Eficiența corpului uman; Fizica corpului Mișcare spre metabolizare
Toate funcțiile corporale, de la gândire la ridicarea greutăților, necesită energie. Multe acțiuni musculare mici care însoțesc orice activitate liniștită, de la somn până la zgârierea capului, devin în cele din urmă energie termică, ca acțiuni musculare mai puțin vizibile de către inimă, plămâni și tractul digestiv. Rata la care organismul folosește energia alimentară pentru a susține viața și pentru a face diferite activități se numește rata metabolică. Rata totală de conversie a energiei unei persoane în repaus se numește rata metabolică bazală (BMR) și este împărțită între diferite sisteme din corp, așa cum se arată în tabelul următor:
| Organ | Putere consumată în repaus (W) | Consumul de oxigen (mL/min) | Procentul de BMR |
| Ficat și splină | 23 | 67 | 27 |
| Creier | 16 | 47 | 19 |
| Mușchi scheletic | 15 | 45 | 18 |
| Rinichi | 9 | 26 | 10 |
| Inima | 6 | 17 | 7 |
| Alte | 16 | 48 | 19 |
| Totaluri | 85 W | 250 ml/min | 100% |
Corpul este capabil să stocheze energie potențială chimică și energie termică intern. Amintindu-ne că energia termică este doar energia cinetică a atomilor și moleculelor, recunoaștem că aceste două tipuri de energie sunt stocate microscopic și intern în corp. Prin urmare, adunăm adesea aceste două tipuri de energie microscopică în energia internă (). Când obiectul este mai cald, atunci împrejurimile sale, atunci energia termică va fi transferată de la obiect la împrejurimi, dar dacă obiectul este mai rece decât împrejurimile, atunci energia termică va fi transferată în obiect din împrejurimile sale. Cantitatea de energie termică schimbată din cauza diferențelor de temperatură este adesea numită căldură (). Când căldura este transferată din corp în mediul înconjurător, spunem că numim aceasta căldură de evacuare, așa cum se indică în figura anterioară. Vom afla mai multe despre cum sunt legate temperatura și transferul de căldură în următoarea unitate.
Conservarea Energiei
Principiul conservării energiei afirmă că energia nu poate fi creată sau distrusă. Prin urmare, dacă corpul face lucrări utile pentru a transfera energie mecanică în împrejurimile sale () sau pentru a transfera energie termică în mediu ca căldură, atunci acea energie trebuie să fi ieșit din energia internă a corpului. Observăm acest lucru în întreaga natură ca Prima Lege a Termodinamicii:
(1)
Motoare termice
Corpul tău folosește energia potențială chimică stocată intern pentru a lucra și acest proces generează, de asemenea, energie termică, pe care o eliberezi ca căldură de evacuare. Motoarele cu ardere internă care alimentează majoritatea mașinilor funcționează în mod similar transformând energia potențială chimică din combustibil în energie termică prin combustie, apoi transformând o parte din energia termică în muncă utilă și aruncând o parte în căldura evacuată. Corpul tău este capabil să elibereze energia potențială chimică din alimentele tale fără combustie, ceea ce este bine, pentru că nu ești capabil să-ți folosești energia termică din energia internă pentru a lucra. Mașinile care pot folosi energia termică pentru a lucra, cum ar fi un motor cu ardere, sunt cunoscute sub numele de motoare termice. Motoarele termice sunt încă guvernate de prima lege a termodinamicii, deci orice căldură de evacuare trebuie să fi fost energie termică care nu a fost folosită pentru a lucra. Intrarea de energie termică care poate fi utilizată pentru a lucra, mai degrabă decât irosită ca căldură evacuată, determină eficiența motorului termic.
Eficiența corpului uman în conversia energiei potențiale chimice în lucrări utile este cunoscută sub numele de eficiența mecanică a corpului. De multe ori calculăm eficiența mecanică a corpului ca procent:
(2)
Eficiența mecanică a corpului este limitată, deoarece energia utilizată pentru procesele metabolice nu poate fi utilizată pentru a face lucrări utile. Energia termică suplimentară generată în timpul reacțiilor chimice care alimentează contracțiile musculare împreună cu fricțiunea în articulații și alte țesuturi reduce și mai mult eficiența oamenilor. [2] .
Exerciții de întărire
„Din păcate, corpurile noastre nu sunt 100 % eficient la transformarea energiei alimentare în producție mecanică. Dar la aproximativ 25 de ani % eficiență, suntem surprinzător de buni având în vedere că majoritatea mașinilor au aproximativ 20 de ani %, și că un câmp de porumb din Iowa are doar 1,5 % eficient la transformarea luminii solare primite în stocarea substanțelor chimice [energie potențială]. [3] Pentru o discuție excelentă despre eficiența mecanică a omului și comparații cu alte mașini și surse de combustibil, consultați MPG of a Human de Tom Murphy, sursa citatului anterior.