рейтинг блогов

Энергия бега

топ 100 блогов arky_titan29.08.2011 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.

Энергия бега

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 :)

Оставить комментарий

Предыдущие записи блогера :
Архив записей в блогах:
"Великая Горизонталь" - так с иронией, смешанной с почтением, называли ехидные парижане дам, которые добыли свое богатство и славу в горизонтальном положении. В середине XIX века прославленные куртизанки становятся непременной частью парижской жизни и играют в ней выдающуюся роль. ...
О Кембридже, Оксфорде – и крутом нраве средневекового студенчества В этот день далёкого 1284 года Хью де Болшам, епископ Или , основал Питерхаус – первый колледж знаменитого Кембриджа. (Собственно говоря, тогда это был попросту домик вблизи церкви Святого Петра – ...
Глава «Газпрома» Алексей Миллер и министр иностранных дел и внешнеэкономических связей Венгрии Петер Сийярто в Будапеште подписали новый контракт на поставку газа до конца 2036 года. Российская компания будет продавать Венгрии 4,5 миллиардов кубометров газа в год в течение 15 лет, при ...
Чота сморило. Три дня кошмары снятся. Надоело. Пусть чонить такое приснится. ...
У многих есть традиционные выставки-ярмарки, которые стараются не пропускать. Для меня таковой является именно Формула рукоделия. Я могу пропустить нонфики, артфлекшены и прочие игромиры, но Формулу (в конце сентября и конце февраля) пропускаю только из-за форс-мажоров или отсутствия в ...