Physik Frage

[demo99]

Ich bin am rätseln. Wenn man 2 Mountainbikefahrer betrachtet, und der eine fährt mit hoher Geschw. einen Berg rauf und der andere mit einem geringer Gewchw. einen Berg hinauf. Theoretisch müssten dann beide gleich viel Energie verbrauchen, oder?

Energie = Arbeit
W = F x s

Beide verrichten dann die gleiche Arbeit bzw. Energie? Aber der schnellere Fahrer verheizt mehr Kalorien. Kalorien = Engerie
Warum? Weil der Körper nicht so effektive arbeitet und weil der mehr Energie in Form von Wärme abgibt?

Bitte um Hilfe

danke im Voraus

mfg demo99

[Mkuu Tomasi]

Die Arbeit und die Energie sind gleich. Aber die Leistung ist wieder was anderes. Sie ist Arbeit pro Zeit. Die potentielle Energie für die Bergfahrer ist E = m*g*h
E = Energie (J)
m = Masse (kg)
g = Gravitation (kg*m/s^2)
h = Höhendifferenz

Also verrichten beide Fahrer die gleiche Arbeit, aber die Zeit spielt hier nicht rein. Die Zeit wird erst wichtig, wenn Du die erbrachte Leistung berechnest. Die Leistung wird in Watt angegeben, was nicht anderes als Arbeit/Zeit ist.
Ein Fahrer, der doppelt so schnell hochfährt und gleich viel Masse besitzt, hat zwar die Gleiche Arbeit verrichtet, aber die doppelte Leistung vollbracht.

[sebastian_r]

Die Arbeit, die beide aufwenden müssen, um die Höhendifferenz zu überwinden, ist glaich (vorausgesetzt, gleich beide sind mit Ausrüstung gleich schwer). Die Leistung ist beim schnelleren Bike höher, aber dafür wird sie weniger lang erbracht.

Soweit das vereinfachte Modell, in der Praxis hat der schnellere Biker auch einen höheren Luftwiderstand,...

[demo99]

ja, das ist mir schon bewusst das sie die gleiche arbeit verrichten. Und somit verbrauchen sie theoretisch gleich viel ENERGIE. Doch in der Praxis verbraucht der schnellere Fahrer mehr kcal, oder? Theoretisch müssten sie gleich viel kcal verbrauchen, weil

Energie = kcal = Arbeit

Aber es geht bei erhöhter Leistung mehr Muskelwärme verloren und der Körper muss zusätzlich kühlen, in Form von Schweiß. Das benötigt widerum Energie, oder?

mfg demo99

[sebastian_r]

Na klar geht bei mehr Leistung auch mehr Wärme raus. Stell dir mal vor, unser Körper hat einen Wirkungsgrad von 50% (keine Ahnung ob das korrekt ist, einfach nur als Beispiel). Um 1 Stunde lang 100 Watt zu leisteen (d.h. wirklich auf die Kurbel zu bringen), muss der Körper 60*60*100 = 360 kJ (oder ca. 90kcal) abgeben, bei einem Wirkungsgrad von 50% muss er aber das doppelte an Kalorien verbrennen, also gehn 360 kJ als Wäre weg in dieser Stunde!
Wenn ich jetzt doppelt so schnell bergauf fahre (Luftwiderstand, Rollwiderstand,... alles mal ignoriert), dann muss der Körper die doppelte Leistung abgeben, also 720 kJ in einer Stunde (damit komme ich ja auch doppelt so weit rauf in dieser Stunde!). Und natürlich fallen in dieser Stunde auch 720 kJ als Wärme an, also muss ich stärker schwitzen, um das wieder zu kühlen!

[demo99]

zu sebastian:

ja, aber zu siehst da was falsch. kcal ist keine Leistungseinheit, sondern Energie. Und beim Wirkungsgrad vom Körper kannst du glaube ich davon auch nicht ausgehen das die 50 % wie du sagst nur in Wärme verlorengehen, oder? Welchen Wirkungsgrad hat unser Körper wirklich?
mfg
demo99

[Yeti]

Tach auch,

in so eine Ueberlegung waeren - um sie detailiert zu betrachten - auch noch Aspekte wie dei Hangabtriebskraft ect. zu beruecksichtigen. Werde mal in Ruhe in dem schoenen kleinen Buechlein "Fahrradphysik" (gibts aus der Reihe "Moby Dyck" im "Delius Klasing Verlag" unter http://www.delius-klasing.de , sehr interessanter Titel, den ich interessierten nahe lege) nachschlagen. Aber es wird ausser neuen ueberlegungen, die einfliessen, im westen nichts neues geben. Nichts wesentliches jedenfalls...


Gruss

Yeti

[sebastian_r]

@demo99: Du bringst da wieder was durcheinander. Wo habe ich kcal und Lesitung zusammen erwähnt?? Ich habe von kcal (oder kJ) gesprochen die in Form von Wärme abgegeben werden...

Und wenn du meinen Beitrag noch mal genau liesst, wirst du feststellen, dass ich die 50% Wirkungsgrad einfach als Beispielszahl genommen habe, nur um dir zu verdeutlichen, wie es gerechnet wird. Ich habe extra angemerkt, dass die Zahl keinen Anspruch auf Korrektheit hat, ich hätte genausogut 1% oder 90% nehmen können...

[Mkuu Tomasi]

Tatsächlich verbrauchen doch beide die gleiche Kalorienzahl. Einer ist schneller oben, hat aber auch nur kürzer die Belastung. Hangabtriebskraft, kinetische Energie usw. ist übrigens egal für das Beispiel. Es zählt nur die Höhendifferenz, das Gewicht des Fahrers und die Gravitation.

[sebastian_r]

Natürlich verbrauchen beide die gleiche Kalorienzahl (wenn der Wirkungsgrad vom Körper für die mechanische Leistung unabhängig von selbiger ist). Aber der schnelle Biker schwitzt mehr, weil der die Kalorien, die nicht in Vortrieb umgesetzt werden können , schneller in Form von Wärme abgeben muss.