sciencetalk

ik heb zaterdag middag in de tuin staan graven, er moest ongeveer een laag van 15 cm uitgegraven worden, totaal 2,5 kuub, dat ging met de schop, in de kruiwagen, vervolgens over een afstand van 75 meter naar een berg grond in de buurt. dus tijdens het lopen ca. 15 cm omhoog, en bij de berg grond ongeveer 15 cm omhoog.

het gewicht van de grond totaal is ongeveer 4500 kg

nu ben ik erg benieuwd hoeveel energie dat gekost heeft, in kcalorien.

ik ga uit van een schephoogte van 0,95 om de grond in de kruiwagen te krijgen. ik verwaarloos de extra arbeid om de grond los te steken/ los te krijgen.

t gaat dan om de formule W=Fxs voor de arbeid in joules.

om er kcal van te maken ongeveer een factor 0,25, en om de efficientie van de spieren te verwerken weer een factor 0,25

tot zover de gegevens / aannames.

nu is W=fxs voor het hoogte verschil makkelijk uit te rekenen, maar het stukje transport met de kruiwagen kom ik niet echt uit. is dit ook gewoon W=4500x75 m voor de horizontale afstand, en W=4500x0,3 voor de vertikale afstand?

of is het 4500 x wortel(4500^2+0,3^2)?

dan kom ik erg hoog uit. maar dat zou kunnen kloppen.

toch lijkt het me dat het kruien efficienter is dan grond recht omhoog verplaatsen, maar dat komt niet tot uiting in de berekeningen.

dus nu dacht ik dat het voor de horizontale afstand gaat om de wrijving van de kruiwagen. maar hoe bereken ik die, en wat doe ik met het over heuveltjes lopen, en de energie benodigd om de kruiwagen al die tijd omhoog te houden?

als ik het vergelijk met lopen met een zware rugzak, dat kost meer energie, maar je hebt geen wrijvingsweerstand, dus het tillen van de kruiwagen, los van het duwen, kost ook energie.

en in het geval ik de wrijving zou moeten berekenen, hoe bereken ik die? het wiel van de kruiwagen was goed gelagerd, maar vrij zacht.

ik ha dit ook aan imand anders gevraagd, en die berekende dat het me "slechts" 260 kcal extra had gekost. in een uur of 3,5, dus slechts 80 kcal per uur extra, terwijl helemaal niets doen al 80 kcal per uur kost. ook vergeleken met bijvoorbeeld fiesten, waar je in de sportschool al snel 350 kcal per 15 minuten kunt verbranden op een fiets (maar liefst 1400 kcal per uur)

Wat je hier vraagt is zonder een hoop biologische gegevens niet goed te berekenen. Jouw lichaam is namelijk een bijzonder inefficiënte motor, met een uiterst belabberd rendement. Maar daarvoor gebruikte je al een factor 0,25. (misschien wat hoopvol ingeschat, maar vooruit)

Puur natuurkundig maak je één forse fout: Je vult in je formules niet de gewenste grootheden in

W=4500x75 m voor de horizontale afstand

W= F·s . met F (kracht) in newton (en niet een massa in kg) en s in meter.

In dit geval moet je natuurkundig de wrijvingskrachten op de kruiwagen in rekening brengen. Dat zou op een volle kruiwagen (met fatsoenlijk opgepompte banden en op een verhard looppad) misschien ergens in de buurt van de 100 N kunnen zijn?

Overigens moet je ook leeg terug elke keer? wrijvingskracht van een newton of 10?

W=4500x0,3 voor de vertikale afstand

de potentiële (hoogte-)energie die je toevoegt bereken je weer met W= F·s . met F (kracht) in newton (en niet een massa in kg) en s in meter.

Die kracht is hier de zwaartekracht (want daar ga je tegenin). Afgerond is dat op elke kg hier op aarde ongeveer 10 N.

W=4500x10x0,3 J

ik verwaarloos de extra arbeid om de grond los te steken/ los te krijgen.

toe maar. Daar word ik nou juist zo moe van. Vooral als die grond wat plakkerig is.

nu is W=fxs voor het hoogte verschil makkelijk uit te rekenen,

Hou je er dan ook rekening mee dat die schop (toch ook al gauw een kg of 3 denk ik?) met elke 5-6 kg grond óók omhoog moet? Natuurkundig gezien krijg je die energie weliswaar terug als die schop weer naar beneden gaat, maar biologisch gezien werkt dat niet zo. Biologisch kost het zelfs energie om dat ding gecontroleerd weer te laten zakken.

die 0,25 voor spierefficientie gebruikte een ander als aanname.

de 4500 / 45000 fout is inderdaad waar, maar dat heb ik alleen hier verkeerd getypt.

zaken die ik verwaarloos ( of eerder, buiten beschouwing laat) laat ik achterwege omdat dat heel slecht te berekenen is. daarom bepaald ik ook de energie die zeg maar mechanisch te bereken is. de biologische zaken zijn, zoals je ook al zegt, afhankelijk van veel zaken zoals biologiesche zaken.

de schep met grond en het lossteken zijn een erg ingewikkelde mechanische beweging en dan moet je nog eens de biologische zaken in rekening brengen.

daarom gaf ik ook aan dat de grond vanaf de grond 0,95 m omhoog moest om in de kruiwagen terecht te komen. dan hoef je alleen de zwaartekracht te rekenen. ook het hobbelige terrein zou ik moeten inmeten om te kijken hoeveel last ik heb om de kruiwagen bij de bulten p te duwen, en hoeveel ik nog "terugwin" met het naar beneden rollen.

dan ben ik nog steeds benieuwd of iemand ook weet hoeveel energie het kost om een kruiwagen 75 m lang op te tillen. want dat is nog los van het voortduwen, iets dat energie kost.

het lossteken was niet erg zwaar ten opzicht van het optillen en in de kruiwagen dumpen. en het optillen en dumpen is wat ik wel heb bepaald 4500x10x0,95

als we ervan uit gaan dat 12 kruiwagens een kuub is, heb ik ongeveer 30 keer gelopen, en zat er 80 - 90 liter grond in, en woog dat de kruiwagen en de grond samen elke keer tussen de 150 en 160 kilo.

ik ga ervan uit dat de wrijving die je rekent ( 100 en 10 N, daarmee overeenkomt, en reken meer omdat de band niet bepaald hard was.

heen en terug kostte 150 N ( de band was niet bepaald hard) x75 meter *30 + 4500x10x0,3 voor bij de bult oprijden. dat is dan nog exclusief de hobbels en bobbels in de weg, maar bepaal daar maar eens een getal bij...

maar als ik dat zo uitreken dan blijkt dat het inderdaad niet veel meer dan 240 kN geweest kan zijn die het grondwerk me heeft gekost.. dat valt me dan flink tegen.... een kwartiertje fietsen in de sportschool verbruikt dan al meer

:S

het concentreren en aansturen van de motoriek laat ik ook achterwege uiteraard, dat is volgens mij moeilijk te berekenen.

laten we dit de factor efficiente van het menselijk lichaam noemen. dat staat dan los van de spierefficientie.

als de 0,25 factor voor de spierefficientie te optimistisch is, wat zou dan een betere benadering zijn?