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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (2) 
 
 
 (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. 
Tabela 1 – Energia liberada em reações de oxidação 
Substância Energia liberada por litro de O2 
usado (kcal/ℓ) 
Valor energético 
(kcal/ℓ) 
Glicose 
Carboidratos 
Proteínas 
Gorduras 
Dieta típica 
Gasolina 
Carvão 
Madeira 
5,1 
5,3 
4,3 
4,7 
4,8 – 5,0 
– 
– 
– 
3,8 
4,1 
4,1 
9,3 
– 
11,4 
8,0 
4,5 
 
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). 
A energia associada ao metabolismo basal transforma-se em calor, liberado principalmente 
através da pele. A Tabela que segue fornece as razões de metabolismo basal (RMB) – definida 
como a razão entre a taxa de metabolismo basal e a massa do corpo – para diferentes animais. 
 
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Tabela 2 – Razão de metabolismo basal de vários animais 
Animal 
Massa 
(kg) 
RMB 
[kcal/(d.kg)] 
Cavalo 
Porco 
Homem 
Cachorro 
camundongo 
441 
 128 
 64,3 
 15,2 
 0,18 
11,3 
19,1 
32,1 
51,5 
 212 
 
Realização de Trabalho Externo 
A eficiência  com que o corpo humano realiza um trabalho externo W é 
 
 
 
 (4) 
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. 
Tabela 3 – 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 
 kcal/min W 
Dormindo 0,24 1,2 83 
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%. 
 
Tabela 4 – 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. 
 
 
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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 
 (5) 
onde T é a temperatura do corpo em K, A a sua área em m2,  a constante de Stefan-Boltzmann 
 
 
 
 (6) 
e  é a emitância do material considerado, para o corpo humano 
 (7) 
Assim, medindo-se a potência eletromagnética P irradiada por um objeto, têm-se a sua 
temperatura e vice-versa. 
 
Contudo, o corpo humano ao irradiar energia, simultaneamente absorve energia irradiada pelos 
objetos que a circundam. A diferença entre a potência irradiada Pi 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 
 (8) 
onde Ke é uma constante aproximadamente igual à 
 
 
 
 (9) 
 
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: 
 (10) 
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: 
 
 
 
 (11) 
 
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. 
 
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EXERCÍCIOS 
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, ). 
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. 
3 – Sabendo que um homem de 64,3 kg tem uma razão de metabolismo basal (RMB) de 32,1 
kcal/(d.kg), calcule a taxa de metabolismo basal de um homem de 76 kg. 
4 – Estime a ordem de grandeza da potência correspondente a absorção de oxigênio de 50 ml por 
minuto por quilograma de massa, por uma pessoa que tem uma dieta típica. 
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 alimentaçãodiária 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. 
 
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. 
 
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. 
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.