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MSC. FSCA. VANESSA OLVEA DE VILLANUEVA

BIOFÍSICA

ÍNDICE

• SEMANA INTRODUCCION A LA BIOFISICA
• MAGNITUDES FISICAS.….………………………..…………..……………….…….......
• CAPÍTULO
• BASES DE CINEMÁTICA ……………………………….……...………..……….….......
  • CAPÍTULO
  • BIOMECANICA I………………………..……...……..….…………………..…………...
  • CAPÍTULO
  • BIOMECANICA II …………………………………………………………………..…….
  • CAPÍTULO
  • MECÁNICA DE LA AUDICIÓN …………………..………….…………….…………...
  • CAPÍTULO
  • PROPIEDADES TERMICAS DE LA MATERIA …………………….………………..
  • CAPÍTULO
  • HIDROSTATICA MEDICA ……………….……..…….…………………………….…..
  • CAPÍTULO
  • HEMODINAMICA ……………………………..………………………………………...
  • CAPÍTULO
  • TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA EN SERES VIVOS…………………………..
    • BIBLIOGRAFIA…………………………………..……………………….…..….....

(las membranas, los organoides bioenergéticos, los sistemas mecano-químicos), Los modelos

físico-matemáticos de los procesos biológicos.

De otro lado, el establecimiento de las bases biofísicas de los fenómenos arriba mencionados

ha sido básico para el desarrollo de dispositivos técnicos, aparatos y medidores para obtener

bioinformación, equipos de autometría y telemetría; que permiten un diagnóstico médico más

efectivo y confiable.

En la actualidad el desarrollo de la Medicina depende en gran medida de su capacidad

tecnológica, la cual está determinada por el desarrollo del conocimiento biofísico soporte de la

Bioingeniería.

Microscopios Termómetros Ecografías fluidoterapia

Tomógrafos Rayos láser Rayos X

CAPITULO 0 1

1. LA FÍSICA:

La palabra Física proviene del término griego “physis” que significa “Naturaleza”, por lo tanto, la

Física podría ser la ciencia que se dedica a estudiar los fenómenos naturales; este fue el enfoque de la

Física hasta principios del siglo XIX con el nombre de ese entonces “Filosofía Natural”. A partir del siglo

XIX se redujo al campo de la Física, limitándola al estudio de los llamados “Fenómenos Físicos”, los

demás se separaron de ella y pasaron a formar parte de otras ciencias naturales. Es innegable que el

estudio de la Física involucra la experimentación del fenómeno y la cuantificación del mismo, por eso es

importante combinar la teoría, con la práctica o experimento del fenómeno en estudio; pues así lo

hicieron los grandes científicos como Arquímedes, Galileo, Newton, Einstein entre otros_._

2. FENÓMENO:

Es el cambio o modificación que sufren los cuerpos de la naturaleza, bajo la influencia de diversas

formas de energía; existen muchos fenómenos. Nos ocuparemos solo de tres fenómenos:

2.1 FENÓMENO FÍSICO:

Es el cambio que sufre la materia sin alterar su estructura íntima. Se caracteriza por ser

reversible. Por ejemplo: la caída de un papel, el ciclo del agua, la conducción del calor, alargamiento

de un cuerpo elástico, etc

2.2 FENÓMENO QUÍMICO:

Es el cambio que sufre la materia experimentando una alteración en su estructura química. Se

caracteriza por ser irreversible, es decir el cuerpo no vuelve a ser jamás lo que inicialmente era. Por

ejemplo: fermentación de la uva , oxidación de un clavo, la respiración ,etc.

2.3 FENÓMENO FÍSICO-QUÍMICO:

Este fenómeno tiene algunas características del fenómeno físico y otras del químico. Por

ejemplo: las explosiones nucleares, etc.

3. MAGNITUDES:

La FÍSICA es una rama de la ciencia de tipo

experimental, que observa, estudia y gobierna

mediante leyes los llamados fenómenos físicos.

4. SISTEMA DE UNIDADES:

El sistema de unidades es la agrupación ordenada de unidades de medida de las magnitudes físicas;

hasta hace algunos años eran de uso frecuente los siguientes sistemas:

4.1 SISTEMAS ABSOLUTOS:

Estos sistemas se caracterizan por tomar como magnitudes fundamentales a la longitud, a la

masa y al tiempo.

TABLA Nº 1 : SISTEMA ABSOLUTO

4.2 SISTEMAS TÉCNICOS O GRAVITATORIOS:

Estos sistemas elegían como magnitudes fundamentales a la longitud, a la fuerza y al tiempo.

TABLA Nº 2 : SISTEMA TECNICO

En la actualidad se emplea un sistema más coherente, donde las magnitudes fundamentales son

siete, en el cual cada magnitud física posee una adecuada unidad de medida. Sistema Internacional

de Unidades (SI).

4.3 SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI):

El Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es importante porque agiliza, facilita y simplifica

el intercambio comercial, técnico y científico internacional. Está conformado por dos rubros

importantes que son:

 Unidades del Sistema Internacional. (unidades Base, unidades suplementarias y unidades

derivadas)

 Múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades del Sistema Internacional (Notación

Exponencial).

F

TABLA Nº 3 : Unidades Base

TABLA Nº 4 : Unidades Suplementarias

TABLA Nº 5 : Unidades Derivadas

*En la tabla N° 5 se muestran solo algunas unidades derivadas.

consiguiente, jamás se escriben con letra mayúscula, salvo en el caso de comenzar la frase o luego de

un punto.

Fig. 3 : Representación correcta de unidades de medida.

Las unidades de medida, los múltiplos y submúltiplos solo podrán designarse por sus nombres completos o

por los símbolos correspondientes reconocidos internacionalmente. No está permitido el uso de cualquier

otro símbolo o abreviatura.

Fig. 4 : Representación correcta de unidades de medida.

6. EQUIVALENCIAS:

Daremos a conocer las equivalencias entre las unidades de medida que utilizaremos en los

diferentes temas de este módulo.

Longitud Masa Volumen

C. Presión D. Volumen E. Energía

Equivalencias utilizadas en la dosificación farmacológica

Las cucharillas dosificadoras, que pueden llenarse más o menos, por lo que no

resultan del todo exactas, pudiendo ser preferible medir su volumen con una jeringa.

Si el medicamento no contiene cuchara dosificadora, pueden utilizarse las medidas

domésticas planteadas en la siguiente Tabla.

Si la dosis viene definida en gotas, el tamaño puede variar dependiendo de la

viscosidad de la solución, del cuentagotas, etc.

Longitud de onda de la luz visible 4 a 7 x 10

- 7

Diámetro de una mitocondria 0,5 a 1 x 10

- 6

Diámetro de una bacteria grande 10

- 6

Diámetro de las células hepáticas de un mamífero 2 x

- 5

Hombre 1 a 2 x 10

0

Ballena 3 x 10

1

Diámetro de la Tierra 1,3 x 10

7

Diámetro del Sol 1,2 x 10

9

Distancia de la Tierra al sol 1,5 x 10

11

Diámetro de nuestra Galaxia 10

22

Fenómenos Nucleares 10

- 23

a 10

- 10

Cadenas de reacciones bioquímicas 10

- 8

a 10

2

Contracción rápida de un músculo estriado (parpadeo) 10

- 1

Tiempo de generación de una bacteria típica 3 x 10

3

Tiempo de generación de un protozoo vivo 10

5

Tiempo de generación de un mamífero pequeño 4 x 10

7

Vida media de un mamífero grande 4 x

8

a 4 x 10

9

Vida media de un lago 10

10

a 10

12

Era de los mamíferos 3 x 10

15

Era de los vertebrados 10

16

Edad de la vida > a 10

17

Edad de la tierra 2 x 10

17

TABLA Nº 8 : TIEMPOS REPRESENTATIVOS EN SEGUNDOS

9. ANALISIS DIMENSIONAL

El análisis dimensional es una herramienta muy importante que nos permite hacer mediciones o

comparaciones ya sea de manera directa o indirecta. Gracias al análisis dimensional podemos relacionar

las magnitudes fundamentales con las magnitudes derivadas, aprovechando el hecho de que las

dimensiones pueden tratarse como cantidades algebraicas

9.1 ECUACIONES DIMENSIONALES:

Son expresiones matemáticas que colocan a las magnitudes derivadas en función de las

fundamentales; utilizando para ello las reglas básicas del algebra, menos las de suma y resta. Estas

ecuaciones se diferencian de las algebraicas porque sólo operan en las magnitudes.

Se denota:

[𝑋] = 𝑳

𝒂

𝒃

𝒄

𝒅

𝒆

𝒇

𝒈

𝑺𝒆 𝒍𝒆𝒆 𝑬𝒄𝒖𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝑫𝒊𝒎𝒆𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍 𝒅𝒆 “𝑥”

TABLA Nº 9 : ECUACIONES DIMENSIONALES DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES

TABLA Nº1 0 : ECUACIONES DIMENSIONALES DE LAS MAGNITUDES DERIVADAS

BcgiNUduWUuTFZ5WlGpAFCYC5S-XRDC2BOhmPd8oYucVTyefPd-zgqbANwAPVqIUh9c4TnDf9IbYNA

IMPORTANTE:

 Algunas magnitudes tienen la misma ecuación dimensional como, por ejemplo:

[Trabajo] = [momento de fuerza] = [energía] = [calor]

 Los ángulos, funciones trigonométricas y en general los números y factores numéricos son

adimensionales y por lo tanto su ecuación dimensional es igual a 1.

Funciones trigonométricas: [sen30º] = 1, [secθ] = 1

Funciones logarítmicas: [log 2

8] = 1; [log N]= 1

Todo numero: [8,5] = 1; [

] = 1; [ # ] = 1

Constantes numéricas: [ π ] = 1; [ е ] = 1

 Las constantes físicas no son adimensionales.

[Gravedad] = [g] = [ 9,8 m/s

2

] = L T

• 2

9.2 PRINCIPIO DE HOMOGENEIDAD DIMENSIONAL:

En una fórmula física, todos los términos de la ecuación son dimensionalmente iguales.

Ejemplo:

En la siguiente fórmula física:

h = a + b.t + c.t

2

Donde: h : altura t : tiempo

Hallar la dimensión de a, b y c.

Resolución:

Principio de homogeneidad dimensional:

9.3APLICACIONES: CASOS ESPECIALES

PROPIEDADES DE LOS ÁNGULOS

Los ángulos son números, en consecuencia, la dimensión de los ángulos es igual a la

unidad.

Ejemplo:

En la siguiente fórmula física, hallar la dimensión de x.

A = K. Cos (2π.x.t)

Dónde: t : tiempo

Resolución:

La dimensión del ángulo es igual a la unidad:

PROPIEDAD DE LOS EXPONENTES

Los exponentes son siempre números, por consiguiente, la dimensión de los exponentes

es igual a la unidad.

Ejemplo:

En la siguiente fórmula física, hallar la dimensión de K. x = A

3Kf

Dónde: f : frecuencia

Resolución: La dimensión del exponente es igual a la unidad:

PROPIEDAD DE ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN

En las operaciones dimensionales no se cumplen las reglas de la adición y sustracción.

L + L = L ... (1)

M – M = M ... (2)

Ejemplo:

Hallar la dimensión de R en la siguiente fórmula física: R = (k–t)(K

2

+a)(a

2

- b)

Donde: t : tiempo

Resolución:

Principio de homogeneidad dimensional:

9.4 FÓRMULAS EMPÍRICAS:

Son aquellas fórmulas físicas que se obtienen a partir de datos experimentales conseguidos

de la vida cotidiana o en el laboratorio de ciencias.

Ejemplo:

La energía cinética E de un cuerpo depende de su masa "m" y de la rapidez lineal V

Hallar: x + y

Resolución:

Aplicando el principio de homogeneidad dimensional.

A bases iguales le corresponden exponentes iguales:

Para M: x = 1 Para L: y = 2 Luego: (x+y) = 3

1. Halle la dimensión de “A” y “B” en la siguiente fórmula física:

Donde; W: trabajo; v : volumen; F : fuerza

a) T, MLT

• 1

b) L, M

• 2

LT

4

c) L, T

4

d) M, L

• 9

e) T, L

2. Una gragea de un medicamento contiene 12 mg del agente activo. Si este medicamento se

suministra dos veces al día a un paciente. ¿Cuántos μg ingirió el paciente en 4 días de

tratamiento?

a) 9,6 x 10

4

μg

b) 2,4 x 10

• 2

μg

c) 9,1 x 10

• 3

μg

d) 6,2 x 10

6

μg

e) 1, 5 x 10

• 6

μg

3. Una membrana celular tiene 70 angstrom (Ǻ) de espesor. Si un angstrom equivale a 10 - 10

m ¿Cuántos

nanómetros mide el espesor de la membrana?

a) 700 nm

b) 350 nm

c) 70 nm

d) 7 nm

e) 3,5 nm

Solución:

Solución:

Sea “m” la masa del medicamento ingerida por

el paciente durante los 4 días (total 8 dosis).

Entonces, tenemos que:

Solución:

− 10

− 9

EJERCICIOS RESUELTOS DE ANÁLISIS DIMENSIONAL

4. El valor de K expresado en exámetros será:

a) 1

b) 0,

c) 0,

d) 0,

e) 10

1. Según su naturaleza, las cantidades físicas se clasifican en ……………………..

y……………………….

2. Las cantidades físicas …………………….. son aquellas que, con un número y la unidad

correspondiente,

quedan completamente definidas.

3. Según el SI, las cantidades físicas ……...................……… sirven como base para definir a las

restantes

y actualmente son …..................…….

4. En los Estados Unidos se utiliza el sistema …….....……....... mientras que en nuestro país se

emplea el

sistema ..........……………

5. Una cantidad física debe ser cuantificable de manera objetiva, es decir, no debe depender de la

apreciación del ………………………..

6. Relacione cada cantidad física con su unidad correspondiente:

A. Tiempo ( ) kelvin

B. Temperatura termodinámica ( ) ampere

C. Cantidad de sustancia ( ) segundo

D. Intensidad de corriente eléctrica ( ) mol

7. Relacione cada cantidad física con el símbolo de la unidad correspondiente:

A. Carga eléctrica ( ) m/s

( 15 )( 4 )

( 10 )( 40 )( 150 )( 1 )

m cm

Gm Pm Mm nm

K



Solución:

9

15

6

− 9

− 6

− 2

10 + 16 + 7 − 9

− 8

32

16

10

2

10

2

𝑀

𝑚

𝑚

𝑚