人體如何燃燒脂肪? 《知識大圖解》 - PanSci 泛科學
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脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase)這種酵素則會幫助肌肉細胞吸收脂肪酸,透過燃燒這些脂肪酸,可以得到更多能量。
皮膚鬆弛. 皮膚具有驚人的彈性,因此在減重之後,多數 ...
001文字分享友善列印繁|简001好書搶先看活得科學生命奧祕透視科學醫療健康人體如何燃燒脂肪?──《知識大圖解》知識大圖解・2015/12/19・899字・閱讀時間約1分鐘・SR值541・八年級+追蹤人體內有數十億個脂肪細胞,形狀不一地夾在皮膚與肌肉組織之間。
然而,決定體重的並不是脂肪細胞的數量,而是這些細胞的大小;脂肪細胞的大小會根據其所儲存的脂肪多寡而變動。
當你嘗試減重時,這些積聚在體內的脂肪沉積體會如何被分解呢?簡單來說,這會牽涉一種生化程序,透過轉換脂肪細胞中佔據空間的分子而獲得能量。
本圖節錄自《HowItWorks知識大圖解國際中文版》第15期(2015年12月號),全見版請點擊本圖放大。
一旦你開始提高活動量,並且降低卡路里的攝取(卡路里代表特定食物中所含的潛在能量),整個生化程序就開始了。
當你攝取的卡路里量低於燃燒所消耗的量,人體便會產生脂肪動用激素(fat-mobilisinghormone)來因應能量的缺乏;脂肪動用激素會示意重要的酵素開始分解脂肪,並將脂肪儲備起來,以提供人體所需的能量。
這個生化程序中的關鍵酵素是脂酶,脂酶會刺激脂肪細胞,使脂肪細胞釋出三酸甘油酯(triglyceride,脂肪儲存於脂肪細胞內的形式)。
每個三酸甘油酯分子接著會分解成一個甘油分子與三個脂肪酸分子;甘油也會進一步被肝臟分解以釋出能量,而游離的脂肪酸分子則直接透過血管被運送到肌肉。
脂蛋白脂酶(lipoproteinlipase)這種酵素則會幫助肌肉細胞吸收脂肪酸,透過燃燒這些脂肪酸,可以得到更多能量。
皮膚鬆弛皮膚具有驚人的彈性,因此在減重之後,多數情況下皮膚仍會回彈、重新緊貼在新身材上。
這都要感謝膠原蛋白,這種蛋白質能使皮膚伸縮自如,也因此膠原蛋白對成長階段來說非常重要。
不過膠原蛋白的纖維會隨著時間變得越來越脆弱,讓我們在年齡漸長後出現皺紋。
體重突然增加或快速成長時,膠原蛋白的生成速度也可能不夠快,於是造成皮膚過度伸展,形成可見的妊娠紋或肥胖紋。
相反地,一旦體重大幅或快速地下降,也可能留下懸垂的皮膚,唯有透過外科手術才能去除。
因此,千萬別以速成減肥法做為甩掉贅肉的方案。
緩慢降低體重,並搭配均衡飲食與運動,才能使皮膚鬆弛的風險降到最低。
本文節錄自《HowItWorks知識大圖解國際中文版》第15期(2015年12月號)更多精彩內容請上知識大圖解 國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》,素養強化訓練今天就展開!相關標籤:卡路里減肥皮膚細胞脂肪鬆弛熱門標籤:大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間文章難易度剛好太難所有討論
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力大無窮的她曾因為不小心抱得太用力,導致弟弟的肋骨不幸斷裂。
約兒的力量究竟要多大,才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢?約兒的力量究竟有多大,才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢?圖/IMDb肋骨雖然是保護軀幹內重要器官的鎧甲,但比起粗壯的大腿骨等等其實是相對容易發生骨折的區域。
除了一些激烈的競技運動可能會導致肋骨出事之外,CPR過程中不當的壓胸動作也是胸骨或肋骨骨折的肇因之一。
這樣看來,單靠人力要把肋骨折斷好像並非不可能。
除了安妮亞需要擔心這個問題之外,清楚地知道「東西什麼時候會斷掉」也是許多工程師每天會遇到的挑戰。
然而這類實驗每做一次就要毀掉一塊材料,大多時候更完全沒有做實驗的可能(例如大型建築結構,或是無辜人類的肋骨)。
接下來我們便可以用一些簡單的估計,來探討人類肋骨究竟會不會在擁抱過程中意外斷裂。
安妮亞擔心跟媽媽抱抱時,肋骨可能會斷掉的這個問題。
圖/IMDb關心安妮亞的肋骨之前,我們先了解什麼是斷裂力學一般而言,固態材料受到外力時首先會產生正比於外力大小的彈性形變,外力停止之後便能恢復原狀。
硬度(Stiffness)描述的是彈性形變和外力的正比關係,也就是「外力=硬度*形變量」。
在相同的外力之下,硬度越大的材料形變越小。
外力大到某個程度時,會造成不可恢復的塑性形變,此時材料內部的微觀結構通常已經遭到破壞;外力再大一些便會造成巨觀的斷裂。
材料在斷裂前能承受的最大應力就是其強度(Strength)。
玻璃這類硬而脆的材料硬度大但強度小,也就是說它不容易形變,但應力一大就裂開;金屬類則通常有較好的強度和較大的彈性範圍,因此彈簧通常以金屬製成。
硬度跟強度是相關但獨立的概念,下面關於斷裂的討論會著重在強度的部分。
作為複雜的有機結構,骨骼的力學性質並不如上述的如此簡單。
骨骼遭受外力衝擊時可以透過局部的塑性形變來分散能量,使裂痕不易蔓延。
也就是說,是否骨折不只和力的大小有關,也和施力的速度有關。
瞬間的重擊會讓能量來不及耗散,材料因此更容易斷裂。
用吸管插手搖杯封膜時一定要快狠準便是這個道理,如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞(也就是塑性形變),那不是因為力氣不夠,而是因為施力不夠快。
用吸管插手搖杯封膜,如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞。
那不是因為力氣不夠,而是因為施力不夠快。
圖/Pexels但骨骼的塑性性質實在不好估計,所以先別管那麼多。
一般在實驗室中若要測量骨骼的斷裂強度,應該就是緩慢地對材料加壓直到斷裂,這樣才能獲得完整的「彈性─塑性─斷裂」過程的資料。
我們暫且假設內心溫柔的約兒擁抱親人的動作(相較於出拳攻擊)是緩慢的,只是力氣的高峰值出奇地大,所以肋骨在經歷了充分的塑性形變後才最終斷裂。
對於這類相對緩慢的擁抱,我們便可以安心地套用現有的一些測量數據。
一般人擁抱的力量和約兒有什麼不同?骨頭的部分接下來只要交給谷歌就可以了,那擁抱的力量該有多大呢?一般人抱的動作大概不會把雙臂交疊在一起,而是分別放在對方的肋骨上。
所以我們只要考慮一隻手的力氣就好,兩隻手就只是斷掉的肋骨數量乘以二而已。
如果健身房有一台以擁抱動作為發想的訓練器材,一般人用一隻手能拉起的槓片數量應該不多,可能最多十五公斤。
約兒提到她當時抱斷了弟弟的三根肋骨,意即兩隻手的力量差不多由三根肋骨扛起,也就是一根肋骨要承擔十公斤重的力。
換成物理學家用的單位,就是差不多100牛頓。
有這樣的姐姐,尤利還能順利活下來也絕非凡人。
圖/IMDb但是知道力的大小還不夠。
直覺會認為,較薄的材料比較容易折斷,同樣的材料在斷裂前能承受的力應該跟截面積呈正比。
換句話說,真正衡量斷裂強度的是單位截面積所受的力,也就是應力(壓力)的概念。
把一根肋骨的截面簡單當成一公分見方的正方形,壓力便等於:100牛頓/1公分2=106牛頓/公尺2=1百萬帕(最右邊的百萬帕是材料力學常用的應力單位。
)不過彎曲應力不只和截面積有關,還得考慮材料受力的整體結構。
肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力,所以肋骨比較像是一根兩端固定,中間懸空的橋樑,如下圖所示。
從日常經驗可以知道,這種結構中間懸空的部分L越長,或是厚度d越薄,彎曲的越嚴重。
肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力,所以肋骨比較像是一根兩端固定,中間懸空的橋樑。
圖/作者所以剛剛的應力還要再乘上一個長度對厚度的比值,才是肋骨在結構中承受的彎曲應力。
假設肋骨大約10公分長,最後的答案就是10百萬帕。
約兒有「全力」擁抱弟弟嗎?人類骨骼的彎曲強度取決於年齡、性別、個體發展差異等等,但是普遍的值落在100到200百萬帕的範圍,一比下來差了十倍以上。
雖然我們在計算中做了很多誇張的簡化,可是過程中不太可能有估計的失誤會讓最後結果差到十倍。
因此可以放心地說,一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。
可以放心地說,一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。
圖/IMDb根據維基百科上沒有來源的資料:「第1到3根肋骨斷裂前能承受大約180KG的重量,第4根到第9根相對脆弱些」。
這和我們的粗略估計大致相符,也就是每根肋骨10公斤重的擁抱力道距離肋骨骨折大約有十倍的差距。
不過別忘了,上面講的都是一般人的情況。
約兒可不是一般人。
想要對她的怪力有些概念,我們發現第十集躲避球大戰的特訓畫面中,約兒丟出的躲避球發出了明顯的音爆,表示她的球速至少來到音速340m/s。
一般人的躲避球速最快不過120km/h,也就是33m/s左右。
考慮到手臂長度差不多,手臂力量大致和球的動能成正比,也就是和球速平方成正比。
約兒的球速大約是常人的十倍,代表她的力量是驚人的百倍以上。
由此可知,約兒對親愛的弟弟已經相當手下留情了。
參考資料MartinGrigorAbrahamyan.(2017). OnthePhysicsoftheBoneFracture.InternationalJournalofClinicalandExperimentalMedicalSciences,3(36):74-77. https://www.researchgate.net/publication/321489340_On_the_Physics_of_the_Bone_Fracture 國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》,素養強化訓練今天就展開!相關標籤:SPYXFAMILY力學擁抱間諜家家酒骨折骨頭熱門標籤:大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間文章難易度剛好太難所有討論
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不喜歡算數學。
喜歡電影、龐克、和翻譯小說。
不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。
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最近許多研究及報導分別提出,即使是得過了covid-19,仍然不能像瑪利歐兄弟中吃了「無敵星星」一樣刀槍不入,還是會有二次感染的風險。
究竟,確診後到底能不能像吃了無敵星星一樣視病毒於無物呢?延伸閱讀:為什麼無敵星星會失效?確診BA.5症狀可能會更嚴重?無敵星星到底存不存在呢?圖/泛科學YOUTUBE不同的病毒株,不同的免疫效果確診後是否會再次確診,應該分成二個部分來討論:確診者是否會確診相同的病毒株?確診者是否會確診不同的病毒株?以台灣目前盛行的Omicron變異株為例,確診過Omicron後康復的人是否會再次被Omicron變異株所感染?或是未來是否會再被其他新的變異株所感染?根據Nature期刊在2022年5月所發表的最新研究顯示1,研究者收集了感染不同變異株(包含WA1、Delta和Omicron)七天後的老鼠血清,觀察這些血清中的抗體對於不同的病毒株是否有中和能力(Neutralization),研究結果顯示感染這三種病毒株的老鼠血清對各自病毒株有一定中和能力[註一](NT50304、422、113)。
然而,感染後對不同病毒株的保護能力不同,感染WA1與Delta的小鼠血清雖然對於非自身病毒株中和能力較弱,但仍具有一定程度的中和能力。
而感染Omicron的小鼠血清對於不同的病毒株,則幾乎沒有中和能力(NT50<10)。
結果顯示,在沒有打疫苗的形況下,若感染Omicron後,未來是否能避免再度感染Omicron的效果其實有限,尤其面對未來可能有的新變異株,保護效果可能幾乎沒有!沒打疫苗,感染Omicron後,血清的中和病毒能力。
圖/作者該研究同時收集了10位未打疫苗的Omieron確診者血清,結果與小鼠試驗類似,這些確診者的血清只對Omicron病毒株有良好的中和能力(NT501452),而對於其他不同的變異株中和能力則較低(NT50<100)。
這樣的結果顯示,如果你未打疫苗而染上Omicron,產生的抗體對於保護你免於其他病毒株的感染效果是非常有限的。
想要「無敵星星」?先打疫苗吧!雖然染上Omicron後的保護力不是這麼高,但台灣目前的疫苗接種率第一劑、第二劑與追加劑分別為91.18%、82.74%與69.47%2,那如果是有打完疫苗後又被感染,是否能在提供額外的保護力呢?該篇研究針對了打完二至三劑默德那或輝瑞疫苗後又被Omicron或Delta突破感染的人進行研究,發現打完疫苗的人又被感染後,其血清對於不同的病毒株皆有非常好的中和能力,被Delta或Omicron突破性感染的人對皆對於WA1有最好的中和能力(NT5017994與23308),此外,其對於Omicron的中和能力雖相對較低,但仍然具有良好的中和能力(NT501241與1692),值得注意的是,這些打完疫苗後又被突破性感染的案例,其血清對不同病毒株的平均中和能力為單純打完三劑疫苗的人的十倍!接種二劑疫苗以上,感染Omicron或Delta後,血清的中和病毒能力。
圖/作者須注意的是,無敵星星也並非真的無敵,該研究只利用血清中和病毒的能力來闡述研究結果,而未真的進行活體保護力相關實驗,且資料量未達到大規模分析的等級。
此外,對於未來新的病毒株是否能有保護力也是未知,可以確定的是,對於未打疫苗的人與完整接種的人相比,染疫後再度染疫的風險也較大。
想要染疫後能夠避免再次感染?就目前數據上來說,完成疫苗接種才是最好的方法!註解註一:中和能力為抗體能防止細胞免於細菌或病原體感染,提供保護力之能力。
NT50即為能中和百分之五十病毒感染的血清稀釋倍數,數值越高,代表血清即使稀釋高倍後仍能中和百分之五十的病毒。
亦即可能提供較佳的保護力。
參考資料Suryawanshi,R.K.;Chen,I.P.;Ma,T.;Syed,A.M.;Brazer,N.;Saldhi,P.;Simoneau,C.R.;Ciling,A.;Khalid,M.M.;Sreekumar,B.,etal.Limitedcross-variantimmunityfromSARS-CoV-2Omicronwithoutvaccination.Nature2022.衛福部疾管署COVID-19疫苗接種統計資料 國中生的科普素養閱讀平台:《科學生》,素養強化訓練今天就展開!相關標籤:COVID-19COVID-19疫苗COVID19OmicronOmicron變異株中和抗體中和病毒病毒確診血清熱門標籤:大麻量子力學CT值女科學家後遺症快篩時間所有討論
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貝爾實驗室總部。
圖/wikimedia1951年9月中旬,為期五天的閉門研討會在紐澤西的貝爾實驗室辦公大樓召開,受邀者均經過五角大廈資格審查,主要是軍方的合作廠商,大約有100間,另外還有20間大學的研究學者。
有人認為是軍方施壓讓貝爾實驗室分享技術,好提升整體國防工業,但其實貝爾實驗室屬於研究機構性質,本來就無意製造販賣電子零件;而且母公司AT&T也未跨足通訊以外的產業,並不反對將電晶體的技術授權出去。
因此,對貝爾實驗室而言,收取權利金既符合公司利益,也讓軍方這個大客戶開心,還可以加速電晶體的時代來臨,簡直是三贏的局面。
第二年,25間美國廠商與10間外國企業取得授權,開始製造點接觸電晶體。
最先應用的產品除了AT&T本身的通訊設備,其他都是屬於軍方的武器裝備;但到了年底,第一個電晶體消費性產品就問世了,那是由聲諾通公司(Sonotone)製造的助聽器Sonotone1010。
1952年,聲諾通公司(Sonotone)製造的助聽器Sonotone1010問世。
圖/wikimedia不過這個助聽器要價不斐,當時售價高達229美元(相當於現在2250美元),無法堪稱平價的商品。
這其實反映了點接觸電晶體製造不易,成本壓不下來。
再經過一年的時間,電晶體在1953年的每月出貨量約五萬顆,而同時期真空管每月產量仍多達三千五百萬顆。
儘管如此,電晶體的崛起已經引起大眾注目。
比起五年前那場只有圈內人才能體會重要性的發表會,如今連財經記者也看出電晶體將會改變未來。
1953年3月號的《財富(Fortune)》雜誌便在一篇題為〈電晶體之年〉的專文中,預測電晶體的「可靠、小巧,耗電又低,會讓資料處理與計算的機器提升到任何所能想像的複雜度,而成為即將到來的第二次工業革命的核心。
」革命的大功臣:接面電晶體與矽《財富》雜誌看到的是前一年IBM推出的通用型電腦,如果裡面的真空管全部改為電晶體,勢必會是另一番樣貌。
結果一如其預言,隨著電晶體的效能日益提升,電腦果真推動了如今我們所稱的第三次工業革命*。
*原文財富雜誌所說的第二次工業革命,其實是指現今的第三次工業革命。
而現今所指的第二次工業革命則是指19世紀末到20世紀初,由電力帶來的改變。
不過《財富》雜誌沒看出來的是,點接觸電晶體並無法勝任這場革命,這場革命的掌旗手還是必須交給接面電晶體,同時電晶體材料也得從鍺換成矽才行。
當年布拉頓和巴丁為了降低表面態的能量障礙,用鍺取代矽,最後雖然成功發明點接觸電晶體;但鍺的能量障礙低的優點,也是缺點。
能量障礙低,代表比較容易導電,一旦環境溫度太高或機器全速運轉(溫度升高)時,就會發生漏電。
因此,當蕭克利另組團隊,開始打造接面電晶體時,就設定最終的成品應以矽為材料。
矽還有一個好處:地表上蘊藏豐富,是地殼中含量第二的元素。
隨處可見的沙子其實就是二氧化矽,原料成本要比鍺便宜多了。
不過要製造接面電晶體非常困難,得精煉出純度高達99.999999999%的矽,同時還要將原本結構不夠規則的多晶矽,轉為晶格排列整齊的單晶矽,才有利於電子順利通過。
在製造過程中,還得精確控制摻雜硼與鍺的分量,而且要確保位置精準、分布均勻;尤其三明治架構的中間那層p型矽必須薄到微米級的厚度才有放大效果,如何把硼均勻摻入這麼薄的中間層,不能有絲毫摻到左右兩邊,更是難上加難。
貝爾實驗室一直到1954年初才發明出製造方法,但實驗室的文化畢竟是研究導向,並沒有積極投入量產。
結果兩年前才向貝爾實驗室取得授權的德州儀器(TexasInstruments)後來居上,率先於4月宣布可以大量生產用矽打造的接面電晶體,並於10月推出第一臺電晶體收音機TR-1。
這臺收音機只比菸盒大一些,可隨身攜帶,讓一般大眾感受到電晶體將帶來巨大改變。
1954年推出了第一台電晶體收音機TR-1,體積僅是手掌大小,可以隨身攜帶。
圖/wikipedia蕭克利與貝爾實驗室的愛恨情仇此時蕭克利並不在貝爾實驗室,他向公司請了一年的長假,回到大學母校加州理工學院,擔任客座教授。
其實這是蕭克利故意表達他的嚴正抗議,抗議公司沒有給他「對等」的待遇。
貝爾實驗室高層不是相當重視蕭克利嗎?不但處處配合他,同意讓他兼任軍方顧問、任意調配上班時間,還幫他塑造電晶體發明人的形象,為什麼蕭克利還會如此不滿?原來蕭克利得罪的不只布拉頓與巴丁,事實上,已經有十幾個人都受不了他的剛愎自用又愛亂發脾氣,而先後辭職走人。
高層看在眼裡,都明白他雖然是個無庸置疑的天才,但個性缺陷改不了,所以只能負責特定專案,並不適合再提拔為更高階的領導者。
可是蕭克利的聰明才智對公司實在太重要了,為了安撫他,特地讓他擔任「聘僱長」一職,負責決定特殊人才的任用與敘薪(事實證明蕭克利雖然不是個好的領導者,但卻有識人的眼光,幾個經他特別加薪的人,日後都做出重要貢獻,其中有兩位還獲得諾貝爾獎)。
蕭克利的聰明才智對公司實在太重要了,但他的個性缺陷卻是一大問題。
圖/wikipedia然而這個「實則架空」的職位怎麼可能讓蕭克利滿意,尤其幾個比他晚進公司的人竟然官升得比他高,更令他忍不下這口氣,決定請長假以示抗議。
現任貝爾實驗室總裁的凱利當然不願失去蕭克利這樣的頂尖人才,但找他來懇談之後,終於明白這頭亟欲振翅高飛的大鵬,是不可能再委身在貝爾實驗室裡。
權不夠大、官不夠高、薪水不夠多,這些人比人氣死人的因素,固然讓蕭克利覺得委屈,但這些都只是導火線,並非是他想離開的真正原因。
當年凱利以創造新時代的使命感,吸引蕭克利加入貝爾實驗室;如今蕭克利算是完成使命,但他顯然並不想功成身退、以此為終。
自負的蕭克利想要繼續引領時代前進,這也是為什麼他始終不肯放棄軍方顧問一職,因為參與改變世局的決策,不但充滿成就感,也滿足掌握一切的權力慾望。
如果說蕭克利所發明的接面電晶體是個掀起革命的火苗,那麼他還想成為舉起火炬照亮前方的帶領者。
但貝爾實驗室畢竟只是研究機構,不做商品化的生意,加上個人的發明按照規定又歸公司所有,即使凱利把總裁讓給蕭克利,他一定仍會覺得有志難伸,終究不會安身立命。
果然,蕭克利在加州理工學院一邊教書、一邊放出打算離開貝爾實驗室的風聲,試探可能的發展機會。
許多大型企業與知名大學耳聞後,紛紛提供條件優渥的職位,但蕭克利在得知德州儀器率先推出矽的接面電晶體以及電晶體收音機後,已下定決心要自行創業。
原本在貝爾實驗室負責提煉矽晶體的提爾(GordonKiddTeal),跳槽到德州儀器一年多後,就能做出這樣的成績,那麼他蕭克利絕對更能有一番作為。
美國德州達拉斯市的德州儀器的招牌。
蕭克利受到德州儀器與提爾(GordonKiddTeal)的刺激,決定辭職、自行創業。
圖/wikipedia蕭克利正式向凱利表明辭意後,凱利除了予以祝福,還主動引介他與洛克斐洛家族會面。
其實凱利知道以蕭克利的聲望與人脈,不用別人幫忙,他自己就能找到願意資助他創業的大型企業。
果然過沒多久,蕭克利就將遇見一位願意投資他成立實驗室的企業主。
補充的知識+單晶矽的製作製作單晶矽對於半導體製造來說是個非常關鍵的步驟。
我們常聽到的「晶圓廠」,就是負責將沙子中的二氧化矽提煉製作成單晶矽,並且切割成一片片晶圓片後,再送到IC製造廠或是代工廠生產半導體晶片。
——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖:蕭克利與八叛徒》,2022年7月,親子天下,未經同意請勿轉載。
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