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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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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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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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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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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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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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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Problemática del calor
Capacidad:
A: Velocidad de 104 km/hora por 3 kms o 100 seg y
B: 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 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
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!!!
Por kg patas el calor que se
debe liberar (60% del total) es:
A: E = 598 kcal
B: E = 2666 kcal
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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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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
Kcal/kg s
Los músculos del corazón
funcionan en el modo
aeróbico y consumen sin
detenerse por toda una vida
entre 1 y 5 Watt.
segundos
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ReCapacidad del Cuerpo
Periodo
de
Periodo de
latencia contracción
Periodo de
relajación
% de Fuerza máxima
100
0
Estimulo
Tiempo (ms)
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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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ReCapacidad del Cuerpo
Tendon
Contracción
Muscular
(contracción
Isotónica)
Tendon
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ReCapacidad del Cuerpo
Tensión
(kg o N)
Resistencia
Relajo
Tensión
máxima
Estimulo
Posición en reposo
Largo
musculo
(% en
reposo)
Tiempo (ms)
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ReCapacidad del Cuerpo
Contracción
Muscular
(contracción
Isométrica)
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ReCapacidad del Cuerpo
Resistencia
Tensión
(kg o N)
Relajo
Máxima tensión
que aporta
Estimulo
Posición en reposo
Largo
musculo
(% en
reposo)
Tiempo (ms)
Porque gasta energía
Si no hace camino?
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Funcionamiento del musculo
Fibra muscular
http://entochem.tamu.edu/MuscleStrucContractswf/index.html
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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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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
Filamento fino
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Funcionamiento del musculo
Filamento grueso
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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
Miosina
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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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Modelo básico de la operatoria del musculo
F = nf
Camino recorrido =
Vueltas x perímetro
V = nf r
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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
Ejercicios 3 – 10 Met
Bailar 3 – 7 Met
Labores hogareñas 1-3 Met
Trabajos pesados en el hogar 5-10 Met
Reparaciones 4-6 Met
Trabajo en el jardín 5-7 Met
Descansar < 1 Met
Tocar Música 2-4 Met
De pie 1.5 Met
Hablando 1.8 Met
Trabajo en maquinaria 2-5 Met
Conducir 2-4 Met
Correr 10-18 Met
Deporte 6-12 Met
Caminar 3-10 Met
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