Kraftwerk Mensch – Technische Daten

Tech­ni­sche Daten zum Kraft­werk Mensch – was soll das denn bedeu­ten? Tech­ni­sche Daten inter­es­sie­ren doch nur, wenn man ein Auto kauft. Oder einen bes­se­ren Bild­schirm für das Home-Office. Oder einen Fern­se­her. Aber was soll sich jemand unter tech­ni­schen Daten eines Men­schen vor­stel­len? Gewicht und Kör­per­grö­ße, den Body Mass Index viel­leicht noch, aber sonst? – Das wären alles wohl logi­sche und ver­ständ­li­che Ein­wän­de. Den­noch ist es äußerst inter­es­sant, sich eini­ge Zusam­men­hän­ge vor Augen zu füh­ren, die – obwohl in uns und um uns her­um stets gegen­wär­tig – unse­rer Auf­merk­sam­keit entgehen.

Der Anlass, sich eini­ge Daten näher anzu­se­hen, ergab sich aus der Lek­tü­re eines recht neu­en Buches aus der und über die Welt der Phy­sik. Der Wie­ner Autor Mar­tin Apo­lin hat mit „Him­mels­kör­per – Der Mensch, das Uni­ver­sum und der gan­ze Rest“ ein span­nen­des und lesens­wer­tes Werk geschaf­fen. Es wählt Gesichts­punk­te, die den mensch­li­chen Kör­per und sei­ne Funk­tio­nen in einem Licht zeigt, das den meis­ten von uns in die­ser Art wohl noch nie unter­ge­kom­men ist. Der Span­nungs­bo­gen der unter­halt­sam geschrie­be­nen Dar­stel­lun­gen reicht von den Ursprün­gen des Kos­mos bis zu den kleins­ten Teil­chen, aus denen alles Sicht- und Greif­ba­re zusam­men­ge­setzt ist.

Zah­len, Daten, Fakten

Da ist etwa die Aus­sa­ge, dass der mensch­li­che Kör­per aus 20 che­mi­schen Ele­men­ten zusam­men­ge­setzt ist, die – wie alle Mate­rie – letzt­lich nichts ande­res dar­stel­len, als Urknall­res­te und den Staub von längst ver­gan­ge­nen Him­mels­kör­pern. Oder dass eben­der­sel­be durch­schnitt­li­che Kör­per aus 10 ^{hoch 28} Ato­men besteht, das ist eine Eins mit acht­und­zwan­zig Nul­len, eine unvor­stell­bar gro­ße Zahl. Oder dass die all­ge­mein bekann­ten Bestand­tei­le eines Atoms wie­der aus bloß drei Arten von Ele­men­tar­teil­chen kon­stru­iert sind: Elek­tro­nen, Up-Quarks und Down-Quarks, wobei sich letz­te­re in Pro­to­nen und Neu­tro­nen wie­der­fin­den. Schon mal davon gehört?

Schein und Sein – Mate­rie ist fast leer

Der Abstand zwi­schen Elek­tro­nen und Kern des Atoms ist rie­sen­groß. Der Kern hat eine äußerst gerin­ge Grö­ße, je nach Atom zwi­schen einem Zwan­zig­tau­sends­tel und einem Hun­dert­fünf­zig­tau­sends­tel des Atom­durch­mes­sers. Zwi­schen Elek­tro­nen und Kern ist also viel Nichts. Der mensch­li­che Kör­per hat ein spe­zi­fi­sches Gewicht von 1g/cm³. Wür­de man die­ses Nichts aus den Ato­men her­aus­neh­men und die Ker­ne dicht an dicht schlich­ten, ergä­be sich ein spe­zi­fi­sches Gewicht von 10 ^{hoch 14} g/cm³. Ein Kubik­zen­ti­me­ter hät­te ein Gewicht von ein­hun­dert Mil­lio­nen Ton­nen. Das wären 10.000 Eif­fel­tür­me oder 1.000 der größ­ten Flug­zeug­trä­ger der Welt …

Unser beweg­tes Umfeld 

Ach ja, mit Ther­mo­dy­na­mik und Gas­dy­na­mik habe ich mich viel beschäf­tigt. Mir war bekannt, dass sich Mole­kü­le in einem Gas stän­dig bewe­gen, stän­dig zusam­men­sto­ßen und ihre Rich­tung ändern, gewis­ser­ma­ßen ein rie­si­ges Tohu­wa­bo­hu erge­ben. Je wär­mer es wird, des­to schnel­ler bewe­gen sie sich. Was ich aber nicht kann­te, war die Geschwin­dig­keit, mit der die­se Mole­kü­le unter­wegs sind, bei Zim­mer­tem­pe­ra­tur mit etwa 1.800 Kilo­me­tern in der Stun­de. Sie haben rich­tig gele­sen! Die Din­ger in der Umge­bung, in der sie am Abend gemüt­lich sit­zen, haben ein­ein­halb­fa­che Schall­ge­schwin­dig­keit drauf!

Das unbe­kann­te Power-Molekül

Wird Zeit, dass ich all­mäh­lich zum The­ma kom­me. Das Mole­kül, das alle Lebe­we­sen mit der nöti­gen Ener­gie ver­sorgt, heißt Ade­no­sin­tri­phos­phat, kurz ATP. Jemals davon gehört? Ich jeden­falls nicht. Jede Zel­le des Kör­pers bezieht Ener­gie aus die­sem Mole­kül. Ist in einer Zel­le viel davon da, ist sie hoch­ak­tiv, ist nichts mehr da, stirbt sie ab. Ohne ATP geht also gar nix. Es hält die Ord­nung in unse­rem Kör­per auf­recht, hält die Ner­ven­zel­len in Bereit­schaft, pumpt Ato­me und Mole­kü­le durch Mem­bra­ne und ist für die Mus­kel­funk­ti­on ver­ant­wort­lich. Ohne ATP könn­ten wir nicht atmen, nicht den­ken, nicht lau­fen, nicht verdauen …

Kraft­werk Mensch

Etwa 60% der durch Nah­rung auf­ge­nom­me­nen Ener­gie – also des Gesamt­um­sat­zes – benö­tigt der mensch­li­che Kör­per für den Grund­um­satz. Das ist weit­aus der größ­te Bro­cken an unse­rem per­sön­li­chen Ener­gie­ver­brauch! Wofür? Der Autor stellt klar: Allein dafür, dass die Ord­nung in unse­rem Kör­per auf­recht­erhal­ten wer­den kann und er nicht in sei­ne Bestand­tei­le zer­fällt! Den Rest von 40% nennt man den Leis­tungs­um­satz. Der wie­der­um glie­dert sich in den Auf­wand für kör­per­li­che Akti­vi­tät (25%), für die Ver­dau­ung (immer­hin 10%!) und schließ­lich für die Wär­me­regu­la­ti­on (5%). Fazit: Unser Nichts­tun ist ener­gie­auf­wen­di­ger als unse­re Aktivität!

Wir­kungs­gra­de

Das alles erläu­tert das Buch in noch grö­ße­rer Tie­fe, aber das soll­te man aber unbe­dingt sel­ber lesen! Eines aber noch zum Schluss. Als Tech­ni­ker inter­es­sie­ren mich die Wir­kungs­gra­de, also das Ver­hält­nis von ange­wen­de­ter zu dafür auf­ge­wen­de­ter Ener­gie für bestimm­te Tätig­kei­ten. Für einen, der nichts tut oder nur einen Gegen­stand hält, beträgt er 0%. Der maxi­mal mög­li­che Wir­kungs­grad eines ein­zel­nen Mus­kels liegt bei 35%, ein gesam­ter Mensch schafft im Maxi­mal­fall 30%, zum Bei­spiel beim Berg­auf­ge­hen. Ande­re Wer­te: In der Ebe­ne gehen 27%, Rad­fah­ren 25%, Trep­pen­stei­gen 23%, Lau­fen 20%, eine Lei­ter hoch­stei­gen 12%. Wer einen Schrau­ben­zie­her dreht, schafft gera­de noch 5% …

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