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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