Discussion:
[?] Dubbio sul lavoro
(troppo vecchio per rispondere)
0.0 Brain
2003-08-26 09:52:05 UTC
Ciao,

Volevo porvi questo mio quesito:

Quanto lavoro compiono i muscoli del braccio di
un uomo che tiene ferma per 10 sec una massa di
1 kg sulla mano tesa orizzontalmente?
Siccome L=F*s, essendo s = 0, il lavoro sembrerebbe
nullo, ma sappiamo che i muscoli compiono lavoro,
infatti "bruciano" le riserve di energia... Insomma
come si ragiona? La conservazione dell'energia
puo' essere d'aiuto?

Grazie, ciao!
Federico Rampazzo
2003-08-27 07:12:15 UTC
Post by 0.0 Brain
Quanto lavoro compiono i muscoli del braccio di
un uomo che tiene ferma per 10 sec una massa di
1 kg sulla mano tesa orizzontalmente?
0!
Post by 0.0 Brain
Siccome L=F*s, essendo s = 0, il lavoro sembrerebbe
nullo,
E' NULLO!
Post by 0.0 Brain
ma sappiamo che i muscoli compiono lavoro,
non compiono "lavoro" ("lavoro" è il nome di una grandezza fisica)
Post by 0.0 Brain
infatti "bruciano" le riserve di energia... Insomma
come si ragiona? La conservazione dell'energia
puo' essere d'aiuto?
Il "lavoro" (in fisica!) si calcola come prodotto
fra lo spostamento e la forza parallala a questo.
Punto!
Il termine "lavoro" identifica questa specifica grandezza fisica.

I muscoli non compiono "lavoro" in quella situazione.
E' un concetto utile in molti frangenti.. non in questo.
Infatti non vi è nessun aumento di energia presso la
massa tenuta in sospensione.
Ciao
Fede
Claudio Falorni
2003-08-27 23:31:31 UTC
...Evidentemente ci sono dei
processi nell'organismo, forse derivanti dalla circolazione del sangue che
tendono naturalmente a rilassare i muscoli da molla a stato a riposo.
Quindi
l'energia fornita dal metabolismo delle "riserve di energia" (energia
chimica) serve per contrastare questo processo di rilassamento.... Si
dovrebbe vedere quanto varia il lavoro costantemente fatto dalla pressione
del sangue (e quindi dal cuore) nel caso di muscolo contratto rispetto a
muscolo rilassato...
La dilatazione dei vasi sanguigni all'interno del tessuto muscolare pur non
essendo probabilmente l'unico processo responsabile della contrazione del
muscolo (essendo un processo non comandato) si verifica comunque quando il
muscolo è nello stato contratto: vi è una modificazione strutturale e
fisicamente aumenta la costante elastica (la molla si fa più potente).
Durante la dilatazione dei vasi sanguigni la pressione compie lavoro. Ma
mantenere i vasi sanguigni dilatati comporta evidentemente un lavoro
superiore rispetto ad uno stato di riposo fatto dal cuore.
Vale l'eq di continuità: v1*S1=v2*S2 per un tubo di flusso quindi nei vasi
dilatati il sangue scorre più lentamente e la pressione nei vasi dilatati
deve aumentare dato che vale Bernoulli:
p1+1/2*ro*v1^2=p2+1/2*ro*v2^2=p2+1/2*ro*v1^2 * (S1/S2)^2;
p1+1/2*ro*v1^2 (1-(S1/S2)^2)=p2

p2>p1 se S2>S1

Nell'intervallo dt la pressione p1 compie il lavoro:
delta L1= p1*S1*v1*dt sulla massa di sangue ro*v1*S1*dt
mentre la pressione p2 compie il lavoro
delta L2= p2*S2 *v2*dt sulla massa di sangue ro*v2*S2*dt=ro*v1*S1*dt
(utilizzo l'eq. di continuità).
sempre per la continuità:
delta L2=p2*S1*v1*dt quindi:
delta L2=delta L1 + 1/2*ro*v1^2 (1-(S1/S2)^2) * S1*v1*dt
dove il 2° termine a 2° membro è il lavoro aggiuntivo compiuto dalla
pressione del sangue nel tempo dt nei pressi di un vaso sanguigno dilatato
da S1 a S2.

Non ho considerato la perdità di carico e le forze di capillarità (forze di
opposizione al movimento del fluido) che presumo siano importanti e che in
caso di diminuzione di velocità dovrebbero avere minore effetto.

Ciao Claudio
Claudio Falorni
2003-08-29 13:22:58 UTC
Federico Rampazzo wrote in message
Credo che dare una letta ad un testo di fisiologia
prima di scrivere.. al capitolo "l'apparato locomotore"
sarebbe stata una buona idea. :-)
Beh.... non ho certo il tempo per occuparmi anche di fisiologia... :-))
Cmq la fisica è sempre la solita e la domanda posta era comunque
interessante... inoltre il tale voleva una traccia "sul come si ragiona"
avendo chiaro il bilancio energetico.
Il principio della contrazione muscolare è elettrochimico!
Secondo quello che so l'energia chimica spesa è da correlarsi
col perdurare della presenza di un accumulo di carica positiva
(ioni calcio) fra le miofibrille di actina e miosina.
..avrai sicuramente ragione, ma il punto è un altro! (anche se quello che
hai descritto mi pare il meccanismo di conduzione nei tessuti nervosi invece
che muscolari...)
Non è di interesse per la domanda specifica sapere cosa provoca la
contrazione muscolare, ma il capire se viene compiuto lavoro extra per
mantenere il muscolo nello stato contratto.
Se c'è del lavoro fatto da alcune forze contro il campo elettrico degli ioni
positivi queste evidentemente porteranno ioni calcio a concentrarsi in dei
punti ed in uno stato stazionario gli ioni forse dovranno contemporaneamente
diffonfersi o disperdersi (2 processi che agiscono l'uno contro l'altro...
boh? non saprei).

In base alla tua spiegazione non è tuttavia chiaro:
1) In che modo e perchè il perdurare della presenza di un accumulo di carica
positiva causa un dispendio di energia;
2) Chi è che compie questo lavoro di "accumulo";
3) Infine, ma meno rilevante per il problema, come è fatta la correlazione
con l'energia chimica spesa (se esiste una correlazione).
La "fatica" poi è una sensazione... non una grandezza fisica.
D'accordissimo... infatti si vuole proprio stabilire se possiamo associare
alla sensazione di "fatica muscolare" un dispendio extra di energia rispetto
ad uno stato a riposo...
Il muscolo è naturalmente rilassato; il mantenerlo contratto
(con carichi o meno) consuma sempre e comunque dell'energia!
Consuma la solita energia nell'unità di tempo o di più?
:-))
Ciao
Fede
Ciao
Claudio
AAnDrEE
2003-08-31 21:03:40 UTC
Post by Claudio Falorni
La "fatica" poi è una sensazione... non una grandezza fisica.
D'accordissimo... infatti si vuole proprio stabilire se possiamo associare
alla sensazione di "fatica muscolare" un dispendio extra di energia rispetto
ad uno stato a riposo...
Beh sai, se stai fermo tre ore con una valigia pesantissima in mano consumi
calorie, anche se per la fisica la forza peso e la forza che tu eserciti col
braccio per contrastarla, non compiono lavoro. Ecco perche' fanno male i
libri delle superiori quando dicono che "l' uomo non compie lavoro perche'
e' fermo o perche' cammina perpendicolarmente alla forza". E' la forza
esercitata che (a livello macroscopico) non compie lavoro.
I muscoli mantengono un tono e ci sono continue contrazioni, quindi a
livello microscopico c'e' lavoro e dispendio di energia.
Altrimenti perche' parleremmo di energia fornita dagli alimenti e la
misureremmo in kcal o Joule?
Consumiamo energia anche dormendo... del resto si parla di metabolismo
basale.

Questi pasticci nascono IMHO perche' i libri di fisica anche universitari
pretendono di estendere la def. di lavoro di una forza data per un punto
materiale a sistemi complessi come l' uomo che non solo non e' un punto
materiale, ma non puo' essere analizzato solo dal punto di vista fisico.
Post by Claudio Falorni
Ciao
Claudio
ciao
andre
Claudio Falorni
2003-09-01 06:07:02 UTC
"AAnDrEE" ha scritto nel messaggio
Post by AAnDrEE
[cut]
Questi pasticci nascono IMHO perche' i libri di fisica anche universitari
pretendono di estendere la def. di lavoro di una forza data per un punto
materiale a sistemi complessi come l' uomo che non solo non e' un punto
materiale, ma non puo' essere analizzato solo dal punto di vista fisico.
Beh... intanto non capisco dove sia il "pasticcio"!!
Poi se fosse così come dici tu anche l'ingegneria non dovrebbe esistere... o
se esistesse dovrebbe essere qualcosa di simile alla "pranoterapia" o alla
"scienza delle erbe" o a quella che Piero Angela chiamava "scienza in
cucina"...
Quindi anche la medicina e la farmacologia avrebbero le loro basi
sull'alchimia.....
...ed estendere una teoria matematica, es. quella delle forme differenziali
esatte, ad una grandezza fisica, es. un potenziale termodinamico, non si
potrebbe fare perchè cambia "punto di vista" ?

Non continuo...(non sono assolutamente d'accordo.. c'è gente che applica
modelli della fisica statistica alle trasmissioni neuronali del cervello
umano...), ma riporto parte della riposta fornita in it.scienza.medicina:

"[...] L'equazione costitutiva del modello muscolare di Maxwell e'

dT/dt = dL/dt * (dP/dL + dS/d-eta) + dS/d-eta *d-delta/dt

dove l'incognita e' la tensione totale, L e' la lunghezza, P e' la tensione
imputabile a elementi connettivali in parallelo alle fibre contrattili, S e'
la tensione imputabile a elementi connettivali in serie alle fibre
contrattili, eta e' la lunghezza dell'elemento serie stirato e delta e'
l'accorciamento dell'elemento contrattile."

Come vedi viene trattato il muscolo como una struttura che ha la capacità
di variare la propria sigma ammissibile...

Ciao Claudio
AAnDrEE
2003-09-01 16:42:33 UTC
Post by Claudio Falorni
"AAnDrEE" ha scritto nel messaggio
Post by AAnDrEE
[cut]
Questi pasticci nascono IMHO perche' i libri di fisica anche
universitari
pretendono di estendere la def. di lavoro di una forza data per un punto
materiale a sistemi complessi come l' uomo che non solo non e' un punto
materiale, ma non puo' essere analizzato solo dal punto di vista fisico.
Beh... intanto non capisco dove sia il "pasticcio"!!
Poi se fosse così come dici tu anche l'ingegneria non dovrebbe esistere... o
se esistesse dovrebbe essere qualcosa di simile alla "pranoterapia" o alla
"scienza delle erbe" o a quella che Piero Angela chiamava "scienza in
cucina"...
Quindi anche la medicina e la farmacologia avrebbero le loro basi
sull'alchimia.....
...ed estendere una teoria matematica, es. quella delle forme
differenziali
esatte, ad una grandezza fisica, es. un potenziale termodinamico, non si
potrebbe fare perchè cambia "punto di vista" ?
Probabilmente non hai inteso cio' che ho scritto.
Mai pensato che l' ingegneria non abbia diritto di esistere, anzi. Solo che
prima di fare ingegneria ( e fisiologia) bisogna andare un po' oltre la
meccanica del punto. I libri di fisica di base hanno spesso fretta di
saltare alle applicazioni complesse.

Sulla "scienza in cucina" consentimi di non essere d' accordo nel
considerarla alla stregua della pranoterapia. Anche se tutti pensano di
saper fare una dieta esiste lo specialista in scienza della nutrizione,
branca della medicina che si basa pesantemente sulla fisiologia e sulla
biochimica.
Detto cio', veniamo al dunque.

Probabilmente nel pezzo che hai tagliato mi sono spiegato male, ma ho
scritto anche altro. Mi pare si capisse cosa volevo dire.

Il senso del discorso era che libri come l' Halliday dopo aver definito il
lavoro per un punto materiale si mettono prematuramente a fare esempi di
sistemi
complessi come un essere umano senza un minimo di cautela.
Intanto IMHO sarebbe meglio parlare di queste cose dopo aver definito il
lavoro
relativamente, quantomeno, a sistemi di punti e magari dopo la termodinamica
cosi' si
capirebbe perche' i nutrizionisti parlano di calorie...

Lo stesso discorso naturalmente vale anche quando, sempre sull' halliday,
nelle domande di fine
capitolo, si pongono quesiti sulla potenza del motore di una macchina e lo
si
ritiene lecito solo perche' si e' definita la potenza in riferimento al
punto materiale.
Un motore di macchina e' di nuovo un sistema complesso la cui potenza varia
in
relazione a mille fattori.

Certo che quando si hanno le giuste conoscenze di Fisica e Chimica si puo'
parlare del lavoro delle singole fibre muscolari. Ci mancherebbe!
Io non penserei mai che la fisologia sia "alchimia"...
E cosi' un ingegnere puo' ben parlare- a tempo debito e nei corsi adatti-
della potenza del motore di un' automobile, un ingegnere appunto, non uno
studente del primo anno.

Per concludere "i pasticci" stanno nel fatto che mettendo le cose in questo
modo, cioe' dicendo che "l' uomo che tiene la valigia in mano stando fermo
non compie lavoro" anziche' "la forza esercitata dal braccio non compie
lavoro" si induce a credere che il muscolo possa sorreggere un peso per un
tempo indefinito senza dispendio energetico (l' uomo non compie lavoro = non
si affatica) che e' una affermazione talmente
assurda che anche uno scaricatore di porto potrebbe dirti essere falsa. Ma
su questo mi pare che siamo d' accordo, altrimenti non avresti fatto
citazioni da manuali che presumo essere di fisiologia.
A proposito, puoi mandare qualche referenza?


ciao
andre
Federico Rampazzo
2003-09-04 07:18:03 UTC
Post by Claudio Falorni
Il principio della contrazione muscolare è elettrochimico!
Secondo quello che so l'energia chimica spesa è da correlarsi
col perdurare della presenza di un accumulo di carica positiva
(ioni calcio) fra le miofibrille di actina e miosina.
..avrai sicuramente ragione, ma il punto è un altro! (anche se quello che
hai descritto mi pare il meccanismo di conduzione nei tessuti nervosi invece
che muscolari...)
Il meccanismo al quale fai riferimento è un bel po' diverso
anche se sis basa sui medesimi principi di base (diffusione degli
ioni attraverso una membrana semipermeabile) e si basa principalmente
sugli ioni Cl- e K+ se non ricordo male (e il Ca2+ in percentuale
esigua)
Post by Claudio Falorni
Non è di interesse per la domanda specifica sapere cosa provoca la
contrazione muscolare, ma il capire se viene compiuto lavoro extra per
mantenere il muscolo nello stato contratto.
Il muscolo è composgto da tante miofibrille.. riunite in fibrille...
riunite in fibre ecc... Sostanzialmente la contrazione non avviene
per tutto il muscolo contemporaneamente ma diversi sottositi si
contraggono e si rilassano alternativamente. Macroscopicamente
tu non vedrai niente ma "microscopicamente" c'è un contrarsi
e rilassarsi ritmico di diverse regioni muscolari (se non ricordo male).
Post by Claudio Falorni
1) In che modo e perchè il perdurare della presenza di un accumulo di carica
positiva causa un dispendio di energia;
Beh.. per il solo fatto che gli ioni si concentrano
ci devono essere delle forze di natura chimica che
tendono a concentrarli e quindi a vincere le normali
forse di dispersione (bisognerebbe parlare di concentrazioni..
di osmosi... e cose così!) Sono delle driving forces..
e in ogni caso non è un equilibrio locale statico (cioè gli
ioni non sono fermi) ma globale e di flussi (alcuni
entrano.. altri escono).
Post by Claudio Falorni
2) Chi è che compie questo lavoro di "accumulo";
Dissociazioni chimiche => energia => variazione di concentrazione
del n° di particelle => migrazioni di ioni!
Post by Claudio Falorni
3) Infine, ma meno rilevante per il problema, come è fatta la correlazione
con l'energia chimica spesa (se esiste una correlazione).
Bella domanda... Fallo x esercizio :-) (come diceva un mio prof.
quando uno studente gli faceva una domanda interessante!)
Post by Claudio Falorni
Il muscolo è naturalmente rilassato; il mantenerlo contratto
(con carichi o meno) consuma sempre e comunque dell'energia!
Il muscolo.. è naturalmente CONTRATTO!
Prova a prendere in braccio una persona svenuta..
e una persona che dorme.. il TONO muscolare è nettamente diverso..
e la persona svenuta ha comunque del tono..

Scappo, sono di fretta.
Ciao
Fede