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【重大发现】零度裸奔不是梦

小虾 费米科学 2019-04-02




你冷吗?



北京的这个冬天

格外地冷

寒潮、大风降温

一波接着一波

留下我们在风中凌乱

茫然不知所措


冬季保暖怎么办?

本文将用数据说话

解决大家关于冬季保暖的一些困惑


1

大风都要把我头给拧掉了



众所周知,大风会使体感温度低于实际气温,这种现象被称为:


风寒效应


那么,体感温度的数值是怎么得出来的呢?

根据实验数据,气象学家总结出如下公式:



哎哟

看得我眼都花了

上个图吧:


在一定的实际气温下,体感温度随风速的提高而下降,这种现象被称为风寒效应。图中示出0℃、-10℃、-20℃、-30℃实际气温下的风寒效应曲线。


对比这几条曲线,可以看出:实际气温越低,同等风速所导致的体感温度下降越明显。

所以说,气温越低,挡风就越重要。

想想看,住在北极圈内的爱斯基摩人,宁可待在冰做的屋子里,也不愿站在凛冽的寒风中。


爱斯基摩人和他的冰屋


当然,咱们这些生活在温带的小朋友们不会遇到那么冷的天气,但一件具有防风面料的外套当属过冬必备。


2

你妈觉得你冷


体感温度有公式算


为什么明明你不冷,可是你的妈妈总是觉得你冷?

“冷”的标准是什么?



“冷”的科学定义


人的体温为37℃,通常高于环境温度,所以会不停地散热。

而人体的新陈代谢和运动也在不停地产热。

只有产热量和散热量相等,人的体温才能保持不变。

如果你在一定时间内的产热量小于散热量,你的体温就会有下降趋势,你就会感觉到冷。也就是说:

产热=散热  👉 不冷

产热<散热  👉 好冷


嘿嘿


但是,一般情况下,你的体温不会下降。

人体有很强大的自动体温调节功能,将体温维持在37℃,以保证正常的生命活动。



如果看不懂上面那张图

就看下面

👇👇👇



这种被动的体温调节方式毫无舒适性可言,不是我们想要的。我们需要的是主动的保暖方式。

在没有空调、没有暖气、没有火炉(假设也没有阳光)的室外,保暖的方式不外乎两种:

● 减少散热

● 增加产热

减少散热主要靠穿衣,增加产热则主要靠运动

下面我们将通过计算证明:在寒冷的天气下,只有二者共同作用,才能保证保暖效果,并以此解释为什么你的妈妈总是觉得你冷。


保暖效果计算


首先,我们需要选取一个合适的研究对象,就以小虾我为例吧:

👆👆👆

没错,这就是我

姓名:小虾    

身高:179cm

体重:60kg  


估算得到:

基础代谢的产热功率约为80w(w=瓦特,功率的单位)

以5.4km/h的正常速度走路(正常走路速度因人而异)的功率约为75w,由于人体运动的能量转换效率约为25%,其余的用于产热。所以正常走路的产热功率为75/0.25-75=225w。

于是,正常走路时的总产热功率约为80+225=305w。这个功率略大于洗衣机,略小于电饭煲。


这种比较让我的秀发不再随风飘扬


好了,现在我们就可以定义“标准衣着”了。我们不纠结于衣物的款式、材质和厚度,仅关注衣物的保暖效果。



定义


假设无风、无阳光

在特定气温下

如果一个人以正常速度走路时

产热功率=散热功率

那么,我们把这个人的衣着叫做

该气温下的标准衣着



假如我以10℃的标准衣着,正常行走在0℃的气温下,我的产热功率依然是305w,但散热功率就会高于305w,因为


散热功率与温差成正比


也就是说,我的体温是37℃,气温10℃时,温差为27℃,散热功率为305w(根据标准衣着的定义);气温0℃时,温差为37℃,相应地,散热功率应为305/27*37=418w。

这时候,我就需要通过发抖来提供113w的功率,才能实现产热与散热平衡。

说简单点就是:

我冷


此时我除了发抖之外,还可以选择将衣着升级为0℃的标准衣着,使得散热功率降低到305w;或者将走路速度加快到8.1km/h(一路小跑),使得产热功率提高到418w。


但是

速度起来了

却又觉得寒风抽脸



人在静止的空气中移动时,相当于有相反方向的风。当走路(跑步)速度很快时,产生的风寒效应需要考虑,空气阻力对人的运动功率也会有影响。骑自行车的时候,风的影响会更明显。

所以怎么办呢?继续提高速度到约8.7km/h,进一步增加产热,以抵消风寒效应。


综合以上规律,当我们遭遇寒冷天气时,可以通过调整衣着或改变运动状态来适应气温。



定义


假设无风、无阳光

如果一个人

在特定的衣着和运动状态下

产热功率=散热功率

我们将当时的气温称为

该衣着和运动状态的

适应气温



于是我们可以绘制如下曲线:


图中示出在0℃、-10℃、-20℃的标准衣着下,走路和骑车的适应气温与运动速度的关系。以最右侧那条浅绿色曲线为例,它代表在0℃标准衣着下骑车时的情形。在运动速度为20km/h时,适应气温约为2℃;但是如果提速到30km/h,就可以适应-20℃的低温。


上图主要说明了一件事:动起来,可以很有效地抵御严寒。

那么,如果不动呢?


此图显示了上一张图中各曲线在速度接近0时的样貌。可以看出,在0℃、-10℃、-20℃的标准衣着下,如果彻底静止不动,分别可以适应22℃、25℃、27℃的高温!


上图说明了:只要静止不动,气温再高,穿再多也不会热。

是可谓心静自然凉。


小虾本虾,身穿-10℃标准衣着,静坐在25℃的办公室里,心如止水。10分钟后,面部微热,但整体感觉良好,未出汗。


根据以上结果可以推断,“你妈觉得你冷”这种现象发生的原因是:

通常妈妈没有孩子那么好动,产热较少。她只看到了你衣服穿得比她少,却忽略了你的运动提供的保暖效果。

但是,只要你不动,也不会热。所以,听妈妈的话多穿点衣服也不吃亏。



3

考虑裸奔的情形


既然

运动有那么好的取暖效果

为什么不试试裸奔呢?


让我们来看看

裸奔多快

才能抵御0℃的严寒


当气温为10℃的时候,如果裸奔的速度达到约24km/h,或者裸骑的速度达到45km/h,便不会觉得冷。

24km/h是什么概念呢?就是400米跑进1分钟。如果你能做到,就可以在业余运动会(男子组)上拿到很好的名次了。

若想抵御0℃的严寒,则需要裸奔的速度达到33km/h,也就是说,100米可以跑进11秒。



苏炳添的100米最好成绩为9.91秒,平均速度36.3km/h,甚至可以承受-5℃的严寒。他的200米最好成绩21.23秒,速度达到33.9km/h,也能扛住0℃低温。

所以,苏炳添在0℃气温下全力裸奔,可以坚持20多秒不冷。

刘翔110米栏的最好成绩12.88秒,对应的平均速度只有30.7km/h,可能是专注于跨栏技术的原因,无法在0℃裸奔时保持温暖。



跑步之类剧烈运动的产热量非常可观,但如果没有适量的衣物阻止散热,也无法抵御严寒,并且会造成体力快速耗尽……

所以,小虾奉劝大家:

根据自身体能

适度裸奔

千万不要在极寒天气下

裸奔超过20秒

综上所述,厚衣服和运动都不能单独抵御严寒,只有二者相结合才能得到好的保暖效果

当然,以上数据和计算结果仅针对小虾本人,仅供参考,不排除有人特别扛冻。

你还有哪些特殊的取暖操作?

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温暖这个冬天



作者:小虾

编辑:小虾


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