今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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人間のエネルギー効率は,どれくらい?~エアロバイクによる実験
【今日の料理】 2011/4/23 夕食
 今日は,妻のリクエストで,マーボー豆腐を作りました.ちょっと塩辛くなってしまいましたが,上々の出来で,妻には好評でした.


★米飯,十穀入り

★みそ汁,キャベツ・大根

★マーボー豆腐
 手作りマーボー豆腐です.レトルト調味料は,高いので,[1]のレシピを参考に,作りました.今回は,ネギの代わりに,ニラを使用しました.ポイントは,①挽肉を炒めるときに油を加えて,挽肉がダマになるのを防ぐこと,②最後の仕上げに油を加えて,豆腐を高温にすることで,豆腐の食感をプルプルにすること,とのことです.
 テンメンジャンがなかったので,代わりに味噌を使ったのですが,そのせいか,塩辛くなってしまいました.しかし,ご飯のおかずとしては丁度よく,おいしく頂けました.
[1]NHKためしてガッテン;新ガッテン流マーボー豆腐の作り方・油減らしバージョン
 http://www9.nhk.or.jp/gatten/recipes/R20070214_01.html

★ゆでブロッコリー

★お助け食材(購入品)
・くるみ小女子

【今日の料理工学】 人間のエネルギー効率は,どれくらい?~エアロバイクによる実験
 前回まで,カロリーについて,調べてきました.
 人間が,何か作業をするときには,カロリーを消費します.では,このカロリーのうち,どれくらいが,有効な仕事として活用されるのでしょうか?いわば,人間のエネルギー効率について,今回は,考察してみます.

 人間の作業には,様々なものがありますが,もっとも単純な,物理学的な仕事に,注目します.物理学的な仕事は,仕事[J]=力[N]×距離[m],で,表せます.
 人間が外部にする,物理学的な仕事を測定し,そのときの消費カロリーを調べれば,外部にした仕事÷消費カロリーによって,人間のエネルギー効率が,計算できると考えられます.

 今回は,近所のスポーツジムにあるエアロバイク(LifeFitness,型式不明;文献[2]参照)を実験装置として,人間のエネルギー効率を調べてみました.この装置は,以下の機能を備えています.
 ・ペダルの負荷を,調整できる(20段階).
 ・現在のペダルの負荷が,「ワッツ」という値で表示される.この値は,SI単位系で単位時間あたりの仕事を表す単位「W(ワット)」を示していると思われる(文献[2]の,ワッツに関する説明文の「The expression of the mechanical rate of work (power output) for a device, such as a cardiovascular machine. 」から.).
 ・走行中に,消費カロリー[kcal]が表示される.
 ・走行中に,ペダルの回転数[rpm]が表示される.
[2]LifeFitness;製品情報
 http://jp.commercial.lifefitness.com/

 この装置を用いれば,人間の消費カロリーと,外部にした仕事を,同時に測定できます.すなわち,一定時間の運動の後に,以下を実施します.
 ・装置に表示されるカロリー値[kcal]を読み取る.この値が,人間の消費カロリーEinである.
 ・装置に表示される「ワッツ」値[W]×運動した時間[s]により,外部にした仕事Eoutを計算する.
 なお,1cal=4.2Jにより,熱量はSI単位「J(ジュール)」に換算しました.

 運動の条件は,以下の通りです.
 ・ワッツ値=87,95,103,115,129[W]
 ・運動時間=各ワッツ値で,25[min]ずつ

 以上により,消費カロリーと外部にした仕事を調べた結果を,図1に示します.
<図1>
z20110423z1.jpg

 この結果から,

 外部にした仕事÷消費カロリー≒0.2

となっています.これは,かなり,驚くべき結果です.消費カロリーのうち,わずか20%しか,外部に有効な仕事として出力されていないのです.残り80%は,熱として逃げてしまっているということでしょうか.確かに,エアロバイクでの運動中は,汗ダラダラですが(129Wは,特に辛かったです).エアロバイクをこぐ目的は,熱を出すため,と,考えたほうがよいかもしれません.

 ただ,ガソリン車の燃費効率が約20%らしい[3]ので,まずまずの効率と,いえなくもありません.

[3]日産自動車;ガソリン車の燃費向上
 http://www.nissan-global.com/JP/ENVIRONMENT/CAR/FUEL_COST/GASOLINE/index.html


(補足)
 「ワッツ」が「W」を表している,という推定が怪しげなので,念のために,検算してみます.
 今回使用した装置では,ペダルの長さ=0.2mでした.また,ペダルの回転数は,平均的に,60rpm(=1s^-1)程度です.この装置で,100Wの出力を出すために,ペダルに加えるべき力をF[N]とすると,次式が成り立ちます.
 2×π×0.2[m]×F[N]×1[s^-1]=100[W]
 したがって,F=79.6N,となります.これは,約8kgfですから,足で押し込む力としては,まあそんなもんか,というところです.
 以上の確認から,「ワッツ」を「W」が表している,というのは,そう大きな誤りではなさそうです.


【今回の結論】
 エアロバイクをこぐとき,人間の消費カロリーのうち,有効な仕事として出力されるのは,約20%でした.
 つまり,この作業に関しては,人間のエネルギー効率は,20%程度と考えられます.


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同じ事に興味を持って検索して来ました。単にマシンの消費カロリーの計算ロジックがワッツ÷20%になっているだけな気もしますが、そうだとしても20%には何かしらの根拠があるはずですよね。
| URL | 2014/03/02/Sun 14:23 [編集]
コメントありがとうございます。

 消費カロリーの計算根拠としては、「メッツ(METS)」などが有名なようです。これは、実験に基づいているようです。
http://juststand.org/Portals/3/literature/compendium-of-physical-activities.pdf

 上の文献によると、「メッツ」は、1時間あたり、体重1kgあたりの消費カロリー[kcal]です。サイクリングの場合、強度により4~10メッツ程度だそうです。たとえば、私の体重55kgf×時間(25/60)hr×8メッツ=183kcal=770kJ、となります。これは、マシンの表示値700~1000kJと、おおむね一致しています。

 また、実験的に消費カロリーを求める方法は、「Weirの簡易式」が知られています。酸素消費量と二酸化炭素生成量を測定して、計算するようです。詳しくは、下の記事に書きました。
 http://lglink.blog81.fc2.com/blog-entry-61.html
マツジョン | URL | 2014/03/02/Sun 18:16 [編集]



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