Что такое метаболизм
Наш организм устроен намного хитрее, чем мы думаем. У него всегда готов план действий на долгие годы. И поменять этот сценарий можно только тогда, когда он нам известен. Сценарием этим является наш обмен веществ.
Метаболизм — химические процессы в организме человека, направленные на поддержание жизнедеятельности. Проще говоря, мы едим пищу, в результате переваривания которой у нас вырабатывается энергия. Еда выступает своеобразным топливом, питающим наше тело и позволяющим совершать ежедневную работу.
Но пища бывает разной, поэтому нельзя объединять ее в одну категорию. Современное питание дает человеку возможность выбирать из десятков различных видов «топлива». Чем же отличаются различные типы еды?
В первую очередь, калорийностью. Калорийность — это количество высвобожденной энергии, которую организм получает в процессе переваривания пищи и может использовать для своей жизнедеятельности. Во-вторых, важен состав пищи. Все потребляемые продукты состоят из трех основных компонентов: белков, жиров и углеводов.
Энергия в физике
Кинетическая и потенциальная энергия
Кинетическая энергия тела массой m
, движущегося со скоростью
v
равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость
v
. Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние
s
. Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.
Гидроэлектростанция имени сэра Адама Бэка. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Например, когда теннисный мяч в полете ударяется об ракетку, он на мгновение останавливается. Это происходит потому, что силы отталкивания и земного притяжения заставляют мяч застыть в воздухе. В этот момент у мяча есть потенциальная, но нет кинетической энергии. Когда мяч отскакивает от ракетки и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая энергия. У движущегося тела есть и потенциальная и кинетическая энергия, и один вид энергии преобразуется в другой. Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет. В этот момент камень остановится и потенциальная энергия достигнет максимальной величины. После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия достигнет максимума, при столкновении камня с Землей.
Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую, и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.
Причина лишнего веса
Итак, еда поступает в организм и перерабатывается в калории. Каждый организм нуждается в определенном количестве энергии, а значит, и калорий.
В случае когда калорийность потребляемой пищи превышает необходимую человеку норму, в его организме начинает откладываться «запасное» топливо в виде подкожного жира. Конечно же, одноразовое переедание не приведет к увеличению объемов талии, но систематический «перебор» непременно запустит формирование «кладовой» на боках и животе.
Тем, кого интересует, сколько калорий в 1 кг жира человека, пригодится цифра, выведенная специалистами. Диетологи уверяют, что килограмм жира «весит» примерно 7716 ккал. То есть чтобы набрать один килограмм лишнего веса, нужно употребить на 7716 ккал выше необходимого рациона. Это событие необязательно должно случиться за короткий промежуток времени. Именно поэтому лишний вес накапливается постепенно и незаметно для нас.
Того же принципа следует придерживаться, рассчитывая скорость похудения. Чтобы избавиться от одного килограмма жира, нам нужно создать дефицит калорий на столько, сколько калорий в килограмме — 7716 ккал.
Как уменьшить калорийность рациона
Для начала следует определить, с каких продуктов питания к нам поступает максимальное количество калорий. Это жареная пища, вредный фастфуд, сладости, мучное. Еда, которая насыщает временно, но повышает энергетическую ценность меню до небес.
При переходе на правильное питание калорийность рациона уменьшается сама собой. При этом необязательно ходить голодными, чтобы питаться рационально. В интернете есть тысячи рецептов приготовления блюд с низкой калорийностью. Пора избавиться о мифе про сырую морковь на диете. Меню худеющего может и должно быть разнообразным и вкусным.
Выбирайте для своего рациона те ингредиенты, что максимально приближены к натуральной пище. Выбирая между замороженными котлетами и куриной грудкой, отдайте предпочтение второй. Котлета прошла термическую обработку, содержит в себе неизвестные вам специи и неясное количество калорий. Курицу вы приготовите сами, контролируя состав готового блюда.
Советы, как снизить калорийность меню:
- Среди аналогичных выбирайте продукты с меньшей калорийность. К примеру, в молочной полки возьмите кефир 1% жирности вместо 2,5%.То же касается творога, сметаны и других продуктов.
- Употребляйте сначала продукты с высоким содержанием белка и высокой плотностью, а после этого все остальное. Наполнив желудок белковой пищей, которая долго переваривается, вы не сможете съесть много углеводных продуктов, даже если сильно захотите.
- Наполните свое меню овощами. Это универсальные помощники при борьбе с лишним весом. Их можно кушать в любое время суток, ведь порция овощей редко превышает 200−300 ккал. Набор витаминов прилагается.
- Готовьте еду правильно. Каким бы скучным не показался этот совет, но лучше отварить мясо, нежели пожарить его. Устраните вся жареную пищу из рациона. Готовьте в кипятке, на пару или духовке, не важно. Лишь бы не «обогащать» блюдо дополнительным калорийным маслом.
- Не отказывайтесь полностью от любимых лакомств. Если вы не мыслите жизни без мармелада, разрешите себе его. Главное, вписаться в суточную калорийность и перенести этот прием пищи на первую половину дня. Скушанное утром не откладывается в бока, поскольку организму эта энергия пригодится на протяжении дня.
- Отдайте предпочтение белковой пищи. Белки играют роль строительного материала для организма, еще они долго перевариваются. Это значит, что часть калорий, находящихся в твороге, организм тратит на переваривание этого же творога.
Производство энергии
Люди давно научились использовать энергию для решения трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется для совершения работы, например, для перемещения предметов. Например, энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на водяных мельницах. Чем больше людей использует технику, например автомобили и компьютеры, в повседневной жизни, тем сильнее возрастает потребность в энергии. Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран, который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран, а также многие международные организации, например, ООН, считают приоритетным изучение возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий. Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии используются такие источники как солнце, ветер и волны.
Энергия для использования в быту и на производстве обычно преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь, или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях. Поэтому главная задача энергетиков — преобразовать произведенную энергию в форму, позволяющую легко доставить энергию потребителю. Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные технологии производства энергии, требующие постоянного наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика. Именно поэтому для бытового и промышленного использования выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями на большие расстояния по линиям электропередач.
Опоры линии электропередачи возле гидроэлектростанции имени сэра Адама Бека. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Электроэнергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии. Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо добывают из недр Земли. Это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые энергетические источники — это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия.
В отдаленных районах, где нет линий электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи. Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую. Также популярны устройства бесперебойного питания с мощными батареями, которые заряжаются когда подается электроэнергия, а отдают энергию во время отключений.
Электростанция компании Florida Power and Light. Порт-Эверглейд, Флорида, США. Эта электростанция состоит из четырех блоков и работает на газе и нефти.
Энергия, получаемая при сгорании ископаемого топлива
Ископаемое топливо образуется в земной коре при высоком давлении и температуре из органических веществ, то есть остатков растений и животных. В основном, такое топливо содержит большое количество углерода. При его сгорании выделяется энергия, а также диоксид углерода (CO₂), один из парниковых газов. Именно ископаемое топливо — основной источник энергии на данный момент. Однако, выделяемые при его использовании парниковые газы представляют серьезную угрозу окружающей среде и усугубляют глобальное потепление. Также, использование этого топлива ведет к быстрому его расходу, и человечество может остаться без топлива, если будет полностью зависеть только от ископаемого сырья.
Градирни атомной электростанции. Фотография из архива сайта 123RF.com.
Атомная энергия
Атомная энергия — один из альтернативных видов энергии. Она выделяется во время контролируемой ядерной реакции деления, во время которой ядро атома делится на более мелкие части. Энергия, которая выделяется во время этой реакции, нагревает воду и превращает ее в пар, который движет турбины.
Атомная энергетика небезопасна. Самые известные за последние годы аварии произошли на Чернобыльской атомной электростанции (АЭС) на Украине, на АЭС Три-Майл-Айленд в США, и на АЭС Фукусима-1 в Японии. После Фукусимской трагедии многие страны начали пересматривать внутреннюю политику использования атомной энергии, и некоторые, например Германия, решили от нее отказаться. На данный момент Германия разрабатывает программу перехода на другие виды энергоснабжения и безопасного закрытия действующих электростанций.
Кроме аварий есть еще проблема хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов. Часть отработавшего ядерного топлива используют в производстве оружия, в медицине, и в других отраслях промышленности. Однако большую часть радиоактивных отходов использовать нельзя и поэтому необходимо обеспечивать их безопасное захоронение. Каждая страна, в которой построены атомные электростанции, хранит эти отходы по-своему, и во многих странах приняты законы, запрещающие их ввоз на территорию страны. Радиоактивные отходы обрабатывают, чтобы они не попадали в окружающую среду, не разлагались, и их было удобно хранить, например, делая их более компактными. После этого их отправляют на захоронение в долгосрочных хранилищах на дне морей и океанов, в геологических структурах, или в бассейнах и специальных контейнерах. С хранением связаны такие проблемы как высокая стоимость переработки и захоронения, утечка радиоактивных элементов в окружающую среду, нехватка мест для хранения, и возможность совершения террористических актов на объектах захоронения радиоактивных отходов.
Атомная электростанция в Пикеринге, Онтарио, Канада
Гораздо более безопасная альтернатива — это производство ядерной энергии с помощью термоядерной реакции. Во время этой реакции несколько ядер сталкиваются на большой скорости и образуют новый атом. Это происходит потому, что силы, отталкивающие ядра друг от друга, на маленьком расстоянии слабее, чем силы, их притягивающие. Во время термоядерной реакции тоже образуются радиоактивные отходы, но они перестают быть радиоактивными приблизительно через сто лет, в то время как отходы реакции деления не распадаются на протяжении нескольких тысяч лет. Топливо, требуемое для термоядерных реакций менее дорогое, чем для реакций деления. Энергетические затраты на термоядерные реакции на данный момент не оправдывают их использования в энергетике, но ученые надеются, что в ближайшем будущем это изменится и АЭС во всем мире смогут получать атомную энергию именно таким способом.
Как увеличить расход калорий
Чтобы увеличить расход калорий, нужно понимать, на что уходит больше всего энергии. Как ни странно, огромное количество ее мы тратим, занимаясь обычными повседневными делами. Стирка, уборка и готовка незаметно, но верно сжигают наше «топливо», а при дефиците калорий тратят запасы жира.
Если добавить к ежедневной домашней работе некоторую активность, например, активные прогулки с ребенком, поход в отдаленный магазин, вместо ближайшего, то расход калорий увеличится практически на треть!
Без активного образа жизни вес будет уходить медленнее, а структура тела при этом заметно пострадает. Важно включить в свой режим дня любую активность, на которую у вас хватит времени.
Это может быть:
- Утренняя зарядка.
- Упражнения в домашних условиях.
- Пешая прогулка до работы, вместо поездки на транспорте.
- Вечерний променад по парку.
- Катание на велосипеде, роликах, коньках или другие приятные занятия.
- Если у вас нет возможности заняться спортом, начните ремонт!
И конечно же, самым эффективным способом сжечь калории будет посещение спортивного зала. С тренером или без, в вашем распоряжении будет множество тренажеров и приспособлений для занятий. Найдите нагрузку, которая вам понравится, и занимайтесь с удовольствием. Не будет лишним и общение с единомышленниками.
Возобновляемая энергия
Другие альтернативные виды энергии — это энергия солнца, океана, и ветра. Технологии производства такой энергии пока не развиты в такой степени, чтобы человечество могло отказаться от использования ископаемого топлива. Однако, благодаря государственным субсидиям, а также тому, что они не причиняют много вреда окружающей среде, эти виды энергии становятся все более популярными.
Фотоэлектрическая панель
Энергия солнца
Эксперименты по использованию энергии солнца начались еще в 1873 году, но эти технологии не получили широкого распространения до недавнего времени. Сейчас солнечная энергетика быстро развивается, во многом благодаря государственным и международным субсидиям. Первые солнечные энергоцентры появились в 1980-х. Солнечную энергию чаще собирают и преобразуют в электроэнергию с помощью солнечных батарей. Иногда используют тепловые машины, в которых воду нагревают солнечным теплом. В результате образуется водяной пар, который и приводит в движение турбогенератор.
Ветряная турбина в комплексе Эксибишн Плейс. Торонто, Онтарио, Канада.
Энергия ветра
Человечество использовало энергию ветра на протяжении многих веков. Впервые ветер начали использовать в мореходстве около 7000 лет назад. Ветряные мельницы используются несколько сотен лет, а первые ветротурбины и ветрогенераторы появились в 1970-х.
Энергия океана
Энергия приливов и отливов использовалась еще во времена Древнего Рима, но энергию волн и морских течений люди начали использовать недавно. В настоящее время большинство приливных и волновых электростанций только разрабатывается и испытывается. В основном проблемы связаны с высокой стоимостью строительства таких станций, и недостатками сегодняшних технологий. В Португалии, Великобритании, Австралии и США сейчас эксплуатируются волновые электростанции, однако многие из них все еще находятся в стадии опытной эксплуатации. Ученые считают, что в будущем энергия океана станет одной из основных направлений «зеленой энергии».
Приливная турбина в Канадском музее науки и техники в Оттаве
Биотопливо
При сжигании биотоплива выделяется энергия, которую растения переработали из солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Биотопливо широко используется как в бытовых целях, например для обогрева жилья и приготовления пищи, так и в качестве топлива для транспорта. Из растений и животных жиров производят разновидности биотоплива — этиловый спирт и масла. В автотранспорте используется биодизельное топливо либо в чистом виде, либо в смеси с другими видами дизельного топлива.
Геотермальная энергетика
Энергия земного ядра хранится в виде тепла. Земная кора была нагрета до очень высокой температуры с момента ее формирования и до сих пор поддерживает высокую температуру. Радиоактивный процесс распада минералов в недрах Земли также выделяет тепло. До недавнего времени получить доступ к этой энергии можно было только на стыках земных пластов, в местах образования горячих источников. Совсем недавно началась разработка геотермальных скважин и в других географических регионах для того, чтобы начать использовать эту энергию для получения электричества. На данный момент стоимость энергии, полученной из таких скважин, очень высокая, поэтому геотермальная энергия не используется так широко, как другие виды энергии.
Река Ниагара, возле электростанции имени Вильяма Б. Ранкина. В 2009 году она была выведена из эксплуатации. Ниагара-Фолс, Онтарио, Канада.
Гидроэнергетика
Гидроэнергетика — еще одна альтернатива ископаемому топливу. Гидроэнергия считается «чистой», так как по сравнению со сжиганием ископаемого топлива, ее производство приносит меньше вреда окружающей среде. В частности, при получении гидроэнергии выброс парниковых газов незначителен.
Гидроэнергия вырабатывается потоком воды. Человечество широко использует этот вид энергии на протяжении многих веков и ее производство остается популярным благодаря ее низкой себестоимости и доступности. Гидроэлектростанции (ГЭС) собирают и преобразуют кинетическую энергию течения речной воды и потенциальную энергию воды в резервуарах с помощью плотин. Эта энергия приводит в движение гидротурбины, которые преобразует ее в электроэнергию. Плотины устроены так, чтобы можно было использовать разницу в высотах между резервуаром, из которого вытекает вода, и рекой, в которую перетекает вода.
Гидроэлектростанция имени Роберта Мозэса. Льюистон, штат Нью-Йорк, США
Несмотря на плюсы гидроэнергетики, с ней связан ряд проблем, таких как вред, наносимый экосфере при строительстве плотин. Такое строительство нарушает экосистемы, и живые организмы оказываются отрезанными от жизненно важной среды в экосистеме. Например, рыбы не могут проплыть вверх по течению на нерест и не всегда приспосабливаются к новым условиям. Общественность не всегда может контролировать работу энергетических компаний, поэтому в результате строительства новых ГЭС может возникнуть гуманитарный кризис. Примером такого кризиса является выселение жителей в результате строительства ГЭС «Три ущелья» в Китае. При постройке этой ГЭС правительством Китая было выселено более 1,2 миллиона жителей и затоплена огромная площадь, включая поля, промышленные зоны, города, и поселки. Бытовые и производственные отходы были смыты и засорили новое водохранилище, отравляя растения и рыб. Из-за огромного количества воды в резервуаре в регионе увеличилась сейсмическая активность. В 2011 году Китайское правительство признало эту и некоторые другие проблемы.
