Posted in: Physik, Vermischtes 24. Oktober 2014 16:57 Weiter lesen →

Wandern: Von Ameisen und Elefanten

Foto zeigt Gruppe von Wandern mit großen Rucksäcken vor Gebirgskulisse Wenn Sie das nächste Mal zu einer Wanderung aufbrechen, halsen Sie ruhig den kleinsten Mitwanderern die schwersten Rucksäcke auf. Dieser erstaunliche Ratschlag lässt sich zumindest aus den Berechnungen eines amerikanischen Physikers ableiten: Da mit zunehmender Körpergröße die Körpermasse schneller wächst als die Muskelkraft, haben kleinere Erwachsene mehr Reserven für zusätzliche Lasten.

Foto: Michael O’Shea/KSU

„Im Internet liest man häufig, dass das Gewicht des Rucksacks einen bestimmten Teil vom Gewicht des Trägers nicht überschreiten sollte“, erläutert Michael O’Shea von der Kansas State University. Meist werde ein Höchstwert von 25 bis 30 Prozent genannt. Diese starre Regel belaste überdurchschnittlich große Personen jedoch über Gebühr und nutze im Gegenzug das Leistungsvermögen kleinerer Personen nicht aus.

Inspiriert durch Beobachtungen bei seinen eigenen Wanderungen, analysierte O’Shea die Tragfähigkeit unterschiedlich schwerer Wanderer. Als Schlüsselpunkt erwies sich dabei die Tatsache, dass die Körpermasse mit dem Volumen des Körpers steigt, also mit der dritten Potenz der Körpergröße, während die Querschnittsfläche von Muskeln und Knochen nur mit der zweiten Potenz der Körpergröße zunimmt. Aus diesem Grund können Ameisen ein Vielfaches ihrer Körpermasse tragen, während ein Elefant mit den Proportionen einer Maus unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen würde.

Bei Wanderern kommt hinzu, dass nur ein Teil des Körpers – in der Hauptsache die Beinmuskulatur – die übrige Körpermasse und darüber hinaus den Rucksack tragen muss. Da die Körpermasse aber schneller wächst als die Muskelkraft, wird das zusätzliche Tragevermögen mit steigender Körpergröße aufgezehrt. Wenn ein Wanderer mit einer Körpermasse von rund 70 Kilogramm einen Rucksack von 21 Kilogramm tragen kann, entsprechend der 30-Prozent-Faustformel, so schafft ein massiger 110-kg-Wanderer laut O’Sheas Formel nur eine 15-kg-Last. Ein Fliegengewicht von 50 kg kann dagegen problemlos 23 Kilogramm schultern.

„Die Gesamtkraft eines Individuums bestimmt nicht darüber, wie schwer ein Rucksack sein darf, damit er noch bequem zu tragen ist“, fasst O’Shea zusammen. Der Physiker gibt allerdings zu bedenken, dass sein Rechenmodell eine nur skizzenhafte Abbildung der Realität liefert.

Forschung: Michael O’Shea, Department of Physics, Kansas State University, Manhattan

Veröffentlichung The Physics Teacher, Vol. 52, pp 479–81, DOI 10.1119/1.4897584

WWW:
Soft Matter Physics, Kansas State University
Rucksack
The Biology of B-Movie Monsters

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