Leistung Wenn du beim Wandern einen Gipfel auf einem flachen oder einem steilen Anstieg erreichst, hast du immer die gleiche Hubarbeit verrichtet, doch unterschiedlich viel Zeit gebraucht. Bei Bergrennen erreichen die meisten Teilnehmerinnen und Teilnehmer das Ziel und verrichten die gleiche Hubarbeit. Als Siegerin oder Sieger gilt aber jene Person, die die Strecke in der kürzesten Zeit bewältigt hat. Es zählt daher nicht die verrichtete Arbeit, sondern wie schnell sie verrichtet wurde, es zählt die Leistung P. Leistung = verrichtete Arbeit ____ benötigte Zeit P = W _ t Einheit: Watt (W) 1 W = 1 J/s = 1 J·s−1 Im KFZ-Bereich wird oft die veraltete Einheit Pferdestärke (PS) verwendet, 1 PS entspricht 735 W, etwa der Leistung eines Pferdes beim Ziehen einer Last. Die durchschnittliche Leistung, die ein kräftiger Mensch über längere Zeit aufbringen kann, heißt menschliche Dauerleistung und beträgt ca. 100 W (76.2). Spitzensportlerinnen und Spitzensportler können kurzfristig Leistungen bis zum Zehnfachen erbringen. In Haushalt und Industrie haben elektrische Maschinen die schwere körperliche Arbeit ersetzt: Elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. Ein Handmixer hat eine Leistung von z. B. 300 W – gewissermaßen ersetzt er drei Hilfskräfte in der Küche. Untersuche, überlege, forsche: 100-m-Sprint 76.1 W1 a) Bestimme die mittlere Geschwindigkeit und mittlere Beschleunigung Usain Bolts auf den ersten 20 m mit Hilfe der Tabelle 75.2. (Luftwiderstand und andere Effekte bleiben unberücksichtigt). W1 b) Ermittle die mittlere Kraft, die er dabei aufbringen musste. Wie groß war auf dieser Teilstrecke seine Leistung? Untersuche, überlege, forsche: Leistung beim Radfahren 76.2 „Glocknerkönig“ heißt ein Radrennen für Frauen und Männer, Amateure und Profis. Es führt 13 km auf der Großglockner Hochalpenstraße von Ferleiten (Seehöhe 1 151 m) zum Fuschertörl (2 429 m). W1 a) Ermittle die Hubarbeit, die du für diese Strecke erbringen müsstest. W1 b) Radrenn-Profis schaffen dies in ca. 50 Minuten. Welche Leistung erbringen die Profis? (Setze für die Masse von Fahrrad und Fahrer insgesamt 70 kg ein.) E1 c) Miss deine körperliche Leistung durch einen Treppenlauf über ein bis zwei Stockwerke im Schulhaus und vergleiche diese mit der Leistung der Rad-Profis. 76.3 W1 Auf den Packungen für Kristallzucker kannst du lesen, dass 100 Gramm Zucker 1 700 kJ an Energie (Brennwert) enthalten. Die „Zuckerenergie“ ist chemische Energie. Wie viel Gramm Zucker dürften sich Glocknerkönigin und -könig „gönnen“, um die Hubarbeit durch Zufuhr chemischer Energie zu ersetzen? Wieviele Dosen zuckerhaltige Limonade dürfte sie/er trinken, um diese Energie zu ersetzen? Weitere Arten von Energie Mechanische Energie tritt in weiteren Formen auf. Energie der Drehbewegung, Rotationsenergie, ist in jedem rotierenden Rad und auch in der rotierenden Erde gespeichert. Beim Spannen eines Sportbogens, beim Trampolinspringen u. s. w. wird mechanische Arbeit als elastische Energie gespeichert, die anschließend zur Verrichtung von Arbeit, z. B. zum Beschleunigen eines Pfeils, genutzt wird. Chemische Energie wird im Organismus mittels Glukose und Fett gespeichert und steht als „Muskeltreibstoff“ zur Verfügung. In Erdöl ist chemische Energie gespei- chert, sie wird in „Motoren“ in mechanische Energie gewandelt. Mechanische Energie kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Kernenergie ist in Atomkernen gespeichert und wird beim radioaktiven Zerfall oder bei der Spaltung von schweren Atomkernen frei. 76.1 Beim Treppenlauf auf den Donauturm (Wien) sind 150 Höhenmeter zu bewältigen. Die Siegerzeiten sind bei den Männern rund 3 1 _ 2 Minuten, bei den Frauen 4 Minuten. Welche Leistung würdest du erreichen, wenn du den Treppenlauf in 10 Minuten schaffen würdest? 76.2 Mittlere Leistungen in kW Mittlere Leistung in kW Mensch 0,1 Haushaltsgerät (Mixer) 0,3 Pferd 0,7 Elektroherd pro Kochfeld 1–2 Elektroherd – Backrohr 3 PKW (Kleinwagen) 50 Lokomotive 7 000 Airbus A380 3·104 Donaukraftwerk 3·105 Sonne 4·1023 76.3 Fahrräder mit elektrischem Zusatzmotor werden immer beliebter. Für alle Arten von Elektrofahrzeugen sollte zum Schutz der Umwelt und des Klimas die benötigte elektrische Energie nicht mittels Wärmekraftwerken bereitgestellt werden. Das gilt in besonderem Maß für die Herstellung der Fahrzeuge und der Batterien. 76 1 Mechanische Arbeit und Energie Thermodynamik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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