Стоимость транспорта

Энергетическая стоимость транспорта количественно определяет энергоэффективность перевозки животного или транспортного средства из одного места в другое. Будучи безразмерной величиной , она позволяет сравнивать непохожих животных или виды транспорта . Он имеет широкий спектр применений: от сравнения походки человека до наблюдения за изменением эффективности поездов с течением времени.

Он рассчитывается одним из двух способов, оба из которых показаны в следующем определении:

${\displaystyle \mathrm {COT} \triangleq {\frac {E}{mgd}}={\frac {P}{mgv}}}$

где — энергия, подводимая к системе, имеющая массу , которая используется для перемещения системы на расстояние , и — стандартная гравитация . В качестве альтернативы можно использовать входную мощность системы, используемую для перемещения системы с постоянной скоростью . Стоимость перевозки является безразмерной. ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle v}$

Его также называют удельной тяговой силой или удельным сопротивлением (см. диаграмму Кармана – Габриелли ) или индексом энергии. ^{[ нужна цитата ]} Когда энергия поступает из метаболических процессов (т. е. для животных), ее часто называют метаболическими затратами на транспорт.

Метаболические затраты на транспорт включают базальные метаболические затраты на поддержание функций организма и поэтому стремятся к бесконечности, когда скорость стремится к нулю. ^[1] Человек достигает наименьших затрат на транспорт при ходьбе со скоростью около 6 километров в час (3,7 миль в час), при этой скорости у человека весом 70 килограммов (150 фунтов) скорость метаболизма составляет около 450  ватт . ^[1] Это дает безразмерную стоимость перевозки около 0,39. Если учитывать только дополнительные метаболические затраты (выше скорости покоя), то наиболее эффективная скорость будет ниже. Оптимальная скорость, если принять во внимание как энергию, так и расстояние, пройденное за заданное время (с некоторой «ценой» для каждого), может быть выше или медленнее, чем скорость, дающая наименьший COT.

Раньше считалось, что бегущий человек (в отличие от бегущих животных) использует одну и ту же энергию независимо от того, пробегает ли он дистанцию ​​медленно или быстро. Более поздние эксперименты показали, что это было ошибкой. Стоимость транспорта при беге действительно зависит от скорости — у каждого человека оптимальная скорость бега. ^[2]

Рекомендации

1. Венкатраман Радхакришнан (12 мая 1998 г.). «Локомоция: борьба с трением». Труды Национальной академии наук . 95 (10): 5448–5455. Бибкод : 1998PNAS...95.5448R. дои : 10.1073/pnas.95.10.5448 . ЧВК  20397 . ПМИД  9576902.
2. Стейдель-Номберс, Карен Л.; Уолл-Шеффлер, Кара М. (2009). «Оптимальная скорость бега и эволюция стратегий охоты на гомининов». Журнал эволюции человека . 56 (4): 355–360. CiteSeerX 10.1.1.517.951 . doi :10.1016/j.jhevol.2008.11.002. ПМИД  19297009.