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Mechanische Leistung Mensch
 
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JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 09. Dez 2019 10:26    Titel: Mechanische Leistung Mensch Antworten mit Zitat

Hallo,
habe eine Frage zur Mechanischen Leistung: Im Buch „Der Mensch in Zahlen“ steht, dass ein Sportler bei einem Marathonlauf (19,5 km/h) eine Leistung von 1180 Watt erbringt. Dagegen liegt die Funktionelle Leistungsschwelle bei einem Fahrradergometertest je nach Fitnesslevel bei ca. 300 Watt.

Wie passt das zusammen?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 760

Beitrag Frankx Verfasst am: 09. Dez 2019 13:07    Titel: Antworten mit Zitat

Vermutlich hängt es auch davon ab, welche Muskelgruppen beansprucht werden.
Dort wo mehr und größere Muskeln involviert sind, kann man auch in Summe mehr Leistung umsetzen. Beim Laufen sind imho deutlich mehr Muskel beteiligt, als auf einem Fahrradergometer.


.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 09. Dez 2019 14:46    Titel: Antworten mit Zitat

Ok das könnte sein. Beim 100m-Lauf (36km/h) soll lt. Buch die Leistung 2070 Watt betragen, beim Treppensteigen 983 W.

Wie kann man den Unterschied zum Marathon (1180 W) erklären? Und wie wird so was berechnet/geschätzt?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 760

Beitrag Frankx Verfasst am: 09. Dez 2019 15:36    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Wie kann man den Unterschied zum Marathon (1180 W) erklären? Und wie wird so was berechnet/geschätzt?


Physikalisch kommt man da wahrscheinlich nicht weiter. Das ist eher eine Frage für Mediziner, z.B. Sportmediziner.


.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 09. Dez 2019 18:50    Titel: Antworten mit Zitat

Tja die Mediziner haben leider in der Regel mehr Ahnung von Krankheiten als von Sport. Das ist doch Biomechanik und Mechanik ist Physik. Also wasislos ihr seid doch so schlaue Köpfe hier Lehrer
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 09. Dez 2019 19:09    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Tja die Mediziner haben leider in der Regel mehr Ahnung von Krankheiten als von Sport. Das ist doch Biomechanik und Mechanik ist Physik. Also wasislos ihr seid doch so schlaue Köpfe hier Lehrer


Wenn Du Deinen schlauen Kopf bemüht hättest, dann wäre Dir der Unterschied zwischen kurzzeitiger Momentanleistung und Dauerleistung = Durchschnittsleistung eingefallen. Hammer
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 09. Dez 2019 19:58    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Wenn Du Deinen schlauen Kopf bemüht hättest, dann wäre Dir der Unterschied zwischen kurzzeitiger Momentanleistung und Dauerleistung = Durchschnittsleistung eingefallen. Hammer


Also ich kann dir versichern, dass ich gerne schlauer werde und stets mein bestes gebe Zusammenhänge nachzuvollziehen.

Kannst du deine Lösung evtl an den Beispielen Marathon, 100m und Treppensteigen verdeutlichen?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 760

Beitrag Frankx Verfasst am: 10. Dez 2019 08:27    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Kannst du deine Lösung evtl an den Beispielen Marathon, 100m und Treppensteigen verdeutlichen?


Rein physikalisch-mechanisch benötigt man für eine horizontale Bewegung (Maraton, 100m Lauf) überhaupt keine Energie, resp. Leistung.

Wenn man sich dabei dennoch anstrengen muss und Energie verbraucht, so liegt das an der menschlichen Physiologie. Deshalb der Hinweis auf die medizinische Fraktion. Man sollte natürlich einen Physiologen fragen und nicht den Zahnarzt.

Beim Treppensteigen könnte man die Differenz der potentiellen Energien am Anfang und am Ende physikalisch mit E=m*g*h
und damit die Leistung P=m*g*h/t
berechnen. aber man wird, ebenfalls wegen der Physiologie, mit dem Ergebnis weit unter dem Realwert liegen.

Man benötigt z.B. auch Energie bzw. Leistung um ein Gewicht waagerecht am ausgestrecktem Arm zu halten. Physikalisch-mechanisch ist dafür ebenfalls keinerlei Energie nötig.
Der Energieumsatz der Muskulatur ergibt sich aus biochemischen Prozessen. Mit Physik kommt man da nicht weiter.


.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 10. Dez 2019 10:29    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Wenn Du Deinen schlauen Kopf bemüht hättest, dann wäre Dir der Unterschied zwischen kurzzeitiger Momentanleistung und Dauerleistung = Durchschnittsleistung eingefallen. Hammer


Also ich kann dir versichern, dass ich gerne schlauer werde und stets mein bestes gebe Zusammenhänge nachzuvollziehen.

Kannst du deine Lösung evtl an den Beispielen Marathon, 100m und Treppensteigen verdeutlichen?


Der Rekord beim Empire State Building Run-up wurde 2003 von Paul Crake aufgestellt. Er überwand die 320 Höhenmeter in 573 s.
Bei einer angenommenen Körpermasse von 75 kg betrug seine momentane äussere Nettoleistung 411 W. Das ist nicht die Dauerleistung.

Der Wirkungsgrad eines isolierten Muskels liegt bei 30 %. Der Gesamtwirkungsgrad des Körpers liegt bei Berücksichtigung aller Zell- und Körperfunktionen unter diesem Wert.

Daraus folgt, dass die innere Bruttoleistung des Körpers ein mehrfaches der äusseren Nettoleistung beträgt.

Beim ebenem Laufen ist für die äussere mechanischer Leistung nur der Luftwiderstand relevant. Diese Nettoleistung ist gering. Die innere Bruttoleistung ist demgegenüber erheblich höher.

Es kommt also darauf an, welche Leistung betrachtet wird.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 10. Dez 2019 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:


Daraus folgt, dass die innere Bruttoleistung des Körpers ein mehrfaches der äusseren Nettoleistung beträgt.


Würde ich jetzt mal bezweifeln, dass sich diese Werte auf die Bruttoleistung des Körpers beziehen. Auf einer Kraftmessplatte kann man ja messen, wie ein Sportler immer wieder das sein Körpergewicht abfangen und beschleunigen muss. Hierfür wird auch Arbeit geleistet. In Kurven wirken außerdem Trägheitskräfte auf den Massenschwerpunkt.

Diese Wattzahlen werden mMn anders berechnet und haben nix mit dem Nettowirkungsgrad im Körper zu tun. Vielleicht hat jemand noch Ideen?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 10. Dez 2019 15:27    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:


Daraus folgt, dass die innere Bruttoleistung des Körpers ein mehrfaches der äusseren Nettoleistung beträgt.


Würde ich jetzt mal bezweifeln, dass sich diese Werte auf die Bruttoleistung des Körpers beziehen. Auf einer Kraftmessplatte kann man ja messen, wie ein Sportler immer wieder das sein Körpergewicht abfangen und beschleunigen muss. Hierfür wird auch Arbeit geleistet. In Kurven wirken außerdem Trägheitskräfte auf den Massenschwerpunkt.

Diese Wattzahlen werden mMn anders berechnet und haben nix mit dem Nettowirkungsgrad im Körper zu tun. Vielleicht hat jemand noch Ideen?


Da gibt es nichts zu bezweifeln. Du hattest nach mechanischer Leistung gefragt.

Es gibt 3 Arten mechanischer Arbeit(Energie)/Leistung

1. Arbeit: Treppensteiger



z.Bsp.:

2. Kinetische translatorische Energie: Kugelstosser



2. Kinetische rotatorische Energie: Hammerwerfer



Die Leistung ist definiert als Arbeit/Zeit



Diese äussere Energie wird durch innere Energie erzeugt, die wg. "Verlusten" wie z.Bsp. Wärme, Reibung etc. nicht zu 100% in mechanische Energie umgewandelt wird.

Es ist wie bei einem Auto. Der Energieinhalt des Treibstoffs wird nicht zu 100 % in mechanische Energie umgewandelt, sondern je nach Lastbetrieb mit ca. 10 - 35 %.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 10. Dez 2019 22:42    Titel: Antworten mit Zitat

Hier ist es ganz gut beschrieben. Also man kann schon ein paar Berechnungen anstellen mit der kinetischen Energie:

https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/102_springen_gehen_laufen_2.pdf
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 00:00    Titel: Antworten mit Zitat

Irgendwie wirken diese Berechnungen auf mich etwas willkürlich.

Was ich noch nicht ganz verstanden habe ist, wie die Kräfte, die ein Mensch beim Laufen auf den Boden überträgt und die z.B: mit einer Kraftmessplatte gemessen werden können mit der Energie zusammenhängen.

Vielleicht könnte ja das noch jemand erläutern?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 09:00    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Hier ist es ganz gut beschrieben. Also man kann schon ein paar Berechnungen anstellen mit der kinetischen Energie:

https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/102_springen_gehen_laufen_2.pdf


Zitar aus der o.a. Publikation:

Sieht man von der Einlaufphase ab, so wird im Schnitt die gesamte Beinenergie WB verbraucht. Sei n die Gesamtschrittzahl des Laufs und τ die für den Lauf benötigte Zeit, dann muß ein mittlerer Leis-tungsoutput τnWPBout⋅=(12) aufgebracht werden. Für einen 100-m-Lauf mit einer mittleren Geschwindigkeit von 8m/s und da-mit τ = 12,5 s folgt hieraus Pout = 1100 W. Dem entspricht nach Gl. (7) ein Leistungsinput Pin≈4500 W, was mit der Erfahrung recht gut überein-stimmt.

Da steht genau das, was ich immer gesagt habe. Es ist zwischen innerer Leistung P_in in äusserer Leistung P_out zu unterscheiden.

In diesem Fall ergibt sich ein Wirkungsgrad von 24,4%.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 09:53    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Beim 100m-Lauf (36km/h) soll lt. Buch die Leistung 2070 Watt betragen.


Liegt irgendwie zwischen den 1100 W und den 4500 W. Ist das jetzt innere oder äußere Leistung? Wie gesagt, die Berechnungen erscheinen mir irgendwie hingeschustert.

Im Endeffekt geht es mir darum zu beurteilen, wenn ich z.B. eine äußere Leistung von 1000W errechne über die kinetische und potentielle Energie, ob dieser Wert realistisch ist. Welche Rolle spielt die Zeit in diesem Zusammenhang? Sobald man die Zeit verändert, verändert sich auch der Watt-Wert, was hat das zu bedeuten?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 10:40    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Beim 100m-Lauf (36km/h) soll lt. Buch die Leistung 2070 Watt betragen.


Liegt irgendwie zwischen den 1100 W und den 4500 W. Ist das jetzt innere oder äußere Leistung? Wie gesagt, die Berechnungen erscheinen mir irgendwie hingeschustert.

Im Endeffekt geht es mir darum zu beurteilen, wenn ich z.B. eine äußere Leistung von 1000W errechne über die kinetische und potentielle Energie, ob dieser Wert realistisch ist. Welche Rolle spielt die Zeit in diesem Zusammenhang? Sobald man die Zeit verändert, verändert sich auch der Watt-Wert, was hat das zu bedeuten?


Die Berechnungen sind nicht hingeschustert. Zum Verständnis setzen sie Grundkenntnisse in Physik voraus.

Äussere kinetische Energie:











Wirkungsgrad





Zuletzt bearbeitet von Mathefix am 11. Dez 2019 11:47, insgesamt einmal bearbeitet
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 10:41    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Irgendwie wirken diese Berechnungen auf mich etwas willkürlich.

Was ich noch nicht ganz verstanden habe ist, wie die Kräfte, die ein Mensch beim Laufen auf den Boden überträgt und die z.B: mit einer Kraftmessplatte gemessen werden können mit der Energie zusammenhängen.

Vielleicht könnte ja das noch jemand erläutern?


Erkläre ich Dir heute nachmittag.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 12:47    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:




Das würde zur Funktionelle Leistungsschwelle 300 W passen. grübelnd

Wie hoch schätzt du denn Max P,out ein?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 14:09    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:




Das würde zur Funktionelle Leistungsschwelle 300 W passen. grübelnd

Wie hoch schätzt du denn Max P,out ein?


Usain Bolt erreichte nach 20m ab Start eine Geschwindigkeit von 36 km/h.













Maximale Leistung





Durchschnittliche Leistung







JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 15:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ok und wenn man es noch weiter runterbrechen würde und einen Schritt nimmt bzw. den Schritt bei dem er den höchsten Geschwindigkeitszuwachs hatte. Würde da noch ein höherer Wert rauskommen?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 15:38    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Ok und wenn man es noch weiter runterbrechen würde und einen Schritt nimmt bzw. den Schritt bei dem er den höchsten Geschwindigkeitszuwachs hatte. Würde da noch ein höherer Wert rauskommen?


Möglicherweise, denn die Beschleunigung in den ersten 20 Metern ist ein Durchschnittswert.
Da die Beschleunigung insgesamt abnimmt, ist zu vermuten, dass die Anfangsbeschleunigung und damit die Leistung noch höher ist.
Dafür liegen mir keine Zahlenwerte vor.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 16:00    Titel: Antworten mit Zitat

Ja denke ich auch, vermutlich ist die Leistung beim ersten Schritt am größten.

Wie sieht es aus mit dem Zusammenhang von Kraftmessplatte zur Energie und Leistung? Zum Beispiel bei diesem Schaubild:

Time courses of the net force in the skiing direction acting at the COM and determined from motion capture (Fm), net force in the skiing direction acting at the COM and calculated from the proposed model using combined force and motion capture data (Fc), and net force (in the skiing direction) acting at the point of force application at the ski (Fn). For definitions, see Table 1. Values are means during the gliding and push-off phases. n = 9



12283_2016_223_Fig8_HTML.gif
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Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 16:24    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Irgendwie wirken diese Berechnungen auf mich etwas willkürlich.

Was ich noch nicht ganz verstanden habe ist, wie die Kräfte, die ein Mensch beim Laufen auf den Boden überträgt und die z.B: mit einer Kraftmessplatte gemessen werden können mit der Energie zusammenhängen.

Vielleicht könnte ja das noch jemand erläutern?


Beispiel senkrechter Absprung

Mit einer Kraftmessplatte wird die auf diese Platte ausgeübte Kraft im Zeitverlauf gemessen: F = F(t)
Die Kraftmessung erfolgt entweder durch piezoelektrische Sensoren F = F(U) oder Dehnungsmesstreifen F = F(R).

Die Fläche unter der Funktion F(t) ist der Kraftstoss



Der Kraftstoss führt zu einer Impulsänderung





Daraus lässt sich die Absprunggeschwindigkeit ermitteln



die Absprungleistung



und die Sprunghöhe







bestimmen.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 17:05    Titel: Antworten mit Zitat

Könntest du das evtl mit Zahlen verdeutlichen. In dem Schaubild geht es ja um einen Langläufer, der sich abdrückt. Im rechten Bild hat er einen Peak von 30% BW. Wenn er 70 kg wiegt. Wie hoch wäre dann P, out?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 17:44    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Könntest du das evtl mit Zahlen verdeutlichen. In dem Schaubild geht es ja um einen Langläufer, der sich abdrückt. Im rechten Bild hat er einen Peak von 30% BW. Wenn er 70 kg wiegt. Wie hoch wäre dann P, out?


1. in den Graphiken fehlt an der Abszisse die Zeiteinheit.
2. Was bedeutet BW?
2. Der Kraftstoss ist die Fläche unter der Kurve - graphisch integrieren.

Ich habe Dir alles hergeleitet. Rechnen musst Du schon selber.
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 19:58    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:

1. in den Graphiken fehlt an der Abszisse die Zeiteinheit.
2. Was bedeutet BW?
3. Der Kraftstoss ist die Fläche unter der Kurve - graphisch integrieren.

Ich habe Dir alles hergeleitet. Rechnen musst Du schon selber.


1. Die Zeit ist in Prozent angegeben, also ein Zeitablauf. Die Dauer ist vielleicht so 0,4 Sekunden.
2. BW = Bodyweight
3. Ja genau also der Impuls

Bei der Rechnung weiß ich nicht, wie man von %BW aus den Impuls berechnen soll?

Und was ist mit . Der Langläufer springt ja gar nicht..?

grübelnd
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4457

Beitrag Mathefix Verfasst am: 11. Dez 2019 20:12    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:

1. in den Graphiken fehlt an der Abszisse die Zeiteinheit.
2. Was bedeutet BW?
3. Der Kraftstoss ist die Fläche unter der Kurve - graphisch integrieren.

Ich habe Dir alles hergeleitet. Rechnen musst Du schon selber.


1. Die Zeit ist in Prozent angegeben, also ein Zeitablauf. Die Dauer ist vielleicht so 0,4 Sekunden.
2. BW = Bodyweight
3. Ja genau also der Impuls

Bei der Rechnung weiß ich nicht, wie man von %BW aus den Impuls berechnen soll?

Und was ist mit . Der Langläufer springt ja gar nicht..?

grübelnd


Ich habe doch als Beispiel den senkrechten Sprung angeführt.

Meinerseits ist dass Thema jetzt erschöpfend behandelt, da die theoretischen Grundlagen vorliegen.

Bye
JanikMei



Anmeldungsdatum: 25.11.2019
Beiträge: 79

Beitrag JanikMei Verfasst am: 11. Dez 2019 21:00    Titel: Antworten mit Zitat

Ok sorry, ja werd versuchen es zu kapieren. Danke Dir vielmals, hat mich um einiges schlauer gemacht Thumbs up!
A.T.



Anmeldungsdatum: 06.02.2010
Beiträge: 306

Beitrag A.T. Verfasst am: 13. Dez 2019 09:30    Titel: Antworten mit Zitat

JanikMei hat Folgendes geschrieben:
Wie sieht es aus mit dem Zusammenhang von Kraftmessplatte zur Energie und Leistung? Zum Beispiel bei diesem Schaubild:


Das scheinen horizontale Kräfte zu sein (in the skiing direction).

Leistung = Kraft * Geschwindigkeit.
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