Способы определения плотности тела 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

Поскольку масса измеряется в килограммах, а объем — в кубических метрах, то единицами плотности будут кг/м3 либо г/см3.

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.

Также любопытно вопрос этого пункта рассмотреть с точки зрения пола человека. Женский организм в среднем содержит больше жировой ткани, чем мужской. Жир — это относительно неплотная материя (0,901 г/см3), это означает, что представительницам прекрасного пола легче держаться на воде, чем мужчинам.

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).

Получим для начала формулу для средней плотности. Пусть масса тела человека составляет m кг, тогда масса жира в нем будет равна p*m, а сухая масса равна (1-p)*m, где p — процентное содержание жировой ткани. Объем тела человека равен сумме объемов жира и сухой массы. Учитывая формулу, приведенную в начале статьи, получаем: V = p*m/ρ1 + (1-p)*m/ρ2, здесь ρ1 и ρ2 — плотности для жира и сухой массы, соответственно. Теперь можно рассчитать среднюю плотность всего тела, имеем: ρ = m/(p*m/ρ1 + (1-p)*m/ρ2) = 1/(p/ρ1 + (1-p)/ρ2).

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:

• для мужчин: ρ = 1/(0,155/0,901 + (1-0,155)/1,1) = 1,064 г/см3 или 1064 кг/см3;
• для женщин: ρ = 1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1) = 1,048 г/см3 или 1048 кг/см3.

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.

Источник

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.

Поскольку масса измеряется в килограммах, а объем — в кубических метрах, то единицами плотности будут кг/м 3 либо г/см 3 .

Средняя плотность человеческого тела и здоровье

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/см 3 , эта величина для сухой массы оказалась равной 1,100 г/см 3 . Тем не менее, более поздние исследования показали, что плотность массы сухой в действительности варьируется в пределах 1,082 г/см 3 до 1,113 г/см 3 .

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/м 3 . 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/м 3 говорит о том, что он полностью выдохнул воздух из легких, наоборот, значение 930 кг/м 3 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/см 3 . 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/см 3 , 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/м 3 , 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/м 3 .

Также любопытно вопрос этого пункта рассмотреть с точки зрения пола человека. Женский организм в среднем содержит больше жировой ткани, чем мужской. Жир — это относительно неплотная материя (0,901 г/см 3 ), это означает, что представительницам прекрасного пола легче держаться на воде, чем мужчинам.

Средняя плотность мужчины и женщины: расчет

Приведенные выше значения указывают, что при выдохе, средняя плотность человеческого тела составляет 1070 кг/м 3 . 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).

Получим для начала формулу для средней плотности. Пусть масса тела человека составляет m кг, тогда масса жира в нем будет равна p*m, а сухая масса равна (1-p)*m, где p — процентное содержание жировой ткани. Объем тела человека равен сумме объемов жира и сухой массы. Учитывая формулу, приведенную в начале статьи, получаем: V = p*m/ρ₁ + (1-p)*m/ρ₂, здесь ρ₁ и ρ₂ — плотности для жира и сухой массы, соответственно. Теперь можно рассчитать среднюю плотность всего тела, имеем: ρ = m/(p*m/ρ₁ + (1-p)*m/ρ₂) = 1/(p/ρ₁ + (1-p)/ρ₂).

Учитывая, что ρ₁ = 0,901 г/см 3 и ρ₂ = 1,1 г/см 3 (значения приведены выше в статье), то подставляя данные процента жира для мужчин и женщин, получим:

• для мужчин: ρ = 1/(0,155/0,901 + (1-0,155)/1,1) = 1,064 г/см 3 или 1064 кг/см 3 ;
• для женщин: ρ = 1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1) = 1,048 г/см 3 или 1048 кг/см 3 .

Рассчитанные значения лежат близко к числу 1070 кг/м 3 . 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.

Источник

Измерение плотности человека

Измерение плотности человека

Министерство Науки и Образования Российской Федерации

МОУЛ « ВУВК имени: »

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.

Пост — еще один способ, при помощи которого увеличивается плотность тела.

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

Источник