miércoles, 14 de octubre de 2015

Energia potencial y cinética

¿Cómo se transforma la energía potencial en cinética cuando caminamos? ¿Lo hace igual cuando corremos?

I-. Introducción:

La energía es uno de los conceptos más importantes de la ciencia, en este documento, hablaremos de la energía potencial y de su transformación en cinética cuando andamos o corremos.

La energía potencial es aquella que se encuentra almacenada en espera de ser utilizada, se llama así porque en ese estado tiene el potencial para realizar el trabajo. Cualquier sustancia capaz de realizar trabajo por medio de una reacción química posee energía potencial, como en el cuerpo humano, tras los procesos metabólicos, se produce la contracción muscular, lo que llegara a producir movimientos como correr o andar.

 II-. La relación entre la energía cinética y potencial

La energía potencial  está vinculada a la posición de los cuerpos, depende de la altura a la que se encuentra el cuerpo, mientras que la energía cinética depende de la velocidad que tenga el cuerpo.
La energía potencial fórmula: Ep = m.g.h
La energía cinética fórmula: Ec = ½.m.v2

Cuando el cuerpo está en reposo, el sistema es conservativo, por lo que al haber ausencia de fuerzas externas, si la energía potencial disminuye, la cinética aumentara y viceversa.

Cuando estamos en presencia de fuerzas no conservativas como la de rozamiento, el cuerpo realiza un trabajo en contra. Este trabajo es igual a dicha fuerza multiplicada por la distancia.
 Fórmula: W fr = Fr . d
 Fórmula Fr: Fr = μ . N

El trabajo realizado por el cuerpo, hace que disminuya la energía mecánica del sistema. Es decir la variación de la energía mecánica de un sistema es igual al trabajo de la fuerza de roce
Formula: EMa – EMb = WFr

Sin embargo, también podemos encontrar la energía potencial elástica, que es la que nos interesa como funcionamiento de la musculatura, esta energía es aquella que tras estar el musculo en tensión, se libera una energía y al liberarse se realiza un movimiento, ya que las fibras musculares se liberan. 
Es como si hablásemos de un muelle.

Ante esto nos puede surgir una pregunta, ¿de dónde viene la energía potencial?

La energía química almacenada en el glucógeno del hígado y en las grasas puede transformarse en otras modalidades: cinética, potencial gravitatorio y calorífico. Estas transformaciones ocurren de modo análogo al proceso en que la energía química del combustible de un vehículo a motor puede convertirse en cualquiera de las otras modalidades.(ver imagen 0)


¿Qué implicaciones tiene esto para la conservación de la energía y el gasto energético en estas actividades diarias?

A continuación trataremos la repercusión que tiene la transformación de energía potencial en cinética sobre la conservación de la energía y el gasto energético en estas actividades diarias.

Para poder profundizar en este tema hay que tener claros dos conceptos:
Ø  La Ley de Conservación de la Energía dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma;  por ejemplo, en este caso,  la energía potencial puede transformarse en  cinética y viceversa.
Ø  El gasto energético hace referencia  a la cantidad de energía que un organismo utiliza en la realización de todas sus funciones y actividades diarias. Se define también como la diferencia existente entre la energía ingerida y el gasto energético o energía total empleada.

Hablemos sobre las implicaciones que esto supone:
Las necesidades energéticas varían según si nos encontramos en estado de reposo o realizando alguna actividad física. La energía cinética y potencial están tan relacionadas que una se transforma en la otra a medida que un cuerpo en reposo se pone en movimiento, y viceversa. En un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante.

De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva.

III-. Relación de la energía potencial y cinética corriendo y andando:

El momento en que el cuerpo llega al suelo, este ha perdido toda la energía potencial, ya que no hay altura en él. Pero como la energía potencia ha de mantenerse constante, formula anterior, la energía potencial se transforma en cinética.
Por lo tanto la energía potencial en el punto más alto es igual a la energía cinética del punto más bajo. (ver imagen 1 y 2)



Un ejemplo habitual de las transferencias entre energía potencial y cinética es el desplazamiento rítmico vertical del cuerpo que llevamos a cabo cada día (caminar, correr)  y su centro de gravedad durante la marcha. En los periodos de doble apoyo el centro de gravedad se encuentra en su punto más bajo y en los periodos de apoyo unipodal, alcanza su punto más alto. Cuando el centro de gravedad se eleva va aumentando la energía potencial almacenada, alcanzando su valor máximo en el momento de mayor elevación. Cuando desciende va gastándose en forma de energía cinética, la cual es máxima en el punto más bajo y es empleada en impulsar el cuerpo hacia delante, mientras se va transformando de nuevo en energía potencial que volverá a ser almacenada.

La relación entre energía potencial y cinética es muy diferente corriendo y andando. Andando, ambas están fuera de fase. Cuando la energía potencial es alta, la cinética es baja, y viceversa. Caminar se ha denominado caída controlada. Por otro lado, corriendo, ambas están en fase. Debido a esta diferencia, el cuerpo altera los métodos que utiliza para mantener la eficiencia energética. Puesto que grandes  cambios de energía total que entra y sale del sistema son desventajosos  independientemente del ritmo de movimiento. La eficiencia al caminar se mantiene por el intercambio efectivo entre energía potencial y cinética. Este cambio no es posible al correr por lo que se realiza mediante otros mecanismos:
1.      El estiramiento de estructuras elásticas como tendones para el almacenamiento y posterior devolución de energía potencial elástica
2.      La transferencia de energía de un segmento del cuerpo a otro por dos músculos unidos, como el recto femoral y los isquiotibiales. (ver imagen 3)



IV-. Bibliografía:



¿QUIERES SABER MÁS?

Libros/ revistas:
  • Winter DA. Biomechanics and motor control of Human Movement. 4th ed. New Jersey: John Wiley & Sons; 2009.
  • Romilio T, Muñoz H. Física 1. 3rd ed. Mexico: Limusa; 2005.
  • Álvarez Domínguez  H. La transformación de la energía y la ley de la conservación de la energía. Correo del maestro [Internet]. 2014 [citado 20 may 2015]. Disponible en: http://www.correodelmaestro.com/publico/html5042014/capitulo3/capitulo_03.html

Otras páginas de profesionales:
  • Marco Sanz, C. Cinesiología de la marcha humana. Disponible en: http://wzar.unizar.es/acad/cinesio/Documentos/Marcha%20humana.pdf
  • Endesaeduca.com [Internet]. Barcelona: Endesa Educa; 2008 [citado 20 may 2015]. Disponible en: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/i.-la-energia-y-los-recursos-energeticos

Páginas web:



1 comentario:

  1. LA ENERGÍA SE CREA:
    Una chispa salta desde un conductor, produciendo una vibración en el campo electromagnético y generando una radiación electromagnética, y su frente de onda esférico instantáneamente se acelera a la velocidad de la luz y crece como un globo que se infla y esa esfera puede llegar a ser de los objetos más grandes del universo y atraviesa el cosmos reproduciéndose en la distancia y en el tiempo…

    Solo los dogmáticos y sectarios enceguecidos por un paradigma pueden afirmar que LA ENERGÍA NO SE CREA.

    Los dogmáticos son tan absurdos y peligrosos que han llegado hasta el extremo de quemar vivos a sus contradictores. HOY BORRAN LOS COMENTARIOS.

    ES HORA DE CONOCER EL OTRO 96% OSCURO DEL UNIVERSO.

    Si quieres conocer la nueva "Teoría sobre el Universo" solicítala gratuitamente a: martinjaramilloperez@gmail.com

    ResponderEliminar