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COLEGIO FRANCISCANO AGUSTÍN GEMELLI AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL “LOADO SEAS MI SEÑOR POR LA HERMANA MADRE TIERRA Y POR TODOS LOS SERES QUE EN ELLA HABITAN. ASÍ SE LOGRARA UN FELIZ Y BELLO HABITAR EN EL MUNDO”. “SAN FRÁNCISCO DE ASÍS” FISICA GRADO SEPTIMO 2012 PGF03-R03 INTRODUCCIÓN La física es la ciencia que se ocupa de los componentes del Universo, de las fuerzas que estos ejercen entre sí y de los efectos de dichas fuerzas. Esta ciencia está estrechamente relacionada con las demás ramas de las Ciencias Naturales, y en cierto modo las engloba a todas. La química, por ejemplo, se ocupa de la interacción de los átomos para formar moléculas; gran parte de la geología moderna es en esencia un estudio de la Física de la Tierra y se conoce como geofísica, la astronomía trata del estudio de las estrellas y del espacio exterior. Incluso los sistemas vivos están constituidos por partículas fundamentales que siguen el mismo tipo de leyes que las partículas más sencillas estudiadas tradicionalmente por los físicos. Hasta principios del siglo XIX, era frecuente que los físicos fueran al mismo tiempo matemáticos, filósofos, químicos, biólogos o ingenieros. Los físicos modernos tienen que limitar su atención a una o dos ramas de su ciencia. El hombre, para facilitar el estudio de la ciencia ha creído conveniente dividirlas en varias ramas, y esto es enteramente convencional. 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 ayuda de las clases dictadas por los profesores o la bibliografía de los diversos libros del curso y la práctica o experimento del fenómeno en estudio; pues así lo hicieron los grandes científicos como Arquímedes, Galileo, Newton, Einstein entre otros. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 2 PGF03-R03 Tabla de contenido UNIDAD UNO: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA ....................................................................... 5 LECTURA AFECTIVA............................................................................................................... 6 SISTEMAS FÍSICOS ................................................................................................................ 8 DESCRIPCIÓN DE SISTEMAS FÍSICOS E INTERACCIONES............................................ 8 MAGNITUDES FÍSICAS ........................................................................................................... 9 CLASIFICACIÓN DE LAS MAGNITUDES FÍSICAS .............................................................. 9 SISTEMA DE CONVERSIONES ............................................................................................ 11 TABLAS DE CONVERSIONES ........................................................................................... 11 EQUIVALENCIAS................................................................................................................ 14 CONVERSIÓN .................................................................................................................... 14 ONDAS ................................................................................................................................... 21 CLASIFICACION DE LAS ONDAS...................................................................................... 22 LAS ONDAS Y SUS CURIOSIDADES ................................................................................... 26 PRACTICA DE LABORATORIO ............................................................................................. 29 UNIDAD DOS: EL SONIDO ................................................................................................... 35 LECTURA AFECTIVA............................................................................................................. 36 EL SONIDO ............................................................................................................................ 39 VELOCIDAD DEL SONIDO ................................................................................................. 39 PERCEPCION DEL SONIDO .............................................................................................. 39 FUENTES DEL SONIDO ..................................................................................................... 40 ECO Y REVERBERACION ................................................................................................. 40 CUALIDADES DEL SONIDO............................................................................................... 40 RESONANCIA ..................................................................................................................... 42 EFECTO DOPPLER ............................................................................................................ 42 EL OIDO ................................................................................................................................ 44 EL OIDO HUMANO ............................................................................................................. 44 CONTAMINACIÓN SONORA ................................................................................................. 49 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 3 PGF03-R03 UNIDAD TRES: ENFERMEDADES DEL OIDO ..................................................................... 54 LECTURA AFECTIVA............................................................................................................. 55 ENFERMEDADES DEL OÍDO ................................................................................................ 57 ENFERMEDADES DEL OÍDO EXTERNO .......................................................................... 59 ENFERMEDADES COMUNES ........................................................................................... 60 ENFERMEDADES DEL OÍDO MEDIO ................................................................................ 61 ENFERMEDADES COMUNES ........................................................................................... 62 ENFERMEDADES DEL OÍDO INTERNO ........................................................................... 63 ENFERMEDADES COMUNES ........................................................................................... 64 UNIDAD CUATRO: LA LUZ ................................................................................................... 69 LECTURA AFECTIVA............................................................................................................. 70 LA LUZ.................................................................................................................................... 72 ESPECTRO VISIBLE .......................................................................................................... 72 NATURALEZA DE LA LUZ .................................................................................................. 73 VELOCIDAD DE LA LUZ ..................................................................................................... 73 DIFRACCIÓN E INTERFERENCIA DE LA LUZ .................................................................. 74 REFRACCION DE LA LUZ .................................................................................................. 74 REFLEXION DE LA LUZ ..................................................................................................... 75 TIPOS DE RAYOS ................................................................................................................. 79 RAYOS X ............................................................................................................................ 79 LOS RAYOS GAMMA ......................................................................................................... 79 RAYOS INFRARROJOS ..................................................................................................... 79 RAYOS ULTRAVIOLETA .................................................................................................... 79 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 82 WEB GRAFÍA ......................................................................................................................... 82 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 4 PGF03-R03 UNIDAD UNO: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA PROPÓSITO Investiga y Comprende la forma de utilizar los diferentes sistemas de conversiones y apropia el concepto de onda y los criterios básicos de los fenómenos Ondulatorios. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 5 PGF03-R03 LECTURA AFECTIVA INTRODUCCIÓN AL MUNDO DE LA FÍSICA La física aborda el estudio de los principios fundamentales de la naturaleza. La forma inicial de acercamiento a la comprensión de estos principios es mediante la observación de fenómenos naturales. Toda teoría formulada en base a observaciones o abstracciones posteriores requiere como test último su comprobación mediante nuevas mediciones. EL MÉTODO CIENTIFICO: Es un método de la Física, dirigido a las personas de ciencias y contempla los pasos a seguir para formular una ley física. En la práctica nosotros podemos comprobar la veracidad de una ley utilizando este método. El método científico es esencialmente un método experimental y tiene como gestor a Galileo Galilei. A continuación se dará a conocer cada uno de los pasos utilizando como ejemplo ilustrativo, la ley de la Gravitación Universal, formulada por Isaac Newton. La Observación: Consiste en realizar un examen visual-mental del fenómeno, notando su estado actual y sus transformaciones así como los diferentes factores que parecen influenciarlos. Muchas veces las condiciones y circunstancias en que se realiza el fenómeno no es el óptimo, motivo por el cual la observación debe realizarse minuciosa y reiteradamente. Medida y Registros de Datos: Para describir un fenómeno físico existen dos tipos: la descripción cualitativa y cuantitativa. Se dice que una descripción es cualitativa, cuando se describe con palabras y no con números, por ejemplo: el edificio es alto, la temperatura del horno es alta, el caudal de las aguas del río es grande. Obviamente que esta clase de descripción deja muchas preguntas sin respuesta, se necesitará entonces de los números y estos se basan en una medición. El método científico exige comparación y estas se efectúan mejor en forma cuantitativa, es decir, con números. Esto no significa que el científico necesariamente tenga que partir de una medición inédita, muchas veces él aprovecha las mediciones de sus colegas antecesores, las cuales le sirven como base para describir cuantitativamente el fenómeno en estudio. Formulación de una Hipótesis: A partir de hechos y leyes conocidas, un científico puede descubrir nuevos conocimientos en una forma teórica. Se entiende por teoría al hecho que el Físico proponga un modelo de la situación física que está estudiando, utilizando relaciones previamente, establecidas; ordinariamente expresa su razonamiento mediante técnicas matemáticas. Experimentación: Consiste en la observación del fenómeno bajo condiciones preparadas con anterioridad y cuidadosamente controladas. De esta manera el CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 6 PGF03-R03 científico puede variar las condiciones a voluntad, haciendo más fácil descubrir como ellas afectan el proceso. Si esta última se llena satisfactoriamente, la hipótesis pasa a ser un hecho comprobado y puede ser una Ley de la Física que se enuncia mediante fórmulas matemáticas. ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO ¿Qué Hago? En tu cuaderno, saca 15 palabras desconocidas, busca su significado y realiza una sopa de letras. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 7 PGF03-R03 SISTEMAS FÍSICOS ENUNCIACIÓN DESCRIPCIÓN DE SISTEMAS FÍSICOS E INTERACCIONES Al estudiar un fenómeno en la naturaleza es posible encontrar que se puede descomponer en el estudio de uno o más de las siguientes especialidades de la Física: Mecánica Clásica. Relatividad General o Teoría General de la Gravitación. (Mecánica Relativista) Mecánica Estadística. (Termodinámica) Electrodinámica. (Electromagnetismo) Mecánica Cuántica. Al efectuar una de medición para determinar el valor de alguna magnitud física, en general, se requiere de una interacción entre el instrumento (observador) y el objeto físico (observable). Actualmente, las interacciones fundamentales de la naturaleza se clasifican en: Interacciones Fuertes. Interacciones Electromagnéticas. Interacciones Débiles. Interacciones Gravitacionales. Las leyes físicas se expresan en términos de magnitudes físicas. Por ejemplo: fuerza, energía, momentum, torque,... Estas magnitudes se definen y determinan a partir de otras magnitudes físicas más básicas o fundamentales. Las magnitudes básicas se determinan por observaciones o por comparación con patrones preestablecidos Las magnitudes básicas usadas en la mecánica clásica son: Longitud (L) Masa (M) Tiempo (T) CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 8 PGF03-R03 MAGNITUDES FÍSICAS Es todo aquello que se puede expresar cuantitativamente, dicho en otras palabras es susceptible a ser medido. ¿Para qué sirven las magnitudes físicas? sirven para traducir en números los resultados de las observaciones; así el lenguaje que se utiliza en la Física será claro, preciso y terminante. CLASIFICACIÓN DE LAS MAGNITUDES FÍSICAS Se pueden clasificar en dos grandes Grupos, así: 1.- Por su Origen: Magnitudes Fundamentales: Son aquellas que sirven de base para escribir las demás magnitudes. En mecánica, tres magnitudes fundamentales son suficientes: La longitud, la masa y el tiempo. Las magnitudes fundamentales son: o o o o o o o Longitud (L) Intensidad de corriente eléctrica (I) Masa (M) Temperatura termodinámica () Tiempo (T) Intensidad luminosa (J) Cantidad de sustancia () Magnitudes Derivadas: Son aquellas magnitudes que están expresadas en función de las magnitudes fundamentales; Ejemplos: o Velocidad o Trabajo o Presión o Aceleración o Superficie (área) o Potencia o Fuerza o Densidad Magnitudes Suplementarias: (Son dos), realmente no son magnitudes fundamentales ni derivadas; sin embargo se les considera como magnitudes fundamentales: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 9 PGF03-R03 o Ángulo plano () o Ángulo sólido () 2.- Por su Naturaleza: Magnitudes Escalares: Son aquellas magnitudes que están perfectamente determinadas con sólo conocer su valor numérico y su respectiva unidad. Magnitudes Vectoriales: Son aquellas magnitudes que además de conocer su valor numérico y unidad, se necesita la dirección y sentido para que dicha magnitud quede perfectamente determinada. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 10 PGF03-R03 SISTEMA DE CONVERSIONES ENUNCIACION De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador, conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos. Para esto se utilizan diferentes tablas de conversiones y prefijos para poder escribir números, ya sea muy grandes o muy pequeños. TABLAS DE CONVERSIONES A continuación se dan algunas tablas de conversiones, que se utilizaran de ahora en adelante en Física. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 11 PGF03-R03 LONGITUD Unidad cm m (mt) Pulgada (in) Pie (ft) Yarda (yd) Milla (Mi) cm m (mt) Pulgada (in) Pie (ft) Yarda (yd) Milla (Mi) 1 100 2.54 30.48 91.44 1.6093E5 0.01 1 0.0254 0.3048 0.9144 1.6093E3 0.39370 39.370 1 12 36 6.336E4 0.032808 3.2808 0.08333 1 3 5 0.010936 1.0936 0.027778 0.3333 1 1760 6.2137E-6 6.217E-4 1.5783E-5 1.8939E-4 5.6818E-4 1 SUPERFICIE Unidad cm2 2 1 cm 2 1E4 m 6.4516 in2 2 929.03 ft 2 8361.3 yd 2 2.5900E10 Mi VOLUMEN Unidad cm3 Litro (l) m3 in3 ft3 Galón MASA Unidad g Kg Onza (oz) Libra (lb) Ton. métrica Ton. corta m2 in2 ft2 yd2 Mi2 1E-4 1 6.4516E-4 0.092903 0.83613 2.5900E6 0.15500 1550 1 144 1296 4.0145E3 1.0764E-3 10.764 6.944E-3 1 9 2.7878E7 1.1960E-4 1.1960 7.7160E-4 0.11111 1 3.0976E6 3.8610E-11 3.8610E-7 2.4910E-10 3.5870E-8 3.2283E-7 1 cm3 Litro (l) m3 in3 ft3 Galón 1 1000 1E6 16.387 28317 3785.4 1E-3 1 1000 1.6387E-2 28.317 3.7854 1E-6 1E-3 1 1.6387E-5 2.8317E-2 3.7854E-3 6.1024E-2 61.024 61.1024E4 1 1728 231 3.5315E-5 3.5315E-2 35.315 5.7870E-4 1 0.13368 2.6417E-4 0.26417 264.17 4.3290E-3 7.4805 1 g Kg Onza (oz) Libra (lb) Ton. métrica Ton. corta 1 1000 28.350 453.59 1E6 1E-3 1 2.8350E-2 0.45359 1000 3.5274E-2 35.274 1 16 3.5274E-4 2.2046E-3 2.2046 0.0625 1 2204.6 1E-6 1E-3 2.8350E-5 4.5359E-4 1 1.1023E-6 1.1023E-3 3.125E-5 5E-4 1.1023 9.0718E5 907.18 3.2E4 2000 0.90718 1 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 12 PGF03-R03 TEMPERATURA Medida Multiplicar por Grados centígrados (1.8 x °C) + 32 Grados centígrados °C + 273.14 Grados Fahrenheit (°F - 32) 0.56 para obtener Grados Fahrenheit Grados Kelvin Grados centígrados TIEMPO Medida Multiplicar por para obtener Hora Hora Minutos Minutos Segundos Segundos 60 3600 0.02 60 0.00028 0.02 Minutos Segundos Hora Segundos Hora Minutos PREFIJOS Relación MÚLTIPLOS UNIDAD Prefijo tera giga mega kilo hecto deca Símbolo T G M K H da Proporción 1012 109 106 103 102 101 unidad 100 SUBMÚLTIPLOS deci centi mili micro nano pico d c m u n p 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 Para generalizar lo enunciado veamos algunos ejemplos: Cuando hablamos de un microsegundo nos referimos a una millonésima de segundo es decir que 1s 110 s 0,000001 s (“s” es la abreviatura correcta de segundo y no con la abreviatura seg como es frecuente observar). Cinco hectolitros se escribe 5 hl (“l” es la letra “ele”, abreviatura de litro) que corresponde a 5 ∙ 102 l. 6 Ya conocemos la necesidad de adoptar unidades para realizar una medición pero ¿cuál es el sentido de emplear submúltiplos y múltiplos de dichas unidades? Supongamos que queremos indicar el espesor de un alambre cuyo diámetro es de 0,002 m, es decir “cero coma, cero, cero, dos metros” ¿no es más sencillo decir 2 mm o sea “dos milímetros”? En general todos conocemos la distancia aproximada de Bs. As. A Mar del Plata la cual es de 400 km y no es común escuchar esa distancia expresada en metros. Ahora ¿no han escuchado expresar cantidades de magnitud en unidades diferentes a las cuales estamos correctamente acostumbrados como por ejemplo: 100 millas; 5 yardas; 120 Fahrenheit; 3 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 13 PGF03-R03 pulgadas; 8 onzas; 20 nudos, etc.? Si bien nosotros utilizamos el sistema internacional de unidades todavía hay naciones que aún emplean, obcecadamente, sistemas basados en otros patrones de medida, en consecuencia tenemos que encontrar el modo de traducir esas unidades a las nuestras para poder saber de qué medida estamos hablando. EQUIVALENCIAS La traducción a la cual nos referimos son las equivalencias de unidades. Por ejemplo en el sistema de medida inglés la unidad es la pulgada, cantidad de longitud que corresponde a 0,0254 m o 2,54 cm o 25,4 mm etc. En otro ejemplo una onza equivale a 28,34 gramos. Además este sistema no tiene múltiplos decimales, veamos: en el caso de la longitud, un múltiplo inmediato de la pulgada es el “pie” que corresponden a 12 pulgadas, después sigue la yarda que corresponde a 3 pies, etc. como vemos la proporción no va de diez en diez. En el caso de la onza, un múltiplo inmediato es la libra que corresponde a 16 onzas 1 pulgada 2,54 cm 1 onza 28,34 g 1 pie 12 pulgadas 1 yarda 3 pies 1 libra 16 onzas CONVERSIÓN MODELACIÓN Una conversión de unidades consiste en expresar una cierta cantidad de magnitud que está dada en una cierta unidad, en otra ya sea del mismo sistema de medida o en otro. Para ello es necesario conocer las equivalencias entre las unidades en cuestión. Por ejemplo; sea una cierta cantidad de longitud, digamos 58 cm y se desea: a) expresarla en metros b) expresarla en pulgadas CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 14 PGF03-R03 Comencemos con el punto a) Sabemos que: 1 m 100 cm Si pasamos el 100 dividiendo nos queda 1m 1 cm 100 Y 58 cm se puede escribir como: 58 cm 58 1 cm Si reemplazamos 1 cm por 1m nos queda 100 58 cm 58 1m 100 Luego 58 cm Hacemos la división y queda 58 m 100 58 cm 0,58 m Tal vez pueda parecer un proceso un tanto engorroso, ya que muchos dirán “es más fácil correr la coma y listo”, sin embargo a medida que avancemos verán que es el único modo de convertir unidades más complejas y además una vez que se aprende el mecanismo, notarán que es sencillo ya que consiste en un despeje, un reemplazo y una cuenta final. Continuemos ahora con el punto b) Sabemos que: 1 pulgada 2,54 cm Pasamos el 2,54 dividiendo y queda CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 15 PGF03-R03 1 pulgada 1 cm 2,54 Por otro lado 58 cm se puede escribir como 58 cm 58 1 cm Si reemplazamos 1 cm por 1 pu lg ada 2,54 (ya que es igual) nos queda: 58 cm 58 1 pulgada 2,54 Es lo Mismo que 1 cm O sea 58 cm 58 1 pulgada 2,54 Finalmente, haciendo la cuenta de dividir resulta: 58 cm 22,83 pulgada CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 16 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! 1. Buscar en el diccionario las palabras desconocidas. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 17 PGF03-R03 2. Escoja 20 palabras del texto, y realice un Crucigrama. EJERCITACIÓN 3. Consultar en internet otras tablas de conversiones y ejemplos de aplicación (mínimo 5) 4. A continuación se sugieren algunos ejercicios: 1. Expresar 8 Kg dm 3 en: Kg m3 g 3. cm 3 2. Rta: 8 10 3 Rta: 8 Kg m3 g cm 3 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 18 PGF03-R03 4. Expresar 90 km en: h m s cm 6. s km 7. min Rta: 25 5. 8. Expresar 9. Expresar m s cm s Rta: 2,5 10 3 Rta: 1,5 2,5 cal g C atm l 2 C mol J J 4 ; (1 J = 0,24 cal ) Rta: 1,0416 10 Kg C Kg C en en km min hPa dm 3 C mol ; (1 atm =1013 hPa) Rta: hPa dm 3 2026 C mol Resolver los siguientes ejercicios de Notación científica y Conversiones de unidades: 1. Convertir 34 kilómetros a millas. 2. Convertir 0,94 millas a kilómetros. 3. Convertir 1285,63 metros a millas 4. Convertir 0,24 millas a metros. 5. Convertir 25,61 in a cm. 6. Convertir 94,86 cm a in. 7. Convertir 0,64 m a ft. 8. Convertir 0,87 kilogramos a gramos. 9. Convertir 74,3 libras a kilogramos. 10. Convertir 10,6 onzas a libras. 11. Convertir 10,6 onzas a libras. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 19 PGF03-R03 12. Convertir 64 ºC a ºK. 13. Convertir 54.3 ºF a ºC. 14. Convertir 20 km / h a m / s. 15. Convertir 36.4 cm / s a km / h. 16. Convertir 4 galones a litros 17. Convertir 2.5 ft a in. 18. Escribe usando notación científica (con dos decimales) a. 0.0026 b. 0.0000901 19. Realiza operaciones usando notación científica. Expresa el resultado en notación científica con dos decimales a. (1.23 X107 ) + (8.9 X 108) b. (4.05 X 10-6 )+ (2.1 X 10-5) c. (9X 103) – ( 3 X 102) d. (9X102)*(3 X 106) e. (6.4 X 108) (3.2 X 106) (1.6 X 104) CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 20 PGF03-R03 ONDAS ENUNCIACIÓN Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el espacio ultra alto vacío. Las ondas se caracterizan por: Las ondas se caracterizan por: Longitud de onda: Es el largo de la onda o recorrido de la misma. Amplitud: Es la altura de la onda. Frecuencia: Cantidad de veces que vibra en un determinado tiempo. Periodo: Tiempo que gasta en hacer una vibración. Velocidad: Distancia que recorre en una unidad de tiempo. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 21 PGF03-R03 CLASIFICACION DE LAS ONDAS Ondas mecánicas: Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad. Ondas gravitacionales: Las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo. Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio pudiendo, por tanto, propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico en relación con un campo magnético asociado. Ondas unidimensionales: Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 22 PGF03-R03 Ondas bidimensionales o superficiales: Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él. Ondas tridimensionales o esféricas: Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas Ondas longitudinales: El movimiento de las partículas que transportan la onda es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal. Ondas transversales: Las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda Ondas periódicas: La perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda sinodal. Ondas no periódicas: La perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas se denominan también pulsos. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 23 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! 1. Realizar un mentefacto conceptual sobre las ondas y su clasificación. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 24 PGF03-R03 EJERCITACIÓN 2. Por cada clase de ondas elabore un dibujo alusivo, coloréelos. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 25 PGF03-R03 LAS ONDAS Y SUS CURIOSIDADES ENUNCIACIÓN La materia y la energía están íntimamente relacionadas. La primera está representada por partículas y la segunda por "ondas", aunque hoy en día esa separación no está tan clara. En el mundo subatómico "algo" puede comportarse como partícula u onda según la experiencia que se esté haciendo. Por ejemplo, la electricidad está constituida por electrones y estos presentan este doble comportamiento. Las ondas: imaginemos un estanque de agua quieta al que tiramos una piedra, pronto, pero no instantáneamente, se formarán olas. Esas "olas" en realidad son ondas que se propagan desde el centro donde la piedra, al caer, es la "fuente" de perturbaciones circulares. Si llevamos este ejemplo a un parlante, este igual que la piedra, perturba el medio propagándose y alejándose de su fuente. Así como las ondas necesitaban al agua para poder difundirse, el sonido necesita del aire para lograr lo mismo. Todas las películas de ciencia ficción donde se escucha un ruido ensordecedor en el espacio (sea el motor de una nave o una explosión. . .) están completamente equivocadas. Las ondas sonoras se propagan de manera tridimensional, por lo que no deberíamos hablar de circunferencias sino de esferas. Las ondas representarían la superficie de estas esferas que irían aumentando de radio a medida que se alejan de la fuente que las crea. Así que realmente hablamos de superficies de ondas. Un rumor se propaga sin que ninguna persona de las que toman parte para difundirlo haga el viaje para tal fin. Tenemos aquí dos movimientos diferentes, el del rumor y el de las personas en difundirlo. Veamos otro ejemplo: el viento que pasa sobre un campo de trigo determina un movimiento en forma de onda que se difunde a lo largo de toda la extensión. Sin embargo el único movimiento que hacen las plantas es de vaivén. Encontramos nuevamente dos movimientos, el de la propagación de la onda y el movimiento de cada una de las espigas. La onda consta de dos movimientos: uno es la vibración de las partículas y otro es la propagación de la onda en sí. Si el movimiento de cada partícula es " de arriba hacia abajo y viceversa" la onda se llama transversal... Si la partícula se mueve en la misma dirección de propagación moviéndose atrás y adelante, la onda recibe el nombre de longitudinal. El sonido es una onda longitudinal mientras que la luz y cualquier onda electromagnética es transversal. Si hacemos ondas con una soga nos dará ondas transversales mientras que un resorte puede transportar ambos tipos de ondas. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 26 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! 1. Buscar en el diccionario las siguientes palabras: MATERIA: ENERGIA: SUBATOMICO: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 27 PGF03-R03 ELECTRONES: OLAS: PERTURBACIONES: DIFUNDIRSE: TRIDIMENSIONAL: VAIVEN: RADIO: 2. Con las palabras anteriores, realice una sopa de letras en su cuaderno. EJERCITACIÓN 3. Enuncia, en tu cuaderno, 3 ejemplos de ondas que hayas vivido u observado y dibuja cada experiencia. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 28 PGF03-R03 PRACTICA DE LABORATORIO SIMULACIÓN “JUGUEMOS CON EL RESORTE” MATERIALES: Resorte plástico. Lazo de mediano grosor y de 3 m de longitud. Cinta de color vivo distinto al del resorte o lazo. PROCEDIMIENTO: 1. Tome el resorte o el lazo entre dos personas, cada una de uno de sus extremos, coloque en una superficie bien lisa y amárrela hacia la mitad un pedacito de cinta de color. 2. Sin estirar mucho el resorte o lazo, mueva uno de sus extremos realizando un movimiento fuerte pero pequeño a la izquierda o a la derecha. 3. Conteste las siguientes preguntas: a. ¿Vio que algo se movía de un extremo a otro? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 29 PGF03-R03 b. ¿Hubo movimiento de la cinta que amarró? Si fue así, descríbalo. c. Realice un dibujo de la figura formada con el resorte o lazo. 4. Repita el ejercicio, aunque esta vez con un pequeño movimiento a la izquierda y luego a la derecha continúo. Conteste las preguntas anteriores. a. ¿Vio que algo se movía de un extremo a otro? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 30 PGF03-R03 ¿Hubo movimiento de la cinta que amarro?, Si fue así, descríbalo. b. Realice un dibujo de la figura formada con el resorte o lazo. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 31 PGF03-R03 5. Ahora, realice movimientos seguidos a izquierda y a la derecha, y observe la figura que se forma, realice los gráficos respectivos. 6. Repita la experiencia pero aplicando fuerzas distintas al extremo del resorte y observe las variaciones producidas. Con algo de práctica, podrá producir muchas figuras distintas. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 32 PGF03-R03 ANALISIS DE RESULTADOS: DEMOSTRACIÓN 1. ¿Qué conclusión saca de la experiencia? 2. En las figuras formadas, ¿observo movimientos que se repitieran? Explique su respuesta. 3. Como observo, la cinta amarrada se movió un poco pero luego se volvió a su posición inicial, entonces, ¿qué fue lo que se movió? 4. ¿A qué hace referencia el término velocidad de propagación? 5. Al imprimirle más fuerza al pulso inicial del resorte, ¿qué características cambian? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 33 PGF03-R03 6. ¿Por qué el pulso aplicado en uno de los extremos, al llegar al otro se devuelve? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 34 PGF03-R03 UNIDAD DOS: EL SONIDO PROPÓSITO Desarrollar y analiza el comportamiento del sonido en sus diferentes medios y relacionar esos comportamientos con situaciones cotidianas. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 35 PGF03-R03 LECTURA AFECTIVA APLICACIÓN DEL SONIDO EN LA MEDICINA Si consideramos un conjunto de partículas, el movimiento de una está influido por el movimiento de las demás. Un caso importante de este tipo de fenómenos es el movimiento ondulatorio que se da por ejemplo en el agua generando las olas, en el aire generando los sonidos que percibimos, en la luz, etcétera. En general, las ondas se clasifican en dos tipos: ondas mecánicas que son movimientos oscilatorios de partículas materiales como las ondas de agua, el sonido, etc., y ondas electromagnéticas que son movimientos oscilatorios del campo electromagnético como las ondas de radio, de TV, de luz, calor, rayos X, etcétera. Una onda sonora es una perturbación que se lleva a cabo en un gas, líquido o sólido (en el vacío no existe el sonido) y que viaja alejándose de la fuente que la genera con una velocidad definida que depende del medio en el que está viajando. La frecuencia del sonido es la cantidad de veces que la onda atraviesa un mismo punto en un segundo. Se mide en ciclos por segundo o Hertz (Hz). El rango de frecuencias del sonido audible es de 20 Hz a 25 000 Hz, CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 36 PGF03-R03 USO DEL ULTRASONIDO: Las ondas sonoras reflejadas por las diferentes partes del útero de una mujer preñada son distintas dependiendo del tejido con el que se encuentran. El examen mediante ultrasonido tiene muchas aplicaciones durante el embarazo, permitiendo encontrar respuestas a toda una serie de dudas médicas. Algunas de las dudas más importantes que el ultrasonido es capaz de esclarecer son las siguientes: EMBARAZO ECTÓPICO: El ultrasonido puede utilizarse para diagnosticar que el embrión se está desarrollando fuera de lugar, normalmente en una de las trompas de Falopio o en el abdomen en lugar del útero. MÁS DE UN BEBÉ: El ultrasonido se utiliza para ver si una mujer lleva mellizos, trillizos e inclusive un número todavía mayor de fetos. VERIFICAR LA FECHA ESTIMADA DEL PARTO: El tamaño del feto, que puede medirse utilizando ultrasonido, permite a los médicos estimar la fecha del parto con precisión. EVALUAR EL CRECIMIENTO FETAL: Cuando el feto crece de manera más lenta o más rápida de lo esperado, el ultrasonido puede ayudar a determinar la razón como el exceso de líquido amniótico o el crecimiento insuficiente del feto. POSIBILIDAD DE ABORTO ESPONTÁNEO: Cuando se producen sangrados o hemorragias al comienzo del embarazo o cuando los latidos del corazón o los movimientos del feto parecen haberse detenido, el ultrasonido puede ayudar a determinar si el feto ha muerto y la mujer perderá su bebé. AYUDAR A REALIZAR OTROS DIAGNÓSTICOS PRENATALES: Cuando es necesario realizar una amniocentesis o un análisis del vello coriónico, los doctores utilizan el ultrasonido a manera de guía para extraer las células necesarias para probar la existencia de ciertos defectos de nacimiento. DIAGNOSTICAR CIERTOS DEFECTOS DE NACIMIENTO: Las imágenes de ultrasonido pueden utilizarse para diagnosticar ciertos defectos de nacimiento de la estructura corporal, como la ausencia de extremidades y a veces el labio leporino y la espina bífida. También puede permitir el diagnóstico de las malformaciones de ciertos órganos internos, inclusive las vías urinarias. Un tipo especial de ultrasonido llamada la ecocardiografía permite registrar el flujo de sangre a través de las cavidades y válvulas del corazón y los vasos sanguíneos, posibilitando la detección de muchas malformaciones cardíacas como también las anomalías potencialmente peligrosas del ritmo del corazón. Comprobar el bienestar del feto al final del embarazo a través de una prueba llamada el perfil biofísico fetal (en inglés, “fetal biophysical profile”). Esta prueba se realiza mediante ultrasonido y en adición a la prueba de “non-stress” (una comprobación especial de los latidos del corazón del feto que suele realizarse cuando la madre tiene diabetes o alta CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 37 PGF03-R03 presión arterial, o cuando se ha superado la fecha estimada del parto). Las comprobaciones realizadas con ultrasonido incluyen la visualización de los movimientos fetales, de sus movimientos de respiración, de su tonicidad muscular y la medición de la cantidad de líquido amniótico. AYUDAR A ESCOGER EL MÉTODO DE ALUMBRAMIENTO: El ultrasonido puede contribuir significativamente a determinar en cuáles embarazos será necesario realizar una intervención cesárea (también llamada en inglés “C-section”), como por ejemplo cuando el feto es especialmente grande o se encuentra en una posición anormal, o cuando la placenta se encuentra obstruyendo la salida del bebé del útero. El ultrasonido permite la investigación de casi todos los componentes del cuerpo humano, sin embargo se utiliza con mayor frecuencia para el seguimiento del embarazo y el estudio de los órganos abdominales y pélvicos tanto en hombres como en mujeres. ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO A Trabajar! Realizar en su cuaderno: 1. Busque en el diccionario las palabras desconocidas. 2. Realice un mentefacto conceptual sobre la lectura. 3. Investigue sobre la velocidad del sonido. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 38 PGF03-R03 EL SONIDO ENUNCIACIÓN El sonido es una vibración de una fuente; por ejemplo, si cuando hablamos nos colocamos suavemente las yemas de los dedos en la parte externa de la garganta notamos una sensación de vibración. VELOCIDAD DEL SONIDO El sonido se propaga en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. La velocidad del sonido en los sólidos es de unos 500 m/seg. En los líquidos, si se trata de agua, depende de su densidad; en el agua dulce es de 1,435 m/seg, pero en el agua salada es un poco mayor, 1,500 m/seg. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/seg a una temperatura de 20ºC. PERCEPCION DEL SONIDO Las ondas sonoras las percibimos por el órgano del oído. Al llegar aquellas al oído golpean una membrana elástica llamada tímpano que vibra con la frecuencia de la onda. Una cadena de huesitos transmite las vibraciones amplificándolas a un fluido situado en el oído interno. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 39 PGF03-R03 Los movimientos del fluido son detectados por fibras longitudes y espesores diferentes y vibran cada una n su propia frecuencia, estas vibraciones se transforman en señales eléctricas que son llenadas por los nervios auditivos al cerebro donde se realiza la sensación del sonido. FUENTES DEL SONIDO Sabemos que el sonido se produce por las vibraciones de un objeto. Estas vibraciones producen en el aire movimiento de sus moléculas y por lo tanto se traduce en una presión del mismo. Esto es lo que sucede en una bocina de radio; la bocina tiene un diafragma que vibra debido a la corriente eléctrica. La voz humana es el resultado de la vibración membranas que se encuentran en la garganta. de las cuerdas vocales, que son dos Como fuentes de sonido tenemos también los instrumentos de viento, de cuerdas y percusión. Los instrumentos de viento producen sonidos cuando son accionados por los labios del músico; sin embargo, no todos los instrumentos de viento se manejan de igual forma; por ejemplo, la trompeta y el clarinete se tocan de diferente forma. En la trompeta el sonido se produce por las vibraciones de los labios del músico; sin embargo, el instrumento de viento con boquilla y con lengüeta (lámina de metal móvil), lo que vibra es la lámina cuando entra el viento. En el caso de un órgano de viento, el aire se mueve hacia dentro y hacia afuera del tubo. Los instrumentos de cuerda son fuentes de sonido que utilizan las vibraciones de las cuerdas. Estos instrumentos (la guitarra, por ejemplo) utilizan pulsaciones de las cuerdas o el roce de las mismas, como es el caso del violín. También el instrumento de percusión es fuente de sonido. Este tipo de instrumento utiliza membranas que vibran. Entre ellos tenemos el tambor y l0os platillos de banda. ECO Y REVERBERACION Cuando las ondas encuentran un obstáculo, parte de ellas se devuelven, por lo que se dice que se refleja. El sonido es una onda y parte de esta onda se destruye al llegar a un obstáculo, pero la parte que se devuelve en forma de onda se conoce como eco. Para que el eco se produzca y se pueda percibir, la distancia de la fuente al obstáculo debe ser mayor de los 17 metros. Ya a una distancia menor tanto el sonido producido por la fuente como la parte devuelta por el obstáculo se percibirán juntos y entonces estaremos frente a otro fenómeno, que es la reverberación. CUALIDADES DEL SONIDO Tono: un sonido se diferencia de otro en su tono. El tono representa el número de vibraciones que se producen en la unidad de tiempo (frecuencia), esto nos dice que a mayor frecuencia mayor será el tono. De ahí que el tono puede ser grave o agudo: el CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 40 PGF03-R03 sonido agudo tiene una frecuencia mayor que el grave. La voz masculina se diferencia de la voz femenina por su tono. Timbre: cuando un cuerpo vibra, no lo hace en forma uniforme, sino que tiene varias frecuencias. Estas frecuencias simultáneas permiten que el timbre sea diferente entre una fuente y otra. Por el timbre diferenciarnos un instrumento de otro. Podemos diferenciar la voz de un hombre de la voz de otro hombre, o la voz de una mujer de la voz de otra mujer. Intensidad: el sonido lo percibimos a través del sentido del oído, y es a través de este sonido que nos damos cuenta si el sonido es fuerte o débil, es decir, la intensidad del sonido tiene relación con la fuerza que se produce. Esto nos dice que dependiendo de la fuerza que produce el sonido, esto puede ser o no percibido de acuerdo a la distancia a que nos encontramos de la fuente; la intensidad del sonido depende entonces de la amplitud de la vibración, es decir, a mayor amplitud mayor intensidad. Existe la mínima intensidad del sonido que puede ser percibida por el oído humano y es lo que conocemos como el umbral de audibilidad. Si la intensidad del sonido es muy fuerte puede producir daños en el oído humano. Existe una intensidad máxima del sonido, que puede ser soportada sin producir daños, llamada umbral del dolor. La intensidad del sonido se mide en bel, en honor al físico Británico Alexander Graham Bell, generalmente para la intensidad del sonido se usa el decibel (db) que es una décima parte de un bel: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 41 PGF03-R03 1 db 1 10 bel RESONANCIA Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro. Para entender el fenómeno de la resonancia, pondré un ejemplo sencillo, Supóngase que tengo un tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será más fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido. EFECTO DOPPLER El sonido lo percibimos porque el aire que está en contacto con el tímpano el oído varía, esas variaciones que tienen las mismas frecuencias en las vibraciones del foco sano y el observador están en reposo. Ahora bien, si uno de los dos (fuente sonora u observador) se acercan o se alejan, la intensidad del sonido varía. Esto se debe a que a medida que nos acercamos a la fuente o la fuente se acerca a nosotros, aumenta la frecuencia (número de onda) y el sonido se hace más intenso; de lo contrario, si nos alejamos de la fuente o ella se aleja de nosotros, el sonido es menos intenso, debido a que la frecuencia disminuye. Este CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 42 PGF03-R03 fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler, y lo hemos vivido cuando la sirena de una ambulancia o de los bomberos se acerca o se aleja de nosotros. SIMULACIÓN A Trabajar! Realizar en su cuaderno: 1. Realice u n mentefacto conceptual de la lectura anterior EJERCITACIÓN 2. Realice un cuadro comparativo entre Intensidad, Tono y Timbre. 3. Realice tres conclusiones sobre la lectura. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 43 PGF03-R03 EL OIDO ENUNCIACIÓN El sentido del oído nos permite percibir los sonidos, su volumen, tono, timbre y la dirección de la cual provienen. Las vibraciones sonoras son recibidas por el oído y esas sensaciones son transmitidas al cerebro. El oído humano sólo está capacitado para oír un rango de ondas sonoras, ya que no percibe las vibraciones menores a 20 veces por segundo ni mayores a 20.000 veces por segundo. En el oído se encuentran también terminales nerviosas que reciben información acerca de los movimientos del cuerpo, ayudando a mantener el equilibrio del mismo. El oído humano constituye el último eslabón de la cadena sonora: convierte las ondas sonoras en señales eléctricas que se transmiten por el nervio acústico hasta el cerebro, en donde el sonido es interpretado. EL OIDO HUMANO: El oído humano se puede dividir en tres partes: el oído externo, el oído medio y el oído interno. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 44 PGF03-R03 EL OÍDO EXTERNO: Está constituido por el pabellón auditivo (oreja), el conducto auditivo y el tímpano. Las ondas sonoras son recogidas por el pabellón que las conduce a través del conducto auditivo hacia la membrana del tímpano. EL OÍDO MEDIO: Es una cavidad limitada por el tímpano por un lado, y por la base de la cóclea por el otro. En su interior hay tres huesecillos, denominados martillo, yunque y estribo. La cabeza del martillo se apoya sobre el tímpano y transmite vibraciones a través del yunque al estribo. A su vez éste último se apoya en una de las dos membranas que cierra la cóclea, la ventana oval. EL OÍDO INTERNO: Es una cavidad hermética cuyo interior está anegado por un líquido denominado linfa. Consta de tres elementos: los canales semicirculares, el vestíbulo y la cóclea. Los canales semicirculares no tienen relación directa con la audición, tiene que ver con el equilibrio. Las vibraciones de la ventana oval del vestíbulo son transformadas en la cóclea. Las señales de la cóclea son codificadas y transformadas en impulsos electroquímicos que se propagan por el nervio acústico hasta llegar al cerebro. SIMULACIÓN A Trabajar! 1. Buscar en el diccionario el significado de las siguientes palabras: PERCIBIR: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 45 PGF03-R03 RANGO: EQUILIBRIO: ESLABON: ACUSTICOS: PABELLON: AUDITIVO: MEMBRANA: HERMETICO: NINFA: COCLEA: EJERCITACIÓN 2. Realice un diagrama de Euler Venn sobre el oído en su cuaderno. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 46 PGF03-R03 3. Para cada una de las divisiones del oído, realice un mentefacto conceptual. OIDO EXTERNO OIDO MEDIO CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 47 PGF03-R03 OIDO INTERNO 4. ¿Cómo cuidas tus oídos? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 48 PGF03-R03 CONTAMINACIÓN SONORA ENUNCIACIÓN Los sonidos muy fuertes provocan molestias que van desde el sentimiento de desagrado y la incomodidad hasta daños irreversibles en el sistema auditivo. La presión acústica se mide en decibelios (dB) y los especialmente molestos son los que corresponden a los tonos altos (dBA). La presión del sonido se vuelve dañina a unos 75 dB-A y dolorosa alrededor de los 120 dB-A. Puede causar la muerte cuando llega a 180 dB-A. El límite de tolerancia recomendado por la Organización Mundial de la Salud es de 65 dB-A. El oído necesita algo más de 16 horas de reposo para compensar 2 horas de exposición a 100 dB (discoteca ruidosa). Los sonidos de más de 120 dB (banda ruidosa de rock o volumen alto en los auriculares) pueden dañar a las células sensibles al sonido del oído interno provocando pérdidas de audición. España es el país más ruidoso de Europa y los datos obtenidos de 23 ciudades españolas en las que se ha realizado el mapa de ruidos, señalan que el nivel de ruido equivalente, durante el día, está en valores que varían de los 62 a los 73 dB. REDUCCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN SONORA La contaminación sonora se puede reducir, obviamente, produciendo menos ruido. Esto se puede conseguir disminuyendo el uso de sirenas en las calles, controlando el ruido de motocicletas, coches, maquinaria, etc. En muchos casos, aunque tenemos la tecnología para reducir las emisiones de ruido, no se usan totalmente porque los usuarios piensan que una máquina o vehículo que produce más ruido es más poderosa y las casas comerciales prefieren mantener el ruido, para vender más. La instalación de pantallas o sistemas de protección entre el foco de ruido y los oyentes son otra forma de paliar este tipo de contaminación. Así, por ejemplo, cada vez es más frecuente la instalación de pantallas a los lados de las autopistas o carreteras, o el recubrimiento con materiales aislantes en las máquinas o lugares ruidosos. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 49 PGF03-R03 ESCALA DE RUIDOS Y EFECTOS QUE PRODUCEN dB-A ejemplo Efecto. Daño a largo plazo 10 Respiración. Rumor de hojas Gran tranquilidad 20 Susurro Gran tranquilidad 30 Campo por la noche Gran tranquilidad 40 Biblioteca Tranquilidad 50 Conversación tranquila Tranquilidad 60 Conversación en el aula Algo molesto 70 Aspiradora. Televisión alta Molesto 80 Lavadora. Fábrica Molesto. Daño posible 90 Moto. Camión ruidoso Muy molesto. Daños 100 Cortadora de césped Muy molesto. Daños 110 Bocina a 1 m. Grupo de rock Muy molesto. Daños 120 Sirena cercana Algo de dolor 130 Cascos de música estrepitosos Algo de dolor 140 Cubierta de portaaviones Dolor 150 Despegue de avión a 25 m Rotura del tímpano CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 50 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! 1. Elabore 8 preguntas de la lectura y diseñe un crucigrama con ellas. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 51 PGF03-R03 EJERCITACIÓN 2. ¿Por qué el exceso de ruido perjudica los oídos? ¿Qué haces para protegerlos? 3. ¿En qué rango de decibeles crees que se encuentra tu casa por la contaminación auditiva? ¿Explique? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 52 PGF03-R03 4. Di tres conclusiones por las cuales no debemos dormir con la radio prendida. 5. ¿Por qué en las cataratas y en su entorno, no existe vida animal superior? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 53 PGF03-R03 UNIDAD TRES: ENFERMEDADES DEL OIDO PROPÓSITO Identificar los tipos de enfermedades que pueden afectar el oído humano, al igual que el funcionamiento del oído interno. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 54 PGF03-R03 LECTURA AFECTIVA ENFERMEDADES DEL OÍDO: ¿Cómo afecta el exceso de ruido en el descanso de una persona? Hay evidencia científica desde hace mucho tiempo de la influencia grave que tiene la polución de ruido en el descanso de la persona. La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera la polución por ruido, es decir la contaminación sonora, como la tercera en importancia, detrás de la contaminación del aire y del agua. Detrás de estos problemas viene en tercer lugar la contaminación sonora. ¿Qué es lo que produce? Provoca dos tipos de daño en las personas. Por un lado el daño en la audición. Está demostrado que el oído interno, que es donde se percibe el sonido, tiene un número limitado de células que no se reponen, es decir que cada célula que se destruye es capacidad auditiva que perdemos, y el traumatismo sonoro es una de las causas más importantes de pérdida de células nerviosas que no se reponen. Por eso es un tema típicamente de prevención, porque una vez que se instala el daño en el aparato auditivo es prácticamente imposible recuperarlo. ¿Tampoco se recupera con audífono? En grados severos no. En casos leves ayuda pero a veces ni siquiera con audífono, por eso se trata de prevenir cualquier tipo de daño en el órgano de la audición, que es progresivo e irreversible y está en directa relación con la cantidad de ruido que se escucha, a la duración que uno se expone al nivel de ruido que produce daños, y a factores individuales, porque no todas las personas son igualmente susceptibles de sufrir daños con el mismo nivel de ruido. Si se pone una cantidad equis de personas expuestas al mismo nivel de ruido, algunas sufrirán un daño y a otras no les pasará nada. ¿Cuál es el nivel de ruido cotidiano que comienza a producir daños al ser humano? Se ha establecido un límite de 90 decibeles para una exposición de 8 horas, pensando en la parte laboral. Es decir que en un trabajo con máquinas que producen mucho ruido, un trabajador no debería estar expuesto por más de 8 horas a niveles de ruido que superen los 90 decibeles. A medida que más tiempo se pasa expuesto a esos niveles, hay que reducir la cantidad de exposición al mismo, llegando a un nivel de 110 decibeles es recomendable no estar expuesto más de media hora. ¿Cuánto son 110 decibeles? Cuando se habla con otro cuchicheando se llega a 20 decibeles. El habla normal, una charla típica implica niveles de ruido de 40 a 50 decibeles. Ya lo que sería el ruido de un avión o un equipo de música muy alto tiene niveles por encima de los 120, 130 decibeles. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 55 PGF03-R03 ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO A Trabajar! Realizar las siguientes actividades en su cuaderno: 1. 2. 3. 4. Buscar en el diccionario el significado de 10 palabras que le parezcan interesantes. Con las palabras escogidas, realice una sopa de letras. ¿Cómo afecta el exceso de ruido en el descanso de una persona? ¿Qué diferencia crees que exista por contaminación auditiva, entre escuchar radio y ver televisión? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 56 PGF03-R03 ENFERMEDADES DEL OÍDO ENUNCIACIÓN Las enfermedades del oído externo, medio o interno pueden producir una sordera total o parcial; además, la mayor parte de las enfermedades del oído interno están asociadas a problemas con el equilibrio. Entre las enfermedades del oído externo se encuentran las malformaciones congénitas o adquiridas; la inflamación producida por quemaduras, por congelación o por alteraciones cutáneas, y la presencia de cuerpos extraños en el canal auditivo externo. Entre las enfermedades del oído medio se encuentran la perforación del tímpano y las infecciones. En el oído interno pueden producirse alteraciones tales como las producidas por trastornos congénitos y funcionales, por drogas y por otras sustancias tóxicas, problemas circulatorios, heridas y trastornos emocionales. La otalgia, o dolor de oídos, no siempre está relacionada con alguna enfermedad del oído; a veces la causa se encuentra en un diente dañado, sinusitis, amigdalitis, lesiones nasofaríngeas o adenopatías cervicales. El tratamiento depende de cuál sea la causa principal. El acufeno es un zumbido persistente que se percibe CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 57 PGF03-R03 en los oídos y puede producirse como consecuencia de alguna de las alteraciones anteriores; otras causas pueden ser la excesiva cantidad de cera en el oído, alergias o tumores. Con frecuencia, el acufeno persistente se debe a la exposición prolongada a un ruido excesivo que daña las células pilosas de la cóclea. A veces las personas que padecen esta alteración pueden utilizar un enmascarador de sonido para paliar el problema. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 58 PGF03-R03 ENFERMEDADES DEL OÍDO EXTERNO Se divide en: · Pabellón: Oreja · Conducto auditivo externo: desde la concha del pabellón hasta el tímpano. Membrana timpánica: el fondo del conducto auditivo externo y se inserta sobre el surco que esta presente en el hueso timpánico. Función: Las estructuras del oído externo realizan la función auditiva. El conducto auditivo y el pabellón ejercen protección contra la penetración de cuerpos extraños favoreciendo el tránsito de las ondas sonoras hacia el tímpano. La función acústica ejercida por el conducto auditivo externo. Se produce por el aumento de la frecuencia del tono propio de la columna la que llega al tímpano y lo hace vibrar permitiendo que el hombre perciba el efecto sonoro inmediato. Entre las malformaciones congénitas del oído externo destaca la ausencia del pabellón auditivo, e incluso la ausencia de abertura del canal auditivo externo. Si las estructuras del oído medio son anormales es posible realizar una cirugía reconstructiva de la cadena de huesecillos para restablecer parte de la capacidad auditiva. Entre las malformaciones adquiridas del oído externo se encuentran los cortes y las heridas. El otematoma, conocido como oído en forma de coliflor y típico de los boxeadores, es el resultado frecuente de los daños que sufre el cartílago del oído cuando va acompañado de hemorragia interna y una producción excesiva de tejido cicatrizante. La inflamación del oído externo puede aparecer como consecuencia de cualquier enfermedad que produzca a su vez inflamación de la piel; es el caso de las dermatitis producidas por quemaduras, lesiones y congelaciones. Enfermedades cutáneas como la erisipela o la dermatitis seborreica afectan al oído con mucha frecuencia. Tuberculosis y sífilis cutánea son algunas de las enfermedades más raras que también afectan al oído externo. La presencia de cuerpos extraños en el canal auditivo externo (insectos, algodón y cerumen —la cera que segrega el oído—) produce alteraciones auditivas y deben ser extraídos con cuidado. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 59 PGF03-R03 ENFERMEDADES COMUNES OTITIS EXTERNA: Es el proceso de inflamación a cargo del oído que se localiza en su parte externa (pabellón y conducto) TIPOS: · · · Condropeericondritis del pabellón: afección de los cartílagos del pabellón y su pericondrio, después de un trauma local o un proceso de infeccioso general de todo el organismo. Misosis del conducto: inflamación provocada por hongos lo que forma una masa blanquecina que reduce la transmisión de los sonidos y produce _____ Otitis externa purulenta aguda: puede localizarse en un furúnculo o difundida en toda la piel del conducto, y se origina por escasa higiene, por microtrauma repelido y propagaciones del oído. Los síntomas son: al principio se produce un irritación del oído acompañado de dolor, también puede haber un leve pérdida de la audición por causa del pus u otras secreciones del horno externo, también puedo haber fiebre. Tratamiento: puede ser con analgésicos, como aspirina o calor que pueden aliviar el dolor. TAPÓN DE CERUMEN: Es aquel que se forma en el conducto auditivo externo por el material segregado por las glándulas sebáceos o ceruminosas que se encuentran en la piel de consistencia untuosa semisólida de un color amarillo o marrón y se forma de grasas proteínas y sales minerales . Normalmente la sección de cerumen es eliminada por el conducto auditivo con la limpieza cotidiana, pero en algunas personas la eliminación de cerumen no se lleva a cabo o producen mucho y ahí es cuando se forma el tapón. Tratamiento: su eliminación se realiza introduciendo agua tibia a presión en el conducto auditivo. Pero para prevenir su aparición se debe realizar una limpieza diaria. TUMORES DEL OIDO: Tipos: · · · Papilomas y fibromas (ubicados entre la concha acústica y el meato) Malignos: Epitretoma baso celular, las q primero con una inflamación inodora y con forma de coliflor, los que evolucionan y se transforman en tumores malignos que se extienden rápidamente a las regiones perauriculares Benignos: exostosis, son tumores benignos de gran tamaño, que pueden obstruir el conducto lo que produce sordera de transmisión o complicaciones inflamatorias. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 60 PGF03-R03 Síntomas: aparición de sordera, dolores auriculares y zumbidos. Los muy avanzados producen síntomas neurálgicos, parálisis rinofacial. Tratamiento: intervención quirúrgica y en los que no se puede se trata con radioterapia, en algunos casos graves se necesita extirpación del oído y reconstruirlo nuevamente. PRESENCIA DE CUERPOS EXTRAÑOS: Pueden estar en el lóbulo de la oreja; que causan una infección o porque están demasiado unidas, o en el conducto auditivo; que pueden ser objetos que se introducen en los oídos (alimentos, insectos, juguetes, botones, etc.) Síntomas: algunos no producen síntomas, sin embargo, hay otros que puede causar dolo de oído enrojecimiento o secreciones. Además, pueden obstruir el conducto auditivo y afectar la audición. Tratamiento: Extracción inmediata del objeto a cargo del médico, los que pueden ser por medio de inserción de instrumentos en el oído, uso de imanes (si es de metal), limpieza del conducto auditivo con agua, succión por medio de un aparato. ENFERMEDADES DEL OÍDO MEDIO Constituido por: Caja timpánica: constituida por la cavidad aérea entre el oído externo y el oído interno. En ella se encuentran: huesillos llamados martillo, yunque y el estribo; ligamentos encargados de unir el oído externo con el oído interno; y dos pequeños músculos llamados músculo del martillo y músculo del Estribo, los que regulan la presencia de estímulos sonoros muy débil o muy fuerte. Trompa de Eustaquio: une la caja del tímpano a la rinofaringe. Es la única vía que permite la penetración del aire a la caja. Función: Caja timpánica: triplicar la fuerza de las vibraciones sonoras y de 15 a 30 veces por la localización entre el tímpano y la ventana oval. Trompa de Eustaquio: regular que la presión de la caja sea igual que la del ambiente La perforación del tímpano puede ocurrir por una lesión producida por cualquier objeto afilado, por sonarse la nariz con fuerza, al recibir un golpe en el oído, o a causa de cambios súbitos en la presión atmosférica. La infección del oído medio, aguda o crónica, se denomina otitis media. En la otitis media supurativa aguda se incluyen todas las infecciones agudas del oído medio producidas por CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 61 PGF03-R03 bacterias piógenas. Por lo general, estas bacterias llegan al oído medio a través de la trompa de Eustaquio. Cuando el mastoides resulta afectado, la otitis media se puede complicar y, con frecuencia, se produce sordera debido a la formación de adherencias y granulaciones de tejidos que impiden el movimiento del tímpano y de los huesecillos. Si se produce una distensión dolorosa del tímpano puede ser necesario realizar una intervención quirúrgica para permitir el drenaje del oído medio. Desde que se comenzaron a utilizar de forma generalizada la penicilina y otros antibióticos, las complicaciones que afectan al mastoides son mucho menos frecuentes. La otitis media supurativa crónica puede producirse como consecuencia de un drenaje inadecuado del pus durante una infección aguda. Esta patología no responde con facilidad a los agentes antibacterianos debido a que se producen cambios patológicos irreversibles. Las otitis medias no supurativas, o serosas, agudas y crónicas, se producen por la oclusión de la trompa de Eustaquio a causa de un enfriamiento de cabeza, amigdalitis o adenoiditis, sinusitis, o por viajar en un avión no presurizado. La forma crónica también puede producirse como consecuencia de infecciones bacterianas producidas por neumococos o por Haemophilus influenzae. Debido a que la descarga serosa (acuosa) empeora la capacidad auditiva, se ha sugerido la posibilidad de que los niños que padezcan otitis media puedan encontrar dificultades para el desarrollo del lenguaje. Se han utilizado diversos tratamientos, entre ellos el uso de antibióticos y antihistamínicos, la extirpación de amígdalas y adenoides, y la inserción de tubos de drenaje en el oído medio. Uno de cada mil individuos adultos padece una pérdida de su capacidad auditiva debido a una otosclerosis, u otospongiosis, que consiste en la formación de hueso esponjoso entre el estribo y la ventana oval. Como consecuencia de esta formación de tejido, el estribo queda inmovilizado y ya no puede transmitir información hacia el oído interno. Cuando esta alteración progresa, es necesario eliminar los depósitos óseos mediante cirugía, y reconstruir la conexión entre el estribo y la ventana oval. En ocasiones, el estribo se reemplaza por una prótesis similar a un émbolo. Incluso tras haber efectuado una operación quirúrgica con éxito puede continuar depositándose tejido óseo y producirse la pérdida de capacidad auditiva años después. ENFERMEDADES COMUNES Otosclerosis: Esta enfermedad es producida por un crecimiento osificación anómalos de los huesos que forman la entrada al oído interno, lo cual impide que la base del estribo vibre cuando las ondas sonoras inician sobre el tímpano por el cual se produce una sordera cada vez más fuerte. Síntomas: suele darse en la época de la pubertad, de forma lenta y progresiva. El síntoma principal es que el paciente comienza a hablar con un volumen más alto de lo normal para compensar el ruido del ambiente que siente en el interior del oído y el paciente tarda bastante tiempo en darse cuenta de su problema con seguridad ¨ CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 62 PGF03-R03 Tratamiento: es fundamentalmente quirúrgico, se efectúa con el microscopio auricular. Tras la operación el tímpano se recupera normalmente en uno o dos semanas. OTITIS MEDIA: Proceso inflamatorio de forma catarrales (sin pus) y forma purulentas, ambas pueden ser agudas o crónicas. Producidas por procesos oclusivos de la trompa de Eustaquio y de equiparar la presión del aire atmosférico ambos lados del tímpano. La trompa se tapa con tapa con serosidad y con la llegada de gérmenes no piógenos (sin pus). Causas: producida por la extensión de un proceso inflamatorio de la rinofaringe (aguda o crónica) o en tumores y lesiones cicatrizadas. Síntomas: Dolor, Disminución de la audición Tratamiento: aplicaciones de calor local. Instilaciones endoauriculares de glicerina. Antibióticos (vía general). Operación quirúrgica (después de que cese el pus) ROTURA DEL TIMPANO: Causas: introducción de objetos extraños, Golpes o explosiones. Infecciones mal diagnosticadas o mal curadas. Síntomas: Dolor, Hemorragia, Perdida de audición, Acúfenos Tratamiento: Antibióticos, para prevenir o curar infecciones. Analgésicos en caso de dolor. Si el tímpano no se cierra espontáneamente se efectuar un tímpano plastia (injerto que sustituye la zona lesionada. ENFERMEDADES DEL OÍDO INTERNO Compuesto por un complejo sistema de canales membranosos con un revestimiento óseo. Ubicado en el interior del hueso temporal. Contiene los órganos auditivos y del equilibro. Está separado por la ventana oval. El oído interno consiste en un aserie de canales membranosos alojados en una parte densa del hueso temporal. Está dividido en: Cóclea (en griego caracol óseo), Vestíbulo, Tres canales semicirculares. Los canales semicirculares se comunican entre sí y contienen un fluido gelatinoso denominado endolinfa. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 63 PGF03-R03 Las enfermedades del oído interno también pueden alterar el sentido del equilibrio e inducir síntomas de mareo. Estos síntomas también pueden deberse a anemia, hipertermia, tumores del nervio acústico, exposición a un calor anormal, problemas circulatorios, lesiones cerebrales, intoxicaciones y alteraciones emocionales. El vértigo de Ménière aparece como consecuencia de lesiones producidas en los canales semicirculares y produce náuseas, pérdida de la capacidad auditiva, acufenos o ruido en los oídos y alteraciones del equilibrio. A veces está indicada la destrucción del laberinto pseudomembranoso mediante criocirugía o por irradiación con ultrasonidos para combatir vértigos que no tienen tratamiento. La destrucción traumática del órgano de Corti en el oído interno es la responsable de una gran proporción de los casos de sordera total. En los últimos años, los científicos han desarrollado un dispositivo electrónico destinado a adultos que padecen sordera profunda, que se conoce como implante coclear. Este aparato convierte las ondas sonoras en señales eléctricas que se liberan en unos electrodos implantados en la cóclea, y de esta manera se produce la estimulación directa del nervio auditivo. Sin embargo, los sonidos que produce son poco definidos y hasta ahora el implante coclear se utiliza sobre todo como una ayuda para poder leer en los labios. ENFERMEDADES COMUNES ACUFENOS: Es cuando se produce una serie de zumbidos o ruidos percibidos en el interior del oído. Estos pueden ser continuos o intermitentes, mono o bilaterales, y de intensidad y tono variables. Tipos: · · Acúfenos falsos: estos se deben a movimientos vasculares (venas), musculares, etc. Que pueden ser percibidos por personas situadas cerca del paciente. Acúfenos verdaderos: se deben a procesos patológicos, que solo son oídos por las personas que los padece. Suelen ser molestos y difíciles de curar. · Tratamiento: este se trata en dar término a los zumbidos por medio de fármacos o cirugía. ENFERMEDAD DE MENIÉRE: Es causada por una distensión imprevista de los canales semicirculares membranosos por el aumento de la endolinfa, determinada por causas todavía desconocidas. Síntomas: surgen repentinamente y consiste en una sensación de ruidos tormentosos con campanilleo acompañada de vértigo nauseas y vómitos. Tratamiento: el curso de la enfermedad no es constante ya que en algunos casos el enfermo cura rápidamente, en otras la curación puede ser larga o no se consiguen resultados CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 64 PGF03-R03 positivos. El tratamiento consiste en el reposo absoluto tanto físico como mental, tener una buena alimentación y en último caso se recurrirá a la cirugía LABERINTITIS: Inflamación aguda crónica del laberinto puede ser Laberintitis anterior (Órgano del oído) o Laberintitis posterior (órgano del equilibrio) Tipos: · · Laberintitis Timpanogenos: consecuencia de la otitis media purulenta crónica u otitis aguda grave. Laberintitis Meningógenas: se observan infecciones graves generalizadas Tratamiento: Antibióticos, Sulfaminas, Intervenciones quirúrgicas en casos especiales. Los de curso crónicos que tienen síntomas atenuados solo pueden ser tratados quirúrgicamente. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 65 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! Realizar las siguientes actividades en su cuaderno: 1. Buscar en el diccionario el significado de 20 palabras que le parezcan interesantes. 2. Con las palabras escogidas, realice una Sopa de Letras. EJERCITACIÓN Resolver el siguiente cuestionario: 1. La función del oído humano es: a) b) c) d) Convertir los impulsos eléctricos en ondas sonoras Transformar los impulsos nerviosos en ondas sonoras Convertir las ondas sonoras en impulsos electroquímicos Transformar los impulsos mecánicos en ondas sonoras 2. En su camino a lo largo del oído externo, las ondas sonoras alcanzan finalmente: a) b) c) d) El pabellón auditivo El conducto auditivo El tímpano El vestíbulo CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 66 PGF03-R03 3. En la cadena de huesecillos del oído medio se encuentra: a) b) c) d) El yunque El vestíbulo El tímpano El conducto auditivo 4. Los canales semicirculares: a) b) c) d) Tienen que ver con la audición Tienen que ver con el equilibrio Están relacionados con la audición y el equilibrio No están relacionados con el equilibrio 5. Los filamentos terminales del nervio auditivo se encuentran en: a) b) c) d) La membrana oval El pabellón auditivo El vestíbulo La membrana basilar 6. Investigue cada uno de los siguientes conceptos y llévelos al cuaderno: a) b) c) d) e) La sordera. Mastoides. Sinusitis. Acufeno. Órgano de corte. 7. Teniendo en cuenta lo visto hasta el momento, resolver el Crucigrama que se encuentra en la página siguiente: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 67 PGF03-R03 CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 68 PGF03-R03 UNIDAD CUATRO: LA LUZ PROPÓSITO Describe la naturaleza de la luz y su comportamiento como la onda transversal a partir de los fenómenos de difracción, interferencia y polarización. Interpreta y analiza textos científicos sobre la luz. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 69 PGF03-R03 LECTURA AFECTIVA LA LUZ EN LA MEDICINA La luz es parte de nuestra vida, sin ella no existiría el mundo como lo conocemos, sin embargo entender qué es resulta muy complicado, pues a veces presenta el comportamiento de una onda y a veces el de una partícula. Un uso común de la luz visible es permitirle al médico obtener una información visual del paciente: el color de su piel, su estado de ánimo, anormalidades en su cuerpo. A veces la luz es insuficiente y entonces recurre a fuentes de luz más intensas, a espejos, a superficies cóncavas que concentran la luz en la región de interés o a instrumentos más complejos como el oftalmoscopio para ver dentro del ojo, el otoscopio que le permite ver dentro del oído o al endoscopio para observar cavidades internas. La luz UV se usa en microscopía fluorescente. Los rayos X de baja energía se usan como fuente de irradiación en la técnica microscópica llamada historradiografía. Cuando el haz utilizado es un haz de electrones se trata de un microscopio electrónico. Las lentes de este tipo de microscopio son campos eléctricos y magnéticos que pueden dirigir, afocar o abrir, el haz de electrones. La longitud de onda de los electrones depende de su energía, pero alcanza amplificaciones de hasta 250 000 veces, mientras el microscopio convencional alcanza unas 1000 veces de amplificación. La energía total de un láser pulsado, de los que se usan en medicina, se mide en milijoules (mJ); puede ser liberada en menos de un microsegundo y la potencia instantánea resultante pueden ser megawatts. La salida de un láser pulsado generalmente se mide por el calor producido en el detector. La energía de un láser, cuando incide en tejido humano, causa una rápida elevación de la temperatura y destruye, de esta manera, el tejido. El daño causado al tejido viviente depende de qué tanto se eleve la temperatura y del tiempo que permanezca elevada; por ejemplo, el tejido puede permanecer a 70°C durante un segundo sin ser destruido, pero a temperaturas por arriba de 100°C por breve que sea la exposición siempre hay destrucción. El láser se usa comúnmente en medicina clínica sólo en oftalmología, principalmente para fotocoagulación de la retina (cauterización de un vaso sanguíneo), para lo que se utiliza un láser de xenón. También se usa para casos de retinopatía, retina desprendida y como bisturí en algunos casos. En la figura 25 se muestra un aparato útil en cirugía. Es necesario que tanto el paciente como el médico, protejan sus ojos del rayo láser, ya que debido a que viaja como un haz concentrado de energía, aunque sufra varias reflexiones puede causar daños irreparables en caso de penetrar al ojo. El área donde se usa el rayo láser debe estar controlada y se debe prevenir al público. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 70 PGF03-R03 ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO A Trabajar! Realizar las siguientes actividades en su cuaderno: 1. Buscar en el diccionario el significado de las palabras desconocidas. 2. Con las palabras escogidas, realice una Sopa de letras. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 71 PGF03-R03 LA LUZ ENUNCIACIÓN La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. La luz es una radiación electromagnética. ESPECTRO VISIBLE Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 72 PGF03-R03 Frecuencia y longitud de onda se relacionan por la expresión: c = f. λ Donde c es la velocidad de la luz en el vacío, frecuencia f, y longitud de onda λ. NATURALEZA DE LA LUZ La luz se compone de partículas energizadas denominadas fotones, cuyo grado de energía y frecuencia determina la longitud de onda y el color. Según estudios científicos, la luz sería una corriente de paquetes fotónicos que se mueven en el campo en forma ondulatoria por un lado y en forma corpuscular por otro. VELOCIDAD DE LA LUZ La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s (suele aproximarse a 3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz. Se denota con la letra c, proveniente del latín celéritās (velocidad), y también es conocida como la constante de Einstein. La velocidad de la luz fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, pasando así el metro a ser una unidad dada en función de esta constante y el tiempo. La velocidad a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su permitividad eléctrica y permeabilidad magnética y otras características electromagnéticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a "c" y queda codificada en el índice de refracción. En CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 73 PGF03-R03 modificaciones del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones térmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad de energía de ese vacío. DIFRACCIÓN E INTERFERENCIA DE LA LUZ Cuando la luz pasa a través de una rendija cuyo tamaño es próximo a la longitud de onda de la luz, ésta se difracta, se produce un cambio en la forma de la onda. Cuando la luz pasa a través de dos rendijas, las ondas procedentes de una rendija interfieren con las ondas que vienen de la otra. La interferencia constructiva tiene lugar cuando las ondas llegan en fase, es decir, cuando las crestas (o los valles) de una onda coinciden con las crestas (o los valles) de la otra onda, formando una onda con una cresta (o un valle) mayor. La interferencia destructiva se produce cuando las ondas llegan en oposición de fase, es decir, cuando la cresta de una onda coincide con el valle de la otra onda, cancelándose mutuamente para producir una onda más pequeña o no producir onda alguna. REFRACCION DE LA LUZ Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación de dos medios trasparentes de diferente densidad, generalmente experimenta un cambio de dirección, como lo esquematiza la figura 5. A este fenómeno se le da el nombre de refracción. Si en el punto de incidencia levantamos la normal (N) a la superficie, el ángulo entre ésta y el rayo incidente se llama ángulo de incidencia (í), y el formado por la normal y el rayo refractado, ángulo de refracción (f). Todos hemos observado cómo un lápiz introducido dentro de un vaso con agua pura parece estar quebrado; lleve a cabo esta experiencia y explique lo observado. Realice igualmente esta otra experiencia: deposite una moneda en el fondo de una taza y aléjese hasta que deje de observar la moneda. Pídale a un amigo que vierta agua en la taza. ¿Qué observa? Trace el camino seguido por los rayos de luz desde la moneda hasta su ojo. Finalmente, ilumine con una linterna la superficie de una alberca de agua en una noche oscura. ¿Observa el haz refractado? Este fenómeno recibe el nombre de refracción de luz y tiene lugar siempre que los rayos luminosos cambian de medio de propagación. La luz al pasar del agua al aire cambia la dirección de propagación. Por eso desde el aire vemos los objetos sumergidos en una posición distinta a la que en realidad ocupan. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 74 PGF03-R03 REFLEXION DE LA LUZ La experiencia muestra que cuando un rayo de luz se refleja sobre una superficie plana, la naturaleza de |a4uz reflejada se puede describir en función de leyes sencillas y bien definidas. La más simple de ellas se conoce como la ley de la reflexión. De acuerdo con esta ley, el ángulo de incidencia del rayo de luz sobre la superficie reflectora es exactamente igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la misma superficie. Sin embargo, en vez de considerar el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión desde la superficie especular, se acostumbra medirlos desde una línea perpendicular al plano del espejo. Esta línea, como se muestra en la Fig.4 se llama normal. A medida que el ángulo i crece, el ángulo 𝛾 aumenta exactamente la misma cantidad, así que, para todos los ángulos de incidencia ángulo i = ángulo 𝛾 En otras palabras el ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (𝛾), Además, el rayo incidente, el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano. Este fenómeno obedece a las siguientes leyes enunciadas por Snell: 1. Los rayos incidente, reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia , están en un mínimo plano 2. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión como se menciona anteriormente. 3. La razón o el cociente del seno del ángulo de incidencia al seno del ángulo de refracciones una constante es decir: Sen i = n donde n es una constante sen r n se denomina índice de refracción del segundo medio con respecto al primero. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 75 PGF03-R03 Al hablar de una superficie especular, no necesariamente se trata de una placa plateada de vidrio, un espejo es cualquier superficie lo suficientemente liza para producir una reflexión regular como se acaba de describir. a. Reflexión especular: Cuando todos los rayos reflejados son paralelos: es el caso de los metales pulidos, las superficies de los líquidos y los espejos. b. Reflexión difusa: Cuando los rayos son reflejados en todas las direcciones, eso es debido a las irregularidades de la superficie es el caso de las superficies rugosas o mates. SIMULACIÓN A Trabajar! Realizar las siguientes actividades: 1. Buscar en el diccionario, las 10 palabras que más le llamen la atención sobre la lectura de la luz y escribir su definición en su cuaderno. 2. Realizar un crucigrama en su cuaderno, con las palabras seleccionadas en el punto anterior. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 76 PGF03-R03 EJERCITACIÓN 3. Realizar un diagrama de Euler Venn sobre la luz. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 77 PGF03-R03 4. Consultar que es un espectro y un prisma. 5. Formar grupos de 4 personas y trabajen y expongan un experimento sencillo sobre la luz. 6. Realice un experimento sobre la luz por grupos de tres personas y expóngalo. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 78 PGF03-R03 TIPOS DE RAYOS ENUNCIACIÓN RAYOS X, radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco —generalmente de volframio— con electrones de alta velocidad. LOS RAYOS GAMMA son producidos por transiciones en los núcleos atómicos y también son productos de desintegración progresiva de las colisiones entre los rayos cósmicos y la materia interestelar. Su estudio ayuda a comprender los procesos de alta energía que suceden en el espacio exterior, como los que están asociados con estrellas de neutrones, quásares y agujeros negros. Debido a que los positrones (electrones de antimateria) producen rayos gamma cuando son aniquilados, la astronomía gamma también sirve de medio para detectar la presencia de antimateria. RAYOS INFRARROJOS, emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas en la zona del espectro situada inmediatamente después de la zona roja de la radiación visible. La longitud de onda de los rayos infrarrojos es menor que la de las ondas de radio y mayor que la de la luz visible. Oscila entre aproximadamente 10-6 y 10-3 metros. La radiación infrarroja puede detectarse como calor, para lo que se emplean instrumentos como el bolómetro. RAYOS ULTRAVIOLETA, La atmósfera terrestre protege a los organismos vivos de la radiación ultravioleta del Sol. Si toda la radiación ultravioleta procedente del Sol llegara a la superficie de la Tierra, acabaría probablemente con la mayor parte de la vida en el planeta. Afortunadamente, la capa de ozono de la atmósfera absorbe casi toda la radiación ultravioleta de baja longitud de onda y gran parte de la de alta longitud de onda. Sin embargo, la radiación ultravioleta no sólo tiene efectos perniciosos; gran parte de la vitamina D que las personas y los animales necesitan para mantenerse sanos se produce cuando la piel es irradiada por rayos ultravioleta. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 79 PGF03-R03 SIMULACIÓN A Trabajar! Realizar las siguientes actividades: 1. Realizar un mentefacto conceptual en su cuaderno, sobre las clases de rayos. EJERCITACIÓN 2. Consultar ¿A cuánto equivale la velocidad de la luz en el agua, vidrio y diamante? CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 80 PGF03-R03 3. ¿Qué es un espectro visible? 4. Diseñe en su cuaderno, un dibujo por cada clase de rayo, explíquelo. 5. ¿Investigue como se consiguen los colores de los fuegos artificiales? ¿En donde son utilizados? 6. Diseñe una maqueta, sobre la luz y sus elementos. CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 81 PGF03-R03 BIBLIOGRAFÍA Física I, Prof. René Alexander Castillo. P 62 Módulo de Física Grado Séptimo Colegio Franciscano Jiménez de Cisneros. P 2 a 19, 35 a 44, 46 a 48, 50 a 56, 61 a 63, 65 a 69 Curso de Física General, L. Landau, A Ajiezer, E. Lifshitz, Editorial MIR Moscú. Behar Rivero, Daniel. Física médica. Editorial Oriente. Santiago de Cuba, 1997. Morozov, Vladimir. Bioacústica recreativa. Editorial Mir. Moscú, 1987. Remizov, A. Física Médica y biológica. Editorial Mir. Moscú, 1987. Soto del Rey, Roberto. Introducción a la biofísica. Editorial Oriente. Santiago de Cuba, 1998. Cuatro tomos Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers, 6th ed., Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7. Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics, 5th ed., W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0809-4. Guía de la salud familiar (Pág. 360 a la 369) WEB GRAFÍA www. Wikipedia.org descargas-docentes.blogspot.com www.scribd.com www.monografias.com http://usuarios.discapnet.es/ojo_oido/el_oido.htm www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?index=1074&lang=2 http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema5/index.htm http://pdf.rincondelvago.com/aplicaciones-de-luz-y-sonido.html http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luz http://www.google.cl (enfermedades del oído y su tratamiento) CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL – Física 7 82
