为了吃掉碗中最后一粒米所消耗的能量和这粒米所能提供的能量哪个多？

大模头

先估算一下一粒米饭含有多少能量，再估算一下吃一粒米需要消耗的能量。

一碗米饭的重量大概在 300 克左右，含有热量 400 大卡（kcal）。大米的生熟比一般为 0.4，也就是说煮 300 克米饭大约需要 300×0.4 = 120 g 生米，一万粒大米约重 200 g。因此 120 g 大米含有的米粒数

$120\,\text{g}\times\frac{10000}{200\,\text{g}} =6000\\$

也就是说，一碗米饭含有 6000 粒米，热量为 400 kcal。因此，一粒米饭的热量约为

$Q=\frac{400\,\text{kcal}}{6000}=\frac{1}{15}=0.067\,\text{kcal}\\$

这是多大的能量呢？好多知友可能没有概念，我举个例子你就清楚了。广岛原子弹的当量约为 2 万吨 TNT，而 TNT 的能量约为 1kCal/g。因此，一粒米的能量大约为 0.067 g TNT，也就是相当于

$3.35\times 10^{-12}$

颗原子弹的能量。

那吃一粒米，从夹起米、塞进嘴到下咽又需要消耗多少能量呢？这个过程首先需要夹起米抬起前臂和手，增加了手和臂的重力势能。人的前臂和手的质量约占体重的 2.52%。以我前女友为例，其体重 52.0 kg，前臂和手的质量约为 52×2.52％＝ 1.3 kg。据我观察，前女友吃饭时，前臂重心约上升了 10 cm 左右，增加的重力势能约为

$\begin{aligned} E_1 &=mgh=1.3\,\text{kg}\times0.1\,\text{m}\times 9.8\,\text{m}^2/\text{s}\\ &=1.274\,\text{J}= 0.0003\,\text{kcal} \end{aligned}\\$

这个能量几乎可以忽略不计。当然，还需要咀嚼一下，这个能量我们稍后计算。实际上人哪怕不做任何运动，也会消耗能量，这叫基础代谢。基础代谢是指人体在清醒的非活动状态下，维持生命所需的最低能量，主要用于维持人体各器官机能，如呼吸、心跳、氧气输送等。对于人，有一个可以计算基础代谢能的经验公式（Mifflin St Jeor 方程 [1]）：

$b = \left(\frac{10m}{1\,\text{kg}}+\frac{6.25h}{1\,\text{cm}}-\frac{5a}{1\,\text{year}}+s\right)\,\frac{\text{kcal}}{\text{day}}\\$

其中 m 为体重，h 为身高，a 为年龄，s 对于男性是 +5，对于女性是 -161。代入我前女友的参数：m = 52kg，h = 166 cm，那一年她 21 岁。因此其每天基础代谢需要的能量约为

$\begin{aligned} b &= \left(\frac{10\times 52}{1}+\frac{6.25\times 166}{1}-\frac{5\times 21}{1}-161\right)\\ &=1292\,\text{kcal/day} \end{aligned}\\$

吃一粒米大约需要 5 秒。因此，5 s 内因基础代谢而需要消耗的能量为

$E_0 = \frac{1292\,\text{kcal}}{24\times 3600\,\text{s}}\times 5\,\text{s}=0.0748\,\text{kcal}\\$

科学研究表明，咀嚼可使身体耗能增加 15%[2]。因此，吃一粒米咀嚼的时间约为 1 s。因此，咀嚼需要消耗的能量约为基础代谢的 0.15 倍，即

$E_2 = \frac{1292\,\text{kcal}}{24\times 3600\,\text{s}}\times 1\,\text{s}\times 15\%= 0.0022\,\text{kcal}\\$

综上所述，吃一粒米抬臂、咀嚼、以及基础代谢需要消耗的能量约为

$\begin{aligned} E &= E_0+E_1+E_2\\ &=0.0748+0.0003+0.0022\\ &=0.0773\,\text{kcal} \end{aligned}\\$

这个能量略大于一粒米饭（0.067 kcal），也就是说你多花 5 秒吃粒米会损失掉的能量为：

$\begin{aligned} \Delta E&=Q-E_0-E_1-E_2\\ & = 0.067-0.0748-0.0003-0.0022\\ &=-0.0103\,\text{kcal} \end{aligned}\\$

下次碗里还剩一粒米时先不要吃，下一顿攒 2 粒时一起吃，那样就值了。有知友认为不应该把 5 秒基础代谢能量计算在内。我觉得这得分人，我前女友非常爱学习，省出的 5 秒至少能背一个单词。如果你比较闲，多出 5 秒也不会干点什么更有价值的事，那大可不必把基础代谢的能量放在里面。此时，你多花 5 秒吃一粒米饭获得的能量为：

$\begin{aligned} \Delta E&=Q-E_1-E_2\\ &=0.067-0.0003-0.0022\\ &=+0.0645\,\text{kcal} \end{aligned}\\$

结论：如果你比较闲，就花 5 秒吃一下吧。如果你比较卷，就别吃了， 5 秒钟可以干很多事的。

参考资料

[1] Mifflin M D, St Jeor S T, Hill L A, et al. A new predictive equation for resting energy expenditure in healthyindividuals[J]. The American journal of clinical nutrition, 1990, 51(2): 241-247.

[2] 咀嚼可使身体耗能增加 15%，https://m.gmw.cn/baijia/2022-08/19/35964599.html

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