Este documento explora la relación entre la física y la nutrición. Explica cómo el cuerpo humano transforma la energía química de los alimentos en energía térmica, mecánica y eléctrica mediante procesos metabólicos como la digestión y la asimilación de nutrientes. También describe cómo conceptos físicos como las calorías, la termodinámica y la energía química ayudan a comprender cómo el cuerpo utiliza los alimentos para generar la energía necesaria para sus funciones vitales y la actividad
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Índice
INTRODUCCIÓN 3 pág.
CONCEPTUALIZACIÓN 5 pág.
NUTRICIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA 7 pág.
LA UTILIZACIÓN DIARIA DE ENERGÍA 8 pág.
LA ENERGÍA Y LAS CALORÍAS;LA EQUIVALENCIA DEL CONSUMO DIARIO. 9 pág.
SISTEMAS DE MEDICIÓN DE CALORÍAS DE UN ALIMENTO 11 pág.
NUTRICIÓN Y SU RELACIÓN CON EL MAGNETISMO 12 pág.
EL CUERPO HUMANO Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS 13 pág.
TERMODINAMICA APLICADA EN EL CUERPO HUMANO 14 pág.
ENERGÍA QUÍMICA EN LOS ALIMENTOS 15 pág.
LEYES DE LA TERMODINÁMICA 16 pág.
CONCLUCIÓN 17 pág.
BIBLIOGRAFÍA 18 pág.
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INTRODUCCIÓN
El tema que investigamos es muy importante y algo difícil de entender porque
cuando pensamos en física se nos viene a la mente números, formulas etc., no el
tema de nutrición, por eso en este trabajo de investigación explicare la relación que
tiene la física con la nutrición, la nutrición; es principalmente el aprovechamiento
de los nutrientes, manteniendo el equilibrio del organismo; también con la nutrición el
cuerpo puede realizar procesos biológicos, en el que los organismos asimilan los
alimentos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento del
cuerpo. Y Los alimentos nos proporcionan energía para nuestra actividad diaria y
para nuestras funciones vitales como la respiración, la contracción del corazón, el
mantenimiento de nuestra masa ósea y muscular, la regulación del movimiento de
nuestros músculos, el mantenimiento de la masa de nuestros huesos, la función
adecuada de nuestro sistema nervios y así podríamos seguirnos con todos los
órganos de nuestro cuerpo desde la piel hasta el uso de nuestras funciones
intelectuales (como aprender).
Así que podemos decir que la energía es indispensable para nuestro cuerpo y esta la
obtenemos de los alimentos que comemos a diarios. Otro concepto que es
necesario conocer y comprender es que la energía, se transforma, ¿y cómo el
cuerpo la transforma? pues al ingerir alimentos estos se convierten en calorías, que
nos ayudan a todas las funciones que nos permiten estar vivos, el cuerpo humano
necesita un aporte de nutrientes continuo y adecuado.
El tema principal de este tema es conocer la relación que tiene la física con la
nutrición, qué pasa cuando ingieres los alimentos, como el cuerpo transforma en
energía todos los alimentos que comemos, como extrae los nutrientes esenciales de
los cuerpos y como los aprovechamos para realizar las actividades diarias.
Observaremos que al nutrirnos el organismo se encarga de extraer calorías que nos
sirve para el rendimiento físico, caminar y para la vida diaria; una dieta adecuada,
en términos de cantidad y calidad nos dará toda esta energía indispensable para la
realizar nuestras actividades diarias.
El cuerpo humano, como todos los seres vivos, se alimentan para realizar un trabajo
durante un período de tiempo (trabajar durante un día, hacer ejercicio, etc.) y la
energía que consume es transformada diariamente y se mide en kilocalorías
(calorías).Esto es importante ya que para poder generar kilocalorías (calorías) se
necesita nutrirnos de manera correcta.
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Otro punto del tema es son los Joules y las calorías; Esto es muy importante ya que
el cuerpo necesita 2000 kilocalorías que esto es equivalente 8.369,8 Joules y estos
son necesarios para realizar actividades o trabajos de la vida diaria ya que es la
unidad de la energía.
Así que todas las actividad de nuestra vida implica que transformemos algún tipo
de energía en otra, esto no sería posible conocerlo sin la ayuda de la física ya que
por medio de esta podemos entender la transformación de los nutrientes en energía
que requiere nuestro cuerpo y entendemos que los nutrientes y calorías son
esenciales; para lograr tener fuerza y energía, pues es necesario llevar una buena
alimentación cuidando las calorías que ingeríamos y ver que nutrientes nos hacen
falta para nuestro desarrollo físico.
La energía química es otro tema indispensable para explicar la relación de la física
con la nutrición ya que la energía está en los alimentos que ingerimos a diario, para
poder desarrollar diversas funciones Así, el organismo transforma la energía química
de los alimentos en energía mecánica, energía térmica y energía eléctrica.
Analizaremos que los alimentos tienen energía química almacenada y mediante
éstos obtenemos la energía necesaria para vivir, mantener nuestra temperatura,
realizar trabajo, etcétera además los alimentos contienen nutrientes tales como
los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y vitaminas para poder estar sano.
Veremos las 3 leyes termodinámica y como se cumplen en el cuerpo humano ya
que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un
entorno de temperatura generalmente inferior, otra parte está continuamente
intercambiando material y energía con sus alrededores (metabolismo), consumiendo
energía para desarrollar los trabajos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo)
para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre
(nutrición) que a partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a
productos de menor energía (catabolismo).
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CONCEPTUALIZACIÓN
Física: Es la ciencia que estudia el comportamiento y las relaciones entre
la materia, la energía, el espacio y el tiempo, la física investiga los
fenómenos que ocurren en la naturaleza y en el universo con el objeto de
establecer leyes matemáticas que puedan predecir su comportamiento.
Nutrición: Se refiere a los nutrientes que componen los alimentos,
implica los procesos que suceden en tu cuerpo después de comer, es decir
la obtención, asimilación y digestión de los nutrimientos por el organismo.
Energía: El concepto de energía está relacionado con la capacidad de
generar movimiento o lograr la transformación de algo. La energía es una
magnitud abstracta que está ligada al estado dinámico de un sistema
cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Se trata de una
abstracción que se le asigna al estado de un sistema físico. Debido a
diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.),
todos los cuerpos poseen energía.
Conducción: Es el fenómeno consistente en la propagación de calor entre
dos cuerpos o partes de un mismo cuerpo a diferente temperatura debido a
la agitación térmica de las moléculas, no existiendo un desplazamiento
real de estas.
Convección: Es la transmisión de calor por movimiento real de las
moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en
fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o
circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan
las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir la
continuidad física del cuerpo.
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Radiación: La transmisión de calor entre dos cuerpos los cuales, en un
instante dado, tienen temperaturas distintas, sin que entre ellos exista
contacto ni conexión por otro sólido conductor.
Termodinámica: Parte de la física que estudia la acción mecánica del calor y las
restantes formas de energía
Kilocaloría (caloría): La cantidad de energía que aportan los alimentos
Entropía: Magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un
sistema
Metabolismo: Conjunto de los cambios químicos y biológicos que se producen
continuamente en las células vivas de un organismo.
Anabolismo: Conjunto de procesos metabólicos en los cuales se produce la síntesis
de moléculas a partir de otras más simples.
Catabolismo: Fase del proceso del metabolismo en la cual se destruye la sustancia
de los seres
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NUTRICIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA
Los seres vivos necesitan energía para realizar sus funciones y en el ser humano, la
nutrición, es el modo más básico de lograrlo. No debemos olvidar que las células de
todos los sistemas del organismo necesitan energía.
En el rendimiento de una persona activa influyen diversos factores, entre otros, el
entrenamiento, la genética y la alimentación. Éste último es un factor muy importante
a la hora de mejorar la actividad física, hasta tal punto que el tiempo de
entrenamiento y de preparación puede verse afectados por una incorrecta
alimentación.
La dieta de una persona activa debe cubrir las demandas energéticas de la actividad
realizada, para mantener un peso corporal adecuado. La ingesta de calorías de una
persona sedentaria debe abarcar la cantidad suficiente de éstas, para poder realizar
actividades diarias como son vestirse, peinarse, estudiar, trabajar, etc. Pero una
persona que realiza actividad física necesita un aporte de calorías acorde a la
frecuencia, a la intensidad y a la duración de la misma.
Para un sedentario sano, la distribución calórica aproximada de nutrientes diarios
sería 50% de hidratos de carbono, 15% de proteínas y 35% de grasas, porcentajes
que, obviamente, varían en las personas activas.
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LA UTILIZACIÓN DIARIA DE ENERGÍA
La utilización principalmente de la energía durante el día es:
La primera que es el índice metabólico de reposo y es la energía básica que
necesita el organismo para las actividades elementales de todos los días; a
saber: mantener su temperatura, respirar, circular nuestra sangre, digerir,
alimentarnos, pensar, hablar, etcétera.
La segunda es la necesaria para la actividad física que desarrollemos sea
deporte, trabajo o estar en la casa; y es conocida como factor de actividad.
La tercera es el factor de injuria; y se aplica en los casos en que existen
enfermedades, operaciones o periodos de recuperación de alguna operación o
enfermedad.
La eficiencia con que una persona convierte la energía de reserva de su organismo
en otra depende siempre de cada organismo. Estas corresponden a la masa
corporal, edad, sexo, estados biológicos, efecto térmico del ejercicio, y el cambio
inducido por la propia ingestión de los alimentos.
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LA ENERGÍA Y LAS CALORÍAS; LA EQUIVALENCIA DEL CONSUMO
DIARIO.
El concepto de energía se aplica en la nutrición en lo que refiere al consumo de
alimentos y la cantidad que el ser humano requiere para vivir. A pesar de parecer dos
cosas elementales, esto implica que el ser humano es un transformador de tipos de
energía que funciona en forma permanente o constante y a que podemos ver la
segunda relación.
En física existen diversas formas de medir la energía; pero la más común es el
'Joule'; el que representa las unidades de [kg.m2 / seg2].
Otras formas de medir la energía son:
1 kilocaloría (kcal) = 1000 calorías
1 caloría (cal) = 4,184 julios (J)
1 caloría (cal) = 4,129 x 10-2 atmósfera litro (atm L)
1 caloría (cal) = 1,162 x 10-6 kilowatio hora (kW.h)
1 caloría (cal) = 3,086 pies libra (ft lb)
1 atmósfera litro (atm L) = 24,22 calorías (cal)
1 electrón voltio (eV) = 3,829 x 10-20 calorías (cal)
1 ergio (erg) = 2,390 x 10-8 calorías (cal)
1 julio (J) = 0,239 calorías (cal)
1 kilowatio hora (kW.h) = 860 kilocalorías (kcal)
1 pie libra (ft lb) = 3,24 x 10-4 kilocalorías (kcal)
1 unidad térmica británica (btu) = 252 calorías (cal)
La caloría nació como unidad de "calor" cuando se creía que el calor era una
sustancia que había que cuantificar dado que se podía entregar en forma de "calor" o
de un trabajo mecánico. Entonces, una caloría era la cantidad de calor necesaria
para aumentar la temperatura de un gramo de agua un grado centígrado. Luego, se
pudo establecer que una caloría eran 4,1868 Joules. Por lo tanto, 2000 KCal eran
8373600 Joules.
Sabiendo que una persona requiere diariamente un promedio de 2000 kilocalorías,
deducimos que consume 8.3698 Kilojoules lo que es decir 8,3 MegaJoules. Energía
equivalente a la requerida para mantener encendida una bombilla de 100 Watts
durante 23 horas y 15 minutos.
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En definitiva, el cuerpo humano, como todo los organismos vivientes, se alimenta
(ingiere combustible) para efectuar un trabajo durante un período de tiempo (trabajar
durante un día) y la energía que transforma diariamente se mide en kilocalorías (las
que mucha gente para evita decirle kilocalorías y la llama directamente calorías).
Volviendo entonces a la nutrición, toda nuestra actividad (inclusive la de
abastecernos de energía, también conocida como comer), implica que
transformemos algún tipo de energía en otro.
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SISTEMAS DE MEDICIÓN DE CALORÍAS DE UN ALIMENTO
Estos sistemas nos permiten saber cuántas calorías tiene un alimento y así ver si nos
conviene o no ponerlo en nuestra dieta
Sistema Atwater
A diferencia del calorímetro este es un método indirecto que nos da una estimación
de las kilocalorías a partir de los componentes de los alimentos. El sistema se
desarrolló a partir de los estudios experimentales de Atwater y sus colegas a finales
del siglo 19 y primeros del 20 en la Universidad de Wesleyan en Middletown,
Connecticut.
En este caso la energía no se determina directamente por la quema de los alimentos,
sino que se calcula la suma de las kilocalorías proporcionadas por los nutrientes que
contienen energía, es decir, de las kilocalorías que aportan las proteínas, los hidratos
de carbono, las grasas y el alcohol.
Para saber las Calorías que contienen los nutrientes se utiliza lo que se conoce como
Factor de Atwater.
Calorímetro
Es un método muy sencillo que determina la energía contenida en sustancias tales
como combustibles y alimentos a partir del calor generado por su combustión. El
alimento se quema en una cámara de metal que se coloca en un recipiente bien
aislado, generalmente con una doble pared de aluminio, lleno de agua a donde se
transferirá el calor generado por la combustión. Sabiendo el aumento de la
temperatura del agua y los pesos tanto del alimento como del agua, se
puede calcular el calor liberado por la sustancia. Cuanto más calor se necesite para
aumentar la temperatura del agua, más energía (kilocalorías) tendrá ese alimento
.Aunque es un método directo y sencillo de usar, hoy en día se prefieren
otros sistemas para este fin.
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NUTRICIÓN Y SU RELACIÓN CON EL MAGNETISMO
Los imanes tienen gran influencia en los procesos metabólicos. El hierro se
encuentra en una proporción de aproximadamente 5 gramos en el cuerpo humano y
su mayor concentración se halla en la hemoglobina en sangre. La función de la
hemoglobina es transportar el oxígeno a las células. Los imanes aceleran el
desplazamiento de la hemoglobina en los vasos sanguíneos, disminuyendo los
depósitos de calcio y colesterol. Del mismo modo, se van reduciendo las adherencias
tóxicas que hubiera en las paredes internas de arterias y venas, conduciendo a la
disminución de los riesgos de hipertensión arterial.
Las funciones del Sistema Nervioso Autónomo son regularizadas por la acción de los
imanes, el cual influye directamente sobre los distintos órganos y también sobre el
equilibrio hormonal. Por este motivo, la piel recupera brillo, flexibilidad y humedad
natural.
Las ondas magnéticas penetran en los tejidos grasos, la piel y los huesos
optimizando la nutrición a nivel celular.
Los imanes aplicados en cualquier zona del cuerpo benefician a todo el organismo
pues su acción se traslada por medio de la sangre y la conducción nerviosa.
La acción de los imanes en la sangre genera una corriente electromagnética que
produce su ionización (orden en sus componentes). La energía producida irá
eliminando los desórdenes orgánicos y aumentando la reproducción a nivel celular.
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ENERGÍA QUÍMICA EN LOS ALIMENTOS
Los alimentos también almacenan energía química y mediante éstos los organismos
obtienen la energía necesaria para vivir, es decir, para formar y renovar tejidos,
mantener su temperatura, realizar trabajo muscular, etcétera.
Los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos (grasas),
las proteínas y las vitaminas, a los cuales se les denomina biogenésicos (por ser de
origen orgánico); otros nutrimentos de origen inorgánico son el agua y los minerales
como el sodio, el fósforo, el azufre, el cloro, el cobalto, el manganeso y el zinc.
Los organismos utilizan los alimentos para obtener de ellos energía y nutrimentos;
estos últimos son descompuestos para ser utilizados en el crecimiento y restauración
celular. A este proceso de transformación se le denomina metabolismo.
La energía que se puede metabolizar a partir de los carbohidratos es de 4 kcal por
gramo; de los lípidos, de 9 kcal por gramo y, de las proteínas, de 4 kcal por gramo.
Se recomienda que en una dieta adecuada se ingieran alimentos que proporcionen
aproximadamente 3.000 kcal por día (según la actividad física que se desempeñe),
que contengan, de manera balanceada, todos los nutrimentos. Por ejemplo: 75 g de
proteínas, 80 g de lípidos y de 400 a 500 g de carbohidratos. Además, se debe
considerar que el agua es muy importante como nutrimento y que los seres humanos
necesitan de 2 a 2,5 litros por día, aunque los alimentos también proporcionan una
cantidad proporcional de ella que se conoce como agua metabólica.
Es necesario recordar que los organismos obtienen energía a través de
un mecanismo autotrófico o heterotrófico.
El mecanismo autotrófico es propio de las plantas, algas y cianobacterias que, a
partir de dióxido de carbono y energía luminosa del Sol, producen oxígeno y glucosa.
De esta última se forman moléculas más complejas.
El mecanismo heterotrófico es propio de organismos como los de los animales; éstos
ingieren el alimento previamente elaborado (carbohidratos, lípidos, etcétera), sus
células lo oxidan mediante la respiración y con ello producen CO2, vapor de agua y
otras sustancias de desecho.
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EL CUERPO HUMANO Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS
Los seres humanos necesitamos mantener una temperatura interna constante,
cercana a los 37 grados Celsius. Con esta temperatura, podemos mantener el
corazón funcionando, los músculos en alerta, el sistema nervioso funcionando, los
intestinos moviéndose. Para mantener toda esta actividad, obtenemos nuestra
energía sólo de los alimentos. De acuerdo a la cadena alimentaria, la especie
humana obtiene los nutrientes y la energía a partir de plantas y animales.
La energía va desde el alimento a nuestro cuerpo, para desarrollar diversas
funciones mediante transformaciones de la energía. Así, el organismo transforma la
energía química de los alimentos en energía mecánica (movimiento), energía térmica
(calor) y energía eléctrica (transmisión de impulsos nerviosos).
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TERMODINAMICA APLICADA EN EL CUERPO HUMANO
El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto,
que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un
entorno de temperatura generalmente inferior que se pude tomar como una media de
15ºC. Por otra parte está continuamente intercambiando material y energía con sus
alrededores (metabolismo), consumiendo energía para desarrollar los trabajos
internos y externos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual
necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a
partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor
energía (catabolismo).
Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, por eso es un sistema
termodinámico inestable lo que provoca su evolución permanente, o sea la vida
misma. Precisamente la muerte implicaría un estado de máxima entropía. Para que
el organismo vivo pueda mantenerse en dicho estado es necesario que elimine el
exceso de entropía que se produce continuamente inherente a los procesos vitales:
circulación de la sangre, respiración, etc.
La primera ley de la termodinámica nos dice que la energía no se crea ni se destruye
solo se trasforma , en organismos vivientes las reacciones más frecuentes son
irreversibles y no son hechas en condiciones adiabática y es por eso que la
aplicación de las leyes de la termodinámica se limita bastante , en sistemas
biológicos el proceso de clasificación de las propiedades de sistemas es más
complicado pero en general podemos decir que los seres vivos no son sistemas en
equilibrio , estos organismos son organismos abiertos que intercambian energía y
materia con el entorno.
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LEYES DE LA TERMODINÁMICA
La primera Ley de la termodinámica o Ley de la conservación de la energía,
enuncia que la energía es indestructible, ya que no se pierde, sino que se
transforma.
La segunda Ley de la termodinámica indica la dirección en que se llevan a cabo
las transformaciones energéticas. El flujo espontáneo de calor siempre es
unidireccional, desde los cuerpos de temperatura más alta a aquellos de temperatura
más baja. En esta Ley aparece el concepto de entropía.
La tercera Ley de la termodinámica afirma que es imposible alcanzar una
temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos, ya
que a medida que el sistema se acerca al cero absoluto, el intercambio calórico es
cada vez menor hasta llegar a ser casi nulo
¿Se cumplen las leyes de la termodinámica en los seres vivos?
Los seres vivos presentan un constante flujo de energía porque son sistemas
termodinámicos abiertos, ya que continuamente están intercambiando materia,
energía e información con su medio ambiente, con el que mantienen un equilibrio
dinámico.
Actualmente es común escuchar el término bioenergética, aplicándolo a los seres
vivos como sistemas termodinámicos.
Todos los seres vivos realizan tres funciones básicas: relación, nutrición y
reproducción y como resultado del proceso evolutivo, todos los organismos,
independientemente de la complejidad que poseen, presentan determinadas
características comunes que implican transformaciones continuas e intercambio de
energía, relacionadas con el funcionamiento del individuo como sistema
termodinámico.
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CONCLUCIÓN
A lo largo de este tema hemos investigado y analizado las relaciones que hay entre
la física y la nutrición, y que la física no son solo formulas, números y datos sino
que nos hace comprender y entender cómo se relaciona con una actividad tan básica
de nuestro cuerpo como lo es ese proceso de nutrición y que gracias a él podemos
realizar nuestras actividades diarias.
Hemos visto que la energía es indispensable para poder realizar las actividades de
la vida cotidiana y que esta energía no las brindan los alimentos que consumimos y
por ello la importancia de una buena alimentación con un alto contenido de nutrientes
y que con esta energía el cuerpo realiza funciones básicas como lo es la actividad
física, mantener su temperatura, respirar, circular nuestra sangre, digerir,
alimentarnos, pensar, hablar, etcétera. También aprendimos como el cuerpo extrae
de los alimentos energía química y como la transforma en energía mecánica y
calorífica que la utilizamos todo el tiempo
Aprendimos que los alimentos nos aportan nutrientes y que gracias a la física
podemos hacer ese proceso de medir en calorías, y que estas, las brindan nuestros
alimentos que ingerimos y que estos son como un combustible para el cuerpo realice
un trabajo durante un período de tiempo. Y que las calorías se relacionan con la
física ya que el cuerpo necesita 8.3698 Kilojoules es decir 2000 calorías diarias de
acuerdo a la edad.
Y que hay una relación constante con las leyes de la termodinámica ya que las
personas presentan un constante flujo de energía que transforma, porque son
sistemas termodinámicos y que continuamente están intercambiando materia en
energía.
Así que puedo decir que la física es una materia complicada porque hay que
entender todos esos procesos y leyes de está, que se relacionan con la nutrición y
funcionamiento del cuerpo humano, así también entender que la nutrición no es solo
un tema de biología y formación cívica, sino de todas nuestras materias y que es
importante que nos enseñen que comer para tener un mejor rendimiento y una vida
saludable.