If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание
Текущее время:0:00Общая продолжительность:13:41

Расход энергии, который необходим на обработку гектара земли

Транскрипция к видео

В прошлом видео мы обсуждали, как люди, с течением времени, повышали производительность в калориях данной площади земли. Хочу пояснить, что в прошлом видео, приведенные мной цифры были округленными и упрощёнными для общего пояснения. Я не хочу, чтобы вы считали абсолютно максимальным значением плотности населения ровно 1000 человек на квадратный километр. Это зависит главным образом от земли, сколько её реально используется для земледелия, какие высаживаются культуры и так далее. Каков образ жизни населения, сколько потребляется калорий. Смысл прошлого видео в том, чтобы показать существование рамок, верхнего предела плотности населения, основанного на реальной производительности земли. В этом видео нам предстоит разобрать другое измерение. Если в прошлом нас интересовала эта ось, повышение производительности земли, то сейчас мы будем рассматривать, как люди, при помощи разных технологий, уменьшают затраты труда на получение из земли этих калорий. Естественно, не бывает такого, чтобы пищевые культуры росли сами по себе. Такое возможно в диком виде, но для земледелия нужно вложение сил и времени. Землю требуется обрабатывать. На этом графике, построенном на основе информации из книги под названием «Энергия и Общество», показаны различные способы обработки земли, использовавшиеся и используемые человечеством. Мы не будем анализировать общую затрату энергии на весть цикл выращивания той или иной культуры. Мы обратим внимание на одну конкретную стадию земледельческого процесса, а именно на пахоту. Если вы, как, например, и я никогда не работали на ферме — что я бы на самом деле хотел попробовать, — то поясню, что цель пахоты — некоторым образом перемешать почву, чтобы питательные вещества из глубоких слоев оказались на поверхности. При этом также закапываются остатки растений с прошлого урожая, закапываются и погибают сорняки, и обеспечивается аэрация почвы. Пахота подготавливает почву к следующему земледельческому циклу. Это процесс люди реализовывали с глубокой древности. В этом видео мы рассмотрим различные способы пахоты и оценим расход энергии. Мы рассмотрим, какая часть энергии поступает от человека, и какая не от человека, а от других источников. Например, если говорить об энергии человека, то мы рассмотрим вспашку вручную. Вот как эта женщина тащит всю тележку, которая взрыхляет почву за ней. Если говорить о пахоте на волах, то большую часть работы выполняют животные, они тащат плуг, взрыхляющий землю. Человек только направляет его, что тоже весьма нелёгкая работа, пахарь отнюдь не прохлаждается. Пахота на тракторе, как показано здесь, происходит за счёт мощности трактора, который тянет плуг и разрыхляет землю. Данные приведены в этой книге, и сейчас я буду их приводить. И скажу, что я кое-что пропустил, не будучи уверен в их достоверности. Итак, вот их расчёты. Чтобы обработать один гектар земли вручную, требуется 400 часов. На волах — на паре волов — требуется 65 часов. На тракторе мощностью 6 лошадиных сил — 25 часов. На тракторе мощностью 50 лошадиных сил — 4 часа. Если вам непривычно понятие гектара, поясняю — это единица измерения земельных участков. Записываю: гектар земли — это участок размером 100 на 100 метров. В американской системе это около 2,5 акров, ближе к 2,4—2,47 или около того, округлим до 2,5 акров. Акр исторически определялся как площадь, которую можно вспахать на паре волов за день. Таким образом, нас интересует, сколько времени требуется для обработки участка земли 100 на 100 метров. Очевидно, что медленнее всего работает человек. Волы несколько быстрее. Трактор мощностью 6 лошадиных сил — ещё быстрее, и трактор мощностью 50 лошадиных сил — быстрее всего. В этой колонке показаны затраты энергии на изготовление и обслуживание используемого оборудования. Это не очень понятно, поэтому поясняю: если представить количество энергии, расходуемой на вспашку поля, то человек потратит много собственной энергии, а также потребуется потратить некоторое количество энергии, чтобы изготовить и обслуживать инструмент, в этом случае — ручной плуг. Согласно этим авторам, затраты составят около 6 000 килокалорий, т. е. маленьких калорий, которые пишутся с маленькой буквы. Напоминаю, что одна килокалория равна одной большой калории, которая пишется с большой буквы и используется в расчётах питания, как мы обсуждали в прошлом видео. Говоря о калориях в пищевых продуктах, имеют в виду «большие калории», то есть килокалории. Надпись на шоколадке, «200 калорий» означает именно их. В химии и физике, когда речь идет об эквиваленте нагрева грамма воды на градус Цельсия, имеются в виду «маленькие» калории. То есть все значения на графике указаны в килокалориях или больших калориях. Это те же единицы измерения, что и в прошлом видео. И это те же калории, которые используются при оценке питания. Следовательно, 6 000 килокалорий — это расход среднего мужчины за трое суток. Чтобы изготовить и обслуживать в течение 400 часов этот ручной плуг, надо затратить 6 000 килокалорий, если поделить это на 400 рабочих часов. Неважно, какая часть полезной работоспособности плуга была израсходована, важен расход 6 000 килокалорий. Очевидно, что по крайней мере для плуга, ручного или запряжённого волами, это не будет значимой частью общего расхода калорий. Естественно, при использовании мускульной силы человека или животных не используется бензин или другое природное горючее. Далее, во всех этих сценариях мы считаем, что рабочий день составляет 10 часов. Здесь показано, какую нагрузку испытывает работник, это примерные данные, они отличаются от оригинальных данных в книге. Предположим, что человек пашет ручным плугом — это очень тяжёлая работа, расходующая порядка 400 килокалорий в час при такой интенсивности. За 10 часов это составит 4000 килокалорий, всего за 10 часов. Остальную часть дня человек будет ходить, готовить пищу, есть, спать, то есть остальные 14 часов в сутках пройдут с затратой порядка 100 килокалорий в час. Вот сумма. Если человек с этим инструментом работает по 10 часов в день, то такой будет общая энергозатрата. Как видно, здесь максимальные затраты труда. Потребление калорий будет максимальным за рабочий день. Эти два будут наименее трудозатратными. Управление трактором всё-таки расходует больше калорий, чем сон или просмотр телевизора, и энергозатраты будут примерно такими. Вот здесь приводится самое, или одно из самых интересных чисел, это общий расход человеческих трудозатрат в калориях на выполнение этой задачи — вспашку одного гектара земли. Итак, здесь расходуется 5400 килокалорий в день при работе по 10 часов в день и общем времени работы 400 часов. Это означает 40 рабочих дней — 400/10. 40 дней умножить на 5 400 килокалорий в день, то есть человек, только человек, без учёта расхода 6 000 килокалорий на изготовление и обслуживание этого плуга, потратит 216 000 килокалорий на вспашку одного гектара земли. Добавив к этому ещё 6 000 на плуг — с этим значением можно поспорить, но в сравнении оно невелико — получается общее значение около 222 000 килокалорий. Рассматривая пахоту на волах, увидим, что затрата времени меньше. Кроме того, каждый час работы требует несколько меньше калорий. Это все ещё высокие трудозатраты, хотя меньшие, чем при пахоте вручную. В расчете на день расходуется немногим меньше калорий. Но, поскольку работа занимает всего 6,5 дней, 65 часов разделить на 10, значительно уменьшается расход калорий, общее количество калорий, потраченных человеком на выполнение задачи. Но здесь есть и другие энергозатраты. Пашут волы, каждый из них расходует порядка 20 000 килокалорий в день, и их два. Итак, 40 000 килокалорий в день только на волов. Это будет расходоваться 6,5 дней, 65 разделить на 10, волы израсходуют 260 000 килокалорий на эту работу. Итак, общий энергетический вклад возрос. Наблюдается интересное явление — доля участия человека с улучшением технологии значительно сокращается. С 216 000 до 33 000, а в примере с тракторами, как мы увидим, еще меньше. Но общая расходуемая энергия, включая энергозатраты волов, или энергию сгорания горючего в двигателе трактора, общая энергия на обработку поля будет расти. А человеческая энергия будет снижаться. Последнее, что я хотел бы тут отметить, и здесь мои цифры будут немного, или даже значительно отличаться от данных этого исследования, это затраты энергии тракторов. В источнике (это можно найти при помощи google), приведены завышенные цифры. По данным моего исследования, в среднем для двигателей внутреннего сгорания около 20% общей энергии горючего используется для реальной работы машины за её срок службы. Так что если мы рассматриваем трактор в 6 лошадиных сил. По данным книги, за 25 часов он израсходует вот это количество горючего — 23,5 литров горючего за 25 часов работы. Я попросту взял 20% в качестве расхода энергии. Что с расходом на обслуживание за данный период времени? Если задуматься, какую часть общего периода службы составят эти 25 часов, то эту часть надо умножить на общий расход энергии по изготовлению трактора. Машины изготовлены из металла. Металл выплавляют в печах, то есть производство требует больших энергозатрат. Это и составит предположительно 20%. Я использовал ориентировочное значение для большинства машин с двигателем внутреннего сгорания. Около 20% общего расхода энергии за весь срок службы машины примерно равняется энергии, потраченной на её производство. В любом случае, здесь вклад человека минимален. Человек сидит в кабине трактора, расходуя минимум калорий. Вклад человека в затраты энергии при пахоте на тракторе в 6 лошадиных сил, занимающей 2,5 дня — 25 часов при 10 часах в день, составит всего 8 500 килокалорий. Естественно, основные затраты идут за счёт горючего, плюс часть расхода энергии на производство трактора, которых за 25 часов набегает очень маленькая часть, мы не берем весь срок службы этого трактора в 6 лошадиных сил. Полная затрата энергии на изготовление трактора была бы гораздо, многократно больше в абсолютном выражении. Мы берем только ту небольшую часть, которая пропорциональна реальным часам работы. То же самое относится и к трактору мощностью 50 лошадиных сил. Но, с какой стороны не смотри, человек, что интересно, при переходе от ручной пахоты к трактору в 50 лошадиных сил, вкладывает почти в 200 раз меньше энергии в обработку данного участка земли. Но в целом, если учесть энергию горючего и, очевидно, расход на изготовления трактора, расход энергии растёт. Надеюсь, вам было интересно. Это сторона вопроса, о которой нечасто задумываешься. Каков должен быть расход энергии на то или иное дело? Зачастую мы думаем только категориями затрат человека, игнорируя другие составляющие, например, быков. Subtitles by the Amara.org community