GUIA No. 3

Trabajo y energía


Problemas


1. ¿Cómo se demuestra el Teorema de la conservación de la Energía en la vida cotidiana?

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.
La energía está siempre presente en todos los fenómenos físicos existentes. En nuestra vida cotidiana la podemos relacionar de muchas maneras que dependen principalmente de como la atraigamos hacia nosotros; es decir que si tenemos energía positiva, obtendremos cosas buenas y tendremos mayor potencial para realizar las cosas, pero también si nuestra energía es constantemente negativa, lo que sucederá es algo totalmente diferente ya que recibiremos cosas que no nos van a beneficiar y que van a hacer que la mala fuerza de atracción nos afecte.



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

Los estudios que relacionen la salud humana con el cambio climático. Sin embargo, la complejidad de las vías a través de las cuales el cambio climático puede afectar la salud humana dificulta los pronósticos de cómo, cuándo y en qué grado el cambio climático global influirá sobre el bienestar de los seres humanos. Es muy razonable anticipar variaciones en el riesgo de enfermedades y daños físicos como consecuencia de dicho cambio global. Los riesgos incluyen como ya se mencionó: olas de calor y aumento en la contaminación, aumentan en la frecuencia e intensidad de sequías e inundaciones, brotes de epidemias de enfermedades transmitidas por vectores y a través del agua. Enfermedades como la malaria, el dengue, la fiebre amarilla, el cólera han resurgido o cobrado nueva fuerza en los últimos años y al parecer el cambio climático global es una de sus causas posibles.
El prospecto de un cambio climático que afecte la salud humana produce un desafío importante para los científicos y los tomadores de decisiones. Para los científicos es difícil identificar los impactos del clima actual sobre la salud debido a la gran cantidad de factores sociales, tecnológicos, demográficos y ambientales que hay que tomar en cuenta para los estudios y los modelos computacionales. Para los tomadores de decisiones, lo importante es seleccionar acciones que proporcionen beneficios sobre una gran variedad de posibilidades futuras de cambio climático y que minimicen los costos económicos actuales, los cuales pueden causar en sí mismos impactos negativos en la salud pública. A pesar de estas dificultados, sería muy prudente asegurarse de que los sistemas de salud nacionales estén preparados e informados, y que existan amplios programas de prevención de efectos nocivos del cambio climático sobre la salud humana. La ventaja de lo anterior es que, en materia de salud pública, es mucho menos costoso manejar las enfermedades de manera preventiva y no reaccionando a una crisis.



Preguntas generadoras

1. Cuál es la equivalencia entre masa y energía?



Por lo que respecta al principio de conservación de la masa, ésta se define como la resistencia que un cuerpo opone a su aceleración (masa inerte), aunque ésta también se puede medir por el peso del cuerpo (masa pesante). Para Einstein, el que estas dos definiciones tan diferentes dieran lugar a un mismo valor de masa corporal era un hecho asombroso, ya que según el principio anterior la masa representa la cualidad esencial de la materia y ningún cambio físico o químico podía alterar la masa total.
Los físicos habían aceptado este principio hasta hace unas pocas décadas, pero frente a la Teoría de la Relatividad Especial este principio resultaba poco satisfactorio, por consiguiente fue fusionado con el principio de la energía, tal y como el principio de la conservación de la energía mecánica también había sido fusionado con el principio de la conservación del calor.
E muy corriente expresar la equivalencia entre masa y energía (aunque un tanto inexactamente) mediante la fórmula E=mc2, donde c representa la velocidad de la luz (unos 300000 km/s), E es la energía contenida en un cuerpo fijo y m la masa de dicho cuerpo. Esto equivale a decir que a cada unidad de masa le corresponde una enorme cantidad de energía. Pero, si cada gramo de materia contiene esa tremenda energía, ¿por qué no ha sido advertida durante tanto tiempo? la respuesta es que en la medida en que la energía no se pierde externamente, es imposible que sea observada; es como si un hombre muy rico jamás pudiera gastar ni un céntimo y nadie sabría lo rico que es.
Para que un aumento de masa sea detectable, el cambio de energía por unidad de masa tiene que ser enorme mente grande; así, solamente sabemos de una esfera en la que tales cantidades de energía por unidad de masa son liberadas: la desintegración radiactiva. Para describir el proceso podemos decir que un átomo de masa M se divide en dos átomos de masas M1 y M2 que se separan con una tremenda energía cinética; de acuerdo con el principio de equivalencia (en contradicción con el principio de la conservación de la masa), la suma de las masas M1 y M2 de los productos de desintegración tiene que ser más pequeña que la masa original M del átomo original; la diferencia relativa de los dos átomos está dentro del orden de un 0,1%)
En realidad no estamos en condiciones de pesar los átomos aunque hay métodos indirectos para medir sus pesos con exactitud y determinar las energías cinéticas que son transferidas a los productos de la desintegración radiactiva (M1 y M2). La ley de equivalencia también permite calcular con anticipación, a partir de pesos atómicos determinados de forma precisa, qué cantidad exacta de energía va a ser liberada con cualquier rango de desintegración atómica. Desde luego, las leyes no dicen nada acerca de si se producirá la reacción de desintegración o de cómo se producirá.


2. Cómo se regula el calor en el ser humano?

El encargado de regular la temperatura corporal es el hipotálamo. Su misión es mantener la temperatura entorno a los 37ºC ya que dicha temperatura es la ideal para que funcionen las enzimas de nuestro cuerpo y todas las reacciones químicas que en él tienen lugar. La temperatura se mantiene intentando equiparar la producción de calor con la pérdida.
Cuando hace mucho calor el hipotálamo detecta una subida en la temperatura corporal y para contrarrestarla procura aumentar la pérdida de calor. ¿Cómo? Mediante la sudoración y provocando vasodilatación periférica fundamentalmente. Calentar el aire que respiramos tambien forma parte de ésto. En caso de no conseguirlo, puede aumentar la temperatura corporal provocando un golpe de calor. No debemos confundir la fiebre, de la hiperpirexia, de la hipertermia. En los dos primeros el control del hipotalamo permanece intacto, simplemente sube el grado de temperatura al que ajusta el hipotálamo. Se diferencian en la temperatura (la hiperpirexia es por encima de los 40ºC). En la hipertermia en cambio, el hipotalamo pierde el control, el punto de mantenimiento permanece intacto pero el control sobre la producción y la pérdida se altera.



3. Cómo se regula el calor en los animales?

ESTABILIDAD DEL CALOR

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.