با این شیوه متفاوت، کالری غذای خود را محاسبه کنید

جدولی “نکات تغذیه‌ای” روی بسته بندی اکثر محصولات غذایی امروزه دیده می شود. چنین برچسبی از سال 1994 بر روی تمام غذاهای بسته بندی شده در ایالات متحده اجباری شده است و این جدول شامل اطلاعاتی در مورد اندازه وعده، میزان قند، پروتئین، چربی و سدیم است.

با این حال، مهمترین نکته اندازه گیری انرژی است که کالری نامیده می شود. بنابراین وقتی در مورد شکلات صحبت می کنیم انرژی به چه معناست؟

طعم های مختلف انرژی

در فیزیک، مفهوم انرژی به ما کمک می کند تا انواع مختلف تعاملات را پیگیری کنیم. ما معتقدیم که انرژی در تمام فعل و انفعالات حفظ می شود. به این معنی که اگر کل انرژی را قبل یا بعد از وقوع یک رویداد محاسبه کنید، مقدار آن در هر دو زمان ثابت خواهد بود و ما فقط به تغییر در شکل انرژی علاقه مند هستیم.

در طول این فعل و انفعالات، انرژی می تواند از شکلی به شکل دیگر تغییر کند. من دوست دارم آن را “طعم‌های انرژی”  بنامم. انرژی یک جسم متحرک طعمی دارد که آن را انرژی جنبشی می نامیم. انرژی ذخیره شده در میدان گرانشی را انرژی پتانسیل گرانشی می نامیم. انرژی ذخیره شده در تعامل بین دو ذره باردار، انرژی پتانسیل الکتریکی است و البته زمانی که هر چیزی گرم می شود، انرژی حرارتی آن افزایش می یابد.

هر شکلی از انرژی را می توان تغییر داد. چگونه طعم انرژی را به طعم دیگری تغییر دهیم؟ حقیقت این است که ما هر روز وقتی یک فنجان قهوه دم می کنیم همین کار را انجام می دهیم. هنگامی که جریان (انرژی الکتریکی) از سیم عبور می کند، سیم گرم می شود و از این گرما می توان برای افزایش دمای آب که انرژی حرارتی است استفاده کرد.

ما می توانیم انرژی الکتریکی را با اندازه گیری جریان الکتریکی و ولتاژ روی سیم محاسبه کنیم و این برابر با تغییر انرژی حرارتی آب خواهد بود.

همچنین بین انرژی مکانیکی و انرژی حرارتی ارتباط وجود دارد. تصور کنید یک مخزن آب دارید و می‌خواهید از پدال‌های چرخان یا پارو برای هم زدن آن استفاده کنید. سیستم بال از سه بخش تشکیل شده است: بال های پایینی یا ایلرون ها. یک طناب بلند در وسط و یک وزنه سنگین که در طول طناب به پایین سر می خورد. همانطور که گرانش وزن را روی طناب می کشد، تیغه ها می چرخند و آب را فشار می دهند. این عمل باعث حرکت آب می شود; با این حال، این فعل و انفعال اصطکاکی آب را نیز گرم می کند. تغییر انرژی پتانسیل گرانشی وزن هنگام حرکت به سمت پایین طناب برابر با تغییر انرژی حرارتی آب است. به این ترتیب انرژی حاصل از حرکت به انرژی گرمایی تبدیل می شد.

ژول، کالری و واحدهای دیگر

واحد ارجح برای انرژی در فیزیک ژول است. از نظر تاریخی، ژول را می توان انرژی تولید شده توسط نیروی یک نیوتن در یک متر حرکت تعریف کرد. از طرف دیگر، یک ژول برابر با انرژی الکتریکی است که توسط یک آمپر جریان و یک ولتاژ برای یک ثانیه ایجاد می شود.

درک این واحد ممکن است دشوار باشد. شاید بهتر باشد این آزمایش را امتحان کنید: کتابی بردارید و روی زمین بگذارید. حالا کتاب را بردارید و روی میز بگذارید. از لحظه ای که کتاب را از روی زمین برمی دارید، انرژی پتانسیل گرانشی افزایش می یابد و افزایش این انرژی تقریباً برابر با 10 ژول است، اما مقدار دقیق این انرژی به ارتفاع میز و جرم کتاب شما بستگی دارد.

کالری واحد دیگری از انرژی است که از جنبه ترمودینامیکی انرژی حاصل می شود. بنابراین با تغییرات دما مرتبط خواهد بود. مقدار یک کالری برابر با انرژی لازم برای افزایش دمای یک گرم آب به میزان یک درجه سانتیگراد است.

در هر دو مورد، انرژی همچنان انرژی است. اگر از جریان الکتریکی برای گرم کردن یک گرم آب یک درجه سانتیگراد استفاده کنید، به 4184 ژول انرژی نیاز دارید. بنابراین یک کالری برابر با 4.184 ژول است.

حالا یک شکلات تخته ای 200 کالری روی بسته وجود دارد. این مقدار معقول به نظر می رسد. اما خبر بدی برای شما داریم. یک تخته شکلات در واقع 200 هزار کالری دارد، نه 200 کالری. معیارهای بسته بندی مواد غذایی بر حسب کیلو کالری ارائه شده است. بنابراین، عدد اضافه شده در واقع یک هزارم انرژی موجود در آن غذا است. برای جلوگیری از سردرگمی، گاهی اوقات بین «کالری غذا» و «کالری شیمیایی» تفاوت قائل می شویم. برخی افراد برای نشان دادن کالری غذا، «کالری» را با حرف C بزرگ می نویسند.

حال فرض کنید می خواهید با حرکات کششی 200000 کالری شکلات بسوزانید. با هر کشش، عضلات شما از انرژی برای بلند کردن بدن و افزایش انرژی پتانسیل گرانشی استفاده می کنند. فرض کنید وزن بدن شما 70 کیلوگرم است و می خواهید بدن خود را 60 سانتی متر بکشید. برای انجام هر کشش تقریباً 412 ژول (حدود 100 کالری شیمیایی یا یک دهم کالری غذا) می سوزانید.

طبیعتاً بدن انسان کاملاً کارآمد نیست. بنابراین، انرژی غذایی بسیار بیشتری برای انجام حرکات کششی و حمایت از وزن شما مورد نیاز است. اگر بازده را 10% فرض کنیم، فرد با هر حرکت تقریباً 1000 کالری شیمیایی می سوزاند. این بدان معناست که برای سوزاندن 200000 کالری شکلات باید 200 حرکت کششی انجام دهید. اما ارزشش را دارد؟ شاید برای شما وجود داشته باشد.

انرژی یک تخته شکلات را محاسبه کنید

فرض کنید من یک شکلات شکلاتی کاملاً جدید و مبتنی بر فیزیک به نام Newton Nougat Crunch درست کردم. قبل از اینکه این شکلات تخته ای را راه اندازی کنم، باید تعیین کنم که چه مقدار کالری دارد. یکی از راه‌های اندازه‌گیری محتوای انرژی غذا، استفاده از کالری‌سنج بمب است. آره؛ این یک مشکل واقعی است. این تصویری از نسخه قدیمی این دستگاه است.

یک ظرف فلزی در سمت راست دیده می شود. این قسمت همان بمب است (البته انتظار نمی رود که خود دستگاه منفجر شود، اما هر چیزی را که داخل آن قرار داده شود می سوزاند). من یک تکه کوچک از شکلات جدیدم را داخل آن می گذارم و اگر بتوانم انرژی این تکه کوچک را محاسبه کنم، می توانم به کل انرژی برسم.

سپس بمب با اکسیژن پر شده و مهر و موم می شود. منبع احتراق با استفاده از اکسیژن موجود در مخزن واکنش احتراق را آغاز می کند و فرآیند سوزاندن شکلات آغاز می شود. طبیعتاً این واکنش با گرما همراه است. حالا اگر بتوانم تغییرات انرژی حرارتی واکنش را اندازه گیری کنم، می توانم مقدار انرژی موجود در شکلات را محاسبه کنم.

من بمب را در یک مخزن آب قرار می دهم تا تغییر انرژی حرارتی را محاسبه کنم. بعد از واکنش دمای بمب و آب افزایش می یابد و این را می توان با دماسنج اندازه گیری کرد. اگر خواص حرارتی آب و بدنه فلزی بمب را بدانید (که ما انجام می دهیم)، می توان با مشاهده تغییر دما، تغییر انرژی حرارتی را محاسبه کرد. این انرژی همان انرژی یک تکه کوچک شکلات است. اکنون غذا باید به واحد کالری تبدیل شود و جدول ارزش روی بسته بندی به این صورت محاسبه و طراحی می شود.

در طی این آزمایش، حرارت دادن یک تکه شکلات یک گرمی، دمای دو کیلوگرم آب را یک درجه سانتیگراد افزایش داد. این بدان معناست که هر گرم شکلات ما حاوی 2 کیلو کالری است. اگر کل شکلات 50 گرم باشد، حاوی 100 کالری غذا خواهد بود (این رقم برای یک تخته شکلات واقعی بسیار کم است، اما ما در مورد یک شکلات فرضی در دنیای فیزیک صحبت می کنیم).

البته روش دیگری برای محاسبه و اندازه گیری کالری وجود دارد. اگر ارزش کالری همه مواد تشکیل دهنده شکلات (مانند مقدار شکر، شیر و سایر مواد) را بدانید، می توانید کل کالری آن را بر اساس میزان استفاده از هر ماده محاسبه کنید. اما منطقاً استفاده از کالری‌سنج بمب هیجان‌انگیزتر خواهد بود.

منبع: بازتاب آنلاین