一般に、生物が大きいほど、体積に比べて表面積が小さくなります .
体積に対する表面積の比率 は、生物がその環境と物質をどれだけうまく交換できるかという非常に重要な要素です。人間のような大型の哺乳動物は、皮膚から生き残るのに十分な酸素を吸収することができません。そのため、哺乳動物には肺があります。肺には肺胞と呼ばれる何百万もの小さな袋があり、ガス交換のための大きな表面積を提供しています。ヒトでは、肺胞カバーの表面積は約 100 m2 です。それに比べて、平均的な成人の皮膚の表面積は約2mしかありません!!
環境と物質を交換する生物の例
肺のガス交換
人間 (および他の哺乳類) の肺は、ガス交換が行われる場所です。 酸素 血液と二酸化炭素に移行します (呼吸の老廃物 ) が削除されます。このプロセスを効率的に行うには、大きな表面積が必要です。肺胞 (構造のような小さな袋) がこれを提供します。
肺胞はどのようにガス交換に特別に適応していますか?
- 巨大な表面積。
- 薄い壁 (ガスが遠くまで移動しないようにするため)
- ガスが溶ける湿った裏地
- 良好な血液供給。
酸素と二酸化炭素は、拡散と呼ばれるプロセスによって交換されます .血液が肺胞に到達すると、体の細胞に酸素を輸送し、二酸化炭素を集めて肺から排出された後、肺に戻ります.血液中の二酸化炭素濃度は高く (肺胞では低く)、肺胞中の酸素濃度は高く (血液中では低く) なるため、拡散のために濃度勾配が維持されます。
二酸化炭素は血液から肺胞に拡散します。
酸素は肺胞から血液に拡散します。
消化器系の絨毛
小腸には、絨毛と呼ばれる小さな突起がたくさんあります。肺の肺胞と同様に、これらは小腸の表面積を増加させます。
小さな分子に分解された食物は、絨毛を介して血液に吸収されます。
植物の葉と光合成
植物の葉は表面積と体積の比率が大きいため、光合成のために大量の光を吸収できます。 .薄い葉はまた、葉の内外に二酸化炭素と酸素を容易に拡散させます.
角砂糖の表面積と体積の比率
この単純なアクティビティは、表面積と体積の比率の違いを簡単に示しています。
必要です
角砂糖
小さなトレイまたはプレート 3 枚
食品着色料
小型計量容器
水
手順
計量容器の半分を満たし、少量の食用色素を加えます。
それぞれのプレートに色付きの水を薄く注ぎます。それぞれが同じ量の水を持っていることを確認してください。
1 つの角砂糖を 1 つの皿に置き、角砂糖の色が完全に変わるまでの時間を計ってください。
次に、8 個の角砂糖 (1 とラベル付けされた角砂糖の配置) を次の皿に置き、それらが完全に飽和するまでの時間を計ります。
今度は 8 個の角砂糖 (2 と表示された角砂糖の配置) を次の皿に置き、それらが完全に飽和するまでの時間を計ります。
表面積と体積比の計算
体積 =長さ x 幅 x 高さ
表面積 =長さ x 幅
単一キューブ
各辺は 1 cm です 長い
1 つの立方体の表面積は :(1x1) x 6 (6辺) =6cm
ボリューム 1×1×1=1cm
体積に対する表面積の比率 は 6 :1 です
角砂糖アレンジメント 1
ボリューム 2 x 4 x 1 =8
表面積
上下 (4 x 2) x 2 =16
側面 (2 x 1) x 2 =4 および
(4 × 1 ) × 2 =8
総表面積 28
体積に対する表面積の比率 =28:8 を 3.5 に単純化 :1
シュガー キューブの配置 2
ボリューム
2×2×2=8cm
表面積
( 2 × 2 ) × 6 =24
体積に対する表面積の比率 24:8 を 3:1 に単純化
角砂糖の配置 1 は、体積に比べて表面積が大きいため、配置 2 よりも速く水を吸収することがわかります!
表面積と体積の比率の概要
一部の生物は、表面積と体積の比率を高めるために特別に適応した体型を持っています。扁形動物は、物質が容易に出入りできるように体が平らになっています。
象の耳は表面積と体積の比率を大きくするために大きな耳を持っています。これにより、熱を失う表面積が大きくなるため、より効果的に冷却することができます。
