МБОУ средняя общеобразовательная школа № 20. Влияние энергетических напитков на организм человека
Все мы периодически испытываем серьезные физические и умственные нагрузки. Нередко такие, что стаканом сока или чашкой кофе не вернуть бодрость и хорошее настроение. Поэтому все большую популярность, особенно среди молодежи, набирают так называемые «энергетические напитки».
По вкусу все «энергетики» практически не отличаются от обыкновенной «газировки». Зато разительно отличается их состав. В энергетические напитки добавляют витамины, кофеин и многие другие компоненты, и все это делается для того, чтобы измученный жизнью человек немедленно взбодрился, ощутил прилив сил. Такие компоненты энергетиков, как таурин, карнитин улучшают обмен веществ, способствуют повышению концентрации внимания и снятию усталости.
В молодежной среде стало модным употребление энергетических напитков, в том числе и с алкогольными добавками, про которые говорят: «опьянение от них недолгое и несильное, зато исчезает сонливость и вялость, а энергии — хоть отбавляй! На дискотеке так и хочется всю ночь прыгать и танцевать».
Энергетические напитки — достаточно недавнее изобретение человечества, хотя их ингредиенты уже давно используются для стимуляции нервной системы. Энергетические напитки стали настоящим спасением для студентов в период подготовки к экзаменам, офисных работников, не успевающих сдать работу в срок, тренеров по фитнесу, стремящихся установить спортивный рекорд, уставших водителей и завсегдатаев ночных клубов… одним словом, для всех, кто устал, но должен чувствовать себя бодрым и полным энергии.
Изготовители энергетических напитков утверждают, их продукция приносит только пользу, и продолжают выпускать все новые и новые типы напитков. Если все так распрекрасно, то почему же законники пытались выдвинуть законопроект, ограничивающий распространение этого чудо-напитка?
Плюсы
Энергетические напитки отлично поднимают настроение и стимулируют умственную деятельность.
Каждый может найти энергетический напиток по своим потребностям. В соответствии с их предназначением, энергетические напитки условно разделяют на группы: одни содержат больше кофеина, другие — витаминов и углеводов.
По вкусу все «энергетики» практически не отличаются от обыкновенной «газировки». Зато разительно отличается их состав. В энергетические напитки добавляют витамины, кофеин и многие другие компоненты, и все это делается для того, чтобы измученный жизнью человек немедленно взбодрился, ощутил прилив сил. Такие компоненты энергетиков, как таурин, карнитин улучшают обмен веществ, способствуют повышению концентрации внимания и снятию усталости.
В молодежной среде стало модным употребление энергетических напитков, в том числе и с алкогольными добавками, про которые говорят: «опьянение от них недолгое и несильное, зато исчезает сонливость и вялость, а энергии — хоть отбавляй! На дискотеке так и хочется всю ночь прыгать и танцевать».
Энергетические напитки — достаточно недавнее изобретение человечества, хотя их ингредиенты уже давно используются для стимуляции нервной системы. Энергетические напитки стали настоящим спасением для студентов в период подготовки к экзаменам, офисных работников, не успевающих сдать работу в срок, тренеров по фитнесу, стремящихся установить спортивный рекорд, уставших водителей и завсегдатаев ночных клубов… одним словом, для всех, кто устал, но должен чувствовать себя бодрым и полным энергии.
Изготовители энергетических напитков утверждают, их продукция приносит только пользу, и продолжают выпускать все новые и новые типы напитков. Если все так распрекрасно, то почему же законники пытались выдвинуть законопроект, ограничивающий распространение этого чудо-напитка?
Минусы
Энергетические напитки можно потреблять в строгом соответствии с дозировкой. Максимальная доза — 2 банки напитка в сутки. Превышение дозы может привести к повышению артериального давления или уровня содержания сахара в крови.
Энергетические напитки официально запрещены во Франции, Дании и Норвегии, где они продаются только в аптеках, так как считаются лекарством. Недавно шведские власти начали расследование 3 смертей, якобы вызванных потреблением энергетических напитков.
Витамины, которые содержатся в энергетических напитках, не могут заменить мультивитаминный комплекс.
Людям, страдающим от сердечных заболеваний, гипо- или гипертонии, не следует употреблять энергетические напитки.
Заявление, что энергетический напиток обеспечивает организм энергией, является голословным. Содержимое заветной банки только открывает путь к внутренним резервам организма, т.е. выполняет функцию ключа, вернее отмычки. Другими словами, сам напиток никакой энергии не содержит, атолько использует нашу собственную. Таким образом, мы используем собственные энергетические ресурсы, проще говоря, берем у себя энергию в долг. Однако рано или поздно этот долг придется вернуть с процентами в виде усталости, бессонницы, раздражительности и депрессии.
Как любой другой стимулятор, кофеин, который содержится в энергетических напитках, приводит к истощению нервной системы. Его действие сохраняется в среднем 3-5 часов, после чего организму нужен отдых. Кроме того, кофеин вызывает привыкание.
Энергетический напиток, содержащий сочетание глюкозы и кофеина, очень вреден для молодого организма.
Многие энергетические напитки содержат большое количество витамина В вызывающего учащенное сердцебиение и дрожь в конечностях.
Фанаты фитнеса должны помнить о выдающихся мочегонных свойства: кофеина. Это значит, что после тренировки энергетический напиток пит нельзя, ведь в процессе тренировки мы и так теряем много жидкости.
Но это еще не все. Как выяснили медики, RedBull — ультрамодный «энергетический напиток» — может быть смертельно опасным для человека. Производство и продажа этого напитка уже запрещена в Австралии и Новой Зеландии.
Особенно не рекомендуется использовать его в сочетании с кофе или алкогольными напитками, хотя именно коктейль с водкой принес напиткам наибольшую популярность.
В случае превышения допустимой дозы не исключены побочные эффекты тахикардия, психомоторное возбуждение>повышенная нервозность, депрессия.
Энергетические напитки содержат таурин иглюкуронолактон. Содержание таурина в несколько раз превышает допустимый уровень, а количестве глюкуронолактона, содержащееся в 2 банках напитка, превышает суточную норму почти в 500 раз (!). Даже ученым неизвестно, как эти ингредиенты действуют на организм, и как они взаимодействуют с кофеином. Поэтому эксперты заявляют, что безопасность использования таких высоких доз таурина и глюкуронолактона еще не определена, что требует проведения дальнейших: исследований.
Как видим, минусов намного больше, чем плюсов. И, тем не менее, не исключено, что однажды в вашей жизни возникнет ситуация (надеемся, всего однажды), когда вы не сможете обойтись без энергетического напитка. В этом случае внимательно прочтите правила употребления напитка, чтобы защитит свой любимый и единственный организм.
Правила употребления энергетических напитков:
- Не превышайте суточную дозу кофеина — т.е. не пейте больше двух банок напитка.
- Когда прекращается действие напитка, организм нуждается в отдыхе для восстановления сил.
- Не пейте энергетические напитки после спортивной тренировки — как спорт, те и напитки повышают кровяное давление.
- Энергетические напитки противопоказаны беременным женщинам, детям подросткам, пожилым людям, людям, страдающим от гипертонии, сердечно-сосудистых заболеваний, глаукомы, расстройств сна, повышение возбудимости и чувствительности к кофеину.
Кофеин выводится из крови через 3-5 часов, да и то лишь половина.
Поэтому на протяжении этого времени нельзя смешивать энергетические напитки и другие напитки, содержащие кофеин (чай, кофе), — иначе вы можете превысить допустимую дозу.
Многие напитки высококалорийны. Энергетические напитки следует употреблять только перед тренировкой, а не после нее. Если вы выполняете силовые упражнения и не стремитесь сбросить вес, можете пить энергетические напитки до и после тренировки.
Энергетические напитки ни в коем случае нельзя смешивать с алкоголем (что делают завсегдаи клубов). Кофеин повышает давление, а алкоголь еще более усиливает его действие. Результат — малопривлекательная перспектива гипертонического криза в очень скором времени.
По мнению медиков, энергетические напитки — не более чем витаминные заменители кофе, но только более опасные для здоровья. Фруктовые соки и глюкоза, содержащиеся во многих других продуктах, оказывают подобное действие. Так что выбирайте — пить энергетические напитки, или нет. Или лучше отдать предпочтение чашке кофе с любимой шоколадкой?
Федеральная служба по надзору в сфере прав потребителей предостерегает: употребление энергетических напитков может привести к негативным последствиям, поскольку в настоящее время не проведена комплексная оценка безопасности рецептур энергетических алкогольных напитков.
Употребление энергетиков в сочетании с алкоголем может вызвать серьезные изменения психофизиологического состояния.
Употребление энергетиков в сочетании с алкоголем может вызвать серьезные изменения психофизиологического состояния.Влияние энергетических напитков на здоровье
Влияние энергетических напитков на здоровье
Считается, что в небольших количествах энергетические напитки ускоряют реакцию, увеличивают аэробную и анаэробную выносливость, препятствуют сонливости за рулем, повышают интенсивность восприятия, улучшают настроение и самочувствие. Связанные с энергетическими напитками проблемы со здоровьем ассоциируют главным образом с избытком кофеина, особенно для людей, дневная доза кофеина у которых превышает 200 мг.
Несмотря на то, что за таурином и глюкоронолактоном не замечено, чтобы они были опасны при употреблении их по отдельности, данные относительно их синергетического действия при сочетании друг с другом или с кофеином и гуараной неполны. В качестве главных нарушений здоровья, связанных с употреблением энергетических напитков, отмечаются:
· увеличение частоты сердечных сокращений, сердцебиение,
· повышенное кровяное давление,
· нарушения сна и бессонница
· учащение позывов к мочеиспусканию,
· гипергликемия (вследствие высокого содержания сахара в энергетических напитках), которая может быть опасна в первую очередь для страдающих диабетом и другими нарушениями обмена веществ.
Энергетические напитки содержат достаточные количества стимулирующих веществ, чтобы вызвать тревожность, бессонницу, обезвоживание, раздражение органов пищеварения, раздражительность, нервозность, покраснение кожных покровов, повышенное мочеотделение, сердцебиение. Употребление энергетических напитков связывают также с приступами судорог, маниакальными припадками и кровоизлияниями. Содержание в популярных энергетических напитках гуараны, таурина и женьшеня слишком мало, чтобы оно могло иметь какой-то терапевтический эффект или наоборот – приводить к каким-либо негативным явлениям. А вот содержащиеся в энергетических напитках количества кофеина и сахара могут оказаться на организм вредное воздействие.
Влияние энергетических напитков на организм
Влияние на центральную нервную систему:
В число нежелательных проявлений, описанных в связи с употреблением энергетических напитков, входят головная боль, тревожность, раздражительность, напряженность, головокружение, тремор, спутанность сознания, психоз, судороги и измененные психические состояния.
У пациентов с биполярным расстройством и иными психиатрическими диагнозами отмечались маниакальные эпизоды, то есть мании.
Замечено также, что чрезмерное употребление энергетических напитков может вызвать гипервигильность (чрезмерное внимание и фокусировку на всех внешних и внутренних раздражителях, что является, как правило, вторичным проявлением бредовых состояний или галлюцинаций) и психомоторное беспокойство, за которым следует ухудшение психического состояния, особенно у людей с плохо контролируемыми или не диагностированными психическими нарушениями.
Влияние на сердечно-сосудистую систему:
Кардиоваскулярные состояния, которые могут проявляться при злоупотреблении энергетическими напитками, включают в себя сердцебиение, боли в груди, учащенный пульс, нарушения сердечного ритма и гипертензию. В энергетических напитках содержится много кофеина, который может изменять эластичность кровеносных сосудов и тем самым способствовать заболеваниям сердечно-сосудистой системы.
Риск увеличивается, если энергетические напитки употребляются вместе с алкоголем.
Влияние на пищеварительную систему:
Чрезмерное поступление кофеина с энергетическими напитками может привести к гиперстимуляции пищеварительного тракта, тошноте, рвоте, диарее и болям в животе. Кофеин может также стать причиной гастроэзофагеальной рефлюксной болезни, изжоги и эзофагита. Кроме того, избыток сахара может нарушить нормальный баланс микрофлоры кишечника.
Здоровье зубов и лишний вес:
Ухудшение здоровья зубов и их эрозия – обычные явления у любителей энергетических напитков, вызванные повышенным содержанием в них сахара. Эрозию зубов и их повышенную чувствительность усугубляет высокая кислотность энергетических напитков. Также вызывает тревогу связанное с употреблением энергетических напитков ожирение. Энергетические напитки высококалорийны – в одной бутылке или банке содержится до 200 или больше килокалорий. Если энергетические напитки употребляются в количествах, в результате которых превышается суточная потребность в энергии, это может привести к появлению лишней массы тела, причем уже в детстве.
Энергетические напитки и нарушения пищевого поведения:
При нарушениях пищевого поведения (особенно анорексии) люди могут регулярно употреблять большие количества кофеина, чтобы справиться с угнетенным состоянием, вызванным нехваткой энергии, подавить аппетит, облегчить процесс испражнения и увеличить диурез. Учитывая, что у людей с нарушением пищевого поведения и так высокая склонность к сердечно-сосудистым заболеваниям, что в их организме нарушен электролитический баланс, большие дозы кофеиносодержащих энергетических напитков могут усугубить указанные риски.
Энергетические напитки и физическая активность:
Нередко энергетические напитки употребляют перед тренировкой, во время тренировки и во время соревнований. Это может привести к очень быстрому обезвоживанию, сердечному приступу, тепловому удару или инфаркту. Комбинация повышающих диурез свойств кофеина, усиленного потоотделения и потери жидкости в совокупности могут стать причиной серьезного обезвоживания.
Часто путают энергетические и спортивные напитки, но они по сути своей очень разные. Спортивные напитки могут содержать углеводы, минералы, электролиты (например, натрий, калий, кальций, магний), вкусоароматические добавки, иногда витамины и другие питательные вещества, которые предназначены для восполнения потерянных при тренировках с потом количеств воды и электролитов. Энергетические напитки электролитов не содержат, зато в них есть кофеин и другие стимуляторы.
Физически активные люди часто не знают о том, что в связи с занятиями спортом им требуется больше жидкости и питательных веществ, они нередко думают, что для удовлетворения возросшей потребности в энергии годятся энергетические напитки. Употребление энергетических напитков вместо спортивных приводит к поступлению в организм большого количества кофеина, который имеет обратный эффект в плане удовлетворения потребности организма в жидкости. Поэтому очень важно выбрать правильный напиток, который можно было бы употреблять до или после физической нагрузки, а также в других случаях для восполнения потери жидкости, избегая при этом поступления высоких доз сахара и больших количеств энергии.
В некоторых случаях употребление спортивных напитков спортсменами может быть оправдано, но людям с обычной физической активностью нет необходимости пить спортивные напитки вместо воды.
Энергетические напитки и алкоголь:
1. Понижение чувствительности к признакам алкогольного отравления, что увеличивает вероятность как собственно отравления, так и неверной оценки ситуации, которая может привести к несчастным случаям (например, на дороге), неверным решениям (например, сесть пьяным за руль), рискованному поведению (например, сексуальному или связанному с насилием).
2. Обезвоживание, которое может вызвать:
· диарею, тошноту или рвоту,
· усталость и головную боль,
· увеличение частоты сердечных сокращений,
· мышечные судороги,
· серьезнейший похмельный синдром (который в свою очередь мешает работать и управлять автомобилем).
Противоречивые сигналы нервной системе, которые могу привести к сердечно-сосудистым проблемам (например, сердцебиению или повышенному кровяному давлению), а также к нарушениям сна. Смешивание энергетических напитков с алкоголем может быть опасным по причине того, что энергетические напитки имеют стимулирующий эффект, а алкоголь – подавляющий. Стимулирующий эффект энергетических напитков может мешать человеку определить степень своего опьянения, и ему становится непонятно, сколько он выпил. И алкоголь, и энергетические напитки обладают мочегонным эффектом, а вместе они мешают организму расщеплять этиловый спирт и могут усилить алкогольное отравление.
Эффективность человеческого тела – Физика тела: от движения к метаболизму
Перейти к содержимому
Это сканирование фМРТ показывает повышенный уровень потребления энергии в зрительном центре головного мозга. Здесь пациента просили распознавать лица. Изображение предоставлено: NIH через Wikimedia Commons.
Все функции организма, от мышления до поднятия тяжестей, требуют энергии. Множество мелких мышечных движений, сопровождающих любую спокойную деятельность, от сна до почесывания головы, в конечном итоге становятся тепловой энергией, как и менее заметные мышечные действия сердца, легких и пищеварительного тракта. скорость , при которой организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различных действий, называется метаболической скоростью. Общая скорость преобразования энергии человека в состоянии покоя называется скоростью основного обмена (BMR) и распределяется между различными системами организма, как показано в следующей таблице:
| Орган | Мощность, потребляемая в состоянии покоя (Вт) | Потребление кислорода (мл/мин) | Процент от BMR |
| Печень и селезенка | 23 | 67 | 27 |
| Мозг | 16 | 47 | 19 |
| Скелетные мышцы | 15 | 45 | 18 |
| Почки | 9 | 26 | 10 |
| Сердце | 6 | 17 | 7 |
| Прочее | 16 | 48 | 19 |
| Всего | 85 Вт | 250 мл/мин | 100% |
Наибольшая часть энергии поступает в печень и селезенку, затем идет мозг.
Около 75% калорий, сожженных за день, идут на эти основные функции. Целых 25% всей основной метаболической энергии, потребляемой организмом, используется для поддержания электрических потенциалов во всех живых клетках. (Нервные клетки используют этот электрический потенциал в нервных импульсах.) Эта биоэлектрическая энергия в конечном итоге становится в основном тепловой энергией, но некоторая ее часть используется для питания химических процессов, например, в почках и печени, а также в производстве жира. BMR зависит от возраста, пола, общей массы тела и количества мышечной массы (которая сжигает больше калорий, чем жировые отложения). Спортсмены имеют более высокий BMR из-за этого последнего фактора. Конечно, при энергичных физических нагрузках заметно возрастают энергозатраты скелетных мышц и сердца. Следующая диаграмма суммирует основные энергетические функции в организме человека.
(Химическая потенциальная энергия на самом деле является формой потенциальной электрической энергии, но мы не будем специально обсуждать электрическую потенциальную энергию в этом учебнике, поэтому мы разделили их. )
Тепло
Тело способно накапливать внутреннюю тепловую энергию. Помня, что тепловая энергия — это всего лишь кинетическая энергия атомов и молекул, мы признаем, что эти два типа энергии хранятся в микроскопическом масштабе и находятся внутри тела. Поэтому мы часто объединяем эти два типа микроскопической энергии в (). Когда на объекте теплее, то его окружение будет передаваться от объекта к окружению, но если объект холоднее, чем его окружение, то тепловая энергия будет передаваться объекту из его окружения. Количество тепловой энергии, обмениваемой за счет разности температур, часто называют (). Когда тепло передается из тела в окружающую среду, мы говорим, что это называется , как показано на предыдущем рисунке. Мы узнаем больше о том, как связаны температура и теплопередача, в следующем разделе.
Энергосбережение
Указывает, что энергия не может быть создана или уничтожена. Следовательно, если тело совершает полезную работу по передаче в окружающую среду () или по передаче в окружающую среду как , то эта энергия должна была выйти из тела . Мы наблюдаем это повсюду в природе как:
(1)
Тепловые двигатели
Ваше тело использует внутренние запасы для выполнения , и этот процесс также генерирует тепловую энергию, которую вы высвобождаете в виде . Двигатели внутреннего сгорания, которыми питается большинство автомобилей, работают аналогичным образом, преобразовывая химическую потенциальную энергию топлива в тепловую энергию через , затем преобразуя часть тепловой энергии в , а часть отбрасывая в . Ваше тело способно высвобождать химическую потенциальную энергию в вашей пище без сгорания, и это хорошо, потому что вы не можете использовать свою энергию для того, чтобы что-то делать. Машины, которые могут использоваться для выполнения работы, такие как двигатель внутреннего сгорания, известны как .
Тепловые двигатели по-прежнему регулируются , поэтому любая тепловая энергия должна была быть не использована для выполнения работы. Подводимая тепловая энергия, которая может быть использована для выполнения работы, а не потрачена впустую, определяет мощность тепловой машины.
Преобразование человеческого тела в известное как тело. Мы часто рассчитываем механический КПД тела в процентах:
(2)
Механическая эффективность тела ограничена, потому что энергия, используемая для метаболических процессов, не может быть использована для выполнения полезной работы. Дополнительный объем, образующийся во время химических реакций, приводящих в действие мышечные сокращения, а также в суставах и других тканях, еще больше снижает работоспособность человека. [2] .
Упражнения с подкреплением
«Увы, наши тела не на 100 % эффективны в преобразовании энергии пищи в механическую продукцию. Но при эффективности около 25 % мы на удивление хороши, учитывая, что большинство автомобилей имеют эффективность около 20 % , а эффективность кукурузного поля в Айове составляет всего около 1,5 % при преобразовании поступающего солнечного света в химическое хранение [потенциальной энергии].
” [3] Для отличного обсуждения человека и сравнения с другими машинами и источниками топлива см. MPG of a Human Тома Мерфи, источник предыдущей цитаты.
Повседневный пример: Энергия, необходимая для подъема по лестнице
Если предположить, что подъем по лестнице составляет 20 %, насколько уменьшится ваша энергия, когда человек весом 65 кг поднимается по лестнице высотой 15 м ? Сколько человек передает окружающей среде в качестве ?
Во-первых, давайте посчитаем изменение в :
человек при преобразовании в своем теле в механическую энергию, в частности . Однако их эффективность составляет всего 20%, а это означает, что только 1/5 используемой ими химической потенциальной энергии идет на выполнение полезной работы. Следовательно, изменение химической потенциальной энергии должно быть в 5 раз больше, чем механическая работа9.0003
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗДЕЛИЛИ из СА:
Мы можем использовать для обнаружения тепловой энергии, истощенной человеком:
(3)
перестройка для:
Мы находим, что тепло.
имеет отрицательное значение, что имеет смысл, поскольку человек выбрасывает тепловую энергию из тела в окружающую среду, поднимаясь по лестнице.
В качестве альтернативы, мы могли бы сразу знать, что должно быть 4/5 от общей суммы потерь , потому что только 1/5 пошла на полезные действия . Таким образом, теплота выхлопа должна быть:
По историческим причинам мы часто измеряем и в единицах ( кал ) вместо . В одной калории 4,184 джоуля. Мы измеряем накопленные в пище единицы в 1000 калорий, или килокалорий ( ккал ), и иногда мы записываем килокалории как калории ( кал ) с большой буквы C вместо строчных c . Например, бублик с 350 кал имеет 350 ккал , или 350 000 кал . Преобразование в джоули, это будет в рогалике.
Повседневные примеры
Какую часть рогалика вам нужно съесть, чтобы компенсировать 47 775 Дж потери внутренней энергии (as ), которую мы подсчитали в предыдущем повседневном примере о подъеме по лестнице?
Есть 1 464 400 J /бублик
Поэтому нам нужно есть:
Упражнения с подкреплением
Пульсоксиметр — это прибор, который измеряет количество кислорода в крови.
Оксиметры можно использовать для определения скорости метаболизма человека, то есть скорости, с которой энергия пищи преобразуется в другую форму. Такие измерения могут указывать на уровень спортивной подготовки, а также на определенные медицинские проблемы. (кредит: УусиАйая, Wikimedia Commons)Процесс пищеварения в основном представляет собой процесс окисления пищи, поэтому потребление энергии прямо пропорционально потреблению кислорода. Следовательно, мы можем определить фактическую энергию, потребляемую во время различных видов деятельности, путем измерения потребления кислорода. В следующей таблице показаны уровни потребления кислорода и соответствующей энергии для различных видов деятельности.
| Деятельность | Энергопотребление в ваттах | Потребление кислорода в литрах O 2 /мин |
| Спальный | 83 | 0,24 |
| Сидя в состоянии покоя | 120 | 0,34 |
| Стоя расслабленно | 125 | 0,36 |
| Сидя в классе | 210 | 0,60 |
| Ходьба (5 км/ч) | 280 | 0,80 |
| Велоспорт (13–18 км/ч) | 400 | 1,14 |
| Дрожь | 425 | 1,21 |
| Игра в теннис | 440 | 1,26 |
| Плавание брассом | 475 | 1,36 |
| Катание на коньках (14,5 км/ч) | 545 | 1,56 |
| Подъем по лестнице (116/мин) | 685 | 1,96 |
| Велоспорт (21 км/ч) | 700 | 2,00 |
| Бег по пересеченной местности | 740 | 2. 12 |
| Игра в баскетбол | 800 | 2,28 |
| Велоспорт, профессиональный гонщик | 1855 | 5,30 |
| Спринт | 2415 | 6,90 |
Повседневные примеры: Снова подъем по лестнице
В предыдущих примерах мы предполагали, что наша механическая эффективность при подъеме по лестнице составляет 20%. Давайте используем данные из приведенной выше таблицы, чтобы проверить это предположение. Данные в таблице относятся к 76 кг человек преодолевают 116 ступеней в минуту. Давайте посчитаем скорость, с которой этот человек совершал механическую работу при подъеме по лестнице, и сравним скорость, с которой он расходовал внутреннюю энергию (первоначально из пищи).
Минимальная стандартная высота ступени в США составляет 6,0 дюймов [4] (0,15 м ), тогда гравитационная потенциальная энергия человека массой 76 кг будет увеличиваться на 130 Дж с каждым шагом, как рассчитано ниже :
При подъеме по 116 ступеням в минуту скорость использования энергии или мощности будет:
Согласно нашей таблице данных, тело использует 685 Вт , чтобы подняться по лестнице с такой скоростью.
Рассчитаем эффективность:
В процентах эффективность механики этого человека при подъеме по лестнице составляет 32%. Возможно, мы недооценили в предыдущих примерах, когда предполагали 20-процентную эффективность подъема по лестнице.
Закрепляющие упражнения
Мы часто говорим о «сжигании» калорий для похудения, но что это означает на самом деле с научной точки зрения? Во-первых, мы на самом деле имеем в виду потерю, потому что это мера того, сколько вещества находится в нашем теле, а вес зависит от того, где вы находитесь (на Луне все по-другому). Во-вторых, наши тела не могут просто поменяться местами и — они не являются одной и той же физической величиной и даже не имеют одинаковых единиц измерения. Так как же на самом деле мы теряем массу, тренируясь? На самом деле мы не «сжигаем» атомы и молекулы, составляющие ткани тела, такие как жир. Вместо этого мы расщепляем молекулы жира на более мелкие молекулы, а затем разрываем связи внутри этих молекул, чтобы высвободить , которые мы в конечном итоге превращаем в и .
Атомы и более мелкие молекулы, образующиеся в результате разрыва связей, объединяются, образуя углекислый газ и водяной пар (CO 2 и Н 2 О) и выдыхаем их. Мы также выделяем немного H 2 O с потом и мочой. Процесс похож на сжигание дров в костре — в итоге получается гораздо меньше золы, чем исходной древесины. Куда делась остальная масса? В воздух как CO 2 и H 2 O. То же самое относится и к топливу, сжигаемому вашим автомобилем. Подробнее об этой концепции смотрите в первом видео ниже. Действительно удивительный факт заключается в том, что ваше тело завершает этот химический процесс без чрезмерных температур, связанных с сжиганием дерева или топлива, которые могут повредить ваши ткани. Хитрость организма заключается в использовании ферментов, представляющих собой узкоспециализированные молекулы, которые действуют как катализаторы для повышения скорости химических реакций, как описано и анимировано в начале второго видео ниже.
Как и в случае с телом, эффективность любого энергетического процесса можно описать как количество энергии, преобразованной из входной формы в желаемую форму, деленное на исходное количество входной энергии. На следующей диаграмме показана эффективность различных систем при преобразовании энергии в различные формы. В диаграмме не учитываются затраты, риск опасности или воздействие на окружающую среду, связанные с требуемым топливом, строительством, техническим обслуживанием и побочными продуктами каждой системы.
| Система | Форма ввода энергии | Форма желаемого результата | Максимальная эффективность |
| Тело человека | Химический потенциал | Механический | 25 % |
| Автомобильный двигатель | Химический потенциал | Механический | 25 % |
| Потоковые турбинные электростанции, работающие на угле, нефти и газе | Химический потенциал | Электрика | 47% |
| Газовые электростанции с комбинированным циклом | Химический потенциал | Электрика | 58 % |
| Биомасса/биогаз | Кинетик | Электрика | 40% |
| Атомная | Кинетик | Электрика | 36% |
| Солнечно-фотоэлектрическая электростанция | Солнечный свет (электромагнитный) | Электрика | 15% |
| Солнечно-тепловая электростанция | Солнечный свет (электромагнитный) | Электрика | 23% |
| Гидроэлектростанции и приливные электростанции | Гравитационный потенциал | Электрика | 90%+ |
[5] [6] [7]
Откройте вкладку «Энергетические системы» в этом моделировании, чтобы визуализировать различные системы преобразования энергии
- Значительное содержание этой главы было адаптировано из: OpenStax, College Physics. OpenStax CNX. 30 августа 2019 г. http://cnx.org/contents/[email protected] ↵
- «Максимальная работа и механическая эффективность мышц человека, а также их наиболее экономичная скорость» A.V. Hill, National Медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения США ↵
- «MPG of a Human» Тома Мерфи, Do The Math, Физический факультет UCSD ↵
- «1917.120 — Фиксированные лестницы». Управление по охране труда, Министерство труда США ↵
- «Управление водными ресурсами на Западе: гидроэнергетика» Бюро мелиорации Министерства внутренних дел США ↵
- «Эффективность производства электроэнергии» EURELECTRIC «Сохранение ресурсов» ” Подгруппа рабочей группы «Разведка и добыча» совместно с ВГБ, Союзом электроэнергетиков ↵
- «Эффективность устройств преобразования энергии» Института электронного образования Джона Э. Даттона, Пенсильванский государственный колледж наук о Земле и минералах ↵
OpenStax CNX. 30 августа 2019 г. http://cnx.org/contents/License
Body Physics: Motion to Metabolism by Lawrence Davis находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.
0 International License, если не указано иное.
Поделиться этой книгой
Поделиться в Твиттере
Потребление энергии человеческим телом
Энергопотребление человеческого телаДониш Хан
13 декабря 2012 г.
Представлено в качестве курсовой работы для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2012 г.
Введение
| Рис. 1: Блок-схема метаболической сводки тело человека. (Источник: Викимедиа Коммонс) |
В наши дни новые захватывающие формы энергии
были исследованы для питания наших новейших технологий. Тонны ресурсов
и исследования были потрачены на то, чтобы понять, как современные гаджеты
а машины потребляют энергию. Тем не менее, несмотря на все это состояние искусства
исследования, мы, кажется, забываем, что человеческое тело само по себе
машина и пища являются его источником энергии.
Как и любой другой сложный
устройство наводняет наш мейнстрим, человеческое тело требует и потребляет
энергию аналогичным образом, и понимание ее внутренней работы
существенный.
Человеческое тело
Организм человека выполняет свои основные функции путем потребление пищи и превращение ее в полезную энергию. Немедленная энергия поступает в организм в виде аденозинтрифосфата (АТФ). С АТФ является основным источником энергии для всех функций организма, кроме запасенная энергия используется для пополнения АТФ. Есть только небольшое количество АТФ в организме, поэтому необходимо иметь достаточные запасы энергии для резервное копирование. [1] Количество ежедневно потребляемой организмом энергии зависит от ежедневное потребление энергии и метаболическая потребность в энергии которые можно оценить по массе тела и уровню активности.
Базовое потребление энергии человеческим телом составляет 4 кДж/килограмм массы тела и ежедневный час, чтобы рассчитать базовое потребление энергии:
| Общее потребление энергии = Масса тела (кг) × 4 кДж × 24 часа в сутки / 4,18 кДж | (1) |
Общее значение энергопотребления делится на 4,18
кДж, чтобы перевести значение в килокалории (1 ккал = 4,18 кДж).
Этот расчет представляет собой ежедневное потребление энергии. Избыточное потребление пищи
то, что не используется в качестве энергии, может храниться в организме в виде жира. Излишний
накопление жира может привести к высокому индексу массы тела. Индекс массы тела (ИМТ)
указывает на жировые отложения человека и определяется ростом человека
а вес. [2] Нормальный рекомендуемый ИМТ для взрослых колеблется в пределах 19и
24. Высокий ИМТ потенциально может привести к болезни или осложнениям со здоровьем.
[3] Чтобы иметь идеальный ИМТ, потребление энергии человеком не должно
превышает энергию, сжигаемую на регулярной основе. Количество энергии
нагрузка зависит от уровня активности.
| ИМТ = масса тела (кг) / рост (м) × Высота (м) | (2) |
Заключение
Энергия, измеренная в килокалориях, является представлением
способности выполнять работу, и эта энергия получается с пищей.
Ваш комментарий будет первым