Ich versuche herauszufinden, wie ich den Arbeitsaufwand für zwei Personen unterschiedlicher Größe (160-Pfund-Mann, das bin ich und 200-Pfund-Mann) in Bezug auf unterschiedliche Übungen berechnen kann, die wir im Fitnessstudio machen.
All dies, um zu sehen, welche Person tatsächlich mehr Arbeit pro Pfund leistet. Ich habe Ideen, weiß aber nicht, wo ich anfangen soll.
Wenn er und ich zum Beispiel ein Clean-and-Press-Training mit 50 % des Körpergewichts machen und beide die gleiche Anzahl an Wiederholungen in einer Minute schaffen, haben wir dann beide die gleiche Arbeit geleistet?
Wenn wir beide Boxsprünge machen und ich 25 davon in 20 Zoll Höhe mache und er 20 davon in 20 Zoll Höhe, die gleiche Zeit, machen wir dann die gleiche Arbeit?
Drittens Klimmzüge. Wenn ich 20 Klimmzüge (160 Pfund Mann) mache und er 16 (200 Pfund Mann), ist das die gleiche Menge an Arbeit, vorausgesetzt, sie werden zur gleichen Zeit ausgeführt?
Zu guter Letzt Laufen. Wie um alles in der Welt können wir feststellen, wer mehr Arbeit leistet, wenn wir die Laufzeiten von einer Meile berechnen? Ich wäre für jede Hilfe dankbar, da ich das nicht in der Schule gelernt habe. Es ist sehr faszinierend für uns, die Wissenschaft darüber zu erfahren, damit wir feststellen können, wer bei jeder Übung tatsächlich mehr Arbeit leistet.
"Arbeit" in der Physik und "Anstrengung" sind sehr unterschiedliche Dinge. Arbeit ist ein sehr nützlicher Begriff in der Grundlagenphysik, aber überhaupt kein nützlicher Begriff in der menschlichen Bewegung! Die schwerere Person in all Ihren Beispielen wird mehr mechanische Arbeit leisten, selbst wenn sie beide die gleiche Menge an mentaler Anstrengung investieren. Wenn sie beide ein 50-Pfund-Gewicht heben würden, würden sie die gleiche Menge an mechanischer Arbeit an dem Gewicht leisten, aber Je nach Biomechanik würde die schwerere Person wahrscheinlich immer noch mehr Kalorien verbrennen! Es ist kompliziert und wird durch einfache Mechanikkonzepte nicht gut beschrieben.
Dein Laufbeispiel ist gut. Die grundlegende Physik sagt uns, dass es möglich ist, eine Meile zurückzulegen, solange sich die Höhe nicht ändert, während man 0 (oder fast 0) Arbeit verrichtet. Dennoch verbrennt der menschliche Körper ~100 Nahrungskalorien (=100 Kilokalorien) beim Laufen einer Meile! Wir sind durch die Technik unseres Körpers begrenzt, nicht durch die Physik, also gelten die physikalischen Gesetze nicht wirklich.
Ein weiteres Beispiel, das die Absurdität einiger Dinge hervorhebt: Angenommen, Sie heben zehn 700-Pfund-Gewichte und stellen sie jeweils zwei Meter hoch in die Regale. Völlig übermenschlich, aber wie viel Arbeit hast du geleistet? Die grundlegende Physik sagt Ihnen, dass die verbrauchte Energie 10 * (700 Pfund) * (9,81 Meter/Sekunde^2) * (6 Fuß) beträgt. Wenn Sie dies an wolframalpha anschließen , sehen wir, dass Sie etwa 14 Nahrungskalorien an Energie (14 Kilokalorien) verbraucht haben. Das ist ungefähr die Energie in einem Kartoffelchip.
Dies sind nur die Grenzen, die die fundamentale Physik auferlegt. Es sagt Ihnen, dass jede Hebemaschine mindestens 14 kcal Energie aufwenden muss, um diese Gewichte zu heben. Es sagt Ihnen, dass Sie so wenig Energie aufwenden können, wie Sie möchten, um eine Meile zu reisen. Wie man diese Dinge tatsächlich erreicht, ist eine Frage der Ingenieurskunst!
Sie können einen groben Vergleich darüber anstellen, wer bei einer bestimmten Übung mehr Arbeit (wie von der Physik definiert) leistet, indem Sie die Formel verwenden: Erledigte Arbeit = Gewicht gehoben x Distanz. Dies sagt Ihnen nicht, wer während des Trainings mehr Kalorien verbrennt, was davon abhängt, wie effizient Sie Energie nutzen. Dazu müssen Sie messen, wie viel Sauerstoff verbraucht wird.
Wenn die Übung davon abhängt, verschiedene Gewichte über die gleiche Höhe zu heben, dann leistet die Person, die das größere Gewicht hebt, mehr mechanische Arbeit. Dies gilt eindeutig für Clean und Press und Klimmzüge. Die Person, die mehr Wiederholungen macht, leistet proportional mehr Arbeit.
Dies gilt auch für Lauf- und Boxensprünge, bei denen Sie Ihren Körper leicht heben und senken. Wenn Sie ungefähr gleich groß sind, heben Sie Ihren Körper bei jedem Schritt oder Sprung um die gleiche Strecke an. Wenn Sie die gleiche Distanz laufen, machen Sie wahrscheinlich die gleiche Anzahl von Schritten, also machen Sie die gleiche Anzahl von Wiederholungen. Auch hier leistet die schwerere Person mehr Arbeit.
Die Dauer der Übungen hat keinen Einfluss auf die geleistete Arbeit. Wenn Sie die gleiche Arbeit in kürzerer Zeit erledigen (oder mehr Arbeit in der gleichen Zeit), sind Sie leistungsfähiger. Das ist ein anderer Vergleich und gibt Ihnen möglicherweise nicht die gleiche Antwort. Beispielsweise kann Ihr Freund dreimal in einer Minute 200 Pfund heben, während Sie siebenmal pro Minute 100 Pfund heben. Dein Freund arbeitet bei jedem Lift mehr, aber du schaffst mehr Arbeit in der gleichen Zeit, also bist du leistungsfähiger. Dies ist jedoch möglicherweise kein fairer Vergleich: Ihr Freund kann achtmal pro Minute 100 Pfund heben.
Zu entscheiden, wer fitter ist, ist nicht dasselbe wie zu entscheiden, wer mehr mechanische Arbeit verrichtet oder sogar wer es schneller erledigt. Der Vergleich zwischen verschiedenen Übungen ist nicht einfach.
Wenn Sie nach der einfachen physikalischen Antwort suchen, und um es einfach zu halten, lassen Sie uns die Formel für die Arbeit verwenden. Arbeit = Kraft x Weg. Kraft = Masse x Beschleunigung (die wir als Beschleunigung der Schwerkraft verwenden, die wir überwinden. Also für jede Übung (und ich muss in metrisch umwandeln):
Erste Annahmen (nicht allzu praktisch, aber kein Kaninchenbau)
OK Reinigt
Sie: 50 % x 70 Newton = 35 N x 1 Meter x 10 Wiederholungen = 350 Joule Ihn 50 % x 90 Newton = 45 N x 1 Meter x 10 Wiederholungen = 450 Joule (ggf. durch kg Körpergewicht dividieren)
Boxsprünge
Sie: 70 N x 1 Meter x 25 Wiederholungen = 1750 Joule Er: 90 N x 1 Meter x 20 Wiederholungen = 1800 Joule
Klimmzüge
Sie: 70 N x 1 Meter x 20 Wiederholungen = 1400 Joule Er: 90 N x 1 Meter x 16 Wiederholungen = 1440 Joule
Er leistet also immer mehr Arbeit, aber Sie mehr Arbeit pro kg Körpergewicht.
Cort Ammon
BRM
J. Murray