تكلفة النقل

تُحدد تكلفة الطاقة للنقل (COT) كفاءة الطاقة لنقل حيوان أو إنسان أو مركبة أو حمولة من مكان إلى آخر.

تختلف وحدات القياس المستخدمة، أو معكوساتها، باختلاف المجال أو السياق. فعلى سبيل المثال، يُقاس استهلاك الطاقة لكل مسافة مقطوعة ولكل كتلة منقولة في النظام الدولي للوحدات (SI) بالجول لكل متر ولكل كيلوغرام، أو بمقلوبه ككفاءة الطاقة . ويمكن اختزال الاستهلاك بوحدة جول/(كجم.م) إلى وحدة م/ث²، وهي نفس وحدة التسارع. ^{[ 1 ]} لذا، إذا عُرِّف استهلاك الطاقة لكل وحدة وزن بدلاً من لكل وحدة كتلة منقولة، تُضرب الكتلة في تسارع الجاذبية الأرضية ( g) ، وتتيح الكمية الناتجة عديمة الأبعاد مقارنة الحيوانات أو وسائل النقل المختلفة . ولها تطبيقات واسعة النطاق، بدءًا من مقارنة مشية الإنسان وصولاً إلى رصد تغير كفاءة القطارات بمرور الوقت.

يتم حسابها بإحدى طريقتين، وكلاهما موضح في التعريف التالي:

${\displaystyle \mathrm {COT} \triangleq {\frac {E}{mgd}}={\frac {P}{mgv}}}$

أين${\displaystyle E}$هي الطاقة المدخلة إلى النظام، والتي لها كتلة${\displaystyle m}$، والتي تستخدم لتحريك النظام مسافة${\displaystyle d}$، و${\displaystyle g}$الجاذبية القياسية . بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مدخلات الطاقة للنظام.${\displaystyle P}$تُستخدم لتحريك النظام بسرعة ثابتة${\displaystyle v}$تكلفة النقل غير محددة الأبعاد.

يُطلق عليها أيضًا قوة الجر النوعية أو المقاومة النوعية (انظر مخطط فون كارمان-غابرييلي ). عندما تأتي الطاقة من العمليات الأيضية (أي، بالنسبة للبشر أو الحيوانات)، يُطلق عليها غالبًا التكلفة الأيضية للنقل، وتُقاس بالتكلفة الهوائية من حيث استهلاك الأكسجين، لأن هذه غالبًا ما تكون الطريقة الوحيدة للقياس، خاصةً لدى الحيوانات السابحة. ^{[ 2 ]}

يحقق الإنسان أقل تكلفة نقل عند المشي بسرعة تتراوح بين 1 و1.5 متر في الثانية (2.2-3.4 ميل في الساعة) ، مستهلكًا 0.8 سعر حراري لكل كيلوغرام كيلومتر، أو 3.3 كيلوجول كحد أدنى لكل كيلوغرام كيلومتر. وبالتالي، يستهلك شخص يزن 70 كيلوغرامًا طاقة أيضية بمعدل 231 واط عند المشي بسرعة متر واحد في الثانية، وتكون تكلفة نقله غير البُعدية حوالي 0.34. 

تُدرس طاقة الجري وكفاءة الجري لدى البشر بشكل رئيسي في سياق الرياضة. وتختلف تقديرات معامل انتقال الحرارة، إلا أنها تشير إلى استقلالية شبه تامة عن سرعة الجري بين 1 و3.5 متر/ثانية تقريبًا: حوالي 3.9 جول/(كجم متر) ^{[ 3 ]} أو 1 كيلو كالوري/(كجم كيلومتر) (حوالي 4.184 جول/(كجم متر)). ^{[ 4 ]}

يمكن أيضًا قياس الأداء البشري ميكانيكيًا، على سبيل المثال على جهاز المشي أو دراجة مزودة بأجهزة قياس، وتحويله بافتراض كفاءة عضلية، مثلاً 25%. عندئذٍ، تُحتسب فقط التكلفة الأيضية الإضافية (الصافية). وهذا يسمح بمقارنة تكلفة النقل بتكلفة المركبات الآلية، حيث لا يُحتسب معدل الأيض الأساسي للسائقين والأفراد والركاب.