Frage von YxXxXxY, 29

Hallo, Kann mir jemand ein bisschen helfen für den Physikunterricht?

Ich habe leider einiges im Unterricht nicht mitbekommen und jetzt weiß ich bei manchen Aufgaben einfach nicht, wie man sie löst... Da wären zum Beispiel folgende Aufgaben:

  1. Dein Herz pumpt pro Minute ca. 5 Liter Blut(ca. 5kg) in deinen Körper. Es muss sich dabei so anstrengen, als ob das Blut 1m hochgepumpt werden müsste. Welche Arbeit verrichtet das Herz an einem Tag? Wie hoch könnte ein Bergsteiger (75kg) mit dieser Arbeit gehoben werden?

  2. Ein 50kg schwerer Bub möchte seine Leistungsfähigkeit testen. Dazu rennt er so schnell er kann von Parterre in den 15m darüber liegenden Stock und stoppt als benötigte Zeit 25s. Berechne die "Hubleistung", die der Bub dabei aufbringt.

  3. Eine 2000kg schwere Achterbahn wird durch eine Art Aufzug innerhalb von 30 sec. auf 28m Höhe befördert. Berechne, wie viel Kilowatt Leistung der Aufzug dabei mindestens abgeben muss.

Wenn mir einer von euch anhand dieser Aufgaben vielleicht erklären könnte, wie man diese berechnet, wäre das wirklich sehr hilfreich! Wäre sehr dankbar, wenn mir jemand helfen könnte...

Antwort
von beadev, 25

Du benötigst zur Lösung der Aufgaben folgende Formeln:

Hubarbeit: W = Fs = mgh

In der 1. Aufgabe ist m=5kg, g=9,81m/s², h=1m

Es ergibt sich:

W = mgh = 5kg * 9,81 m/s² * 1m = 49,05 kgm²/s² = 49,05 Nm

Für die Höhenberechnung musst du obige Formel nach h umstellen:

W=mgh => h=W/mg

-----

Für die Leistung gilt:

P=mgv ; v=s/t

z.B. für die Aufgabe mit dem Jungen: m=50kg, g=9,81m/s² s=15m, t=25s

P=50kg*9,81m/s²*(15m/25s)=294,3 kgm²/s³

Du kannst alle Aufgaben mit den o.g. Formeln berechnen. Manchmal muss man sie umstellen, manchmal noch die Einheiten umwandeln (immer auf die Aufgabenstellung achten, wonach gefragt ist) und zu guter letzt: es sind Textaufgaben, d.h. immer schön einen Antwortsatz schreiben ;-)

Kommentar von beadev ,

Bei der Arbeit des Herzens muss noch durch 60s geteilt werden. Dann muss es noch für den Tag = 24h =86400s hochgerechnet werden.

Antwort
von Physikus137, 22

Arbeit = Kraft * Weg (In Formeln W = F_s * s, der Index bei F soll anzeigen, dass nur die Kraft(komponente) in Richtung s zählt.

Hubarbeit = Gewichtskraft * Höhe ( Spezialfall obiger Gleichung)

Leistung = Arbeit pro Zeit ( P = dW/dt )

Aufgabe 1) geht dann wie folgt:

P_Herz = (5kg*g * 1m) / ( 60s ) = 5/6 W

W_Herz_am_Tag = P_Herz * 1 Tag = 5/6 W * 24h = 20 Wh

Hubarbeit Bergsteiger: W = m*g * h ==> h = W/(mg) = 20 * 3600 Ws/(750N) = 96m

Die anderen Aufgaben analog

Antwort
von Discipulus77, 20

2) Leistung = Arbeit/Zeit Arbeit ist W oder auch Energie E und zwar in diesem Fall E = m * g * h, da die gegebenen Größen hier hineinpassen. Du hast das Gewicht m, die Erdbeschleunigung g und die Höhe h. Das teilst du dann am Ende noch durch die Zeit und erhältst somit die Leistung.

3) Genau die gleichen Beziehungen anwenden (g = 9,81 m/s^2, es sei denn euer Lehrer wollte es anders). Kilowatt sind 1000 Watt (die Einheit der Leistung). Also teilst du das finale Ergebnis der Leistung durch 1000 und erhältst eine Angabe in Kilowatt.

1) Jetzt zu eins. Die Leistung des Herzes kannst du ja nun berechnen, da W = mgh und W kennst du ja, wenn W vom Herz berechnest, also stellst du die Formel nach h um. Das schaffst du sicher. Dann nur noch einsetzen und ausrechnen.

Fundamental lassen sich hier also festhalten: P = W/t und W = E = mgh.

Antwort
von SchizoSync, 20

Zu 1. würde ich sagen, dass 5l Blut 1/15 des Gewichts des Bergsteigers ausmachen, demnach müsste er 1/15m nach oben gehoben worden sein.

Zum Rest weiß ich nichts aus dem Stegreif.

Kommentar von SchizoSync ,

1/15m pro Minute wohlgemerkt, also *60*24, also 96 Meter an einem Tag mit der Leistung von einem Herzen

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