Am dreptate să spun că atunci când un om ridică o ganteră de, să zicem, la 2 picioare de la sol la 6 picioare de sol, el va crește energia potențială a greutății și astfel va arde calorii pentru a furniza această creștere a energiei?

energiei

Vor cheltui doi oameni diferiți, Arnold Schwarzenegger în vârstă și un pusti prost, de exemplu, aceeași cantitate de calorii mutând gantera de la 2 picioare drept până la 6 picioare? Chiar dacă este mult mai ușor pentru Arnold să-l ridice, arde totuși același număr de calorii ca și pustiul scrupulos?

Dacă cineva ridică greutatea foarte încet, nu va cheltui mai multe calorii? Atunci când îți prelungi exercițiul, dar totuși faci același număr de repetări, transpiri mult mai mult și te simți mai obosit, ceea ce pare să spună că se ard mai multe calorii. Dar nu există o variabilă de timp în formula pentru energia potențială (U = mgh). Ce altă ecuație energetică trebuie să folosim atunci?

1 Răspuns 1

Am dreptate să spun că atunci când un om ridică o ganteră de, să zicem, la 2 picioare de la sol la 6 picioare de sol, el va crește energia potențială a greutății și astfel va arde calorii pentru a furniza această creștere a energiei?

Da, ai dreptate în asta. Când ridici o greutate, energia trebuie să provină de undeva și, de fapt, aceasta provine din energia chimică stocată în corpul tău, eliberată prin procesul de metabolism, de exemplu. „arderea caloriilor”.

Vor cheltui doi oameni diferiți, Arnold Schwarzenegger în vârstă și un pusti prost, de exemplu, aceeași cantitate de calorii mutând gantera de la 2 picioare drept până la 6 picioare? Chiar dacă este mult mai ușor pentru Arnold să-l ridice, mai arde el același număr de calorii ca și puștiul nebun?

Acolo se complică. Arnold și copilul vor pune ambii aceeași cantitate de energie în greutate, dar asta nu înseamnă că vor cheltui aceeași cantitate de energie, pentru că nu toată energia pe care o cheltuie merge în creșterea greutății. Unele dintre ele se referă la producerea căldurii, altele probabil la creșterea fluxului sanguin, altele la mormăi. ideea este că ridicarea unei greutăți merge împreună cu multe alte procese care necesită fiecare o cantitate de energie.

Această pierdere de energie poate fi cuantificată vorbind despre eficiență:

În acest caz, „munca utilă realizată” este cantitatea de energie pusă în greutate pentru a o muta de la sol până la înălțimea $ h $, și anume $ \ Delta U_g = mgh $. „Energia totală exercitată” ar fi caloriile pe care a trebuit să le arzi pentru ao face, care vor fi mai mari de $ \ Delta U_g $ deoarece mușchii tăi sunt mai puțin de 100% eficienți. Când trageți sau împingeți ceva, celulele musculare trec de fapt prin cicluri de expansiune și contracție foarte rapide, în loc să se contracte ușor și, în acel proces, consumă multă energie care nu intră în împingerea/tragerea obiectului. (Acesta este și motivul pentru care obosiți ținând un obiect încă în aer, chiar dacă din punct de vedere tehnic nu necesită energie pentru a face acest lucru)

Vestea proastă este că $ \ epsilon $ este imposibil de calculat pentru un sistem la fel de complex ca corpul uman; trebuie să o măsori. În exemplul despre care întrebați, depinde de mulți factori, inclusiv dezvoltarea musculară și cât de repede ridicați greutatea. Acesta este un motiv pentru care Arnold ar fi mai ușor să ridice greutatea decât copilul: mușchii lui sunt mai eficienți, deci nu trebuie să cheltuiască atât de multă energie pentru a obține un rezultat dat. Același lucru este valabil și pentru ridicarea rapidă a greutății vs. încet: cu cât consumați mai mult timp, cu atât mai multe cicluri de contracție trec celulele musculare și cu atât mai multă energie pierd. (Cel puțin asta este înțelegerea mea, dar aș putea să mă înșel; pentru informații mai bune ar trebui să consultați cineva care studiază fiziologia umană.)

În cazul în care vă întrebați, modul în care aceasta se încadrează în ecuația de conservare a energiei are legătură cu termenul de disipare. Este posibil să fi văzut ecuația $ E_f = E_i $ (energie finală = energie inițială), dar mai exact arată așa,

unde $ E_D $ este cantitatea de energie „irosită” prin forțe disipative, cum ar fi rezistența la frecare și aer și orice se întâmplă la nivelul micro în ciclurile de contracție a celulelor musculare.

Pentru o persoană care ridică o greutate, formele relevante de energie sunt energia chimică stocată în corp, $ U_c $ și energia gravitațională stocată în greutate, $ U_g $. Deci, ai putea scrie acest lucru:

$$ E_D = U_ + U_ - U_ - U_ = \ Delta U_c + mgh $$

Energia cheltuită este $ - \ Delta U_c $, iar munca utilă realizată este $ mgh $.