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Repaso de Àtomos…
En física y química, átomo (Del latín atomum, y éste del griego άτομον, indivisible) es la unidad más
pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible
dividir mediante procesos químicos.
Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el
hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma
estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las
características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones
(isótopos).
Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y
se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen carga eléctrica, tanto
átomos como moléculas se llaman iones: cationes si son positivos, aniones si son
negativos.
La teoría aceptada hoy, es
que el átomo se compone de
un núcleo de carga positiva
formado por protones y
neutrones, ambos conocidos
como nucleones, alrededor
del cual se encuentran una
nube de electrones de carga
negativa.
Los enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre
que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la
forman por separado. A la diferencia de energía entre estos dos estados se
le denomina energía de enlace.
Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar
moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de
oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como
estequiometría.
Para
una descripción y comprensión
detalladas de las reacciones químicas y de las
propiedades físicas de las diferentes
sustancias, es muy útil su descripción a
través de orbitales, con ayuda de la mecánica
cuántica.
Un orbital atómico es una función
matemática que describe la disposición de
uno o dos electrones en un átomo. Un orbital
molecular es análogo, pero para moléculas.
Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental.
Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica.
El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón.
El núcleo del siguiente elemento en la
tabla periódica, el helio, se encuentra
formado por dos protones y dos
neutrones. La cantidad de protones
contenidas en el núcleo del átomo se
conoce como número atómico, el cual
se representa por la letra Z y se
escribe en la parte inferior izquierda
del símbolo químico. Es el que
distingue a un elemento químico de
otro.
Según
lo
descrito
anteriormente, el número atómico del
hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2
(2He).
La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como
número másico, representado por la letra A y escrito en la parte
superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos que vimos
anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio,
4(4He).
Nube Electrónica
Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que
son partículas elementales de carga negativa igual a una
carga elemental y con una masa de 9.10x10-31 kg.
La cantidad de electrones de un átomo en su estado
basal es igual a la cantidad de protones que contiene en
el núcleo, es decir, al número atómico, por lo que un
átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica
neta igual a 0.
A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o
adquirir algunos de sus electrones sin modificar su
identidad química, transformándose en un ión, una
partícula con carga neta diferente de cero.
Los enlaces químicos resultan de interacciones electrostáticas y se los
clasifican en tres grandes grupos, enlace iónico, enlace covalente y
enlace metálico.
1)
2)
3)
Enlace iónico: resulta de las interacciones electrostáticas entre
iones de cargas opuestas.
Enlace covalente: es el resultado de compartir electrones entre dos
átomos.
Enlace metálico: cada átomo está unido a varios átomos vecinos por
electrones que son relativamente libres de moverse a través de la
estructura tridimensional.
Conceptos generales de bioquímica y biofísica
Magnitudes Físicas
La observación de un fenómeno es en general, incompleta a menos que dé
lugar a una información cuantitativa.
Para obtener dicha información, se requiere la medición de una propiedad
física.
La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una
propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con
otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.
Para que las mediciones sean coherentes tiene
que existir un consenso entre las personas que
miden…
El Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI es el sistema
de unidades más extensamente usado. Junto con el antiguo sistema
métrico decimal, que es su antecedente y que ha mejorado, el SI
también es conocido como sistema métrico, especialmente en las
naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Se
creó en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que
inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales.
Unidades básicas
Magnitud
Nombre
Símbolo
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Eléctrica
ampere
A
Temperatura termodinámica
kelvin
K
Cantidad de sustancia
mol
mol
Intensidad luminosa
candela
cd
Intensidad de corriente
*La longitud (del latín longitudo): La distancia existente entre dos puntos. En el
Sistema Internacional de Unidades se mide en metros.
*La masa es una propiedad de los objetos físicos que, básicamente, mide la cantidad
de materia contenida en un cuerpo. Es un concepto central en la mecánica clásica y
disciplinas afines. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en kilogramos.
*El tiempo es la duración de las cosas sujetas a cambio. Es la magnitud física que
permite parametrizar el cambio, esto es, que permite ordenar los sucesos en
secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro.
Su unidad básica en el sistema internacional (SI) es el segundo; de éste parte la
secuencia para medir el tiempo. Su símbolo es s (debido a que es un símbolo y no una
abreviatura, no se debe escribir con mayúsculas, ni agregar un punto posterior), no
seg.
*La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa a
través de una sección en una unidad de tiempo. La unidad en el Sistema internacional de
unidades es el amperio.
*La temperatura es un parámetro físico descriptivo de un sistema que caracteriza el
calor, o transferencia de energía térmica, entre ese sistema y otros
Cantidad de sustancia: relación entre el peso o volumen y la cantidad de materia. Se
define originalmente como «la cantidad de átomos de 12C contenidos en 12 gramos de
este elemento».
Biomecánica
Movimiento es el resultado de todo tipo de cambio o variación.
De acuerdo con este criterio el movimiento puede ser social,
económico, biológico, físico, etc.
El movimiento mecánico es el tipo más elemental de movimiento.
El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo
cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o
conjunto, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a
otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento
describe una trayectoria.
La parte de la física que se encarga del estudio del movimiento sin
estudiar sus causas es la cinemática. La parte de la física que se
encarga del estudio de las causas del movimiento es la dinámica.
En general, en el estudio del movimiento lo más interesante es determinar
la posición de un objeto en cualquier momento. Es por eso que la parte más
importante de un modelo de movimiento son las expresiones que relacionan
la posición con el tiempo.
Un objeto se pone en movimiento cuando es empujado o arrastrado por
una fuerza o sometido a ella.
Aunque en la naturaleza existen muchos tipos de fuerzas, los efectos de
cualquiera de ellas se describen mediante tres leyes generales del
movimiento formuladas por Isaac Newton.
Si empujamos o arrastramos un objeto, estamos ejerciendo una
fuerza sobre él.
Todas las fuerzas tiene un módulo y una dirección, por lo tanto son
magnitudes vectoriales.
La fuerza neta o total ejercida sobre un objeto es la suma de todas las
fuerzas que actúan sobre el mismo. Por ej. Si dos fuerzas de igual
módulo, pero sentido contrario actúan sobre un mismo cuerpo, la fuerza
total sobre el mismo es nula.
F1
F2
F1 + F2= 0
F= F1+F2
Bien, masa es la medida de cuanta materia hay en un objeto; el peso es
una medida de cuanta fuerza ejerce la gravedad sobre ese objeto. Su
propia masa es la misma no importa si esta--en la tierra, en la luna, o
flotando en el espacio--porque la cantidad de materia de que ustedes
están hechos no cambia. Pero su peso depende de cuánta fuerza
gravitatoria esté actuando sobre usted en ese momento; usted pesaría
menos en la luna que en la tierra, y en el espacio interestelar, ustedes
pesarían
prácticamente
nada.
Pero si permanecemos en la
tierra, la gravedad es siempre
la misma, entonces realmente
no importa si se habla de masa
o peso.
Según en el sistema que se trabaje la
fuerza
tiene
distintas
unidades,
nosotros como trabajamos con el SI
usamos los Newton (N).
Un tipo de fuerza muy importante es la de la gravedad sobre un
objeto, como dijimos anteriormente a esta fuerza se la llama:
PESO.
Peso = W
Muy relacionada con el peso aparece la masa (o masa gravitatoria) de un
cuerpo. Su fórmula esta dada por el peso y la gravedad del lugar.
m=w
g
g
En la tierra es = 9.8ms2-
Resumiendo…
Una fuerza es algo que arrastra o empuja a un cuerpo.
La fuerza que la gravedad hace sobre un objeto se
denomina peso y la masa gravitatoria de un objeto es
su peso dividido la gravedad (la aceleración
gravitatoria).
Las leyes de Newton:
De repente el colectivo frena. Cabeceas violentamente, los libros que
llevabas en las rodillas se proyectan hacia delante. Extiendes la mano
para no dar con la cabeza en el respaldo del asiento de enfrente. Los
que van de pie se aplastan unos contra otros.
Acabas de experimentar en carne propia todas las leyes del movimiento
de
Newton
juntas.
Primera ley: La inercia…
Cuando al frenar el colectivo
sentís que te vas de frente y
se te caen los libros de las
rodillas está pasando una cosa
muy curiosa: el cuerpo y los
libros no quieren frenar con el
colectivo;
quieren
seguir
moviéndose igual que antes.
Si en lugar de frenar el vehículo diera una vuelta cerrada, en vez de
que se fueran de frente sentirían que se van para un lado. Los libros
salen volando hacia el lado contrario a la dirección de la vuelta.
Los objetos, si nadie se opone, prefieren seguirse moviendo en
línea recta y tratarán de hacerlo siempre que puedan.
Los carritos del súper son muy difíciles de poner en movimiento cuando
están muy llenos. Para que alcancen una velocidad respetable tienes que
empujarlos muy fuerte, o durante mucho tiempo, o las dos cosas. Igual
para pararlos una vez que van a toda velocidad.
O sea que mientras más lleno el carrito, más se opone a los cambios de
movimiento.
La propiedad física que mide cuánto se opone un cuerpo a los
cambios de movimiento se llama inercia.
Todo objeto continúa en estado de reposo, o de movimiento uniforme
rectilíneo, a no ser que sobre él actúen fuerzas que le hagan cambiar
de estado.
Antes del siglo XVII todo el mundo creía que para mantener un objeto en
movimiento a velocidad constante hacía falta una fuerza constante.
¿Qué pasa cuando dejas de empujar un carrito de juguete, por ejemplo?
Se para, ¿no?
La experiencia cotidiana, al parecer, confirma esta creencia.
A principios del siglo XVII Galileo Galilei se puso a hacer experimentos con
pelotas y planos inclinados.
Soltó una pelota por un plano inclinado desde cierta altura. La pelota bajó y
luego subió por otro plano inclinado. Usando bolas y planos muy lisos Galileo
observó que las pelotas subían casi hasta el mismo nivel del que habían partido.
La pelota no llega
exactamente al mismo nivel.
¿Por qué?
Casi, pero no exactamente. ¿Por qué?
Galileo se dijo que el intervalo que les
faltaba para llegar hasta el mismo
nivel se debía a que algo perdía la
pelota en su camino debido a la
fricción. Pero si pudiera eliminarse la
fricción completamente, ¿qué pasaría?
Galileo pensaba que sin fricción las
pelotas llegarían exactamente hasta la
misma altura de que partieron.
Entonces a Galileo se le ocurrió la siguiente variación sobre su
experimento: hacer bajar gradualmente el plano inclinado por el
que sube la pelota después de bajar por el plano inclinado inicial
y lanzar pelotas a cada paso. ¿Hasta dónde sube la pelota cuando
el segundo plano inclinado está menos inclinado que el primero?
Si el segundo plano inclinado está menos inclinado que el primero,
la pelota recorre una distancia mayor en ese plano para llegar
hasta
el
mismo
nivel
Luego Galileo se preguntó: ¿y si el segundo plano no está inclinado en
absoluto? ¿Hasta dónde llega la pelota?
Galileo concluyó que, cuando se elimina la fuerza de fricción que hace
perder impulso, los objetos en movimiento siguen en movimiento sin
necesidad de fuerza.
Para parar un objeto, o para ponerlo en movimiento si está en reposo se
necesita aplicar una fuerza.
¿Cuál de estos dos
objetos alcanzará más
rápido la velocidad de
1 metro por segundo?
Aplicar una fuerza a un objeto produce una aceleración (un aumento o
disminución de la velocidad).
A mayor fuerza, mayor aceleración.
Pero al mismo tiempo a mayor masa, menor aceleración.
Isaac Newton encontró la relación exacta entre intensidad de la fuerza,
masa y aceleración:
F = m x a
Segunda ley de Newton
Tercera Ley de Newton…
Cuando te apoyas en la pared estás ejerciendo una fuerza sobre ella. La
pared al mismo tiempo ejerce una fuerza sobre vos: es el apretón que
sentís en el hombro o en la mano.
Cuando ejerces una fuerza sobre un objeto, el objeto reacciona
ejerciendo una fuerza sobre vos. Las fuerzas suelen venir en
parejas.
En estas parejas de fuerzas se puede distinguir una fuerza que actúa sobre
un objeto y otra que es la respuesta de ese objeto a la fuerza que siente.
Se les llama fuerza de acción y fuerza de reacción.
Para cada acción existe siempre una reacción igual pero en sentido opuesto.
Fuerza de rozamiento…
Le rozamiento es una fuerza que siempre se opone al deslizamiento de un
objeto sobre otro. Las fuerzas de rozamiento son muy importantes ya que
nos permiten andar, utilizar vehículos de ruedas, sostener libros, etc.
El rozamiento proviene de muchos pequeños enlaces ocasionales entre los
puntos de contacto de ambas superficies.
Las fuerzas de rozamiento en los fluidos se llaman fuerzas viscosas.
Cuando andamos o corremos no nos damos cuenta de ningún rozamiento en
las rodillas ni en las articulaciones de las piernas.
Estas y muchas otras articulaciones en los mamíferos se encuentran bien
lubricadas mediante el fluido sinovial, que pasa a través del cartílago que
reviste a las articulaciones cuando éstas se mueven.
Este lubricante tiende a ser absorbido cuando la articulación esta en
reposo., aumentando entonces el rozamiento y facilitando a mantener una
posición fija.
Palancas!
La palanca es una máquina simple compuesta por una barra rígida que puede
girar libremente alrededor de un punto de apoyo, o fulcro.
Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto,
o para incrementar la distancia recorrida por un objeto en respuesta a la
aplicación de una fuerza.
Una palanca está en equilibrio cuando el momento de fuerza total hacia la
izquierda es igual al momento de fuerza total hacia la derecha.
En Física, el momento es el producto de la fuerza aplicada por la distancia
entre el punto de aplicación y el punto de rotación del cuerpo. En una palanca,
la distancia entre el fulcro y el punto de aplicación de una fuerza se denomina
"brazo de palanca".
Entonces, el principio de la palanca afirma que una fuerza pequeña puede
estar en equilibrio con una fuerza grande si la proporción entre los brazos de
palanca de ambas fuerzas es la adecuada.
En la forma más común de uso de la palanca se considera únicamente a dos
fuerzas: una carga o resistencia, que suele ser el peso de un objeto que se
desea mover; y una potencia, que es la fuerza que se ejerce para causar el
movimiento. FpBp = FrBr
Donde Fp y Fr son las fuerzas de potencia y resistencia, respectivamente; y Bp
y Br sus respectivos brazos de palanca.
Alicate
El eje se encuentra entre la
resistencia y el esfuerzo
Carretilla, casca nueces
La resistencia se
encuentra entre el eje y
el esfuerzo
En la palanca de tercer tipo, la fuerza de potencia
se encuentra entre el fulcro y la fuerza de
resistencia. El tercer tipo es notable porque la
fuerza aplicada debe ser mayor que la fuerza que
se requeriría para mover el objeto sin la palanca.
Este tipo de palancas se utiliza cuando lo que se
requiere es amplificar la distancia que el objeto
recorre.
Brazo humano
El esfuerzo se encuentra entre el el eje y la
resistencia.
El sistema locomotor de un vertebrado constituye una estructura
que, desde el punto de vista mecánico, está compuesto por unidades
contráctiles: músculos, que ejercen fuerzas de tracción mediante
cuerdas: los tendones, sobre un sistema de palancas articuladas: los
huesos y las articulaciones.
Todos los músculos pueden ejercer fuerzas de tracción en la
dirección de sus fibras y éste es el único tipo de fuerza
fisiológicamente útil.
En el cuerpo humano se hallan ejemplos de palancas de los tres generos,
pero las más numerosas son las de tercer género
Tipo 1:
*Este tipo de palanca se produce durante el balanceo de la cabeza. La
palanca está representada por el cráneo. El fulcro lo representan
las articulaciones occipitoatloideas. El peso se halla situado en la parte
anterior, en la cara. El esfuerzo o la fuerza sería realizado por la
contracción de los músculos posteriores del cuello, con su inserción en el
hueso occipital.
*Los movimientos de inclinación de la pelvis sobre las cabezas femorales
Tipo 2:
Característica. La palanca de segundo género posee una ventaja mecánica, de
manera que favorece a la potencia.
Ej: Existen ejemplos de este tipo de palanca en las extremidades del
cuerpo.
Se observa en la extremidad inferior. Un ejemplo específico es cuando se
elevan los talones para mantenerse de puntas de pie. En este caso:
La palanca: Representada por los huesos tarsianos y metatarsianos se
estabilizan por la acción muscular para formar la palanca.
El fulcro: Se halla situado en la articulación metatarsofalángica y el peso del
cuerpo se transmite al astrágalo a través de la articulación del tobillo.
El esfuerzo (o fuerza): Se aplica en la inserción del tendón de Aquiles por la
contracción de los músculos de la pantorrilla.
Además, hay presente palancas de tercer género en el en el brazo. En esta
situación, se puede observar durante la acción del músculo supinador largo,
que flexiona la articulación del codo, puede considerarse como otro tipo de
palanca relativamente poco frecuente en el cuerpo humano.
Tipo 3:
En el cuerpo humano existen muchos más ejemplos de palancas de
tercer género que de los otros tipos.
Característica. Este tipo de palanca, en el que existe siempre una
desventaja mecánica, es la palanca de velocidad, en la que la pérdida de
la ventaja mecánica se compensa sobradamente por la ventaja que se
logra por la rapidez y amplitud del movimiento.
Tanto en los tiempos del hombre primitivo como en los modernos, se ha
demostrado que la rapidez y la amplitud del movimiento son mucho más
útiles que la potencia.
Ej:. Cuando la palanca es el antebrazo, el fulcro se halla en la
articulación del codo, y cuando el esfuerzo es realizado por el músculo
bíceps y el peso es algún objeto sostenido en la mano, podrá observarse
que una pequeña contracción muscular se traducirá en un movimiento
mucho más extenso y rápido de la mano. Otro ejemplo simple es la
acción de los músculos posteriores del muslo al flexionar la rodilla.
Termodinámica
La termodinámica es la rama de la
física que estudia la energía, la
transformación entre sus distintas
manifestaciones, como el calor, y
su capacidad para producir un
trabajo.
Un sistema puede ser cualquier objeto, masa, región del espacio, etc.,
seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás, que
pasa a ser el entorno del sistema. El sistema y su entorno forman el universo. La
distinción entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo que el
observador ha escogido para estudiar.
La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa del entorno se llama
frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que
sirven para: a) aislar el sistema de su entorno o para
b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente.
Un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar materia ni energía
con su entorno.
Un sistema cerrado es aquel que sólo puede intercambiar energía con su
entorno, pero no
materia.
Un sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia y energía con
su entorno.
Sistema termodinámico
Un sistema termodinámico es un sistema macroscópico cuyas características
microscópicas (la posición y la velocidad de las partículas en cada instante) es
inaccesible y donde sólo son accesibles sus características estadísticas.
El estado de un sistema representa la totalidad de las propiedades
macroscópicas asociadas con él.
Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables identificables tiene un
estado termodinámico, ya sea que esté o no en equilibrio.
Se dice que ocurre una transformación en un sistema si, como mínimo, cambia de
valor una variable de estado dentro del mismo a lo largo del tiempo.
Si el estado inicial es distinto del estado final, la transformación es abierta.
Si los estados inicial y final son iguales, la transformación es cerrada.
Si el estado final es muy próximo al estado inicial, la transformación es
infinitesimal.
El interés de la termodinámica se centra en los estados inicial y final de las
transformaciones, independientemente del camino seguido.
Eso es posible gracias a las funciones de estado.