Az emberi test sűrűsége a test egészségének fontos jellemzője, ezért hasznos tudni, hogyan kell kiszámítani. Ráadásul egyes sportágakban ez az érték alapvető fontosságú. Nézzük meg közelebbről ezt a kérdést a cikkben.
Sűrűség mint fizikai mennyiség
A fizikában a sűrűség olyan együttható, amely a test tömegét és térfogatát egyetlen egyenlőséggé kapcsolja össze. Ennek a mennyiségnek a képlete: ρ=m/V. Azaz kiszámítható, ha pontosan ismeri a mért tárgy tömegét és térfogatát, amelyet a térben elfoglal.
Mivel a tömeget kilogrammban, a térfogatot pedig köbméterben mérik, a sűrűség mértékegysége kg/m3 vagy g/cm3.
Átlagos emberi testsűrűség és egészség
Mielőtt az embersűrűség vizsgálatára térnénk, emlékeztetnünk kell arra, hogy testünk a következő alapszövetekből áll:
- zsíros;
- izmos;
- csont.
Mindegyikvizet tartalmaz. A legkevesebb folyadék a csontokban, majd a zsírszövetben található. Az izmok tartalmazzák a legtöbb vizet. Ha levonja a zsírszövet tömegét az ember teljes tömegéből, akkor egy számot kap, amelyet általában sovány testtömegnek neveznek.
A múlt század 60-as éveiben három fehér ember szárított tetemének tanulmányozása eredményeként a tudósok azt találták, hogy átlagos zsírsűrűségük 0,901 g/cm3, ez a száraz tömeg értéke 1.100 g/cm3. Későbbi vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a száraz tömegsűrűség valójában 1,082 g/cm3 és 1,113 g/cm3. között változik.
Mit mond ez az adat? Egyszerű, minél alacsonyabb egy ember átlagos testsűrűsége, annál több zsírt tartalmaz a szervezete, ami azt jelenti, hogy annál nagyobb a szív- és érrendszeri betegségek kockázata.
Speciális sűrűségadat
A sűrűség értékének nehéz olyan konkrét értéket megadni, amely alapján normálisnak mondható. Ez annak köszönhető, hogy számos tényező befolyásolja az értékét. Itt figyelembe kell venni a csont ásványi összetételét, az izomtömeget, a zsírszövet tömegét, melynek értékei életkortól, nemtől és a szervezet egyéni jellemzőitől függően változnak.
Ennek ellenére számos irodalmi forrásból gyűjtött adat idézhető. Némelyikük 1070 kg/m3 átlagos emberi testsűrűséget ad meg. Mások szerint a minimális értéke 930-940 kg/m3. Az értékek ilyen elterjedése egy egyszerűhöz kapcsolódiktény: az ember sűrűsége jelentősen csökkenhet, ha levegővel tölti meg a tüdejét. Így az emberi test 1070 kg/m3 sűrűsége azt jelzi, hogy teljesen kilélegzett levegőt a tüdejéből, éppen ellenkezőleg, a 930 kg/m érték. 3 teljes lélegzettel kapott.
Hogyan számítják ki az emberi sűrűséget?
Mint fentebb említettük, ehhez meg kell mérni a test tömegét és térfogatát. A tömeggel nincs probléma, csak fel kell állni a mérlegre, és azonnal megkapni a pontos értéket kilogrammban. A térfogatmérés bonyolultabb.
Egy teljesen bármilyen összetett alakú test térfogata pontosan meghatározható, ha folyadékba, például vízbe merítjük. Ekkor a teljesen elmerült test által kiszorított folyadék mennyisége pontosan megegyezik a kívánt indikátorral. Ezt a tulajdonságot egy speciális széken ülő személy térfogatának meghatározására használják, és arra kérik, hogy lélegezze ki a levegő súlyát a tüdőből, majd vízbe merül. A súlyának víz alatti megmérésével megkaphatja a megfelelő számot a kívánt mutató meghatározásához.
Sűrűség és emberi úszáskészség
Amint fentebb megjegyeztük, ha egy személy mély levegőt vesz, akkor átlagos sűrűsége 1 g/cm alá csökken3. Arkhimédész törvényéből viszont az következik, hogy ha egy test átlagos sűrűsége meghaladja ezt az értéket annak a folyadéknak, amelyben található, akkor ez a test elkerülhetetlenül elsüllyed. Az édesvíz sűrűsége 1 g/cm3, tehát ha valaki megtölti a tüdejét levegővel, soha nem fognem fullad meg. Vegye figyelembe, hogy a tengervíz nagy mennyiségű sókat tartalmaz, amelyek növelik a sűrűségét. Egyes esetekben ez a növekedés meghaladja az 1070 kg/m3 értéket, így az ember teljes kilégzéssel is tud feküdni ilyen vízben anélkül, hogy félne a fulladástól. Meglepő példa erre a Holt-tenger, a víz sűrűsége 1240 kg/m3.
Az is érdekes, hogy ennek a tételnek a kérdését egy személy neme szempontjából vizsgáljuk meg. A női test átlagosan több zsírszövetet tartalmaz, mint a férfiaké. A zsír viszonylag vékony anyag (0,901 g/cm3), ami azt jelenti, hogy a szép neműek könnyebben lebegnek, mint a férfiak.
Egy férfi és egy nő átlagos sűrűsége: számítás
A fenti értékek azt jelzik, hogy kilégzéskor az emberi test átlagos sűrűsége 1070 kg/m3. Ez az érték azonban nincs megadva nőkre és férfiakra. A cikknek ebben a bekezdésében megpróbáljuk beszerezni az egyes nemekhez, a fenti ábrák alapján. Vegye figyelembe azt is, hogy egészséges állapotban egy férfi testzsír százaléka 15,5%, egy nő esetében pedig 22,5% (ezek az értékek a megfelelő normál határértékek átlagai).
Vegyük először az átlagos sűrűség képletét. Legyen egy emberi test tömege m kg, akkor a benne lévő zsír tömege pm, a száraz tömeg pedig (1-p)m, ahol p a zsírszövet százalékos aránya. Az emberi test térfogata azzsír és száraz tömeg összege. A cikk elején megadott képlet alapján a következőt kapjuk: V=pm/ρ1 + (1-p)m/ρ2, ahol ρ1 és ρ2 a zsír és a száraz tömeg sűrűsége. Most kiszámolhatjuk az egész test átlagos sűrűségét, a következőt kapjuk: ρ=m/(pm/ρ1 + (1-p)m/ρ 2)=1/(p/ρ1 + (1-p)/ρ2).
Tekintettel arra, hogy ρ1=0,901 g/cm3 és ρ2=1,1 g/cm3 (az értékek a cikkben fent vannak megadva), majd a férfiak és nők testzsírszázalékát helyettesítve a következőt kapjuk:
- férfiaknál: ρ=1/(0, 155/0, 901 + (1-0, 155)/1, 1)=1, 064 g/cm3vagy 1064 kg/cm3;
- nőknél: ρ=1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1)=1,048 g/cm3vagy 1048 kg/cm 3.
A számított értékek közel 1070 kg/m3. Mindenki, aki ismeri a testzsír százalékát a testében, a fenti képlet segítségével kiszámíthatja saját átlagos testsűrűségét. Emlékezzünk vissza, hogy ez az érték annak az állapotnak felel meg, amikor a személy a maximális kilégzést végezte.
