром охлаждении резко сокращает свои размеры, и в ней образуются микротрещины, которые облегчают процесс снятия скорлупы.

   Почему в горах трудно сварить яйцо? Оно может долго находиться в кипящей воде, но оставаться при этом сырым. Так ли это? Температура кипения зависит от внешнего давления. В высокогорных районах атмосферное давление значительно ниже, чем у поверхности Земли, а с уменьшением давления температура кипения уменьшается. Вблизи вершины Эльбруса она составляет только 82◦ С. Там атмосферное давление равно

0,5 атм. [1]

   Полезный совет: На скорлупе яиц могут быть микробы, поэтому, прежде чем разбить яйцо, его моют. [6]

3. Готовим яичницу.

   Почему мы жарим на масле, а не на воде? Необходимо выяснить, чем отличается процесс варки от процесса жарки. Когда мы варим, продукты нагреваются до температуры кипения воды, то есть до 100◦С или чуть более,

если добавить соли. Вода выступает с одной стороны как среда, обеспечивающая постоянство 100-градусной температуры, с другой  - она ограничивает соприкосновение со стенками сосуда. При варке мы нагреваем продукты для их размягчения, стремясь этим существенно улучшить усвоение пищи. Белки и крахмал становятся более податливыми. Этот процесс изменяет микроструктуру продуктов, изгоняет из них летучие вещества. Иным становится запах продуктов, меняется их внешний вид и объём, продукты адсорбируют воду.

   Когда мы жарим, продукты находятся в масле, то есть в жидкой среде, температура которой может быть, около 300◦ С. При такой высокотемпературной  обработке существенное значение приобретает процесс окисления продукта. Жареная пища, поэтому приобретает иной вкус, жидкость из нее испаряется. Почему же мы все-таки жарим на масле, а не на воде? Вода, попадая на раскаленную сковороду, температура которой выше 100◦ С, начинает мгновенно испаряться на сковороде, образуя множество капелек-шариков воды, каждый из которых содержит некоторое количество растворенного в ней воздуха. Вследствие нагрева давление внутри шариков возрастает, они лопаются. Разрыв сопровождается возникновением ударной волны, которую мы воспринимаем как треск и шипение. [2]

  Когда мы наливаем масло на разогретую до 300◦ С сковороду, мы наблюдаем такое же явление, но при более высокой температуре.

   Полезный совет: Яичница, поджаренная на слабом огне, вкуснее той, что жарилась на сильном. [6]

4. Кипятим молоко.

   Процесс кипячения молока сопровождается интенсивным и резким увеличением объема, в результате чего мы говорим, что молоко «бежит».

Молоко – это ценный пищевой продукт. Оно содержит сахар, белки, жиры, минеральные вещества, витамины, ферменты. Сравним процесс кипения воды и молока. В начале молоко, как и вода, нагревается в кастрюле благодаря конвекции – перемешиванию теплых и холодных масс. Наличие определенного количества жира в молоке приводит к образованию маслянистой пленки. При нагревании растворенный в молоке воздух расширяется и поднимается вверх в виде пузырьков. Внутри каждого происходит испарение жидкости. С повышением температуры и по мере приближения ее к температуре кипения давление внутри пузырька увеличивается настолько, что, когда оно становится равным внешнему (или чуть превышает его), пузырек лопается, и воздух выходит наружу. [2]

   Маслянистая пленка на поверхности для пара непроницаема, поэтому пар, вырвавшийся из пузырьков, заставляет ее подниматься. Молоко как бы разбухает, увеличивается в объеме и «убегает», переливаясь через край кастрюли.

Полезный совет: 1) Молоко лучше кипятить в алюминиевой посуде.

Чтобы оно не пригорало, кастрюлю предварительно ополаскивают холодной водой. В пригоревшее молоко можно бросить щепотку соли – от этого вкус его восстановится. 2) Хранить молоко следует в фаянсовой, глиняной, стеклянной или эмалированной посуде в холодном темном месте. На ярком свету молоко теряет витамины и другие питательные вещества. [6]                             

5. Готовим бутерброд.

   Хлеб занимает основное место в питании человека. Замечательным свойством хлеба является то, что он никогда не приедается, хорошо усваивается и очень сытный. Хлеб – один из самых полезных продуктов; он содержит большинство незаменимых питательных веществ, без которых невозможна нормальная жизнедеятельность.

   Хлеб употребляют в пищу, даже когда он зачерствеет. Из хлеба можно приготовить различные бутерброды, а из черствого хлеба – гренки и другие вкусные блюда. [5]

   Попробуем нарезать хлеб острой и тупой стороной ножа. Тупой стороной ножа резать трудно. Почему? Сила давления одна и та же, а площадь опоры разная. Чем больше площадь опоры, тем больше нужно оказывать давление, поэтому проще и удобнее резать острой частью ножа. [1]

   Полезный совет: Чтобы хорошо наточить ножи, их помещают в слабый

раствор соли на 30-40 минут, затем точат, не вытирая. [6]

   Намажем ломтики батона маслом, выложим их на тарелку. Завтрак готов.

И сделано это не без участия физики.

6. Рассчитываем запас энергии, полученной за завтраком.

   Когда завтрак будет съеден, каждый из поевших получит в запас определенное  количество энергии для своей внутренней энергетической установки. И этот запас энергии можно подсчитать.

   При расчетах будем пользоваться таблицей «Удельная теплота сгорания q некоторых пищевых продуктов» (Приложение 3) и формулой для расчета количества теплоты, выделяющейся при сгорании (окислении) веществ

Q=q ·m  [2]

1. Для приготовления бутерброда потребовалось 100 г. батона и 20 г. сливочного масла. При окислении этих продуктов в организме, выделяется энергия:

Qх = 10470 · 103 Дж/кг · 0,15кг = 1339,5 ·103 Дж = 1339,5 кДж

QСМ = 32700 · 103 · 0,02 кг = 654· 103 Дж = 654 кДж

2. Во время завтрака выпили 1 стакан молока:

V = 200 см3 = 0,000 200 м3;

ρ = 1 030 кг/м3;

m = ρ · V = 1 030 кг/м3· 0,000 200 м3 = 0,206 кг. [1]

QМ = 2 800 · 103 Дж/кг · 0,206кг =560 ·103 Дж = 560 кДж

3. Для приготовления  яичницы потребовалось 2 яйца, масса каждого 50,5 г.

При окислении этих продуктов в организме, выделяется энергия:

QЯ =6900 · 103 Дж/кг · 0,101 кг = 696,9 · 103 Дж/кг = 696,9 кДж

   В сумме запас энергии составит  3250,4  кДж.

   На что может быть потрачена эта энергия? Расход энергии зависит от роста, веса, возраста и образа жизни человека.

   Например, ученик массой 58 кг расходует

1. на ходьбу по ровной дороге 1067 кДж энергии (Приложение 4)
2. на физическую зарядку – 1194 кДж  энергии (Приложение 4)
3. на выполнение лабораторной работы – 388,6 кДж энергии

     (Приложение 4)

4. на чтение про себя – 313 кДж энергии. (Приложение 4).
5. на чтение про себя – 313 кДж энергии. (Приложение 4).
6. На физическую зарядку – 1194 кДж энергии (Приложение 4).

Всего: 4469,6 кДж.

   Таким образом, уже после второго урока большая часть энергии, полученной за завтраком, будет растрачена и ученику придется идти в буфет, чтобы пополнить запасы энергии.

Заключение.

   В процессе работы над проектом я узнала много нового, по новому взглянула на привычные явления. На основе полученных знаний мне удалось сформулировать основные принципы рационального питания:

1. Количество энергии, поступающей с пищей, должно соответствовать энергозатратам организма в процессе жизнедеятельности.
2. Пища должна удовлетворять потребности организма в количественном и качественном составе и соотношении питательных веществ, необходимых для полноценной жизни и здоровья человека.
3. Режим питания должен быть организован так, чтобы организм получал порции энергии и питательных веществ только по мере необходимости, успевал справляться с работой по переработке пищи и выводу отходов, имел возможность и время отдохнуть и восстановиться.

   Поэтому не стоит легкомысленно относиться к своему завтраку и ограничиваться только наспех выпитой чашкой чая. Ведь на здоровье нашего организма влияют не только вредные привычки, но и неправильное питание.

Приложения.

Приложение 1. Определение свежести яйца.

Приложение 2. Способы варки яиц.

Приложение 3.Удельная теплота сгорания q некоторых пищевых продуктов.

Приложение 4. Расход энергии человеком при различной деятельности

(ориентировочные значения)

Литература.

1. Физика. 7 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений

/ А.В.Перышкин.- 9-е изд., стереотип. - М.: Дрофа,2005.

2. Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений

/ А.В. Перышкин. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.

3. А.С. Енохович Справочник по физике и технике:

Учебное пособие для учащихся – 3-е издание переработанное и дополненное – М.: Просвещение, 1989.

4. Технология: учебник для учащихся 5 класса общеобразовательных учреждений (вариант для девочек). – 3-е изд., перераб.

/Под ред. В.Д. Симоненко.- М.: Вентана-Граф, 2007.

5. Кулинария на каждый день / Редактор-составитель: Л.Б. Дайлидко;

Художник: О. Карпович.- Мн.: ООО «Сэр-Вит»,1996.

6. 260 полезных советов./ Составитель А.И. Демченко, Г.Ю. Демченко. – Саратов: РИО упрполиграфиздата, 1990.