Alimentația ca energie
Metabolism bazal
Avem nevoie de un aport constant de energie alimentară pentru a menține funcționarea organelor interne și pentru a ne permite să ne mișcăm - aceasta se numește metabolismul nostru bazal.
Pentru mamifere, Mb ≈ 50 (A/m 2) W; pentru oameni, suprafața A ≈ 1,7 m 2, adică.
85 W pentru dormit
Mers rapid sau cu bicicleta (20 km/h): M
100 - 150 W (2000 - 3000 kcal/zi)
De unde vine această energie?
Cea mai mare parte a energiei necesare pentru agricultură provine din lumina soarelui, nu? Gresit. Cea mai mare parte a energiei provine din arderea petrolului.
Conținutul de energie utilizabil al cărnii de vită și pâine este de aproximativ 2500 kcal/kg sau 10 MJ/kg (+/- 30%). Pentru pui și pește, numărul este de aproximativ jumătate din [1] Calorii și substanțele nutritive din carne de vită, https://www.freedieting.com/calories-in-meat [2019-10-04]. [2] Peter Rez, Fizica simplă a utilizării energiei, Oxford UP 2017.
În general, pentru o dietă tipică occidentală, raportul dintre energia încorporată a alimentelor și energia dietetică din alimente $ r $ este de aproximativ 6, adică pentru fiecare joule (sau calorii) de energie dietetică, au fost arși șase jouli (sau calorii) de ulei. Raportul legumelor este, în general, mai favorabil; asta pentru carne (în special carnea de vită) este mult mai rău. Cu toate acestea, imaginea este complicată, după cum se poate observa dintr-un studiu britanic realizat de David Coley și colab. [3] Coley, D., Goodliffe, E. și Macdiarmid, D. (1998) Energia încorporată a alimentelor: rolul dietei, politica energetică, 6, 455–459. [\ Notă]:
- Fasole la cuptor $ r \ approx 10 $
- Cârnați $ r \ aproximativ 10 $
- Iaurt $ r \ approx $ 9
- Carne de vită $ r \ approx $ 8
- Carne de porc $ r \ aproximativ $ 6
- Ouă $ r \ aproximativ $ 6
- Paste $ r \ aproximativ $ 4
- Orez $ r \ approx $ 3
- Lapte $ r \ aproximativ $ 3
- Cartofi $ r \ approx $ 2
- Pâine $ r \ approx $ 1
Rețineți, totuși, că aceste cifre sunt foarte variabile, în funcție de circumstanțe.
Dar animalele?
Rata metabolică, $ \ Gamma $, pentru animale este legată de masa animalului prin Eqn.1:
O astfel de relație în care o proprietate fizică a unui animal se ridică cu masa la o anumită putere care nu este unitate se numește relație alometrică [4] Ahlborn, Zoological Physics, p.12-16, Springer, 2004. Este evident că un elefant care este mare și consumă cantități mari de alimente va avea o rată metabolică mai mare decât un șoarece care este mult mai puțin masiv și consumă mult mai puțin. Având în vedere, totuși, rata metabolică pe unitate de masă a acestor animale (ecuația 2):
descoperim că pentru a se întreține un elefant are nevoie de mai puțină energie pe unitate de masă decât un șoarece. Acest lucru explică de ce, chiar dacă elefanții mănâncă o cantitate mai mare de alimente în comparație cu șoarecii, șoarecii trebuie să mănânce mai mult în comparație cu greutatea corporală decât elefanții. Scopul nostru este de a înțelege modul în care pierderea de căldură contribuie la faptul că animalele mai mici au o rată metabolică mai mare pe unitate de masă decât animalele mai mari.
După cum sa menționat, o parte din energia generată în interiorul unui animal se transformă în căldură care este radiată prin suprafața animalului. Rata pierderii de căldură este proporțională cu suprafața, în timp ce masa unui animal este proporțională cu volumul său. Rata la care se radiază căldura pe unitate de masă este apoi proporțională cu suprafața pe unitate de volum.
Pentru simplitate, dacă luăm un animal ca fiind sferic cu raza, $ r $, atunci putem raporta pierderea de căldură pe unitate de masă la dimensiune (Ec. 3):
Pe măsură ce animalele cresc în mărime, rata pierderii de căldură pe unitate de masă scade și este necesară mai puțină energie pentru a susține animalul pe unitate de masă. Ar putea părea un avantaj evident atunci să fii un animal mare. Cu toate acestea, animalele mari consumă în continuare mai multă energie decât animalele mai mici, astfel încât să aibă nevoie de mai multă hrană. Dacă hrana nu este abundentă, animalele mai mari nu se pot întreține singure [5] Ahlborn, Zoological Physics, p.12-16, Springer, 2004 .
În concluzie, animalele mai mari au o pierdere de căldură mai mică pe unitate de masă și necesită mai puțină hrană pe unitate de masă, chiar dacă mănâncă cantități mai mari decât animalele mai mici.
Cât timp trebuie să merg cu bicicleta pentru a arde o gogoasă? Acest exemplu analizează relația dintre exercițiul fizic și consumul de calorii.
În articolele din reviste și pe web, găsiți adesea numere referitoare la exerciții și consumul de calorii. În acest exemplu, vom explora de unde provin numerele.