Рациональное питание с точки зрения закона сохранения энергии

1. Мною было проведено исследование по определению энергозатрат организма по задержке дыхания до нагрузки и после. Испытуемые в положении сидя задерживали дыхание на максимальный срок. Затем им было предложено сделать 10 приседаний и сразу после этого, снова задержать дыхание на максимальное время (таблица 5).

Вывод: Сравнив данные в первом и во втором случаях, можно сделать вывод, при физической нагрузке в результате распада органических веществ и их окисления в крови накапливается больше углекислого газа, чем в состоянии покоя, вследствие чего во втором случае удается задержать дыхание на меньший промежуток времени. Таким образом, при физической нагрузке расход энергии возрастает.

2. Расчет удельного энергопотребления мозга человека. Энергопотребление обычного человека составляет в среднем 3000 ккал в сутки. Предположим, что масса тела без мозга равна 60 кг, а масса мозга 1,5 кг, причем мозг в сутки потребляет около 20% всей энергии. Все выполненные расчеты по определению удельного энергопотребления мозга приведены в таблице 6.

Вывод: Расчет наглядно показал, что 1 кг массы мозга потребляет в 10 раз больше энергии, чем любая остальная часть тела такой же массы. Следовательно, мышление требует больших затрат энергии.

3. Расчет энергии, который выделится в организме человека при полном окислении недельной нормы 1,2 кг потребляемых жиров, учитывая, что при окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, проведен в таблице 7.

Расчет энергии, выделяемый в организме человека при полном окислении суточной нормы 433 г углеводов, учитывая, что при окислении 1 г углеводов выделяется в среднем 17,6 кДж энергии, приведен в таблице 7.

Вывод: И углеводы, и жиры являются источниками энергии, но при окислении 1 г углеводов жира выделяется больше энергии, чем при окислении 1 г углеводов, то есть жиры являются основным энергетическим депо организма, однако, углеводы легче усваиваются и быстрее окисляются в организме человека.

4. Чтобы организм нормально функционировал, человек должен правильно питаться. Зная пищевую ценность продуктов, а также нормы их расходов на одну порцию (таблица 1), можно составить правильный рацион. Расчет калорийности полдника, учитывая, что на завтрак должно приходиться 25%, на обед 50%, на ужин 10% энергообеспечения и энергозатраты подростка составляют 3500 ккал в сутки, приведен в таблице 8.

Используя полученный результат и  таблицу 9, составим предполагаемый рацион полдника:

1. Хлеб – 120 г (285,9 ккал)
2. Сыр – 15 г (57 ккал)
3. Масло – 10 г (66,1 ккал)
4. Молоко – 200 г (116 ккал)

Итого: 525 ккал

Как видно из расчета, питание должно быть нормировано. Норма питания  восполняет энергетические нужды организма, его рост, обеспечивает работоспособность человека и его сопротивляемость инфекционным заболеваниям.

Ни один продукт не может полностью  удовлетворить потребность организма  во всех необходимых ему веществах, поэтому питаться нужно разнообразно, регулярно, но не переедать. Для сохранения здоровья и работоспособности человека пища должна полностью восстанавливать то количество энергии, которое он затрачивает в течение суток. Меньшее количество пищи приводит к истощению, а большее количество приводит к ожирению. Из всего сказанного следует, что необходимо питаться рационально, и мы к этому должны стремиться. Однако обеспечение быстро растущего населения Земли продовольствием – одна из наиболее сложных глобальных задач. Ее решение связано со многими экономическими и социальными проблемами

 

Заключение

Я завершаю курсовую работу по физике на тему: «Рациональное питание с точки зрения закона сохранения энергии». При исследовании проекта я выяснил, что:

1. В XIX веке была разработана концепция сбалансированного питания, которая опиралась на исследования Г.Гельмгольца и Р. Майера, сформулировавших закон сохранения энергии в живом организме.
2. Кинетическая энергия равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему заданную скорость движения. Любое движущее тело обладает некоторым запасом кинетической энергии.
3. Потенциальной энергией называют часть общей механической энергии системы, зависящая от взаимного расположения ее частиц и от их положения во внешнем силовом - гравитационном поле.
4. Всякие тела или системы тел, находящиеся под действием сил и способные перемещаться в направлении действия силы, обладают потенциальной энергией
5. Внутренняя энергия тела определяется кинетической энергией молекул, зависящей от скоростей их беспорядочного движения, и потенциальной энергий молекул, зависящей от их взаимного расположения.
6. При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.
7. Изменение кинетической энергии тела может происходить только за счет соответственных изменений потенциальной энергии и наоборот.
8. Сумма кинетической энергии и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается постоянной
9. Рациональное питание подразумевает баланс поступающей энергии в соответствии с расходом ее на обеспечение нормальной жизнедеятельности.
10. Главный принцип рационального питания – это выполнения его согласно закону сохранению энергии, то есть, сколько энергии человек затрачивает - столько и должен он потреблять.
11. Существуют три пути затрат энергии в организме: основной обмен, специфическое динамическое действие пищи, мышечная деятельность.
12. Основу рационального питания составляет богатая углеводами крахмалсодержащая пища, а также белки и жиры, достаточное количество витаминов, минеральных веществ и грубые пищевые волокна.
13. Живой организм не может работать как тепловая машина, так как он представляет собой открытую термодинамическую систему, далекую от состояния равновесия.
14. Отсутствие в пище живых полезных веществ приводит к уменьшению выработки энергии клетками и к заболеваниям, связанных с нарушением обмена веществ
15. Человек расходует большую энергию при физической нагрузке и мышлении.
16. Углеводы легче усваиваются и быстрее окисляются в живом организме.

Помимо выше изложенного, я выяснил, что сформулированная мной гипотеза полностью подтвердилась. Закон сохранения энергии является абсолютным, следовательно, он выполняется и в живом организме, в том числе и в клетках человеческого тела. Поэтому, питание подразумевает баланс поступающей энергии в соответствии с расходом ее на обеспечение нормальной жизнедеятельности.

 

 

 

Список литературы

1. Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики. М., Лань, 2004. 672с.
2. Бутиков Е. И. Физика для поступающих в вузы, Наука, 1982. 347с.
3. Дуков В. М. История формулировки закона сохранения энергии. М. Инфра, 2002. 483с.
4. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. М., Физматлит, 2004. 224с.
5. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. М., Физматлит, 1963. 608с.
6. Литвина А. Г. Основы правильного питания. Л., Лит, 378с.
7. Самина Д. К. 100 великих научных открытий. М., Вече, 2002. 480с.
8. Сивухин Д. В., Общий курс физики. Изд. 5-е, исправленное. М, Физматлит, 2006. 544с.
9. Сушанский А. Г. Лифляндский А. В. Принципы рациона. М., Махаон, 2005. 361с.
10. Типлер П. А., Луэллин Р. А. Современная физика. М., Мир, 1989. 358с.
11. Шмутцер Э. Р., Мицкевич Н. В. Симметрии и законы сохранения в физика. М., Мир, 1974. 160с.
12. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и самообразования. М., Наука, 1983. 383с.
13. URL:http://www.cardio.vitebsk.by/index.php/Itemid
14. URL:http://www.medikit.net.ua/articles-info/rationalnoe+pitanie/15de.html
15. URL:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/paragraph19/theory.html
16. URL:http://www.ru.m.wikipedia.org/wiki/Внутренняя_энергия
17. URL:http://www.thefood.ru/sbalansirovannoe_pitanie.html
18. URL:http://www.window.edu.ru/window/lidrary/page=2

 

 

Приложение

 

 

Рисунок 1. Вечный двигатель Роберта Майера, выполняемый на законе Архимеда

 

 

Рисунок 2. Установка Джоуля для измерения механического эквивалента тепла

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Способы изменения внутренней энергии тела

 

 

Рисунок 4. Пищевая пирамида сбалансированного питания. Ее основу составляет богатая крахмалсодержащая пища, следующий ярус занимают овощи и фрукты. На предпоследнем ярусе – продукты, содержащие белки и молочные продукты. На вершине находятся продукты, которые нужно есть понемногу

 

 

Профессия	Общая энергетическая ценность пищевого рациона, кДж
Не связанная с физическим трудом	13 474
Связанная с физическим трудом	15 086
Связанная с механизированным или  частично механизированным трудом	17 270
Связанная с тяжелым немеханизированным трудом	19 942

 

Таблица 1. Энергозатраты людей  разных профессий

 

 

 

Вид деятельности	Энергозатраты (в час)
	ккал	кДж
Сон	65	270
Сидение (в покое)	100	420
Физическая зарядка	240-340	1000-1420
Мытье посуды	140	590
Езда на велосипеде	540	2260
Мытье полов	200-270	960-1130
Спокойное лежание	77	320
Шитье	100-160	420-670
Косьба вручную	440-700	1800-2900
Прогулка по ровной местности	230-270	960-1130

 

Таблица 2. Энергетические затраты для разных видов деятельности

 

 

 

Продукт	q
	кДж/кг	ккал/кг
Батоны простые	10470	2500
Говядина	7520	1800
Картофель	3770	900
Масло сливочное	32700	7800
Мороженое сливочное	7500	1790
Мясо куриное	5380	1280
Хлеб пшеничный	8930	2130
Яйца	6900	1650
Сахар	17150	4100

 

Таблица 3. Удельная теплота сгорания q некоторых пищевых продуктов

 

Питательные вещества	Различные группы профессий
	не связанные с физическим трудом	связанные с физическим трудом
		механизированным	частично механизированным	тяжелым механизированным
Белки, г	109	122	146	163
Жиры, г	106	116	134	153
Углеводы, г	433	481	558	631
Общая энергетическая ценность пищевого рациона, кДж	13 474	15 086	17 270	19 942

 

Таблица 4. Нормы суточной потребности людей в питательных веществах

 

 

 

Испытуемые	Задержка дыхания, с
	до нагрузки	после нагрузки
Байрамкулов	65	26
Алимов	55	20
Миронов	15	23
Углеводы (или жиры) + О2 = СО2 + Н2О + Е

 

Таблица 5. Определение энергозатрат организма по задержке дыхания

 

 

 

= 3000 ккал × 0,2 = 600 ккал (потребляет мозг человека в сутки) = 600 : 1,5 = 400 ккал (потребляет 1 кг  массы мозга) = 3000 – 600 = 2400 ккал (потребляет  тело человека без учета энергопотребления  мозга) = 2400 : 60 = 40 ккал (потребляет любой участок тела человека массой 1 кг) = = = 10

> в 10 раз

 

Таблица 6. Расчет удельное энергопотребление мозга человека

 

 

 

1 г (жира) – 38,9 кДж 1200 г (жира) – х кДж (Q1) Q1 = 1200 × 38,9 : 1 г = 46 680 кДж	433 г (углевода) – Q2 кДж 1 г (углевода) – 17,6 кДж Q2 = 433 г × 17,6 кДж : 1 г = 7621 кДж
Ответ: 46 680	Ответ: 7621 кДж