Guía # 3

TRABAJO Y ENERGIA

1.    ¿como se demuestra el teorema de la conservación de la energía en la vida cotidiana?

Numerosos hechos comprueban que en la naturaleza se están verificando continuamente transformaciones  de una forma de energía en otras. Si en cualquier proceso donde se producen transformaciones de energía se miden las cantidades de energía que intervienen en cada transformación, se puede comprobar que cada vez que aparece cierta cantidad de energía de una forma determinada, desaparece una cantidad equivalente de energía de otra o varias formas o recíprocamente.

A pesar de que la energía se puede transformar de una forma u otra la cantidad total de energía no cambia. Este hecho ha sido demostrado reiteradamente por experimentos y se le considera junto con la cantidad de movimiento, una de las leyes fundamentales de la física.

Ley de Conservación de la Energía: la cantidad total de energía del Universo es constante: Ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma.

2.    ¿Como afectan las temperaturas extremas (altas o bajas) la salud de los humanos?

Existen cargos cuyo sitio de trabajo se caracteriza por elevadas temperaturas, como en el caso de proximidad de hornos siderúrgicos, de cerámica y forjas, donde el ocupante del cargo debe vestir ropas adecuadas para proteger su salud.

En el otro extremo, existen cargos cuyo sitio de trabajo exige temperaturas muy bajas, como en el caso de los frigoríficos que requieren trajes de protección adecuados. En estos casos extremos, la insalubridad constituye la característica principal de estos ambientes de trabajo.

La máquina humana funciona mejor a la temperatura normal del cuerpo la cual es alrededor de 37.0 grados centígrados. Sin embargo, trabajo muscular produce calor y éste tiene que ser disipado para mantener, tal temperatura normal. Cuando la temperatura del ambiente está por debajo de la del cuerpo, se pierde cierta cantidad de calor por conducción, convección y radiación, y la parte en exceso por evaporación del sudor y exhalación de vapor de agua. La temperatura del cuerpo permanece constante cuando estos procesos compensan al calor producido por el metabolismo normal y por esfuerzo muscular.

Cuando la temperatura ambiente se vuelve más alta que la del cuerpo aumenta el valor por convección, conducción y radiación, además del producido por el trabajo muscular y éste debe disiparse mediante la evaporación que produce enfriamiento. A fin de que ello ocurra, la velocidad de transpiración se incrementa y la vasodilatación de la piel permite que gran cantidad de sangre llegue a la superficie del cuerpo, donde pierde calor.

En consecuencia, para el mismo trabajo, el ritmo cardíaco se hace progresivamente más rápido a medida que la temperatura aumenta, la carga sobre el sistema cardiovascular se vuelve más pesada, la fatiga aparece pronto y el cansancio se siente con mayor rapidez.

Se ha observado que el cambio en el ritmo cardíaco y en la temperatura del cuerpo de una estimación satisfactoria del gasto fisiológico que se requiere para realizar un trabajo que involucre actividad muscular, exposición al calor o ambos.

Cambios similares ocurren cuando la temperatura aumenta debido al cambio de estación. Para una carga constante de trabajo, la temperatura del cuerpo también aumenta con la temperatura ambiental y con la duración de la exposición al calor. La combinación de carga de trabajo y aumento de calor puede transformar una ocupación fácil a bajas temperaturas en un trabajo extremadamente duro y tedioso a temperaturas altas.

PREGUNTAS GENERADORAS

1.    ¿Cuál es la equivalencia entre masa y energía?

La equivalencia entre la masa y la energía dada por la expresión de la relatividad de Einstein.

indica que la masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque la primera se encuentre en reposo, concepto ausente en mecánica clásica, esto es, que la energía en reposo de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad de la luz al cuadrado), o que cierta cantidad de energía de un objeto en reposo por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado:

En la última fórmula la masa adquiere valor unitario como predeterminado de toda fracción, pudiendo adquirir, tanto la energía como la masa, diversos valores a única condición de que el resultado fuera la velocidad de la luz al cuadrado para que la equivalencia fuera correcta, esto dota la fórmula de cierta libertad de aplicación ya que es independiente de cualquier sistema de unidades, no obstante, actualmente se le aplica el sistema SI (en la fórmula anterior donde la velocidad de la luz se expresa en m/s, la energía en J y la masa en kg), aunque Einstein utilizara el CGS. En un Sistema de Unidades Naturales, c adquiere el valor 1 y la fórmula sería:

Donde se establece una igualdad entre Energía y Masa sin factor de conversión aparente. En teoría, el factor de conversión debe seguir aplicándose aunque su repercusión en el resultado sea 0.

La ecuación de extender la ley de conservación de la energía a fenómenos como la desintegración radiactiva. La fórmula establece la relación de proporcionalidad directa entre la energía E (según la definición hamiltoniana) y la masa m, siendo la velocidad de la luz c elevada al cuadrado la constante de dicha proporcionalidad.

También indica la relación cuantitativa entre masa y energía en cualquier proceso en que una se transforma en la otra, como en una explosión. Entonces, E puede tomarse como la energía liberada cuando una cierta cantidad de masa m es desintegrada, o como la energía absorbida para crear esa misma cantidad de masa. En ambos casos, la energía (liberada o absorbida) es igual a la masa (destruida o creada) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.

Energía en reposo = Masa × (Constante de la luz)²

2.    ¿Como se regula el calor en el ser humano?

La termorregulación es la capacidad del cuerpo para regular su temperatura, dentro de ciertos rangos, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura.

La temperatura normal del cuerpo de una persona varía dependiendo de su sexo, su actividad reciente, el consumo de alimentos y líquidos, la hora del día y, en las mujeres, de la fase del ciclo menstrual en la que se encuentren. Tradicionalmente la Medicina considera que la temperatura corporal normal -tomada oralmente- oscila entre 36,5 y 37,5 °C en el adulto saludable; el valor promedio viene a ser 37ºC.

Tres estudios diferentes recientes sugieren que la temperatura promedio en adultos saludables es de 36,7 °C. Las variaciones entre los tres estudios (con una sola desviación estándar) son las siguientes:

§  36,5 a 37,9 °C.

§  36,3 a 37,1 °C en varones; 36,5 a 37,3 °C en mujeres.

§  36,6 a 37,3 °C.

3.     ¿Como se regula el calor en los animales?

De sangre caliente" es una expresión coloquial usada para describir a un animal que mantiene su temperatura corporal a un nivel aproximadamente constante, independientemente de la temperatura del ambiente; es decir, un animal que mantiene homeostasis térmica.

Esto puede implicar no sólo la capacidad de generar calor, sino también la capacidad de enfriarse. Los animales de sangre caliente controlan su temperatura corporal regulando su tasa metabólica, por ejemplo incrementando la tasa metabólica a medida que la temperatura del entorno empieza a disminuir.

Normalmente la expresión de sangre caliente abarca tres aspectos distintos de la termorregulación.

1.   Endotermia

2.   Homeotermia

3.   Taquimetabolismo

§  Endotermia (del griego endo= interno therm = calor): es la capacidad que poseen determinados animales de controlar su temperatura corporal mediante actividad interna, como tiritar, quemar grasas y jadear.

§  Homeotermia (del griego homoios = mismo, therm = calor): es el tipo de termorregulación característico de los animales que mantienen una temperatura interna estable independientemente de las condiciones externas. Dicha temperatura suele ser más alta que la del entorno inmediato.

§  Taquimetabolismo (del griego tachos=rápido, metabolo=cambiar): es el tipo de termorregulación propio de los animales que mantienen una tasa metabólica en reposo alta. Es decir, los seres taquimetabólicos están “encendidos” permanentemente. Aunque su metabolismo en reposo sea bastante más lento que su metabolismo en actividad, la diferencia suele ser inferior a la que se observa en animales bradimetabólicos. Los animales taquimetabólicos tienen mayores dificultades para hacer frente a la escasez de alimentos.

§  Ventajas de la Sangre caliente y de la fría:

§  Los procesos bioquímicos dependen de la temperatura. En general se puede decir que estos procesos se aceleran con el calor y se retardan con el frío.

§  La ventaja de un organismo homeotérmico es que puede mantenerse alrededor de una temperatura óptima a la cual las reacciones químicas interiores funcionan mejor, es decir que los procesos de pensar, moverse, digerir, etcétera son óptimos. La desventaja es que se requieren grandes cantidades de calorías y si la temperatura del cuerpo cambia aunque sea solo por pocos grados, el organismo rápidamente deja de funcionar.

§  Por el contrario, la ventaja de un organismo de sangre fría es que requiere mucho menos alimento, haciendo más fácil la supervivencia en condiciones desfavorables. El precio por esta capacidad de supervivencia es la necesidad de tener múltiples sistemas químicos para operar a distintas temperaturas.