Modulo 3 Biofisica Final

Módulo 3: Energía y termodinámica

Biofísica

Licenciatura en Kinesiología y Fisiatría

Año 2013
2º cuatrimestre

1

1.

Energía

Todo proceso físico en el Universo involucra energía y transferencias y transformaciones de
energía. Si bien se trata de un concepto un tanto abstracto y difícil de definir, tenemos experiencias
relacionadas con transferencias y transformaciones de energía: el consumode nafta para que un auto
marche, la energía eléctrica necesaria para que funcionen aparatos, el alimento necesario para vivir.
Por otro lado, a través del concepto de energía y sus leyes de conservación se pueden abordar una
serie de situaciones en Física de manera más sencilla que recurriendo a las leyes de la mecánica.
La energía es una cantidad escalar asociada a un estado o condición de unoo más objetos. Es
la moneda con la que se contabilizan las pérdidas y ganancias de un proceso dinámico. En el sistema
internacional de unidades (SI) la energía se mide en Joules (J).
Para analizar situaciones físicas en base al concepto de energía, necesitamos identificar el
sistema bajo estudio. Un sistema es una pequeña parte del Universo que analizamos, ignorando el
detalle del resto delUniverso (entorno o medio ambiente). Un sistema puede tratarse de un solo
objeto, de varios objetos, ser una región del espacio (por ejemplo, el interior del motor de combustión
de un auto) o variar de forma (una pelota de goma que se deforma cuando golpea contra una pared).
El sistema puede intercambiar energía con su entorno a través de las fronteras (que puede coincidir o
no con una superficiefísica).

Entorno
iosistema

sistema

Figura 1: El sistema intercambia energía con su entorno: se transfiere energía desde el sistema hacia
el entorno o desde el entorno hacia el sistema.
1. 1 Formas de energía
Energía cinética (Ec): Es la energía asociada al movimiento, y depende de la masa del objeto en
movimiento (m) y de su rapidez (v) de la forma:

Ec

1 2
mv
2

Una pelota en movimiento posee unaenergía cinética. Si te pega en la cabeza su efecto será mayor
cuanto mayor sea la rapidez con la que viaja. Al golpear transfiere parte de esa energía haciendo
trabajo sobre tu cabeza, otra parte se utiliza en deformar la pelota, parte en comprimir músculos y
tejidos, y otra genera calor y sonido.
En el sistema SI la energía cinética tiene unidades kg.(m/s)2 que equivale a 1 Joule.
Energíapotencial gravitatoria (Ep): Es la energía asociada a la posición del objeto respecto a la de un
nivel de referencia. Si tomamos como nivel de referencia la superficie terrestre, un objeto que se
encuentra a una dada altura de la superficie terrestre tiene almacenada una energía potencial
gravitatoria igual:
Ep = Peso × altura
La energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética cuando elobjeto cae y
pierde altura.
Aunque más abajo enumeremos otras formas de energía, en realidad todas ellas están asociadas al
movimiento (son energías cinéticas) o a la posición (son energías potenciales). Podemos mencionar
algunas de ellas, como por ejemplo:

2

Energía potencial elástica: Es la energía almacenada en un material elástico (goma, resorte, banda
elástica, músculo) cuando se locomprime o estira (se lo deforma). El sistema libera esa energía
cuando recupera su forma.
Energía química: es la energía que está almacenada en los enlaces entre átomos que forman las
moléculas. Si se rompe el enlace, el átomo que se separa gana libertad, se mueve y cambia de
posición, se combina con otros átomos, liberando energía. La energía química está presente en todos
los enlaces de todas lasmoléculas de todos los cuerpos, pero no lo está en la misma cantidad en todos
ni se puede extraer con la misma facilidad. Por eso no nos sirve cualquier sustancia como
combustible.
La combustión en base a petróleo es una reacción química en la que los átomos de carbono
del petróleo se combinan con los átomos de oxígeno del aire, formando dióxido de carbono, liberando
energía. Esa energía se utiliza...