Тепловую энергию по традиции иногда измеряютв калориях. Так как мы видим, что механическая энергия в эквивалентных количествах может преобразовываться в тепловую, то спросим, нельзя ли и тепловую энергию выразить в джоулях. Эксперименты показывают, что можно, и один джоуль равен, приблизительно, 0,23 калории, а одна калория эквивалентна 4,2 джоуля.
Для большей предметности скажем, что одна калория – это количество тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.
В пищевых продуктах энергия запасена в виде химических связей, при разрыве которых высвобождается энергия, которую организм, по потребности, усваивает или расходует в форме электрической, механической, тепловой или химической энергии. Количества всех этих видов энергии можно выразить в джоулях, а, значит, и в калориях.
Поэтому, калорийность пищи – это запас энергии в килокалориях на 100 граммов, и эта энергия высвобождается на покрытие энергетических расходов организма.
Теперь на конкретном примере разберемся, как подсчитать расход калорий на какой-то вид деятельности, а, значит, и оценить количество пищи, которую надо употребить, чтобы в точности покрыть расход, и не допустить отложения излишка энергии в жир. (Жир – очень экономичная форма запасания энергии, потому что в 1 килограмме жира запасается около 6000 килокалорий).
Допустим, вы поднимаете груз 10 кг (гантель), тренируя двуглавую мышцу плеча – то есть из положения «опустив руку вниз» сгибаете ее в локте, перемещая груз на 50 см вверх. Всего, попеременно, вы поднимаете его 80 раз (по 40 раз каждой рукой).
Итого, вы поднимаете его на высоту 40 метров. Следовательно, вы сообщаете грузу потенциальную энергию 10(кг)×9,81(м/с2)×40(м), или, приблизительно, 4000 джоулей. В 1 калории примерно 4 джоуля. Значит, на это упражнение вы затратили 1000 калорий, или 1 килокалорию.
Или, можно подсчитать, сколько энергии тратит человек весом 70 кг при ходьбе. С каждым шагом человек поднимает массу 70 кг на высоту около 0,1 м. Перемещение вдоль поверхности земли практически не требует затрат энергии. Допустим, человек делает 100 шагов. Значит, он суммарно поднимает массу тела на высоту 10 метров. По той же формуле 70(кг)×10(м/с2)×10(м), что составляет 7000 джоулей, или 1,75 ккал. Если 100 шагов вы делаете в течение 1 минуты, то за час такой ходьбы вы потратите 105 ккал.
На первое упражнение с отягощением тратится, в среднем, 1 минута. Если чередовать разные упражнения на разные группы мышц, например, с подтягиваниями, приседаниями и отжиманиями, то в час затраты энергии составят около 150 ккал.