¿CÓMO SE DEMUESTRA EL TEOREMA DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN LA VIDA COTIDIANA?
La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede ser transformada de una forma en otra.
Esta misma ley puede ser aplicada a la materia, puesto que ésta puede ser convertida en energía.
Cuando un rápido automóvil choca contra una pared de ladrillos, el vehículo termina en reposo y también, al fin, los ladrillos de la pared. La energía mecánica del automóvil se ha convertido en energía térmica, de modo que el metal del auto, el caucho de las llantas, el suelo y los ladrillos de la pared, están ahora un poco más calientes que antes.
Al tocar un clavo que se ha estado martillando, se demuestra que la energía mecánica se ha transformado en energía térmica. En la mayoría de los casos, donde parece que ha desaparecido energía, se puede encontrar que la energía perdida se ha convertido en calor y, ese calor es otra forma de la energía, por lo tanto, la energía se conserva.
Es tal vez el fuego es la manifestación más potente de la energía. De la importancia de su aparición en la vida humana dan cuenta multitud de vestigios arqueológicos, y las antiguas leyendas narran su procedencia divina y cómo el robo de una antorcha encendida, cometida por el héroe Promoteo, proporcionó al hombre el poder de dominar la naturaleza.
Cuando se piensa en grandes cantidades de energía, se recuerda la bomba de hidrógeno. Sin embargo, incluso la inmensa energía de la bomba es pequeña comparada con la energía del sol, de un huracán tropical o de las mareas. En un día, los Estados Unidos reciben tanta energía del Sol como la que darían más de un millar de bombas H.
La energía de los huracanes o de las mareas implica moviento. Y, qué hay con relación a la energía del Sol? Ciertamente, no se percibe movimiento cuando los rayos solares entibian nuestra piel o iluminan el paisaje. Pero es el calor del Sol el que mueve los vientos de un huracán. Es evidente que la energía puede aparecer en más de una forma.
Gran parte de la historia de la civilización puede escribirse en función del uso y dominio crecientes de la energía.
En el eclipse total de sol del día 29 de mayo de 1919 unos astrónomos ingleses, en Sobral, Brasil, comprobaron que un rayo de luz que se propaga desde una estrella lejana, a la Tierra, cuando pasa cerca del Sol, se desvía hacia él por su acción gravitatoria. Esto quiere decir que la luz tiene masa y, en consecuencia, todas las clases de energía tienen masa.
La energía es la capacidad que poseen los cuerpos y sistemas para realizar un trabajo. Esta propiedad se evidencia en formas diversas que pueden transformarse e interrelacionarse.
Un trabajo efectuado sobre un cuerpo o sistema de cuerpos supone un aumento de su energía. Así, el curvar un arco o someter a torsión un muelle, se almacena en ellos energía en forma elástica que se pone de manifiesto al lanzar la flecha o desenrollar el muelle. En este proceso se produce sólo cesión de energía entre los componentes del sistema, de modo que el balance global es nulo. Este fenómeno, conocido como principio de conservación de la energía no se crea ni se destruye, sufriendo únicamente transformaciones de unos estados a otros, y constituyó uno de los axiomas de la física hasta que fue superado tras la aparición de las teorías relativistas de Albert Einstein.
¿COMO AFECTAN LAS TEMPERATURAS EXTREMAS (ALTAS O BAJAS) LA SALUD DE LOS HUMANOS?
El cambio climático puede exacerbar muchas de las amenazas que enfrentan las poblaciones humanas, particularmente en los países de pocos recursos. Estas amenazas incluyen: escasez de agua y de alimentos debido a eventos climáticos extremos, ondas de calor, propagación de enfermedades transmitidas por vectores y por el agua.
Actualmente pocos científicos dudan de la existencia de un cambio climático global. A pesar de que el aumento registrado en la temperatura en las últimas décadas y la frecuencia e intensidad de los eventos extremos no rebasa aún los límites de una “variabilidad climática”, todo apunta hacia la existencia de un “cambio climático” de origen antropogénico.
Las actividades humanas han contaminado la atmósfera alterando la concentración de gases como el bióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y el vapor de agua. Estos gases se denominan comúnmente Gases de efecto invernadero” (GEI) y son indispensables para la vida terrestre ya que sin su presencia la mayor parte de la superficie del globo terráqueo estaría congelada. Sin embargo, las actividades humanas de la era industrial han causado un aumento, especialmente en la concentración de CO2 , provocando que más calor quede atrapado en la atmósfera, lo que produce un calentamiento global de la superficie de nuestro planeta.
Las consecuencias proyectadas por los modelos computacionales de cambio climático son las siguientes: calentamiento de los océanos, desaparición de glaciares, elevación del nivel del mar, aumento en la frecuencia e intensidad de eventos climatológicos extremos debido a una mayor evaporación de agua y superficies oceánicas más calientes, entre otros.
Sin embargo, existe otro tipo de predicciones que no son tan frecuentemente mencionados pero que resultan igualmente preocupantes: el calentamiento global y otras alteraciones climatológicas pueden provocar cambios en la distribución e incidencia de enfermedades. La relación entre clima y salud humana puede ser compleja y difícil de establecer. Hoy en día, un clima cada vez más inestable, la pérdida acelerada de biodiversidad y la desigualdad socio-económica afectan la resistencia de los sistemas naturales. Los cambios en el uso del suelo afectan la distribución de los agentes portadores de enfermedades como los roedores y los insectos, mientras que el clima incide directamente en la duración e intensidad de los brotes de enfermedades. De esta manera, padecimientos como la malaria, la peste, el dengue o el síndrome pulmonar hantavirus, entre otros, han reaparecido o se han intensificado en diversas partes del mundo (Zwick 1997). Los impactos negativos a la salud humana pueden darse por vía directa, como en el caso de olas de calor y aumento de la contaminación exacerbada por el aumento en la temperatura o los daños físicos causados por eventos extremos, o por vía indirecta, como resultado de sequías, inundaciones y cambios climáticos que causan condiciones favorables para los agentes infecciosos, virus, bacterias o parásitos y sus agentes transmisores llamados “vectores”.
CUÁL ES LA EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGÍA?
La equivalencia entre la masa y la energía dada por la expresión de la teoría 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 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
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 también forma parte de esto. 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 hipotálamo 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 hipotálamo pierde el control, el punto de mantenimiento permanece intacto pero el control sobre la producción y la pérdida se alteran.
Cuando hace mucho frío nuestro cuerpo detecta una bajada de la temperatura corporal y en un primer momento intenta contrarrestarla por lo que aumenta la tasa metabólica para producir calor, produce vasoconstricción periférica para frenar la pérdida y conservar el calor en los órganos principales, etc... Llega un momento en que no puede más, se satura, y se produce una vasodilatación de respuesta y una serie de procesos que ya entran dentro de la hipotermia.
En todo esto entran en juego muchas hormonas y neurotransmisores, hay que tener en cuenta que el hipotálamo es probablemente el órgano endocrino más importante.
CÓMO SE REGULA EL CALOR EN LOS ANIMALES?
Los animales vivimos adaptados a ambientes donde la temperatura nos es favorable. Tenemos mecanismos para regular la pérdida o ganancia de calor.
La temperatura de un animal es la cantidad de calor por unidad de masa de tejido.
El calor corporal es el calor producido por el animal; es un balance entre 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.
PRODUCCIÓN DE CALOR
La producción de calor del animal se lleva a cabo mediante tres mecanismos:
· Mecanismos de comportamiento: Determinadas actividades o actitudes incrementan la tasa metabólica y la producción de calor: Ejercicio físico, galope de un caballo, etc.
· Mecanismos autónomos: 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 termosensibles):
· 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 Tamb 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 comportamental; 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 vasodilata. 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.
Entre la Tº crítica inferior y la superior se encuentra la zona termoneutral. 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 vasoconstriñen, y para disipar calor, se vasodilatan. Es una respuesta vasomotora de la piel.
Cuando tenemos mucho calor de repente, se vasodilatan los vasos sanguíneos superficiales (nos ponemos colorados).
· Respuestas pilomotoras. 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 endotermo 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.
COMO AFECTA LAS TEMPERATURAS EXTREMAS (ALTAS O BAJAS) EN LA SALUD DE LOS HUMANOS?
La respuesta del hombre a la temperatura ambiental, depende primordialmente de un equilibrio muy complejo entre su nivel de producción de calor y su nivel de perdida de calor.
El calor se pierde por la radiación, la convección y la evaporación, de manera que en condiciones normales de descanso la temperatura del cuerpo se mantiene entre 36.1 y 37.2 grados centígrados.
En condiciones de frío, cuando el cuerpo necesita mantener y aun generar calor, el centro termorregulador hace que los vasos sanguíneos se constriñan y la sangre se desplace de la periferia a los órganos internos, produciéndose un color azulado y una disminución de la temperatura en las partes dístales del cuerpo. Así mismo se incrementa el ritmo metabólico mediante actividades incontroladas de los músculos, denominadas escalofríos.
Efectos del calor en la salud
Cuando el trabajador esta expuesto a latos niveles de calor radiante o dirigido puede llegar a sufrir daños en su salud de dos maneras.
En la primera la temperatura alta sobre la piel, superior a 45 grados centígrados puede quemar el tejido.
Los efectos calves de una temperatura elevada ocurren, si la temperatura profunda del cuerpo se incrementa a más de 42 grados centígrados, es decir, se aumenta mas o menos en 5 grados.
Las razones que pueden llevar a hipotermia son:
· Condiciones ambientales muy húmedas que ejercen demasiada presión contra la piel, impidiéndole reducir el calor por medio del sudor que se evapora.
· Por condiciones ambientales demasiado calientes que interfieren el sistema regulador del organismo que intenta contrarrestar los efectos de temperaturas altas.
· Puede ser causado por efectos aislantes de la ropa protectoras debido a la impermeabilidad de ésta y a sus propiedades de retención de calor.
1. Estrés por calor o golpe de calor
Se produce cuando la temperatura central sobrepasa los 42 grados centígrados independientemente del grado de temperatura ambiental, El ejercicio físico extenuante puede producir este golpe de calor.
2. Convulsiones con sudoración profusa
Pueden ser provocadas por una exposición a temperaturas altas durante un periodo relativamente prolongado, particularmente si esta acompañado de ejercicio físico pesado con pérdida excesiva de sal y agua.
3. Agotamiento por calor
Es el resultado de ejercicio físico en un ambiente caliente. Sus signos son: temperatura regularmente elevada, palidez, pulso aumentado, mareos, sudoración profusa y piel fría y húmeda
Efectos del frío en la salud
Clínicamente se puede decir que un estado de hipotermia existe cuando la temperatura central del cuerpo es cercana los 35 grados centígrados. Con temperaturas inferiores el riesgo de muerte aumenta por un para cardiaco.
Si la temperatura interna sigue disminuyendo, el ritmo cardiaco disminuye. Cuando ya no puede compensarse la perdida de calor durante mas tiempo, la temperatura interna desciende hasta cerca de los 30 grados en que gradualmente se detiene en escalofrío reemplazándose por una rigidez muscular.
Cualquier condición de ambiente frío, puede inducir a la disminución de la actividad en cinco áreas: sensibilidad táctil, ejecución manual, seguimiento, tiempo de reacción, las cuales se encuentran en las categorías de ejecución motora y cognoscitiva.
· Ejecución motora
En esta categoría son importantes dos factores: la temperatura de las extremidades que se usan y el ritmo de enfriamiento.
La temperatura de la extremidad afecta la sensibilidad motora porque el frío causa la perdida de la sensibilidad cutánea.
· Ejecución cognoscitiva
Que es la habilidad para pensar, juzgar y razonar, se disminuye.
Los valores límites permisibles de exposición a temperaturas bajas se muestran a continuación.
| LIMITES MAXIMOS DIARIOS DE TIEMPO PARA EXPOSICION A TEMPERATURAS BAJAS | |
| Ámbito de temperatura en grados centígrados | Exposición máxima diaria |
| 0 a -18 | Sin límites siempre que la persona esté vestida adecuadamente |
| -18 a -34 | Tiempo total de trabajo: 4 horas, alternando 1 hora dentro y una fuera del trabajo. |
| -34 a -57 | Dos períodos de 30 minutos cada uno, con intervalos de por lo menos 4 horas. Tiempo total de trabajo permitido a baja temperatura 1 hora. También periodos de 15 minutos y máximo 4 periodos por jornadas de 8 horas o 1 hora cada 4 con un factor de enfriamiento bajo, por ejemplo sin viento. |
| -57 a 73 | Tiempo máximo permisible de trabajo: 5 minutos durante un día 8 horas de trabajo. Para estas temperaturas extremas se recomienda el uso de cascos herméticos que cubran totalmente la cabeza, equipados co un tubo respirador que pase por debajo de la ropa hasta la pierna para precalentar el aire. |
Muy buen aporte.
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