17*11185*11*1170*11*11*11185*11*11026/11
假设人身高h=17米,体重=70公斤(体积v=007立方米)。皮肤面积大约是s=185平方米。那么人体每秒散热q=185*10000卡=185千卡。人体每秒降温就是185/70=026c。身高增加到187米(增加到11倍),按照前面维数的定义,那么体积增加到11*11*11=1331倍。皮肤面积增加到11*11=121倍。每秒散热185千卡*121=22385千卡。而体重增加到70公斤*1331=9317公斤。人体每秒降温就是22385/9317=(185*121)/(70*1331)=185/(70*11)=026/11=024c
按照以上分析,身体按比例放大,身体降温速度按比例变慢!
按照人体的实际情况来分析,从身体内部到体表,再到外界,存在稳定的温度差分布,那么每秒依然向外界散热。散热依然是和皮肤面积相关。在散热时,整体降温和内部温差变大等效。降温变慢和温差增加速度变慢是等效关系。同时皮肤散热的具体数值并不影响我们的结论。因此结论可以推广到实际恒温动物。
当环境温度较高时,体温和外界温差下,则热量散失本身就少。所以体型不需要大,就能维持住体温。当环境温度很低时,体温和外界温差太大,热量散失很大,必须保持非常大体型,才不至于体温失调。
思考:
1北极熊是目前世界最大的食肉动物,体长33米,体重800公斤。生活在北极圈附近地区。棕熊体型稍小,体重150-700公斤。生活范围非常广,寒带、温带、亚热带都有。黑熊更小些,体重120-200公斤,生活在亚寒带、温带、热带。马来熊,体重30-60公斤,生活在热带。熊的生存环境和体型大致符合我们的推论。事实上影响体型的因素很多,但在平均意义上,结论是可以接受的。