UACH Lecture, Spring 2007

1. Energía y Potencia
en la Kinesiología –
Capacidad del Cuerpo
Dr. Willy H. Gerber
Objetivos: Comprender el concepto de energía y potencia para ser
aplicados al trabajo del musculo..
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2. Volvamos al principal actor, el musculo
Cada fibra es capaz de generar una fuerza de 0.3 Micro Newton (3x10‐7N)
Tendon
Area
Hueso
Fibra muscular
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3. 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.
4337 N equivale
a 442.5 kg casi media tonelada!!!
Pero porque solo por 2 segundos???
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4. Problemática del calor
El principal problema de nuestro diseño es la energía disipada, o sea no
aprovechada para hacer trabajo y perdida como calor.
60% de la energía consumida por un musculo
se disipa como calor.
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5. Problemática del calor
Ejemplo: subir las escaleras en el Instituto de física
Altura: h = 2 x 4.85 m = 9.7 m
Peso 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
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6. Problemática del calor
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.
Dijiste que no trajiste desodorante? Pero este calculo no considero el
hecho que debemos mover el cuerpo
“horizontalmente”.
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7. Problemática del calor
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
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8. Problemática del calor
Capacidad: Si asumimos que cada
A: Velocidad de 104 km/hora por 3 kms o 100 seg y pierna pesa 2kg la energía
B: Velocidad de 58 km/hora por 43 km o 45 minutos requerida para mover la
pierna un paso es:
A: E = 6676.5 J = 1.59 kcal
B: 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
Si en el caso A el musculo no libera la energía su Por kg patas el calor que se
temperatura subiría en casi 600 grados!!! debe liberar (60% del total) es:
Nota: la energía en A equivale a lo que se enfría el
cuerpo si se transpira aprox. 1 litros de sudor por A: E = 598 kcal
kg de pierna; la perdía de liquido seria de 8 litros!!! B: E = 2666 kcal
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9. Existe peligro?
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)
Valores solo referenciales, depende de la persona y su estado físico.
Ante que esto ocurra se nos acaban las reservas para lograr el “rendimiento peligroso”.
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10. Existe peligro?
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
Kcal/kg s
funcionan en el modo
aeróbico y consumen sin
detenerse por toda una vida
entre 1 y 5 Watt.
segundos
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11. ReCapacidad del Cuerpo
Periodo
de Periodo de Periodo de
latencia contracción relajación
100
% de Fuerza máxima
0
Estimulo Tiempo (ms)
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12. ReCapacidad del Cuerpo
Si el musculo aplica una fuerza de 400 N y se contrae 5 mm.
Que Energía se requiere para contraer?
Cuanta Energía se pierde en forma de calor?
Cuantas kcal se consumen en el movimiento?
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13. ReCapacidad del Cuerpo
Tendon
Contracción
Muscular
(contracción
Isotónica)
Tendon
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14. ReCapacidad del Cuerpo
Tensión Resistencia Relajo
(kg o N)
Tensión
máxima
Estimulo
Posición en reposo
Largo
musculo
(% en
reposo)
Tiempo (ms)
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15. ReCapacidad del Cuerpo
Contracción
Muscular
(contracción
Isométrica)
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16. ReCapacidad del Cuerpo
Resistencia
Tensión Relajo
(kg o N)
Máxima tensión
que aporta
Estimulo
Posición en reposo
Largo
musculo
(% en
reposo)
Porque gasta energía
Tiempo (ms) Si no hace camino?
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17. Funcionamiento del musculo
Fibra muscular
http://entochem.tamu.edu/MuscleStrucContractswf/index.html
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18. Funcionamiento del musculo
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19. Funcionamiento del musculo
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20. Funcionamiento del musculo
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21. Funcionamiento del musculo
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22. Funcionamiento del musculo
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23. Funcionamiento del musculo
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24. Funcionamiento del musculo
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25. Funcionamiento del musculo
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26. Funcionamiento del musculo
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27. Funcionamiento del musculo
Filamento fino
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28. Funcionamiento del musculo
Filamento grueso
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29. Funcionamiento del musculo
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30. Funcionamiento del musculo
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31. Funcionamiento del musculo
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32. Funcionamiento del musculo
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33. Funcionamiento del musculo
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34. Funcionamiento del musculo
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35. Funcionamiento del musculo
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36. Funcionamiento del musculo
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37. Funcionamiento del musculo
Miosina
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38. Funcionamiento del musculo
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39. Funcionamiento del musculo
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40. Funcionamiento del musculo
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41. Funcionamiento del musculo
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42. Funcionamiento del musculo
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43. Funcionamiento del musculo
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44. Funcionamiento del musculo
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45. Funcionamiento del musculo
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46. Funcionamiento del musculo
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47. Funcionamiento del musculo
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48. Funcionamiento del musculo
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49. Funcionamiento del musculo
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50. Funcionamiento del musculo
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51. Funcionamiento del musculo
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52. Funcionamiento del musculo
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53. Modelo básico de la operatoria del musculo
Camino recorrido =
F = nf Vueltas x perímetro
V = nf rω
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54. Administración del consumo
Cuales son los parámetros claves para comprender el balance energético:
Desayuno: 200 – 300 kcal
Snack: 100 kcal
Almuerzo/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 Met Tocar Música 2‐4 Met
Ejercicios 3 – 10 Met De pie 1.5 Met
Bailar 3 – 7 Met Hablando 1.8 Met
Labores hogareñas 1‐3 Met Trabajo en maquinaria 2‐5 Met
Trabajos pesados en el hogar 5‐10 Met Conducir 2‐4 Met
Reparaciones 4‐6 Met Correr 10‐18 Met
Trabajo en el jardín 5‐7 Met Deporte 6‐12 Met
Descansar < 1 Met Caminar 3‐10 Met
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55. Contacto
Dr. Willy H. Gerber
wgerber@gphysics.net
Instituto de Fisica
Universidad Austral de Chile
Campus Isla Teja
Casilla 567, Valdivia, Chile
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