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LA SOLUZIONE ALLA Sfida Settimanale 1: Un chilo di formiche e le capacità della biomassa intelligente

Posted by DrJeff on June 1st, 2009

Filed under 1.1. Dr. Jeff’s Weekly Challenge, 1.2. Soluzioni alle sfide settimanali, 1.3. Guidare con Jordi, 4. La Terra, 4.1. Ambiente e cambiamento climatico, 4.2. Biosfera generale

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Questo post è una soluzione alla Sfida settimanale del Dr. Jeff.

Per quelli di voi che hanno letto la Sfida settimanale 1 della scorsa settimana e che ora stanno aspettando le risposte, beh, eccole qui. Per quelli di voi che non hanno ancora letto la Sfida settimanale 1, NON GUARDATE! Andate direttamente alla sfida e leggetela prima, non passate oltre, e non raccogliete $200.

E ora le risposte-

1. Quante formiche in una libbra di formiche?

Suggerimento: non c’è una sola risposta perché ci sono molte specie diverse di formiche. Quindi fai qualche ricerca sulle formiche, trova una risposta, e vedi se la tua risposta rientra nell’intervallo che ti darò la prossima settimana.

La risposta:

1,5 MILIONI di formiche in un chilo di formiche! (Questo presuppone una specie di formica di dimensioni medie, e che stiamo parlando di formiche operaie. (Non c’è sempre un disclaimer per rispondere a una semplice domanda?)

A seconda della specie di formica, ci sono da 190.000 a 7,5 milioni di formiche in un chilo di formiche! Vedi la sezione “Come ho trovato le risposte?” qui sotto.

2. Quanto pesa la razza umana?

Suggerimento: devi sapere quanti umani ci sono sul pianeta. Ecco qui, per gentile concessione dell’U.S. Census Bureau.

La risposta:

Con circa 6,8 miliardi di noi sulla Terra, ecco il peso della razza umana-

sistema inglese: 440 milioni di tonnellate (1 tonnellata = 2.000 libbre)

sistema metrico: 410 milioni di tonnellate metriche (1 tonnellata metrica = 1.000 kg)

Vedi la sezione “Come ho trovato le risposte?” qui sotto.

WOW! Penso di essere impressionato. Ma … aspetta un secondo. Questo è solo un GRANDE numero. Non ho la minima idea di cosa significhi quel grande numero. Se voglio capirlo veramente (anche voi nel cyberspazio), allora ho bisogno di costruire un ponte verso il familiare. Quindi passiamo alla terza parte della nostra sfida.

3. Aspetta, sento Ellen a Detroit che dice, “ma Dr. Jeff, preferirei sapere il volume totale della razza umana, in altre parole, quanto grande sarebbe il volume di spazio necessario per far entrare l’intera razza umana? Bella pensata Ellen! Questo è un altro ottimo modo di vedere la cosa. Quindi facciamo questa terza parte della sfida. Una volta che hai calcolato 2 sopra, calcola il volume totale della razza umana.

Suggerimento: puoi assumere che noi umani siamo fatti principalmente di acqua, e ogni 1.000 kg di acqua occupa 1 metro cubo di spazio. Per quelli di voi che amano concettualizzare usando il sistema inglese di unità, 1 tonnellata d’acqua (2.000 libbre) occupa 32 piedi cubi di spazio.

La risposta:

L’intera razza umana – la specie che può cambiare l’ambiente su scala planetaria – può stare comodamente in una scatola di appena mezzo miglio di lato (0,75 km di lato). Vedi la sezione “Come ho trovato le risposte?” qui sotto.

Se conosci Washington, DC, questo è circa il volume di spazio equivalente alle dimensioni del National Mall riempito fino alla cima del Washington Monument.

Se conosci New York City, questo è circa il volume di spazio equivalente alle dimensioni di Central Park riempito fino alla cima del Flatiron Building.

Non è semplicemente così incredibilmente piccolo? Puoi immaginare un volume equivalente in una città vicino a te?

L’IMPORTANTE LEZIONE DI QUESTA SETTIMANA

In questa scatola dell’umanità c’è soprattutto acqua. In questa scatola c’è anche una specie consapevole di sé, intelligente e spinta a conoscere e fare qualsiasi cosa, e una specie che ha la capacità di immaginare, progettare e costruire strumenti. Come fa una scatola così piccola di biomassa intelligente a cambiare il pianeta? TECNOLOGIA. Con l’idraulica e gli esplosivi possiamo spostare le montagne. Con le centrali elettriche e i motori per creare energia dai combustibili fossili possiamo riscaldare l’intero pianeta, sollevare gli oceani e cambiare il tempo su scala globale. NON POSSO pensare ad un argomento migliore per la necessità dell’educazione scientifica e tecnologica. Noi come nazione, noi come mondo dobbiamo prendere decisioni informate su come usiamo la nostra tecnologia in modo che possiamo essere buoni amministratori del pianeta.

E ora come sono arrivato a queste risposte?

La parte segreta dell’informazione è il peso di una singola formica. Potresti fare la tua ricerca standard su Google e trovare un sito web di risposte a tutto. Questo è probabilmente il modo in cui hai ottenuto la tua risposta. Confrontiamola con la mia.

Sono sempre attento ad assicurarmi che le informazioni che cerco siano accurate. Di solito non mi fido nemmeno di Wikipedia, ma spesso la uso per indicarmi la giusta direzione. In fondo a una pagina di Wiki ci sono spesso riferimenti a pubblicazioni formali di scienziati e ingegneri che sono stati rivisti da …. altri scienziati e ingegneri. Noi chiamiamo queste pubblicazioni “revisionate” o “refereed”, e sono dove tipicamente si trovano le migliori informazioni disponibili su un argomento.

Ecco la magica pubblicazione che ho trovato di Michael Kaspari, pubblicata nel 2005 nei Proceedings of the National Academy of Sciences degli Stati Uniti d’America. Michael ha studiato attentamente le colonie di formiche in 49 siti diversi con diversi climi, e ha trovato 434 specie di formiche. Possiamo supporre che sia un esperto di formiche. Ha scritto questo articolo per raccontare agli altri scienziati quello che ha trovato. Se guardate quello che ha scritto sembra piuttosto tecnico, ma è sorprendente che descriva l’ampiezza della sua ricerca in un bellissimo dettaglio usando due lingue molto potenti: l’inglese e la matematica. Gli scienziati e gli ingegneri devono essere grandi comunicatori se la loro ricerca deve essere conosciuta dagli altri. Ma non c’è bisogno di leggere l’articolo, lo tradurrò per voi.

Michael trovò che il peso di una formica operaia era ovunque da 0,06 milligrammi a 2,34 milligrammi. (Un milligrammo è un millesimo di grammo e un grammo è un millesimo di chilogrammo. Un chilogrammo è 2,2 libbre). La formica operaia della specie più grande che ha studiato era 40 volte il peso della formica operaia della specie più piccola! La media era di circa 0,3 mg, che è quello che userò. Quindi ecco qui

Il peso di una singola formica è 0.3 mg

Il numero di formiche in una libbra di formiche = 1 libbra divisa per il peso di una singola formica

Per dividere è necessario utilizzare le stesse unità: poiché abbiamo il peso di una formica in milligrammi, facciamo i conti in milligrammi.

Convertire 1 libbra in milligrammi: 1 libbra = 0,45 chilogrammi = 450 grammi = 450.000 milligrammi

Ora dividiamo: 450.000 milligrammi / 0,3 milligrammi = 1,5 MILIONI di formiche! Facciamo questo per le specie che ha studiato con:

– la più piccola formica operaia, pesa solo 0,06 milligrammi.

Si ottengono 7,5 MILIONI di formiche in un chilo di formiche!

– la più grande formica operaia, che pesa 2,34 milligrammi.

Si ottengono ancora 190.000 formiche in una libbra di formiche!

Ecco una bella domanda che ci porta alla prossima parte della sfida. Se ci fossero tante formiche quanti sono gli esseri umani sulla Terra, quanto peserebbero tutte quelle formiche?

(6,8 miliardi di formiche) x (0,3 milligrammi per formica) = 2.000 kg (o se ti piace il sistema inglese, circa 2 tonnellate)

2. Quanto pesa la razza umana?

Con l’aiuto del U.S. Census Bureau vedo che in questo momento ci sono circa 6,8 miliardi di esseri umani sul pianeta. Ora per l’indovinello: suppongo che l’essere umano medio pesi circa 130 libbre (60 kg). Mi sembra ragionevole se considero i bambini, la differenza di peso tra uomini e donne, e che la maggior parte degli umani vive in condizioni di impoverimento.

Il peso della razza umana è quindi:

sistema inglese: 6.8 miliardi x 130 libbre = 880 miliardi di libbre =

440 milioni di tonnellate (1 tonnellata = 2.000 libbre)

sistema metrico: 6,8 miliardi x 60 kg = 410 miliardi di kg =

410 milioni di tonnellate metriche (1 tonnellata metrica = 1.000 kg)

WOW!!!! O forse no.

3. Quanto grande sarebbe il volume di spazio necessario per far entrare l’intera razza umana?

Suggerimento: si può assumere che noi umani siamo fatti principalmente di acqua, e ogni 1.000 kg di acqua occupa 1 metro cubo di spazio. Per quelli di voi che amano concettualizzare usando il sistema inglese di unità, 1 tonnellata d’acqua (2.000 libbre) occupa 32 piedi cubi di spazio.

Sì, siamo soprattutto acqua. Infatti anche l’acqua ci tratta come acqua. Se siamo in una piscina e andiamo sott’acqua, siamo abbastanza vicini al galleggiamento neutro, il che significa che non affondiamo troppo velocemente e non saliamo troppo velocemente. Siamo circa la densità dell’acqua.

Quindi ecco il volume della razza umana:

sistema inglese: 440 milioni di tonnellate x 32 piedi cubici /ton = 14,1 miliardi di piedi cubici

sistema metrico: 410 milioni di tonnellate metriche x 1 metro cubo per tonnellata metrica = 410 milioni di metri cubi

ORA PER LA PARTE DIVERTENTE.

Prevediamo di mettere la razza umana in una scatola con il volume di cui sopra. E supponiamo che la scatola sia un cubo dove la lunghezza = altezza = larghezza. Quanto sarebbe grande una scatola con il volume di cui sopra?

Volume di un cubo = (lunghezza del lato) x (lunghezza del lato) x (lunghezza del lato)

= (lunghezza del lato) 3

Per ottenere la lunghezza di un lato si prende quindi la radice cubica del volume, e si ottiene:

– sistema inglese: radice cubica di 14.1 miliardo di piedi cubici

lunghezza del lato = circa 2.400 piedi = 0,45 miglia!!!

– sistema metrico: radice cubica di 410 millio metri cubi

lunghezza del lato = circa 750 metri = 0.75 chilometri!

Permalink |June 1st, 2009

1. Rob Carr Says:
   Novembre 22nd, 2009 at 9:24 pm

   Jeff,

   Qual è la biomassa delle formiche sulla Terra e come si confronta con la massa degli umani sulla Terra?

   Ho trovato un numero, ma non sono sicuro di fidarmi. Stavo cercando di farlo sul mio iPhone mentre guardavo gli Steelers perdere contro KC.

2. DrJeff Says:
   Novembre 24th, 2009 at 10:15 am

   HI Rob-
   Ho cercato di rintracciare la biomassa globale delle formiche, ma molte fonti e stime. Ecco una fonte buona come un’altra, con riferimenti citati. La biomassa totale delle formiche è da 9 a 90 volte la biomassa umana totale. http://en.wikipedia.org/wiki/Biomass_(ecology) Puoi anche vedere che il krill antartico rappresenta 5 volte la biomassa umana.

3. Rob Carr Says:
   Novembre 24th, 2009 at 10:47 am

   Io per primo do il benvenuto ai nostri signori formici!

   La stima del numero di formiche che ho trovato era più ordini di grandezza superiore a quella che hai trovato – non sembrava ragionevole e non c’erano riferimenti. Hai trovato una stima molto più logica.

   Che si contino gli individui o la massa, le formiche ci superano in numero e in massa. Non è il nostro numero o la nostra massa che ci rende la specie dominante sul pianeta. È la nostra capacità di amplificare le nostre capacità con strumenti che fa la differenza.