Opgave
Lees eerst de informatie in het kader hieronder.
Tijdens het touwtjespringen zetten de spieren anergie uit voedsel om in arbeid en warmte. De bokser Rocky produceert op deze manier per seconde 150 joule arbeid en 620 joule warmte. Deze energie-omzetting is in figuur 1 schematisch weergegeven.
a) Bereken het rendement waarmee zijn spieren energie uit voedsel omzetten in arbeid.
Als Rocky dikke kleren aantrekt en zich goed isoleert, kan zijn lichaam de warmte niet afstaan. Zijn lichaamstemperatuur loopt dan op waardoor hij gaat zweten.
Neem aan dat hij bij een temperatuurstijging van 0,50 °C begint te zweten.
Neem ook aan dat de geproduceerde warmte zich gelijkmatig over het lichaam verspreidt en dat de (gemiddelde) soortelijke warmte van zijn lichaam 3,5·103 J kg-1 K-1 is.
Rocky heeft een massa van 73,40 kg.
b) Bereken hoe lang het duurt voordat hij begint te zweten.
Als hij aan het zweten is, wordt alle warmte die vrijkomt (620 J/s), afgevoerd door het verdampen van het zweet. Zijn lichaam houdt dan een constante temperatuur.
Voor het verdampen van 1,0 kg zweet is 2,3·106 J warmte nodig.
c) Ga na of Rocky na één uur zweten weer in de middengewichtsklasse mag boksen.
Uitwerking vraag (a)
- Het rendement wordt gegeven door: η = Enuttig/Etotaal ·100%
- De nuttige energie is 150 J en de totale energie 150 + 620 = 770 J.
- Dus: η = 150/770 ·100% = 19,5%
Uitwerking vraag (b)
- De warmte nodig voor temperatuurstijging wordt gegeven door: Q = m·C·ΔT = 73,40·3,5·103·0,50 = 1,3·105 J.
- Per seconde wordt er 620 J warmte geproduceerd.
- In totaal duurt het dus: 1,3·105/620 = 2,1·102 s.
Uitwerking vraag (c)
- Met één uur zweten is in totaal 620·3600 = 2,23·106 J warmte geleverd.
- Per kg zweet is 2,3∙106 J nodig.
- Er wordt dus 2,23·106/2,3∙106 = 0,97 kg zweet geproduceerd.
- Rocky heeft dus nog een massa van 73,40 - 0,97 = 72,43 kg over. Dit is laag genoeg om in de middengewichtsklasse te mogen boksen.
