123 Lösungen In B 14.34 a fließt Energie aus der Maschine, und innen drinnen wird es weniger Energie. Das entspricht der Wirklichkeit. Im Fall b würde jedoch Energie rausfließen, aber innen drinnen würde die Energie nicht sinken. Es wäre Energie aus dem Nichts entstanden, und das verbietet der Energieerhaltungssatz. Fall b stellt daher ein unmögliches Perpetuum mobile dar. Damit dein Körper funktioniert, muss er chemische Energie abbauen. Diese wird umgewandelt und verlässt den Körper in Form von Wärme. Deshalb sinkt die Energie im Inneren, und man muss wieder Energie in Form von Nahrung „nachtanken“. Bei einem Hungerkünstler, der nichts essen muss, würde aber Energie rausfließen, ohne dass er welche aufnehmen muss. Er wäre dann die perfekte biologische Umsetzung eines Perpetuum mobile – und genau das gibt es eben nicht! Alle „Hungerkünstler“ essen heimlich! Dieses angebliche Perpetuum mobile ist wohl das Einfachste überhaupt und wurde bereits um 1670 vom Bischof von Chester ausgeheckt. Wenn aber der Magnet stark genug ist, um die Kugel die Rampe hinaufzuziehen, ist er dummerweise auch stark genug, um die Kugel davon abzuhalten, wieder hinunterzurollen! Die chemische Energie deiner Muskeln wird zunächst in Bewegungsenergie umgewandelt. Wenn du dann aber wieder sitzt, bewegt sich nichts mehr. Die gesamte chemische Energie aus deinen Muskeln wurde in Wärme umgewandelt. Das kannst du auch daran merken, dass dir nun ziemlich warm ist. Das gilt generell für deinen Körper: Chemische Energie wandelt sich über kurz oder lang immer in Wärmeenergie um, die den Körper verlässt. Diese Wärme ist der Energie-Output! In B 14.13 kommt das Pendel am höchsten Punkt zum Stillstand, hat also keine Bewegungsenergie mehr. In B 14.37 steht das Pendel rechts aber nicht komplett still. Es hat am höchsten Punkt eine kleine Horizontalgeschwindigkeit und somit auch Bewegungsenergie. Deshalb kann es gar nicht auf exakt dieselbe Höhe schwingen, weil ja sonst Energie dazukommen würde. Die Faustregel für den Grundumsatz lautet ja 1W pro kg. Eine Person mit 40 kg hat also einen Grundumsatz von 40W. Dabei werden 40 J chemische Energie pro Sekunde letztlich in Wärme umgewandelt, die den Körper verlässt. 15 Personen haben bereits in Ruhe eine Leistung von 600W. Das ist so, als würde man ein Backrohr aufdrehen und die Frontklappe öffnen. Wenn sich der KSP hebt, dann bedeutet das, dass sich der ganze Körper ein wenig hebt. Dazu muss chemische Energie umgesetzt werden. Beim Absenken des KSP wird diese dann in Wärme umgewandelt. Bei jedem Schritt benötigt der Körper also immer ein bisschen chemische Energie. Tatsächlich macht diese Hebung des KSP den größten Brocken des Energiebedarfs beim Gehen aus. Beim Radfahren bleibt der KSP aber immer an derselben Stelle. Du brauchst nur Energie, um die Reibungskräfte zu überwinden. Daher ist der Energiebedarf beim Radfahren geringer als beim Gehen. Das geht nur dann, wenn der Zug beim Beladen an einer höheren Stelle steht als beim Ausladen. Der Zug rollt dann ohne Antrieb von selbst zum Entladebahnhof. Die Energie, die dabei frei wird, wird in chemische Energie umgewandelt und in riesigen Akkus gespeichert. Es geht dabei auch Wärme verloren. Weil aber beim Zurückfahren bergauf der Zug viel leichter ist, reicht die gespeicherte chemische Energie aus. Clever! Es ist ähnlich wie bei der Halfpipe in B 14.12, S. 54: Du kannst maximal wieder genau bis zur Ausgangshöhe zurückkommen, und das wäre in diesem Fall Punkt C. In der Praxis geht durch die Reibung aber auch immer ein wenig Energie in Form von A 20 A 21 A 22 A 23 A 24 A 25 A 26 A 27 A 29 Wärme verloren. Deshalb wirst du etwas Schwung verlieren und nicht ganz bis C kommen. Die Hügel einer Achterbahn werden daher auch immer niedriger, je länger man fährt. Bis Punkt D kannst du niemals kommen, weil du dazu über den Hügel davor fahren müsstest – und dazu müsste Energie vom Himmel fallen! Immer dann, wenn der Ball an der höchsten Stelle ist, steckt seine gesamte Energie in der Hebeenergie. Nimm an, dass die Aufprallebene mit der Unterkante des Fotos identisch ist. Der erste „Sprunghügel“ links ist 3,8 cm hoch, der zweite nur mehr 2,9 cm. Das sind also 0,9 cm weniger. In Prozent sind das (0,9 cm/3,8 cm) · 100 = 23,7%. Über den Daumen kann man also sagen, dass rund ¼ der Hebeenergie zwischen erstem und zweitem Hügel in Form von Wärme verloren geht. Wenn dein Tagesbedarf 8000 kJ beträgt, dann sind 1 % davon 80 kJ. Ein Jahr hat 365 Tage, also würdest du in diesem Fall 80 kJ · 365 = 29.200 kJ zu viel zu dir nehmen, hast dann also eine positive Energiebilanz. Die überschüssigen Joule werden immer in den Fettdepots gespeichert. 29.200 kJ entspricht praktisch ziemlich genau dem Brennwert von 1 kg Körperfett. Man nimmt dann zu, wenn der Energie-Input größer ist als der Energie-Output. Das ist dann der Fall, wenn man zu viel isst (= zu viel Energie-Input) oder zu wenig Bewegung macht (= zu wenig Energie-Output). In der modernen Gesellschaft ist beides der Fall, und deshalb werden wir immer dicker. In A 31 hast du gesehen, wie fein die Energie-Bilanz beim Menschen austariert ist. Schon ein kleiner Überschuss reicht aus, um zuzunehmen. Bei der Bewegung ist es ähnlich: Wenn man auf diese im Alltag verzichtet, wird das Zunehmen begünstigt. Deshalb sollte man niemals faul werden und immer die Stiegen nehmen oder zu Fuß gehen! Kapitel 15 Die Sache mit der Stromrichtung ist etwas verwirrend. Der Physiker Ampère, nach dem die Einheit für die Stromstärke benannt ist, setzte um 1800 willkürlich fest, dass die Stromrichtung von Plus zu Minus zeigt. Man nennt das heute oft die technische Stromrichtung. Wie man später herausfand, bewegen sich in Metallen und somit in einem Stromkreis aber ausschließlich Elektronen, und diese fließen von Minus zu Plus (B 20.6). Aus heutiger Sicht wäre es also sinnvoller, die Stromrichtung mit Minus zu Plus anzugeben. Aus Bequemlichkeit blieb man aber bei der alten Definition. Das Wasser fließt von links nach rechts, weil der Wasserspiegel rechts deutlich niedriger ist. Antworten a bis c sind richtig. Es ist unmöglich, die Spannung eines Pols anzugeben. Man kann nur die Spannung zwischen zwei Polen messen, genauso, wie man den Höhenunterschied zwischen zwei Punkten misst. Bei der Straßenbahn sind die Schienen der zweite Pol. Das ist normalerweise völlig ungefährlich. Gefährlich würde es nur dann werden, wenn du auf den Schienen stehst und mit einer Metallstange die Oberleitung berührst. A 30 A 31 A 32 A 1 technische Stromrichtung Spannungsquelle Lampe Elektronen ussrichtung B 20.6 Technische Stromrichtung und tatsächliche Stromrichtung, nämlich die Elektronenflussrichtung A 22 A 23 A 24 A 25 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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