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.