家用跑步机为何能减肥的物理原理？坡度对减肥有帮助吗？(转载)

显示全部楼层 · 2021-1-11 08:40:17

首先以物理学解释家用跑步机为何能减肥（来自：http://www.gymhouse.net）
　　一、人在跑步机上跑步而实际位置不变的物理学原理解释
　　跑步机跑带坡度为0即水平运转时，人在跑步机上跑动，相对于地面并没有移动，即对地速度为0；而跑带以速度v相对于地面在运转，则人在跑步机上的的运动速度v人+v=0，即v人=－v，二者大小相等，方向相反。或者这么理解，以跑带为参照并设其静止（不以地面参照），那么人以速度v在跑带上前进（想象跑带无限长就好了，跑带转圈就相当于这个效果）。所谓变与不变其实是对比参照的对象不同而已。
　　

　　二、人在跑步机上跑步时用力程度计算
　　跑步机坡度为0时，人受到跑带作用力f（其大小为电动传给跑带的牵引力），而人为维持跑步速度自身通过脚的运动产生相反的动力f人。人相对于地面是不动的，或者说保持受力平衡，可知f人=f。现在只要考虑f的大小如何计算。
　　如前所说，f是电机（马达）传给跑带的牵引力，所以是和电机工作时功率（记号P）极为相关的。考虑到跑步机工作原理，可以认为电机的动力完全传给跑带，依物理功速关系P=f×v，可以得到：f=P/v。
　　P的计算：电机工作功率是跑步机工作功率（记为P’）中不包括用于电风扇和电脑系统工作消耗的剩下全部，后者大约在100W~200W内（电动坡度的家用跑步机有液压工作，消耗要些，可再加100W）；则P=P’－200。
　　因此，人在跑步机上跑步时的用力程度为：
　　P人=f人×v=f×v=P=P’－200
　　举例：当跑步机满额左作时，通常额定功率为2000W，则人的用功程度为1800W；在此速度下累积跑步20min，消耗的热量为1800*20*60=2160000J=516千卡（卡路里），相当于燃烧129克碳水化合物或57克脂肪，大约相当于228g体重。如果加入坡度提高跑步的难度和延长时间，完全可以一天减少一斤体重。
　　大多数跑步机都有坡度功能，可以模仿山地跑，那么坡度对减肥有帮助吗？效果又如何呢？
　　一、跑步机坡度对提高跑步难度的物理学计算
　　当跑步机坡度为θ时，人为维持跑步速度除了克服跑带作用力（f），还要克服人自身重力沿着跑带方向（朝下）的分力（使人向下滑）作用，所以有坡度时，人跑步的动力f人坡度为：f+mg*sinθ；其中m为人的重量（质量），g为重力加速度（9.8N/kg），sin为正弦三角函数。显然，在跑带速度相同下，人需要更卖力地跑步，不然就会滑下来。
　　而当人在水平面跑步时（跑步机坡度为0），人跑步的动力则只有f（跑带速度为v）；

　　

　　二、跑步机坡度对提高减肥健身效果的计算
　　下面详细说明mg*sinθ的给跑步提高的难度以及对减肥健身的效果。
　　坡度为5°（通常是5%这样的形式）时，sinθ=0.0872；设人的体重为70kg，mg*sinθ=70*10*0.0872=61N；当跑步速度为3m/s（慢跑）时，坡度提高的难度为61*3=183W，相当于跑步机最大功率（多为2000W）的9%；考虑到跑步机速度为3m/s时功率大约为1200W，则实际提高的效果为183/1000=18.3%。坡度提高5°就有如此显著的效果，足以说明跑步机坡度对提高减肥健身的效果是很可观的，也非常值得。
　　由于人在跑步时能量（或卡路里）消耗计算公式为W=P人×t（人的跑步功率×所用的时间），所以在相同的时间内，消耗的热量增加量同样是18.3%，也就是说，5°的坡度就能使减肥健身的效果提高18.3%。
　　三、跑步机坡度和体重的互动效果
　　为方便各位来到跑跑步的跑友更好得按自己的实际情况评估坡度提高减肥健身的效果，特地按坡度（5°，10°，15°，20°）和体重（60kg，65kg，70kg，75kg，80kg，85kg，90kg）计算多种情况下的跑步机坡度效果，并制作了下面的表格。
　　从下表可以看到，以坡度5°为基准，坡度每增加5°所带来的减肥效果增加一倍，大多数跑步机的坡度范围为0~15°，即高坡度是低坡度的3倍以上；少部分跑步机的最大坡度为20°，则可达到4倍以上。

　　

　　表格使用方法：
　　3.1 找到自身体重和设定的跑步机坡度的交叉点的数值，此为您在该跑步机坡度下的增加的动力；
　　3.2 设定跑步机的速度值，由于跑步机的速度标示单位为km/h，请转换为m/s，关系为1km/h=0.278m/s；
　　3.3 计算在该跑步机坡度和速度下跑步功率增加值：增加动力*跑步速度（结果单位为W）；
　　3.4 再以3.3得到的跑步功率与计划的跑步时间相乘（时间单位为秒），得到增加的热量消耗量（单位为J）。如果喜欢用千卡评估热量，换算关系为1千卡=4200J。
　　不得不吐糟下：天涯发贴居然不提供文本编辑必要的功能，太没层次感了。