ENERGIA E O CORPO HUMANO

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ENERGIA E O CORPO HUMANO 
 
Conservação de Energia 
Todas as atividades do corpo humano, inclusive o pensamento, envolvem trocas de 
energia. Mesmo em repouso, o corpo humano gasta energia com uma potência da ordem 
de 102 W. Fonte de energia para o corpo – alimentação – modificada quimicamente e as 
moléculas resultantes reagem com o oxigênio no interior das células produzindo ATP. A 
conservação da energia no corpo humano pode ser descrita como 
E = Q - W (1) 
onde E é a variação da energia interna ou armazenada pelo corpo, Q a quantidade de 
calor trocada com o ambiente e W o trabalho externo realizado pelo corpo. Essas 
grandezas são definidas num intervalo de tempo t, durante o qual a alimentação ou a 
excreção não ocorrem. Assim, tem-se 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 (3) 
Mesmo quando W = 0, há uma diminuição da energia amazenada no corpo, devida à 
perda de calor para o meio ambiente. 
 
Variação da Energia Interna 
Como a energia utilizada pelo corpo é devida às reações de oxidação, pode-se calcular a 
variação de sua energia interna (E) medindo-se o seu consumo de oxigênio. 
Exercício 1 
Na reação de oxidação 
C6H12O6 + 6 O2 
oxidação 6 H2O + 6 CO2 + 686 kcal 
são liberadas 686 kcal por mol de glicose. Para essa reação, calcule: 
a. a energia liberada por grama de glicose (valor calórico); 
b. a energia liberada por litro de O2 consumido; 
c. o número de litros de O2 consumido por grama de glicose; 
d. o número de litros de CO2 produzido por grama de glicose; 
e. a razão entre o número de moléculas de CO2 produzidas e o número de moléculas 
de O2 usadas (essa relação é conhecida como quociente respiratório, ). 
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Exercício 2 
Considerando que uma dieta típica a energia liberada por litro de O2 usado é de 4,8 – 5,0 
kcal/ℓ, estime a variação de energia interna de uma pessoa que utilizou 2,5 ℓ de O2 em 
sua respiração. 
 
Quando completamente em repouso, uma pessoa consome cerca de 95 kcal/h, ou 110 W. 
Essa taxa mínima de consumo de energia é denominada razão de metabolismo basal 
(RMB). 
Exercício 3 
Sabendo que um homem de 64,3 kg tem uma razão de metabolismo basal (RMB) de 32,1 
kcal/(d.kg), calcule o RMB de um homem de 76 kg. 
 
Realização de Trabalho Externo 
A eficiência  com que o corpo humano realiza um trabalho externo W é 
 
 
 
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E é a energia consumida durante a realização do trabalho. W pode ser avaliado ou 
medido. E pode ser obtida medindo-se a quantidade de oxigênio consumida. 
Uma pessoa em boa forma física consegue, por longos períodos, absorver até cerca de 
50 ml de O2 por minuto e por quilograma de sua massa. 
Exercício 4 
Estime a ordem de grandeza da potência correspondente a absorção de oxigênio de 50 
ml por minuto por quilograma de massa. 
Tabela : Consumo de oxigênio para um homem de 1,75 m2 de superfície e 76 kg de 
massa. 
Atividade Consumo de O2 (l/min) Produção equivalente de calor 
Dormindo 0,24 1,2 kcal/min 83 W 
Sentado/repouso 0,34 1,72 120 
Sentado/assintido aula 0,60 3,01 210 
Subindo escada 1,96 9,82 685 
Jogando basquete 2,28 11,40 800 
A eficiência do corpo é baixa, mas, com muito treino, ele pode ser aumentada de até 20%. 
 
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Tabela: Eficiência do homem e de máquinas 
Atividade ou máquina Eficiência () 
Andando de bicicleta ~20 % 
Nadando na superfície < 2 % 
Nadando submerso ~ 4 % 
Máquina a vapor 17 % 
Motor a gasolina 38 % 
 
Para emagrecer pode-se fazer ginástica ou se alimentar um pouco aquém do necessário. 
 
Exercício 5 
Uma pessoa deseja eliminar 4,5 kg de gordura fazendo ginástica ou mantendo uma dieta 
por certo tempo, sabendo-se que 1 g de gordura libera 9,3 kcal. 
a. Estime o tempo que ela precisaria dedicar a ginástica, gastando 15 kcal/min. 
Suponha que a sua dieta permaneça inalerada. 
b. Suponha que sua alimentação diária ela consuma 2.500 kcal/dia, mantendo o seu 
peso. Estime por quanto tempo ela deveria consumir 1.500 kcal/dia para perder 
aquela quantidade de gordura. 
 
 
Troca de Calor 
 
O corpo humano mantém a sua temperatura mesmo quando a do meio ambiente varia, 
permitindo a manutenção dos processos metabólicos de produção de energia. Esses 
processos cessam com a morte. 
O corpo como qualquer outro objeto, emite radiação eletromagnética com uma potência P 
dada pela lei de Stefan- Boltzmann 
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onde T é a temperatura do corpo em K, A a sua área em m2,  a constante de Stefan-
Boltzmann 
 
 
 
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e  é a emitância do material considerado, para o corpo humano 
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Assim, medindo-se a potência eletromagnética P irradiada por um objeto, têm-se a sua 
temperatura e vice-versa. 
 
Exercício 6 
Qual a potência irradiada pela pele de uma criança nua com área emissora de 0,9 m2? 
Considere a pele a uma temperatura de 34 oC. 
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Contudo, o corpo humano ao irradiar energia, simultaneamente absorve energia irradiada 
pelos objetos que a circundam. A diferença entre a potência irradiada P i e a absorvida Pa 
depende da diferença entre a temperatura da pele Tp e a do meio ambiente Ta e pode ser 
calculada pela equação 
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onde Ke é uma constante aproximadamente igual à 
 
 
 
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Exercício 7 
Considere uma criança nua, como uma área emissora de 0,9 m2, num ambiente cuja 
temperatura é de 20 oC. Supondo ser de 34 oC a temperatura de sua pele, calcule a 
diferença entre as potências irradiada e absorvida por essa criança. 
 
Outro processo importante é a perda de calor por convecção, que ocorre devido à 
diferença entre as temperaturas da pele Tp e do ar Tar. A potência desse processo pode 
ser calculada por: 
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onde A é a área do corpo exposta à convecção e Kc é uma constante que depende do 
movimento do ar. Se o corpo estiver em repouso, se a velocidade do vento for de 5 m/s, 
essa constante será igual a: 
 
 
 
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Exercício 8 
Considere uma criança nua, como uma área emissora de 0,9 m2, num ambiente cuja 
temperatura é de 20 oC. Supondo ser de 34 oC a temperatura de sua pele, calcule a perda 
de calor do corpo por unidade de tempo devido à convecção. 
 
 
Na temperatura ambiente normal e na ausência de trabalho ou exercícios intensos, a 
perda de calor devida à evaporação de suor não é significativa. Entretanto, ao fazer 
exercício intenso sob uma temperatura alta, uma pessoa pode eliminar um litro de suor 
por hora. Por esse processo, o calor do corpo é retirado na razão de 580 cal por grama de 
suor evaporado. O suor evaporado depende do vento e da umidade relativa do ar.