كثافة جسم الإنسان خاصية مهمة لصحة الجسم لذا من المفيد معرفة كيفية حسابها. علاوة على ذلك ، هذه القيمة لها أهمية أساسية في بعض الألعاب الرياضية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه المشكلة في المقال.
الكثافة ككمية مادية
في الفيزياء ، تُفهم الكثافة على أنها معامل يربط بين كتلة وحجم الجسم في مساواة واحدة. صيغة هذه الكمية هي: ρ=م / ف. أي أنه يمكن حسابه إذا كنت تعرف بالضبط كتلة الجسم المقاس والحجم الذي يشغله في الفضاء.
بما أن الكتلة تقاس بالكيلوجرام والحجم بالمتر المكعب ، فإن وحدات الكثافة ستكون kg / m3أو g / cm3.
متوسط كثافة جسم الإنسان وصحته
قبل أن ننتقل إلى اعتبار الكثافة البشرية ، يجب أن نتذكر أن أجسامنا تتكون من الأنسجة الأساسية التالية:
- دهني ؛
- عضلي ؛
- عظم.
كل منهميحتوي على ماء. يوجد أقل سائل في العظام ، ثم في الأنسجة الدهنية. تحتوي العضلات على أكبر قدر من الماء. إذا قمت بطرح وزن الأنسجة الدهنية من الكتلة الكلية للشخص ، تحصل على رقم يسمى عادة كتلة الجسم النحيل.
في الستينيات من القرن الماضي ، نتيجة لدراسة الجثث البشرية المجففة لثلاثة أشخاص بيض ، وجد العلماء أن متوسط كثافة الدهون لديهم كان 0.901 جم / سم3، تم العثور على قيمة الوزن الجاف لتكون 1.100 جم / سم3. ومع ذلك ، أظهرت الدراسات اللاحقة أن كثافة الكتلة الجافة تختلف فعليًا بين 1.082 جم / سم3إلى 1.113 جم / سم3.
ماذا تقول هذه البيانات؟ الأمر بسيط ، فكلما انخفض متوسط كثافة الشخص ، زادت نسبة الدهون التي يحتويها جسمه ، مما يعني ارتفاع مخاطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية.
رقم محدد للكثافة
من الصعب إعطاء قيمة محددة لقيمة الكثافة ، يمكننا من خلالها القول أنها طبيعية. هذا يرجع إلى عدد كبير من العوامل التي تؤثر على قيمتها. هنا يجب مراعاة التركيب المعدني للعظام وكتلة العضلات ووزن الأنسجة الدهنية ، والتي تختلف قيمها حسب العمر والجنس والخصائص الفردية للجسم.
ومع ذلك ، يمكن الاستشهاد ببعض البيانات التي تم جمعها من عدد من المصادر الأدبية. يعطي البعض منهم رقمًا لمتوسط كثافة جسم الإنسان يبلغ 1070 كجم / م 3. يقول آخرون أن قيمه الدنيا هي 930-940 كجم / م3. يرتبط مثل هذا الانتشار للقيم بواحد بسيطالحقيقة: يمكن أن تقل كثافة الإنسان بشكل ملحوظ إذا ملأ رئتيه بالهواء. وهكذا فإن كثافة جسم الإنسان البالغة 1070 كجم / م 3تدل على أنه يخرج الهواء بالكامل من رئتيه ، على العكس من ذلك ، بقيمة 930 كجم / م 3تم الحصول عليها بنفس كامل.
كيف يتم حساب الكثافة البشرية؟
كما ذكرنا أعلاه ، لهذا يجب قياس كتلة وحجم الجسم. لا توجد مشاكل في الكتلة ، ما عليك سوى الوقوف على الميزان والحصول على القيمة الدقيقة بالكيلوجرام على الفور. قياس الحجم أكثر تعقيدًا.
حجم الجسم بأي شكل معقد يمكن تحديده بدقة إذا كان مغمورًا في سائل ، على سبيل المثال ، في الماء. عندئذٍ ستكون كمية السائل المزاح بواسطة جسم مغمور تمامًا مساوية تمامًا للمؤشر المطلوب. تُستخدم هذه الخاصية لتحديد حجم الشخص الذي يجلس على كرسي خاص ، ويُطلب منه إخراج وزن الهواء من الرئتين ، ثم غمره في الماء. بقياس وزنه تحت الماء يمكنك الحصول على الرقم المناسب لتحديد المؤشر المطلوب
الكثافة وقدرة الإنسان على السباحة
كما هو مذكور أعلاه ، إذا أخذ الشخص نفسًا عميقًا ، فإن متوسط كثافته ينخفض إلى أقل من 1 جم / سم3. في المقابل ، يترتب على قانون أرخميدس أنه إذا تجاوز متوسط كثافة الجسم هذه القيمة للسائل الموجود فيه ، فإن هذا الجسم سيغرق حتماً. كثافة الماء العذب 1 جم / سم3، لذلك إذا ملأ شخص رئتيه بالهواء ، فلن يفعل أبدًالن يغرق. علما أن مياه البحر تحتوي على كمية كبيرة من الأملاح مما يزيد من كثافتها. في بعض الحالات ، تتجاوز هذه الزيادة قيمة 1070 كجم / م3، لذلك يمكن للشخص الاستلقاء في مثل هذا الماء دون خوف من الغرق حتى مع الزفير الكامل. مثال صارخ على البحر الميت ، كثافة الماء فيه 1240 كجم / م3.
من الغريب أيضًا النظر في مسألة هذا العنصر من وجهة نظر جنس الشخص. يحتوي جسم الأنثى ، في المتوسط ، على أنسجة دهنية أكثر من الذكر. الدهون مادة رقيقة نسبيًا (0.901 جم / سم3) ، مما يعني أن الجنس العادل يمكن أن يطفو بسهولة أكبر من الرجال.
متوسط كثافة الرجل والمرأة: الحساب
تشير القيم أعلاه إلى أنه عند الزفير ، يبلغ متوسط كثافة جسم الإنسان 1070 كجم / م3. ومع ذلك ، هذه القيمة غير محددة للنساء والرجال. في هذه الفقرة من المقال ، سنحاول الحصول عليها لكل جنس ، بناءً على الأرقام أعلاه. ضع في اعتبارك أيضًا أنه في الحالة الصحية ، تكون نسبة الدهون في الجسم عند الرجل 15.5٪ ، وبالنسبة للمرأة فإن هذا الرقم هو 22.5٪ (هذه القيم هي متوسطات للحدود الطبيعية المقابلة).
دعنا نحصل على صيغة متوسط الكثافة أولاً. لنفترض أن كتلة جسم الإنسان تساوي m kg ، فتكون كتلة الدهون فيه مساوية لـ pm ، والكتلة الجافة تساوي (1-p)m ، حيث p هي النسبة المئوية للأنسجة الدهنية. حجم جسم الإنسانمجموع الدهون والكتلة الجافة. بالنظر إلى الصيغة الواردة في بداية المقال ، نحصل على: V=pm / ρ1+ (1-p)m / ρ2، حيث ρ1و ρ2هي كثافات الكتلة الدهنية والجافة ، على التوالي. الآن يمكننا حساب متوسط كثافة الجسم كله ، لدينا: ρ=m / (pm / ρ1+ (1-p)m / ρ 2)=1 / (p / ρ1+ (1-p) / ρ2 ).
بالنظر إلى أن ρ1=0.901 g / cm3و ρ2=1.1 g / cm3(القيم المذكورة أعلاه في المقالة) ، ثم استبدال نسبة الدهون في الجسم للرجال والنساء ، نحصل على:
- للرجال: ρ=1 / (0، 155/0، 901 + (1-0، 155) / 1، 1)=1، 064 جم / سم3أو 1064 كجم / سم3؛
- للنساء: ρ=1 / (0.225 / 0.901 + (1-0.225) /1.1)=1.048 جم / سم3أو 1048 كجم / سم 3.
القيم المحسوبة قريبة من 1070 kg / m3. يمكن لكل شخص ، بمعرفة نسبة الدهون في جسمه ، استخدام الصيغة المذكورة أعلاه لحساب متوسط كثافة جسمه. تذكر أن هذه القيمة تتوافق مع الحالة التي قام فيها الشخص بأقصى قدر من الزفير.
