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SECCIÓN SECUNDARIA

CIENCIAS II

Tema: ¿Qué relación tiene la física con la nutrición?

Nombre: Alejandro Martínez Silva.

Fecha: junio 2015

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Índice

INTRODUCCIÓN 3 pág.

CONCEPTUALIZACIÓN 5 pág.

NUTRICIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA 7 pág.

LA UTILIZACIÓN DIARIA DE ENERGÍA 8 pág.

LA ENERGÍA Y LAS CALORÍAS; LA EQUIVALENCIA DEL CONSUMO DIARIO. 9 pág.

SISTEMAS DE MEDICIÓN DE CALORÍAS DE UN ALIMENTO 11 pág.

NUTRICIÓN Y SU RELACIÓN CON EL MAGNETISMO 12 pág.

EL CUERPO HUMANO Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS 13 pág.

TERMODINAMICA APLICADA EN EL CUERPO HUMANO 14 pág.

ENERGÍA QUÍMICA EN LOS ALIMENTOS 15 pág.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA 16 pág.

CONCLUCIÓN 17 pág.

BIBLIOGRAFÍA 18 pág.

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INTRODUCCIÓN

El tema que investigamos es muy importante y algo difícil de entender porque cuando pensamos en física se nos viene a la mente números, formulas etc., no el tema de nutrición, por eso en este trabajo de investigación explicare la relación que tiene la física con la nutrición, la nutrición; es principalmente el aprovechamiento de los nutrientes, manteniendo el equilibrio del organismo; también con la nutrición el cuerpo puede realizar procesos biológicos, en el que los organismos asimilan los alimentos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento del cuerpo. Y Los alimentos nos proporcionan energía para nuestra actividad diaria y para nuestras funciones vitales como la respiración, la contracción del corazón, el mantenimiento de nuestra masa ósea y muscular, la regulación del movimiento de nuestros músculos, el mantenimiento de la masa de nuestros huesos, la función adecuada de nuestro sistema nervios y así podríamos seguirnos con todos los órganos de nuestro cuerpo desde la piel hasta el uso de nuestras funciones intelectuales (como aprender).

Así que podemos decir que la energía es indispensable para nuestro cuerpo y esta la obtenemos de los alimentos que comemos a diarios. Otro concepto que es necesario conocer y comprender es que la energía, se transforma, ¿y cómo el cuerpo la transforma? pues al ingerir alimentos estos se convierten en calorías, que nos ayudan a todas las funciones que nos permiten estar vivos, el cuerpo humano necesita un aporte de nutrientes continuo y adecuado.

El tema principal de este tema es conocer la relación que tiene la física con la nutrición, qué pasa cuando ingieres los alimentos, como el cuerpo transforma en energía todos los alimentos que comemos, como extrae los nutrientes esenciales de los cuerpos y como los aprovechamos para realizar las actividades diarias.

Observaremos que al nutrirnos el organismo se encarga de extraer calorías que nos sirve para el rendimiento físico, caminar y para la vida diaria; una dieta adecuada, en términos de cantidad y calidad nos dará toda esta energía indispensable para la realizar nuestras actividades diarias.

El cuerpo humano, como todos los seres vivos, se alimentan para realizar un trabajo durante un período de tiempo (trabajar durante un día, hacer ejercicio, etc.) y la energía que consume es transformada diariamente y se mide en kilocalorías (calorías).Esto es importante ya que para poder generar kilocalorías (calorías) se necesita nutrirnos de manera correcta.

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Otro punto del tema es son los Joules y las calorías; Esto es muy importante ya que el cuerpo necesita 2000 kilocalorías que esto es equivalente 8.369,8 Joules y estos son necesarios para realizar actividades o trabajos de la vida diaria ya que es la unidad de la energía.

Así que todas las actividad de nuestra vida implica que transformemos algún tipo de energía en otra, esto no sería posible conocerlo sin la ayuda de la física ya que por medio de esta podemos entender la transformación de los nutrientes en energía que requiere nuestro cuerpo y entendemos que los nutrientes y calorías son esenciales; para lograr tener fuerza y energía, pues es necesario llevar una buena alimentación cuidando las calorías que ingeríamos y ver que nutrientes nos hacen falta para nuestro desarrollo físico.

La energía química es otro tema indispensable para explicar la relación de la física con la nutrición ya que la energía está en los alimentos que ingerimos a diario, para poder desarrollar diversas funciones Así, el organismo transforma la energía química de los alimentos en energía mecánica, energía térmica y energía eléctrica.

Analizaremos que los alimentos tienen energía química almacenada y mediante éstos obtenemos la energía necesaria para vivir, mantener nuestra temperatura, realizar trabajo, etcétera además los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y vitaminas para poder estar sano.

Veremos las 3 leyes termodinámica  y como se cumplen en el cuerpo humano ya que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un entorno de temperatura generalmente inferior, otra parte está continuamente intercambiando material y energía con sus alrededores (metabolismo), consumiendo energía para desarrollar los trabajos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor energía (catabolismo).

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CONCEPTUALIZACIÓN

Física: Es la ciencia que estudia el comportamiento y las relaciones entre la materia, la energía, el espacio y el tiempo, la física investiga los fenómenos que ocurren en la naturaleza y en el universo con el objeto de establecer leyes matemáticas que puedan predecir su comportamiento.

Nutrición: Se refiere a los nutrientes que componen los alimentos, implica los procesos que suceden en tu cuerpo después de comer, es decir la obtención, asimilación y digestión de los nutrimientos por el organismo.

Energía: El concepto de energía está relacionado con la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo. La energía es una magnitud abstracta que está ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Se trata de una abstracción que se le asigna al estado de un sistema físico. Debido a diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.), todos los cuerpos poseen energía.

Conducción: Es el fenómeno consistente en la propagación de calor entre dos cuerpos o partes de un mismo cuerpo a diferente temperatura debido a la agitación térmica de las moléculas, no existiendo un desplazamiento real de estas.

Convección: Es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir la continuidad física del cuerpo.

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Radiación: La transmisión de calor entre dos cuerpos los cuales, en un instante dado, tienen temperaturas distintas, sin que entre ellos exista contacto ni conexión por otro sólido conductor.

Termodinámica: Parte de la física que estudia la acción mecánica del calor y las restantes formas de energía

Kilocaloría (caloría): La cantidad de energía que aportan los alimentos

Entropía: Magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un sistema

Metabolismo: Conjunto de los cambios químicos y biológicos que se producen continuamente en las células vivas de un organismo.

Anabolismo: Conjunto de procesos metabólicos en los cuales se produce la síntesis de moléculas a partir de otras más simples.

Catabolismo: Fase del proceso del metabolismo en la cual se destruye la sustancia de los seres 

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NUTRICIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA

Los seres vivos necesitan energía para realizar sus funciones y en el ser humano, la nutrición, es el modo más básico de lograrlo. No debemos olvidar que las células de todos los sistemas del organismo necesitan energía.

En el rendimiento de una persona activa influyen diversos factores, entre otros, el entrenamiento, la genética y la alimentación. Éste último es un factor muy importante a la hora de mejorar la actividad física, hasta tal punto que el tiempo de entrenamiento y de preparación puede verse afectados por una incorrecta alimentación.

La dieta de una persona activa debe cubrir las demandas energéticas de la actividad realizada, para mantener un peso corporal adecuado. La ingesta de calorías de una persona sedentaria debe abarcar la cantidad suficiente de éstas, para poder realizar actividades diarias como son vestirse, peinarse, estudiar, trabajar, etc. Pero una persona que realiza actividad física necesita un aporte de calorías acorde a la frecuencia, a la intensidad y a la duración de la misma.

Para un sedentario sano, la distribución calórica aproximada de nutrientes diarios sería 50% de hidratos de carbono, 15% de proteínas y 35% de grasas, porcentajes que, obviamente, varían en las personas activas.

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LA UTILIZACIÓN DIARIA DE ENERGÍA

La utilización principalmente de la energía durante el día es: La primera que es el índice metabólico de reposo y es la energía básica que

necesita el organismo para las actividades elementales de todos los días; a saber: mantener su temperatura, respirar, circular nuestra sangre, digerir, alimentarnos, pensar, hablar, etcétera.

La segunda es la necesaria para la actividad física que desarrollemos sea deporte, trabajo o estar en la casa; y es conocida como factor de actividad.

La tercera es el factor de injuria; y se aplica en los casos en que existen enfermedades, operaciones o periodos de recuperación de alguna operación o enfermedad.

La eficiencia con que una persona convierte la energía de reserva de su organismo en otra depende siempre de cada organismo. Estas corresponden a la masa corporal, edad, sexo, estados biológicos, efecto térmico del ejercicio, y el cambio inducido por la propia ingestión de los alimentos.

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LA ENERGÍA Y LAS CALORÍAS; LA EQUIVALENCIA DEL CONSUMO DIARIO.

El concepto de energía se aplica en la nutrición en lo que refiere al consumo de alimentos y la cantidad que el ser humano requiere para vivir. A pesar de parecer dos cosas elementales, esto implica que el ser humano es un transformador de tipos de energía que funciona en forma permanente o constante y a que podemos ver la segunda relación.

En física existen diversas formas de medir la energía; pero la más común es el 'Joule'; el que representa las unidades de [kg.m2 / seg2].Otras formas de medir la energía son:

1 kilocaloría (kcal) = 1000 calorías1 caloría (cal) = 4,184 julios (J)1 caloría (cal) = 4,129 x 10-2 atmósfera litro (atm L)1 caloría (cal) = 1,162 x 10-6 kilowatio hora (kW.h)1 caloría (cal) = 3,086 pies libra (ft lb)1 atmósfera litro (atm L) = 24,22 calorías (cal)1 electrón voltio (eV) = 3,829 x 10-20 calorías (cal)1 ergio (erg) = 2,390 x 10-8 calorías (cal)1 julio (J) = 0,239 calorías (cal)1 kilowatio hora (kW.h) = 860 kilocalorías (kcal)1 pie libra (ft lb) = 3,24 x 10-4 kilocalorías (kcal)1 unidad térmica británica (btu) = 252 calorías (cal)

La caloría nació como unidad de "calor" cuando se creía que el calor era una sustancia que había que cuantificar dado que se podía entregar en forma de "calor" o de un trabajo mecánico. Entonces, una caloría era la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua un grado centígrado. Luego, se pudo establecer que una caloría eran 4,1868 Joules. Por lo tanto, 2000 KCal eran 8373600 Joules.

Sabiendo que una persona requiere diariamente un promedio de 2000 kilocalorías, deducimos que consume 8.3698 Kilojoules lo que es decir 8,3 MegaJoules. Energía equivalente a la requerida para mantener encendida una bombilla de 100 Watts durante 23 horas y 15 minutos.

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En definitiva, el cuerpo humano, como todo los organismos vivientes, se alimenta (ingiere combustible) para efectuar un trabajo durante un período de tiempo (trabajar durante un día) y la energía que transforma diariamente se mide en kilocalorías (las que mucha gente para evita decirle kilocalorías y la llama directamente calorías).

Volviendo entonces a la nutrición, toda nuestra actividad (inclusive la de abastecernos de energía, también conocida como comer), implica que transformemos algún tipo de energía en otro.

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SISTEMAS DE MEDICIÓN DE CALORÍAS DE UN ALIMENTO

Estos sistemas nos permiten saber cuántas calorías tiene un alimento y así ver si nos conviene o no ponerlo en nuestra dieta

Sistema AtwaterA diferencia del calorímetro este es un método indirecto que nos da una estimación de las kilocalorías a partir de los componentes de los alimentos. El sistema se desarrolló a partir de los estudios experimentales de Atwater y sus colegas a finales del siglo 19 y primeros del 20 en la Universidad de Wesleyan en Middletown, Connecticut.

En este caso la energía no se determina directamente por la quema de los alimentos, sino que se calcula la suma de las kilocalorías proporcionadas por los nutrientes que contienen energía, es decir, de las kilocalorías que aportan las proteínas, los hidratos de carbono, las grasas y el alcohol.

Para saber las Calorías que contienen los nutrientes se utiliza lo que se conoce como Factor de Atwater.

Calorímetro

Es un método muy  sencillo  que determina la energía contenida en sustancias tales como combustibles y alimentos a partir del calor generado por su combustión. El alimento se quema en una cámara de metal que se coloca en un recipiente bien aislado, generalmente con una doble pared de aluminio, lleno de agua a donde se transferirá el calor  generado por la combustión. Sabiendo el aumento de la temperatura del agua y los pesos tanto del alimento como del agua, se puede calcular el calor liberado por la sustancia. Cuanto más calor se necesite para aumentar la temperatura del agua, más energía (kilocalorías) tendrá ese

alimento .Aunque es un método directo y sencillo de usar, hoy en día se prefieren otros sistemas para este fin.

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NUTRICIÓN Y SU RELACIÓN CON EL MAGNETISMO

Los imanes tienen gran influencia en los procesos metabólicos. El hierro se encuentra en una proporción de aproximadamente 5 gramos en el cuerpo humano y su mayor concentración se halla en la hemoglobina en sangre. La función de la hemoglobina es transportar el oxígeno a las células. Los imanes aceleran el desplazamiento de la hemoglobina en los vasos sanguíneos, disminuyendo los depósitos de calcio y colesterol. Del mismo modo, se van reduciendo las adherencias tóxicas que hubiera en las paredes internas de arterias y venas, conduciendo a la disminución de los riesgos de hipertensión arterial.

Las funciones del Sistema Nervioso Autónomo son regularizadas por la acción de los imanes, el cual influye directamente sobre los distintos órganos y también sobre el equilibrio hormonal. Por este motivo, la piel recupera brillo, flexibilidad y humedad natural.Las ondas magnéticas penetran en los tejidos grasos, la piel y los huesos optimizando la nutrición a nivel celular.

Los imanes aplicados en cualquier zona del cuerpo benefician a todo el organismo pues su acción se traslada por medio de la sangre y la conducción nerviosa.

La acción de los imanes en la sangre genera una corriente electromagnética que produce su ionización (orden en sus componentes). La energía producida irá eliminando los desórdenes orgánicos y aumentando la reproducción a nivel celular.

ENERGÍA QUÍMICA EN LOS ALIMENTOS

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Los alimentos también almacenan energía química y mediante éstos los organismos obtienen la energía necesaria para vivir, es decir, para formar y renovar tejidos, mantener su temperatura, realizar trabajo muscular, etcétera.

Los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos (grasas), las proteínas y las vitaminas, a los cuales se les denomina biogenésicos (por ser de origen orgánico); otros nutrimentos de origen inorgánico son el agua y los minerales como el sodio, el fósforo, el azufre, el cloro, el cobalto, el manganeso y el zinc.

Los organismos utilizan los alimentos para obtener de ellos energía y nutrimentos; estos últimos son descompuestos para ser utilizados en el crecimiento y restauración celular. A este proceso de transformación se le denomina metabolismo.

La energía que se puede metabolizar a partir de los carbohidratos es de 4 kcal por gramo; de los lípidos, de 9 kcal por gramo y, de las proteínas, de 4 kcal por gramo. Se recomienda que en una dieta adecuada se ingieran alimentos que proporcionen aproximadamente 3.000 kcal por día (según la actividad física que se desempeñe), que contengan, de manera balanceada, todos los nutrimentos. Por ejemplo: 75 g de proteínas, 80 g de lípidos y de 400 a 500 g de carbohidratos. Además, se debe considerar que el agua es muy importante como nutrimento y que los seres humanos necesitan de 2 a 2,5 litros  por día, aunque los alimentos también proporcionan una cantidad proporcional de ella que se conoce como agua metabólica.

Es necesario recordar que los organismos obtienen energía a través de un mecanismo autotrófico o heterotrófico.

El mecanismo autotrófico es propio de las plantas, algas y cianobacterias que, a partir de dióxido de carbono y energía luminosa del Sol, producen oxígeno y glucosa. De esta última se forman moléculas más complejas.

El mecanismo heterotrófico es propio de organismos como los de los animales; éstos ingieren el alimento previamente elaborado (carbohidratos, lípidos, etcétera), sus células lo oxidan mediante la respiración y con ello producen CO2, vapor de agua y otras sustancias de desecho.

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EL CUERPO HUMANO Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS

Los seres humanos necesitamos mantener una temperatura interna constante, cercana a los 37 grados Celsius. Con esta temperatura, podemos mantener el corazón funcionando, los músculos en alerta, el sistema nervioso funcionando, los intestinos moviéndose. Para mantener toda esta actividad, obtenemos nuestra energía sólo de los alimentos. De acuerdo a la cadena alimentaria, la especie humana obtiene los nutrientes y la energía a partir de plantas y animales.

La energía va desde el alimento a nuestro cuerpo, para desarrollar diversas funciones mediante transformaciones de la energía. Así, el organismo transforma la energía química de los alimentos en energía mecánica (movimiento), energía térmica (calor) y energía eléctrica (transmisión de impulsos nerviosos).

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TERMODINAMICA APLICADA EN EL CUERPO HUMANO

El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto, que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un entorno de temperatura generalmente inferior que se pude tomar como una media de 15ºC. Por otra parte está continuamente intercambiando material y energía con sus alrededores (metabolismo), consumiendo energía para desarrollar los trabajos internos y externos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor energía (catabolismo).

Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, por eso es un sistema termodinámico inestable lo que provoca su evolución permanente, o sea la vida misma. Precisamente la muerte implicaría un estado de máxima entropía. Para que el organismo vivo pueda mantenerse en dicho estado es necesario que elimine el exceso de entropía que se produce continuamente inherente a los procesos vitales: circulación de la sangre, respiración, etc.

La primera ley de la termodinámica nos dice que la energía no se crea ni se destruye solo se trasforma , en organismos vivientes las reacciones más frecuentes son irreversibles y no son hechas en condiciones adiabática y es por eso que la aplicación de las leyes de la termodinámica se limita bastante , en sistemas biológicos el proceso de clasificación de las propiedades de sistemas es más complicado pero en general podemos decir que los seres vivos no son sistemas en equilibrio , estos organismos son organismos abiertos que intercambian energía y materia con el entorno.

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LEYES DE LA TERMODINÁMICA

La primera Ley de la termodinámica o Ley de la conservación de la energía, enuncia que la energía es indestructible, ya que no se pierde, sino que se transforma.

La segunda Ley de la termodinámica indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja. En esta Ley aparece el concepto de entropía.

La tercera Ley de la termodinámica afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos, ya que a medida que el sistema se acerca al cero absoluto, el intercambio calórico es cada vez menor hasta llegar a ser casi nulo

¿Se cumplen las leyes de la termodinámica en los seres vivos?

Los seres vivos presentan un constante flujo de energía porque son sistemas termodinámicos abiertos, ya que continuamente están intercambiando materia, energía e información con su medio ambiente, con el que mantienen un equilibrio dinámico.

Actualmente es común escuchar el término bioenergética, aplicándolo a los seres vivos como sistemas termodinámicos.

Todos los seres vivos realizan tres funciones básicas: relación, nutrición y reproducción y como resultado del proceso evolutivo, todos los organismos, independientemente de la complejidad que poseen, presentan determinadas características comunes que implican transformaciones continuas e intercambio de energía, relacionadas con el funcionamiento del individuo como sistema termodinámico.

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CONCLUCIÓN

A lo largo de este tema hemos investigado y analizado las relaciones que hay entre la física y la nutrición, y que la física no son solo formulas, números y datos sino que nos hace comprender y entender cómo se relaciona con una actividad tan básica de nuestro cuerpo como lo es ese proceso de nutrición y que gracias a él podemos realizar nuestras actividades diarias.

Hemos visto que la energía es indispensable para poder realizar las actividades de la vida cotidiana y que esta energía no las brindan los alimentos que consumimos y por ello la importancia de una buena alimentación con un alto contenido de nutrientes y que con esta energía el cuerpo realiza funciones básicas como lo es la actividad física, mantener su temperatura, respirar, circular nuestra sangre, digerir, alimentarnos, pensar, hablar, etcétera. También aprendimos como el cuerpo extrae de los alimentos energía química y como la transforma en energía mecánica y calorífica que la utilizamos todo el tiempo

Aprendimos que los alimentos nos aportan nutrientes y que gracias a la física podemos hacer ese proceso de medir en calorías, y que estas, las brindan nuestros alimentos que ingerimos y que estos son como un combustible para el cuerpo realice un trabajo durante un período de tiempo. Y que las calorías se relacionan con la física ya que el cuerpo necesita 8.3698 Kilojoules es decir 2000 calorías diarias de acuerdo a la edad.

Y que hay una relación constante con las leyes de la termodinámica ya que las personas presentan un constante flujo de energía que transforma, porque son sistemas termodinámicos y que continuamente están intercambiando materia en energía.

Así que puedo decir que la física es una materia complicada porque hay que entender todos esos procesos y leyes de está, que se relacionan con la nutrición y funcionamiento del cuerpo humano, así también entender que la nutrición no es solo un tema de biología y formación cívica, sino de todas nuestras materias y que es importante que nos enseñen que comer para tener un mejor rendimiento y una vida saludable.

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BIBLIOGRAFÍA

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Energiaquimicaycombustion.htm

http://biologia.cubaeduca.cu/medias/interactividades/termodinamica/co/modulo_Raiz_5.html

https://educacionfisicaplus.wordpress.com/2012/11/12/nutricion-y-actividad-fisica/

http://www.zonadiet.com/nutricion/energia.htm

http://graficas.explora.cl/otros/energia/serhumano.html

https://www.biomagnetico.com/que-es-magnetismo

http://nergiza.com/como-se-calcula-la-energia-de-los-alimentos/

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