人的持续功率为何是 100 瓦这么低

原问题的大致意思是“人的持续功率为何是 100 瓦这么低”，可以归因于：

• 在人的演化史上，这个水准的功率对“维持个体的生存并产生至少不比更高功率的个体少的可育后代”来说够用了。

• 将人的功率提升并长时间持续，会对消化系统、呼吸系统、排泄系统造成额外的负担，而收益有限。你可以看看现实中人在做了一些运动后乳酸中毒、肌纤维溶解的案例。

在飞行方面，人体从未为“自力飞行”特化过，自力飞行需要的首先是体重轻。

提问者之外的人进行的编辑是错的，人奔跑、跳跃的功率明显高于 100 瓦。

普通人在休息状态的基础代谢功率约 73~117 瓦，平均约 85 瓦，为此每分钟平均需要 0.25 升氧气，每天基础代谢需要约 85 瓦 * 86400 秒 = 2.04 千瓦时的能量，一晚只要一度电。这基础代谢与人的体型、体温相适应，是长期的演化塑造的。

普通人以 5 千米每小时的速度步行时的功率约 280 瓦（这仍然包括身体的基础代谢功率）。在奔跑、打架、投掷长矛等运动中，普通人可以在数分钟内轻松地维持 300~400 瓦的功率，更长时间或更高功率就会开始觉得累了。运动员、专业的狩猎采集者可以将数百瓦的功率维持更久，但这涉及无氧呼吸，会产生乳酸等物质，增加排泄的压力。运动员在冲刺等短时间高功率状态下可以超过 2000 瓦，那造成的负担很大，不能持久。

长期以来，食物提供能量的效率很有限，维持人每天的基础代谢所需的能量相当于每天充分地消化吸收约 1350 克大米饭（约合 507 克生米），或是约 725 克猪肉，或者约 14627 克白菜，抑或约 9644 克白萝卜，又或者 3369 克苹果，诸如此类。提高人的持续输出功率并每天使用更多能量，需要取得相应更多的食物。历史上，古人类在近一百八十万年间从狩猎采集中取得的食物在热带以外普遍呈现“有时会过剩，有时会短缺”的状态，不会很支持这样做。

在食物短缺时躺着休息会让人的基础代谢率进一步下降、节约能量，这可以帮助人在饥荒中生存，但人体并不很擅长这样调节，往往出现内分泌紊乱。“功率既能持续地开高，又能持续地维持低位”会更加困难，熊之类在冬眠中仍会消耗许多能量、失去体重的 15%~40%，并在从冬眠中醒来后表现出睡眠剥夺的症状、需要补觉；尽管其基础代谢已经下调到清醒状态的 25% 左右，冬眠的雌性北极熊仍会每天损失约 700 克体重^[1]——冬眠连睡眠都不是，更别提“超低功率待机”了。

你日常见过的许多鸟的功率比 100 瓦低得多，麻雀飞行中的功率约 20 到 35 瓦。鸟能飞得远而高，最基本的原因是鸟的体重轻，其能耗与体重的关系早已有文献研究^[2]。

鸟的身体结构、飞行原理、材料性能对最大起飞重量有影响。生物学一般认为身体密度比空气大、靠拍动翅膀获得升力的鸟的最大起飞重量会先撞到代谢率限制，暂时不用考虑材料强度限制。

根据空气动力学，在不考虑上升气流托举的情况下，鸟平飞时保持升力与体重平衡需要的速度 v 与体重 M 和翅膀表面积 A 有如下关系：

g 为重力加速度，CL 为升力系数，对正常的形状来说接近1；ρ 为空气密度。

对给定身体形状的鸟来说，M 与身长或翼展的立方成正比，A 与身长或翼展的平方成正比，CL 通常接近 1，可以看出平飞需要的速度 v 与体重 M 的 次幂成正比。

同时，在不考虑上升气流托举的情况下，在空气中飞行受到的阻力 F 与速度 v 和身体正面投影面积 B 有如下关系：

CD 为阻力系数，对流线型物体来说通常接近 0.1；ρ 为空气密度。

扑翼飞行所需的功率 P=Fv，P 与速度 v 的立方成正比、与身体正面投影面积 B 成正比。对给定身体形状的鸟来说，B 与身长或翼展的平方成正比。与上面算出的“速度 v 与体重 M 的 次幂成正比”结合，可以看出平飞需要的功率 P 与体重 M 的 次幂成正比。

地球生物的体重增加时，变动后的代谢率通常与体重的 次幂成正比，你看看这两个系数与 1 的大小关系就可以直观地知道：

随着体重的增长，身体密度比空气大、靠拍动翅膀获得升力的鸟进行扑翼飞行需要的功率，会比身体能提供的功率更快地增长。

• 假设一种鸟在体重 1 千克的时候就可以飞、在成长过程中体重达到 100 千克仍然可以飞、成长过程中身体的形状接近等比例缩放，在长到 100 千克之后，这种鸟扑翼飞行需要的功率是体重 1 千克时的 215.44 倍，而其身体能提供的功率约为体重 1 千克时的 31.62 倍。

• 如果在体重 1 千克的时候这种鸟的身体能提供的功率是飞行所需的 10 倍，那么在长到 100 千克的时候就只有 1.47 倍了，显然其飞行能力变弱了不少。

• 251.2^(7/6)/251.2^0.75 ≈ 10.0002，这种鸟在体重达到 251.2 千克左右的时候就无法依靠扑翼飞行了。当然，依靠上升气流托举可以让这种鸟在这种情况下进行滑翔。你可以预期允许这种鸟飞起来的体重极限在 300 千克附近。

现实中的鸟并没有上面给出的那么强壮。C.J.潘崔克等不同的学者用风洞吹了鹅之类的鸟，得出的鸟类扑翼飞行体重上限在 20 千克到 70 千克不等。

一两百W？

高了。

人在躺平状态下，功率也就70W左右。

当然，如果这个时候你身边突然出现两条恶狗，你瞬间处于应激状态，肾上腺素大量分泌， 你的功率可以瞬间提升10多倍，达到750W以上。

当然，如果你是运动员或者天赋异禀，甚至可以超过1000W。

• 人体不同状态下的功率，见表^[1]：

那为什么普通人的最大功率只有750W左右呢？

主要在于3点：

1、你的肌肉能力根本做不到超过1000W。

2、功率太高，对于人体来说太过于浪费，有效利用率很低。

3、热量太多，人体散热不了，直接热死。

接下来，我们详细探讨，肌肉的做功情况。

现实情况中，肌肉纤维状态相同的情况下，力量和肌肉横截面积呈正比。

虽然有个体差异，但你我都是智人嘛，差别不大。

理论上来说，对于肌肉快慢肌组成相同，且肌肉维度差不多的人来说，极限功率也是差不多的。

那是什么限制了这个极限功率的上限呢？

运动效率，也即肌肉功率。

就如同机械一样，一个人在全力运动的时候，肌肉功率是有一个上限的。

人体运动时，肌肉收缩的力-速关系，满足以下的规律^[2]：

A到B的曲线，是肌肉收缩速度和有效肌肉力量的关系。

当人在起跑的时候，有效力量最大，随着速度越来越快，肌肉收缩效率逐渐下滑。在不考虑其它外力的情况下，当肌肉达到速度极限，收缩的力量对外全部无效做功。

而最大值为D的抛物线，则是肌肉运动时的有效功。当肌肉速度为零，或者力量为零的时候，有效功都为零。而在中间力-速适当的位置，有效功率最大。

人进行不同的运动时，力-速关系，有着一定的差异：

注意，这里的横坐标是kg，转化成N需要乘以10

从曲线我们可以看出，一个人在不同的运动状态下，肌肉效率是不同的。当速度达到最快的时候，虽然肌肉还在不断的收缩，但肌肉张力已经为零，速度无法增加。

人在极速奔跑状态下，人体对外做功，主要对抗摩擦力和阻力做功。

我们再来看看 阻力做功：

以普通运动员8m/s的速度来说，看看受到的风阻有多大。

风阻公式有：

• C为空气阻力系数，人介于球面和垂直面之间，不妨取0.8；ρ为空气密度1.293kg/m^3。

• S为迎风面积约0.3m^2；V为速度8m/s。

那么，计算得一个人急速跑的时候，受到的阻力为：

那么阻力的功率为：P=FV=80W。

在极速奔跑情况下， 人前进动力几乎为零，其实摩擦力做功也近乎为零，哪怕考虑有些对地面的磨磨蹭蹭，也只会有少量做功，我们预估20W。

加上阻力做功，那就是100W.

而对于极速8m/s的人来说，根据身体素质不同，功率可达500W~1000W。

也就是说，极速状态下，至少数百W的功率，人体都内耗了。

对外做功的功率仅仅10~20%，能够达到20%都是优质运动员了。

当然，由于此时对外做功都被阻力和摩擦力消耗了，对速度的功率是0。

根据上面的曲线关系，如果你还想要提升速度。

那就必须训练，提升肌肉的效率。

经过力量和速度训练之后，人体的极限速度和力量都明显提升。

但提升一点点的速度，肌肉的功率却需要大范围的提升。

从普通人到职业运动员，速度大约可以提升50%，那么肌肉功率需要提升多少呢？

很多人一看，可能会想，做功与速度平方呈正比，理论上只需要再加（1+50%）^2/1=2.25倍的做功就行了。如果原来60kg的人，6m/s，做功1080J，理论上功率提升的倍数是2.25倍，需要增加1350J就行了。如果加速时间慢一点，例如10s完成加速，那么需要135W的功率就可以了？

但其实，这样计算是不正确的，因为完全没有考虑到肌肉效率。

先前我们已经通过风阻公式探讨了，阻力是是速度的平方。那么，速度提升0.5倍，阻力就变成2.25倍（提升1.25倍）。

由于速度也提升到了1.5倍。

那么，阻力的功率是以前的：2.25×1.5=3.375倍。

也即提升了2~3倍。

如果肌肉效率不变的话，职业运动员比起普通人的能耗需要提升2~3倍，这是符合实际数据的。当然，对于有健身习惯的，差距可小于1倍。

从这个公式关系，我们也可以看出。

不说增加50%，哪怕仅仅增加25%，人体做功都需要翻倍，增加90%多。

而做的功，绝大部分都在人体内部消耗。这些能量会转变成热量，给人体持续加热。

人在奔跑的状态下，对外主要是通过出汗来和水分蒸发散热。

然而人体汗液的排出有限，骨骼肌能升高的极限温度也只有40℃出头。

所以，人体增加不了多少速度，也就达到极限了。

以上就是人体功率只有50~500W之间的主要原因。

◆至于电脑，其实电脑各个部分的功耗是分开的。

一般主板、显卡、CPU的功耗差不多都是几十W，其它杂七杂八的配件还会消耗一些。

如果我们把显卡和人体的腿部肌肉来对比。

你显卡的功率极限也就上百了，而人类腿部肌肉功率可达几百。

当然你也可以对比一下CPU（大脑）：人类大脑的精细结构和神经元的复杂程度，比电脑牛逼多了吧？而一些抽象宏观的处理也是电脑做不到的（至于人脑没有电脑精准和计算力，那是另外一回事了，以前我一篇回答讨论过，这里就不讨论了。想看的，可以留个：门）。

然而人脑消耗的功率也就差不多10~20W左右，功耗仅仅只有电脑CPU的1/5。

这就显示了大脑非凡的节能能力了。

至于电磁炉，人家本家就是为了加热食物的，温度轻轻松松两三百度。

而人类的体温必须恒定在37℃作用，无论你想要上天也罢，入地也好，你必须要保证你身体能产生的热量能及时散掉，你才不会被热死。

我们单从斯特藩-玻尔兹曼定律的角度来考虑的话。

辐射度j*=εσΤ4，ε为辐射系数，σ 为斯特藩常量。

金属的辐射系数大约0.7左右，人体辐射系数0.9左右。

可得，如果外界温度32℃，电磁炉300℃高温状态下，单位面积的散热速度大约是人体37℃时的：（573.15^4-305.15^4）/（310.15^4-305.15^4）×7/9≈133倍。

也就是说电磁率单位面积的辐射效率是人体的133倍。

如果人体单位面积能有这么高的辐射功率，人体的总功率可达到10万W。

当然，如果能承受两三千度的高温时，就可以化身钢铁侠了。

◆至于鸟，没有什么可讨论的。

绝大多数鸟类都会借助上升气流，除了燕类这种飞翔大师，连续煽翅都能长久不落地的，其它的鸟类不借助上升气流的时候，在地面扑腾都十分困难。

我们就简单粗暴的计算一下，由于扑腾困难，实际扑腾的时候，力量勉强和体重相当。

一般来说，全力起步的时候，功率会迅速增加，然后缓慢减小。

哪怕我们对它高估一点，一开始出现最大功率的时候，速度达到1m/s。

那么对于这些鸟类来说，功率最高也就10W，哪怕考虑到20%~30%左右的肌肉效率，总功率也不过30W左右，这还是奋力的情况下。

哪怕大鸟在静息状态下，也就几瓦的功率，能达到人类功率1/10都很厉害了。

至于完全靠自身能力飞行的燕类，由于体型太小，极限功率能有几瓦就不错了。

当然，鸟类单位体积的功率是可以比人类高的。

主要在于两点：

1、人家的体温可以比人类高5℃，如果外界是20℃的话，单位面积的散热速度可超过人类30%。如果外界是28℃，人家散热速度超过人体的60%。如果是接近37℃的环境，如果不考虑其它条件，鸟类单位面积的散热速度就远远超过人体了。当然，人体开了汗液蒸发的挂，高温干燥的环境下，人类可以弥补劣势。

2、鸟类体积比人类小得多，单位体重与单位表面积的百分比也更小，这让鸟类在体温环境温差，与人类相当的情况下，单位体积的散热速度也会比人类快5~20倍（倍数与尺度成正比）

除了隼和鸮等，题主觉得鸟类力量厉害，其实是错觉。因为体型小，就显得力气大的样子。

如果体型缩得更小，那力量看着还更厉害呢。

你看，昆虫轻轻松松就是几十倍体重的力量，跳起来又是几十倍身高的高度。

总的来说，人的功率其实并不算低，不能提升是因为肌肉效率、体温等极限卡死。

至于题主对电器和鸟类的判断，认知有一定的偏差。