Instituto Tecnológico de Santo Domingo

Área de Ciencias Básicas Y Ambientales

Física para la Vida I

Participantes:

Marjorie García 09-0061

Sección: 02

Profesor: Roberto Quiñones

Fecha de entrega: martes 28 de septiembre de 2010.

Santo Domingo

Rep. . Dom.

Introducción

En todos los actos cotidianos se emplea algo de fuerza. Al levantarnos, peinarnos, caminar, correr, jugar, trabajar, etc. Siempre se necesita de fuerza para poder desenvolvernos con facilidad, según las exigencias del medio ambiente que nos rodee. La capacidad que posee una persona, o un objeto, para ejercer fuerza y realizar cualquier trabajo, se denomina: Energía. La energía es la capacidad de producir un trabajo en potencia o en acto. Por eso decimos que alguien tiene mucha energía cuando grandes actividades durante el día como: trabajar, estudiar o practicar deportes.

Para entender la importancia que hoy día tiene la energía, basta con remontarnos un poco a la historia y hacer un breve recuento de las actividades del hombre y su evolución. En los primeros tiempos el hombre utilizaba únicamente sus fuerzas para alimentarse, divertirse y comunicarse con sus semejantes. Esto significa que utilizaba su propia energía física, en la caza, pesca, recolección de frutas silvestres, confección de sus rudimentarios vestidos y viviendas, etc.

Con el crecimiento de la población y el mayor desarrollo de la inteligencia humana, el hombre comienza a incrementar el rendimiento de su propia energía mediante el uso de utensilios y algunos instrumentos: la piedra labrada, para puntas de lanzas y flechas, arco para disparar con más energía sus flechas, martillos para golpear con más fuerza, etc.

Posteriormente el hombre descubre que puede recurrir a otras fuentes de energía distintas a la de su propio esfuerzo físico: como la energía de los otros animales utilizada para arar, el tiro de cargas y el transporte del propio hombre.

Con el correr de los siglos, todo el progreso del hombre se ha sustentado sobre estos dos pilares:

La invención de instrumentos para multiplicar el rendimiento del trabajo: herramientas y máquinas.

El descubrimiento de nuevas fuentes y formas de energía para sumarlas a la suya limitada y poder mover con ellas sus cada vez más complicadas máquinas.

Si desapareciera la energía, prácticamente desaparecería la civilización y gran parte de la humanidad.

Este trabajo persigue hacerle entender al lector que la energía es fundamental en todos los ámbitos de la vida y sobre todo mostrarle los diferentes tipos de energía del cuerpo humano, haciendo paralelismos con la física convencional.

Definición Convencional de Energía en la Física

En física la energía se define como la capacidad que posee un cuerpo u objeto para realizar un trabajo. 1

Antecedentes

Historia de la Conservación de la energía y sus principios, evaluados por un Dr. En Medicina

En 1840 un alemán llamado Julius Robert Mayer se embarcaba como médico práctico en un barco holandés con destino a la isla de Java. Durante el viaje descubrió algo que le resultó especialmente llamativo: mientras practicaba las habituales sangrías observó que la sangre no era de color rojo oscuro, como estaba acostumbrado a ver en Europa, sino rojo brillante.Mayer quiso buscar una explicación. Sabía que el llamado calor animal, que antaño se confundía con la existencia de un fuego interno, era causado por la combustión del oxígeno de la sangre. Entonces, se preguntó Mayer, ¿no podría funcionar el cuerpo humano de forma parecida a una máquina de vapor?

La suposición principal de Mayer era que tanto el calor corporal como el esfuerzo que realizamos provienen de un mismo sitio: los alimentos que comemos. La diferencia en el color de la sangre, decía Mayer, tiene su origen en que al vivir en un lugar más cálido el cuerpo necesita quemar menos oxígeno para mantener la temperatura interna y, por tanto, la sangre apenas se oscurece.

La consecuencia directa de estos razonamientos es que toda la energía que gastamos viene de lo que ingerimos. El cuerpo no consume más de lo que come, siguiendo el célebre dicho de «nadie da duros a cuatro pesetas».

En 1841 Mayer generalizó estas ideas al resto de la Naturaleza y propuso la existencia de un principio básico, el principio de conservación de la energía. Sin embargo, nadie le hizo caso. Mayer lo tenía todo en contra: no era físico sino médico, sus escritos tenían cierto tufillo metafísico y además criticaba con socarronería las teorías científicas al uso, algo que raramente se perdona. Cuando pocos años después el mérito de este descubrimiento se lo llevó el inglés James Joule, el pobre Mayer luchó porque, al menos, se le atribuyera el mérito de ser el primer descubridor de la ley. En 1849, olvidado por sus colegas, sufrió un colapso mental y al año siguiente quiso suicidarse. Su estado psíquico era tal que tuvo que ser internado durante un año en una institución mental.

El reconocimiento le llegó al final de sus días aunque le sirvió de muy poco. Hoy nadie le recuerda como el descubridor del principio de conservación de la energía, haciendo bueno el aforismo legal de «justicia retrasada es justicia denegada».2

La razón fundamental por la cual este no pudo obtener los méritos fue porque carecía de las bases matemáticas para demostrara a través de cálculos analíticos este principio.

En su libro Morir im organische Bewegung Zusammenhang mit dem Stoffwechsel (El movimiento orgánico en relación con el metabolismo de 1845) precisó el valor numérico del equivalente mecánico del calor: en un primer momento como m 365 ° kgf / kcal más tarde como 425 kgf X m / kcal; los valores modernos son 4.184 kJ / kcal (426,6 kgf · m / kcal) para el caloría termoquímica y 4,1868 kJ / kcal (426,9 kgf · m / kcal) para la tabla de calorías de vapor internacional.

Esta relación implica que, aunque el trabajo y el calor son diferentes formas de energía, que puede transformarse en un otro. Esta ley se llama la primera ley de la teoría del calórico y condujo a la formulación del principio general de conservación de la energía, en definitiva declarada por Hermann von Helmholtz en 1847.

Relaciones matemáticas precisadas por Mayer

CP,m − CV,m = R,Donde, Cpm es el Calor Específico a Presión constante, Cvm es el calor específico a Volumen constante y el R es el gas constante.

En física y en química esta relación es para calcular el peso de un gas ideal.

En medicina, podemos aplicar esta relación para calcular la cantidad de energía que gasta y oxigeno puede absorber de la atmosfera una persona al hacer ejercicio.

Ejemplo

Una persona sana que no padece hipertensión ni antecedentes de problemas cardiacos y cuyo peso son 145 libras, corre por la acera del parque (en suelo llano). Calcular la cantidad de gramos de oxigeno en función de la energía que gasta para realizar este trabajo.

Datos:

Cpm = 450 Calorias (conste de la cantidad de calorías que pierde una persona corriendo en suelo llano) se puede también definir como la cantidad de energía que requiere una persona sana para poder correr en un pavimento llano.

145 libs->kg = 65.770 kg

CVM =450 Calorias - 65,77 kg = 384.23Cal./ kg

Solución

Fórmula

CP,m − CV,m = R,

Resultado

R=450 Cal -384.23 Cal ./ Kg

R= 450 Cal -384.23 Cal ./ kg = 65.77 kg

Convertir de Kilogramos a Gramos

1 kilogramo =1000g

Haciendo una regla de tres, obtenemos que

65.77 Kg->X

X= 65.77

1000

X=0.06577gr de oxigeno

Energía Mecánica

En física, La energía mecánica es la que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo. Para sistemas abiertos formados por partículas que interactúan mediante fuerzas puramente mecánicas o campos conservativos la energía se mantiene constante con el tiempo:

.

Energía Mecánica Aplicada a las Ciencias de la Vida

Mecánica del aparato locomotor: El Cuerpo Humano como Sistema de Palancas.

Las máquinas son dispositivos mecánicos con capacidad de transformar un tipo de energía o trabajo en otro tipo de energía o trabajo; esto también es posible ser realizado por el cuerpo humano, a través del sistema locomotor.3

Una máquina motriz es capaz de transformar cualquier tipo de energía en trabajo mecánico, es decir, movimiento que se obtiene mediante la rotación de un eje o el desplazamiento de un vástago.

Ejemplos de motores de combustión: un carro, una motocicleta, un motor eléctrico, un Vehículo de Golf y por supuesto Los seres vivos.

Así, un automóvil y el cuerpo humano son maquinas motrices entre las cuales podemos establecer muchas similitudes.

Automóvil: E. Química (gasolina) E. Mecánica (rotación de un eje)

C. Humano: E. Química (alimentos) E. Mecánica (desplazamiento de un vástago)

Cinemática: Es una de las dos divisiones de la energía mecánica se ocupa de la descripción del movimiento sin tener en cuenta sus causas (caída de un objeto) se define a través de las magnitudes básicas del movimiento: aceleración, velocidad, posición ytiempo, así como las relaciones entre ellas.

En las ciencias de la vida, la aplicación más común de la cinemática es cuando una persona se ejercita. Ejemplo: Un Hombre está corriendo a 22 k/h en dirección este el Parque Mirador del Este a las 3.00 p.m., de repente se da cuenta que el sol está muy picante y decide cambiar la dirección del trayecto y empieza a caminar en dirección oeste y como está perdiendo menos energía a causa de la deshidratación que produce en humanos la exposición constante en indiscriminada al sol en un largo periodo de tiempo, este, al realizar el cambio, corre a 24k/h.

Análisis:

1. Hubo un cambio de posición.

2. El señor al realizar acelero la velocidad de su recorrido (aceleración).

3. Este redujo su gasto energético al detener la exposición frontal a la luz solar.

Dinámica: Esta división de la mecánica Intenta describir las causas del movimiento. En física convencional, la dinámica se fundamente básicamente en los postulados de Isaac Newton.

Aplicado a las ciencias de la vida sabemos que el movimiento del cuerpo humano es realizado grácias al Sistema Óseo (esquelético) y el Sistema Muscular. El sistema óseo o esquelético está compuesto de huesos y el sistema muscular de músculos, que al unirse estos dos el hueso le da la resistencia al músculo y el musculo le da a los huesos la capacidad de contracción y la elasticidad.

Capacidad de transformación de energía

Como sabemos según el principio físico de la conservación de la energía: “ la energía no se crea ni se destruye , sino que se conserva”, hace posible que la misma pueda transformarse de un tipo a otro.

Energía de generación

Es aquella que se realiza a través de de máquinas generadoras y su propósito es la transformación de energía No mecánica a partir de energía mecánica. La transformación más común es el paso de energía mecánica a energía eléctrica

El cuerpo humano, a su vez realiza una transformación similar a través del proceso de la ingestión, por el cual absorbe nutrientes provenientes de los alimentos y los transforma en energía útil para realizar un trabajo, por eso, las personas que tienen una alimentación balanceada son más saludables y tienen reservas energéticas más elevadas. La principal fuente de obtención de energía del cuerpo humano es proveniente de los hidratos de carbono o Carbohidratos.

Biomecánica: Ciencia que se encarga de estudiar el movimiento humano desde el punto de vista de la física.

Biomecánica Deportiva: ramificación que estudia el caso concreto de los movimientos en el deporte.

Energía Mecánica del aparato Locomotor

Así como un automóvil transforma la Energía química de la gasolina en energía mecánica y por tanto en movimiento, el cuerpo humano también transforma la E Química de los

alimentos en movimiento, esta es la función del aparato locomotor que puede ser estudiado como una máquina y sus elementos como elementos mecánicos.

Cuadro Comparativo

Elementos Anatómicos Elementos MecánicosHuesos PalancasArticulaciones JuntasMúsculos MotoresTendones CablesLigamentos Refuerzos y Cierres

HUESOS: Actúan como Palancas. Es la maquina más sencilla, una barra rígida, con un punto de apoyo y dos fuerzas que actúan sobre la misma.

ARTICULACIONES: Sirven de punto de unión entre las piezas óseas y permiten el movimiento entre ellas, actuando como bisagras.

TENDONES:Estructura alargada, fuerte y poco elástica, actúan como cables que transportan la fuerza generada por el motor (músculo) hasta el punto donde se necesita .Ejemplo: la forma en que sube un coche en la plataforma de una grúa Ej. Motor = gemelos- soleo, Tendón = de Aquiles, se traslada la fuerza hasta la inserción del tendón con el calcáneo.

LIGAMENTOS: Su estructura citología e histológica es similar a la de los tendones, se sitúan entre dos hueso contiguos evitando que estos se separen y permitiendo al mismo tiempo el movimiento de la articulación. Actúan como lo hacen en las máquinas los refuerzos y cierres de seguridad.

En algunos casos (los dedos) los ligamentos cumplen funciones particulares como las poleas de los telesillas.

PALANCAS EN EL APARATO LOCOMOTORPara el estudio de los sistemas de palancas en el Aparato locomotor hay que identificar los elementos anatómicos que forman parte de la palanca.

1. Punto fijo o engranaje que es el FULCRO

2. Motor del gesto a estudiar, es decir, el músculo que provoca el movimiento Potencia

3. Elemento que se opone al movimiento -Resistencia

EXTENSION DE CUELLO

Fulcro = punto de apoyo de la cabeza: articulación Atlas y axis.

Resistencia = peso de la cabeza localizado en subaricentro.

Potencia = Musculatura extensora del cuello, inserción en la nuca.

EXTENSION DE CODOFulcro = articulación del codo.

Resistencia = Peso del antebrazo.

Potencia = contracción del tríceps braquial que se inserta en la articulación en un punto de

aplicación posterior al fulcro.

Este tipo de palanca es muy importante para el movimiento humano. Cuanto más cerca está el punto de apoyo del punto de aplicación de la Potencia se consiguen movimientos de la palanca más amplios. En la contracción muscular podemos aplicar una contracción intensa pero de corto recorrido. El músculo puede acortarse como mucho un 20 – 25 %, esto supone unos pocos centímetros que pueden determinar un movimiento amplio de un segmento utilizando esta palanca de Balance.

FLEXION DE CODO

Fulcro= Articulación del codo

Resistencia = Peso del antebrazo y objetos que mantengamos

Potencia = musculatura flexura del codo, inserción en el cúbito del bíceps braquial

EXTENSION DEL PIE

Fulcro = Punto de apoyo del pie en el suelo

Resistencia= articulación tibio- perineo- astragalina, baricentro donde se localiza todo el peso elCuerpo.

Potencia = Musculatura extensora del tobillo localizada en el punto de inserción del tendón de Aquiles en el calcáneo.

Palanca de Poder

Tiene ventaja mecánica

Con una potencia de magnitud moderada se puede mover grandes cargas

Amplitud del movimiento limitado

Energía Eléctrica en el Cuerpo Humano

Los espasmos musculares o calambres, que no son más dolores o señales eléctricas que se llevan al

cuerpo a causa de un movimiento inusual. Estos producen vibraciones eléctricas causadas por las

neuronas en señal de que el musculo ha hecho una fuerza a la cual no está acostumbrada o una

posición que no es la ideal para el mismo.4

Bioenergética

La bioenergía es la energía renovable obtenida de materiales biológicos. En su más estricto sentido es un sinónimo de biocombustibles, combustibles derivados de fuentes biológicas. En su sentido más amplio abarca también la biomasa, el material biológico utilizado como biocombustible, así como la situación social, económica, científica y técnica relacionada con la utilización de fuentes de energía biológica. Hay una ligera tendencia a favor de la bioenergía en Europa, en comparación con los biocarburantes en América del Norte.

La bioenergía se crea cuando la energía eléctrica de los átomos del cuerpo se comunica con la del mundo exterior, afectándose recíprocamente. La clave está en esa transacción, por ejemplo si ponemos gente en una habitación y eliminamos la energía electromagnética la energía del cuerpo enloquece y se producen grandes perturbaciones emocionales, los órganos individuales tienen campos pero los registros de los órganos están en la porción baja, magnética, del espectro electromagnético, y no en la parte alta, que es eléctrica. La frecuencia más alta que se ha registrado para un órgano es de 150 ciclos por segundo (cps).

El campo bioenergética humano empieza a los 400 cps aproximadamente y llega hasta un millón. 5

Energía Calórica en el cuerpo Humano

Energía Calórica o térmica: Producida por el aumento de la temperatura de los objetos.

Como sabemos, los cuerpos están formados por moléculas y éstas están en constante

movimiento. Cuando aceleramos este movimiento se origina mayor temperatura y al haber

mayor temperatura hay energía calorífica. Esto es lo que sucede cuando calentamos agua

hasta hervir y se produce gran cantidad de vapor. En el cuerpo humano lo que sucede es la

alteración de la Temperatura normal que no debe pasar de los 37 grados centígrados.5

Una fuente natural de calor es el Sol, y numerosas investigaciones descubrieron cómo se

podría aprovechar la luz del sol para producir calor durante la noche e inclusive

electricidad.

Energía Química

Es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que por su violencia

pueden desarrollar algún trabajo o movimiento. Los alimentos son un ejemplo de energía

química ya que al ser procesados por el organismo nos ofrecen calor (calorías) o son

fuentes de energía natural (proteínas y vitaminas). Los combustibles al ser quemados

producen reacciones químicas violentas que producen trabajo o movimiento.6

Conclusión

Los participantes de esta compilación podemos concluís afirmando que todas las Ramas del

saber y del conocimiento científico están estrechamente interrelacionadas las unas de las

otra y que los Profesionales de la Salud deben de tener amplias nociones de Física y

habilidades matemáticas para la actividad profesional.

Los conceptos emitidos y desarrollados durante este reporte fueron extraídos de las siguientes fuentes:

Fuentes Web-gráficas

1. Definición del concepto de energía aplicado a la física

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

2. Antecedentes: Historia de la Conservación de la energía y sus principios, evaluados por un Dr. En Medicina

http://masabadell.wordpress.com/2008/09/17/conservacion-de-la-energia/

3. Conservación de energía, transformaciones energéticas y energía aplicadas a la medicina y a las ciencias de la vida (2000)Atlas anatómico Mecánica: El cuerpo Humano como sistema de palancas. Parte V.

4. Bioenergética : sitio web wanadoo

perso.wanadoo.es/getn/magiablanca/aura.htm

5. Energía Calórica del Cuerpo Humano

http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/energi01.HTM

5. Energía Química en el Cuerpo Humano

http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/energi01.HTM

Fuentes personales

Aplicación de conocimientos de los participantes del trabajo en las asignaturas de Biología, Anatomía y Física para la Vida 1.