エアーバイクの負荷の単位にはワットが表示されています。
１００ワットはだいたい２５キロメートル／時で自転車を漕いでいる負荷に相当します。
エアーバイクは心拍数も計測するの、その負荷はその人に合わせて調節できます。
自転車を時速２５キロで３０分漕いで１２．５キロメーター進むのを
模擬的に室内で体験できるというエアーバイクです。
その消費エネルギーとワット表示はどういう関係でしょうか？
物理の観点からワットとエネルギーを結ぶ付けてみようと思います。
５０W（ワット）のエアーバイクを漕いでいると、
消費カロリーは200キロカロリー／時ぐらいだと表示されます。
５０ワットは、１００ボルトの電圧で、０．５Aアンペアの電流がする仕事？
ワットは電球などに３０ワット、６０ワット、１００ワットなどと表示されているのをご存知の人が多いと思います。
日本の一般家庭では１００ボルト電圧です。
３０ワットでは０．３A（アンペア）、１００ワットでは１アンペアの電流が
電球に流れて、熱と光を発して仕事をしてくれます。
このときのワットは、電流×電圧ですが、
ワット時として仕事の単位にもなっています。
ワットはジュールとイコールの関係があります。
ジュールとは、熱を含む仕事の単位です。
１ワット秒が１ジュールです。
通常ワットは時でされるので、
１ワット時は３６００ジュールです。
およそ４．２ジュールが１カロリー
１ジュールがおよそ０．２４カロリーです。
ジュールもカロリーも熱も仕事も表す単位です。
カロリーは食品などに関係するエネルギー単位で、
成人男子は３０００キロカロリー程度を毎日、たべものから摂取して消費しています。
ここで、自転車の５０ワット時を再び考えます。
３６００ジュールはおよそ９００カロリー。
５０ワット時は１８００００ジュールつまり、１８０キロジュール
これが、４３キロカロリー／時のことです。
ここで、自転車は５０ワット。４３キロカロリーの仕事しかしてないのに、
消費カロリーは１８０キロカロリーと表示されているという謎が見つかります。
人間は、１００の仕事をするのに４００のカロリーを消費するという効率の悪い
動きをしているのではないかという想像ができます。
 |
ねこさん@進化させたフェニーチェでどこ行こう@CAT_san9 |
８０ワットで時速１８キロ程で１時間でおよそ３００キロカロリーを消費します。
これは６０キログラムの人の体重を１時間で１８０００メーター移動させる仕事で、
仕事は、力にその力の方向に動いた距離をかけたもの、仕事率は、力にその方向に動く速さをかけたものになります。
それをここで、計算すると、
力Ｆ×１８キロメーターが仕事。
力に時速１８キロ／時を掛けると仕事率。
18[km/h]=5[m/s]
としてメートルと秒に単位をそろえます。
仕事率が５０ワットであるので、
Ｆ×５＝５０で
Ｆ＝１０
ここでの力１０の単位はニュートンＮです。
およそ１０キロの重りを手で支え続ける力です。
その力を足で漕ぐときの負荷で、実際は自転車が進むときの空気や地面の抵抗や高低差を上がるときの位置エネルギーの増加に使います。
しかし、エアーバイクでは空気抵抗はなく、地面の抵抗も、高低差もないので、
負荷ゼロにすれば漕ぐ力はほとんど必要ありません。
１０キログラムの重りを支える程度の力が足に加わるように、負荷が抵抗として設定してあるわけです。
これまでのエアーバイクの消費カロリーと仕事率の関係の考察が正しいかどうか、
私も、実は自信がありません。
特に、している仕事と消費カロリ－の関係が不安です。
そんなに効率が悪い仕事で、消費カロリーが大きいのに、仕事はちっともしていないという状態がふつうなんでしょうか？？
人間は完全な物理機械ではないので、１００％の効率で仕事と消費カロリーがイコールでないのは、なんとなく分かりますが、
２０％程度の効率は低すぎるような気もします。
結論
エアーバイクは８０ワットで時速１８キロぐらい。
時速１８キロを３０分ぐらい漕ぐと１５０キロカロリーぐらい消費する。
その仕事は４０から５０キロカロリー程度。
カロリーとジュールは仕事の単位
ワットは仕事率の単位。