Завтрак с физикой

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 63

г.о. Тольятти

Исследовательский проект

«Завтрак с физикой»

                                                           Автор: учащиеся 9 «А» класса                                  

                                                      Головачева В., Гусарова Т.                

                                              Руководитель: Чимченко И.Ю

2011 г.

Содержание:

I. Введение.  ……………………………………………….............4

II. Основная часть:

«Я  готовлю себе завтрак».

1. Выбираем яйца. …………………………………………….5
2. Варим яйца. …………………………………………....6
3. Готовим яичницу. ……………………………………..6
4. Кипятим молоко. ……………………………………...7
5. Готовим бутерброд. …………………………………...7
6. Рассчитываем запас энергии,                                      

    полученной за завтраком. ……………………………..8

III. Заключение. …………………………………………………10

IV. Приложение. …………………………………………………11

V. Литература. …………………………………………………...13

-2-

Цель проекта:

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

Актуальность проекта: 

   Утро каждого человека начинается с завтрака. Процесс приготовления завтрака ни у кого не вызывает затруднений. Яичница, чашка кофе 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.  

Задачи проекта:

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

2. процесс варки продуктов;
3. процесс жарки продуктов;
4. процесс кипячения жидкостей.
5. Сравнить количество энергии, полученной организмом во время завтрака, с количеством энергии, затраченной на различные виды деятельности.
6. На основе проведенных исследований сформулировать основные принципы рационального питания.

Источники информации: 

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

Выводы:

7. Количество энергии, поступающей с пищей, должно соответствовать энергозатратам организма в процессе жизнедеятельности.
8. Пища должна удовлетворять потребности организма в количественном и качественном составе и соотношении питательных веществ, необходимых для полноценной жизни и здоровья человека.
9. 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.

-3-

Введение.

   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.

-4-

 «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.

-5-

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

-6-

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

-7-

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:

QБ = 10 470 · 103 Дж/кг · 0,1кг = 1 047 ·103 Дж = 1 047 кДж

QСМ = 32 700 · 103 · 0,02 кг = 654· 103 Дж = 654 кДж

2. Во время завтрака выпили 1 стакан молока:

V = 250 см3 = 0,000 250 м3;

ρ = 1 030 кг/м3;

m = ρ · V = 1 030 кг/м3· 0,000 250 м3 = 0,2575 кг. [1]

QМ = 2 800 · 103 Дж/кг · 0,2575кг =721 · 103 Дж = 721 кДж

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

При окислении этих продуктов в организме, выделяется энергия:

QЯ =6 900 · 103 Дж/кг · 0,101 кг = 696,9 · 103 Дж/кг = 696,9 кДж

   В сумме запас энергии составит  3 118,9  кДж.

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

   Например, ученик массой 45 кг расходует

1. на ходьбу по ровной дороге 828 кДж энергии (Приложение 4)
2. на подъем на 3 этаж школы – 10,15 кДж энергии (Приложение 5)
3. на физическую зарядку – 927 кДж  энергии (Приложение 4)
4. на выполнение лабораторной работы – 301,5 кДж энергии

     (Приложение 4)

-8-

5. на чтение про себя – 243 кДж энергии. (Приложение 4).

Всего: 2 309,65 кДж.

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

-9-

Заключение.

   В процессе работы над проектом мы узнали много нового, по новому взглянул  на привычные явления. На основе полученных знаний нам удалось сформулировать основные принципы рационального питания:

10. Количество энергии, поступающей с пищей, должно соответствовать энергозатратам организма в процессе жизнедеятельности.
11. Пища должна удовлетворять потребности организма в количественном и качественном составе и соотношении питательных веществ, необходимых для полноценной жизни и здоровья человека.
12. 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.

-10-

Приложения.

Приложение 1. Определение свежести яйца.

Приложение 2. Способы варки яиц.

Приложение 3.Удельная теплота сгорания q некоторых пищевых продуктов.

-11-

Приложение 4. Расход энергии человеком при различной деятельности

(ориентировочные значения)

Приложение 5. Определение расстояния между 1-м и 3-м этажами школы.

Оборудование: барометр.

1. С помощью барометра определяем атмосферное давление на 1-м и 3-м этажах школы.

р1=95 500 Па

р3 =95 250 Па

2. Находим  Δр=р1-р3 = 250 Па

3. Сделаем перевод в другие единицы измерения:

1мм. рт. ст. = 133 Па

250 Па ׃ 133Па = 1,88 мм. рт. ст.

4. Зная, что каждые 12 м. подъёма вверх соответствуют уменьшению давления на 1 м. рт. ст., рассчитаем расстояние между 1-м и 3-м этажами:

h =1,88 мм. рт. ст. · 12 м =22,56 м.

Таким образом, поднимаясь с 1-го этажа на 3-й, мы поднимаемся на высоту 22,56 м.

-12-

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.

-13-

Рецензия

на проектную работу  «Завтрак с физикой»

учащегося  10 «А» класса  МОУ сош №3 г. Красный Кут

Коробейникова Анатолия.

   Заявленная тема «Завтрак с физикой», актуальна, так как здоровье всегда было и остается одной из самых больших жизненных ценностей. Одно из основных условий сохранения здоровья – полноценное питание и, как справедливо отмечают автор во введении к своей работе, «в организации рационального питания большую помощь могут оказать знания из области физики».

   Хотелось бы обратить внимание, что автор подробно рассматривает данную тему, используя не только учебный и справочный материал, но и прикладную литературу. Работа над проектом способствовала развитию познавательной самостоятельности учащегося, формированию у него умения исследовательской деятельности, помогла поддержать интерес к предмету. Ученик мобилизовал все свои знания и умения, осваивая новые.

   К работе имеется приложение. В нем представлены: таблицы «Определение свежести яйца», «Способы варки яиц», «Удельная теплота сгорания q некоторых пищевых продуктов», «Расход энергии человеком при различной деятельности», описан способ определения высоты здания с помощью барометра.

   Работа рекомендована для участия в районной научно-практической конференции «Шаг в будущее» .

Учитель физики МОУ сош №3 г. Красный Кут_________( Рябец Т.П.)