Talleres de verano. Ciclo Lectivo 2004Talleres de verano. Ciclo Lectivo 2004Cátedra de Física, CBC, UBACátedra de Física, CBC, UBA
Ricardo CabreraRicardo CabreraProfesor de Matemática y FísicaProfesor de Matemática y Física
Licenciado en Ciencias BiológicasLicenciado en Ciencias BiológicasJTP, CBC - UBA, JTP, CBC - UBA,
Investigador Tesista DQIAFQ - INQUIMAE, FCEyN - UBAInvestigador Tesista DQIAFQ - INQUIMAE, FCEyN - UBA
ASPECTOS BIOLOGICOS Y CLINICOS DE LA TRANSMISION DE ASPECTOS BIOLOGICOS Y CLINICOS DE LA TRANSMISION DE
CALOR EN LOS MAMIFEROS, FOCO EN LOS HUMANOS.CALOR EN LOS MAMIFEROS, FOCO EN LOS HUMANOS.
Horas del día
W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)
Piezas principales de ajuste de la termorregulación humana
Regulaciónautónoma
Regulaciónvoluntaria
Producciónde calor
Tono muscular,tiritar de fríoTermogénesis
química
Movimientosvoluntarios.Ingestión de
alimentos. Actitud
Resistenciatérmica
Riego sanguíneode la piel
Transpiración
Vestidos, actitudcorporal.
Humedecer elcuerpo
W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)
Helen Curtis, Biología, Ed. Panamericana, 6ta
Composición porcentual de la pérdida de calor en situaciones normales
FUENTE: Helmut Landsberg, EL TIEMPO Y LA SALUD, Eudeba (modificado)
Pérdida por radiaciónPérdida por radiación 42 % 42 %Evaporación de la transpiraciónEvaporación de la transpiración 18 % 18 %Convección / ConducciónConvección / Conducción 26 % 26 %Respiración Calentamiento del aire 2 %Respiración Calentamiento del aire 2 % Evaporación de agua 12 %Evaporación de agua 12 %
Pérdida de calor en la evaporación de agua en la respiración
E = dv M L (e37 – eA )
Donde dv densidad del vapor M es la masa de aire (unos 10 litros por minuto)L es el calor latente del vapor espirado e37 presión de vapor a 37 oCeA presión de vapor a temperatura del ambiente
Ejemplo a 10 oC, Hrel = 50%,300 calorías por minuto o 432 kcal por díaFUENTE: Helmut Landsberg, EL TIEMPO Y LA SALUD, Eudeba
GASTO DE ENERGIA POR HORA DE UN HOMBRE DE 70 kg DURANTE DISTINTAS ACTIVIDADES
kcalDurmiendo 65Despierto descansando 80Parado 105Trabajando en un escritorio 140Caminando 200Trabajo pesado sostenido 600Esfuerzos pesados cortos 1100
GASTO DIARIO 2.400 a 3.500 (kcal)
FUENTE: Arthur Guyton, TRATADO DE FISIOLOGIA MEDICA, Interamericana. (Modificado)
Radiación
R e = ε e σ A Te4
R α = ε α σ A T α4
ε e ε α
R = ε σ A (Te4 - T α
4 )
Coeficientes de absorción de diversas Coeficientes de absorción de diversas superficies expuestas a radiación solar (superficies expuestas a radiación solar (εε))
W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado) W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)
Superficies metálicas relucientes <0,1Superficies metálicas relucientes <0,1Piel humana Piel humana 0,950,95Cuerpo negro perfectoCuerpo negro perfecto 1 1
para IRpara IR
Convección
Qc = A (TP – TAL)
TP temperatura de la pielTAL temperatura del aire lejanoA área de piel coeficiente de conductividad aumenta con la curvatura de la superficie y proporcional a la raíz cuadrada de la velocidad del viento
Conducción
¿Cómo hacemos para regular la cantidad de calor
que perdemos o ganamos por conducción?
¿Cuánto sabe de biofísca nuestro cuerpo?
R = λ A ΔT Δx
ConducciónConducción
R = λ A ΔT Δx
Conductividades térmicas (en kcal s-1 m-1 K-1)
Plata 420Cobre 400Aluminio 240Acero 79Hielo 1,7Vidrio 0,8Agua 0,59Músculo, grasa 0,2Madera, asbestos 0,08Fieltro, lana mineral 0,04A i r e 0,024Vacío 0Kane, Streinheim, FISICA, Ed. Reverté (modificado)Kane, Streinheim, FISICA, Ed. Reverté (modificado)
Conducción
R R == λ λ AA ΔTΔT
ΔxΔx
Area efectiva de Area efectiva de intercambio o intercambio o
exposiciónexposición80 % - 50 %80 % - 50 %
¿Cuánto mide la piel?
S = P 0,425 . T 0,725 . 71,84
2,13 m2
Conducción
R = λ A ΔT Δx
W.D
.Kie
del
, FIS
IOL
OG
IA, 2
da
edic
ión
, Ed
. Sal
vat
Anastomosis arterio venosa (AV)
Hel
en C
urti
s, B
iolo
gía,
Ed.
Pan
amer
ican
a, 6
ta
MECANISMO DE CONTRA-CORRIENTE
Conducción
R = λ A ΔT
Δx
Resistividad térmica de diferentes capas
Piel (según su irrigación sanguínea) 0,1 – 0,71 cm de grasa 0,41 cm de musculatura 0,15Ropa que se lleva en la calle 1Ropa de invierno 2Ropa polar 5W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)
Evaporación de la transpiraciónEvaporación de la transpiración
¿Puede el organismo transpirar en un ambiente ¿Puede el organismo transpirar en un ambiente saturado de humedad? (Hrel = 100 %)saturado de humedad? (Hrel = 100 %)
L = 580 cal/gr
Transpiración invisible = 500 ml diarios.Visible = 1 a 4 litros por hora.10% deshidratación= delirios.
12% deshidratación = imposibilidad de tragar.
CASI TODOS LOS PROCESOS DE INTERCAMBIO DE CALOR CON CASI TODOS LOS PROCESOS DE INTERCAMBIO DE CALOR CON EL MEDIO (DESPRENDIMIENTO DE CALOR) DEPENDEN DEL AREA EL MEDIO (DESPRENDIMIENTO DE CALOR) DEPENDEN DEL AREA
DE PIEL.DE PIEL.
LA GENERACION DE CALOR DEPENDE DEL METABOLISMO LA GENERACION DE CALOR DEPENDE DEL METABOLISMO CELULAR, O SEA DE LA MASA CORPORAL.CELULAR, O SEA DE LA MASA CORPORAL.
RADIACION R = ε σ A (Te4 - T α
4 )
CONVECCION Qc = A (TP – TAL)
CONDUCCION R = λ A (TP – TA) Δx
EVAPORACION E A
Qi M V
La Ley cuadrado-cúbica
Galileo Galilei (1564-1642) enunció la ley cuadrado-cúbica de esta manera: cuando un objeto crece sin cambiar de forma su superficie aumenta como el cuadrado de una longitud característica, por ejemplo la altura, mientras que el volumen aumenta como el cubo de dicha longitud
Superficie de un cuerpo, piel = desprendimiento de calorVolumen de un cuerpo, su masa = generación de calor
equilibrio térmico corporal:calor generado (V) = calor desprendido (S)
1 cm lcm
Scm2
Vcm3
S/V
Cubín 1 6 1 6
Cubín
Cubín es un niño común y silvestre de cubolandia.Su anatomía es tan sencilla que los estudiantes del CBC pueden calcular varios de sus parámetros fácilmente.
10 cml
cmS
cm2V
cm3S/V
Cubín 1 6 1 6
Cubete 10 600 1.000 0,6
Cubete
La carrera entre S y V es despareja.S corre a 100 por hora y V corre a 1.000 por horaSiempre gana V
100 cm
lcm
Scm2
Vcm3
S/V
Cubín 1 6 1 6
Cubete 10 600 1.000 0,6
Cubote 100 60.000 1.000.000 0,06
Cubote
Desde que nació Cubote aumento su volumen 1.000.000 de veces, en cambio su piel creció apenas 10.000 veces
S/V = 6 S/V = 0,6 S/V = 0,06
Cubote tiene mucha masa para poca superficie, mucho calor
para poco refrescoCubín tiene mucha
piel para poco contenido, mucha
ventilación para un hornito tan pequeño
CONSECUENCIAS
Diferencias de sensación y comportamiento intentan contrarrestar la ley cuadrado-cúbica
En climas cálidos se generan variedades de En climas cálidos se generan variedades de bichos más pequeños y con apéndices más bichos más pequeños y con apéndices más
largos. En los climas fríos se generan bichos largos. En los climas fríos se generan bichos más grandes y esféricos.más grandes y esféricos.
La mecánica también impone sus condiciones(pero a Hollywood no le
conviene atenderlas)
Robert Wadlow (2,70) el hombre
más alto del que se tenga registro . El enano de l lado es
su padre (1,80)
32
El metabolismo productor de calor es una variable limitada
Peso en gr kcal/kg
Ratón 21 158
Rata 400 82
Conejo 2.600 45
Perro 14.000 35
Hombre 65.000 25
Toro 600.000 20
Elefante 3.672.000 13
W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. Salvat (modificado)
TASA METABOLICA RELATIVADensidad de producción energética diaria en reposo
TASA METABOLICA RELATIVA
Tejido adiposo pardo(BAT, Grasa parda)
La grasa parda posee una maquinaria oxidativa extraordinaria ya que sus lípidos son consumidos in situ
¡¡¡AUUULLAN LOS NEGROS!!!
BIBLIOGRAFIAHelen Curtis et al, BIOLOGIA, 6ta edición, Ed. Panamericana.Purves et al, VIDA, 6ta. edición, Panamericana.Manuel Moreno Lupiáñez, DE KING KONG A EINSTEIN, AlfaomegaKane, Streinheim, FISICA, Ed. Reverté.Cromer, FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA, Reverté.W.D.Kiedel, FISIOLOGIA, 2da edición, Ed. SalvatHelmut Landsberg, EL TIEMPO Y LA SALUD, EudebaArthur Guyton, TRATADO DE FISIOLOGIA MEDICA, Interamericana.Investigación & Ciencia. nros. 58 y 240.DOCUMENTA GEIGY, TABLAS CIENTIFICAS, Geigy, Basilea.
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