Как да изчислим калорийния експидент от вдигане на тежест
Прав съм да кажа, че когато човек вдигне дъмбел от, да речем, 2 фута от земята на 6 фута от земята, той ще е увеличил енергийния потенциал на теглото и по този начин би изгорил калории, за да осигури, че увеличаване на енергията?
Ще има ли двама различни хора, Арнолд Шварценегер, например, на върха му и бездомно хлапе, например, консумиращи същите количества калории, премествайки гирата от 2 метра направо на 6 метра? Въпреки че за Арнолд е много по-лесно да го вдигне, той все пак изгаря същия брой калории като отвратителното бебе.?
Ако някой вдига тежестта много бавно, не означава ли това, че ще похарчи повече калории? Когато удължите упражнението си, но все пак правите същия брой повторения, вие се потите много повече и се чувствате по-уморени, което изглежда означава, че се изгарят повече калории. Но във формулата за потенциална енергия няма променлива във времето (U = mgh). Какво друго енергийно уравнение трябва да използваме тогава?
1 отговора
Прав съм да кажа, че когато човек вдигне дъмбел от, да речем, 2 фута от земята на 6 фута от земята, той ще е увеличил енергийния потенциал на теглото и по този начин ще е изгорил калории, за да осигури увеличаване на енергията?
Да, прав си за това. Когато вдигате тежест, енергията трябва да идва от някъде и всъщност да идва от химическата енергия, съхранявана в тялото ви, освободена чрез процеса на метаболизъм, например "изгаряне на калории".
Ще има ли двама различни хора, Арнолд Шварценегер, например, върху него и бездомно хлапе, например, едно и също количество калории, преместващи дъмбела от 2 фута направо на 6 фута? Въпреки че е много по-лесно за Арнолд да го вдигне, той все пак изгаря същия брой калории като отвратителното бебе.?
Там се усложнява. Арнолд и бебето ще вложат еднакво количество енергия в тегло, но това не означава, че ще похарчат същото количество енергия, защото не цялата енергия, която харчат, включва наддаване на тегло. Някои от тях отиват за производство на топлина, някои от тях вероятно засилват притока на кръв, други отиват на мърморене. Въпросът е, че вдигането на тежест върви заедно с много други процеси, които изискват определено количество енергия.
Тази загуба на енергия може да се определи количествено, като се говори за ефективност:
В този случай "използваната работа" е количеството енергия, вложено в тежестта, за да се премести от земята на височина $ h $, т.е. $ \ Delta U_g = mgh $. „Общо упражнена енергия“ биха били калориите, които трябва да изгорите, за да направите това, което ще бъде повече от $ \ Delta U_g $, тъй като мускулите ви са по-малко от 100% ефективни. Когато дърпате или бутате нещо, вашите мускулни клетки всъщност преминават през много бързи цикли на разширяване и свиване, вместо да се свиват безпроблемно и в процеса те консумират много енергия, която не отива за изтласкване/издърпване на обекта. (Това е и причината да ви омръзне да държите обект, който все още е във въздуха, въпреки че не изисква енергия от техническа гледна точка)
Лошата новина е, че $ epsilon е невъзможно да се изчисли за толкова сложна система, колкото човешкото тяло; трябва да го измерите. В примера, който питате, това зависи от много фактори, включително развитието на мускулите и колко бързо напълнявате. Ето защо Арнолд би бил по-лесен за вдигане на тежестта от детето: мускулите му са по-ефективни, така че той не трябва да харчи твърде много енергия, за да получи даден резултат. Същото важи и за бавното вдигане на тежести: колкото по-дълго, толкова повече цикли на свиване преминават мускулните клетки и толкова повече енергия губят. (Поне това е моето разбиране, но може да греша, за по-добра информация трябва да се консултирате с някой, изучаващ човешката физиология.)
Ако се чудите, как се вписва в уравнението за запазване на енергията, е свързано с термина на разсейване. Може да сте виждали уравнението $ E_f = E_i $ (крайна енергия = начална енергия), но изглежда точно така,
където $ E_D $ е количеството енергия, "загубено" от дисипативни сили, като триене и въздушно съпротивление, и всичко, което се случва на микро ниво в циклите на свиване на мускулните клетки.
За щангиста съответните форми на енергия са химическата енергия, съхранявана в тялото, $ U_c $, и гравитационната енергия, съхранявана в тегло, $ U_g $. Така че можете да напишете това:
$ E_D = U_ + U_ - U_ - U_ = \ Delta U_c + mgh $$
Консумираната енергия е $ - \ Delta U_c $, а полезната свършена работа е $ mgh $.