Hubarbeit eines Menschen auf Energieverbrauch
Wenn ein mensch einen 10 Kilogramm schwerern Betonklotz auf einen 1 Meter höheren Tisch hebt wird ein Hubarbeit von 100J verrichtet (g=10). Damit hat der Betonklotz eine Lageenergie von 100J. Kann man nun pauschal sagen, das der Mensch 100J Energie verbraucht hat??
Gedankenexperiment: Wenn er diesen Klotz in Zeitlupe hochhebt, wird dieselbe arbeit verrichtet es herrscht nur eine geringere Kraft nach oben (Folge: Er braucht dafür länger) analog umgekehrt. gibt es eine Formel die den Zusammenhang, wirkende Kraft, Zeit und Weg beschreibt?
Ich bin der Meinung, dass das Prinzip der Energieerhaltung nicht auf den Menschlichen Körper übertragen werden kann
Gruß
3 Antworten
Zur Energieerhaltung: Die Energie bleibt schon erhalten, sie wird bloß von einer Energieart in aller Regel in mehrere verschiedene Energieformen aufgeteilt. Dabei ist meistens auch Wärmeenergie. Beim Betonklotzheben kommt man schließlich ins Schwitzen.
Gedankenexperiment: Wenn er diesen Klotz in Zeitlupe hochhebt, wird dieselbe arbeit verrichtet es herrscht nur eine geringere Kraft nach oben (Folge: Er braucht dafür länger)
Nein, die Kraft bleibt die gleiche. Nur die Geschwindigkeit ändert sich. Egal wie schnell du ein Objekt bewegst, die aufgewandte Kraft um es bei der gleichen Geschwindigkeit zu halten ist immer die gleiche. Deswegen ist am Ende, wenn der Block wieder in Ruhe ist, die Lageenergie nach W = F*s nur von der Kraft und dem zurückgelegten Weg abhängig und somit konstant. Auch die Zeit spielt keine Rolle.
Genau genommen muss man immer die exakt gleiche Kraft aufwenden, nämlich gerade die Kraft, die genauso groß ist wie die Gravitation der Erde (nur entgegensetzt).
Der einzige Moment, wo die Kraft höher ist, ist der Moment, in dem der Klotz beschleunigt oder abgebremst wird. Bei der Beschleunigung wird durch die Kraft eine kinetische Energie (Bewegungsenergie) auf den Klotz übertragen. Diese hängt von der aufgebrachten Kraft ab (bzw. von der Endgeschwindigkeit). Allerdings wird diese Energie beim Abbremsen wieder vollständig entzogen.
Der Energieerhaltungssatz gilt universell. Es gibt keine Ausnahmen.
Die tatsächlich aufgebrachte Energie des Menschen ist wie bereits gesagt wurde deutlich höher als die Lageenergie. Insbesondere hängt die verbrauchte Energie des Menschen auch von der Geschwindigkeit, mit der der Klotz gehoben wird ab. Die Energie, die beim Abbremsen dem Klotz entzogen wird gewinnt der Mensch nicht wieder zurück.
Während der Aktion gibt der Mensch Energie in Form von Wärme ab. Außerdem werden verschiedene Stoffe abgeben und aufgenommen, die zur Energiebilanz beitragen.
Das Tolle an der Energieerhaltung ist gerade, dass sie nur vom Anfangs- und vom Endzustand abhängt. Es somit möglich Dinge zu berechnen ohne zu wissen, was zwischendurch passiert ist und ohne, dass das Ergebnis davon abhängt. Was zwischen Anfang und Ende war interessiert überhaupt nicht.
Der Mensch hat bei der Arbeit auch seinen Körper verlagert. Entweder ist er in die Knie gegangen oder hat sich vornübergebeugt und sich dann wieder aufgerichtet. Diese Bewegung ist schon ohne Betonklotz eine Arbeit.
Möglicherweise gibt es bei Muskelarbeit auch noch einen Wirkungsgrad zu beachten. 100 J aufgenommener Nahrungsenergie ermöglichen noch nicht die reine Hubarbeit.
Die verbrauchte Energie ist also garantiert höher als 100 J. Wie hoch genau, weiss ich auch nicht. Möglicherweise ein Vielfaches, wenn man bedenkt, was ein Mensch so wiegt.