Как узнать плотность человека
Плотность человеческого тела: среднее значение для мужчин и женщин
Плотность человеческого тела является важной характеристикой здоровья организма, поэтому полезно знать, как ее вычислять. Более того, эта величина имеет принципиальное значение в некоторых видах спорта. Рассмотрим подробнее этот вопрос в статье.
Плотность, как физическая величина
В физике под плотностью понимают коэффициент, связывающий в единое равенство массу и объем тела. Формула для этой величины имеет вид: ρ = m/V. То есть ее можно вычислить, если точно знать массу измеряемого объекта и объем, который он в пространстве занимает.
Вам будет интересно: Физиогномика губы: определение характера человека, особенности, фото с описанием
Средняя плотность человеческого тела и здоровье
Вам будет интересно: Тиогликолевая кислота: вред и применение
Перед тем, как перейти к рассмотрению плотности человека, необходимо напомнить, что наше тело состоит из следующих основных тканей:
Каждая из них содержит в себе воду. Меньше всего жидкости находится в костях, затем, в жировой ткани. Больше всего воды содержат мышцы. Если из полной массы человека вычесть вес жировой ткани, то получится цифра, которую принято называть сухой массой тела.
В 60-е годы прошлого века в результате изучения высушенных человеческих трупов трех белых людей ученые установили, что средняя плотность жира у них составляла 0,901 г/см3, эта величина для сухой массы оказалась равной 1,100 г/см3. Тем не менее, более поздние исследования показали, что плотность массы сухой в действительности варьируется в пределах 1,082 г/см3 до 1,113 г/см3.
О чем говорят эти данные? Все просто, чем меньше средняя плотность человека, тем больше в его теле содержится жира, а значит, тем выше риски возникновения сердечнососудистых заболеваний.
Конкретная цифра для плотности
Конкретное значение величины плотности, по которой можно сказать, что она является нормальной, привести затруднительно. Связано это с огромным числом факторов, влияющих на ее значение. Здесь следует учитывать минеральный состав кости, мышечную массу, вес жировой ткани, значения которых варьируются в зависимости от возраста, пола и индивидуальных особенностей организма.
Тем не менее можно привести некоторые данные, собранные из ряда литературных источников. Одни из них выдают цифру для средней плотности человеческого тела 1070 кг/м3. Другие говорят, что ее минимальные значения равны 930-940 кг/м3. Такой разброс значений связан с одним простым фактом: плотность человека может значительно уменьшиться, если он наполнит свои легкие воздухом. Так, плотность человеческого тела 1070 кг/м3 говорит о том, что он полностью выдохнул воздух из легких, наоборот, значение 930 кг/м3 получается при полном вдохе.
Как рассчитывают плотность человека?
Как было выше сказано, для этого следует измерить массу и объем тела. С массой не возникает никаких проблем, достаточно лишь встать на весы и сразу же получить точное значение в килограммах. С измерением объема дело обстоит сложнее.
Объем тела абсолютно любой сложной формы можно точно определить, если погрузить его в жидкость, например, в воду. Тогда количество жидкости, которое вытеснило полностью погруженное тело, будет точно равно искомому показателю. Это свойство используют для определения объема человека, которого садят на специальный стул, просят выдохнуть вес воздух из легких, а затем, погружают в воду. Измерив его вес под водой, можно получить соответствующую цифру для определения нужного показателя.
Плотность и плавательная способность человека
Как выше было отмечено, если человек делает глубокий вдох, то его средняя плотность падает ниже 1 г/см3. В свою очередь из закона Архимеда следует, что если средняя плотность тела превышает это значение для жидкости, в которой оно находится, то это тело неминуемо будет тонуть. Плотность пресной воды составляет 1 г/см3, поэтому если человек наполнит свои легкие воздухом, то он никогда не утонет. Заметим, что морская вода содержит большое количество солей, которые повышают ее плотность. В некоторых случаях это повышение превышает значения 1070 кг/м3, поэтому человек может лежать в такой воде, не боясь утонуть даже при полном выдохе. Ярким примером является Мертвое море, плотность воды в нем составляет 1240 кг/м3.
Средняя плотность мужчины и женщины: расчет
Приведенные выше значения указывают, что при выдохе, средняя плотность человеческого тела составляет 1070 кг/м3. Однако не указана эта величина для женщин и мужчин. В этом пункте статьи попытаемся получить ее для каждого пола, основываясь на приведенных выше цифрах. Также учтем, что в здоровом состоянии процентное содержание жира в организме мужчины составляет 15,5%, а для женщины эта цифра равна 22,5% (эти значения являются средними для соответствующих нормальных пределов).
Учитывая, что ρ1 = 0,901 г/см3 и ρ2 = 1,1 г/см3 (значения приведены выше в статье), то подставляя данные процента жира для мужчин и женщин, получим:
Рассчитанные значения лежат близко к числу 1070 кг/м3. Каждый человек, зная процентное содержание жира в своем организме, может использовать приведенную формулу, чтобы рассчитать собственную среднюю плотность тела. Напомним, что эта величина соответствует состоянию, когда человек сделал максимальный выдох.
Измерение плотности человека
Измерение плотности человека
Министерство Науки и Образования Российской Федерации
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Выполнил ученик 9А класса
Введение
Актуальность работы: тело человека состоит из скелета, мышц, костей, жира, полых органов и другого.
Меня заинтересовал вопрос, чему равна плотность человека.
Цель данной работы — определить плотность тела человека.
Измерить массу человека; Определить объем тела; Вычислить плотность тела; Предложить способы изменения плотности человека.
Плотность будем определять, применяя экспериментальный метод
Плотность человека
Средняя плотность тела человека около 1 г/см3. В менее привычных единицах плотности это составляет 1 кг/л. Из этого следует, что масса человека в килограммах численно равна объему его тела в литрах. Например, человек массой 75 кг имеет объем тела около 75 л. Именно такой объем воды выльется на пол при погружении в ванну, наполненную до краев.
Как это ни обидно, но каждый из нас примерно на 70% состоит из обычной воды. Поэтому бытующее в народе мнение, что если человека сильно ударить, то от него «одно мокрое место» останется, имеет под собой вполне научную основу.
Таблица показывает из чего мы состоим на самом деле и какова плотность этих компонент.
Отношение массы компоненты к массе тела, %
Плотность ткани, 1000 кг/м3
Большую часть нашего тела составляют мышцы. Так как их плотность больше плотности воды, то при плавании они должны тянуть нас на дно. Еще больше, как следует из таблицы, нас тянут на дно наши кости. Кажется, что только жировая прослойка может спасти нас от быстрой гибели.
Однако это не совсем верно. Внутри каждого человека есть воздушный мешок – легкие. Объем воздуха в легких человека может изменяться от 1 л (при глубоком выдохе) до 6 л (при глубоком вдохе).
Так как плотность воздуха приблизительно в 800 раз меньше, чем у воды, то каждый литр воздуха в наших легких по закону Архимеда создает подъемную силу около 9,8 Н. Соответственно плотность тела человека ρ изменяется от 940-990 кг/м3 при полном вдохе до 1010-1070 кг/м3 при полном выдохе.
Расчеты средней плотности человеческого тела
Чтобы вычислить плотность, нужно знать массу тела и объем. Плотность вычисляется по формуле . Свою массу я определил на весах. Она оказалась равна 59 кг.
Объем тела я определял двумя способами.
1 способ. Воспользуемся фактом, который отметил еще Архимед: погрузившись полностью в ванну, человек вытеснит по объему воды ровно столько, каков объем его тела.
Заметим уровень воды в ванне до и после погружения. Отметки сделаем цветным мелком.
Затем определим объем воды между этими двумя уровнями, подсчитав, сколько литровых кружек воды необходимо вылить в ванну, чтобы вода поднялась от первого отмеченного нами уровня до второго. Проделав этот эксперимент, я определил, что обьем моего тела V1 равен 57 литровых банок, т. е. 57 литров или 0.057 м3
2 способ. Заметить по часам, за сколько времени струя воды из крана наполняет одну литровую кружку и сколько времени эта же струя воды будет наполнять ванну до верхнего отмеченного уровня. В нашем эксперименте получилось, что литровая банка наполняется водой за 12с, а время, за которое вода наливается равняется 700с. По этим данным определим объем тела V2 == 700:12 = 58,3 литра или 0.0583 м3
Найдём среднее значение объёма тела человека V = (V1+V2):2 = (0.057+ 0,0583):2=0.0577 м3. Вычислим плотность: ρ = 59: 0,0577= 1022кг/м3
Дата создания: 2015/04/27
Принимая участие в проекте «Познание и творчество» национальной образовательной программы «Интеллектуально творческий потенциал России», в задачах 1 тура олимпиады по физике мы получили задание: «Предложите способ и по возможности определите объем и плотность вашего тела». После ответа на этот вопрос возникла идея рассмотреть данную проблему подробно. Изучив школьные учебники физики и доступную научную литературу, мы обнаружили около 15 методов определения плотности тела человека, но выбрали из них только три способа, выполнимых в бытовых условиях. Проведя серии измерений этими методами, обнаружили, что каждый раз получаются разные ответы, но близкие к единице. С самого начала было ясно, что плотность тела будет близка к плотности воды, так как в противном случае человек никогда не смог бы плавать. Однако различия в ответах навели на мысль, что плотность тела у каждого человека носит индивидуальный характер. Была поставлена цель: найти эффективные методы измерения плотности тела человека, вычислить её, определить причины различия в плотности тел разных людей и последствия этих отклонений.
Исследовали плотность у воспитанников детского сада №2499 г. Москвы, школьников ГОУ ЦО№1462 и членов их семей. Измерения проводились в бассейне детского сада, в квартирных ваннах и в бочках.
Проведенные нами измерения позволили сделать вывод о том, что плотность тела человека зависит от возраста, пола, телосложения и наследственных признаков. Было также обнаружено, что у людей пенсионного возраста плотность тела меньше, чем у школьников. Этот факт привел нас к ознакомлению с таким заболеванием, как остеопороз. И обнаружилось, что диагностировать наличие этого заболевания можно, но эта процедура достаточно дорогая. Для людей пенсионного возраста очень проблематично тратить большие деньги на эту процедуру, если нет уверенности, что она необходима. Это делает нашу работу актуальной, так как даёт возможность школьникам помочь своим родственникам оценить склонность к этому заболеванию, застать эту болезнь на ранних стадиях или предотвратить лишние траты денег при нормальных значениях плотности.
Плотность тела и всё связанное с этим изучается в седьмом классе. В учебнике физики сказано, что плотность – это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объёму.
Вывод формулы для силы Архимеда приведён как в учебной, так и в научной литературе. Наиболее наглядное изложение приведено в онлайн энциклопедии Эверест:
«Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.
Кубик с ребром a погружен в воду, причем и вода, и кубик неподвижны. Известно, что давление в тяжелой жидкости увеличивается пропорционально глубине – очевидно, что более высокий столбик жидкости более сильно давит на основание. Гораздо менее очевидно (или совсем не очевидно), что это давление действует не только вниз, но и в стороны, и вверх с той же интенсивностью – это закон Паскаля.
Если рассмотреть силы, действующие на кубик, то, очевидно, силы, действующие на противоположные боковые грани, равны и противоположно направлены – они стараются сжать кубик, но не могут влиять на его равновесие или движение. Остаются силы, действующие на верхнюю и на нижнюю грани.
За прошедшие века, с развитием науки и техники, появились новые возможности измерения плотности тел и, конкретно, тела человека. В настоящее время существует несколько направлений исследования человеческого тела: антропометрические методы, биофизические методы и методы на основе измерения плотности и объёма тела.
Заинтересовавшие нас методы в научной литературе называются: гидростатическая денситометрия, волюминометрия и воздушная плетизмография.
Теплопроводность и плотность человека, теплофизические свойства биотканей
В таблице представлены теплофизические свойства тканей и органов тела здорового человека, такие как: плотность, теплоемкость и теплопроводность. Рассмотрены свойства следующих тканей человека: кожа, мышцы, кровь, жир, мозг и тело человека в среднем.
Средняя теплопроводность тела человека равна 0,48 Вт/(м·град). Это значение близко к теплопроводности воды, что не удивительно. Следует отметить, что кожа и жир человека имеют теплопроводность намного ниже, чем другие основные органы и ткани. Более низкая теплопроводность кожи и подкожного жира человека позволяет телу сохранять тепло.
Сохранению тепла и поддержанию нормальной температуры тела также способствует достаточно высокая удельная теплоемкость крови и кожи человека. Кроме того, средняя удельная теплоемкость тела человека равна 3350 Дж/(кг·град). Это значение меньше теплоемкости воды. Однако, теплоемкость тела довольно высокая величина, и человек долго сохраняет тепло.
Следует также отметить, что температуропроводность кожи составляет величину 0,0008…0,001 см 2 /с, вязкость крови человека в 4,5…5 раз больше вязкости воды, а плазма крови в 1,7…2,2 раз более вязкая, чем вода.
Таблица физических свойств биотканей человекаБиоткань человека | Плотность, кг/м 3 | Теплоемкость, Дж/(кг·град) | Теплопроводность, Вт/(м·град) |
---|---|---|---|
Эпидермис | 1200…1600 | 3600…3700 | 0,21…0,27 |
Дерма | 1000…1200 | 3200…3800 | 0,45…0,53 |
Кожа | — | 2930…3445 | 0,45…0,5 |
Кровь | 1050…1062 | 3600…3900 | 0,53…0,55 |
Плазма крови | 1025…1035 | — | — |
Эритроциты крови | 1090 | — | — |
Жировая ткань | 850…917 | 2250…2300 | 0,2 |
Мозг | — | 3352 | 0,5 |
Миокард | — | 3730 | — |
Мягкие ткани и мышцы | — | 3360 | 0,5 |
Печень | — | — | 0,43 |
Почка | — | — | 0,47 |
Селезенка | — | — | 0,46 |
Тело человека в среднем | 1036 | 3350 | 0,48 |
Плотность человека
Исследование
Гипотеза
Плотность воды близка к плотности воды и зависит комплекции человека.
Оборудование и материалы
Обоснование
Физика- наука экспериментальная, и выполнение практических и лабораторных работ взывает у ребят большой интерес к познанию окружающего мира и самих себя. Именно ГлобалЛаб позволяет получать эти новые знания и научит обобщать их.
Протокол проведения исследования
Для того чтобы определить среднюю плотность своего тела нам понадобиться запастись сантиметровой лентой, весами, калькулятором и листком бумаги.
Итак, Вам скорее всего известна формула по которой рассчитывается плотность.
Нам для того чтобы рассчитать плотность прежде всего необходимо определить объем тела. Это сама сложная часть исследования, но Вы с ней справитесь. Я не сомневаюсь!
1. Обозначим обхват головы буквой l. Определим обхват головы используя сантиметровую ленту.
2. Рассчитаем объем головы, используя формулу объема шара.
4. Рассчитаем объем тела по следующей формуле:
6. Теперь сложим объемы и получим объем всего тела. Не забывайте, что руки и ноги у нас по две.
7. Нам остается только измерить свою массу с помощью весов (помним, что масса это m).
8. И рассчитать плотность (см. в начале протокола).
Примечание: Измеряй массу тела в граммах, а объем в сантиметрах кубических. Свой ответ умножь на 1000, и получишь кг/м^3