变大变小还有力量,你是属金箍棒的吗?

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人类在“变大变小”这件事上永远有数不清的想象和渴望,但是变大和变小之后真的有想象中那么好吗?

如果人变小,还能有力气吗?

在《西游记》里,孙悟空使用率最高技能除了上天闹菩萨、下海找龙王、跺脚喊土地以外,应该就是可以随心所欲地变化身体了。让人啧啧称奇的是,孙猴子变小之后不仅没变弱,而且似乎拥有了比变小之前更大的力量,在嫂嫂肚子里翻云覆雨那一集就将孙猴子变小后“超自然”的能力展现得淋漓尽致。可是让人疑惑的是,变小之后难道不是应该变得虚弱无力吗?

其实并不是。比如不起眼的小小蚂蚁,它在寻粮的运动量,相当于一个人一直保持高速持续跑15km,然后背回一头“牛”。诶?这里的蚂蚁和变小的孙猴子,是不是有一些相似之处可以说道说道?

小花花送给你 | @Reddit.com

肌肉的强壮度都是由肌纤维的粗细,也就是肌纤维的横截面积决定的,是一个平方问题。但如果涉及到身体的变大变小,这就是一个体积变化的“立方”问题。如果把人按比例缩小到原来身高的1/5,那么TA力气减小的速度将会比体重减轻慢得多。缩小后他的体重将会仅剩原来的1/125,肌肉的粗细却是原来的1/25,他的力气也是原来的1/25。假设这个人目前的体重是62.5kg,能搬动相当于体重一半的东西,也就是31.25kg,现在他体重0.5kg,能搬动1.25kg,这相当于体重的 2.5倍。[1]

成比例缩小的套娃 | Wikimedia Commons

蚂蚁搬家时显得力气超大也是因为它所展现出的相对力量——蚂蚁举起的东西比自身重好几倍。根据上面的一坨计算,如果把人缩小到和蚂蚁一样,力气也不会比蚂蚁弱。甚至可以定论“越小越强大”(看来蚁人拯救地球,打败灭霸是非常科学的)。所以孙猴子在变小之后,显现出了相对于自身更强大的力量。但如果我们也想像孙猴子一样,嗯……再等等看有没有被写进小说的机会吧。

苦练一年,但为什么还被说“菜鸡”?

和变小比起来,变大身体对于提升力量来说却更难。就像大象可以用鼻子举起250kg重的木头,但是进行等比换算后,250kg的木头只相当于人抱起家里的猫主子。而健身的朋友也总是很苦恼,自己胳膊大了一圈,但是力量却并没有太大的变化。到底是哪出了问题?真的是朋友们开玩笑时说的“越练越虚”吗?

人和非洲象对比 | Wikimedia Commons

在人体的供能系统中,有氧代谢负担起了绝大多数的工作,用氧把碳水化合物、脂肪和蛋白质转化为能量、水和二氧化碳。跑马拉松或者是骑车100千米几乎完全是有氧的。在氧不充足的情况下,肌肉能在无氧情况下分解糖,不过这套系统效率不那么高,且会产生乳酸这种副产品。此外,还有一种方式适用于很短期的大强度运动,比如10秒冲刺跑,这时肌肉会启动另一套无氧系统,发动肌原纤维中的储能物质磷酸原系统(三磷酸腺苷ATP和磷酸肌酸CP)。[2]

看我龟派绝招 | @Reddit.com

而肌肉有三种成分会经由训练发生改变,分别是毛细血管、肌质和肌原纤维。毛细血管增加,毛细血管在有氧训练后的确会出现显著增生,主要目的是增强肌肉的血液和氧气供应状况。由于毛细血管在肌肉中所占的体积比很低,对增大肌肉体积几乎没有什么贡献;肌质主要在长距离的冲刺训练(短间歇或中等间歇)等糖酵解供能训练后出现明显增长,增大的肌肉可以维持高强度运动的能力,但变大是变大了,但并不能产生力量;而只有肌原纤维可以在举重和极限重量组这样的磷酸原供能训练后出现显著增生,并增加储存的ATP,使肌肉收缩时产生更多力量。[2][3]

你想拥有力量吗?来点儿肌肉纤维

而在健身房训练时,大多数人追求的其实都是单纯的肌肉体积变大,也就是肌质和肌原纤维增加体积的总和。但是肌质增长比肌原纤维的增长要容易许多,所以人们通常会选择中等重量,频率较大而代谢性质为无氧糖酵解的练习为主,再以磷酸原供能训练为辅进行辅助练习。“鸡胸肉健身房”两点一线的生活持续了一年,好不容易肌肉变大了,但力量却并没有得到想要的提升,实在是恼火。撸铁之路还依然很漫长啊~

怎么这么难?VC-TURBO:你听我讲!

汽车发动机掌控着车辆全身的能量来源,是车辆供能系统的核心。汽车发动机生成能量的过程说起来并不难——空气和汽油的混合气体通过进气门进入气缸。混合气体进入后进气和排气门都会关闭,这时气缸内的活塞会压缩混合气体,温度升高当压缩的最剧烈时,就会点燃电火花,让混合气体在这个气缸“小宇宙”中来个大爆炸,爆炸产生的压力又会使活塞往下运动,从而带动曲轴进而通过变速器和传动轴将动力传到车轮上。这些油气混合体在燃烧前,被压缩的体积本来体积的比例就是压缩比

紧锣密鼓的四缸发动机 | reddit.com

传统汽车的供能系统并没有人体那么复杂全面,而是全都倚靠燃气混合物的燃烧来供能。没有了人体供能那些花样,所以在提升动力方面,比较传统的方法就是从气体和压强入手。但简单地更换大流量进气系统、排气系统带来的提升不是很明显;而通过实现涡轮增压,将进入气缸前的空气预先通过压气机进行压缩,然后以高密度送入气缸,可以实现较大幅度的动力提升。但压缩比越高机械负荷就越高,也更容易出现爆震,因此对油品的要求也就越高。而且涡轮增压度上升较缓慢,导致发动机扭矩上升也很缓慢,形成增压滞后现象,也就是人们常说的“车动力太绵”。不过在下面的动画里,我们可以看到日产针对发动机动力发明的一项黑科技,“随心所欲”地掌控动力。

为了使得现代发动机能在各种变化的工况中更好地为车辆供能,把燃油用在“刀刃”上,日产推出了全新VC-TURBO智控引擎。它在传统的活塞结构上增加了一套多连杆连接机构与HARMONIC DRIVE®(谐波传动装置)来不断提高或降低活塞冲程,从而实现压缩比的调节。根据车辆的行驶状态和司机的操作,智能选择低至8:1高至14:1的最优压缩比。

低压缩比VS高压缩比 | 东风日产

当汽车在高速巡航时,需要比较稳定的动力,同时燃油的燃烧过程也较为平稳,所以VC-TURBO智控引擎能以较高的14:1压缩比工作,就像人体肌肉在做持续有氧运动一样带来均匀的力量输出,实现最低6.6L的百公里油耗;而当汽车需要超车和爬坡时,虽然不能像一样“无氧运动”那样瞬间分解ATP,但是VC-TURBO智控引擎可以将压缩比智能调整为较小的8:1压缩比,燃烧更多的燃气混合物,实现瞬间的爆发力,最大输出185kW,最大扭矩更是达到惊人的380N·m。


VC-TURBO智控引擎 | 东风日产

同时VC-TURBO智控引擎还融合双燃烧循环(可模拟阿特金森循环,是混合动力的基础)、双燃油喷射(缸内直喷+歧管喷射)、缸体熔射技术集成式排气歧管等前瞻性技术于一身,兼顾动力、油耗和音振性能。VC-TURBO智控引擎真正实现了将汽车动力全面掌控的驾驶体验,而流畅切换的压缩比和智能瞬变的澎湃动力,更是为驾驶者带来了无限的动力想象空间,可变的力量将能征服更加遥远的未知领土。




参考文献:

[1] 红色皇后. (2011) 不想长大——有关二维、三维,以及生物如何企图抵抗物理定律的故事. 科学松鼠会

[2]高炳宏. (2004). 跆拳道比赛时间结构与能量代谢特点的研究. 北京体育大学学报, 27(5), 639-641.

[3] 冯炜权. (1987). 供能物质和运动能力(运动生理第七讲). 中国运动医学杂志(1), 47-50.


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