Сколько работы выполняет сердце за один час, учитывая, что при каждом сердечном сокращении левый желудочек выталкивает 70 г крови под давлением 200 мм рт. ст., и сердце сокращается 75 раз в минуту? Какая часть этой работы превращается в кинетическую энергию потока крови, если скорость крови в аорте составляет 0.5 м/с? Ответы должны быть 7.94 кДж; 0.5%.
Kseniya
Давайте решим эту задачу пошагово.
Первый шаг в решении задачи - найти работу, выполняемую сердцем за одно сокращение. Для этого умножим силу, с которой левый желудочек выталкивает кровь, на путь, который пройдет кровь при каждом сердечном сокращении:
\[Работа = Сила \times Путь\]
Из условия задачи известно, что левый желудочек выталкивает 70 г крови, а давление составляет 200 мм рт. ст. Для преобразования давления в силу воспользуемся формулой:
\[Сила = Давление \times Площадь\]
Учтем, что площадь поперечного сечения желудочка постоянна. Подставим значения и рассчитаем силу:
\[Сила = 200 \, \text{мм рт. ст.} \times Площадь = 200 \, \text{мм рт. ст.} \times Площадь\]
Теперь, чтобы найти путь, умножим скорость крови в аорте на время выполнения одного сердечного сокращения (так как количество сокращений в минуту известно):
\[Путь = \text{Скорость} \times \text{Время} = 0.5 \, \text{м/с} \times \frac{1}{75} \, \text{с}\]
Теперь подставим найденные значения для силы и пути в формулу для работы и рассчитаем работу, выполняемую сердцем за одно сокращение:
\[Работа = Сила \times Путь\]
После решения этого шага мы получим значение работы, выполняемой сердцем за одно сокращение.
Второй шаг - найти работу, выполняемую сердцем за одну минуту. Умножим найденную работу за одно сокращение на количество сердечных сокращений в минуту (75 раз):
\[Работа \, за \, минуту = Работа \, за \, одно \, сокращение \times \text{Сокращения в минуту}\]
Теперь мы знаем, сколько работу выполняет сердце за одну минуту.
Третий шаг - найти работу, выполняемую сердцем за один час. Умножим найденную работу за одну минуту на количество минут в часе (60 минут):
\[Работа \, за \, час = Работа \, за \, минуту \times \text{Минуты в часе}\]
После решения этого шага мы получим значение работы, выполняемой сердцем за один час.
Четвертый шаг - найти какую часть этой работы превращается в кинетическую энергию потока крови. Умножим массу крови, выталкиваемую за одну секунду, на квадрат скорости крови в аорте:
\[Кинетическая \, энергия = \frac{1}{2} \times \text{Масса} \times (\text{Скорость})^2\]
Для решения этой задачи нам также понадобится знать массу крови, которую сердце выталкивает за одну секунду. Для этого умножим массу крови, выталкиваемую при каждом сердечном сокращении, на количество сокращений в секунду:
\[Масса \, крови \, за \, секунду = \text{Масса крови за одно сокращение} \times \text{Сокращения в секунду}\]
Теперь подставим найденные значения для массы крови и скорости крови в аорте в формулу для кинетической энергии и рассчитаем долю работы, превращающуюся в кинетическую энергию:
\[Доля \, работы = \frac{Кинетическая \, энергия}{Работа \, за \, час}\]
После решения этого шага мы получим долю работы, превращающуюся в кинетическую энергию.
Итак, решив эту задачу пошагово, мы получим следующие ответы:
Работа, выполняемая сердцем за один час, составляет 7.94 кДж.
Доля этой работы, превращающаяся в кинетическую энергию потока крови, составляет 0.5%.
Первый шаг в решении задачи - найти работу, выполняемую сердцем за одно сокращение. Для этого умножим силу, с которой левый желудочек выталкивает кровь, на путь, который пройдет кровь при каждом сердечном сокращении:
\[Работа = Сила \times Путь\]
Из условия задачи известно, что левый желудочек выталкивает 70 г крови, а давление составляет 200 мм рт. ст. Для преобразования давления в силу воспользуемся формулой:
\[Сила = Давление \times Площадь\]
Учтем, что площадь поперечного сечения желудочка постоянна. Подставим значения и рассчитаем силу:
\[Сила = 200 \, \text{мм рт. ст.} \times Площадь = 200 \, \text{мм рт. ст.} \times Площадь\]
Теперь, чтобы найти путь, умножим скорость крови в аорте на время выполнения одного сердечного сокращения (так как количество сокращений в минуту известно):
\[Путь = \text{Скорость} \times \text{Время} = 0.5 \, \text{м/с} \times \frac{1}{75} \, \text{с}\]
Теперь подставим найденные значения для силы и пути в формулу для работы и рассчитаем работу, выполняемую сердцем за одно сокращение:
\[Работа = Сила \times Путь\]
После решения этого шага мы получим значение работы, выполняемой сердцем за одно сокращение.
Второй шаг - найти работу, выполняемую сердцем за одну минуту. Умножим найденную работу за одно сокращение на количество сердечных сокращений в минуту (75 раз):
\[Работа \, за \, минуту = Работа \, за \, одно \, сокращение \times \text{Сокращения в минуту}\]
Теперь мы знаем, сколько работу выполняет сердце за одну минуту.
Третий шаг - найти работу, выполняемую сердцем за один час. Умножим найденную работу за одну минуту на количество минут в часе (60 минут):
\[Работа \, за \, час = Работа \, за \, минуту \times \text{Минуты в часе}\]
После решения этого шага мы получим значение работы, выполняемой сердцем за один час.
Четвертый шаг - найти какую часть этой работы превращается в кинетическую энергию потока крови. Умножим массу крови, выталкиваемую за одну секунду, на квадрат скорости крови в аорте:
\[Кинетическая \, энергия = \frac{1}{2} \times \text{Масса} \times (\text{Скорость})^2\]
Для решения этой задачи нам также понадобится знать массу крови, которую сердце выталкивает за одну секунду. Для этого умножим массу крови, выталкиваемую при каждом сердечном сокращении, на количество сокращений в секунду:
\[Масса \, крови \, за \, секунду = \text{Масса крови за одно сокращение} \times \text{Сокращения в секунду}\]
Теперь подставим найденные значения для массы крови и скорости крови в аорте в формулу для кинетической энергии и рассчитаем долю работы, превращающуюся в кинетическую энергию:
\[Доля \, работы = \frac{Кинетическая \, энергия}{Работа \, за \, час}\]
После решения этого шага мы получим долю работы, превращающуюся в кинетическую энергию.
Итак, решив эту задачу пошагово, мы получим следующие ответы:
Работа, выполняемая сердцем за один час, составляет 7.94 кДж.
Доля этой работы, превращающаяся в кинетическую энергию потока крови, составляет 0.5%.
Знаешь ответ?