Арканя (arky_titan) wrote,
Арканя
arky_titan

Category:

Энергия бега

Откуда берутся затраты энергии при ходьбе, беге? Центр массы. Он двигается при ходьбе вверх-вниз. Поднимается, опускается, поднимается, опускается. При ходьбе на скорости 5 км в час, примерно на h = 2.5 см при длине шага в 75 см, росте 168 и весе в 80 кг (ну такой первый попавшийся случайный человек по сферически-вакуумному имени Аркадий :)

Итак, чтобы пройти 1 км ему потребуется сделать

N = 1000м / 0.75 м = 1333 шага.

Соответственно, необходимо преодолеть сопротивление гравитационного поля, или запасти потенциальную энергию, равную

W = N*m*g*h = 1333*80*9.8*0.025 = 26127 (Дж).

Кроме того, при каждом шаге необходимо расеить эту запасенную потенциальную энергию, которая превращается в кинетическую при спуске центра массы. На это так же тратятся мышечные усилия, превращая эту энергию в тепло. По закону сохранения энергии сколько запасли, столько и потратили, поэтому полная энергия, потрачена сферическим Аркадием в вакууме равна

Wполн = W * 2 = 52254 (Дж).

Иначе говоря, при ходьбе, расход на километр и килограмм массы тела составляет приблизительно:

52254 Дж / 80 кг = 653 Дж/кг (на 1 км)

Теперь делаем небольшое допущение о том, что КПД тела оставляет 20% (то есть механическая энергия, которую мы вычисляли, составит только одну пятую от общих расходов тела).

Поэтому умножаем расходы эту величину на 5 и получаем удельный расходы 3265 Дж/(кг*км)

Теперь переведем эту величину в калории, помня о том, чот 1 кал = 4.2 Дж.

3265 / 4.2 = 778 (кал/(кг*км)) ~ 0.8 ккал/(кг*км)

Короче говоря, чуть меньше одной килокалории на 1 кг массы тела на пройденный километр.

У толстых (жирных) нетренированных людей КПД будет чуть-чуть пониже, у сухощавых и тренированных — повыше.

Причем это довольно универсальная величина, т.к. в среднем у людей схожие пропорции и соотношение длины шага к высоте подъёма при одном шаге примерно постоянное и составляет примерно 30.

При определенной скорости (это примерно 7.5 км/ч) и при человеческой биомеханике, энергетически становится невыгодно идти (то есть сохранять соотношение длины шага к высоте подъема 30) и мы переходим на бег, где присутствует фаза полёта. При этом соотношение длины к высоте становится боле выгодным, но, конечно, цена километра пробега становится чуть выше. Ближе к 1 ккал на км на кг.

Если мы переходим на самый быстрый спринтерский бег, он оказывается еще более эффективным, хотя тело и переходит в режим анаэробной работы, в которой мы можем двигаться совсем недолго. Но зато очень эффективно.

При правильной технике бега, по всей видимости (я не точно не уверен, это надо анализировать скоростную съемку спринтеров, чего я не делал) соотношение шага к высоте прыжка становится более выгодным, кроме того имеет место рекуперация энергии при приземлении. То есть энергия, накопленная мышцами при подъеме не целиком рассеивается мышцами при приземлении (как при ходьбе и медленном беге), а частично переходит на маховое движение следующего шага, что дает дополнительную экономию энергии.

Короче говоря, для оценки расхода энергии при ходьбе надо класть 0.8 ккал на км на кг, а при легком беге 1 ккал на км на кг. Можете сравнить с тем, что показывают ваши беговые дорожки.



Более точно измеряют расход с помощью специального газового анализатора - испытуемым надевают на лицо специальную маску, имеющую впускной и выпускной клапаны. Вдыхают они обычный воздух, а выдыхают его в газовый анализатор, который измеряет разницу в концентрации кислорода во входном и выходном воздухе.

Если задать испытуемому определенный режим аэробной работы (например, ходьба со скоростью 6.5 км в час на беговой дорожке) и при этом измерять потребление кислорода, можно прямо измерить энергопотребление.

Калибруется этот метод путем измерения потребления кислорода этим же самым человеком в состоянии покоя и нормальных условиях. Т.е. лежания на диване с этой же маской в течение долгого времени. Таким образом можно вычислить какой объем воздуха необходим чтобы окислить заданный рацион испытуемого.

В следующий раз расскажу про энергозатраты при езде на велосипеде, скейтборде, лыжах. И это всё капец как интересно, по-моему я по прикладной физиологии и биофизике читаю статей больше, чем по физике и сверхпроводимости :)

(читать целиком...)</a>

</textarea>
Tags: "who are you to fucking lecture me?!!", Бег, Гимнастика для мозгов по воскресеньям, Здоровый образ жизни, Легкая алетика, Ни единого слова хуй, Спорт, Физика, Физика на кухне, Фото, Это интересно
Subscribe

  • Господин председатель

    Штош, с прошедшей среды я председатель body corporate committee. Можно сказать старший по дому, но в нашем случае по 43 домам (таунхаусам). Если…

  • Углекислый газ

    Почему легко отрицать антропогенное глобальное потепление — отчасти потому что людям трудно понимать сложные концепции. У большинства из нас нет…

  • Адские бактерии

    Знаете же задачу про бактерий, которые делятся каждую минуту? Если в начальным момент времени мы селим в чашку Петри 1 бактерию, через минуту она…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 202 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Господин председатель

    Штош, с прошедшей среды я председатель body corporate committee. Можно сказать старший по дому, но в нашем случае по 43 домам (таунхаусам). Если…

  • Углекислый газ

    Почему легко отрицать антропогенное глобальное потепление — отчасти потому что людям трудно понимать сложные концепции. У большинства из нас нет…

  • Адские бактерии

    Знаете же задачу про бактерий, которые делятся каждую минуту? Если в начальным момент времени мы селим в чашку Петри 1 бактерию, через минуту она…