Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| volume/ˈvɒljuːm/ | thể tích |
| surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ | diện tích bề mặt |
| agar/ˈeɪɡɑː/ | agar |
| dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ | túi thẩm tách |
| exchange surface/eksˈtʃeɪndʒ ˈsɜːfɪs/ | bề mặt trao đổi |
Tại sao tế bào giữ kích thước nhỏ
- Tế bào hấp thu thức ăn và oxy, đồng thời loại bỏ chất thải, thông qua bề mặt của nó.
- Nhưng khi kích thước tăng lên, thể tích tăng nhanh hơn diện tích bề mặt.
- Vì vậy, các tế bào lớn gặp khó khăn trong việc cung cấp đủ nhanh cho phần bên trong.
Tỷ lệ giảm khi kích thước tăng
Đối với một khối lập phương có cạnh $L$:
- Cạnh $L$ lớn hơn sẽ dẫn đến tỷ lệ nhỏ hơn.
Khuếch tán qua bề mặt
Các hạt tự phát tán từ nơi đông đúc sang nơi thưa thớt. Tế bào nhỏ có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, nên chất khuếch tán vào và ra đủ nhanh.
Khi tế bào trở nên lớn hơn, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của nó:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Thể tích (L³) tăng nhanh hơn diện tích bề mặt (6L²), nên tỷ lệ 6/L giảm khi L tăng.
Một khối lập phương có cạnh dài 2. Sử dụng công thức tỷ lệ = 6/L, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của nó là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
tỷ lệ = 6 / L = 6 / 2 = 3 (tức là 3 : 1).
Một khối lập phương có cạnh dài 3. Sử dụng công thức tỷ lệ = 6/L, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của nó là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
tỷ lệ = 6 / L = 6 / 3 = 2 (tức là 2 : 1) — nhỏ hơn so với khối cạnh 2, vì nó lớn hơn.
Sắp xếp các khối này theo thứ tự tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích, bắt đầu từ tỷ lệ lớn nhất.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Khối nhỏ nhất có tỷ lệ lớn nhất; khi cạnh tăng, 6/L giảm.
Tầm quan trọng của vấn đề
- Tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích lớn = trao đổi nhanh. Do đó, tế bào nhỏ và hình dạng mỏng, phẳng trao đổi vật chất rất nhanh.
- Các tế bào lớn không thể chỉ dựa vào khuếch tán — chúng cần hệ thống vận chuyển.
- Bạn có thể minh họa điều này bằng các khối agar có kích thước khác nhau ngâm trong thuốc nhuộm: khối nhỏ nhất (có tỷ lệ lớn nhất) bị nhuộm màu xuyên suốt nhanh nhất. (Nghiên cứu khuếch tán qua vật liệu không sống thường dùng ống bán thấm.)
Diện tích bề mặt : thể tích
Làm cho khối lập phương lớn hơn: thể tích tăng nhanh hơn diện tích bề mặt, nên tỷ lệ SA:V giảm — đó là lý do tại sao các bề mặt trao đổi và tế bào giữ kích thước nhỏ.
Tại sao tế bào nhỏ và hình dạng mỏng, dẹt trao đổi vật liệu nhanh chóng?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Tỷ lệ lớn nghĩa là có nhiều bề mặt cho mỗi đơn vị thể tích, nên trao đổi bằng khuếch tán diễn ra nhanh.
Tế bào nhỏ trao đổi vật liệu nhanh vì chúng có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích ______.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Tỷ lệ lớn cung cấp đủ bề mặt cho mỗi đơn vị thể tích, nên khuếch tán cung cấp cho toàn bộ tế bào một cách nhanh chóng.
Trong thí nghiệm khối thạch agar, khối nào thay đổi màu sắc xuyên suốt nhanh nhất?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Khối nhỏ nhất có tỷ lệ lớn nhất, nên thuốc nhuộm/axit khuếch tán đến tâm nó nhanh nhất.
Bề mặt trao đổi giải quyết vấn đề
- Sinh vật lớn không thể dựa vào bề mặt nhỏ của cơ thể, nên chúng tiến hóa ra các bề mặt trao đổi chuyên biệt (phổi, mang, lông rễ, nhung mao).
- Những cấu trúc này cung cấp diện tích bề mặt khổng lồ, thành mỏng và nguồn cung cấp máu tốt để trao đổi diễn ra nhanh chóng.
Sinh vật càng lớn thì tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích càng nhỏ. Đó là lý do tại sao chuột mất nhiệt nhanh nhưng voi không, và vì sao sinh vật lớn cần hệ thống trao đổi và vận chuyển mà tế bào đơn không cần.
Bạn đã nắm vững
- Thể tích tăng nhanh hơn diện tích bề mặt → kích thước lớn hơn nghĩa là tỷ lệ nhỏ hơn
- Khối lập phương: cạnh $\text{SA}=6L^2$, $V=L^3$, tỷ lệ $=\dfrac{6}{L}$
- Tỷ lệ lớn = trao đổi nhanh → tế bào nhỏ và hình dạng mỏng, phẳng chiếm ưu thế
- Thí nghiệm khối agar: khối nhỏ nhất bị nhuộm màu xuyên suốt nhanh nhất