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2009年2月21日 (土)

エネルギー(カロリー計算-1)

エネルギーにはいろいろな形があり、力学的エネルギー、熱エネルギー、電気的エネルギー、相対論的エネルギーなどがある。

力学的エネルギーとは、物体を動かすのに必要なエネルギー。

熱エネルギーは、物体を熱するのに必要なエネルギー。

電気的エネルギーは、電荷の移動に伴うエネルギー。

相対論的エネルギーは原子力エネルギーに使われる、mc2

エネルギーとは、仕事をする能力。

エネルギーが無ければ仕事が出来ない。それは人間でも同じである。

 

仕事とは、力学的には力×距離。

この仕事をするには、これと同じだけのエネルギーを持っていなければならない。

だから、仕事とエネルギーは見方を変えれば同じものである。

 

力学的エネルギーには、運動エネルギーと位置エネルギーがある。

質量1kgの物体が地上1mの高さにあるとすると、位置エネルギーは9.8J9.8ジュール)。

J、すなわちジュールはエネルギーの単位で、1N1ニュートン)の力で1mの距離を移動させたときの仕事量が1Jである。

質量という呼び方は聞きなれないかもしれない。今は、重量と思っていても構わない。


N、すなわちニュートンは力の単位。1kgの物体に働く地球上の重力はおおよそ9.8Nである。

(1Nの力は、質量1kgの物体を1秒間に毎秒1mの速さに加速するのに必要な力と定義される)

ジュールとかニュートンは実生活ではなじみが無い単位なので、まずは、馴染み深いエネルギー単位、カロリーを使ってみる。

 

1カロリー(1cal)1グラムの水を1℃(厳密には1K1ケルビンだが、同じこと)上昇させるのに必要なエネルギーである。

エネルギー単位calJの間には次のような関係がある。(熱の仕事当量)

1cal=4.186J、簡単に、1カロリー=4.2ジュール。

 

これを使うと、質量1kgの物体が1mの高さにあるときの位置エネルギーは2.34カロリーとなる。

これは、質量1kgの物体を1m持ち上げるときの仕事量でもある。

持ち上げた人は2.34カロリー消費する!

体重50kgの人が100m登ると、消費するエネルギーは50×100×2.3411700カロリー=11.7キロカロリー。

ということは、体重50kgの人が1000mの山に登っても117キロカロリーしか消費しないことになる。

400キロカロリーのケーキを食べたら、そのカロリーを消費するのに、4000mの山に登らなければならない!!!たいへん!!!!

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コメント

生理学的エネルギーが力学的エネルギーに100%変換されるわけではなく、遅筋線維で45~50%、速筋線維で60~70%は熱に変換されると言われているので、概ね50~60%は熱に変換されることを考えれば半分未満でいいでしょうね。あと山登りの場合には水平移動距離も考慮しなくてはいけない。

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