Diese Frage ist inspiriert von einem Schild, das ich an einem Aufzug gesehen habe und auf dem etwa steht:
1 Etage nach oben oder 2 Etagen nach unten gehen? Nehmen Sie die Treppe, es ist besser für Ihre Gesundheit und für die Umwelt.
Es besteht kein Zweifel, dass das Treppensteigen besser für die Gesundheit ist, aber der Physiker in mir wundert sich über Letzteres. Eine Analyse:
- Vermutlich dachte jeder, der dieses Zeichen schrieb, über den Energieverbrauch nach. Wenn ich anstelle des Aufzugs die Treppe nehme, spare ich den Strom, der für die Stromversorgung des Aufzugs erforderlich ist.
- Die Schwerkraft ist jedoch ein konservatives Feld. Das Endergebnis in beiden Fällen ist, dass ich eine Etage nach oben gehe, sodass der Arbeitsaufwand (d. H. Energie), der erforderlich ist, um mich eine Etage nach oben zu bringen, unabhängig von meinem Weg ist. Es sollte nur vom Anfangs- und Endzustand abhängen. Daher wird der eingesparte Strom durch die Tatsache kompensiert, dass ich mehr essen muss (damit meine Muskeln die Energie produzieren können, die erforderlich ist, um mich eine Etage nach oben zu bewegen).
- Wenn ich die Treppe nehme, mache ich mehr als $ mgh $ span> Arbeit, da die Treppe nicht vollständig vertikal ist und einige horizontale Arbeiten ausgeführt werden. Daher ist es insgesamt energieintensiver, die Treppe anstelle des Aufzugs zu nehmen. (Es gibt auch etwas kinetische Energie, die ich meinem Körper verleihen muss, damit er sich nach oben bewegt, aber mein Körper hat auch kinetische Energie im Aufzug, und wir gehen davon aus, dass sie gleich sind.)
- # 3 erscheint jedoch oberflächlich, da der Endzustand nicht genau der gleiche ist: Der Aufzug ist ebenfalls eine Etage höher gefahren. Die Masse des Aufzugs ist offensichtlich ziemlich groß. Um ihn eine Etage höher zu bringen, wird mehr Energie benötigt.
- Aber genau deshalb verwenden moderne Aufzüge ein Gegengewicht, das als Schwerkraftbatterie dient.Immer wenn der Elektromotor den Lift nach unten bewegt, wird ein gewisses Maß an Gewicht als Gegengewicht angehoben.Wenn sich der Aufzug nach oben bewegt, stammt der größte Teil der Energie aus der potenziellen Energie, die in der Schwerkraftbatterie gespeichert ist.Der Elektromotor macht eigentlich nicht viel Arbeit.Außerdem gilt das Argument nur in eine Richtung, selbst wenn der Elektromotor mehr Arbeit leistet.Wenn mehr Energie benötigt wird, um das Gebäude hinaufzugehen (im Vergleich zum Gehen), wird weniger Energie benötigt, um das Gebäude hinunterzugehen (im Vergleich zum Gehen).
- Wenn wir davon ausgehen, dass ich mich im Durchschnitt sowohl nach oben als auch nach unten bewege, hebt sich dieser Unterschied auf und wir bleiben mit dem Argument in # 3 zurück. ol>
Fazit: Das Vorzeichen ist falsch.Es ist (etwas) schlimmer für die Umwelt, die Treppe anstelle des Aufzugs zu nehmen.
Ich frage mich, ob diese Analyse gut ist oder ob ich etwas verpasst habe.