Фізичний кайф

Підпишіться на цей блог

Підпишіться

Шукати в цьому блозі

Запитайте фізика: скільки калорій у цьому сонячному промені?

Джо,
Чудове запитання - приголомшливо, що ви впізнаєте потік енергії, задіяний у біології та фізиці: це означає, що в кінцевому рахунку майже все життя на Землі в певному сенсі забезпечується синтезом. Мабуть, на диво, ваше запитання не таке вже й велике! Хоча енергія набуває різних форм, одна з дивовижних речей у фізиці полягає в тому, що в кінці кінців все це взаємоперетворюється - перехід від калорій до більш стандартної одиниці енергії, такої як джоулі, є простим перетворенням масштабу. Це означає, що якщо помножити добові потреби людини в калоріях на кількість днів у 85 років, ви зможете знайти грубу відповідь на своє запитання!

Однак цікаво відзначити, що кількість сонячної енергії, яка надходить у щоденну їжу людини, надзвичайно мінлива залежно від її раціону. Загальне правило в біології полягає в тому, що на кожному рівні ви піднімаєтесь по харчовому ланцюгу (трофічний рівень є науковим терміном), ви втрачаєте 90% задіяної енергії. Якщо травинка протягом життя поглинає 1000 калорій енергії як сонячне світло, вона забезпечить корові, яка її з’їсть, близько 100 калорій - решта входить у процеси, пов’язані з підтримкою трави в живих, допомагаючи їй розмножуватися, і т. д. Ці 100 калорій трави перетворюються на приблизно 10 калорій їстівної яловичини, а решта надходить корові. Результатом цього є те, що вегетаріанець може отримати приблизно на 1/10 кількості загальної енергії сонця, яку може отримати хижак, що є частиною причини, чому вегетаріанство краще для навколишнього середовища - і може відігравати все більш важливу роль допомагаючи нам прогодувати всіх у міру збільшення світового населення.

Одним з найпоширеніших показників енергії є джоуль, одиниця, яка тісно пов’язана зі знайомими ватами; 60-ватна лампочка використовує 60 джоулів енергії в секунду. Фізична калорія становить 4,184 джоуля, отже, калорійність їжі - 4,184 - достатньо, щоб 60-ватна лампочка продовжувала горіти (4184/60 =)

Якщо припустити, що людина приймає 2000 калорій на день і живе 85 років, як ви запропонували, вона споживає:

Оскільки це приблизно приблизно сота частина загальної потреби людини в калоріях протягом усього життя (620 ГДж), це говорить нам про те, що живлення людини протягом 85 років вимагає всієї енергії, яка приземляється на площі, яка знаходиться на десять метрів вбік, протягом цілого року.

Коли ви думаєте про кількість людей на Землі, це вже здається багато - і ця цифра припускає, що ви ловите промені цілком ефективними сонячними панелями і вставляєте ці панелі безпосередньо в людей. але ми не бігаємо на такому соку!

То що все це загалом? Якщо вам потрібно 260 ГДж енергії на людину, і лише 0,5% енергії, яка потрапляє на рослину, коли сонячне світло потрапляє на тарілку людини, нам потрібно помножити наш попередній показник - 100 квадратних метрів - на коефіцієнт 200.

Хоча 20000 квадратних метрів звучить як багато, це лише 2% від квадратного кілометра. Якби ми хотіли отримати калорій на все життя від сонячного світла за один день, скільки площі нам потрібно було б посадити і зібрати? Щоб знайти це, нам просто потрібно помножити ці 20 000 квадратних метрів на кількість днів у році, - що дає нам число на базі 7,3 квадратних кілометрів. Для відчуття масштабу уявіть кругове поле, що знаходиться в центрі вдві милі; це приблизно 7,3 км 2. Поле, подібне до цього, посаджене десь на середньому заході, щодня забирає достатньо енергії, щоб прогодувати людину протягом цілого життя!

Дякуємо, що написали!

—Стівен Сколнік

Отримати посилання
Facebook
Twitter
Pinterest
Електронна пошта
Інші програми

Етикетки

Отримати посилання
Facebook
Twitter
Pinterest
Електронна пошта
Інші програми

Коментарі

Щось здається невдалим у вашому аналізі. Якщо 90% денного сонячного світла потрібно для підтримки людини протягом 85 років, то ця територія могла б підтримувати лише близько 31000 людей на рік! (365 днів х 85 років) Чи мені чогось не вистачає?

Ця цифра, яку ви підрахували з 1900 гігаджоулів енергії, що вражає Арізону щодня, становить приблизно 7 порядків занадто низька. AZ отримує мінімум 5 кВт-год/м2/день, що становить 18 мегаджаулів/м2/день. Арізона складає близько 295 мільярдів м2, тому вона повинна отримувати понад 5300 петажуулів енергії щодня.

Можливо, ви не перетворили квадратні милі в квадратні метри? 1900 гігаджоулів/день - це приблизно близько 114000 м2, але AZ становить 114000 миль2.

Ух! Так, спасибі, що вказали на це, люди - мали б зрозуміти, що там щось не було. Вольфрам наполягає на тому, що 1900 ГДж - це правильний показник загальної кількості сонячного світла, що надходить на добу в Арізоні, але очевидно, що це має бути на квадратний кілометр або щось інше. Ми це виправимо, pronto.

Ця стаття - ось чому вам потрібно подумати про свої результати. Якби територія розміром з Арізону могла прогодувати лише 31025 людей (як зазначено на плакаті вище, і я підраховую), математика далеко.