Post on 18-Dec-2014
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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???
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.
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
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?
Problemática del calor
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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
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!!!
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.
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.
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
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.
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?
http://entochem.tamu.edu/MuscleStrucContractswf/index.html
Funcionamiento del musculo
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Fibra muscular
Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Filamento fino
Funcionamiento del musculo
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Filamento grueso
Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Funcionamiento del musculo
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Miosina
Funcionamiento del musculo
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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
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
Contacto
Dr. Willy H. Gerberwgerber@gphysics.net
Instituto de FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia, Chile
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