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Energía y Potencia en la Kinesiología – Capacidad del Cuerpo Dr. Willy H. Gerber Objetivos: Comprender el concepto de energía y potencia para ser aplicados al trabajo del musculo.. www.gphysics.net – UACHKinesiologiaFisica04Energia y PotenciaCapacidad del Cuerpo – Versión 10.07

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UACH Lecture, Spring 2007

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Energía y Potenciaen la Kinesiología –

Capacidad del CuerpoDr. Willy H. Gerber

Objetivos: Comprender el concepto de energía y potencia para seraplicados al trabajo del musculo..

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Volvamos al principal actor, el musculo

Hueso

Tendon

Fibra muscular

Area

Cada fibra es capaz de generar una fuerza de 0.3 Micro Newton (3x10‐7N) 

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Volvamos al principal actor, el musculo

Y James Bond no estaba tan errado… el musculo mas “fuerte” es el de nuestras mandíbulas. Logra una fuerza de 4337 N por 2 segundos.

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4337 N equivale a 442.5 kg casi media tonelada!!!

Pero porque solo por 2 segundos???

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Problemática del calor

El principal problema de nuestro diseño es la energía disipada, o sea no aprovechada para hacer trabajo y perdida como calor.

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60% de la energía consumida por un musculo se disipa como calor.

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Problemática del calor

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Ejemplo: subir las escaleras en el Instituto de física

Altura: h = 2 x 4.85 m = 9.7 mPeso hipotético: 75 kg

Energía potencial:

V = mg h = 7129.5 J

Si esta energía es solo el 40% del total generado, el cuerpo generara en subir las escaleras un total de

E = 17823.75  J

generándose  calor por

Q = 10694 J

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Problemática del calor

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Un pequeño paseo por la termodinámica

1 kcal = 4186.8 J

1 kcal es la energía para subirle a 1 kg de agua la temperatura por un grado.

Q = 10694 J son 2.554 kcal

Si el musculo de las piernas tuviera una masa de 7.5 kg la temperatura la temperatura por subida ascendería en 0.34 grados

En tres subidas ya habría subido en 1 grado.

Pero este calculo no considero el hecho que debemos mover el cuerpo“horizontalmente”.

Dijiste que no trajiste desodorante?

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Veamos el caso del leopardo.

Porque necesita energía si va a velocidad constante?

El problema es que el cuerpo lo hace pero no las piernas, estas deben “adelantarse” cada vez para hacer un paso.

Si asumimos que las piernas pasan de doble velocidad (2xv) a detenerse se puede estimar la energía de la energía cinética.

Si tomamos la mitad de la pierna tenemos para las 4 piernas:

E = 4 ½ (mpierna/2)  (2v)2 = 4mpierna v2

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Problemática del calor

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Capacidad:A: Velocidad de 104 km/hora por 3 kms o 100 seg yB: Velocidad de 58 km/hora por 43 km o 45 minutos

Si asumimos que cada pierna pesa 2kg la energía requerida para mover la pierna un paso es:

A:  E = 6676.5 J = 1.59 kcalB:  F = 2076.5 J = 0.50 kcal

Si asumimos 1.5 m de largo de paso la energía requerida para una carrera de 3 y 43 km es:

A:  E = 1.34x107 =   3’189 kcal B:  E = 5.95x107 = 14’218 kcal 

Por kg patas el calor que se debe liberar (60% del total) es:

A:  E = 598 kcalB:  E = 2666 kcal

Si en el caso A el musculo no libera la energía su temperatura subiría en casi 600 grados!!!Nota: la energía en A equivale a lo que se enfría el cuerpo si se transpira aprox. 1 litros de sudor por kg de pierna; la perdía de liquido seria de 8 litros!!!

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Existe peligro?

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El cuerpo tiene un sistema de seguridad que evita que podamos correr hasta “cocernos’. 

Reserva de energía alto rendimiento(max. 45 kcal/kg s por max 30 seg)

Reserva de energía rendimiento mediano(max. 22 kcal/kg s por max. 45 seg)

Trabajo “continuo”(max. 15 kcal/kg s según reservas generales)

Ante que esto ocurra se nos acaban las reservas para lograr el “rendimiento peligroso”.

Valores solo referenciales, depende de la persona y su estado físico.

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Existe peligro?

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segundos

Kcal/kg s

El cuerpo tiene un sistema de seguridad que evita que podamos correr hasta “cocernos’.

El bíceps puede consumir por ejemplo 100 Watt por algunos minutos

Los músculos del corazón funcionan en el modo aeróbico y consumen sin detenerse por toda una vida entre 1 y 5 Watt.

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ReCapacidad del Cuerpo

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Estimulo Tiempo (ms)

% de Fuerza m

áxim

a

100

0

Periodo de latencia

Periodo de contracción

Periodo de relajación

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ReCapacidad del Cuerpo

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Que Energía se requiere para contraer?Cuanta Energía se pierde en forma de calor?Cuantas kcal se consumen en el movimiento?

Si el musculo aplica una fuerza de 400 N y se contrae 5 mm. 

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Tendon

Tendon

ContracciónMuscular

(contracciónIsotónica)

ReCapacidad del Cuerpo

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Tensión(kg o N)

Largo musculo(% en reposo)

Tensiónmáxima

Resistencia Relajo

Posición en reposo

Tiempo (ms)

Estimulo

ReCapacidad del Cuerpo

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ContracciónMuscular

(contracciónIsométrica)

ReCapacidad del Cuerpo

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ResistenciaRelajo

Máxima tensión que aporta

Tensión(kg o N)

Largo musculo(% en reposo)

Posición en reposo

Tiempo (ms)

Estimulo

ReCapacidad del Cuerpo

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Porque gasta energíaSi no hace camino?

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http://entochem.tamu.edu/MuscleStrucContractswf/index.html

Funcionamiento del musculo

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Fibra muscular

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Filamento fino

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Filamento grueso

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Miosina

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Modelo básico de la operatoria del musculo

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F = nf 

V = nf rω

Camino recorrido =Vueltas x perímetro

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Administración del consumo

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Cuales son los parámetros claves para comprender el balance energético:

Desayuno: 200 – 300 kcalSnack: 100 kcalAlmuerzo/Cena: 400 – 600 kcal

Consumo diario: 1100 – 1600 kcal

Consumo por actividad (medidos en Met = Kcal /Kg hrs – ej. 6 Mets x 70 Kg. de peso x (50 min. / 60 min.) = 350 Kcal)

Bicicleta 4 – 16 MetEjercicios 3 – 10 MetBailar 3 – 7 MetLabores hogareñas 1‐3 MetTrabajos pesados en el hogar 5‐10 MetReparaciones 4‐6 MetTrabajo en el jardín 5‐7 MetDescansar < 1 Met

Tocar Música 2‐4 MetDe pie 1.5 MetHablando 1.8 MetTrabajo en maquinaria 2‐5 MetConducir 2‐4 MetCorrer 10‐18 MetDeporte 6‐12 MetCaminar 3‐10 Met

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Contacto

Dr. Willy H. [email protected]

Instituto de FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia,  Chile

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