Вы не более склонны терять тепло от своей головы, чем другие части тела - кроме ваших рук и ног. Тейлор Маккензи
Когда погода начинает остывать, а зимняя одежда начинает вращаться в наших шкафах, появляются некоторые своеобразные комбинации: шорты и шарфы; стринги и куртки; Футболки и шапочки. Последнее часто объясняется старой поговоркой: вы теряете большую часть своей головы через голову. Но на самом деле ученые знают, что это неправда.
Во-первых, давайте вернемся к основам теплообмена.
Теплообмен человека продиктован сочетанием физических принципов, изменений в форме и размерах тела и механизмами физиологического контроля, такими как измененный кровоток кожи, дрожь и потоотделение. Эти взаимодействия поддерживают стабильную температуру в глубине тела, которая обычно чуть ниже 37 ° C.
В то время как выживаемые крайности 13.7 ° C и 46.5 ° C, вы, вероятно, будете чувствовать себя несчастным и нездоровым, когда эта температура упадет ниже 35 ° C или поднимется выше 40 ° C.
Физические принципы
Если смотреть за пределы тела, тепло обменивается между всеми объектами через сухие пути (излучение, конвекция, проводимость) и испарение влаги.
Для сухих путей тепловая энергия перемещается из более горячих областей в более холодные, причем ее обменный курс зависит от разности температур между этими объектами.
Для испарительного охлаждения молекулы воды покидают влажные поверхности, попадая в менее влажный воздух, унося с собой тепло.
Это первые принципы теплообмена.
Форма тела и размер
Тепло может быть потеряно быстрее от больших поверхностей. Тем не менее, большие массы обладают большей термостойкостью и противостоят быстрым и значительным изменениям температуры. Таким образом, взаимодействие между площадью поверхности и массой обеспечивает еще один первый принцип: изменение температуры любого объекта диктуется отношением площади его поверхности к его массе.
Таким образом, тонкая пластина прямоугольной призмы теряет тепло удивительно быстро, в то время как сфера, которая имеет наименьшее отношение площади поверхности к объему любого объекта, обеспечивает наибольшую устойчивость к тепловым потерям. Таким образом, относительно сферическая форма человеческой головы заставляет нас бросить вызов мифу о потере тепла на основе науки о первых принципах.
Клюв токо-тукана позволяет птице быстро остыть. Flickr / Brent
Но мы не можем игнорировать физиологический контроль кровотока в коже, поскольку именно так тепло передается коже для рассеивания и потоотделения, что способствует потере тепла, когда воздух теплее кожи.
Есть много примеров того, как естественный отбор привел к физиологическим изменениям, поддерживающим регулирование температуры. Возьмите toco toucan: большая площадь поверхности этой птичьей банкноты в сочетании с кровоснабжением позволяет очень эффективное рассеивание тепла, То же самое относится и к ушам слона.
У людей ближайшими аналогами являются руки и ноги.
Физиологический контроль
Голова не является идеальным излучателем, хотя у нее много кровеносных сосудов вблизи ее поверхности, поскольку кровоток в коже существенно не меняется когда человек отдыхает комфортно или резко охлаждается. Даже когда у кого-то есть опасно высокая температуракровоток в коже головы увеличивается значительно меньше, чем руки и ноги для того же нагревательного стимула.
Кроме того, большинство головок покрыто примерно 50% волос, который задерживает воздух и изолирует от теплообмена. Хотя (к сожалению) не все головы соответствуют этому обобщению.
Головка также не подходит для испарительного охлаждения. В то время как лоб наиболее плодовитый место секреции пота на единицу площади, когда мы отдыхаем, потоотделение от участков внутри линии роста волос происходит в половина этого показателя.
Перчатки и носки помогут вам согреться. К Хатанака
На самом деле, голова представляет только около 7% площади поверхности тела, поэтому его вклад в испарительное охлаждение всего тела в покое составляет всего 10% и меньше, чем у кисти, спины, бедра и голени. Хотя эта потеря тепла может утроиться во время упражнений, она все еще составляет только 13% полного испарения.
Таким образом, может показаться, что, хотя температура головки хорошо подходит для потери тепла, ни ее геометрия, ни ее физиологические реакции на нагрев или охлаждение не делают ее критическим местом для потери тепла.
Покрытие головы не более эффективно для сохранения тепла, чем покрытие большинства других областей тела. Другими словами, у вас не больше шансов потерять тепло от головы, чем от других частей тела - кроме ваших рук и ног. Поэтому носить перчатки и носки - ваш лучший выбор.
Об авторе
Найджел Тейлор, доцент кафедры теплофизиологии, Университет Вуллонгонг
Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
Книги об окружающей среде из списка бестселлеров Amazon
«Тихая весна»
Рэйчел Карсон
Эта классическая книга является важной вехой в истории защиты окружающей среды, привлекая внимание к вредному воздействию пестицидов и их воздействию на мир природы. Работа Карсона вдохновила современное экологическое движение и остается актуальной сегодня, поскольку мы продолжаем решать проблемы гигиены окружающей среды.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Необитаемая Земля: жизнь после потепления»
Дэвид Уоллес-Уэллс
В этой книге Дэвид Уоллес-Уэллс предлагает резкое предупреждение о разрушительных последствиях изменения климата и настоятельной необходимости решения этого глобального кризиса. Книга основана на научных исследованиях и примерах из реальной жизни, чтобы дать отрезвляющий взгляд на будущее, с которым мы столкнемся, если не предпримем никаких действий.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Скрытая жизнь деревьев: что они чувствуют, как общаются? Открытия из тайного мира»
Питер Воллебен
В этой книге Питер Воллебен исследует увлекательный мир деревьев и их роль в экосистеме. Книга основана на научных исследованиях и собственном опыте Воллебена в качестве лесника, чтобы дать представление о сложных способах взаимодействия деревьев друг с другом и с миром природы.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Наш дом в огне: сцены из жизни семьи и планеты в кризисе»
Грета Тунберг, Сванте Тунберг и Малена Эрнман
В этой книге экоактивистка Грета Тунберг и ее семья предлагают личный отчет о своем путешествии по повышению осведомленности о насущной необходимости решения проблемы изменения климата. Книга представляет собой мощный и трогательный рассказ о проблемах, с которыми мы сталкиваемся, и о необходимости действий.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
«Шестое вымирание: неестественная история»
Элизабет Колберт
В этой книге Элизабет Колберт исследует продолжающееся массовое вымирание видов, вызванное деятельностью человека, опираясь на научные исследования и примеры из реального мира, чтобы дать отрезвляющий взгляд на влияние человеческой деятельности на мир природы. Книга предлагает убедительный призыв к действию для защиты разнообразия жизни на Земле.
Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа
