Lesson 7 Surface Area to Volume
| Site: | MoodleHUB.ca 🍁 |
| Course: | Science 10 [5 cr] - AB Ed copy 1 |
| Book: | Lesson 7 Surface Area to Volume |
| Printed by: | Guest user |
| Date: | Sunday, 7 September 2025, 6:45 PM |
Introduction
A cell must be able to transport all the particles it needs through its membrane when they are needed.
A7.1 A crowd of people
A large cell with a relatively small amount of cell membrane surface may not be able to transport particles through the membrane fast enough to meet its needs. There must be enough cell membrane area to support all the particle transport needs of
the cell. It would be like trying to get a large crowd of people into an event through only a few doors—it's not going to work.
Cells have to find the perfect ratio between their size and the size of their membrane. We will explore this ratio in the following lesson.
Cells have to find the perfect ratio between their size and the size of their membrane. We will explore this ratio in the following lesson.
Targets
By the end of this lesson, you will be able to- describe how cell size and shape are affected by the surface area to volume ratio
- explain how that ratio limits cell size
Watch This
Surface Area Lab
https://adlc.wistia.com/medias/c8ukij63yz
Watch this video for a review of how surface area affects the reaction rate in a lab. Remember, the more surface area available, the faster the reaction since there is more of the substance available to react with.
Surface Area and Volume
Surface area and volume may be math terms, but they are used in science too.
A7.2
Surface Area
When we talk about membrane size, we are actually talking about the surface area of the cell.
Surface area is the outside part of an object. In the case of the cell, that outside part is the cell membrane, so the area of the membrane is the same as the surface area of the cell.
Remember, area is the measurement of the space inside a boundary. This is a 2-D measurement; for example, you can find the area of the surface of a desk but you cannot find the entire space of the desk. Area and surface area are always measured in units squared. In the case of the surface area of a cell, we will use millimetres squared () or micrometres squared ().
To calculate surface area, you will want to find the area of each side and add all those areas together. If the shape is a cube, you can multiply your area of one side by six since all the sides will have the same area and there are six sides on a cube. There are examples of this on the following pages.
Remember, area is the measurement of the space inside a boundary. This is a 2-D measurement; for example, you can find the area of the surface of a desk but you cannot find the entire space of the desk. Area and surface area are always measured in units squared. In the case of the surface area of a cell, we will use millimetres squared () or micrometres squared ().
To calculate surface area, you will want to find the area of each side and add all those areas together. If the shape is a cube, you can multiply your area of one side by six since all the sides will have the same area and there are six sides on a cube. There are examples of this on the following pages.
Volume, on the other hand, is the space found inside of the cell. It is a 3-D measurement. This is what you would use to find the entire space of the desk or the size of the inside of a cell. It is always measured in units cubed. For cells, we will
use millimetres cubed () or micrometres cubed ().
To calculate volume, you need to multiply the length, width, and height of the object together. There are examples of this on the following pages.
To calculate volume, you need to multiply the length, width, and height of the object together. There are examples of this on the following pages.
A7.3 Volume
Surface Area to Volume Ratio
As the cell volume increases, the surface area to volume ratio decreases
Since the volume is increasing so fast, the membrane cannot keep up with the transport needed to supply all the compounds, nutrients, and elements needed inside of the cell. As the volume increases, more and more of those particles are needed to support the life functions that the cell carries out. The cell must find the ideal balance between surface area and volume.
In science, the comparison between the
surface areaand volume is called the surface area to volume ratio.
When looking at this ratio, you want to look at whether your ratio is getting smaller or larger. A smaller ratio means the volume is growing faster than the surface area, while a larger ratio means they are more balanced. The greater the surface
area to volume ratio, the more efficient the transport through the cell membrane will be. In other words, as the surface area to volume ratio increases, how quickly diffusion can occur also increases. This is because there is a larger cell membrane
and, therefore, more space for the transport to occur in.
A7.4
Surface area to volume ratio
Examples
Click on the video to watch a teacher complete this example.
Determine the surface area to volume ratio for a cube with a side length of
-
«math»
«mn»1«/mn»
«mo».«/mo»
«mn»0«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»mm«/mi»
«/math»
Step 1: Find the Surface Area
There are six sides on a cube, so the surface area is equal to the area of one side multiplied by «math» «mn»6«/mn» «/math».
«math» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»One«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Side«/mi» «mo»=«/mo» «mi»Length«/mi» «mo»§#215;«/mo» «mi»Width«/mi» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»1«/mn» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/math»
«math» «mi»Surface«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Cube«/mi» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»6«/mn» «mo»=«/mo» «mn»6«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/math»Step 2: Find the Volume
The volume of a cube is length multiplied by width multiplied by height.
«math» «mi»Volume«/mi» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»1«/mn» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/math»Step 3: Find the Ratio
The formula for the surface area to volume ratio is
«math» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mi»S«/mi» «mi»A«/mi» «/mrow» «mi»V«/mi» «/mfrac» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mn»6«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mrow» «mrow» «mn»1«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mrow» «/mfrac» «mo»=«/mo» «mn»6«/mn» «/math»
-
«math»
«mn»2«/mn»
«mo».«/mo»
«mn»5«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»mm«/mi»
«/math»
Step 1: Find the Surface Area
There are six sides on a cube, so the surface area is equal to the area of one side multiplied by «math» «mn»6«/mn» «/math».
«math» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»One«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Side«/mi» «mo»=«/mo» «mi»Length«/mi» «mo»§#215;«/mo» «mi»Width«/mi» «mo»=«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»=«/mo» «mn»6«/mn» «mo».«/mo» «mn»25«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Surface«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Cube«/mi» «mo»=«/mo» «mn»6«/mn» «mo».«/mo» «mn»25«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»6«/mn» «mo»=«/mo» «mn»37«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/math»
Step 2: Find the Volume
The volume of a cube is length multiplied by width multiplied by height.
«math» «mi»Volume«/mi» «mo»=«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»=«/mo» «mn»15«/mn» «mo».«/mo» «mn»625«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/math»
Step 3: Find the Ratio
The formula for the surface area to volume ratio is
«math» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mi»S«/mi» «mi»A«/mi» «/mrow» «mi»V«/mi» «/mfrac» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mn»37«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mrow» «mrow» «mn»15«/mn» «mo».«/mo» «mn»625«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mrow» «/mfrac» «mo»=«/mo» «mn»2«/mn» «mo».«/mo» «mn»4«/mn» «/math»
c. «math»«mn»4«/mn»«mo».«/mo»«mn»0«/mn»«/math» mm
Step 1: Find the
Surface Area
There are six sides on a cube, so the surface area is equal to the area of one side multiplied by «math» «mn»6«/mn» «/math».
«math» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»One«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Side«/mi» «mo»=«/mo» «mi»Length«/mi» «mo»§#215;«/mo» «mi»Width«/mi» «mo»=«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»=«/mo» «mn»16«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Surface«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Cube«/mi» «mo»=«/mo» «mn»16«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»6«/mn» «mo»=«/mo» «mn»96«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/math»
There are six sides on a cube, so the surface area is equal to the area of one side multiplied by «math» «mn»6«/mn» «/math».
«math» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»One«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Side«/mi» «mo»=«/mo» «mi»Length«/mi» «mo»§#215;«/mo» «mi»Width«/mi» «mo»=«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»=«/mo» «mn»16«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Surface«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Area«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»of«/mi» «mo»§#160;«/mo» «mi»Cube«/mi» «mo»=«/mo» «mn»16«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»6«/mn» «mo»=«/mo» «mn»96«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/math»
Step 2: Find the Volume
The volume of a cube is length multiplied by width multiplied by height.
«math» «mi»Volume«/mi» «mo»=«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»=«/mo» «mn»64«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/math»
The volume of a cube is length multiplied by width multiplied by height.
«math» «mi»Volume«/mi» «mo»=«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»4«/mn» «mo»=«/mo» «mn»64«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/math»
Step 3: Find the
Ratio
The formula for the surface area to volume ratio is
«math» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mi»S«/mi» «mi»A«/mi» «/mrow» «mi»V«/mi» «/mfrac» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mn»96«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mrow» «mrow» «mn»64«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mrow» «/mfrac» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «/math»
The formula for the surface area to volume ratio is
«math» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mi»S«/mi» «mi»A«/mi» «/mrow» «mi»V«/mi» «/mfrac» «mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace» «mi»Ratio«/mi» «mo»=«/mo» «mfrac» «mrow» «mn»96«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mrow» «mrow» «mn»64«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»cm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mrow» «/mfrac» «mo»=«/mo» «mn»1«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «/math»
The cube with a side length of «math» «mn»1«/mn» «mo».«/mo» «mn»0«/mn» «mo»§#160;«/mo» «mi»cm«/mi» «/math» will be able to do the most efficient transport into and out of the cell as it has the largest surface area to volume ratio.
Note: These examples are from page 289 in your Science 10 textbook. The textbook solves the questions in a slightly different way with the same results. You can choose the method that makes the most sense to you!
Did You Know?
A7.5 A cat curled up to save heat
Many animals use the surface area to volume ratio to keep warm or cool down. On a cold day, you may notice your cat sleeping curled up on himself. This is to reduce the amount of surface area that is exposed to the cold. That way, less heat escapes. Similarly, on a hot day, you may notice your dog stretched out as long as she can get. This is to increase the surface area exposed to the air to help cool the dog down.
Digging Deeper
A7.6 Cells dividing
One of the many reasons cells divide is to reduce surface area. When a cell starts getting too big to sustain itself, it divides into two smaller cells, splitting the volume between two membranes. This helps to keep the surface area to volume ratio in check. Go to the following link for more information. https://quick.adlc.ca/surface-areaLearn More
Read This
Please read page 289 in your Science 10 textbook. Make sure you take notes on your readings to study from later. You should focus on what the surface area to volume ratio represents. Remember, if you have any questions or you do not understand something,
ask your teacher!
Practice Questions
Complete the following practice questions to check your understanding of the concept you just learned. Make sure you write complete answers to the practice questions in your notes. After you have checked your answers, make corrections to your responses (where necessary) to study from.- Which cell would be able to transport materials more efficiently? A cube shaped cell with a side length of
«math»
«mn»8«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»§#956;m«/mi»
«/math»or one with a side length of
«math»
«mn»11«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»§#956;m«/mi»
«/math»?
The cell with a side length of
«math»
«mn»8«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»§#956;m«/mi»
«/math»would be able to transport materials more efficiently because it is the smaller cell. The smaller the side length, the greater the surface area to volume ratio.
«math»
«mi»Area«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»of«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»One«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Side«/mi»
«mo»=«/mo»
«mi»Length«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Width«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mo»=«/mo»
«mn»8«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»8«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»64«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»§#956;m«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Surface«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Area«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»of«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Cube«/mi»
«mo»=«/mo»
«mn»64«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»6«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»384«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»2«/mn»
«/msup»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Volume«/mi»
«mo»=«/mo»
«mi»Length«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Width«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Height«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mo»=«/mo»
«mn»8«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»8«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»8«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»512«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»3«/mn»
«/msup»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Ratio«/mi»
«mo»=«/mo»
«mfrac»
«mrow»
«mi»S«/mi»
«mi»A«/mi»
«/mrow»
«mi»V«/mi»
«/mfrac»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Ratio«/mi»
«mo»=«/mo»
«mfrac»
«mrow»
«mn»364«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»2«/mn»
«/msup»
«/mrow»
«mrow»
«mn»512«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»3«/mn»
«/msup»
«/mrow»
«/mfrac»
«mo»=«/mo»
«mn»0«/mn»
«mo».«/mo»
«mn»75«/mn»
«/math»
«math»
«mi»Area«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»of«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»One«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Side«/mi»
«mo»=«/mo»
«mi»Length«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Width«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mo»=«/mo»
«mn»11«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»11«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»121«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»§#956;m«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Surface«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Area«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»of«/mi»
«mo»§#160;«/mo»
«mi»Cube«/mi»
«mo»=«/mo»
«mn»121«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»6«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»726«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»2«/mn»
«/msup»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Volume«/mi»
«mo»=«/mo»
«mi»Length«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Width«/mi»
«mo»§#215;«/mo»
«mi»Height«/mi»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mo»=«/mo»
«mn»11«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»11«/mn»
«mo»§#215;«/mo»
«mn»11«/mn»
«mo»=«/mo»
«mn»1331«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»3«/mn»
«/msup»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Ratio«/mi»
«mo»=«/mo»
«mfrac»
«mrow»
«mi»S«/mi»
«mi»A«/mi»
«/mrow»
«mi»V«/mi»
«/mfrac»
«mspace linebreak=¨newline¨»«/mspace»
«mi»Ratio«/mi»
«mo»=«/mo»
«mfrac»
«mrow»
«mn»726«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»2«/mn»
«/msup»
«/mrow»
«mrow»
«mn»1331«/mn»
«mo»§#160;«/mo»
«msup»
«mi»§#956;m«/mi»
«mn»3«/mn»
«/msup»
«/mrow»
«/mfrac»
«mo»=«/mo»
«mn»0«/mn»
«mo».«/mo»
«mn»55«/mn»
«/math»
- Why is a cell with a larger surface area to volume ratio better able to transport materials into and out of the cell?
If a cell has a larger surface area to volume ratio, it means that it has a larger surface area for that volume than another cell might have. This is important as the more surface area a cell has, the more space it has to transport the particles
it needs across the membrane. This includes transporting oxygen and nutrients in and transporting waste out.
Cell Size and Shape
What happens to a cell that cannot get enough nutrients or cannot get rid of waste fast enough?
A7.7 Small surface are to volume ratios kill cells.
If a cell cannot get enough nutrients or remove waste fast enough, the cell will not survive. Cells have to be able to collect enough materials to perform their life functions or those processes will stop happening and the cell will die. At the
same time, if the cell cannot get rid of its wastes fast enough, it will actually poison itself and die. For a cell, and therefore an organism, the ability to quickly transport materials into and out of the cell is the difference between life
and death.
Cells have adapted to this by coming in a variety of shapes. Some cells are long and flat, creating a larger surface area to volume ratio. In this case, there is a smaller volume since the cell is flat.
Cells have adapted to this by coming in a variety of shapes. Some cells are long and flat, creating a larger surface area to volume ratio. In this case, there is a smaller volume since the cell is flat.
Other cells create a folded membrane or little finger-like projections from the surface of the cell. This creates more cell membrane with a very small added volume.
In multicellular organisms such as humans, cells often have specialized functions. In these cases, the cell size and shape is determined by those functions. Nerve cells are often very long and thin in order to cover a large distance quickly. Since the cell is thin, there is a small amount of volume when compared to the surface area.
In multicellular organisms such as humans, cells often have specialized functions. In these cases, the cell size and shape is determined by those functions. Nerve cells are often very long and thin in order to cover a large distance quickly. Since the cell is thin, there is a small amount of volume when compared to the surface area.
© Mariana Ruiz LadyofHats, via Wikimedia Commons
A7.8 Different cell shapes
A7.8 Different cell shapes
A7.10 Human circulatory system
Cells also must think about how fast materials can be transported around inside the cell. If the volume of the cell is too large, the materials cannot be transported around within the cell as easily. This will cause the processes occurring in the
cell to take longer as they have to wait for the materials that are needed. Even if a cell has a shape that makes its membrane as large as possible, it still needs to have a volume small enough for transportation to occur inside the cell.
In multicellular organisms, a transportation system is often developed with specialized cells. This transportation system allows for materials to be transported throughout the body of the organism to help manage the amount of volume. These organisms have also evolved so that no cell is too far away from the vessels of this transportation system. This way all cells get the materials they need as quickly as possible. We will study an example of these transportation systems in Section 3 of this unit.
In multicellular organisms, a transportation system is often developed with specialized cells. This transportation system allows for materials to be transported throughout the body of the organism to help manage the amount of volume. These organisms have also evolved so that no cell is too far away from the vessels of this transportation system. This way all cells get the materials they need as quickly as possible. We will study an example of these transportation systems in Section 3 of this unit.
Did You Know?
A7.9 Red blood cell shape
The shape of a red blood cell, whose job it is to transport oxygen around the body, is biconcave. This means the cell dips in similar to a doughnut but without the hole in the centre. The red blood cell has evolved to have this shape as it increases the surface area to volume ratio, allowing more surface area to absorb oxygen.
Digging Deeper
A7.11 A dragonfly
Millions of years ago, Earth’s atmosphere had a lot more oxygen in it. This allowed multicellular organisms to grow much larger. In fact, insects at that time grew huge. There are fossils of dragon flies the size of birds! Go to the following link for more information. https://quick.adlc.ca/dragonfly
Learn More
Read This
Please read pages 292 and 293 in your Science 10 textbook. Make sure you take notes on your readings to study from later. You should focus on how the surface area to volume ratio affects the size and shape of organisms. Remember, if you have any questions
or you do not understand something, ask your teacher!
Practice Questions
Complete the following practice questions to check your understanding of the concept you just learned. Make sure you write complete answers to the practice questions in your notes. After you have checked your answers, make corrections to your responses (where necessary) to study from.- Is a bigger cell better? Why or why not?
A bigger cell is often not better; in fact, usually a smaller cell is better. This is because cells must have a large surface area to volume ratio to ensure transportation across the cell membrane and within the cell can be done quickly. There
are exceptions to this as some cells have adaptations or functions that allow them to grow bigger
- Give an example from your readings of how a cell or an organism has adapted to increase the surface area to volume ratio.
Your answer should be a variation of the following: Cells have adapted to increase surface area through the following examples:
- by increasing the size of the cell membrane through cell shape. For example, long, flat cells
- through the creation of transportation systems to help reduce reliance on the surface area to volume ratio
- by increasing surface area and decreasing volume by creating small structures (such as villi) to increase the surface area to volume ratio
Is Bigger Better?
In the case of most cells, bigger is not better.
A7.12 Small Intestine cell using microvilli to increase surface area
Cells need to find the ideal balance between surface area and volume to ensure all transportation into, out of, and within the cell can be done as quickly as possible. The larger the surface area to volume ratio, the quicker this transportation
can occur.
Cells have adapted ways to increase their surface area to volume ratio, such as ways to decrease their volume or increase their surface area. Multicellular organisms have adapted transportation systems to help move materials around so they do not have to rely as much on the surface area to volume ratio. This allows these organisms to have cells with shapes and sizes specific to their function rather than to the movement of materials.
In the next lesson, we will look at how this transportation can be used in the medical field and in technology. We will also look at research currently taking place on how the concepts we have learned so far can be used in society.
Cells have adapted ways to increase their surface area to volume ratio, such as ways to decrease their volume or increase their surface area. Multicellular organisms have adapted transportation systems to help move materials around so they do not have to rely as much on the surface area to volume ratio. This allows these organisms to have cells with shapes and sizes specific to their function rather than to the movement of materials.
In the next lesson, we will look at how this transportation can be used in the medical field and in technology. We will also look at research currently taking place on how the concepts we have learned so far can be used in society.
Problem-Solving Activity
Which shape is best?
Background Information:
Cells have adapted many shapes to try to find the right ratio between surface area and volume. In this activity, you will look at three different shapes—cuboid, spheroid and cylinder—and determine which has the best surface area to volume ratio.
Find the surface area to volume for each of the following shapes:
You can find the formulas for surface area and volume for each of these shapes in your data booklet.
Please return to the top of this page and click on analysis to complete the analysis questions.
A7.13 Cube 1
A7.14 Cube 2
A7.15 Sphere 1
A7.16 Sphere 2
A7.17 Cylinder 1
A7.18 Cylinder 2
You can find the formulas for surface area and volume for each of these shapes in your data booklet.
Please return to the top of this page and click on analysis to complete the analysis questions.
- Which shape has the best surface area to volume ratio?
The cube has the best surface area to volume ratio. Here are the calculations:
| Cube 1 | Sphere 1
|
Cylinder 1
|
|---|---|---|
| «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»6«/mn» «mi»lw«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»6«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»24«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mi»lwh«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»2«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»2«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»8«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»3«/mn» «/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» | «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»4«/mn» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»4«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»2«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»50«/mn» «mo».«/mo» «mn»3«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mfrac» «mn»4«/mn» «mn»3«/mn» «/mfrac» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mfrac» «mn»4«/mn» «mn»3«/mn» «/mfrac» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»2«/mn» «/mfenced» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»33«/mn» «mo».«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»1«/mn» «mo mathvariant=¨bold¨».«/mo» «mn mathvariant=¨bold¨»5«/mn» «/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» | «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»2«/mn» «mi»§#960;rl«/mi» «mo»+«/mo» «mn»2«/mn» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»2«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «mfenced» «mn»2«/mn» «/mfenced» «mfenced» «mn»4«/mn» «/mfenced» «mo»+«/mo» «mn»2«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»2«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»75«/mn» «mo».«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «mi mathvariant=¨normal¨»l«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»2«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «mfenced» «mn»4«/mn» «/mfenced» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»50«/mn» «mo».«/mo» «mn»3«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»1«/mn» «mo mathvariant=¨bold¨».«/mo» «mn mathvariant=¨bold¨»5«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd»«/mtd» «mtd»«/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» |
| Cube 2
|
Sphere 2
|
Cylinder 2
|
| «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»6«/mn» «mi»lw«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»6«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»5«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»150«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mi»lwh«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»5«/mn» «mo»§#215;«/mo» «mn»5«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»125«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»1«/mn» «mo mathvariant=¨bold¨».«/mo» «mn mathvariant=¨bold¨»2«/mn» «/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» | «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»4«/mn» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»4«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»5«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»314«/mn» «mo».«/mo» «mn»2«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mfrac» «mn»4«/mn» «mn»3«/mn» «/mfrac» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mfrac» «mn»4«/mn» «mn»3«/mn» «/mfrac» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»5«/mn» «/mfenced» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»523«/mn» «mo».«/mo» «mn»6«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»0«/mn» «mo mathvariant=¨bold¨».«/mo» «mn mathvariant=¨bold¨»6«/mn» «/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» | «math» «mtable columnspacing=¨0px¨ columnalign=¨right center left¨» «mtr» «mtd» «mi»SA«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»2«/mn» «mi»§#960;rl«/mi» «mo»+«/mo» «mn»2«/mn» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»2«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «mfenced» «mn»5«/mn» «/mfenced» «mfenced» «mn»8«/mn» «/mfenced» «mo»+«/mo» «mn»2«/mn» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»5«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»408«/mn» «mo».«/mo» «mn»4«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «msup» «mi»§#960;r«/mi» «mn»2«/mn» «/msup» «mi mathvariant=¨normal¨»l«/mi» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mi mathvariant=¨normal¨»§#960;«/mi» «msup» «mfenced» «mn»5«/mn» «/mfenced» «mn»2«/mn» «/msup» «mfenced» «mn»8«/mn» «/mfenced» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd» «mo»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn»628«/mn» «mo».«/mo» «mn»3«/mn» «mo»§#160;«/mo» «msup» «mi»mm«/mi» «mn»3«/mn» «/msup» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd» «mi mathvariant=¨bold¨»SA«/mi» «mo mathvariant=¨bold¨»:«/mo» «mi mathvariant=¨bold¨»V«/mi» «/mtd» «mtd» «mo mathvariant=¨bold¨»=«/mo» «/mtd» «mtd» «mn mathvariant=¨bold¨»0«/mn» «mo mathvariant=¨bold¨».«/mo» «mn mathvariant=¨bold¨»7«/mn» «/mtd» «/mtr» «mtr» «mtd»«/mtd» «mtd»«/mtd» «mtd»«/mtd» «/mtr» «/mtable» «/math» |
- Why do you think that shape gives the best surface area to volume ratio?
A cube has the best surface area to volume ratio because it provides the most amount of surface area, due to it having six sides. This allows the most amount of cellular transport to happen.
- Which shapes will cause cells to stay very small?
The sphere has the worst surface area to volume ratio, so that shape would cause cells to stay the smallest. The sphere is very similar to the cylinder, but the cylinder has a larger surface area to volume ratio as we increase the
size of the cell, so it is slightly better.
Digging Deeper
A7.13 Symptoms of celiac disease
The cells in the small intestine have adapted to increase their surface area by forming structures called microvilli on the surface of their cells. These structures increase the surface area of the cell to help increase absorption from the small intestine but do not have a huge impact on the cell’s volume. People with celiac disease have a reaction to gluten found in wheat, barley, and rye that destroys these microvilli, preventing these cells from absorbing as many nutrients. The lack of nutrients causes many symptoms. Go to the following link for more information on this topic. https://www.medicinenet.com/celiac_disease_gluten_enteropathy/article.htm
Learn More
1.3 Assignment
Unit A Formative Assessment Lessons 6-7
It is now time to complete 1.3 Assignment. Click on the button below to go to the assignment page.
1.3 Assignment
1.4 Assignment
Unit A Assignment Lessons 5-8
It is now time to complete the Lesson 7 portion of 1.4 Assignment. Click on the button below to go to the assignment page.
1.4 Assignment