Gęstość ludzkiego ciała jest ważną cechą zdrowia organizmu, dlatego warto wiedzieć, jak ją obliczyć. Co więcej, ta wartość ma fundamentalne znaczenie w niektórych dyscyplinach sportowych. Przyjrzyjmy się bliżej temu zagadnieniu w artykule.
Gęstość jako wielkość fizyczna
W fizyce gęstość jest rozumiana jako współczynnik, który łączy masę i objętość ciała w jedną równość. Wzór na tę wielkość to: ρ=m/V. Oznacza to, że można go obliczyć, jeśli dokładnie znasz masę mierzonego obiektu i objętość, jaką zajmuje w przestrzeni.
Ponieważ masa jest mierzona w kilogramach, a objętość w metrach sześciennych, jednostkami gęstości będą kg/m3 lub g/cm3.
Średnia gęstość ciała ludzkiego i stan zdrowia
Zanim przejdziemy do rozważań na temat ludzkiej gęstości, należy przypomnieć, że nasze ciało składa się z następujących podstawowych tkanek:
- tłusty;
- muskularny;
- Kość.
Każdy z nichzawiera wodę. Najmniej płynu znajduje się w kościach, a następnie w tkance tłuszczowej. Mięśnie zawierają najwięcej wody. Jeśli odejmiemy wagę tkanki tłuszczowej od całkowitej masy osoby, otrzymamy wynik, który powszechnie nazywamy beztłuszczową masą ciała.
W latach 60. ubiegłego wieku, w wyniku badania wysuszonych zwłok trzech białych ludzi, naukowcy odkryli, że ich średnia gęstość tłuszczu wynosiła 0,901 g/cm3, ta wartość suchej masy wyniosła 1,100 g/cm3. Jednak późniejsze badania wykazały, że gęstość suchej masy faktycznie waha się od 1,082 g/cm3 do 1,113 g/cm3.
Co mówią te dane? To proste, im niższa średnia gęstość osoby, tym więcej tłuszczu zawiera jego ciało, co oznacza większe ryzyko chorób sercowo-naczyniowych.
Konkretna liczba dla gęstości
Trudno podać konkretną wartość wartości gęstości, po której możemy powiedzieć, że jest to normalne. Wynika to z ogromnej liczby czynników wpływających na jego wartość. Tutaj należy wziąć pod uwagę skład mineralny kości, masę mięśniową, masę tkanki tłuszczowej, których wartości różnią się w zależności od wieku, płci i indywidualnych cech organizmu.
Niemniej jednak niektóre dane zebrane z wielu źródeł literackich mogą być cytowane. Niektóre z nich podają średnią gęstość ciała człowieka na poziomie 1070 kg/m3. Inni twierdzą, że jego minimalne wartości to 930-940 kg/m3. Takie rozłożenie wartości wiąże się z jednym prostymfakt: gęstość osoby może znacznie się zmniejszyć, jeśli wypełni płuca powietrzem. Tak więc gęstość ludzkiego ciała wynosząca 1070 kg/m3 wskazuje, że całkowicie wydychał powietrze z płuc, a wręcz przeciwnie, wartość 930 kg/m 3 uzyskano przy pełnym oddechu.
Jak obliczana jest gęstość zaludnienia?
Jak wspomniano powyżej, w tym celu należy zmierzyć masę i objętość ciała. Z masą nie ma problemów, wystarczy stanąć na wadze i od razu uzyskać dokładną wartość w kilogramach. Pomiar objętości jest bardziej skomplikowany.
Objętość ciała o absolutnie dowolnym złożonym kształcie można dokładnie określić po zanurzeniu go w cieczy, na przykład w wodzie. Wtedy ilość cieczy wypartej przez całkowicie zanurzony korpus będzie dokładnie równa pożądanemu wskaźnikowi. Ta właściwość służy do określenia objętości osoby siedzącej na specjalnym krześle, poproszonej o wydychanie masy powietrza z płuc, a następnie zanurzonej w wodzie. Mierząc jego wagę pod wodą, można uzyskać odpowiednią liczbę do określenia pożądanego wskaźnika.
Gęstość i zdolność pływania człowieka
Jak wspomniano powyżej, jeśli osoba bierze głęboki oddech, jej średnia gęstość spada poniżej 1 g/cm3. Z kolei z prawa Archimedesa wynika, że jeśli średnia gęstość ciała przekroczy tę wartość dla cieczy, w której się znajduje, to ciało to nieuchronnie zatonie. Gęstość świeżej wody wynosi 1 g/cm3, więc jeśli osoba napełni płuca powietrzem, nigdy nienie utonie. Zwróć uwagę, że woda morska zawiera dużą ilość soli, które zwiększają jej gęstość. W niektórych przypadkach wzrost ten przekracza wartość 1070 kg/m3, dzięki czemu człowiek może leżeć w takiej wodzie bez obawy utonięcia nawet przy pełnym wydechu. Uderzającym przykładem jest Morze Martwe, gęstość wody w nim wynosi 1240 kg/m3.
Ciekawe jest również rozważenie kwestii tej pozycji z punktu widzenia płci danej osoby. Ciało kobiety zawiera średnio więcej tkanki tłuszczowej niż samiec. Tłuszcz jest stosunkowo cienkim materiałem (0,901 g/cm3), co oznacza, że płeć piękna może łatwiej unosić się na wodzie niż mężczyźni.
Średnia gęstość mężczyzny i kobiety: obliczenia
Powyższe wartości wskazują, że podczas wydechu średnia gęstość ludzkiego ciała wynosi 1070 kg/m3. Jednak ta wartość nie jest określona dla kobiet i mężczyzn. W tym akapicie artykułu postaramy się uzyskać go dla każdej płci na podstawie powyższych liczb. Weź również pod uwagę, że w zdrowym stanie procent tkanki tłuszczowej u mężczyzny wynosi 15,5%, a dla kobiety jest to 22,5% (te wartości są średnimi dla odpowiednich norm).
Najpierw zdobądźmy wzór na średnią gęstość. Niech masa ludzkiego ciała to m kg, wtedy masa tłuszczu w nim będzie równa pm, a sucha masa będzie równa (1-p)m, gdzie p to procent tkanki tłuszczowej. Objętość ludzkiego ciała wynosisuma tłuszczu i suchej masy. Biorąc pod uwagę wzór podany na początku artykułu, otrzymujemy: V=pm/ρ1 + (1-p)m/ρ2, gdzie ρ1 i ρ2 oznaczają odpowiednio gęstość tłuszczu i suchej masy. Teraz możemy obliczyć średnią gęstość całego ciała, mamy: ρ=m/(pm/ρ1 + (1-p)m/ρ 2)=1/(p/ρ1 + (1-p)/ρ2).
Zważywszy, że ρ1=0,901 g/cm3 i ρ2=1,1 g/cm3 (wartości podano powyżej w artykule), następnie zastępując procent tkanki tłuszczowej dla mężczyzn i kobiet, otrzymujemy:
- dla mężczyzn: ρ=1/(0, 155/0, 901 + (1-0, 155)/1, 1)=1,064 g/cm3lub 1064 kg/cm3;
- dla kobiet: ρ=1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1)=1,048 g/cm3lub 1048 kg/cm 3.
Obliczone wartości są bliskie 1070 kg/m3. Każda osoba, znając procentową zawartość tkanki tłuszczowej w swoim ciele, może wykorzystać powyższy wzór do obliczenia swojej średniej gęstości ciała. Przypomnij sobie, że ta wartość odpowiada stanowi, w którym osoba wykonała maksymalny wydech.
