Bin ich schwerer wenn ich einatme?
Nehmen wir an, ich atme ein... bin ich dann schwerer oder leichter, wenn man bedenkt dass die Luft in der Lunge erwärmt wird und die Umgebungstemperatur z.B.20°C beträgt?
5 Antworten
Betrachten wir zunächst die Luftfüllung der Lunge unter konstanter Lufttemperatur und konstantem Luftdruck (d.h. ohne Pressung der Luft), dann ändert sich das Körpergewicht nicht. Das Gewicht der dem Körper zugeführten Luft ist gleich dem Gewicht der dabei zusätzlich verdrängten Außenluft durch die Vergrößerung des Körpervolumens beim Einatmen. Der Auftrieb wird also um den gleichen Betrag vergrößert.
Bei Erwärmung der eingeatmeten Luft dehnt sich diese minimal, womit sich das Körpervolumen etwas vergrößert. Damit vergrößert sich das Volumen samt Gewicht der verdrängten Außenluft, also der Auftrieb in der Umgebungsluft, wodurch sich das Körpergewicht etwas verringert. Beim Pressen der eingeatmeten Luft verhält es sich umgekehrt: Das Körpervolumen wird verkleinert und damit das Körpergewicht wegen verringertem Auftrieb vergrößert.
Beim Ausatmen wird in aller Regel feuchtere Luft ausgeatmet, als eingeatmet wurde. Die Atmung entzieht also dem Körper Wasser. Deshalb ist das Ausatmen mit Gewichtsverlust verbunden.
ich bin zwar kein physiker, schätze aber, dass du schwerer wirst, ja! klappt ja mit luftballons auch: ein mit luft gefüllter ist schwerer als ein leerer
Es kommt wohl darauf an welchen Punkt man beim Atmen erreicht hat. Am Ende der Einatmung, also der beginnenden Ausatmung müsste es eine Gewichtszunahme geben. Begründung wie folgt:
Prinzipiell würde sich das Gewicht eines Körpers in einer Gasatmosphäre (Masse * Erdbeschleunigung minus Auftrieb; Fm - Fa) ändern, wenn bei gleichbleibender Erdbeschleunigung die Masse zunimmt.
Allerdings muss man auch den Auftrieb betrachten. Ein zusätzlicher Auftrieb ergibt sich wenn das Endvolumen größer wird als das Ausgangsvolumen.
Die zusätzliche Anziehungskraft (Gewichtskraft Fm) durch das eingeatmete Luftvolumen ergibt sich aus seiner Masse (Volumen, VL, mal Luftdichte) mal der Erdbeschleunigung.
Die Auftriebskraft ergibt sich aus der Differenz des Körpervolumens (∆VK) nach dem Einatmen (VK1) und nach dem Ausatmen (VK2) multipliziert mit Erdbeschleunigung und Luftdichte.
Wenn man diese Formeln aufstellt sieht man sofort, dass das "Gewicht" zunimmt, wenn die Gewichtszunahme durch Massezunahme, ∆Fm, größer wird als die geänderte Auftriebskraft, ∆Fa: oder wenn
∆Fm - ∆Fa > 0
Durch Einsetzen der verschiedenen Volumina in obige Formel ergibt sich dadurch: Gewichtszunahme erfolgt nur wenn das Volumen eingeatmeter Luft größer ist als die Volumendifferenz des Körpers vor und nach dem Einatmen:
VL - ∆VK > 0 oder ∆VK / VL <1
Logischerweise entspricht ∆VK dem eingeatmeten Volumen unter Standardbedingungen und bei VL - ∆VK =0 würden Massekraftzunahme und Auftriebszunahme sich ausgleichen und das Gewicht wäre konstant.
Aber das wäre zu einfach! ∆VK / VL ändert sich nicht linear proportional während des Atmungszyklus Ein- und Ausatmen sind zyklische Prozesse, die auf einem Volumen/Druck Diagramm einer Hystereseschleife folgen. D.h. der Druck im Interpleuralraum und den Alveolen ändert sich cyclisch. Und zwar ist der Druck am Ende der Inspiration ~ 10 KPa niedriger als am Ende der Exspiration und in den Alveolen schwankte er zwischen -150KPa am Anfang der Einatmung bis +150KPa am Ende der Einatmung und Beginn der Ausatmung.
Das Ende der Einatmung wäre der Punkt an dem VL maximal wäre und genauso groß sein müsste wie ∆VK wenn nicht der Druck in den Alveolen leicht höher wäre, dadurch ergibt sich am Ende der Einatmung ein etwas geringeres Volumen ( ∆VK = VL * p1/p2 wobei p1 der Umgebungsdruck und p2 der Alveolendruck wäre) und dadurch auch eine etwas verringerte Auftriebskraft und es gilt
VL > ∆VK und damit VL - ∆VK > 0 oder ∆VK / VL <1 und es gibt einen leichte Gewichtszunahme.
Temperatur& Atemgaszusammensetzung spielen auch eine Rolle, sind aber größenordnungsmäßig weniger relevant.
Ja Du bist dann schwerer. Deinem Körper wird das Gewicht der eingeatmeten Luft zugefügt. Körpergewicht + eingeatmete Luft = größeres Körpergewicht
Auch wenn die Luft die Du einatmest erwärmt wird, macht sie das unter Umständen nur leichter als die Luft außerhalb des Körpers. Im Endeffekt bedeutet dass aber nur, dass Du nicht so schwer wirst, wie wenn Du kältere Luft einatmest, schwerer wirst Du trotzdem.
Natürlich ist aber der Gewichtsunterschied minimal.
Das stimmt aber nur wenn der Auftrieb der Gewichtskraftzunahme entsprechen würde. Dazu muss man die Druckverhältnisse in der Lunge betrachten. ....
Da will man mal schnell eine scheinbar einfache Frage beantworten und denkt nicht weit genug :|
Ja du wirst (minimal) schwerer.
nein, nur wenn vorher in der Lunge ein Vakuum gewesen wäre, das das gleiche Volumen hatte, wie die eingeatmete Luft.
Irrtum, Du vergißt den archimedischen Auftrieb in Luft, der größer wird, wenn sich der Brustkorb usw. ausdehnt.