Как то в передаче о здоровье прошла информация о том, что 75 % энергии человеческий организм тратит на поддержание температуры тела. Мне стало интересно проверить это с точки зрения законов физики.
И так исходные данные - человек ростом 160 см и весом 65 кг. Температура наружного воздуха 20 Град Сº, температура поверхности тела 30 Град Сº. Человеческое тело как любой нагретый объект теряет тепловую энергию в результате четырех процессов:
- излучение от поверхности тела.
- конвективный теплообмен с поверхностью тела.
- с выдыхаемым воздухом.
- при контакте с более холодными поверхностями.
В условиях, когда температура окружающего воздуха ниже температуры тела за счет излучения и конвекции теряется 75-88% энергии. Поэтому потери с выдыхаемым воздухом и при контакте рассматривать не будем.
Упрощенная формула для расчета потери тепла излучением Q=a*S*(t1-t2)
- где Q – количество тепловой энергии,
a - коэффициент теплоотдачи.
S – площадь поверхности тела человека,
t1 и t2 – температура поверхности тела и температура окружающих предметов соответственно.
Площадь поверхности тела считаем с помощью онлай-калькулятора для человека ростом 160 см и весом 65 кг она составляет 1,7 м2. Коэффициент теплоотдачи при заданных температурах - 5,4 Вт/(м2хСº). Итого получаем количество тепловой энергии 91,8 Вт.
Формула для расчета теплоотдачи за счет конвекции аналогична для теплоотдачи излучением. Но коэффициент теплоотдачи больше. Даже при отсутствии движения воздуха он равен 7 Вт/(м2хСº). Подставив значения в формулу, получаем 119 Вт. Итого округленно 211 Вт. Переведем в килокалории получим – 181 килокалорию в час.
Теперь оценим расход энергии на физическую нагрузку. Естественно нагрузки бывают очень разные, поэтому возьмем простую – ходьба со скоростью 4 км/час. При такой нагрузке расход энергии 2,6 ккал в час на 1 кг веса. В нашем случае 169 ккал в час. Таким образом, расход энергии на поддержание температуры тела и на незначительную физическую нагрузку практически равны 181 ккал/час и 169 ккал/час.
Иная картина при плавании. В воде коэффициент теплоотдачи при движении воды 400 Вт/(м2хСº). Расход энергии на само плавание со скоростью 0,4 км/час – 3 ккал/час на 1кг веса. Получаем расход на поддержание температуры тела 5833 ккал/час, а расход на физическую нагрузку – 195 ккал/час.
Резюме – на основе расчетов подтверждаем известную истину – при занятиях плаванием человек расходует больше энергии на поддержание температуры тела, чем на само плавание. При занятиях на воздухе практически поровну если только не в мороз на улице.
