基础物理：能量守恒在人体中转化的有趣现象

zhouyuanhuei

能量守恒定律不仅适用于物体与物体之间的转化或转移，它更适用于人体内的能量转化。我们知道，当人在行走时，必然会消耗掉人体储存的能量，而人体的能量提供者为葡萄糖，在这一过程中，人是经过一系列的生化反应后，将化学能或生物能转化为人体的动能，从而支持人继续向前运动。就这个能量转化现象，我们不妨来看一个实例。

人们在工作、学习甚至睡眠过程中都需要能量，而人体又不能进行光合作用产生葡萄糖，故而，人的能量最终来源于蔬菜或植物中。食物在人体内经过消化转化为葡萄糖（C6H12O6),其中括号内的化学式为葡萄糖的分子式，它是由6个碳原子，12个氢原子和6个氧原子通过化学键相连组成的。

而人在进行有氧呼吸时，将体内的葡萄糖分解为水和二氧化碳，同时释放出E=2.8×10?×10?J/mol的能量。在这个式子中，符号J为能量单位焦耳，符号mol为物质的量的单位。现在，一个质量为60Kg的短跑运动员起跑时以1/6S的时间冲出了1m远，那么运动员在这一瞬间消耗掉了体内多少葡萄糖呢？

分析：运动员在跑步的过程中，从能量守恒的角度看，他是将人体内储存的化学能转化成了运动员的动能，所以，我们必须先求出运动员的动能变化量。求运动员的动能变化量就必须知道运动员的初末速度，运动员的初速度为零这个是已知的，但是运动员在运动1/6S的时间后，他的末速度就是未知的了。

现在，我们要将运动员运动的情况转化为物理模型来加以研究。运动员在跑出1m远的时间是非常短暂的，我们不妨假设运动员在1/6S时间内在做匀加速直线运动，由运动学中的知识可得，位移S=V×T，其中V为运动员1/6S时间内的平均速度，再由V=（V0+Vt）/2可知，运动员经过1/6S后的速度Vt=12m/S。

求出了这个末速度后，我们就可以得出运动员在1/6S时间内动能的变化量，即△Ek=1/2mVt?-0。带入数据后解得运动员的动能变化量为△Ek=4320J。在解答这道题目时，还必须对化学知识有所了解。

我们知道，一个碳原子的相对原子质量为12，一个氢原子的相对原子质量为1，一个氧原子的相对原子质量为16，因此，一个葡萄糖的相对分子质量为180，而葡萄糖的相对分子质量却等于葡萄糖的摩尔质量，即葡萄糖的摩尔质量为180g/mol。

所以，运动员跑出1m后消耗掉体内的葡萄糖质量为m，则有m=△Ek/E×180g/mol，带入数值得出运动员消耗掉体内的葡萄糖m≈0.28g。

所以说，能量即不会凭空的产生，也不会凭空的消失，它只在一个物体或系统内进行转移或转化，从而保持着平衡，这就是自然界中三大定律之一的能量守恒定律。


本文版权归原作者今日头条所有，如有侵权请联系管理员删除，原文地址：https://www.toutiao.com/a6678594547640959492/