С давних пор энергетической основой существования жизни является солнечная энергия. Жизнь довольно непродуктивно использует падающий свет. Растения поглощают около 2% энергии падающего на них солнечного излучения. Коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтеза, если его считать по поглощенным хлорофиллом квантам света, составляет около 30%. Однако далеко не весь спектр солнечного излучения может участвовать в фотохимических реакциях в клетках растений, да и сам полезный участок солнечного спектра тоже отчасти рассеивается и отражается. На рисунке 1 видно, что растения мало используют зеленую и желтую зоны спектра и почти совсем не используют красную часть, с длиной волны больше, чем 700 нанометров.

Рисунок 1. Использование растениями солнечного спектра

По некоторым современным данным КПД продукции культурных растений, относительно всего падающего солнечного излучения, составляет около 1–0,5%, КПД всей растительности планеты в целом (по некоторым оценкам) составляет 0,2%, то есть приблизительно такая доля солнечной энергии запасается в органическом веществе, синтезируемом растениями, которое затем поступает в биотический круговорот вещества. Это означает, что растения, а значит и живое в целом, крайне низкоэффективно используют солнечный свет как источник энергии. В связи с этим выводом следует рассмотреть вопрос о трудовой эффективности человека как преобразователя наличной энергии в работу, которую принято считать полезной с экономической точки зрения.

Поскольку человек (как биологический объект) явным образом относится к животному миру, то такой анализ позволит нам сделать качественную оценку эффективности труда человека, тягловых животных и сравнить её с эффективностью машин.

Согласно имеющимся статистическим данным (таблица 1) мужчина весом 70 кг потребляет при легком труде (сидячая работа, например, работа часовщика) в сутки от 8,82 до 10,29 МДж энергии. Разница в энергопотреблении определяется возрастом. Точно известно – молодой организм тратит энергии больше. Работник такого же веса, занятый особо тяжелым трудом (шахтеры, сталевары, вальщики леса, каменщики, бетонщики, землекопы, грузчики) тратят в сутки от 16,32 до 17,64 МДж, в зависимости от возраста.

Из приведенной таблицы видно, что организм человека, даже при самой тяжелой физической работе потребляет не более чем в 2 раза больше энергии, чем при самой легкой, которая (по сути) представляет собой обычное функционирование организма. Теперь следует оценить, какова же, собственно, доля полезной работы относительно общих затрат организма. Для этого оценим полезную работу, совершаемую землекопом в энергетических единицах. Итак, предположим, что имеется задача: выкопать траншею глубиной 1 метр и шириной 1 метр 5 см, изъять 10 тонн грунта за смену, на высоту бруствера траншеи. Грунт – суглинок, разрыхленный.

Инструмент: лопата копальная остроконечная, высота 285 мм, ширина 210 мм. Вес лопаты 0,98 кг. Согласно ГОСТ (рисунок 2).

Рисунок 2. Лопата копальная остроконечная

Положим, что плотность грунта 1500 кг на метр кубический, это плотность влажного песка, суглинков и т. п. грунтов относительно легко доступных лопате. Средняя высота бруствера траншеи – 0,5 метра, ширина бруствера – 2 метра. Землекоп перемещает на полотне лопаты 70 мм слой грунта за одно движение. Примем так же, что с лопаты осыпается 20 процентов изъятого полотном лопаты грунта. Т. е. массовый КПД лопаты 0,8.

Рабочий совершает движения в следующем порядке: срезает лопатой грунт, далее вертикально поднимает лопату на высоту кромки траншеи, после чего совершает отбрасывание грунта на расстояние не менее 1 метр с средним углом броска 45 град.