​趣味物理问题讨论：人的功率有多大？

趣味物理问题讨论：人的功率有多大？

人在水平路面上行走是否做功呢？

当简单地将人看成一个整体，人在水平路面上行走时，受到的重力方向与运动的方向垂直，人就没有对外做功。但实际上，人在行走的过程中，由于迈步会引起人体重心高度不断下降、上升、再下降、再上升的循环变化，这样就需要不断地克服自己身体的重力而做功。

下面我们来估算一下，一个成年人在水平路面上步行1km的路程要做多少功。

假定人体的质量为m=60kg，腿长l=1m，步长d=0.75m。每次迈步时，人体重心的高度变化：

每次迈步克服重力所做的功：

步行1km做功：

下面我们看看某运动APP运算统计人步行能耗和上述计算结果是否相符：

204千卡=204×4200J=856800J

行走1km的能耗为：856800J/2.99=285600J

咦，285600J是58400J的五倍多，这是为什么？其实，人在运动的过程中还有各种基础代谢要消耗更多的能量，而不仅仅是人身体高度变化这一小部分的能耗。

人在不同的状态下的输出功率是不同的

1． 人步行时（轻松状态下）的输出功率：按照前面讨论一个成年男子步行1000m的情况为例，做功约为58400J，用时大约为800s，则功率为：

如果人长时间以此输出功率工作，应该感觉是比较轻松的。

2． 人爬楼梯时（稍微觉得累）的输出功率：一个成年男子在2分钟内爬上六楼。

那么他的功率为：

如果人长时间以这么大的输出功率工作，会感觉有些累。

3． 人如果快速爬楼时（很累），输出功率当然就会更大一些，以2012年“攀登中国”全国登塔健身大赛四川站的比赛冠军为例：来自于四川的选手封德军以8分23秒的速度获得了男子精英组的冠军，比赛过程中攀登了1580级台阶，垂直高度为216米。

假设选手的质量为70kg，那么，比赛过程中的平均输出功率为：

通常，普通人难以用这么大的输出功率持续工作。

4．人能达到的瞬间最大功率（利用爆发力做功的短时间功率），以举重运动员的抓举为例：

在2s内将150kg的杠铃举高1.6m，那么输出功率就为：

普通人的短时间的最大功率可能达到500W。

人体不对外产生力的作用时，也在做功。一个成年人在熟睡的时候，消耗的功率大约是80w，这个功率用来维持其身体的代谢，因此把这个功率叫做基本代谢功率。在进行一般脑力劳动时，例如学生在上课时，消耗的功率约为150w，其中约80w为基本代谢率，约40w消耗在脑的活动中。

不知疲倦的心脏

心脏是人体的重要器官，心脏不停地有规律的搏动，是维持血液循环的动力源。在安静状态下，人的心脏大约每跳动一次输送8×10^-5m^3的血液，正常人的血压，（可以看作是心脏输送血液的压强）的平均值为1.5×10^4pa，心跳大约每分钟75次，每次心跳约为0.8s。那么，心脏的平均功率为：

而当人剧烈运动时，心脏的功率可达安静状态下的十倍左右。

成年人每分钟心跳大约是七八十次，但在60到100次之间都属正常。劳动时比安静时要跳得快些，女的比男的要跳得快些，孩子比大人要跳得快些，新生儿每分钟可以跳到150次。平均说来，如果一个人活100岁，那么，他的心跳次数加起来总共可达40亿次左右。

生理学家发现，长期从事重体力劳动和进行激烈运动的人，他们的心脏得到了锻炼，心跳次数比常人要少得多。我国有位足球运动员，每分钟心跳才37次；1928年奥运会上，有位运动员，每分钟才28次。原来，心脏得到更好锻炼的人，心肌纤维变得粗大，心室壁变得厚实，心脏本身也扩大了。英国一位前世界马拉松赛冠军于70岁因癌症去世后，医生发现他的心脏比正常人约重30％，送血管道——冠状动脉约粗1倍。这样的心脏收缩起来自然非常强劲有力，每次跳动输送到全身的血液要比普通人成倍地增加。所以，虽然跳得少，可由于血多，也能满足身体的正常需要。