Люди: работа, энергия, мощность

Физика > Люди: работа, энергия, мощность

Человеческое тело трансформирует энергию, накопленную в пище, в работу, тепловую энергию и химическую, сохраняющуюся в жировой ткани.

Задача обучения

• Вычислить факторы, влияющие на Базальную скорость метаболизма (БСМ).

Основные пункты

• Скорость метаболизма – скорость, с которой организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различной работы, а Базальная скорость метаболизма – та же скорость, но в состоянии покоя.
• Энергия в БСМ делится между системами в организме, причем большая часть идет в селезенку и печень, а потом уже в мозг и дальше.
• Примерно 75% калорий используется для поддержания главных функций организма.
• Выполняемую человеком работу иногда называют полезной (работа с внешней средой).
• Количество усвоенной человеком энергии можно вычислить через измерение потребленного кислорода.

Термин

• Базальная скорость метаболизма (БСМ) – количество энергии, расходуемой в период покоя в нейтрально-умеренной среде.

Люди: работа, энергия и сила

Как и прочие организмы, человеческое тело выступает своеобразной машиной по энергетической трансформации. Когда мы говорим о сохранении, то подразумеваем, что химическая энергия в пище переходит в работу, тепловую энергию или остается как химическая энергия в жировой ткани. Большая часть передается в тепловую энергию, хотя точный процент зависит от типа физической активности. Общая часть передачи зависит от количества съеденного и уровня физической активности. Если мы употребляем еды больше, чем нужно для выполнения работы, то остаток переходит в жир.

Употребляемая нами энергия трансформируется в работу, тепловую энергию и накопленный жир. Наибольшая часть отдается теплу, хотя все зависит от физической активности

Нуждающиеся в энергии функции

Энергия расходуется на все физические функции: от формирования мысли до поднятия тяжести. И это без учета биения сердца, пищеварительного тракта и многих других процессов, которые мы не осознаем. К примеру, дрожь выступает ответной реакцией на низкий показатель температуры тела. Большую часть энергии требуют почки и печень. Примерно 25% энергии уходит на то, чтобы поддержать энергетический потенциал во всех живых клетках.

Базальная скорость метаболизма

Скорость метаболизма – скорость, с которой организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различной работы, а БСМ – полная скорость трансформации энергии в состоянии покоя. Наибольшая часть отходит печени и селезенке, а дальше уже идет в мозг и т.д. Во время энергичных упражнений скелетные мышцы и сердце заметно увеличивают потребность в энергии. БСМ – индивидуальная черта каждого человека, зависящая от пола, возраста, массы и рода деятельности (поэтому у спортсменов БСМ больше).

Полезная работа

Иногда выполняемую человеком работу называют полезной. Она нуждается в мощности, действующей на расстоянии во внешнем мире, поэтому исключается внутренняя работа (качание крови сердцем). Полезная работа появляется, когда вы поднимаетесь по лестнице или бежите. Силы выступают неконсервативными, поэтому могут менять механическую энергию (KE + PE).

Например, какая мощность у 60-кг женщины, поднимающейся по лестнице высотою в 3 м за 3.50 с, если стартовая точка отдыха составляла 2 м/с?

Когда женщина поднимается, начиная с момента отдыха, то трансформирует химическую энергию из пищи в кинетическую и потенциальную гравитации. Мощность зависит от скорости выполнения этого процесса

Мощность зависит от скорости выполнения процесса. Работа в механической энергии выглядит как W = KE + PE. Внизу мы возьмем эти значения как нулевые, поэтому:

Здесь h – вертикальная высота лестницы. Мы можем определить W, а потом поделить его на время, чтобы добыть мощность. Получаем:

Женщина выполняет 1764 Дж работы, чтобы подняться по лестнице, и всего 120 Дж на увеличение кинетической энергии. Поэтому большая часть мощности нужна для восхождения, а не ускорения.

При помощи замера потребляемого кислорода можно вычислить, сколько энергии было использовано при конкретном виде деятельности. Независимо от типа пищи, примерно 20 кДж энергии создается для каждого литра используемого кислорода.

---