Welche Geschwindigkeiten hält der menschliche Körper aus?
Liebe Gute Frage Community,
wer kennt sie nicht, die guten alten Gedanken in der Dusche :). Angenommen der Mensch ist in der Lage zu fliegen (vgl. SuperMan) und kann sich frei in der Luft bewegen mit der Fähigkeit die Geschwindigkeit beliebig zu steigern und zu reduzieren.
Da habe ich mich gefragt, ab welcher Geschwindigkeit in km/h würde der menschliche Körper als "Flugobjekt" Schäden davon tragen? (G-Kräfte etc.) und wie schnell könnte sich der fliegende Mensch bewegen am max. ?
Ich hoffe die Frage ergibt für euch Sinn und auch wenn ihr euch fragt, wie zum Geier kommt man auf sowas? Hat es mich doch interessiert.
Liebe Grüße und ein schönen Sonntag noch!
7 Antworten
Nehmen wir an, der Mensch hätte außerdem eine Art Schutzschild welcher ihn von Umgebungseinflüssen schützt. Das heißt so etwas wie Luftreibung wird nicht berücksichtig. Dann ist die Geschwindigkeit unbegrenzt.
Warum ist das so? Ein System welches sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird als "Inertialsystem" bezeichnet und grundsätzlich gilt, dass für alle Inertialsysteme die gleichen physikalischen Gesetze gelten. Das heißt es macht keinen Unterschied ob du eine Tasse Kaffee Zuhause in der Küche trinkst oder bei 160km/h in einem Zug. Das Kaffee springt dir nicht plötzlich entgegen nur weil du mit 160km/h unterwegs bist.
Anders ist es jedoch für bewegte Bezugssysteme. Hier führt eine ÄNDERUNG des Bewegungszustandes für das einwirken einer Kraft. Die Kraft tritt auf, weil Masse im Bewegungszustand verharren möchte. Mathematisch ist der Bewegungszustand als ein Impuls bekannt und ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Das heißt normalerweise ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit konstant. Wirkt jedoch eine Kraft F führt dies zu einer Änderung des Bewegungszustandes also die Änderung des Produkts aus Masse und Geschwindigkeit.
Die Kraft führt also dazu, dass sich die Beziehung ändert und die Geschwindigkeit sich mit der Zeit ändert. Die Änderung der Geschwindigkeit mit der Zeit ist die erste Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit t und die erste Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit ist die Beschleunigung und so kommen wir auf die Gleichung:
F=m*a
Die Beschleunigung ist es also die die Kraft hervorruft bzw die Kraft führt zu einer Beschleunigung der Masse und hier entstehen die "G-Kräfte" Sie entstehen also nur, weil die Beschleunigung so groß ist, dass sie zu einer zu schnellen Änderung des Bewegungszustandes der Masse führt und die Masse sich aufgrund ihrer eigenen Trägheit dagegen wehrt und die Massenträgheit selbst wiederum ist das Bestreben der Masse das Produkt aus Geschwindigkeit und Masse konstant zu halten.
Die G-Kraft ist hier die Kraft mit der wir von der Erde angezogen werden eben aufgrund der Gravitation. Die Erdanziehungskraft liegt bei 9,81N/kg dementsprechend liegt die Erdbeschleunigung bei 9,81m/s^2 bereits das 2 bis 3 Fache davon werden schon schwierig.
Ab 6g wirkt ein erhöhter Druck auf Gliedmaßen und das Blut kann nicht mehr richtig zirkulieren. Viele sehen keine Farben mehr und das Sichtfeld verengt sich. Durch Atemtechniken schaffen es Kampfpiloten z.b. der Bewusstlosigkeit zu entkommen.
Bei 10-12g spätestens ist die Bewusstlosigkeit kaum noch zu vermeiden. Man kann mit erhöhtem Sauerstoffgehalt in der Luft entgegenwirken und so bis 20g erreichen.
Ohne Luftwiderstand beliebig schnell wobei die einzige nicht erreichbare Grenze die Lichtgeschwindigkeit ist. Geschwindigkeiten erzeugen nämlich keine Kräfte nur Beschleunigungen tun das.
Mit Luftwiderstand wirds wohl irgendwo im Überschallbereich ab Mach 2-3 wohl wegen dem Staudruck und der Reibungshitze vorbei sein, wobei das natürlich von der Höhe abhängt.
Also erstmal von der Geschwindigkeit hält der Körper eigentlich jede beliebige Geschwindigkeit aus. Es kommt nur zum Beispiel auf die Luftreibung an, es darf natürlich nicht zu heiß werden und man darf nicht zerdrückt werden. Außerdem sind die G Kräfter sehr entscheidend, also wie stark beschleunigt werden kann. Bei der Notlandung einer Soyuz Rakete werden zum Beispiel 11G für einige Sekunden erreicht, also das können Menschen auf jeden Fall noch überleben. Allerdings gibt es da auch nicht ohne Grund ein besonderes Training.
Wenn man als Mensch jetzt zum Beispiel Fallschirmspringen würde, dann kann die Geschwindigkeit relevant werden, wenn man von zu weit oben springt. Da im Weltall noch keine oder viel weniger Luft ist als in etwa 20km Höhe, beschleunigt man dann erst sehr sehr schnell fast ohne Luftwiderstand, wenn man dann zu schnell in zu Dichte Luft kommt, wird es sehr sehr heiß durch die Reibung. Also aus 100km Höhe Fallschirmspringen ist daher nicht zu empfehlen. Hat ja auch noch niemand gemacht.
Auch als Mensch an der Außenwand der Concorde mitzufliegen ist keine gute Idee. Die Außenwand erhitzt sich bei Mach 2 auf ein paar hundert Grad durch die Reibung.
Aber wie du siehst, alle Probleme liegen entweder an der Reibung oder an der Beschleunigung. Wenn man jetzt im luftleeren Raum mit einer Bescheinigung von 2G ganz entspannt für 5 Jahre beschleunigen würde, kann man das einfach überleben, man wird danach aber so unfassbar schnell sein, (keine Lust das jetzt auszurechnen), dass man wahrscheinlich seine Geschwindigkeit schon in Millionen Kmh Rechnen kann.
Zum Vergleich: Lichtgeschwindigkeit ist etwa eine Milliarde Kmh, also 10mio Kmh sind etwa 1% der Lichtgeschwindigkeit.
Da habe ich mich gefragt, ab welcher Geschwindigkeit in km/h würde der menschliche Körper als "Flugobjekt" Schäden davon tragen? (G-Kräfte etc.)
G-Kräfte wirken auf den Körper bei Richtungsänderungen mit hoher Geschwindigkeit sowie beim Abbremsen bzw. Beschleunigen.
Wenn ich mir meine Geschwindigkeit frei aussuchen kann, dann kann ich ja ganz allmählich beschleunigen bzw. abbremsen und ich kann Kurven sanft und langsam fliegen, so dass die G-Kräfte keine Rolle spielen.
Die maximale Geschwindigkeit wird somit (zumindest auf der Erde in unserer Atmosphäre) eher vom Luftwiderstand abhängig sein, der gegen den Körper drückt sowie von der Reibung die dabei durch die Atmosphäre auf den Körper einwirkt.
Im Weltall dürfte das nicht das Problem sein, dafür hast Du da wieder andere begrenzende Faktoren.
Im freien Fall erreicht der Körper etwa 200 km/h. Wenn es viel mehr ist, wirken Kräfte auf den Körper, die er nicht absorbieren kann. 500 km/h wird in dichter Atmosphäre kaum möglich sein ohne eine Energiezufuhr, die für den Körper schädlich ist.