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Wettkampf gegen
unseren Solar Ninja!

Berechnen der physikalisch umgesetzten Energie in verschiedenen Sportarten.

Wettkampf gegen den Solar Ninja Solar Bildung

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Hier machst Du und Deine Klasse Angaben zu Euren sportlichen Leistungen in verschiedenen Sport- und Spielarten. Wir berechnen Dir die physikalisch umgesetzte Energie dabei, vergleichen wie Ihr gegen eine kleine PV-Anlage abschneidet, und visualisieren die Energiemengen.

Wähle hier die Sportarten aus, die Ihr zusammen gemacht habt. Du kannst zur Parametereingabe für eine Sportart springen, indem du in der Tabelle auf die entsprechende Zeile klickst. Alle anderen Sportarten werden dann zugeklappt. Entfernst du eine Sportart von den Auswahl-Tags, werden alle Eingaben die du zu dieser Sportart gemacht hast gelöscht.

Sportart
Produzierte Energie [Wh]
Energie durch PV [Wh]
Calculator
Langstrecken-Lauf

Fahrrad fahren

Kurzstrecken-Lauf

Mittelstrecken-Lauf

Seilsprung

Fußball

Basketball

Error Text

Wie lange kann man verschiedene Verbraucher betreiben?

Energy PV Ikon
Schüler beim Sport

Und andere Vergleiche

Eine 6W LED-Lampe:
 

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Ein 650W Staubsauger: 
 

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Ein 2000W Fön:
 

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Einen Streaming-Dienst wie Netflix:
 

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Warm duschen:

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Dein eigenes Gerät à

Watt:

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So viele Liter Wasser zum Kochen bringen:
 

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Experimentell: Fortgeschritten

Hier siehst du wie sich die mechanisch umgesetzte Energie verändert je nachdem wie sich die Input-Parameter (Schieberegler) ändern.

Das ist also eine Weise die Funktionen die wir implementiert haben zu inspizieren.

Die x-Achse stellt immer den Parameter dar, an dem zuletzt "gedreht" wurde.

Die Energie wird für die gerade aktive Sportauswahl berechnet.

Wird berechnet für: {Sportart}

Energieveränderung

Zurückgelegte Distanz

Gewicht

Anzahl der Teilnehmer

Benötigte Zeit

Anzahl der Spiele

Dokumentation

Dokumentation

Die tatsächliche Energie die der Körper aufwenden muss um sich zu bewegen (Wirkungsgrad der Muskelarbeit) wird hier stets vernachlässigt. Die meisten Energien ergeben sich aus der Summe der kinetischen Energie und der Arbeit gegen das Erdgravitationsfeld. Letztere wird durch Annahmen berechnet, die die Anzahl der Schritte N über eine Strecke festlegen. Zusammen mit der Höhe, um die der Fuß angehoben wird, h, berechnet sich in den meisten Fällen die Gesamtenergie als E = 1/2 mv^2 + Nmgh.

Als Geschwindigkeit wird (wenn nicht anders angegeben) die Durchschnittsgeschwindigkeit über das Zeitintervall genommen. Im Folgenden listen wir unsere Annahmen auf:

Download xlsx

Kurzstreckenlauf:

  • Schrittfrequenz von 4/s 

  • Fuß wird bei jedem Schritt um 50cm angehoben

Mittelstreckenlauf:

  • Schrittfrequenz von 3/s 

  • Fuß wird bei jedem Schritt um 20cm angehoben

Langstreckenlauf:

  • Feste Schrittbreite von 0,8m

  • Fuß wird bei jedem Schritt um 5cm angehoben

Fußball:

  • Ein Spieler läuft pro Spiel 10.000m

  • Ein Spieler beschleunigt 10 Mal pro 5 Minuten. Jeder Sprint hält 4 Sekunden an und es werden durchschnittlich 10m zurückgelegt

  • Beim Laufen: Schrittbreite 1m, Fuß wird bei jedem Schritt um 15cm gehoben

  • Beim Sprinten: Schrittbreite 1,5m, Fuß wird bei jedem Schritt um 40cm gehoben 

  • 50 Start-Stopps im ganzen Spiel pro Spieler (Läuft ein Spieler zwei mal 5m mit derselben Geschwindigkeit, so berechnen wir seine kinetische Energie als zwei mal 1/2mv^2 für jeden 5m Abschnitt, nicht als ein mal 1/2mv^2 über 10m)

Basketball:

  • Ein Spieler läuft pro Spiel 4.000m

  • Ein Spieler beschleunigt 10 Mal pro Minute. Jeder Sprint hält 3 Sekunden an und es werden durchschnittlich 5m zurückgelegt

  • Beim Laufen: Schrittbreite 1m, Fuß wird bei jedem Schritt um 15cm gehoben

  • Beim Sprinten: Schrittbreite 1,5m, Fuß wird bei jedem Schritt um 40cm gehoben 

  • 80 Start-Stopps im ganzen Spiel pro Spieler (siehe Erklärung Fußball)

Fahrrad fahren:

Seilsprung:

  • Springfrequenz von 2/s

  • Sprunghöhe 5cm

Zur Berechnung des Streaming-Energieverbrauchs benutzen wir einen Wert von P_stream = 6500W (Quelle: https://energiemarie.de/energietipps/stromverbrauch/streaming, am 12.11.2023).

Für das Warm Duschen nehmen wir an, dass eine 7-minütige Dusche mit 91l Wasser 3,5kWh verbraucht (siehe Quelle: https://www.enex.me/blog/wie-viel-energie-braucht-duschen), das entspricht einer Leistung von P_duschen = 30kW.

 

Für die Berechnung des kochenden Wasserverbrauchs bemerken wir, dass die für einen Temperaturzuwachs von ΔT benötigte Energie E=m*c_m*ΔT ist. Hierbei ist c_m die spezifische Wärmekapazität von Wasser und M die Wassermasse. Wir nehmen den Temperaturzuwachs als 80 Grad Celsius an, das heißt das Wasser ist auf Raumtemperatur bevor es gekocht wird, T_0 = 20 Grad Celsius. Der Temperaturzuwachs entspricht ca. ΔT=350K. Damit können wir nach dem Energieverbrauch pro Masse auflösen und da für Wasser 1kg ~ 1l, nähern wir dadurch den Energieverbrauch pro Liter als: 1.463.350 J/l .

Update zur Dokumentation, 09.Sept.2024: 

In den Sportarten Kurzstreckenlauf und Mittelstreckenlauf berechnen wir nun auch die Arbeit gegen den Luftwiderstand. Diese berechnen wir als Kraft mal Strecke, wobei wir als Kraft die Drag-Equation (siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_equation) hernehmen. Als Drag-Coefficient für den Menschen nehmen wir 1.3 her und für seiner Oberfläche 180cm x 30cm. 

Zudem berechnen wir nun in allen Laufsportarten die Schrittfrequenz als Funktion der Geschwindigkeit (Exponentieller Fit): Je größer die Geschwindigkeit ist, umso kleiner die Schrittfrequenz, umso größer die Schrittbreite im selben Streckenintervall.

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