Calcular la cantidad de trabajo realizado en los entrenamientos de gimnasio

Question

Estoy tratando de averiguar cómo calcular la cantidad de trabajo realizado por dos personas de diferentes tamaños (hombre de 160 libras que soy yo y hombre de 200 libras) en referencia a los diferentes ejercicios que hacemos en el gimnasio.

Todo esto para ver qué persona hace de hecho más carga de trabajo por kilo. Tengo ideas, pero no sé por dónde empezar.

Por ejemplo, si él y yo hacemos un entrenamiento de limpieza y prensa al 50% del peso corporal y ambos hacemos la misma cantidad de repeticiones en un minuto, ¿hemos hecho ambos el mismo trabajo?

Además, si ambos hacemos saltos de caja, y yo hago 25 de ellos a 20 pulgadas de altura, y él hace 20 de ellos a 20 pulgadas de altura, la misma cantidad de tiempo, ¿estamos haciendo el mismo trabajo?

Tercero, las flexiones. Si yo hago 20 pull ups (hombre de 160lb) y él hace 16 (hombre de 200lb), ¿es la misma cantidad de trabajo, asumiendo el mismo tiempo en que se hacen?

Por último, correr. ¿Cómo podemos determinar quién está haciendo más trabajo cuando se calculan los tiempos de carrera de una milla? Cualquier ayuda sería apreciada, ya que no estudié esto en la escuela. Es muy intrigante para nosotros conseguir la ciencia de esto para que podamos determinar quién es de hecho hace más trabajo en cada ejercicio.

Answer 1

El "trabajo" en física y el "esfuerzo" son cosas muy diferentes. El trabajo es una noción muy útil en la física fundamental, pero no lo es en absoluto en el movimiento humano. La persona más pesada en todos tus ejemplos estará haciendo más trabajo mecánico, incluso si ambos ponen la misma cantidad de esfuerzo mental. Si ambos levantaran un peso de 50 libras, harían la misma cantidad de trabajo mecánico sobre el peso, pero dependiendo de la biomecánica, la persona más pesada probablemente quemaría más calorías. Es complicado y no se describe bien con conceptos mecánicos simples.

Su ejemplo de correr es bueno. La física fundamental nos dice que es posible recorrer una milla, siempre que la altura no cambie, haciendo 0 (o casi 0) trabajo. Sin embargo, el cuerpo humano quema unas 100 calorías alimentarias (=100 kilocalorías) al correr una milla. Estamos limitados por la ingeniería de nuestro cuerpo, no por la física, así que las leyes de la física no se aplican realmente.

Otro ejemplo que pone de manifiesto lo absurdo de algunas cosas: digamos que levantas diez pesas de 700 libras, y las colocas cada una en estanterías a dos metros de altura. Totalmente sobrehumano, pero ¿cuánto trabajo has hecho? La física fundamental te dice que la energía realizada es 10 * (700 libras) * (9,81 metros/segundo^2) * (6 pies). Conectando esto a wolframalpha vemos que has gastado unas 14 calorías de energía alimentaria (14 kilocalorías). Eso es más o menos la energía de una patata frita.

Estos son sólo los límites impuestos por la física fundamental. Te dice que cualquier máquina de elevación debe pasar a menos 14 kcal de energía para levantar esas pesas. Te dice que puedes gastar tan poca energía como quieras para recorrer una milla. Cómo lograr esas cosas es una cuestión de ingeniería.

Answer 2

Se puede hacer una comparación aproximada de quién hace más trabajo (según la definición de la física) en un ejercicio concreto utilizando la fórmula: trabajo realizado = peso levantado x distancia. Esto no indica quién está quemando más calorías durante el ejercicio, lo que depende de la eficiencia con la que se utiliza la energía. Para ello hay que medir la cantidad de oxígeno que se utiliza.

Si el ejercicio depende de levantar diferentes pesos a través de la misma altura, entonces la persona que levanta el peso mayor está haciendo más trabajo mecánico. Esto se aplica claramente a la limpieza y a la prensa y a las dominadas. La persona que hace más repeticiones realiza un trabajo proporcionalmente mayor.

También se aplica a la carrera y a los saltos en caja, durante los cuales se sube y baja ligeramente el cuerpo. Si estás aproximadamente a la misma altura, entonces estás elevando tu cuerpo la misma distancia con cada paso o salto. Si corres la misma distancia, probablemente darás el mismo número de pasos, por lo que harás el mismo número de repeticiones. De nuevo, la persona más pesada hace más trabajo.

El tiempo que duran los ejercicios no afecta al trabajo realizado. Si haces el mismo trabajo en un tiempo más rápido (o más trabajo en el mismo tiempo), eres más poderoso. Esa es una comparación diferente, y puede no darte la misma respuesta. Por ejemplo, tu amigo puede levantar 200lb tres veces en un minuto, mientras que tú levantas 100lb siete veces por minuto. Tu amigo hace más trabajo en cada levantamiento, pero tú haces más trabajo en la misma cantidad de tiempo, por lo que eres más poderoso. Sin embargo, esta comparación puede no ser justa: tu amigo puede levantar 100lb ocho veces por minuto.

Decidir "quién está más en forma" no es lo mismo que decidir quién hace más trabajo mecánico, o incluso quién lo hace más rápido. La comparación entre diferentes ejercicios no es fácil.

Answer 3

Si lo que buscas es una respuesta física sencilla, y en aras de la simplicidad, vamos a utilizar la fórmula del trabajo. Trabajo = Fuerza x Distancia. Fuerza = Masa x Aceleración (que usamos como la aceleración de la gravedad que estamos venciendo. Así que para cada ejercicio (y tengo que convertir al sistema métrico):

Primeras suposiciones (no demasiado prácticas, pero sin entrar en la madriguera del conejo)

1. Cada repetición lleva el peso o el cuerpo 1 metro de distancia. Así que un pull-up de abajo a arriba es un metro de recorrido. También vas a saltar en una caja de un metro. Estás a la misma altura y tus limpiezas desplazan el peso un metro
2. La primera y la última repetición se hacen a la misma velocidad. Cada repetición toma un segundo. Así que para la fuerza simplemente usaremos masa x aceleración ( Cero a 1G = 1) Así que de nuevo pesas 70kg x 1 = 70 Newtons.

OK Limpia

Tú: 50% x 70 Newtons = 35N x 1 metro x 10 repeticiones = 350 joules Él 50% x 90 Newtons = 45N x 1 metro x 10 repeticiones = 450 joules (dividir por kg de peso corporal si se desea)

Saltos de caja

Tú: 70N x 1 metro x 25 repeticiones = 1750 julios A él: 90N x 1 metro x 20 repeticiones = 1800 julios

Tirones

Tú: 70N x 1 metro x 20 repeticiones = 1400 julios A él: 90N x 1 metro x 16 repeticiones = 1440 julios

Así que siempre está haciendo más trabajo pero tú más trabajo por kg de peso corporal.