沉浮之間:肌肉與脂肪

把科學帶回家:活動 7

核心概念
密度
身體成分
肌肉和脂肪

摘自《國家科學教育標準》:生物體的特徵

導言
你的身體包含許多不同的物質。當然,有骨骼、血液、脂肪和肌肉——僅舉幾例。


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但是所有這些部分都隱藏在我們的皮膚之下,那麼我們如何才能更多地瞭解它們的某些特性呢? 動物的內部結構與我們有很多相似之處,因此我們可以透過研究商店裡可以買到的肉類等基本物質來了解我們身體的一些有趣之處。 一個簡單而有趣的測試是檢查物質是否漂浮在水中——這告訴我們它們的浮力。 稍後會詳細介紹浮力。

背景
身體的某些成分比其他成分密度更高。 嘗試此活動以發現哪種物質比水更稠密:肌肉還是脂肪。 如果一種物質的密度小於水,它將具有浮力,這意味著它更可能漂浮。

密度由物體的質量及其佔據的空間量(體積)決定。 這就是為什麼重金屬船可以漂浮在水面上——它們足夠大,以至於整體密度小於水的密度,但是如果你把它們壓成一個球並去除所有空隙,金屬球就會像石頭一樣沉下去!

在大多數人類和動物的身體內,無論是肌肉、脂肪、血液還是骨骼,都含有大量的水。 這意味著我們身體的密度實際上接近於水的密度。 但是這項活動也可以幫助解釋為什麼有些動物和人比其他人更具浮力。

材料
•    一塊熟肉,上面既有瘦肉又有肥肉(例如豬排或牛排)
•    切肉刀
•    一片面包
•    大號透明玻璃杯或碗
•    水

準備工作
•    用水裝滿透明玻璃杯或碗。
•    撕下兩塊大小相近的大面包片。
•    將其中一塊原樣放在櫃檯上,並將另一塊壓成一個密實的球。
•    小心翼翼地從肉上切下一塊脂肪。
•    小心翼翼地切下一塊與脂肪大小相近的瘦肉。
•    你認為這四種物品中的任何一種會漂浮在水中嗎? 為什麼?

步驟

•    將切下的動物脂肪塊放入水中。 發生了什麼?
•    現在將切下的瘦肉塊放入水中。 它發生了什麼?
•    現在將未壓碎的麵包片放入水中。 發生了什麼?
•    取出麵包,現在將密實壓碎的麵包球放入水中。 它發生了什麼?

繼續閱讀以瞭解觀察結果、結果和更多資源。

觀察結果和結果
為什麼來自肉類的兩種不同材料大小相同(因此體積大致相同)在水中會產生不同的結果? 為什麼兩塊開始時相同的麵包(因此質量大致相同)在水中會產生不同的結果?

這兩種不同的結果發生是因為物體具有不同的密度(密度由體積質量的組合決定)。 如果物體的密度大於水,它就會下沉。 如果它比水密度小,它就會漂浮。 哪種型別的身體材料——肌肉或脂肪——具有比水更大的密度,哪種型別的密度較低?

因此,事實證明,身體脂肪很少的運動員可能需要更加努力才能在水中保持漂浮。 為了健康,我們的身體需要脂肪和肌肉的平衡。

一些生活在海洋中的動物有一層厚厚的脂肪,稱為鯨脂。 鯨脂有助於保持這些動物的溫暖,但它還可能對水中的鯨魚或海牛產生什麼其他影響?

你有沒有在海洋或鹹海中游泳過? 如果有,你可能已經注意到,在鹽水中比在湖泊、池塘或游泳池中更容易保持漂浮。 這是為什麼呢? 溶解在水中的鹽使的密度更大。 因此,即使沒有改變你的身體成分,相對於鹽水而言,你的密度也較小,這有助於你在水面漂浮。 你可以在家演示這種效果,方法是在兩個玻璃杯中裝滿溫水,並在其中一個玻璃杯中溶解約六湯匙鹽。 輕輕地將雞蛋放入每個玻璃杯中,看看會發生什麼。

分享你的肌肉與脂肪的觀察結果和結果! 在下方留言或在《大眾科學》Facebook頁面上分享你的照片和反饋。

清理
倒掉水,扔掉麵包、肉和脂肪的碎屑(如果可以,可以堆肥)。

更多探索 來自《大眾科學》的“追求骨感:運動員的體脂可以降到多低?” 來自《大眾科學》的“長頸鹿會漂浮嗎?” 來自Reeko's Mad Scientist Lab 的“鹽水中漂浮雞蛋”活動
來自 KidsHealth 的“你的肌肉”概述
Melissa Stewart Page 著,4-8 歲,《它會漂浮還是下沉?
Jim Wiese 著,9-12 歲,《從頭到腳的科學:超過 40 項令人瞠目結舌、驚險刺激、令人心跳加速的活動,教孩子們瞭解人體

接下來…
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