Я пытаюсь помочь своей дочери сделать домашнее задание по физике. Ее задание включает в себя подсчет калорий, отработанных во время тренировки.
Формула, которую она использует, такова Work (Joules) = Force (Newtons) * Distance (Meters).
Я подсчитал, что у моей 65-килограммовой дочери 4,448 — это 618 ньютонов. А ее подъем по лестнице на 3 этажа составил 9,144 метра. Умножьте это, и я получу 5653 джоуля. Разделите это на 4,18, и я покажу, что за поездку было сожжено 1352 калории. Приравнивается к 1,3 калориям (ккал) за поездку.
Она сделала 15 поездок за 30 минут, я сжигаю около 20 калорий за все занятие. (Обратите внимание, это просто время «вверх по лестнице». Время вниз по лестнице не представлено в этих числах.)
Вот часть, которую я не понимаю. Если я зайду на любой сайт, посвященный диетам и упражнениям, мне сообщат число метаболического эквивалента. (Это 7,5 для подъема по лестнице.) В нем говорится, что нужно умножить это на ее вес, чтобы получить количество сожженных калорий в час. Итак, 7,5*65=487,5. Разделите на 2, потому что прошло всего полчаса = 243,75 сожженных калорий.
Таким образом, 20 калорий по физике и 243,75 калорий по методу «упражнений».
Почему результат ньютоновской физики так сильно отличается от «тренировочного расчета»?
Я предполагаю, что «расчет упражнений», вероятно, включает в себя неэффективность человеческого тела, но все же это кажется существенной разницей.
Человек не так прост, как пружинка или катящийся мяч. Мы сложные биохимические системы, которые должны потреблять метаболическую энергию, чтобы выполнять следующие действия:
Ваши мышцы потребляют химическую энергию для движения; это «метаболическая» часть расчета. С точки зрения физики, это может быть положительная или отрицательная механическая работа (т.е. передача энергии), но некоторые из них также превращаются в тепло (повышение температуры мышц плюс скрытое тепло, выделяемое на потоотделение и дыхание), а некоторые просто потребляют химическую энергию для создания химические побочные продукты, такие как молочная кислота, которые не производят дальнейшей полезной работы.
Nb Хотя это кажется неэффективным, ваши мышцы во многих отношениях удивительно эффективны. Если вы сравните их с (совершенной, т.е. Карно) тепловой машиной, вы обнаружите, что мышечная химия лучше справляется с созданием полезной работы, чем тепловая машина, основанная на сгорании. Например, эффективность Карно для двигателя, работающего при температуре мышц 40°С и температуре наружного воздуха 20°С, составляет около 20/300 или 1/15. Таким образом, даже совершенный двигатель Карно (идеальный двигатель внутреннего сгорания, если этот идеал недостижим) должен был потреблять 300 калорий для подъема по ступенькам. Это больше, чем скорость метаболизма.
Кумулятивный эффект ряда мелких факторов может объяснить значительную часть несоответствия.
Согласно стр. 559 статьи Jette, Sidney & Blumchent 1990 года , число ME при подъеме по лестнице варьируется от 4 до 8 в зависимости от интенсивности активности. Вы взяли цифру, близкую к верхнему пределу, что может быть эквивалентно выполнению того же действия, скажем, за половину времени, которое потребовалось вашей дочери. Когда я выполнял это задание, мне потребовалось 30 секунд на поездку туда и обратно для 2 этажей (45 секунд для 3 этажей), по сравнению со временем поездки туда и обратно вашей дочери 120 секунд.
Приведенная цифра предполагает постоянное восхождение в течение всех 30 минут. Ваша дочь прошла половину расстояния вниз по лестнице, в течение которого ее число МЭ было бы ниже, ближе к 2-3 при легкой ходьбе. Когда я выполнял это действие, я поднимался быстрее, чем спускался. На самом деле, поднимаясь вверх, я делал два шага за раз (вероятно, близкое к предельному числу ME, равному 8), и спускался по одному шагу за раз, так что я провел примерно в два раза больше времени при более низкой скорости метаболизма. На лестнице были горизонтальные участки, по которым я не поднимался, и я провел пару секунд «времени оборота», отдышавшись внизу лестницы.
Число ME дает общее энергопотребление занятия как кратное базовому (покоящему) уровню метаболизма, поэтому 1 следует вычесть, чтобы получить дополнительную мощность, потребляемую для самого занятия.
Боб Якобсен
Боб Якобсен
Боб Якобсен