인간의 엔진과 자동차 엔진은 어떻게 다른가

자동차 엔진

자동차의 엔진에 대해 생각해 봅시다. 시동을 걸면 모터가 회전을 합니다. 이때 에너지는 밧데리로 부터 공급되는 전기 에너지입니다. 이 모터의 힘으로 엔진이 회전을 합니다. 그리고 실린더 속 기화된 연료가 점화되어 폭발이 일어납니다. 폭발에 의해 연료가 가진 화학 에너지가 열 에너지로 변화됩니다. 이렇게 되면 모터의 전원을 꺼도 연료로부터 얻은 열에너지에 의해 엔진은 계속 회전을 하며 자동차를 달리게 하는 힘을 만듭니다. 

전기 에너지는 산소를 필요로 하지 않으므로 이것은 일종의 무산소 에너지입니다. 가솔린은 에너지를 내기 위해서 산소를 피요로 하므로 유산소 에너지라고 볼 수 있습니다.

밧데리의 전기 용량에는 한계가 있어 계속 지속하지 못합니다. 정비 상태가 나쁜 엔진은 특히 겨울의 추운 아침 모터를 몇 번 돌리는 동안 배터리의 에너지가 모두 방전되어 버리는 일도 있습니다. 

정비가 잘 된 엔진은 한번의 시동으로 점화되어 전기 에너지로부터 열 에너지로의 전황니 부드럽게 이루어집니다. 그리고 달리는 동안 열에너지의 일부가 발전기에 의해 전기 에너지로 변환되어 저하된 배터리 에너지를 보충합니다. 

그리하면 다음 시동도 문제 없이 걸 수 있습니다.

 

인간의 엔진

인간의 경우 자동차의 엔진과 비교해 보면 몇 가지 유사한 점이 있습니다.

인간이 운동을 하면 우선 무산소 에너지가 사용됩니다. 점차 폐와 심장의 활동이 활발해짐에 따라 유산소 에너지로 전환된다는 점은 자동차의 엔진과 같습니다. 또한 인간의 무산소 에너지도 한계가 있어 쓰다 보면 고갈된다는 점도 동일합니다.

유산소 에너지의 경우 몸 속의 당과 지방을 연료로 이들을 물과 이산화탄소로 분해해 이때 발생하는 에너지를 사용하는 것입니다. 연료는 음식물로 섭취되어 몸속에 다량으로 축적되어 있으므로 산소 공급만 계속된다면 비축 연료만으로도 몇 시간, 때로는 며칠이라도 운동을 계속할 수 있습니다. 자동차의 경우에도 연료를 가득 채운다면 몇 시간이라도 계속 달릴 수 있으므로 이 점도 비슷합니다.

에너지 발생 후 잔유물도 유산소 에너지의 경우에는 물과 이산화탄소로 배출됩니다. 인간과 자동차 거의 비슷합니다. 좀 더 엄밀하게 말하자면 자소 차이는 있습니다. 인간의 경우 거의 완전 연소되어 물과 이산화탄소만 남지만 자동차의 경우 일부의 연료가 불완전 연소되어 물과 이산화탄소 이외에 일산화탄소 등도 배출됩니다. 

 

인간과 자동차의 차이점

무산소 에너지의 경우 단시간밖에 지속할 수 없다는 점은 같습니다.

사람이 무산소 에너지만으로 운동을 했을때 1~2분 밖에 지속할 수 없습니다. 자동차도 배터리만으로 달릴 수 있는데 약 1분도 채 못 달릴 것입니다. 

차이점은 잔유물입니다. 밧데리의 전기 에너지는 완벽한 클린 에너지로 아무것도 남지 않습니다. 인간의 경우 젖산을 남기는데 젖산은 여러 가지 문제를 일으킵니다.

인간이 무산소 에너지를 많이 사용하게 되면 체내에 젖산이 증가합니다. 젖산이 너무 많이 증가되면 근육이 뭉치며 움직이기 힘들어집니다. 이런 상황에는 신체활동이 불가능해지므로 살아가는 있어 상당히 불편하게 됩니다. 하지만 불행 중 다행으로 이 경우에는 먼저 호흡곤란이 오게 됩니다. 호흡이 힘들어 지면인간은 괴로움에 운동을 중지 또는 강도를 낮추게 됩니다. 즉 젖산이 생명에 지장을 주기 전에 예방을 하는 것입니다. 젖산 증가에 의한 호흡 곤란이 우리의 생명을 지켜주는 지킴이 역할을 하고 있는 셈입니다.

그러나 결국 젖산이 많이 증가하면 무산소 에너지를 더 이상 낼 수 없다는 뜻입니다. 자동차로 비유하자면 밧데리가 방전된 상태와 같다고 말할 수 있습니다. 즉 유산소 에너지로 전환을 실패했다고 볼 수 있습니다.

 

훈련에 의해 지구력이 생기는 이유

매일 줄넘기를 하면 처음에는 1분 정도 하던 사함이 날이 갈수록 지속 기간이 증가하게 됩니다. 이유가 있습니다.

1. 무산소 에너지로부터 유산소 에너지 전환이 이전 보다 빠르게 이루어지고 있기 때문입니다. 유산소 에너지가 원활하게 공급되기까지는 보통 수분이 필요합니다. 이것은 산소를 공급하는 폐와 심장의 활동이 고조되는데 시간이 걸리기 때문입니다. 그러나 반복된 운동을 하면 폐과 심장의 활동을 고조시 기는데 속도가 가속되어 단시간에 유산소 에너지가 원활히 공급되기 때문입니다. 

계속된 운동은 초기의 산소 부족이 전보다 작아지고 무산소 에너지의 소비가 적으면 운동을 보다 길게 지속할 수 있다는 사실을 알 게 되었습니다.

2. 유산소 능력이 향상되는 것입니다. 유산소 능력이 낮으면 줄넘기에 필요한 에너지를 모두 유산소 에너지로 충족시킬 수 없습니다. 이것은 운동 초기뿐 아니라 어느정도 운동을 한 후에도 마찬가지입니다.

운동을 계속하는 사이 산소부족 상태가 발생해 젖산이 생성됩니다. 그러나 유산소 능력이 좋으면 운동 초기에는 산소 부족 상태가 발생하지만 바로 유산소 에너지만으로 운동을 수행할 수 있는 상태가 되어 더 이상 젖산이 축적되지 않고 괴로움도 느끼지 않습니다.

3. 근육의 성질이 산소를 사용하기 쉽게 변화됩니다. 인간의 경우 연습의 축적, 신체의 단련도에 따라 여러 가지 기능이 개선되어 운동을 길게 지속하게 변화됩니다. 그러나 자동차의 경우 이와 같은 현상은 일어나지 않습니다.

 

젖산을 연료로 하는 심장

사람이 무산소 에너지를 너무 사용하면 과잉 축적되어 여러가지 문제를 일으킵니다. 일반적으로 생각되는 근육의 뭉침뿐만 아니라 심장에도 문제가 생깁니다. 심장도 근육으로 되어있습니다. 따라서 젖산이 축적된다면 심장도 근육과 같은 문제가 일어납니다. 만약 심장이 뭉친다면 전신의 혈류가 정지되며 바로 생명을 잃게 됩니다.

하지만 심장은 놀랄만한 특징이 있습니다. 심장의 근육은 젖산을 연료로 사용한다는 것입니다. 근육에는 치명적인 젖산이 심장의 근육에는 에너지원이 되는 것입니다. 심근은 당, 지방 등 다른 연료보다 젖산을 우선적으로 소비합니다.

이 점은 인간과 자동차 엔진의 가장 큰 차이점이라고 볼 수 있습니다.