КПД человека

Проф. Б. ВЕИНБЕРГ

Коэффициентом полезного действия (КПД) машины называется отношение ее полезной механической работы к работе, затраченной на приведение машины в действие. С этой точки зрения можно говорить и о коэффициенте полезного действия человека, если рассматривать его как машину, совершающую за счет химической энергии пищи различного рода механическую работу, т. е. преодолевающую какие-то силы.

Механическая работа — необходимый элемент труда всякого рабочего на любом производстве. Совершать механическую (или иначе физическую) работу приходилось и первобытному человеку и посейчас еще приходится некоторым современным народностям, уровень культуры которых чрезвычайно низок.

Работа эта значительно больше для обитателей полярных стран, нуждающихся в жилище и одежде, чтобы защититься от холода, чем для, обитателей тропических стран, у которых большей частью кругом обилие растительной пищи. Но даже самому ленивому и инертному дикарю Африки, Австралии, Полинезии приходится совершать работу, преодолевая силу сцепления куска камня, кости или рога, чтобы изготовить из них наконечник стрелы или копья, головку топора или молота, нож, пестик и т. п. Ему приходится преодолевать силу упругости тетивы лука или силу инерции копья, чтобы убить зверя или птицу. Ему надо преодолеть силу тяжести, чтобы поднять убитую добычу; преодолеть силу сцепления шкуры зверя при ее отделении от тела, силу сцепления мяса и костей при разделении этого тела на части. Он должен преодолеть силу трения при добывании огня трением двух кусков сухого дерева друг о друга и т. д. Преодолевает он все это силою своих мускулов, каждый из которых представляет собой небольшую машину, превращающую химическую энергию в механическую работу.

Обитатель полярных стран затрачивает физической работы больше чем обитатель тропических стран. Он нуждается в жилище и одежде, чтобы защищаться от холода.

Человеческому организму приходится затрачивать немало энергии на своего рода внутренний транспорт, на доставку этой химической энергии к месту ее назначения. Это так называемая внутренняя работа человеческого организма. В самом деле, при работе мускула происходит почти такое же сгорание его тканей (т. е. соединение этих тканей с кислородом), какое происходит с топливом в котельной толке паровой машины или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Но в человеческом организме сгорание тканей происходит значительно медленнее, чем сгорание топлива в паровой машине или двигателях. Потому оно идет у человека без большого повышения температуры.

Но даже самому ленивому и инертному дикарю Африки приходится совершать работу для добычи пищи, огня и т. п.

Подобное горение не представляет собой исключительной особенности человеческого организма. Точно такое же «горение без огня» мы наблюдаем во всех случаях более или менее медленного окисления: при образовании ржавчины, гниении, брожении, тлении углей.

Таким образом для работы мускула ему необходимо доставлять и материал для восстановления его тканей и кислород для сжигания их. И то и другое доставляется посредством крови, которую проталкивает через сложную систему кровеносных сосудов и обратно собирает в себе мощный насос —  сердце.

Кислород попадает в кровь из воздуха, который поглощается легкими. Затем этот воздух должен быть удален из легких, так как он теперь беден кислородом и насыщен продуктами сгорания тканей (водяным паром и углекислотой).

Для этого нужна работа человеческого воздушного насоса: мускулов грудной клетки и отчасти грудобрюшной преграды. Работа необходима и на другие внутренние движения в организме, например, на проталкивание пищи по кишечнику.

Даже не совершая внешней работы, человек тратит на внутреннюю работу энергии примерно в 850 тыс. килограммометров в сутки или около 2 тыс. больших калорий. Поэтому паек для людей, не работающих физически (например, для больных), и вычисляют так, чтобы сумма химических энергий всех составляющих его продуктов была около этой величины.

Человек же, занимающийся физическим трудом, тратит энергии больше. Ему приходится и есть больше. Однако исследования показывают, что только сравнительно небольшая доля необходимого избытка пищи идет на увеличение внешней работы человеческого организма.

Вот, например, анкетные данные о питании 1 065 бельгийских рабочих, приведенные в статье акад. Г. Струмилина «К вопросу об организации труда» (№ 1 журнал «Организация труда» за 1921 г). Эти данные могут быть выражены следующей таблицей:

Так как внутренняя работа организма длится круглые сутки, то мощность, затрачиваемая на внутреннюю работу, равна при отсутствии физического труда 10 килограммометрам в секунду. Если считать рабочий день в 8 часов, то в остальные 16 часов внутренняя работа составит 570 тыс. килограммометров. Отсюда получаем, что во время умеренного труда внутренняя работа составляет 610 тыс. килограммометров, т. е. на нее затрачивается мощность в 20 килограммометров в секунду. При тяжелом труде внутренняя работа равна 880 тыс. килограммометров в секунду. При очень тяжелом труде внутренняя работа достигает 1 400 тыс. килограммометров, т. е. на нее затрачивается мощность в 50 килограммометров в секунду.

В то же время мощность, затрачиваемая на внешнюю работу, равна соответственно 2, 3 и 5 килограммометрам в секунду.

Как известно, мощность лошади равна примерно 20—30 килограммометрам в секунду. (Ее не надо путать с условной единицей мощности — лошадиной силой, равной 75 кгм в секунду).

В течение часа-двух человек может при большом напряжении развить мощность, даже превышающую мощность лошади. Но затем он быстро утомляется и работоспособность его резко падает. Это между прочим показывает, какой огромный источник новых мощностей приобрел человек, когда приучил лошадь, осла, вола, слона, верблюда, оленя и других животных и заставил их работать на себя в качестве верховых и вьючных животных, в различных лошадиных приводах и т. п.

Коэффициент полезного действия человека можно вычислить двояко. Можно взять отношение получаемой от человека полезной работы ко всей поглощаемой им в виде нищи химической энергии. Для этого мы должны брать количество килограммометров, пошедших на внешнюю работу, и делить его на количество килограммометров, вошедших и на внешнюю и на внутреннюю работу вместе, или же можно делить величину полезной работы на избыток пищи работающего человека над пищей человека, не совершающего механической работы.

В первом случае для коэффициента полезного действия человека, совершающего умеренную работу, получаем 4,5 проц. , для тяжелой работы 5,9 проц и для очень тяжелой работы — 6,4 проц. .

Другими словами, мы видим, что при увеличении производительности примерно в 2,5 раза, коэффициент полезного действия повысился только в 1,4 раза.

Второй способ определения коэффициента полезного действия человека кажется мне более правильным. В этом случае мы получаем соответственно следующие величины:

при умеренном труде—17 проц. , при тяжелом труде — 13 проц. и при очень тяжелом труде—12 проц. , т. е. коэффициент полезного действия при увеличении производительности понижается. Отсюда со всей ясностью видно, что даже в смысле прямой выгодности не надо перенапрягать такую ценнейшую и важнейшую живую машину, какую представляет собою человеческий организм. К тяжелому физическому труду следует прибегать лишь в тех случаях, когда это вызывается строгой необходимостью.

Из этих же расчетов можно также вывести заключение, что человеку наиболее пристала роль не чернорабочего, а надсмотрщика над совершающими механическую работу машинами, и притом по преимуществу машинами, приводимыми в движение не животными, а природными энергоресурсами.

На психотехнической станции Западной ж. д. исследуют утомление автодрезинщиков

В этом облегчении физической работы и заключается главный смысл механизации различных производств и энергоэффективности всех отраслей промышленности и народного хозяйства. Мы так привыкли к тысячам и даже миллионам киловатт, что не всегда ясно себе представляем, сколько же освобождает человеческого труда каждый новый освоенный киловатт мощности. Он соответствует 100 килограммометрам работы в секунду, получающейся в секунду за счет сжигания каменного угля, торфа, горючих сланцев, нефти, от гидроэлектрической установки или ветросиловой станции. Другими словами, 1 киловатт может заменить собой 150 умеренно работающих людей, 33 тяжело работающих или 20 очень тяжело работающих. Если же принять во внимание, что «киловатт работает» полные сутки, а не 8 часов, то получается еще большие числа: 150, 100 и 60.

Теперь читателю должен быть понятен истинный смысл нашей упорной борьбы за каждый лишний киловатт энергии и за правильное использование физической силы человека на производстве.