Objetivo: Analiza e interpreta los procesos termodinámicos del ser Humano. Alimentación. Analiza e interpreta los fenómenos biofísicos mecánicos de los seres humanos.
TERMOMETRÍA
¿Qué es?
La termometría es la encargada de la medición de la temperatura en sistemas o cuerpos. Para realizar dicha medición, se utiliza un instrumento llamado termómetro, que aprovecha el fenómeno de dilatación de los cuerpos con el calor, para poder medir la temperatura. Para esto, la disciplina posee una serie de escalas termométricas que le van a servir como referencia para poder evaluar el calor de un sistema. Las más relevantes son:
§ Escala Kelvin: Es la reconocida por el sistema internacional de unidades y se fundamenta en establecer un valor aproximado al cero absoluto (-273K).
§ Escala Celsius: Es la escala con mayor uso a nivel mundial, su valor se encuentra establecido por el agua, donde 0 ºC equivale a su punto de fusión y 100 ºC a su punto de ebullición.
§ Escala Fahrenheit: Es usada en la gran parte de los países anglosajones que no siguen las medidas del sistema internacional de unidades. Su valor fijo es el 32 F y a diferencia de la escala Celsius, los grados Fahrenheit se basan en los puntos de fusión y ebullición de una disolución del cloruro amónico.
Alcívar, L. (2016).
CALORIMETRÍA
La Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en ciertos procesos físicos o químicos.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor.
Todos los organismos humanos necesitan energía para sobrevivir. Los animales por ejemplo obtienen esa energía de la alimentación de forma primordial. El ser humano a través de la alimentación ingiere carbohidratos, proteínas y grasas que juntos posibilitan una provisión de energía necesaria para la realización de todas las actividades diarias.
Las máquinas y motores también necesitan energía para realizar trabajo, en estos casos, la principal fuente de energía es el combustible. Los combustibles así como los alimentos, contienen energía que puede ser liberada y utilizada por otros mecanismos.
La energía contenida en los alimentos y en los combustibles puede ser medida por medio de la quema (combustión). La combustión es una reacción exotérmica (liberación de calor) de una sustancia con oxígeno
Así entonces, la quema de 1 gramo de una determinada sustancia libera una cantidad de calor, denominado calor de combustión. Calor de combustión es la cantidad de calor liberada en la quema de 1 gramo de una sustancia, medida en calorías/gramo.
El calorímetro es un aparato utilizado en laboratorios con el objetico de realizar experiencias que involucran intercambios de calor entre los cuerpos o sustancias
Forero, L. (2011). https://www.raco.cat/index.php/ensenanza/article/viewFile/51006/92927
ENERGÍA
Para la Física:
“La energía es la capacidad potencial que tienen los cuerpos para producir trabajo o calor, y se manifiesta mediante un cambio”.
Es energía el esfuerzo que hace una persona cuando pedalea sobre una bicicleta. También lo es el movimiento continuo del agua de un río, o el calor que desprende el carbón cuando se quema. Desde siempre, el hombre ha utilizado las fuentes de energía a su alcance para hacer un trabajo o para obtener calor. Primero su propia fuerza física o la de los animales domésticos. Luego la energía del viento y del agua. Más tarde llegaría la explotación de los combustibles fósiles –carbón, gas natural y petróleo– y de la energía nuclear. En el futuro es probable que puedan aparecer nuevas fuentes, pero, sea como fuere, la disponibilidad de energía ha sido siempre esencial para la humanidad. Tan esencial como pueda serlo, por ejemplo, el agua potable. De entre las distintas fuentes de energía, las renovables son aquellas que se producen de forma continua y son inagotables a escala humana, aunque habría que decir que, para fuentes como la biomasa, esto es así siempre que se respeten los ciclos naturales.
El sol está en el origen de todas las energías renovables porque su calor provoca en la Tierra las diferencias de presión que dan origen a los vientos, fuente de la energía eólica. El sol ordena el ciclo del agua, causa la evaporación que predispone la formación de nubes y, por tanto, las lluvias. También del sol procede la energía hidráulica. Las plantas se sirven del sol para realizar la fotosíntesis, vivir y crecer.
Toda esa materia vegetal es la biomasa. Por último, el sol se aprovecha directamente en las energías solares, tanto la térmica como la fotovoltaica. Las fuentes de energía renovables que incluimos en esta colección son la eólica, la solar térmica y fotovoltaica, la biomasa y los biocarburantes, la hidráulica –con especial atención a la minihidráulica–, la geotérmica y las energías procedentes del mar. Dedicamos también un cuaderno al hidrógeno y a la pila de combustible.
Castro, G. (2016).
TEMPERATURA
¿Qué es?
La temperatura es una magnitud física que expresa la cantidad de calor. Puede medirse la temperatura de un ambiente (cerrado o abierto), de un objeto físico o de un cuerpo viviente.
La medición de la temperatura está directamente asociada a la energía, ya que el calor no es otra cosa que el movimiento de las partículas que conforman el objeto.
(La temperatura es una magnitud física que expresa la cantidad de calor)
Cuando la temperatura que se mide en un objeto o cuerpo es alta, eso indica que hay una gran cantidad de energía térmica en él, mientras que si la temperatura es baja, eso indica una baja cantidad de energía térmica (por lo que se dice que el cuerpo está frío).
Un cuerpo caliente es entonces aquel donde sus partículas presentan una gran cantidad de energía y se encuentran vibrando y en movimiento, por el contrario, un cuerpo frío es aquel donde las partículas poseen poca energía y no presentan movimiento.
¿Cómo se mide la temperatura?
El objeto utilizado para la medición de las temperaturas se denomina termómetro, que combina las propiedades físicas de un elemento (generalmente el mercurio) con una escala de medida para dar una medición precisa de la temperatura en un momento y un lugar determinados.
Existen diversas escalas en las cuales se realizan las mediciones de temperatura, según el Sistema Internacional de Unidades. Las más conocidas son la Celsius (ºC), la Fahrenheit (ºF) y la Kelvin (K).
La escala Celsius es la más extendida a nivel mundial, y las más utilizada para mediciones cotidianas de temperatura. La escala queda determinada por los puntos de congelamiento (0ºC) y de ebullición del agua (100ºC).
La escala Fahrenheit se utiliza solo en los Estados Unidos, y ubica los puntos de congelamiento y ebullición del agua en 32 °F y 212 °F respectivamente.
Villalba, C. B. (14 de abril de 2010).
PROPAGACIÓN DEL CALOR
El calor es una de las múltiples formas en que se manifiesta la energía, y la transferencia de calor es el proceso mediante el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo que estén a temperaturas desiguales. La transferencia de calor ocurre mediante convección, radiación y conducción. Estas tres formas pueden producirse a la vez, aunque por lo regular predomina una de ellas.
Calor de conducción
En los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto tiempo percibimos que la temperatura del otro extremo asciende, o sea, el calor se transmitió hasta el extremo opuesto por conducción. Se cree que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de los metales, por qué los buenos conductores del calor.
Calor por convección
Si provocamos una diferencia de temperatura dentro de una masa líquida o gaseosa se producirá un movimiento del fluido que transfiere calor por convección de la parte más caliente hacia la menos caliente. Esta transferencia cesará cuando toda la masa del fluido haya alcanzado igual temperatura. A este movimiento contribuye la diferencia de densidad del fluido, ya que cuando una porción de este se calienta su densidad suele disminuir y asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende con lo que con lo que se inicia el movimiento circulatorio que permite la homogenización de la temperatura.
Calor de radiación
La propagación del calor por radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino pueden estar separadas aún por el vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con las ondas electromagnéticas. La radiación transfiere calor por radiación electromagnética (en especial infrarroja) y es el principal mecanismo mediante el cual el Sol calienta a la Tierra.
Métodos de propagación del calor
Hay que reseñar que los cuerpos no contienen calor sino energía térmica, el calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos. El calor se mide en Julios en el Sistema Métrico Internacional, aunque puede que la medida más conocida sean las calorías. Una caloría es la energía que hay que suministrar a un gramo de agua para aumentar un grado su temperatura, concretamente de 14, 5º a 15, 5º.
Escobar, R. (2016).
ENTROPÍA
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.
La termodinámica basa sus análisis en algunas leyes: La Ley "cero", referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la Termodinámica, refiere el principio de conservación de la energía, la Segunda Ley de la termodinámica, define a la entropía.
Ley cero
La Ley cero de la termodinámica dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
Primera ley
La Primera ley de la termodinámica se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Dice que si sobre un sistema con una determinada energía interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energía interna del sistema variará. A la diferencia de la energía interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mecánicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor.
Segunda ley
"No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo". Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley explica que las restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica.
Delgado, D. (2016). https://es.khanacademy.org/science/biology/principles-of-physiology/metabolism-and-thermoregulation/a/animal-temperature-regulation-strategies
RADIACIÓN
El cuerpo humano absorbe casi toda la radiación que recae sobre él, por ejemplo, en el caso del sol, es como si nuestro cuerpo fuese un "cuerpo negro" que recoge todo el calor proveniente del mismo. Para evitar este proceso de absorción de calor del exterior, debemos tener en cuenta la importancia de utilizar ropas de tejidos ligeros, así como de colores claros que harán que la radiación sea menor.
EVAPORACIÓN
Al pasar un cuerpo de estado líquido a gaseoso se produce una absorción de calor durante el proceso. La evaporación se produce a través de la sudoración y de la respiración. En caso de la sudoración, cuando la humedad es muy alta, encontramos que la evaporación del sudor se enlentece y por lo tanto la pérdida de calor es más deficiente.
La evaporación es un proceso físico que consiste en el pasaje lento y gradual de un estado líquido hacia un estado más o menos gaseoso, en función de un aumento natural o artificial de la temperatura, lo que produce influencia en el movimiento de las moléculas, agitación molecular. Con la intensificación del desplazamiento, las partículas escapan hacia la atmósfera y se transforman, consecuentemente, en vapor. La evaporación es un fenómeno en el cual átomos o moléculas en el estado líquido ganan energía suficiente para pasar al estado de vapor.
SUDORACIÓN
En el momento en el cual la temperatura ambiental es mayor que la temperatura de la piel, el gradiente o diferencia entre la temperatura es negativo, por lo que el cuerpo tenderá a ganar calor. En este caso, el único medio utilizado para perder calor es la evaporación del sudor, cuyo funcionamiento ya ha sido explicado anteriormente.
La sudoración es muy importante para mantener constante la temperatura durante el ejercicio realizado a alta temperatura, pero una alta tasa de sudoración puede tener consecuencias negativas. En primer lugar, la tasa de sudoración puede alcanzar hasta los 2 l/h, lo cual, se relaciona con una pérdida importante de agua y la consecuente deshidratación, que conllevará un aumento de la viscosidad de la sangre provocando un descenso del volumen sistólico.
Otra consecuencia de una elevada tasa de sudoración durante períodos de tiempo prolongados, puede ser el descenso de la producción de orina.
La sudoración es muy importante para mantener constante la temperatura durante el ejercicio realizado a alta temperatura, pero una alta tasa de sudoración puede tener consecuencias negativas. En primer lugar, la tasa de sudoración puede alcanzar hasta los 2 l/h, lo cual, se relaciona con una pérdida importante de agua y la consecuente deshidratación, que conllevará un aumento de la viscosidad de la sangre provocando un descenso del volumen sistólico.
Otra consecuencia de una elevada tasa de sudoración durante períodos de tiempo prolongados, puede ser el descenso de la producción de orina.
Pineda, M. (2018).
TERMORREGULACIÓN
La temperatura corporal es la resultante de un balance entre la producción y la eliminación de calor. El ser humano, como otros animales homeotérmicos, es capaz de mantener su temperatura en unos márgenes muy estrechos, independientemente de los cambios ambientales. El centro encargado del control térmico se encuentra en grupos neuronales del núcleo preóptico del hipotálamo anterior, que reciben información de los receptores térmicos cutáneos, de los situados en grandes vasos, vísceras abdominales y médula espinal, y de la sangre que perfunde el hipotálamo.
Disminución de la temperatura corporal. Hipotermia accidental
La hipotermia se define como un descenso de la temperatura central del organismo por debajo de los 35 °C. Se denomina accidental o primaria a la no intencionada, generalmente en el contexto de exposición a temperaturas ambientales bajas y sin lesión de los centros termorreguladores4,5. La hipotermia secundaria representa una complicación de otro trastorno subyacente. Es un problema clínico potencialmente muy grave, que requiere un diagnóstico temprano y un tratamiento agresivo, ya que se han descrito casos de recuperación sin secuelas con temperaturas corporales por debajo de 20 °C y tras períodos prolongados de asistolia.
Aumento de la temperatura corporal
A) Trastornos por exposición al calor La patología asociada a la exposición a temperaturas ambientales elevadas es relativamente frecuente en nuestro medio, sobre todo en los meses de verano 15. Existen amplios sectores de la población susceptibles a los efectos del calor, bien por realizar actividades físicas intensas en circunstancias ambientales adversas, o bien por presentar alguno de los factores predisponentes a los trastornos por calor (tabla 6)16,17. El denominador común en los trastornos por calor es la exposición a temperaturas ambientales extremas, que dificultan la disipación de calor por radiación y convección; además, la elevación de la humedad relativa interrumpe la disipación por evaporación.
Síndromes menores por exposición al calor
Existen una serie de síndromes por exposición al calor en los que, en general, los mecanismos de regulación de la temperatura corporal permanecen intactos. Los síntomas son la consecuencia de los mecanismos utilizados para disipar el exceso de calor.
• Edemas por calor Son edemas con fóvea de extremidades que aparecen tras exposición al calor, desaparecen tras la aclimatación y mejoran con medidas posturales. Están causados por vasodilatación periférica y dificultad en el retorno venoso 18,20.
• Tetania por calor: Puede ocurrir en el contexto del agotamiento por calor o del golpe de calor (GC), o bien en pacientes que no presentan otra sintomatología. Está causada por la hiperventilación que, ocasionalmente, aparece durante la exposición al calor. Cursa con parestesias, espasmo carpo pedal, tetania y alcalosis respiratoria. No requiere ningún tratamiento específico, excepto modificar las condiciones térmicas ambientales 19.
Golpe de calor
Es el cuadro menos frecuente y el más grave de los trastornos por calor. Se pueden establecer dos grupos de población susceptibles, que son, por una parte, individuos jóvenes sometidos a ejercicio físico intenso y, por otra, personas con antecedentes clínicos predisponentes o factores favorecedores, que pueden agruparse en trastornos que aumentan la producción de calor o que alteran la eliminación de este. Tradicionalmente, se suele clasificar el GC en activo, cuando se debe a un aumento de la producción de calor, y en clásico o pasivo, cuando se debe a la dificultad en la disipación del calor exógeno. En ambos casos, existen evidencias de que las manifestaciones clínicas y las complicaciones derivan de un estado de activación del endotelio vascular, mediado por la liberación masiva de citosinas 21.
Arteaga, K. (2014). http://biblioteca.puntoedu.edu.ar/bitstream/handle/2133/5773/7402-16%20FISICA%20Cap%20III%20Temperatura%20y%20Dilataci%C3%B3n.pdf?sequence=2
PROCESO DE ALIMENTACIÓN
En el sistema digestivo ocurre una serie de procesos que modifican el alimento que ingresa al organismo. Mediante esos procesos, el alimento se transforma física y químicamente. Los alimentos, en su mayoría formados por moléculas complejas, se transforman o degradan en otras más sencillas y pequeñas, condición de importancia para su absorción.
Dentro del sistema digestivo, la secuencia de procesos que transforman los alimentos es la siguiente:
1. Ingestión: proceso de incorporación de alimentos a través de la boca.
2. Digestión: serie de procesos que ocurre en diversos órganos del sistema digestivo y que transforman los alimentos. Comprende dos tipos de transformaciones:
I. Transformación física: fragmenta los alimentos en porciones más pequeñas a través de la masticación en la boca y de los movimientos peristálticos a lo largo del tubo digestivo.
II. Transformación química: en la boca, estómago e intestino delgado las enzimas digestivas desdoblan el alimento transformándolo en moléculas más sencillas.
3. Absorción: los nutrientes representados por moléculas sencillas pasan del sistema digestivo a la sangre para ser distribuidos a todo el cuerpo.
4. Egestión: es el proceso a través del cual se expulsan los desechos de la digestión como materia fecal hacia el exterior.
Becerra, X. (2015).
ESTRATEGIAS METABÓLICAS DE LOS SERES VIVOS
Existen dos principios importantes en el metabolismo; El metabolismo puede dividirse en tres categorías principales:
» Catabolismo: Procesos relacionados con la degradación de las sustancias complejas.
» Anabolismo: Procesos relativos fundamentalmente a la síntesis de moléculas orgánicas complejas.
» Anfibolicas: Doble función (catabólica y anabólica).
La estrategia básica del metabolismo es formar ATP, poder reductor y precursores para la biosíntesis. Revisemos brevemente estos temas centrales:
El ATP es la unidad biológica universal de energía. El elevado potencial para transferir grupos fosforilos capacita al ATP para ser utilizado como fuente de energía en la contracción muscular, transporte activo, amplificación de señales y biosíntesis.
NADPH. La vía de las pentosas fosfato suministra gran parte del NADPH que se necesita.
García, H. (2016).
CLASIFICACIÓN DE LOS NUTRIENTES
Según su importancia:
Esta clasificación permite percibirlos conforme a los impactos que generan en el organismo, o bien en las funciones vitales del mismo, como es el caso de los procesos metabólicos.
Nutrientes No esenciales
Compuestos químicos que son procesados de forma rápida por el organismo, siendo su absorción de forma mínima, estos no resultan fundamentales para el desarrollo de las funciones vitales.
Nutrientes Esenciales.
De dificultoso procesamiento celular, pero que sin embargo, son vitales para el proceso funcional del organismo evidenciándose en los estados de salud deplorable en que el cuerpo se sumerge una vez que se siente el déficit de los mismos. Uno de los nutrientes esenciales cuya sintetización resulta más dificultosa son las proteínas, que como sabrás la mayoría de ellas devienen de los alimentos, pero que resultan fundamentales para el crecimiento de los huesos, fortalecimiento de mucosas e incluso reforzamiento de las actividades cognitivas.
Según la cantidad:
Esto va referido a la cantidad de nutrientes que el cuerpo necesita para desarrollar o llevar a cabo una propia función metabólica.
Macronutrientes
Son considerados los nutrientes por excelencia que el cuerpo necesita de forma exclusiva y única para que las actividades funcionales se lleven a cabo en el organismo de forma idónea, es decir, son aquellos imprescindibles para las actividades que necesitan energía. Ejemplo: Almidón, proteínas y azúcares
Micronutrientes
Son aquellas sustancias que en su pequeña ingesta permiten coadyuvar con los procesos metabólicos, dentro de estos se incluyen los lípidos que resultan fundamentales para el procesamiento de las grasas en el organismo. Ejemplo: Vitaminas y minerales
Por su función:
Esta clasificación va acorde a la actividad que cada uno ayuda a desenvolver en el propio organismo.
Energéticos
Nos referimos a aquellos nutrientes que una vez ingeridos son sintetizados para aportar la energía necesaria que el cuerpo necesita para llevar a cabo sus funciones vitales. Ejemplo: Hidratos de carbono y lípidos.
Plásticos
Son aquellos que con su ingesta colaboran en la formación de tejidos y revestimiento de cartílagos. Ejemplo: Proteínas.
Reguladores
Su nombre denota a aquellos que ayudan con el mantenimiento de los órganos del cuerpo. Ejemplo: vitaminas y minerales
García, H. (2016).
SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS: FUERZA Y ENERGÍA
Energía, fuerza y trabajo son conceptos muy relacionados, aunque son distintos entre sí.
Fuerza: Es aquello capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo. Puede ser desde la desarrollada por una mesa que sostiene pasivamente un cuerpo, como una máquina de escribir o un cuaderno, hasta la representada por el empuje de un tractor o la de un músculo que mueve a la vez un hueso, a modo de palanca para desplazar o mover un cuerpo.
Trabajo y energía: Estos son dos términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir movimiento a lo largo de un espacio determinado, se cuantifica considerando la magnitud de la fuerza y la distancia recorrida por el objeto.
Trabajo y energía: Estos son dos términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir movimiento a lo largo de un espacio determinado, se cuantifica considerando la magnitud de la fuerza y la distancia recorrida por el objeto.
Formas que puede adoptar la energía:
· Energía química: es la resultante de la suma de todas las energías contenidas en los enlaces que unen unos átomos con otros.
· Energía eléctrica: resulta del movimiento de los electrones de un punto o región en que están acumulados hacia otro donde hay menos.
· Energía potencial: es aquella que puede resultar de la caída de un cuerpo desde una altura determinada sobre la superficie terrestre.
· Energía calorífica: es la que existe en un cuerpo al que se eleva la temperatura y se traduce en el aumento del movimiento de sus moléculas.
· Energía nuclear: proviene de la ruptura del núcleo de un átomo, con pérdida de materia, que se transforma en energía.
En resumen, las grandes funciones en que la energía en los seres vivos se transforma son:
Ø Movimiento
Ø Transporte de nutrientes
Ø Síntesis de nuevas moléculas y degradación
Hay dos tipos de energía: energía cinética y energía potencial. Ambos, a su vez, existen en muchas formas distintas:
ü La energía cinética: es la energía de movimiento, e incluye la luz (movimiento de fotones), el calor (movimiento de moléculas), la electricidad (movimiento de partículas con carga eléctrica) y el movimiento de objetos grandes, como el de tus ojos cuando observas esta página y el de los corredores de maratón que se esfuerzan por terminar esa durísima competencia.
ü La energía potencial: o energía almacenada, incluye la energía química almacenada en los enlaces que mantienen a los átomos unidos en las moléculas, la energía eléctrica almacenada en una batería y la energía de posición almacenada en un pingüino que se prepara para saltar.
García, H. (2016). http://biofisicatutorial.blogspot.com/2017/02/fuerza-y-energia.html
LEYES DE NEWTON
1. Primera ley o ley de inercia: Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
2. Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica: La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.
3.
Tercera ley o Principio de acción-reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
Tercera ley o Principio de acción-reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
Ley de inercia
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
Principio fundamental de la dinámica
La fuerza define la dirección en que el cuerpo se pone en movimiento o cambia dicho movimiento. Ambas, fuerza y masa, determinan la rapidez con que el cuerpo cambia su reposo o movimiento: cuanto mayor sea la fuerza aplicada y menor la masa del cuerpo, mayor será dicha rapidez. Esta ley se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. En términos matemáticos se expresa mediante la relación:
F = m • a
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m • a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea,
1 N = 1 Kg • 1 m/s2
La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m • a.
Principio de acción – reacción
Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Belendez, A. (1992).
RESISTENCIA Y ESTRUCTURA DE LOS MÚSCULOS Y HUESOS
El hueso o tejido óseo está constituido por una matriz en la que se encuentran células dispersas. La matriz está constituida por 25% de agua, 25% de proteínas y 50% de sales minerales. Poseen cuatro tipos de células:
ü Células osteoprogenitoras: células no especializadas derivadas del mesénquima, el tejido del que derivan todos los tejidos conjuntivos. Se encuentran células osteoprogenitoras en la capa interna del periostio (tejido que rodea exteriormente al hueso), en el endostio y en los canales del hueso que contienen los vasos sanguíneos. A partir de ellas se general los osteoblastos y los osteocitos.
ü Osteoblastos: son células que forman el tejido óseo pero que han perdido la capacidad de dividirse por mitosis. Segregan colágeno y otros materiales utilizados para la construcción del hueso. Se encuentran en las superficies óseas y a medida que segregan los materiales de la matriz ósea, esta los va envolviendo, convirtiéndolos en osteocitos.
ü Osteocitos: son células óseas maduras derivadas de los osteoblastos que constituyen la mayor parte del tejido óseo. Al igual que los osteoblastos han perdido la capacidad de dividirse. Los osteocitos no segregan materiales de la matriz ósea y su función es la mantener las actividades celulares del tejido óseo como el intercambio de nutrientes y productos de desecho.
ü Osteoclastos: son células derivadas de monocitos circulantes que se asientan sobre la superficie del hueso y proceden a la destrucción de la matriz ósea (resorción ósea).
Las sales minerales más abundantes son la hydroxiapatita (fosfato tricálcico) y cálcico. En menores cantidades hay hidróxido de magnesio y cloruro y sulfato magnésicos. Estas sales minerales se depositan por cristalización en el entramado formado por las fibras de colágeno, durante el proceso de calcificación o mineralización. El hueso no es totalmente sólido sino que tiene pequeños espacios entre sus componentes, formando pequeños canales por donde circulan los vasos sanguíneos encargados del intercambio de nutrientes. En función del tamaño de estos espacios, el hueso se clasifica en compacto o esponjoso.
Resistencia de los huesos:
Ø Sostén: los huesos son el soporte de los tejidos blandos, y el punto de apoyo de la mayoría de los músculos esqueléticos.
Ø Protección: los huesos protegen a los órganos internos, por ejemplo el cráneo protege al encéfalo, la caja torácica al corazón y pulmones.
Ø Movimientos: en conjunto con los músculos.
Ø Homeostasis de minerales: el tejido óseo almacena calcio y fósforo para dar resistencia a los huesos, y también los libera a la sangre para mantener en equilibrio su concentración.
Ø Producción de células sanguíneas: en la médula ósea roja (tejido conectivo especializado) se produce la hemopoyesis para producir glóbulos rojos, blancos y plaquetas.
Ø Almacenamiento de triglicéridos: la médula ósea roja es reemplazada paulatinamente en los adultos por médula ósea amarilla, que contiene adipocitos.
Biofisicaudg.spot (2015).
CONTRACCIÓN MUSCULAR
Contracción muscular. Se refiere al proceso fisiológico durante el que el músculo, por deslizamiento de las estructuras que lo componen; se acorta o se relaja. Su funcionamiento está estrechamente relacionado con la estructura de la fibra muscular y la transmisión del potencial eléctrico a través de las vías nerviosas. El modelo que describe la contracción muscular se conoce como mecanismo de deslizamiento de filamentos.
Mecanismo de deslizamiento de filamentos
La contracción muscular ocurre porque las cabezas de la miosina se insertan en los filamentos delgados de ambos extremos de la sarcómera y caminan sobre ellos, tirando progresivamente de los filamentos delgados hacia la línea M. Como resultado de ello los filamentos delgados se deslizan hacia dentro hasta juntarse en el centro de la sarcómera. Al ocurrir este deslizamiento los discos Z se acercan y la sarcómera se acorta. Sin embargo la longitud de los filamentos delgados individuales permanece sin cambio. El acortamiento de la sarcómera produce el acortamiento de la fibra muscular y en última instancia, el del músculo en su totalidad.
Ciclo de contracción
La secuencia de fenómenos que da lugar al deslizamiento de los filamentos o sea el ciclo de contracción consta de cuatro etapas:
1. Hidrólisis de ATP: La cabeza de miosina contiene una bolsa de unión con el ATP y una ATPasa (enzima que hidroliza el ATP en ADP y un grupo fosfato). Esta hidrólisis le confiere energía a la cabeza de la miosina.
2. Formación de puentes cruzados: La cabeza de la miosina provista de energía se enlaza a los sitios de unión en la actina, posteriormente libera el grupo fosfato.
3. Fase de deslizamiento: Se abre la bolsa de la cabeza de la miosina y deja escapar el ADP durante este proceso la cabeza gira lo que genera fuerza hacia el centro de la sarcómera, con la que se desliza el filamento delgado sobre el grueso hacia la línea M.
4. Desacoplamiento: Al concluir la fase anterior, la cabeza de la miosina permanece unida a la actina hasta que se una a ella otra molécula de ATP, provocando que esta se separe y el proceso comience otra vez.
FedericoG.Salazar, I. (Octubre de 2009).
ARTICULACIÓN: CARACTERÍSTICAS, ESTRUCTURA Y FUNCIONES
Una articulación es la unión entre dos o más huesos, un hueso y cartílago o un hueso y los dientes. La parte de la anatomía que se encarga del estudio de las articulaciones es la artrología. Las funciones más importantes de las articulaciones son de constituir puntos de unión entre los componentes del esqueleto (huesos, cartílagos y dientes) y facilitar movimientos mecánicos (en el caso de las articulaciones móviles), proporcionándole elasticidad y plasticidad al cuerpo, permitir el crecimiento del encéfalo, además de ser lugares de crecimiento (en el caso de los discos epifisiarios).
Para su estudio las articulaciones pueden clasificarse en dos enormes clases:
Ø Por su estructura (morfológicamente): se clasifican según el tejido que las une en varias categorías: fibrosas, cartilaginosas, sinoviales o diartrodias.
Ø Por su función (fisiológicamente): sinartrosis (no móvil), anfiartrosis (con movimiento muy limitado -por ejemplo la columna vertebral-) y diartrosis (mayor amplitud o complejidad de movimiento).
Existen tres tipos de articulaciones.
1. Móviles: también llamadas diartrosis o sinoviales, son las articulaciones que tienen mayor amplitud de movimientos. Son las que unen huesos de las extremidades con el tronco, los hombros o las caderas.
2. Semimóviles: también llamadas anfiartrosis, son las que realizan movimientos limitados, como las articulaciones entre las vértebras.
3. Fijas: conocidas también como sinartrosis, la mayoría se encuentra en el cráneo y no necesita movimientos, porque la función principal es proteger los órganos internos.
Las más comunes, las sinoviales, se caracterizan, por tener algunos elementos en común:
Ø Superficies óseas, que son los extremos de los huesos involucrados en una articulación determinada.
Ø Cartílago articular, tejido suave y liso, compuesto por colágeno, que permite un buen deslizamiento entre los extremos óseos.
Ø Membrana sinovial, capa que recubre internamente toda la articulación y que secreta el líquido sinovial, lubricante de la articulación.
Ø Meniscos, estructuras aplanadas con forma de semiluna, con la función de amortiguación y protección del cartílago, entre otras.
Ø Medios de unión, conformados por fibras de colágeno, dispuestas a modo de envoltorio llamado cápsula articular y a modo de refuerzos llamados ligamentos.
Forero, L. (2011).
TIPOS DE UNIONES SINOVIALES
Estos según el tipo de movimiento específico que realicen las articulaciones:
ü Articulaciones esféricas: la cabeza de un hueso encaja en la cavidad cóncava del otro. Se encuentran las caderas y en los hombros.
ü Articulación en silla de montar: sólo existe en la base de los pulgares y permite el movimiento en dos direcciones (adelante y atrás y de lado a lado).
ü Articulaciones en bisagra: como las del codo y de los dedos, son menos móviles y permiten el movimiento en solo una dirección.
ü Articulación pivotal: es aquella en que un cilindro óseo gira en torno a su propio eje, estando en contacto con otra superficie que le forma un anillo (parte hueso, parte ligamento) como la articulación, radio-cubital superior (antebrazo).
ü Articulación elíptica: en el extremo de un hueso con forma de ovoide (huevo) se mueve en una cavidad elíptica. Se encuentran en el radio del antebrazo y el hueso escafoides de la mano.
ü Articulación deslizante: algunas superficies de huesos son casi planas y se deslizan una sobre otra. Se encuentran en algunas articulaciones de manos y pies.
Biofisicaudg.spot (2016).
BIOMECÁNICA DE LA MARCHA
La marcha es un proceso de locomoción en el que el nuestro cuerpo estando de pie, se desplaza de un lugar a otro, siendo su peso soportado de forma alternante por ambos miembros inferiores.
Mientras el cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia delante como preparación para el siguiente apoyo. Uno de los pies se encuentra siempre en el suelo y, en el período de transferencia de peso del cuerpo de la pierna retrasada a la adelantada, existe un breve intervalo de tiempo durante el cual ambos pies descansan sobre el suelo. El ciclo de marcha se divide en dos fases principales: apoyo y balanceo.
Fase de apoyo
ü Contacto del talón: instante en que el talón de la pierna de referencia toca el suelo.
ü Apoyo plantar: contacto de la parte anterior del pie con el suelo.
ü Apoyo medio: ocurre cuando el trocánter mayor está alineado verticalmente con el centro del pie, visto desde un plano sagital.
ü Apoyo terminal: ocurre cuando el talón se eleva del suelo.
ü Despegue: ocurre cuando los dedos se elevan del suelo.
La fase de apoyo puede también dividirse en intervalos con los términos de aceptación del peso, apoyo medio y despegue. El intervalo de aceptación del peso empieza en el contacto del talón y termina con el apoyo plantar. El intervalo de apoyo medio empieza con el apoyo plantar y termina con el apoyo terminal del talón. El despegue se extiende desde el apoyo termina hasta el despegue de los dedos.
Fase de balanceo
ü Balanceo inicial: se caracteriza por la rápida aceleración del extremo de la pierna inmediatamente después de que los dedos dejan el suelo.
ü Balanceo medio: la pierna balanceada pasa a la otra pierna, moviéndose hacia delante de la misma, ya que está en fase de apoyo.
ü Balanceo terminal: se da la desaceleración de la pierna que se mueve rápidamente cuando se acerca al final del intervalo.
Parámetros
Ciclo de marcha: recorrido entre dos apoyos sucesivos de un mismo talón. Zancada: secuencia de acontecimientos que tiene lugar entre dos choques de talón consecutivos del mismo pie. La distancia media entre dos apoyos consecutivos del mismo pie se denomina longitud de zancada y es, en definitiva, la suma de las longitudes del paso izquierdo y del derecho. Velocidad de marcha: distancia que recorre el cuerpo hacia delante en la unidad de tiempo (por ejemplo, 1.5 m/s). Cadencia de marcha: ciclos o pasos por unidad de tiempo (120 pasos/min o 1 ciclo/s). Longitud de ciclo: distancia entre dos choques consecutivos de talón de un mismo pie. Longitud de paso: distancia entre ambos pies cuando contactan con el suelo. Amplitud de paso: distancia entre los centros de las huellas plantares. Ángulo interpodal: formado por el eje longitudinal del pie y la línea media de la progresión de la marcha.
Aprendeenlinea.udea.edu.co (2016).
BIOMECÁNICA DE LA FASE DE APOYO DE LA MARCHA
La fase de apoyo comienza cuando el talón contacta con el suelo y termina con el despegue de los dedos.
1. Columna vertebral y pelvis: Rotación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna hacia el lado contrario, Inclinación lateral de la pierna de apoyo.
2. Cadera: Los movimientos que se producen son la reducción de la rotación externa, después de una inclinación interna, impide la aducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario.
3. Rodilla: Los movimientos que se producen son ligera flexión durante el contacto, que continúa hacia la fase media, seguida por la extensión hasta que el talón despega cuando se flexiona la rodilla para comenzar con el impulso. La flexión baja la trayectoria vertical del centro de gravedad del cuerpo, incrementándose la eficacia de la marcha.
4. Tobillo y pie: Los movimientos producidos en esta fase son la ligera flexión plantar seguida de una ligera flexión dorsal. Por ello los músculos que actúan son el tibial anterior en la primera fase de apoyo, y el extensor largo de los dedos y del dedo gordo que alcanzan su contracción máxima cerca del momento de la transición de la fase de impulso y apoyo.
Forero, L. (2011).
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UNIDAD 2
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