Ako vypočítať kalóriu spôsobenú zdvíhaním závažia
Mám pravdu, že keď človek zdvihne činku napríklad z 2 stôp nad zemou na 6 stôp nad zemou, zvýši energetický potenciál váhy a spálil by tak kalórie, aby to zabezpečil zvýšenie energie?
Nájdu sa na jeho vrchole dvaja rôzni ľudia, napríklad Arnold Schwarzenegger a zatúlané dieťa, ktoré napríklad konzumuje rovnaké množstvo kalórií pri pohybe činky z 2 metrov rovno na 6 metrov? Aj keď je to pre Arnolda oveľa jednoduchšie zdvihnúť, stále spaľuje rovnaký počet kalórií ako nechutné dieťa.?
Ak niekto dvíha váhu veľmi pomaly, neznamená to, že míňa viac kalórií? Keď cvičíte dlhšie, ale stále robíte rovnaký počet opakovaní, oveľa viac sa potíte a cítite sa unavenejší, čo, zdá sa, znamená, že sa spaľuje viac kalórií. Vo vzorci potenciálnej energie ale nie je žiadna časová premenná (U = mgh). Akú inú energetickú rovnicu by sme potom mali použiť?
1 odpovedí
Mám pravdu, že keď človek zdvihne činku napríklad z 2 stôp nad zemou na 6 stôp nad zemou, zvýši energetický potenciál váhy a spálil by tak kalórie, ktoré má zvýšiť energiu?
Áno, máte v tom pravdu. Pri zdvíhaní váhy musí energia pochádzať odniekiaľ a skutočne pochádzať z chemickej energie uloženej v tele, ktorá sa uvoľňuje procesom metabolizmu, napríklad „spaľovaním kalórií“.
Nájdu sa na ňom dvaja rôzni ľudia, napríklad Arnold Schwarzenegger a napríklad zatúlané dieťa, rovnaké množstvo kalórií, ktoré posunú činku z dvoch stôp rovno na šesť stôp? Aj keď je to pre Arnolda oveľa jednoduchšie zdvihnúť, stále spaľuje rovnaký počet kalórií ako nechutné dieťa.?
Tam sa to komplikuje. Arnold a dieťa budú do hmotnosti vkladať rovnaké množstvo energie, to však neznamená, že budú tráviť rovnaké množstvo energie, pretože nie všetka vynaložená energia zahŕňa prírastok hmotnosti. Niektoré z nich idú na výrobu tepla, iné pravdepodobne zvyšujú prietok krvi, iné chrčú. Ide o to, že zdvíhanie závažia súvisí s mnohými ďalšími procesmi, ktoré každý vyžadujú určité množstvo energie.
Túto stratu energie je možné kvantifikovať hovorením o účinnosti:
V tomto prípade je „použitou prácou“ množstvo energie vloženej do váhy na jej presun zo zeme do výšky $ h $, tj. $ \ Delta U_g = mgh $. „Celková vynaložená energia“ by boli kalórie, ktoré musíte spáliť, aby ste to dosiahli, čo bude viac ako $ \ Delta U_g $, pretože vaše svaly sú menej ako 100% efektívne. Keď niečo potiahnete alebo zatlačíte, vaše svalové bunky v skutočnosti prechádzajú veľmi rýchlymi cyklami expanzie a kontrakcie, namiesto toho, aby sa stiahli hladko, a pri tom spotrebúvajú veľa energie, ktorá nejde do tlačenia/ťahania predmetu. (Aj preto vás unavuje držať predmet, ktorý je stále vo vzduchu, aj keď to z technického hľadiska nevyžaduje žiadnu energiu.)
Zlou správou je, že $ epsilon nie je možné vypočítať pre systém tak zložitý ako ľudské telo; musíte to zmerať. V príklade, ktorý sa pýtate, záleží na mnohých faktoroch vrátane vývoja svalov a rýchlosti prírastku hmotnosti. Preto by Arnold ľahšie zdvíhal váhu ako dieťa: jeho svaly sú efektívnejšie, takže nemusí minúť príliš veľa energie, aby dosiahol daný výsledok. To isté platí aj pre pomalé zdvíhanie závažia: Čím dlhšie, tým viac cyklov kontrakcie prechádzajú svalové bunky a tým viac energie strácajú. (Prinajmenšom to chápem, ale mohol by som sa mýliť, pre lepšie informácie by ste sa mali poradiť s niekým, kto študuje fyziológiu človeka.)
Ak vás zaujíma, ako to zapadá do rovnice úspory energie, súvisí s pojmom disipácia. Možno ste videli rovnicu $ E_f = E_i $ (konečná energia = počiatočná energia), ale zdá sa to presne tak,
kde $ E_D $ je množstvo energie „premrhanej“ disipačnými silami, ako je trenie a odpor vzduchu, a všetko, čo sa deje na mikroúrovni v cykloch kontrakcie svalových buniek.
Pre vzpierača sú relevantné formy energie chemická energia uložená v tele, $ U_c $, a gravitačná energia uložená v hmotnosti, $ U_g $. Môžete teda napísať toto:
$ E_D = U_ + U_ - U_ - U_ = \ Delta U_c + mgh $$
Spotrebovaná energia je $ - \ Delta U_c $ a užitočná práca je $ mgh $.