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Arbeit und Energie
Rechenbeispiel 1
Ein Patient hat seine strikte Anweisung zur Ruhe verletzt und ist bei einem Nachmittagsspaziergang auf einen der Klinik nahe gelegenen Hügel gewandert. Der Hügel ist 100 m hoch. Der Patient hat einschließlich Kleidung und Ausrüstung eine Masse von 100 kg. Welche mechanische Energie benötigt der Patient, um auf den Hügel zu kommen?
Der Nettowirkungsgrad, also das Verhältnis aus Hubarbeit zum Mehrumsatz des Organismus, betrage 0,20. Welche Gesamtenergie hat der Patient an diesem Nachmittag für den Ausflug verbraucht? Der Rückweg wird bei der Betrachtung nicht berücksichtigt, weil es ja bergab geht.
Lösung: Die Gesamtgewichtskraft des Patienten plus Ausrüstung ist
Bei einer Höhendifferenz von 100 m ist die aufzuwendende mechanische Energie
1000 N · 100 m = 100 000 Nm = 100 kJ.
Da der Wirkungsgrad aber nur 0,2 beträgt, d.h. nur 1/5 der erbrachten Arbeit wird tatsächlich als Hubarbeit erbracht, dann ist die nötige Gesamtarbeit für den Ausflug des Patienten:
