60
kgの人が、階段を3階分登ることを考えます。建物によって違いますが、普通に歩いたら1分近くかかるでしょう。しかし、頑張ってダッシュして15秒で登りきったとします。
このとき、仮に3階分の高低差を12
mとして、3階分登るのに要する仕事量を計算してみます。「仕事」=「力×距離」であり、体重60
kgの人にかかる重力の大きさは60×9.8
Nなので、12
mの高さを登るのに必要な仕事は
60×9.8×12
≒
7000 J
となります。
そして、これだけの仕事を15秒で行ったとすると、7000÷15
≒
470 W
の仕事率で仕事したことになるのです。
メートル法に基づく1馬力は、736
Wです(「馬力」というのは「仕事率」の単位のことなのです)。ですので、15秒で登りきっても、まだ1馬力には及びません。1馬力を発揮するには、7000J÷736W
≒
9.5秒
なので、このくらいの時間で登りきらなければなりません。人間の脚力というのは、頑張れば1馬力を出すことができることが分かりました。もちろん短時間ですが。
では、同じ1馬力を腕力によって発揮することを考えてみたいと思います。
鉄棒を使って、垂直懸垂をした経験は多くの人にあると思います。1回の懸垂できちんと上がりきると、(個人差がありますが)だいたい55
cmくらい体を持ち上げる必要があります。
ということは、60
kgの人が1回懸垂するのに必要な仕事量は、60×9.6×0.55
≒
323 Jとなります。そして、もし垂直懸垂によって1馬力を発揮しようとしたら、323J÷736W
≒
0.44秒で1回の懸垂を行う(つまり、1秒間に2回以上懸垂する)必要があることが分かります。ちょっとこれは無理ですよね。。
こんな例を考えると、人間は腕力よりも脚力の方が、高い馬力を発揮できることが分かります。
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