Wie hängt der Kraftaufwand beim Wandern oder Laufen von der Höhe des Höhenunterschieds ab?

Wenn ich eine bestimmte Wanderung oder einen Lauf mache, kostet das eine gewisse Anstrengung, die sich daran messen lässt, wie viele Kalorien ich verbrenne. Wie hängt diese Anstrengung von der Klettermenge ab? Gibt es einen Umrechnungsfaktor, wie eine bestimmte Kalorienzahl pro 100 Höhenmeter?

Eine verwandte Frage, die in Bezug auf eine bestimmte Wanderung gestellt wurde, lautete: " Wie viele Kalorien verbrennt Wandern? "

Ich erinnere mich an diese Art von Frage in der Algebra. Ich werde es mir ansehen!

Antworten (3)

Die vorherige Frage hat mich motiviert, diese Frage eingehender zu untersuchen und Open-Source-Software zu schreiben , um die relevanten Berechnungen durchzuführen, zusammen mit einer wissenschaftlichen Arbeit , die die Ergebnisse mit einer großen Menge realer Daten von Menschen testet, die Rennen fahren. Dabei habe ich gelernt, dass vieles, was die Leute über dieses Thema glauben, falsch zu sein scheint.

Die Menschen haben traditionell versucht, solche Dinge mit zwei Zahlen zu quantifizieren, die sich ziemlich einfach aus einer Papier-Topo-Karte abschätzen lassen: die horizontale Entfernung und der Gesamthöhengewinn, dh die Summe aller Höhenunterschiede, ohne die Höhe zu zählen sinkt. Wenn wir also zum Beispiel auf Meereshöhe starten, auf den Gipfel eines 3000 Meter hohen Berges steigen und dann zu unserem Ausgangspunkt zurückkommen, ist der Gesamtgewinn nicht Null (weil wir den Abstieg nicht zählen). , und ist größer oder gleich 3000 Meter. Es kann größer sein, weil Sie einige Auf-Ab-Auf-Ab-Sachen machen können, anstatt nur stetig nach oben zu klettern und dann stetig wieder nach unten abzusteigen.

Die Verwendung des horizontalen Abstands ist sinnvoll, da Laborstudien von Menschen, die auf Laufbändern laufen und gehen, zeigen, dass der Abstand ein äußerst wichtiger Faktor ist. Es kostet einfach Energie, einen Fuß vor den anderen zu setzen.

Aber der Gesamtgewinn stellt sich als sehr schlechtes Maß für den Energieverbrauch heraus. Die Energiekosten des Laufens oder Gehens hängen zwar von der Steigung i ab, aber für die Werte von i, denen man normalerweise in der realen Welt begegnet, ist diese Steigungsabhängigkeit nicht sehr groß. Selbst ein Weg, der als extrem steil empfunden wird, hat normalerweise eine Neigung von nur etwa 0,03, dh 3 Meter Höhenunterschied pro 100 Meter horizontaler Bewegung. Darüber hinaus sind die meisten Wander- und Laufrouten Schleifen oder Kreuzwege, sodass Sie auf der gleichen Höhe landen, auf der Sie gestartet sind. Abgesehen von extrem steilen Abfahrten ist das Bergabfahren mehreffizienter als Gehen auf ebenem Boden. Das Ergebnis ist, dass sich die Auswirkungen von Auf- und Abstiegen tendenziell aufheben, es sei denn, das Gelände ist ziemlich steil. Mathematisch ausgedrückt sind die Energiekosten pro Meter horizontaler Bewegung eine Funktion E(i), wobei i die Steigung ist, und obwohl diese Funktion eine gewisse Krümmung aufweist, ist die Krümmung nicht sehr stark, sodass in den meisten Fällen der Durchschnitt von E( i) und E(-i) liegt ziemlich nahe bei E(0), den Kosten für flaches Wandern.

Als ich Renndaten untersuchte, stellte ich fest, dass die Laufbanddaten normalerweise einen viel besseren Indikator für die Zeiten der Menschen lieferten als eine herkömmliche Regel, bei der der Höhenunterschied der einzige Faktor ist. Die Effizienz des Bergablaufens unter realen Bedingungen, gemessen an Rennzeiten, schien jedoch bei weitem nicht so effizient zu sein, wie man aufgrund der Energiemessungen in Laufbandexperimenten annehmen würde. Dies kann an Faktoren wie Sicherheit und Trail-Etikette liegen. Aus diesem Grund habe ich ein Modell entwickelt, das besser zu den Daten passt. Dieses Modell ist standardmäßig in den Code eingebaut.

Hier sind drei anschauliche Beispiele für die Leistung des Modells für eine 66 kg schwere Person:

  • A. _ Laufen Sie 20 km auf flachem Gelände. Kosten: 1130 Kalorien.

  • B. _ Laufen Sie 10 km eine stetige Steigung hinauf, gewinnen Sie 500 Höhenmeter und laufen Sie dann wieder bergab, für eine Gesamtstrecke von 20 km. Kosten: 1224 Kalorien.

  • C. _ Laufen Sie 1 km einen 500 Meter hohen Hügel hinauf, dann den Hügel hinunter, weitere 1 km. (Der Aufstieg und der Abstieg sind beide stetig.). Laufen Sie weitere 18 km in der Ebene, für eine Gesamtstrecke von 20 km und 500 Höhenmeter Gesamtgewinn, genauso wie in Beispiel B. Kosten: 1478 Kalorien.

  • D. _ Laufen Sie 20 km eine stetige Steigung hinauf und gewinnen Sie dabei 500 Höhenmeter. Mit dem Auto nach Hause fahren. Kosten: 1286 Kalorien.

Wenn wir diese Läufe auf traditionelle Weise beschreiben, dann ist A 20 km ohne Steigung, während B, C und D jeweils 20 km mit 500 Metern Steigung sind. Die Energiekosten von B, C und D sind jedoch alle unterschiedlich. Ich habe versucht, eine einfache Statistik zu finden, die den Menschen helfen würde, genauer zu charakterisieren, wie hart ein bestimmter Lauf oder eine Wanderung sein würde. Was ich herausfand, war etwas, das ich den „Aufstiegsfaktor“ oder CF nenne. Es ist definiert als der Bruchteil Ihrer Energie, der für das Klettern aufgewendet wurde. Wenn Sie beispielsweise die Läufe A und C oben vergleichen, beträgt der CF für Lauf C (1478-1130)/1478 oder etwa 24 %. Als ich die Statistiken für einen meiner Lieblings-Trailläufe in der Nähe meines Hauses studierte, den ich für ziemlich hügelig halte, war ich demoralisiert, als ich erfuhr, dass sein CF nur 3 % betrug.

Verweise

Baumel, Bob, "Hill effect to second order", Measurement News, Januar 1989, Nr. 33, p. 36, http://www.runscore.com/coursemeasurement/MeasurementNews/033_89a.pdf

Baumel, Bob und Jones, Alan, „Uphills, downhills, and the Boston marathon“, Measurement News, März 1990, Nr. 40, p. 15, http://www.runscore.com/coursemeasurement/MeasurementNews/040_90a.pdf

Crowell, „Vom Laufband zum Trail: Vorhersage der Leistung von Läufern“, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.03.438339v1 , doi:10.1101/2021.04.03.438339

Looney et al., „Estimating Energy Expenditure during Level, Uphill, and Downhill Walking, Medicine & Science in Sports & Exercise, 2019, doi:10.1249/mss.0000000000002002

Minettiet al. "Energiekosten beim Gehen und Laufen bei extremen Steigungen und Gefällen", J. Applied Physiology 93 (2002) 1039, http://jap.physiology.org/content/93/3/1039.full

Sehr interessant, ich muss Ihr Tool unbedingt ausprobieren und mir dieses Paper anschauen. Eine Frage zu C: Sind es wirklich 1000 Höhenmeter auf 1 km horizontaler Strecke, also eine 45-Grad-Steigung? Das ist sehr steil, das würde man kaum direkt gehen, aber im Zickzack anfangen und schon gar nicht laufen. Das klingt nach einem Grenzfall, den man nicht so behandeln kann wie die anderen.
@imsodin: Hoppla, danke, das war ein Fehler. Ich habe das Beispiel geändert und korrigiert.
Ich frage mich, ob die jüngsten Forschungsergebnisse zum High Intensity Training hier einen Einfluss haben. Ich weiß für HITit, dass festgestellt wurde, dass ein kurzes Training mit sehr hoher Intensität (wie das Erklimmen eines steilen Abhangs für kurze Zeit) genauso viele (wenn nicht mehr) Kalorien verbrennen kann wie ein langes Training mit moderater Intensität. So wie ich es verstehe, geht es um die "Nachbrennphase". Wo Ihr Körper nach dem Training große Mengen an Kalorien verbraucht.
Eine Zunahme um 10 % und dann eine Abnahme mit weniger als 0,3 % Kalorienunterschied erscheint mir gering.
@Liam: Was Minetti gemessen hat, war die Energie, die in einem vierminütigen Versuch während des Versuchs selbst verbrannt wurde. Beim Gehen suchten sie systematisch nach dem effizientesten Tempo und nahmen dann Daten in diesem Tempo auf. Beim Laufen stellten sie fest, dass die Energiekosten pro Distanzeinheit unabhängig von der Geschwindigkeit waren. Wenn es einen "Nachbrenneffekt" gegeben hätte, hätten sie ihn nicht gesehen, weil sie keine Daten aufgenommen haben, nachdem die Testperson das Laufband verlassen hatte.
@Paparazzi: Ja, es ist kontraintuitiv.
@BenCrowell Es ist nicht nur kontraintuitiv, es entspricht nicht meiner wahrgenommenen Anstrengung.
Es ist sicherlich interessant (+1) und Minettis Schlussfolgerungen sehen gut aus. Ich frage mich, ob ein Problem beim Abstieg im Vergleich zu Wahrnehmungen im Freien das Gelände / der Grip / der Aufprall ist: Ein typisches Laufband hat einen sehr guten Grip, eine perfekt vorhersehbare Oberfläche und ein bisschen Federung. Ein typischer Trail nicht. Die Fußplatzierung wird zum Schlüssel, was bedeutet, dass mehr Anstrengung beim Heruntertreten aufgewendet wird (beachten Sie, dass isometrische Übungen immer noch Anstrengung erfordern). Selbst das Bergablaufen auf einer gut befestigten, aber feuchten Straße erfordert etwas mehr Stabilisierung als auf einem trockenen Laufband.
... Minettis Abb. 4 deutet auf etwas Ähnliches hin - wenn ein Abstieg steiler wird, wechselt die Kurve, die die maximale Geschwindigkeit für eine bestimmte Anstrengung zeigt, von einfacher zu härter, und zwar ziemlich abrupt. Auf einem Trail vermute ich, dass der Peak niedriger und in Richtung 0-Steigung verschoben ist, mit einem schnelleren Abfall bei großen negativen Werten. Dies würde mit der wahrgenommenen Anstrengung von @ Paparazzo übereinstimmen, noch bevor Sie bedenken, wie schwierig es ist, die wahrgenommene Anstrengung für das kontrollierte Absenken mit der für das Heben in Beziehung zu setzen (in diesem Fall des Körpergewichts mit den Beinen).
@ChrisH: Ja, ich stimme absolut zu, dass die Qualität der Oberfläche bei Abfahrten eine Rolle spielt und dass dies in Minettis Daten überhaupt nicht dargestellt wird. Ich vermute, dass ihre Daten ein ziemlich gutes Bild davon geben, was bei einem Asphaltstraßenrennen auf einer steilen Abfahrt passieren würde, aber wahrscheinlich viel weniger hilfreich sind, wenn sie auf Downhill-Trailrunning hochgerechnet werden.
@Ben, dies ist in den meisten Situationen wahrscheinlich immer noch weitaus besser als der grobe Ansatz, der Naismith multipliziert mit einer konstanten Kalorienverbrennungsrate ziemlich ähnlich wäre, obwohl sich sehr raues Gelände dem letzteren nähern könnte. Leider sind Daten aus der realen Welt schwer zu erhalten und würden chaotisch sein
Dies scheint mir in Bezug auf A und B sehr zweifelhaft. Der im Wesentlichen 0-Effekt von Auf und Ab lässt es so aussehen, als ob Sie Ihre Kalorien zurückbekommen, wenn Sie zurückgehen. Wenn alle subtilen Argumente erschöpft sind, läuft es darauf hinaus. Und in der Tat, schauen Sie sich D an, wo Sie nicht wieder nach unten gehen, und Sie haben diese zusätzlichen 800 Kalorien. Aber Sie gewinnen keine Kalorien zurück, weil Tiermuskeln keine schwerkraftbasierten Speichergeräte sind, wie das Pumpen von Wasser einen Hügel hinauf, und selbst diese laufen nicht mit nahezu 100% Effizienz, wie B impliziert.
@ItalianPhilosophers4Monica: Niemand behauptet, dass der Körper Energie auf diese Weise speichert. Das sind einfach die Ergebnisse von Experimenten mit Laufbändern. Wenn Sie den Papieren von Minetti und Looney nicht glauben, sagen Sie uns warum. Wenn Sie ihnen glauben, aber denken, dass sie für Bedingungen wie raue Trails nicht immer realistisch sind, dann stimme ich Ihnen zu.
3 Meter Gewinn auf 100 Meter Verfahrweg? Nur wenige Trails hier sind so flach. Und obwohl ich Kalorien nicht ansprechen kann, finde ich, dass es länger dauert, einen Weg mit mehr Höhenunterschieden zu wandern
Muss Loren hier zustimmen, eine Steigung von 0,03 würden wir als flach ansehen...
@LorenPechtel der Zeitfaktor ist bekannt; Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Schätzungen vorgenommen. Ich würde auch erwarten, dass Laufen und Wandern irgendwann sowohl in der Steilheit als auch in der Rauheit auseinander gehen – wenn man in einem Rennen läuft, arbeitet man vielleicht mit konstanter Anstrengung und hört nicht auf; Wandern tendiert dazu, eine nahezu konstante Bewegungsgeschwindigkeit beizubehalten und bei Anstiegen ziemlich wahrscheinlich anzuhalten, aber nicht genug, um den durchschnittlichen Kalorienverbrauch wiederherzustellen
@ItalianPhilosophers4Monica Minetti sagt nicht, dass man alles zurückbekommt, aber dass das Bergablaufen weniger Energie verbraucht als das Laufen auf der Ebene. Und das macht anfangs Sinn - in der Ebene starten Sie mit jedem Schritt nach oben, während bergab diese Startanstrengung mehr nach vorne gerichtet ist, sodass Sie sich nicht so stark abstoßen müssen, um den gleichen Schritt zu erreichen. Für eine optimale Abfahrt auf Asphalt wird die Geschwindigkeit durch den Grip bei der Landung IME begrenzt - die Abfahrt, die ich am ehesten fahre, ist anfällig für Rutschigkeit und beträgt -5-10%; es ruiniert eine Intervalleinheit als schnelles Tempo = Erholungsanstrengung, aber harte Anstrengung ist zu schnell
Ich muss Minetti noch einmal lesen und gut nachdenken, aber ihre Art, die beste Anstrengung zu finden und auszuprobieren, kann einen gewissen Raum für Erholung lassen, der nicht berücksichtigt wird (entspricht dem, wenn ich einen Hügel hinauf fahre und meine Geschwindigkeit nicht wiederherzustellen sobald es abflacht, weil die subjektive Anstrengung die Steigungsänderung nachholen muss)
Interessanterweise weist Minettis Abb. 4. eine vorübergehende Ähnlichkeit mit Toblers Wanderfunktion auf , wobei angemerkt wird, dass die verschiedenen Y-Einheiten umgewandelt werden können, indem man eine konstante Anstrengung annimmt. Minettis Spitzeneffizienz verschiebt sich zu einem steileren Abstieg, konzentriert sich aber auf Laufen statt Wandern; das scheint sinnvoll IME
@ChrisH Eine nahezu konstante Bewegungsgeschwindigkeit beim Wandern? Das ist meiner Erfahrung völlig fremd, wenn es eine nennenswerte Steigung gibt. Zugegeben, ich wohne in einer ausgesprochen unebenen Gegend. Ich kann mir hier keine Standardwanderung mit weniger als 500 Höhenmetern vorstellen, ich würde sagen, der Durchschnitt für Winterwanderungen liegt bei über 1.000 Fuß und im Sommer bei über 2.000 Fuß.
@ChrisH Ihr Punkt zur Reibung macht meiner Meinung nach einen wesentlichen Unterschied. Meine Erfahrung liegt fast zu 100 % in Gelände, wo loses Gestein ein Problem darstellt. Ich kenne Leute, die da rausgelaufen sind – und ich kenne auch Leute, die im Krankenhaus gelandet sind, weil ein Stein weggerutscht ist, als sie darauf getreten sind. Aus Sicherheitsgründen langsam genug zu fahren, finde ich bergab kaum einfacher als flach.
@Loren Ich habe vielleicht eine Annahme über das Wandern auf Wegen verpasst, auf denen Sie einen rhythmischen Schritt halten können. Wenn sie nicht steil sind, scheint es wahr zu sein, sich mit der gleichen Geschwindigkeit zu bewegen, obwohl die Durchschnittsgeschwindigkeit mit den Pausen abnimmt. Es kommt ein Punkt, an dem die Bewegungsgeschwindigkeit abfällt, aber das ist auf einem glatten Pfad ziemlich steil, weniger auf unebenem Boden, was den Unterschied ausmachen kann. Stufenartige Pfade oder Scrambles sind offensichtlich viel langsamer. Es scheint fast einen vollständigen Mangel an Daten für unwegsames Gelände zu geben, aber es ist sicherlich ermüdend, sich durch loses Material zu kämpfen
@ChrisH Ich stimme definitiv über ausreichend unwegsames Gelände zu. Sobald es den Punkt erreicht, an dem ich nach einem guten Stand suchen muss (anstatt einfach zu vermeiden, auf einen schlechten Stand zu treten), sinkt das Anstrengungsniveau erheblich. Abgesehen davon denke ich, dass wir ein Problem mit der genauen Definition von "steil" haben. Beachten Sie, wie einige von uns die 3 Meter in 100 als im Grunde flach empfinden.
@Loren unter den Bedingungen, an die ich gewöhnt bin, wären diese 3% in der Anstrengung spürbar, aber nicht in der Geschwindigkeit für mich und die Gruppen, mit denen ich normalerweise gehe. Bis Sie 10% erreicht haben, ist es harte Arbeit und langsamer. Aber ich bin mir nicht sicher, ob ich selbst an diesem Punkt ein unqualifiziertes "steil" verwenden würde. Wir haben hier vielleicht keine hohen Berge, aber unsere Hügelketten erreichen auf fast jeder Route mehr als 15 %.
@ChrisH 10% sind eher so für die meisten Sachen hier und ich habe sicherlich nicht das Gefühl, dass ich Energie zurückgewinne - wenn nichts anderes, habe ich das Gefühl, dass ich etwas aufwende, um gegen die Schwerkraft anzukämpfen und nicht außer Kontrolle zu geraten. Ein kleines Gefälle gibt Energie, aber das ist eine ziemlich seltene Sache.
@LorenPechtel Ich denke, du und ich stehen uns hier ziemlich nahe; Minetti ist mit verbesserter Effizienz ein bisschen weiter, bis etwa -20% gemessen auf den glattesten Oberflächen - Sie müssen nicht einmal darauf achten, wo Sie Ihre Füße auf ein Laufband stellen. Mir ist gerade aufgefallen, dass Minetti oben in Abb. 4 sagt, dass bei einer Neigung von -0,25 die vertikale Komponente der Geschwindigkeit 2,1 m/s beträgt. Das fällt sehr schnell ab, was für echtes Gelände unwahrscheinlich ist, außer dass es die Art von Dingen ist, die Geröllläufer (Video) tun würden. Ich habe das vor vielen Jahren versucht, wenig Aufwand, kein Spaß, sehr beängstigend
... Langmuirs Korrektur an Naismith ist eine Annäherung, sagt aber, dass Sie zwischen -5 ° und -12 ° schneller sind (Wandern), steiler als -12 ° sind Sie langsamer. 12° sind etwa 21%. Das ist diskontinuierlich, also eindeutig falsch, auch wenn eine brauchbare Faustregel gilt: Bei 11,9° bist du schneller als in der Ebene, bei 12,1° langsamer! Der Unterschied ist die Höhe eines Kieselsteins pro Stufe. Es muss einen reibungslosen Übergang zwischen den schnelleren und langsameren Sinkregimen geben. Es hängt auch von der Belastung ab: Wandern mit schwerem Rucksack oder ultraleichtem Gepäck wirkt sich auf die Abstiegstechnik aus
Zitieren Sie Anmerkung 15 im Wikipedia-Artikel zur bevorzugten Gehgeschwindigkeit , die besonders relevant sein kann: Die Kosten für das Bergabgehen: Ist die bevorzugte Gangart energetisch optimal? . Hier wird die Stabilität (Gelände) beim Abstieg besprochen. (Entschuldigung @BenCrowell für so viel Diskussion unter Ihrer Antwort, aber ich denke, es ist relevant und keine eigenständige Antwort.)

Kurze Antwort: Alle 100 Höhenmeter sind so anstrengend wie 0,8 km Laufen (in Bezug auf die Kalorien). Je nach Geschwindigkeit, Gelände, Neigung, Klettereffizienz usw. kann es auf eine Äquivalenz von Laufen/Wandern von 0,4 km sinken.

Lange Antwort:

Je 100 m Höhenunterschied entsprechen laut mehreren Wanderrechnern einer zusätzlichen Wanderung von 0,4 km: Beispiel:

  • 10km + 250 Höhenmeter: 10km + 2,5 (100m) * 0,4km = 11km

Mit anderen Worten: Die zusätzlichen 250 Höhenmeter entsprechen den Kalorien von 1 km mehr.

Beim Laufen scheint das Hinzufügen von Höhen mehr Aufwand zu verursachen. Gut trainierte Berglaufsportler behaupten, dass bei einem durchschnittlichen Halbmarathon in den Bergen jede 1000 Höhenmeter 30 bis 50 Minuten mehr Zeit in Anspruch nehmen (sagen wir durchschnittlich 40 Minuten). Diese „Strafe“ wird folgendermaßen berechnet:

Aktivität mit Ausdauer-VO2max Dist./ Elev. / Zeit / Geschwindigkeit

  1. Halbmarathon (gerundet) ohne Steigung: 20km / 0hm / 90min / 13 km/h
  2. Halbmarathon mit 1000 Höhenmeter: 20km / 1000hm / 130min / 9,2 km/h
  3. Ausgedehnter Lauf im Halbmarathontempo: 28,2km / 0hm / 130 min / 13 km/h

==> Behauptung ist, dass der Athlet 90 Minuten lang, aber auch 130 Minuten lang mit seiner besten Halbmarathongeschwindigkeit von 13 km/h laufen kann, solange er flach ist (und so lange die gleiche Menge an Kalorien pro km verbrennt). eben).

Beispiel: 10km + 250 Höhenmeter: 10km + 2,5 (100m) * 0,8km = 12km Mit anderen Worten: Die zusätzlichen 250 Höhenmeter entsprechen den Kalorien der zusätzlichen 2km.

Weiterlesen:

Hallo - Willkommen bei outdoors.SE! Es tut mir leid, Sie mit einer Ablehnung begrüßen zu müssen, aber Ihre Wissenschaft ist einfach falsch. Sie geben am Ende vier Links an, von denen nur einer irgendwelche Beweise anführt, die wissenschaftliche Arbeit von Looney et al. Looney reproduziert die Ergebnisse von Minetti, auf die in meiner eigenen Antwort verwiesen wird. Diese Daten widersprechen den Behauptungen in Ihrer Antwort. Die Daten zeigen, dass der Gesamtenergieverbrauch auf einer geschlossenen Schleife (wie in Ihrem Beispiel eines Halbmarathons) eine stark nichtlineare Funktion der Steigung ist. Das bedeutet, dass es nicht wie von Ihnen vorgeschlagen mit einer einfachen linearen Regel modelliert werden kann.

Lassen Sie uns einen anderen Ansatz wählen und uns die physikalische Zahl ansehen, um die Masse einer 66 kg schweren Person 1000 m nach oben zu bewegen.

Die Gleichung für den Energieaufwand lautet Kraft x Weg oder in diesem Fall Masse x Beschleunigung x Weg. Setzt man die Zahlen bei 66 x 9,8 x 1000 ein, erhält man

646800 Joule .

Wow! Das ist eine Menge. Das sind jedoch keine Kalorien, sondern die Energiekosten für das Erhitzen von 1 g Wasser auf 1 Grad . Und tatsächlich ist eine Lebensmittelkalorie eine Kilokalorie

Aus historischen Gründen sind zwei Hauptdefinitionen von Kalorien weit verbreitet. Die kleine Kalorie oder Grammkalorie (normalerweise als cal bezeichnet) ist die Menge an Wärmeenergie, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um ein Grad Celsius (oder ein Kelvin) zu erhöhen. 1 Die große Kalorie, Lebensmittelkalorie oder Kilokalorie (Cal, Kalorie oder kcal), die in der Ernährung am häufigsten verwendet wird, 4 ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die gleiche Zunahme in einem Kilogramm Wasser zu bewirken. 5 Also 1 Kilokalorie (kcal) = 1000 Kalorien (cal). Gemäß Konvention in der Lebensmittelwissenschaft wird die große Kalorie allgemein als Kalorie bezeichnet (mit einem großen C von einigen Autoren, um sie von der kleineren Einheit zu unterscheiden). 6In den meisten Ländern müssen die Etiketten industrieller Lebensmittelprodukte den Nährwert in (Kilo oder großen) Kalorien pro Portion oder pro Gewicht angeben.

Kalorien beziehen sich direkt auf das metrische System und damit auf das SI-System. Es wird in der wissenschaftlichen Gemeinschaft seit der Einführung des SI-Systems als veraltet angesehen, wird aber immer noch verwendet. 4 Die SI-Einheit der Energie ist das Joule. Eine Kalorie ist definiert als genau 4,184 J, und eine Kalorie (Kilokalorie) ist 4184 J.

Also, 646800J / 4184 => 154 Kalorien, unter der Annahme von 100% thermodynamischer Effizienz , sind notwendig, um 66 kg Masse auf 1000 m zu heben.
Dies ist unabhängig von der horizontalen Distanz, daher ist seine Relevanz für Gehen vs. Laufen vs. Bouldern am El Capitan unklar . Aber es gibt einen Anhaltspunkt für die Größenordnung des Aufwands, der damit verbunden ist .

Was ist mit dieser 100% Effizienz? Nun, es stellt sich heraus, dass die menschliche Muskeleffizienz meist bei etwa 20 % liegt .

Oder...

EffizienzDie Leistungsfähigkeit des menschlichen Muskels wurde (im Zusammenhang mit Rudern und Radfahren) mit 18 % bis 26 % gemessen. Der Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis von mechanischer Arbeitsleistung zu den gesamten Stoffwechselkosten, wie sie sich aus dem Sauerstoffverbrauch berechnen lassen. Diese geringe Effizienz ist das Ergebnis einer Effizienz von etwa 40 % bei der Erzeugung von ATP aus Nahrungsenergie, Verlusten bei der Umwandlung von Energie aus ATP in mechanische Arbeit im Muskel und mechanischen Verlusten im Körper. Die beiden letztgenannten Verluste sind abhängig von der Art der Übung und der Art der verwendeten Muskelfasern (fast-twitch oder slow-twitch). Bei einem Gesamtwirkungsgrad von 20 Prozent entspricht ein Watt mechanischer Leistung 4,3 kcal pro Stunde. Beispielsweise kalibriert ein Hersteller von Rudergeräten sein Ruderergometer so, dass die verbrannten Kalorien dem Vierfachen der tatsächlichen mechanischen Arbeit entsprechen. plus 300 kcal pro Stunde[18] ergibt das etwa 20 Prozent Wirkungsgrad bei 250 Watt mechanischer Leistung. Die mechanische Energieabgabe einer zyklischen Kontraktion kann von vielen Faktoren abhängen, einschließlich des Aktivierungszeitpunkts, der Muskelbelastungsbahn und der Geschwindigkeit des Kraftanstiegs und -abfalls. Diese können experimentell unter Verwendung einer Arbeitsschleifenanalyse synthetisiert werden.

Man könnte also ungefähr abschätzen, dass 150 (K)cal nützliche Arbeit 750 K (cal) Energiezufuhr erfordern.

Oder, zurück zur ursprünglichen Frage, wenn Sie 66 kg wogen, könnten Sie erwarten, dass Sie pro 100 m Höhenunterschied in der Größenordnung von 75 zusätzlichen Kalorien verbrennen. Mit, und ich gebe zu, das ist Spekulation, einem relativ begrenzten Effekt, wenn man wieder nach unten geht, anstatt oben anzuhalten.

Vergleichen Sie dies jetzt mit der A vs D-Antwort von Ben. 1130 für 20 km ohne Höhenunterschied, 1876 für 20 km mit 1000 Höhenmetern. 1876 ​​- 1130 => 746 kcal.

Wenn man bedenkt, wie verhältnismäßig signifikant die rein physikalische Komponente der Massenbewegung in diesen Berechnungen ist, bezweifle ich eher irgendwelche Ergebnisse, die einen nahezu 0-Effekt beim Kalorienverbrauch von 0-Netto-Höhengewinn-Schaltungen melden.

Das würde erfordern, dass ausschließlich gespeicherte Energie verwendet wird, um wieder nach unten zu gehen, und das macht im Zusammenhang mit muskelgetriebener Anstrengung intuitiv sehr wenig Sinn. Anders als beispielsweise das Hochpumpen von Wasser in einen Damm, wie es manchmal für die Speicherung erneuerbarer Energien in Betracht gezogen wird.

Ihre Theorie ist plausibel, widerspricht aber den experimentellen Befunden von Minetti, die auch von Looney et al. reproduziert wurden. Wenn eine Theorie mit einem Experiment nicht übereinstimmt, ist es die Theorie, die verworfen werden muss. Minetti und Looney behaupten nicht, und ich auch nicht, dass ein Downhill immer einen Uphill aufhebt. Die Auslöschung wird nur dann als gute Näherung beobachtet, wenn die Steigung relativ klein ist. Die Tatsache, dass die Auslöschung eine gute Annäherung für kleine Steigungen ist, gilt einfach deshalb, weil der Graph der Energie gegenüber der Steigung nahe Null differenzierbar ist.
Diese Antwort würde von einem Vergleich mit dem Aufwand profitieren, der für die horizontale Bewegung aufgewendet wird. Ohne diesen Kontext wissen wir nicht, ob das Klettern einen kleinen oder einen großen Teil der Anstrengung ausmacht. Wenn das Steigen nur einen kleinen Anteil ausmachte, könnten Effizienzänderungen in der Vorwärtsbewegungsmasse aufgrund des Abstiegs leicht entgegenwirken. Das Problem ist gerade deshalb interessant, weil wir diese Annahme oft nicht treffen können.
Wie hängt der Kraftaufwand beim Wandern oder Laufen von der Höhe des Höhenunterschieds ab?
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