GUIA N° 3

1.    CUAL ES LA EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGIA

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

  E= mc2

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 ha miltoniana) 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 nuclear. 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 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.

El encargado de regular la temperatura corporal es el hipotálamo. Su misión es mantener la temperatura entorno 37°C ya que dicha temperatura es la ideal para que funcionen las enzimas de nuestro cuerpo y todas las reacciones químicas que en el tienen lugar. La temperatura se mantiene intentando equiparar la producción de calor con la perdida. Cuando hace mucho calor el hipotálamo detecta una subida en la temperatura corporal y para contrarrestarla procura aumentar la perdida de calor

3.    COMO SE REGULA EL CALOR DE LOS ANIMALES

Es el medio por el cual se denomina al grado de los organismos animales de sangre caliente y fría.

El metabolismo de los individuos es el encargado de su mantenimiento, el cual es un conjunto de procesos con los que se transforman los alimentos en proteínas, hidratos de carbono y grasas y se libera energía en forma de calor. La actividad física eleva la temperatura corporal ya que el musculo activo libera más calor, por ello el temblor o tiritón es una forma particular de actividad física que pone un movimiento ciertos músculos para estimular el metabolismo y de ese modo calentar el cuerpo.

La temperatura corporal presenta variaciones entre el día y la noche, las cuales no van mas allá de 0,25°C. Las células de los animales de sangre caliente alcanza su máxima eficacia funcional dentro de un estrecho intervalo de temperaturas la temperatura corporal se mantiene en un rango entre una máxima y una mínima que varía según la especie.

ADAPTACIONES A DISTINTOS AMBIENTES

Los animales viven adaptado a ambientes a temperaturas que nos es favorable tienen mecanismos para regular la pérdida o ganancia de calor.

La temperatura de un animal es la cantidad de calor por unidad de masa tejido. El calor corporal es el calor producido por el animal; es un balance entre el calor ganado- calor perdido, que es igual al calor producido más la transferencia de calor .

La temperatura del animal es un balance entre la producción y el intercambio de calor.

·         PRODUCCION DE CALOR: La producción de calor del animal se lleva a cabo mediante tres mecanismos:

MECANISMOS DECOMPORTAMIENTO: Determinadas actividades y actitudes incrementan la tasa metabólica y la producción de calor: Ejercicio físico, galope de un caballo.

MECANISMOS AUTONOMOS: Movilización de las reservas de grasa del organismo, aumentando la tasa metabólica y el calor. Es un mecanismo involuntario.

MECANISMOS ADAPTATIVOS: Adaptaciones a las pérdidas de calor o excesivo calentamiento: grasa subcutánea pelo de mamíferos

                                    TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor se produce por tres vías:

·         Superficie corporal: Los animales de gran tamaño tienen una superficie corporal relativa. Los animales pequeños tienen más superficie corporal relativa y mayor transferencia de calor.

·         Gradiente de Tº ambiental y Tº corporal: Si hay una gran diferencia entre la temperatura ambiental y la corporal, se ponen en marcha mecanismos especiales que no funcionan a menor gradiente, positivo o negativo. A mayor gradiente, mayor transferencia de calor.

·         Conductancia específica de los animales al calor: Los animales que no regulan su Tº tienen mayor conductancia específica que los que la regulamos.

Podemos diferenciar 2 regiones en un animal en función a sus temperaturas:

·         Tc: Tº del núcleo corporal

·         Ts: Tº de las regiones superficiales.

En la transferencia de calor son importantes Tc, Text y Ts.

MECANISMOS FÍSICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

·         CONDUCCIÓN. No hay movimiento de los componentes; el calor se transfiere molécula a molécula

·         CONVECCIÓN. Hay movimiento del medio

·         EVAPORACIÓN. Paso de líquido a gas, con pérdida de calor

·         RADIACIÓN. En el infrarrojo.

ANIMALES Y TEMPERATURA

ESTABILIDAD DE LA Tº CORPORAL

En función a ella diferenciamos:

·         Animales homeotermos: Mantienen estable su Tº corporal

·         Animales poiquilotermos: Su Tº oscila en función de la Tºamb.

Hay poiquilotermos que pueden mantener su Tº bastante estable. Fisiológicamente es más correcto clasificar a los animales en función de la fuente de calor. Distinguimos:

·         Animales endotermos: Producen calor por su propio metabolismos. Este calor es el que mantiene su Tº corporal. Son aves y mamíferos. Un animal endotermo-homeotermo es aquel que es capaz de generar calor y mantener su Tº estable.

·         Animales ectotermos: La fuente de calor es el exterior del animal.

·         Animales heterotermos: Es un caso intermedio. Su fuente de calor es interna, pero no son capaces de mantener estable su Tº. Podemos diferenciar dos tipos:

·         Heterotermos temporales: La variación de calor se produce a lo largo del tiempo.

·         Heterotermos regionales: A lo largo de la estructura del organismo hay varias regiones con distinta temperatura.

                               FUNCIONES TERMORREGULADORAS

Los no mamíferos tienen, a lo largo de su superficie, diferentes tipos de receptores. El mecanismo mejor estudiado es el de mamíferos.

RECEPTORES

Tenemos distintos tipos de receptores del calor (neurorreceptores termo sensibles):

·         Receptores periféricos: En piel. Miden la Ts.

·         Receptores medulares: En médula espinal. Miden la Tc.

·         Cerebro: En el hipotálamo. Actúa como termostato los mamíferos. Miden la temperatura de referencia. Todos los ajustes de Tº en mamíferos tienen que ser en base a esta Tº de referencia.

EFECTORES

·         Para la pérdida de calor

·         Para producir o conservar calor (termogénesis)

Los receptores y los efectores se relacionan mediante el sistema circulatorio y respiratorio. Corazón, pulmón y sangre hacen que la Tº sea homogenea. En la fiebre, la Tº de referencia varía 1 ó 2 gados. Esto tiene una consecuencia bacteriostática. La sensación de frío es consecuencia de la elevación de la Tº de referencia.

ADAPTACIONES

ECTOTERMOS EN AMBIENTES FRÍOS

La También está siempre por debajo del punto de congelación, ya que sino, se formarían cristales de hielo en el interior de sus células, con lo que morirían. Para evitar esto, utilizan distintos mecanismos:

·         NUCLEACIÓN. Formación de cristales en sus líquidos extracelulares y no en el interior de la célula. Se da en algunos escarabajos.

·         SOBREENFRIAMIENTO. Enfriamiento de los líquidos corporales, sin aparición de cristales de hielo. Se da en peces que viven en los fiordos árticos. Lo consiguen porque no se acercan a la capa de hielo superficial.

·         SUSTANCIAS ANTICOAGULANTES. Tienen glicerol. El punto de congelación del glicerol es de -17ºC. Están presentes en ácaros que, durante las épocas frías, elevan su concentración de glicerol.

ECTOTERMOS EN CLIMAS CÁLIDOS

Su regulación es comporta mental; se ponen al sol cuando tienen frío y en zonas sombreadas cuando hace demasiado calor.

La iguana marina de las islas galápagos tiene un mecanismo especial; Varía su frecuencia cardiaca y modifica la vasodilatación y vasoconstricción. Algo similar a lo que ocurre en endotermos. Cuando está al sol, aumenta la frecuencia cardiaca y se basó dilata. Los vasos sanguíneos toman el calor por conducción, y el calor se distribuye rápidamente gracias al aumento de frecuencia cardiaca. Cuando entra en el agua, disminuye su frecuencia cardíaca y hay vasoconstricción, con lo que conserva el calor.

ENDOTERMOS

Entre la Tº crítica inferior y la superior se encuentra la zona termo neutral. En ella, todos los mecanismos que se dan son cambios en la conductancia térmica de la superficie del cuerpo. Esos cambios son:

·         Vasoconstricción y vasodilatación. Para evitar la pérdida de calor, se vaso constriñen, y para disipar calor, se basó dilatan. Es una respuesta vasomotora de la piel.

Cuando tenemos mucho calor de repente, se basó dilatan los vasos sanguíneos superficiales (nos ponemos colorados).

·         Respuestas pilo motoras. Cuando queremos conservar el calor, se eriza el vello o las plumas, formándose una bolsa de aire que conserva el calor.

·         Capa de grasa. Algunos animales tienen una gran capa de grasa bajo la piel. La sangre se desvía a vasos sanguíneos que estén bajo esa capa y evita así la pérdida de calor.

Cuando un endodermo está por debajo de la temperatura crítica inferior o por encima de la temperatura crítica superior, se ponen en marcha distintos mecanismos para generar o disipar calor. Por debajo de la TCI tiene lugar la termogénesis. Por encima de la TCS se ponen en marcha distintos mecanismos de disipación del calor. El ligero aumento de calor se debe a que esto también tiene un coste energético.