۱۰۰ هزار تومان هدیهٔ ثبت‌نام، تا ۱ میلیونبا ثبت‌نام گردونهٔ هدیه را بچرخان: دست‌کم ۱۰۰٬۰۰۰ تومان و تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه، بدون کارت بانکیگردونهٔ هدیه۱ میلیون برای تو، ۱ میلیون برای دوستتدوستانت را دعوت کن: برای هر دوستی که فعال شود ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه می‌گیری و خودش هم ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومانجوایز
1xAi
علوم تجربی هفتم · فصل ۸

خلاصه درس فصل ۸ علوم هفتم؛ درسنامه و نکات مهم

«انرژی و تبدیل‌های آن»، فصل ۸ کتاب علوم تجربی هفتم، صفحهٔ ۶۶ تا ۷۶، پایهٔ هفتم: ۵ درس، هر کدام با توضیح مفاهیم، مثال حل‌شده و نکات مهم.

این درسنامه را هوش مصنوعی 1xAi از روی صفحه‌های همان درس در کتاب درسی نوشته است (برچسب «تولید هوش مصنوعی»). کنار توضیح‌ها شمارهٔ صفحهٔ کتاب آمده تا با کتاب مقایسه کنی، و مثال حل‌شدهٔ هر درس یک بار دیگر جداگانه حل و بررسی شده؛ مثالی که درست درنیامده حذف شده است.

نمونه سوال این فصل با جواب

درس ۱ · صفحهٔ ۶۶ تا ۷۰ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

کار و انرژی

در این درس یاد می‌گیری کار علمی را از کاربرد روزمرهٔ آن تشخیص بدهی، کار یک نیروی ثابت را حساب کنی و چند تبدیل انرژی را توضیح بدهی.

پیش از شروع

اگر یک دقیقه با تمام توان به دیواری فشار بدهی و دیوار تکان نخورد، آیا در علوم روی دیوار «کار» انجام داده‌ای؟

با اینکه ممکن است خسته شوی، نیروی تو روی دیوار کار انجام نداده است؛ چون دیوار جابه‌جا نشده است. در علوم، معنای کار با کاربرد روزمرهٔ این واژه فرق دارد و می‌توان مقدار آن را اندازه گرفت.

کار روزمره، کار علمی

وقتی می‌گویی «امروز خیلی کار داشتم»، شاید منظورت درس خواندن، فکر کردن یا مرتب کردن اتاقت باشد. اما در علوم، برای کار معنای مشخص و قابل‌اندازه‌گیری در نظر می‌گیریم. پس نمی‌توانیم فقط از روی سختی یک فعالیت یا میزان خستگی دربارهٔ کار علمی قضاوت کنیم.

چرا این مفهوم مهم است؟ چون انجام کار یکی از راه‌های انتقال انرژی است. مثلاً هنگام ضربه زدن به توپ، با وارد کردن نیرو و جابه‌جا کردن توپ به آن انرژی منتقل می‌کنی. در این درس ابتدا یاد می‌گیری چه زمانی نیرو کار انجام می‌دهد و بعد مقدار آن را حساب می‌کنی.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶۶

دو عامل مهم: نیرو و جابه‌جایی

نیرو می‌تواند حرکت جسم را شروع کند، تندتر یا کندتر کند، آن را متوقف کند یا شکل و جهت حرکتش را تغییر دهد. اما برای بررسی کار، فقط شناخت نیرو کافی نیست؛ باید جابه‌جایی جسم را هم بررسی کنیم. وقتی نیرو باعث جابه‌جایی جسم در جهت خودش می‌شود، کار انجام می‌دهد؛ مثل بلند کردن کتاب از روی میز.

برای اندازه‌گیری، می‌توان قطعه‌چوبی را با نیروسنج روی میز کشید. نیروسنج مقدار نیرو را نشان می‌دهد و متر یا خط‌کش، جابه‌جایی را مشخص می‌کند. چوب را آرام و با سرعت ثابت می‌کشیم تا بتوانیم مقدار نیروی تقریباً ثابتی را بخوانیم و نتیجه‌ها را مقایسه کنیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶۸

کار را چگونه حساب کنیم؟

در مسئله‌های این درس، نیرو ثابت است و جسم در مسیری مستقیم، در جهت نیرو حرکت می‌کند. برای این حالت می‌نویسیم:

کار=نیرو×جابه‌جایی\text{کار}=\text{نیرو}\times\text{جابه‌جایی}

نیرو را برحسب نیوتون، N\mathrm{N}، و جابه‌جایی را برحسب متر، m\mathrm{m}، وارد رابطه می‌کنیم؛ پاسخ برحسب ژول، J\mathrm{J}، به دست می‌آید. اگر فاصله به سانتی‌متر داده شده باشد، ابتدا باید آن را به متر تبدیل کنی.

این رابطه نشان می‌دهد که با جابه‌جایی برابر، نیروی بیشتر کار بیشتری انجام می‌دهد. همچنین ممکن است روشی نیروی کمتری بخواهد، اما مسیر طولانی‌تری داشته باشد و کار دو روش برابر شود. پس «راحت‌تر بودن» یک روش، همیشه به معنی کمتر بودن کار نیست.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶۹

نیرو هست، اما کار نیست!

هر نیرویی کار انجام نمی‌دهد. اگر دیوار را هل بدهی ولی دیوار حرکت نکند، جابه‌جایی آن صفر است؛ بنابراین کار نیروی تو روی دیوار هم صفر است. نگه داشتن وزنه بالای سر نیز، تا وقتی وزنه بی‌حرکت است، همین وضعیت را دارد. خستگی بدن این نتیجه را عوض نمی‌کند.

حالت دیگری هم هست: جعبه‌ای را در ارتفاع ثابت نگه داشته‌ای و آرام روی مسیر افقی راه می‌روی. نیروی نگه‌دارندهٔ دست رو به بالاست، اما جابه‌جایی جعبه افقی است. چون این نیرو بر جابه‌جایی عمود است، کار آن صفر است. دقت کن که دربارهٔ کار همین نیرو روی جعبه حرف می‌زنیم، نه مصرف انرژی بدن.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶۹

انرژی شکل عوض می‌کند

انرژی فقط یک شکل ندارد. جسم متحرک انرژی حرکتی یا جنبشی دارد؛ انرژی گرمایی، نورانی، صوتی، شیمیایی و الکتریکی هم شکل‌های دیگری از انرژی‌اند. معمولاً وقتی انرژی منتقل می‌شود یا شکل آن تغییر می‌کند، اثرش را تشخیص می‌دهیم.

مثلاً در سوختن چوب، انرژی شیمیایی ذخیره‌شده به انرژی گرمایی و نورانی تبدیل می‌شود. در رادیو، بخش زیادی از انرژی الکتریکی به انرژی صوتی تبدیل می‌شود. در چراغ‌قوه هم باتری انرژی شیمیایی ذخیره دارد که به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود؛ سپس لامپ نور و گرما تولید می‌کند. بنابراین یک وسیله می‌تواند انرژی را به بیش از یک شکل تبدیل کند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۰

مثال حل‌شده

شخصی جعبه‌ای را با نیروی افقی ثابت 325 N325\,\mathrm{N} به اندازهٔ 2 m2\,\mathrm{m} در جهت نیرو جابه‌جا می‌کند. کار نیروی شخص روی جعبه چقدر است؟

  1. شرط استفاده از رابطه را بررسی می‌کنیم: نیرو ثابت است و جعبه در مسیر مستقیم، در جهت نیرو حرکت می‌کند.

  2. داده‌ها را مشخص می‌کنیم: نیرو برابر 325 N325\,\mathrm{N} و جابه‌جایی برابر 2 m2\,\mathrm{m} است؛ پس نیازی به تبدیل یکا نداریم.

  3. رابطه را می‌نویسیم: کار=نیرو×جابه‌جایی\text{کار}=\text{نیرو}\times\text{جابه‌جایی}.

  4. جای‌گذاری و محاسبه می‌کنیم: کار=325×2=650 J\text{کار}=325\times2=650\,\mathrm{J}.

جواب: کار نیروی شخص روی جعبه برابر با 650 J650\,\mathrm{J} است.

نکات مهم

  • در حالت بررسی‌شدهٔ این درس، کار نیروی ثابت از حاصل‌ضرب نیرو در جابه‌جاییِ هم‌جهت با آن به دست می‌آید و یکای آن ژول است.
  • اگر جسم جابه‌جا نشود یا نیرو بر جابه‌جایی عمود باشد، کار آن نیرو صفر است.
  • انجام کار یکی از راه‌های انتقال انرژی است و انرژی می‌تواند از شکلی به شکل دیگر تبدیل شود.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۲ · صفحهٔ ۷۰ تا ۷۲ · حدود ۱۳ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

هر چیزی که حرکت کند، انرژی دارد

در این درس یاد می‌گیری تبدیل‌های سادهٔ انرژی را تشخیص بدهی، انرژی جنبشی جسم‌ها را مقایسه کنی و ارتباط کار با انتقال و ذخیره شدن انرژی را توضیح بدهی.

پیش از شروع

چطور یک توپِ بی‌جان می‌تواند به چند مهره برخورد کند و همه را به حرکت درآورد؟

توپِ در حال حرکت انرژی جنبشی دارد. وقتی به مهره‌ها نیرو وارد می‌کند و آن‌ها را جابه‌جا می‌کند، روی آن‌ها کار انجام می‌دهد و انرژی منتقل می‌شود.

انرژی شکل عوض می‌کند

به چراغ‌قوه فکر کن: پیش از روشن شدن، انرژی در باتری به شکل شیمیایی ذخیره شده است. با روشن کردن چراغ‌قوه، این انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و لامپ، انرژی الکتریکی را به نور و گرما تبدیل می‌کند. پس همیشه فقط یک تبدیل یا فقط یک شکلِ خروجی نداریم.

در رادیو هم انرژی الکتریکی به انرژی صوتی تبدیل می‌شود تا صدا بشنویم. در کشتیِ دارای موتور سوختی، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرکتی تبدیل می‌شود. برای پیدا کردن تبدیل انرژی، از خودت بپرس: «در آغاز انرژی به چه شکلی بود و در پایان چه اثری دیدم یا شنیدم؟» این پرسش کمک می‌کند وسیله را با منبع انرژی‌اش اشتباه نگیری.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۰

جنبشی؛ انرژیِ حرکت

هر جسمی که حرکت می‌کند، انرژی جنبشی دارد؛ این همان نام علمی انرژی حرکتی است. توپِ غلتان، دوچرخهٔ در حال حرکت و حتی یک دانهٔ کوچکِ در حال افتادن، انرژی جنبشی دارند.

مقدار این انرژی به جرم و سرعت بستگی دارد. برای مقایسهٔ روشن، هر بار یکی از این دو ویژگی را یکسان نگه دار: اگر دو خودرو هم‌جرم باشند، خودروی تندتر انرژی جنبشی بیشتری دارد. اگر کامیون و خودرویی با سرعت یکسان حرکت کنند، کامیون به دلیل جرم بیشتر، انرژی جنبشی بیشتری دارد.

پس تنها دیدنِ حرکت کافی نیست تا مقدار انرژی دو جسم را برابر بدانیم. همچنین اگر هم جرم و هم سرعت متفاوت باشند، نمی‌توان همیشه فقط با نگاه کردن به یکی از آن‌ها نتیجه گرفت.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۱

کار؛ راه انتقال انرژی

وقتی با دست به توپ نیرو وارد می‌کنی و آن را در جهت نیرو جابه‌جا می‌کنی، روی توپ کار انجام می‌دهی. با این کار، انرژی از تو به توپ منتقل می‌شود و توپ می‌تواند انرژی جنبشی به دست آورد.

حالا توپ به چند مهره می‌رسد. اگر به آن‌ها نیرو وارد کند و جابه‌جایشان کند، این بار توپ روی مهره‌ها کار انجام داده است. پس جسمِ دارای انرژی جنبشی می‌تواند روی جسم‌های دیگر کار انجام دهد.

برای محاسبهٔ کار در حالتی که نیرو و جابه‌جایی هم‌جهت‌اند، داریم: W=F×dW=F\times d. یعنی نیرو را در جابه‌جایی ضرب می‌کنیم. اگر نیرو بر حسب NN و جابه‌جایی بر حسب mm باشد، کار بر حسب JJ، یعنی ژول، به دست می‌آید.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۲

کار می‌تواند انرژی ذخیره کند

آیا کار انجام دادن همیشه جسم را تندتر می‌کند؟ نه! کتابی را با سرعت ثابت از طبقهٔ پایین به طبقهٔ بالای کتابخانه ببر. به کتاب نیرو وارد کرده‌ای و آن را جابه‌جا کرده‌ای، اما چون سرعتش ثابت مانده، انرژی جنبشی‌اش تغییر نکرده است. انرژیِ منتقل‌شده به شکل انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره شده است؛ یعنی انرژی مرتبط با ارتفاع جسم.

آونگ هم این ارتباط را نشان می‌دهد: گلوله را بالا می‌بری و رها می‌کنی؛ هنگام پایین آمدن، انرژی ذخیره‌شده به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و گلوله می‌تواند چوبی را جابه‌جا کند. برای بررسی اثر ارتفاع، همان گلوله و همان چوب را نگه دار و فقط ارتفاع رها کردن را تغییر بده. برای بررسی اثر جرم هم ارتفاع رها کردن را یکسان نگه دار.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۲

مثال حل‌شده

شخصی با نیروی افقی 325 N325\,N جعبه‌ای را به اندازهٔ 2 m2\,m در جهت نیرو جابه‌جا می‌کند. کار انجام‌شدهٔ شخص روی جعبه چقدر است؟

  1. داده‌ها را مشخص می‌کنیم: نیرو F=325 NF=325\,N و جابه‌جایی d=2 md=2\,m است.

  2. چون نیرو و جابه‌جایی هم‌جهت‌اند، از رابطهٔ W=F×dW=F\times d استفاده می‌کنیم.

  3. جای‌گذاری و محاسبه می‌کنیم: W=325×2=650 JW=325\times2=650\,J. کار با واحد ژول بیان می‌شود، نه نیوتون.

جواب: کار انجام‌شدهٔ شخص روی جعبه برابر با 650 J650\,J است.

نکات مهم

  • انرژی می‌تواند از شکلی به شکل دیگر تبدیل شود و یک وسیله ممکن است چند شکل انرژی خروجی داشته باشد.
  • هر جسم متحرک انرژی جنبشی دارد و در مقایسه با ثابت نگه داشتن یکی از دو عامل، جرم یا سرعت بیشتر به معنی انرژی جنبشی بیشتر است.
  • کار انرژی را منتقل می‌کند و این انرژی می‌تواند به صورت انرژی جنبشی یا انرژی ذخیره‌شدهٔ گرانشی ظاهر شود.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۳ · صفحهٔ ۷۲ تا ۷۴ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

انرژی می‌تواند ذخیره شود

در این درس یاد می‌گیری انرژی چگونه به شکل‌های گرانشی، شیمیایی و کشسانی ذخیره می‌شود و چگونه با تغییر شکل آن، مقدار کل انرژی ثابت می‌ماند.

پیش از شروع

کتابت را آرام از قفسهٔ پایین به قفسهٔ بالا می‌بری و آنجا می‌گذاری. حالا کتاب ساکن است؛ آیا کاری که برای بالا بردنش انجام دادی، بی‌نتیجه بوده است؟

نه! با بالا بردن کتاب، انرژی به شکل انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره شده است. پس لازم نیست جسم در حال حرکت باشد تا انرژی داشته باشد.

کار همیشه سرعت را تغییر نمی‌دهد

وقتی به توپی نیرو وارد می‌کنی و آن را جابه‌جا می‌کنی، روی آن کار انجام می‌دهی. توپِ به‌حرکت‌افتاده انرژی جنبشی دارد و می‌تواند با برخورد به جسمی دیگر، آن را جابه‌جا کند؛ یعنی روی آن کار انجام دهد. پس کار، راهی برای انتقال انرژی است.

اما آیا کار همیشه جسم را تندتر می‌کند؟ نه! کتابی را آرام و با سرعت ثابت بالا ببر. چون سرعتش تغییر نمی‌کند، انرژی جنبشی آن هم تغییر نمی‌کند. بااین‌حال، کارِ دست تو بی‌نتیجه نیست: انرژی به شکل پتانسیل گرانشی ذخیره می‌شود. وقتی کتاب را روی قفسه می‌گذاری، ساکن است، اما به‌دلیل ارتفاعش از زمین انرژی ذخیره‌شده دارد.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۲

وزن و ارتفاع مهم‌اند

مقدار انرژی پتانسیل گرانشی به وزن جسم و ارتفاع آن از سطح زمین بستگی دارد. اگر وزن ثابت بماند، جسم در ارتفاع بیشتر انرژی پتانسیل گرانشی بیشتری دارد. اگر ارتفاع یکسان باشد، جسم سنگین‌تر انرژی پتانسیل گرانشی بیشتری دارد.

آزمایش آونگ کمک می‌کند این رابطه را بررسی کنیم. گلوله را از کنار وضعیت قائم بالا می‌بریم و بدون هل‌دادن رها می‌کنیم. هنگام پایین آمدن، انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و گلوله می‌تواند قطعهٔ چوب را جابه‌جا کند. برای بررسی اثر ارتفاع، باید همان گلوله و شرایط دیگر را ثابت نگه داریم و فقط ارتفاع رهاکردن را تغییر دهیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۳

شیمیایی یا کشسانی؟

انرژی ذخیره‌شده فقط از نوع گرانشی نیست. مواد غذایی و سوخت‌ها انرژی پتانسیل شیمیایی دارند؛ بدن از انرژی ذخیره‌شده در غذا برای فعالیت استفاده می‌کند و سوخت هم هنگام سوختن انرژی آزاد می‌کند.

نوع دیگری از انرژی ذخیره‌شده، انرژی پتانسیل کشسانی است. وقتی نوار لاستیکی، فنر یا کمان را می‌کشیم، در آن انرژی ذخیره می‌شود. با رهاشدن کمان، این انرژی می‌تواند به انرژی جنبشی پیکان تبدیل شود. پس کشِ کشیده‌شده، حتی وقتی آن را بی‌حرکت نگه داشته‌ای، انرژی ذخیره‌شده دارد. زردپی آشیل پشت پا هم مانند یک فنر طبیعی، انرژی کشسانی را ذخیره و آزاد می‌کند و به دویدن کمک می‌کند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۳

انرژی ناپدید نمی‌شود

انرژی می‌تواند شکل عوض کند، اما با این تغییر نه ساخته می‌شود و نه نابود. این همان قانون پایستگی انرژی است: مقدار کل انرژی ثابت می‌ماند.

در یک چراغ باتری‌دار، انرژی شیمیایی باتری به انرژی الکتریکی و سپس در لامپ به نور و گرما تبدیل می‌شود. برای دنبال‌کردن انرژی نباید فقط نور را حساب کنیم؛ گرما هم بخشی از انرژی خروجی است. در خودرو هم همهٔ انرژی سوخت به حرکت تبدیل نمی‌شود و بخشی به صورت گرما درمی‌آید. وقتی می‌گوییم این انرژی «هدر رفته»، منظورمان این نیست که ناپدید شده؛ یعنی برای هدف ما، مثلاً حرکت خودرو، به کار نیامده است.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۴

مثال حل‌شده

در یک موتور خودرو، از سوختن بنزین 45000 ژول45000\,\text{ژول} انرژی آزاد می‌شود. اگر 15000 ژول15000\,\text{ژول} آن به انرژی جنبشی تبدیل شود و بقیه به صورت گرما درآید، انرژی گرمایی چقدر است؟

  1. ورودی و خروجی‌ها را مشخص کن: انرژی شیمیایی سوخت به انرژی جنبشی و گرمایی تبدیل می‌شود.

  2. از پایستگی انرژی استفاده کن: انرژی ورودی برابر مجموع انرژی جنبشی و گرمایی خروجی است.

  3. برای یافتن انرژی گرمایی، انرژی جنبشی را از انرژی ورودی کم کن: 45000 ژول−15000 ژول=30000 ژول45000\,\text{ژول}-15000\,\text{ژول}=30000\,\text{ژول}.

  4. پاسخ را بررسی کن: 15000 ژول+30000 ژول=45000 ژول15000\,\text{ژول}+30000\,\text{ژول}=45000\,\text{ژول}؛ پس همهٔ انرژی ورودی حساب شده است.

جواب: مقدار انرژی تبدیل‌شده به گرما برابر با 30000 ژول30000\,\text{ژول} است.

نکات مهم

  • کار می‌تواند انرژی را منتقل کند و به‌جای تغییر انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل گرانشی جسم را افزایش دهد.
  • انرژی پتانسیل گرانشی به وزن و ارتفاع بستگی دارد و انرژی ذخیره‌شده می‌تواند شیمیایی یا کشسانی هم باشد.
  • طبق قانون پایستگی انرژی، انرژی فقط تغییر شکل می‌دهد و مقدار کل آن ثابت می‌ماند.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۴ · صفحهٔ ۷۴ تا ۷۵ · حدود ۱۱ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

مقدار کل انرژی ثابت می‌ماند

در این درس یاد می‌گیری تبدیل‌های انرژی را با قانون پایستگی توضیح بدهی و انرژی دریافتی از یک وعدهٔ غذایی را حساب کنی.

پیش از شروع

لامپ روشن است، اما فقط نور نمی‌دهد؛ داغ هم می‌شود! آیا انرژی‌ای که لامپ را گرم کرده، گم شده است؟

نه؛ انرژی ورودی لامپ به نور و گرما تبدیل می‌شود. اگر هر دو را حساب کنیم، مقدار کل انرژی خروجی با انرژی ورودی برابر است.

ردّ انرژی را دنبال کن

وقتی توپی را رو به بالا پرتاب می‌کنی، ماجرا فقط حرکت توپ نیست. بدن تو با استفاده از انرژی شیمیایی ذخیره‌شده، توپ را به حرکت درمی‌آورد. توپِ در حال حرکت انرژی جنبشی دارد و با بالاتررفتن، انرژی پتانسیل گرانشی آن بیشتر می‌شود.

پس برای دنبال‌کردن انرژی، دو سؤال بپرس: انرژی ابتدا به چه شکلی بود؟ بعد به چه شکلی درآمد؟ در یک کار ساده هم ممکن است چند تبدیل رخ دهد. این نگاه کمک می‌کند به‌جای اینکه بگوییم «انرژی پیدا شد»، مسیر تبدیل انرژی را پیدا کنیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۴

هیچ انرژی‌ای گم نمی‌شود

قانون پایستگی انرژی می‌گوید انرژی ساخته یا نابود نمی‌شود؛ شکل آن عوض می‌شود و مقدار کل آن ثابت می‌ماند. برای بررسی این قانون باید همهٔ شکل‌های انرژی را در حساب خود بیاوریم، نه فقط شکلی را که به کارمان می‌آید.

مثلاً اگر در هر ثانیه 10 J10\ \mathrm{J} انرژی الکتریکی وارد یک لامپ شود، مجموع انرژی نورانی و گرمایی خارج‌شده در همان مدت نیز 10 J10\ \mathrm{J} است. کم‌بودن سهم نور به معنی گم‌شدن بقیهٔ انرژی نیست. گرمای لامپ هم بخشی از حساب است! در خودرو نیز انرژی گرماییِ هدررفته نابود نشده؛ فقط برای حرکت خودرو مفید نبوده است.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۴

بدن حتی در خواب فعال است

ممکن است فکر کنی فقط هنگام ورزش به انرژی نیاز داری؛ اما وقتی آرام نشسته‌ای یا خوابیده‌ای هم درون بدنت کارهای زیادی انجام می‌شود. قلب خون را به گردش درمی‌آورد و شش‌ها به دریافت اکسیژن کمک می‌کنند. ادامهٔ این فعالیت‌ها انرژی می‌خواهد.

بدن انرژی لازم را از غذایی که خورده‌ای به دست می‌آورد. در فعالیت‌هایی مثل دویدن و پریدن، نیاز بدن به انرژی بیشتر می‌شود. پس «بی‌حرکت‌بودنِ ظاهری» با «مصرف‌نکردن انرژی» فرق دارد. وقتی می‌گوییم بدن انرژی مصرف می‌کند، منظورمان این است که انرژی ذخیره‌شده را برای انجام فعالیت‌ها به شکل‌های دیگر تبدیل می‌کند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۵

انرژی یک وعده را حساب کن

انرژی ذخیره‌شده در خوراکی‌ها شیمیایی است. مقدار این انرژی را می‌توان با واحدهایی مانند کیلوژول، kJ\mathrm{kJ}، یا کیلوکالری، kcal\mathrm{kcal}، بیان کرد. طبق رابطهٔ کتاب، 1 kcal=4200 J1\ \mathrm{kcal}=4200\ \mathrm{J}؛ پس هنگام مقایسهٔ عددها باید به واحدشان هم نگاه کنی.

جدول کتاب انرژیِ هر گرم خوراکی را نشان می‌دهد، نه انرژی یک بسته یا یک وعدهٔ کامل را. مثلاً مقدار 6.8 kJ/g6.8\ \mathrm{kJ/g} برای تخم‌مرغ آب‌پز یعنی هر گرم آن 6.8 kJ6.8\ \mathrm{kJ} انرژی دارد. برای یافتن انرژی یک مقدار مشخص خوراکی، جرم آن را در انرژی هر گرم ضرب می‌کنیم. اگر وعده چند خوراکی داشته باشد، انرژی آن‌ها را جدا به دست می‌آوریم و جمع می‌کنیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۵

مثال حل‌شده

یک وعده شامل تخم‌مرغ آب‌پز با جرم 60 g60\ \mathrm{g}، گوجه‌فرنگی با جرم 50 g50\ \mathrm{g} و نان لواش با جرم 100 g100\ \mathrm{g} است. با استفاده از انرژی هر گرم این خوراکی‌ها در جدول کتاب، انرژی کل وعده را پیدا کن.

  1. رابطهٔ مورد نیاز این است: انرژی خوراکی = جرم خوراکی × انرژی هر گرم. چون داده‌های جدول برحسب kJ/g\mathrm{kJ/g} هستند، جرم‌ها را برحسب g\mathrm{g} به کار می‌بریم.

  2. برای تخم‌مرغ آب‌پز داریم: 60 g×6.8 kJ/g=408 kJ60\ \mathrm{g}\times6.8\ \mathrm{kJ/g}=408\ \mathrm{kJ}.

  3. برای گوجه‌فرنگی داریم: 50 g×0.9 kJ/g=45 kJ50\ \mathrm{g}\times0.9\ \mathrm{kJ/g}=45\ \mathrm{kJ}.

  4. برای نان لواش داریم: 100 g×11.3 kJ/g=1130 kJ100\ \mathrm{g}\times11.3\ \mathrm{kJ/g}=1130\ \mathrm{kJ}.

  5. انرژی خوراکی‌ها را جمع می‌کنیم: 408+45+1130=1583 kJ408+45+1130=1583\ \mathrm{kJ}. دقت کن که عددهای جدول را مستقیماً جمع نکردیم؛ ابتدا انرژی مقدار خورده‌شده از هر خوراکی را به دست آوردیم.

جواب: انرژی دریافتی از این وعده برابر با 1583 kJ1583\ \mathrm{kJ} است.

نکات مهم

  • انرژی فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود و مقدار کل آن ثابت می‌ماند.
  • بدن حتی در خواب برای فعالیت اندام‌ها از انرژی شیمیایی غذا استفاده می‌کند.
  • برای محاسبهٔ انرژی یک خوراکی، جرم آن را در انرژی هر گرم ضرب می‌کنیم و برای یک وعده، انرژی خوراکی‌ها را با هم جمع می‌کنیم.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۵ · صفحهٔ ۷۵ تا ۷۶ · حدود ۱۱ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

بدن ما به انرژی نیاز دارد

در این درس یاد می‌گیری چرا بدن همیشه انرژی می‌خواهد، چگونه انرژی دریافتی از غذا را حساب کنی و آهنگ مصرف انرژی چه معنایی دارد.

پیش از شروع

اگر تمام شب بی‌حرکت خوابیده باشی، آیا بدنت تا صبح هیچ انرژی‌ای مصرف نکرده است؟

حتی در خواب هم قلبت خون را به گردش درمی‌آورد و شش‌هایت به کار ادامه می‌دهند. این کارها انرژی می‌خواهند؛ پس مصرف انرژی بدن هیچ‌وقت فقط به دویدن و ورزش کردن محدود نیست.

بدن همیشه مشغول کار است

بدن را مثل دستگاهی تصور کن که بعضی بخش‌هایش همیشه روشن‌اند. وقتی می‌دوی، حرکت ماهیچه‌ها را می‌بینی؛ اما وقتی نشسته‌ای یا خوابیده‌ای، کار قلب و شش‌ها کمتر به چشمت می‌آید. این فعالیت‌های پنهان هم انرژی لازم دارند.

شش‌ها اکسیژن هوا را می‌گیرند و قلب با تلمبه کردن خون، اکسیژن و غذای جذب‌شده را به بخش‌های نیازمند بدن می‌رساند. بنابراین بی‌حرکت بودن با مصرف نکردن انرژی فرق دارد. مقدار انرژی لازم هم برای همهٔ کارها یکسان نیست؛ مثلاً دویدن معمولاً انرژی بیشتری از آرام نشستن می‌خواهد. غذا منبع تأمین انرژی این فعالیت‌هاست.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۵

انرژی هر گرم خوراکی

انرژی موجود در خوراکی‌ها از نوع انرژی شیمیایی است. برای بیان مقدار آن از کیلوژول، با نماد kJ\mathrm{kJ}، یا کیلوکالری، با نماد kcal\mathrm{kcal}، استفاده می‌کنیم. رابطهٔ این واحدها در کتاب چنین است: 1 kcal=4200 J1\ \mathrm{kcal}=4200\ \mathrm{J}.

جدول خوراکی‌ها انرژی هر گرم را نشان می‌دهد، نه انرژی هر بسته یا هر وعده را. مثلاً برای شیر معمولی، مقدار 2.7 kJ/g2.7\ \mathrm{kJ/g} یعنی هر گرم شیر این مقدار انرژی دارد. برای محاسبهٔ انرژی مقداری خوراکی، جرم آن را در انرژی هر گرم ضرب می‌کنیم. پس هم نوع خوراکی مهم است و هم مقدار خورده‌شده؛ مقایسهٔ یک قاشق با یک بشقاب، فقط بر اساس نام غذا درست نیست.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۵

از خورشید تا فعالیت ما

حالا مسیر انرژی را دنبال کن: گیاهان از انرژی خورشید استفاده می‌کنند و انرژی در محصولات کشاورزی و غذاها ذخیره می‌شود. بدن با دریافت غذا می‌تواند فعالیت کند. بنابراین در مسیر نشان‌داده‌شده در کتاب، انرژی خورشید در نهایت به انجام کارهای ما ارتباط پیدا می‌کند.

اما نیاز انرژی همهٔ افراد یکسان نیست. نمودار کتاب برای سن‌ها و گروه‌های مختلف، مقدارهای متوسط متفاوتی نشان می‌دهد. مثلاً متوسط نیاز مرد کارگر از مرد کارمند بیشتر است. نوجوان فعال و در حال رشد هم به انرژی قابل‌توجهی نیاز دارد. عددهای نمودار میانگین‌اند؛ نباید از آن‌ها نتیجه بگیریم که همهٔ افراد یک گروه، با هر میزان فعالیت، دقیقاً نیاز یکسانی دارند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۶

انرژی در چه مدتی؟

برای توصیف مصرف انرژی، فقط نام فعالیت کافی نیست؛ مدت انجام دادن و سرعت آن هم اهمیت دارند. راه‌رفتن کوتاه با راه‌رفتن طولانی، انرژی یکسانی مصرف نمی‌کند. همچنین تغییر سرعت یک فعالیت می‌تواند مقدار مصرف انرژی را تغییر دهد.

آهنگ مصرف انرژی یعنی در یک زمان معین چه مقدار انرژی مصرف می‌شود. آهنگ راه‌رفتن معمولی در کتاب حدود 16 kJ/min16\ \mathrm{kJ/min} است؛ یعنی بدن در هر دقیقه از این فعالیت، حدود 16 kJ16\ \mathrm{kJ} مصرف می‌کند. اگر آهنگ ثابت بماند، برای یافتن انرژی کل، آهنگ مصرف را در مدت فعالیت ضرب می‌کنیم. پس «انرژی کل» با «انرژی مصرف‌شده در هر دقیقه» فرق دارد.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷۶

مثال حل‌شده

صبحانه‌ای شامل یک تخم‌مرغ آب‌پز با جرم حدود 60 g60\ \mathrm{g}، یک گوجه‌فرنگی با جرم حدود 50 g50\ \mathrm{g} و نان لواش با جرم حدود 100 g100\ \mathrm{g} است. با استفاده از جدول کتاب، این وعده چقدر انرژی به بدن می‌رساند؟

  1. برای هر خوراکی از این رابطه استفاده می‌کنیم: E=m×eE=m\times e؛ در این رابطه mm جرم خوراکی و ee انرژی هر گرم آن است.

  2. انرژی تخم‌مرغ را حساب می‌کنیم: E1=60 g×6.8 kJ/g=408 kJE_1=60\ \mathrm{g}\times6.8\ \mathrm{kJ/g}=408\ \mathrm{kJ}.

  3. انرژی گوجه‌فرنگی را حساب می‌کنیم: E2=50 g×0.9 kJ/g=45 kJE_2=50\ \mathrm{g}\times0.9\ \mathrm{kJ/g}=45\ \mathrm{kJ}.

  4. انرژی نان لواش را حساب می‌کنیم: E3=100 g×11.3 kJ/g=1130 kJE_3=100\ \mathrm{g}\times11.3\ \mathrm{kJ/g}=1130\ \mathrm{kJ}.

  5. انرژی خوراکی‌ها را جمع می‌کنیم، نه عددهای انرژی هر گرم را: Eکل=408+45+1130=1583 kJE_{\text{کل}}=408+45+1130=1583\ \mathrm{kJ}.

جواب: انرژی کل این وعده برابر با 1583 kJ1583\ \mathrm{kJ} است؛ این مقدار بخشی از نیاز انرژی شبانه‌روز را تأمین می‌کند، نه لزوماً همهٔ آن را.

نکات مهم

  • بدن حتی در خواب انرژی مصرف می‌کند و انرژی لازم را از انرژی شیمیایی غذاها می‌گیرد.
  • انرژی دریافتی از هر خوراکی با ضرب جرم آن در انرژی موجود در هر گرم به دست می‌آید.
  • نیاز انرژی افراد متفاوت است و آهنگ مصرف انرژی نشان می‌دهد در زمان معین چقدر انرژی مصرف می‌شود.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

حالا خودت را بسنج: نمونه سوال این فصل با جواب (فصل ۸ علوم هفتم)

درس‌های فصل ۸ را تعاملی بخوان

در پنل یادگیری 1xAi هر کدام از این درس‌ها قدم به قدم پیش می‌رود: بعد از هر بخش یک سوال کوتاه، بعد مثال حل‌شده و در پایان برگهٔ خروج. جوابت ثبت می‌شود و سوال‌های هر درس در روزهای بعد برای مرور برمی‌گردند. درس‌های تعاملی رایگان‌اند؛ فقط تصحیح پاسخ کوتاه سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فصل ۸ علوم هفتم · رایگان