Плътността на човешкото тяло е важна характеристика на здравето на тялото, така че е полезно да знаете как да я изчислите. Освен това тази стойност е от основно значение в някои спортове. Нека разгледаме по-отблизо този въпрос в статията.
Плътност като физическа величина
Във физиката плътността се разбира като коефициент, който свързва масата и обема на тялото в едно-единствено равенство. Формулата за това количество е: ρ=m/V. Тоест може да се изчисли, ако знаете точно масата на измервания обект и обема, който той заема в пространството.
Тъй като масата се измерва в килограми, а обемът е в кубични метри, единиците за плътност ще бъдат kg/m3 или g/cm3.
Средна плътност и здраве на човешкото тяло
Преди да преминем към разглеждането на човешката плътност, трябва да припомним, че нашето тяло се състои от следните основни тъкани:
- мазни;
- мускулна;
- кост.
Всеки от тяхсъдържа вода. Най-малко течност се намира в костите, след това в мастната тъкан. Мускулите съдържат най-много вода. Ако извадите теглото на мастната тъкан от общата маса на човек, ще получите цифра, която обикновено се нарича чиста телесна маса.
През 60-те години на миналия век, в резултат на изследване на изсушените човешки трупове на трима бели хора, учените установиха, че тяхната средна плътност на мазнините е 0,901 g/cm3, беше установено, че тази стойност на сухото тегло е 1,100 g/cm3. По-късни проучвания обаче показват, че плътността на сухата маса всъщност варира между 1,082 g/cm3 до 1,113 g/cm3.
Какво казват тези данни? Просто е, колкото по-ниска е средната плътност на човек, толкова повече мазнини съдържа тялото му, което означава, че е по-висок рискът от сърдечно-съдови заболявания.
Специфична цифра за плътност
Трудно е да се даде конкретна стойност на стойността на плътността, с която можем да кажем, че тя е нормална. Това се дължи на огромен брой фактори, влияещи върху стойността му. Тук трябва да се вземе предвид минералният състав на костите, мускулната маса, теглото на мастната тъкан, чиито стойности варират в зависимост от възрастта, пола и индивидуалните особености на тялото.
Въпреки това, някои данни, събрани от редица литературни източници, могат да бъдат цитирани. Някои от тях дават цифра за средната плътност на човешкото тяло от 1070 kg/m3. Други казват, че минималните му стойности са 930-940 kg/m3. Такова разпространение на ценности е свързано с едно простофакт: плътността на човек може да намалее значително, ако напълни белите си дробове с въздух. По този начин, плътността на човешкото тяло от 1070 kg/m3 показва, че той напълно е издишал въздух от белите си дробове, напротив, стойността от 930 kg/m 3 получени с пълен дъх.
Как се изчислява човешката плътност?
Както бе споменато по-горе, за това трябва да измерите масата и обема на тялото. Няма проблеми с масата, просто трябва да застанете на кантара и веднага да получите точната стойност в килограми. Измерването на обема е по-сложно.
Обемът на тяло с абсолютно всяка сложна форма може да се определи точно, ако е потопено в течност, например във вода. Тогава количеството течност, изместено от напълно потопено тяло, ще бъде точно равно на желания индикатор. Това свойство се използва за определяне на обема на човек, който е седнал на специален стол, помолен да издиша теглото на въздуха от белите дробове и след това се потапя във вода. Като измерите теглото му под вода, можете да получите подходящата цифра, за да определите желания индикатор.
Плътност и човешка способност за плуване
Както е отбелязано по-горе, ако човек поеме дълбоко въздух, тогава средната му плътност пада под 1 g/cm3. От своя страна от закона на Архимед следва, че ако средната плътност на едно тяло надвишава тази стойност за течността, в която се намира, то това тяло неизбежно ще потъне. Плътността на прясната вода е 1 g/cm3, така че ако човек напълни дробовете си с въздух, той никога няма даняма да се удави. Имайте предвид, че морската вода съдържа голямо количество соли, които увеличават нейната плътност. В някои случаи това увеличение надхвърля стойността от 1070 kg/m3, така че човек може да лежи в такава вода без страх да се удави дори при пълно издишване. Ярък пример е Мъртво море, плътността на водата в него е 1240 kg/m3.
Любопитно е също да разгледаме въпроса за този артикул от гледна точка на пола на човека. Средно женското тяло съдържа повече мастна тъкан от мъжкото. Мазнините са относително тънък материал (0,901 g/cm3), което означава, че представителките на нежния пол могат да плават по-лесно от мъжете.
Средна плътност на мъж и жена: изчисление
Горните стойности показват, че при издишване средната плътност на човешкото тяло е 1070 kg/m3. Тази стойност обаче не е посочена за жени и мъже. В този параграф на статията ще се опитаме да го получим за всеки пол, въз основа на фигурите по-горе. Също така имайте предвид, че в здраво състояние процентът телесни мазнини при мъжа е 15,5%, а за жената тази цифра е 22,5% (тези стойностиса средни стойности за съответните нормални граници).
Нека първо вземем формулата за средната плътност. Нека масата на човешкото тяло е m kg, тогава масата на мазнините в него ще бъде равна на pm, а сухата маса е равна на (1-p)m, където p е процентът на мастната тъкан. Обемът на човешкото тяло есума от мазнина и суха маса. Имайки предвид формулата, дадена в началото на статията, получаваме: V=pm/ρ1 + (1-p)m/ρ2, където ρ1 и ρ2 са съответно плътността на мазнините и сухата маса. Сега можем да изчислим средната плътност на цялото тяло, имаме: ρ=m/(pm/ρ1 + (1-p)m/ρ 2)=1/(p/ρ1 + (1-p)/ρ2).
Като се има предвид, че ρ1=0,901 g/cm3 и ρ2=1,1 g/cm3 (стойностите са дадени по-горе в статията), след което замествайки процента телесни мазнини за мъже и жени, получаваме:
- за мъже: ρ=1/(0, 155/0, 901 + (1-0, 155)/1, 1)=1, 064 g/cm3или 1064 kg/cm3;
- за жени: ρ=1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1)=1,048 g/cm3или 1048 kg/cm 3.
Изчислените стойности са близки до 1070 kg/m3. Всеки човек, знаейки процента телесна мазнина в тялото си, може да използва горната формула, за да изчисли собствената си средна телесна плътност. Припомнете си, че тази стойност съответства на състоянието, когато лицето е направило максимално издишване.
