Los fenómenos biofísicos moleculares son procesos
que se realizan en los seres vivos, los cuales se basan en leyes físicas y
físico-químicas dando lugar a la formación de dichos fenómenos. Los fundamentos
moleculares de la
Biofísica se rigen
en las biomoléculas, o macromoléculas, y su
funcionamiento en todo aspecto. Fenómeno: todo cambio o transformación que se
realice en la naturaleza, se clasifican en:
Los fenómenos físicos son todos aquellos que no
cambian en la estructura interna de la materia. Los fenómenos químicos son
aquellos que cambian la estructura interna de la materia. Los fenómenos
biofísicos moleculares son procesos que se realizan en los seres vivos, los
cuales se basan en leyes físicas y físico-químicas dando lugar a la formación
de dichos fenómenos. Las fuerzas de cohesión y de repulsión intermolecular
influyen en las propiedades que se encuentran en la materia, tales como: el
punto de ebullición, de fusión, el calor de vaporización y la tensión
superficial. Dentro de una interface, rodeando a unas moléculas se presentan
atracciones proporcionadas; en cambio en la superficie, dicha molécula se
encuentra únicamente rodeada por
moléculas que son
atraídas hacia el interior
del líquido por las moléculas que la rodean, al realizar dicho proceso
el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. (Manuel, Elka, & Javier,
2018)
Tensión Superficial.
La tensión superficial se encuentra dentro de los
fenómenos de superficie y esta es la tendencia que posee un líquido para
disminuir su extensión hasta llegar a obtener una energía superficial baja lo
cual hará que este sea estable. Se le define también como “la fuerza que una
superficie ejerce sobre un contorno, perpendicularmente a él, dirigida
hacia el seno
de la superficie
y tangencialmente a
ella”. La tensión superficial es responsable de la resistencia que un
líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma
esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos
capilares y de la flotación de objetos un organismos en la superficie de los
líquidos. (Manuel, Elka, & Javier,
2018)
Presión Hidrostática.
Es la fuerza por unidad de área que ejerce un
líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre
cualquier cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión se debe al peso
del líquido, esta presión depende de la densidad(p), la gravedad(g) y la
profundidad(h) del el lugar donde medimos la presión (p) Un fluido pesa y
ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene
y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión,
llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza
perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto
sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera,
las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente
perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del
líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se
calcula mediante la siguiente expresión:
Donde, usando unidades del si, Es la presión hidrostática (en pascales); Es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico); Es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado); Es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior Es la presión atmosférica
Adhesión y cohesión.
Se explica a partir de los siguientes ejemplos; unas gotas de agua adhiriéndose a una telaraña, y un mortero usado para gotas de agua adhiriéndose a una telaraña. El mortero usado para mantener y sostener juntos los ladrillos es un ejemplo de la adhesión. La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares. La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un ejemplo claro. La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
Acción capilar y capilaridad.
Aun cuando nunca haya escuchado sobre acción
capilar, de todas maneras, es importante en su vida. La acción capilar es
importante para mover el agua (y todas las cosas que están disueltas en ella).
Se define como el movimiento del agua dentro de los espacios de un material
poroso, debido a las fuerzas de adhesión y a la tensión de la superficie. La
acción capilar ocurre porque el agua es pegajosa, en tanto que las moléculas
del agua se pegan unas a otras y a otras substancias como el vidrio, la ropa,
tejidos orgánicos y la tierra.
Ponga una toalla de papel dentro de un vaso de agua
y el agua se le “pegará” a la toalla de papel. Aún más, empezará el agua a
moverse hacia arriba de la toalla hasta que el jalón de la gravedad sea mucho
para ella y no pueda continuar.
Difusión.
Se define como el proceso por el cual se produce un
flujo neto de moléculas que pasa a través de una membrana permeable sin que
exista un aporte externo de energía. Este proceso, que en última instancia se encuentra
determinado por una diferencia de concentración entre los dos medios separados
por la membrana; no requiere de un aporte de energía debido a que su principal
fuerza impulsora es el aumento de la entropía total del sistema. En este
proceso el desplazamiento de las moléculas se produce siguiendo el gradiente de
concentración, las moléculas atraviesan la membrana desde el medio donde se
encuentran en mayor concentración, hacia el medio donde se encuentran en menor
concentración.
Osmosis
La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el
comportamiento de un sólido como soluto de una solución ante una membrana
semipermeable para el solvente pero no para los solutos. Tal comportamiento
entraña una difusión simple a Esto
es más importante de lo que piensa: Cuando vierte un vaso de agua en la mesa de
la cocina, se forma una tensión superficial que mantiene al líquido en un
charquito sobre la mesa, en lugar de una mancha delgada y grande que se extienda
hasta el piso. Cuando usted coloca la toalla de papel sobre el agua, el líquido
se adhiere a las fibras de la toalla.
Las plantas y los árboles no podrían crecer sin acción capilar. Las plantas ponen las raíces dentro de la tierra y éstas son capaces de llevar agua de la tierra hacia la planta. El agua, que contiene nutrientes disueltos, químicos y minerales se introduce dentro de las raíces y empieza a elevarse por dentro de los tejidos de la planta. Al momento que la molécula de agua #1 empieza a subir, ésta jala a la molécula de agua #2, quien a su vez, por supuesto, jala a la molécula de agua #3, y así sucesivamente. Piense en los más pequeños vasos sanguíneos de sus capilares. La mayor parte de su sangre es agua y la acción capilar ayuda a la acción de bombeo que ejecuta su corazón al mantener su sangre moviéndose dentro de sus vasos sanguíneos.
Diálisis.
La diálisis es un proceso mediante el cual se
extraen las toxinas y el exceso de agua de la sangre y que se utiliza como
terapia renal sustitutiva tras la pérdida de la función renal en personas con
fallo renal. Razones para realizar diálisis: Encefalopatía urémica,
Pericarditis, Acidosis, Insuficiencia cardiaca, Edema pulmonar o
Hiperpotasemia. La diálisis puede usarse para aquellos con un trastorno agudo
de la función renal (insuficiencia renal aguda) o progresiva, pero empeorando
crónicamente la función renal - un estado conocido como enfermedad renal
crónica en etapa 5 (antes conocida como insuficiencia renal crónica). Esta
última forma puede desarrollarse durante meses o años, pero en contraste con la
insuficiente renal aguda, no suele ser reversible, considerándose la diálisis
como una "medida de espera" hasta que se pueda realizar un trasplante
renal, o a veces como la única medida de apoyo en los casos en los que un
trasplante sería inapropiado.
Mientras están sanos, los riñones mantienen el
equilibrio hidroelectrolítico del cuerpo. Aquellos productos finales del
metabolismo que el cuerpo no puede eliminar con la respiración son excretados
también a través de los riñones. También participan en el sistema endocrino
produciendo eritropoyetina y calcitriol. La eritropoyetina está implicada en la
producción de eritrocitos y el calcitriol en la formación de hueso. La
diálisis es un tratamiento imperfecto para reemplazar la función renal ya que
no sustituye las funciones endocrinas del riñón. Los tratamientos de diálisis
reemplazan algunas de esas funciones a través de la difusión (eliminación de
desechos) y ultrafiltración (eliminación de líquidos). Este proceso debe
realizarse en un cuarto higiénico para evitar el riesgo de contraer alguna
infección en la sangre durante el proceso. (Manuel, Elka, & Javier, 2018)
Adsorción.
Adsorción
por intercambio: Ocurre cuando
los iones de la sustancia se concentran en una superficie como resultado de la
atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie (p.
ej. en las
cercanías de un
electrodo cargado).
Adsorción
física: Se debe a las fuerzas de
Van der Waals y la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la
superficie, y por ello está libre de trasladarse en la interfase.
Adsorción química: Ocurre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes
en los centros activos del adsorbente(Manuel, Elka, &
Javier, 2018)
Fenómeno físico-químico.
Fenómenos
Físicos: Son transformaciones
transitorias, donde las mismas sustancias se encuentran antes y después del
fenómeno, es decir, no hay alteración en su estructura molecular. Es
fácilmente reversible mediante
otro fenómeno físico. Ejemplos: Cuando un clavo de acero
se dobla, sigue siendo acero. Luego podemos enderezarlo recobrando
su forma original. Si calentamos una bola de hierro
se dilata, si la enfriamos hasta su temperatura inicial recupera su
volumen original.
Condensación del vapor
de agua.
Fenómenos Químicos: Las actividades de
los seres vivos
se realizan con
energía química, que se produce a partir de varios procesos distintos,
según cada organismo: fotosíntesis, quimio síntesis, fermentación y respiración (Manuel, Elka, & Javier, 2018) n.
Magnitudes y
medidas.
Magnitud
Llamamos magnitud a toda entidad que somos capaces
de medir. Donde medir quiere decir establecer una relación entre la
entidad-magnitud con otra entidad de igual naturaleza que tomamos
arbitrariamente como unidad. No todos los atributos de un objeto son
magnitudes. Todas las unidades que asignamos a las magnitudes tienen que
cumplir los siguientes criterios: Ser invariable: Las unidades son
las mismas en cualquier lugar o con cualquier condición. Tener fácil
contrastabilidad: Se puede comparar con cualquier cantidad de la
magnitud que estamos midiendo. Tener un carácter internacional:
Debe ser un código que se entienda internacionalmente, para facilitar la transmisión
de los datos.
Medidas
La Medida es el resultado de medir, es decir, de
comparar la cantidad de magnitud que queremos medir con la unidad de esa
magnitud. Este resultado se expresará mediante un número seguido de la unidad
que hemos utilizado por ejemplo: 4m, 200 Km , 5 Kg ...
Unidad
Es una cantidad que se adopta como patrón para
comparar con ella cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que
un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la
unidad tomada como patrón, en este caso el metro. Sistema Internacional de
unidades: Para resolver el problema que suponía la utilización de unidades
diferentes en distintos lugares del mundo, en la XI Conferencia General de
Pesos y Medidas (París, 1960) se estableció el Sistema Internacional de Unidades
(SI). Para ello, se actuó de la siguiente forma:
En primer lugar, se eligieron las magnitudes
fundamentales y la unidad correspondiente a cada magnitud fundamental. Una
magnitud fundamental es aquella que se define por sí misma y es independiente
de las demás (masa, tiempo, longitud, etc.). En segundo lugar, se definieron
las magnitudes derivadas y la unidad correspondiente a cada magnitud derivada.
Una magnitud derivada es aquella que se obtiene mediante expresiones
matemáticas a partir de las magnitudes fundamentales (densidad, superficie,
velocidad). En el cuadro siguiente puedes ver las magnitudes fundamentales del
sistema internacional de medidas, la unidad de cada una de ellas y la
abreviatura que se emplea para representarla:
En la siguiente tabla aparecen algunas magnitudes
derivadas junto a sus unidades:
Fuerza y Energía.
Fuerza
“Fuerza es todo agente capaz de modificar la
cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.” Definición de
Wikipedia, que nos advierte: “No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo
o de energía.” Como definición de energía nos dice: “Energía...capacidad para
obrar, transformar o poner en movimiento.” Vemos en la definición que la fuerza
está relacionada con el movimiento y el cambio. La fuerza es la causa del
cambio, energía la capacidad de cambiar. Una es potencial, la otra es energía en
acción. La materia cambia por la acción de fuerza, que es una manifestación de
la energía. Materia y energía pueden transformase mutuamente.
La energía es una capacidad de la materia. Así la
materia lleva en sí misma la posibilidad de cambio. La materia es la fuente del
cambio, la creadora de la Una consecuencia visible de la teoría de la
relatividad es la comprobación de la desviación o curvatura de la trayectoria
de la luz al pasar junto a un objeto sideral. Esto parece confirmar la
curvatura del espacio espacio-tiempo La curvatura del espacio introduce un
serio problema. ¿Si el espacio no existe, por si, libre de objetos, como puede
curvarse? El decir que el espacio se curva soluciona en la práctica los
cálculos matemáticos, pero crea automáticamente otros graves. Veamos las
posibilidades:
El espacio existe (en tanto tiene propiedades al menos el curvarse y desviar la luz) La luz no tiene masa, pero es afectada en su trayectoria por la “fuerza” de la gravedad. El objeto que produce gravedad es tan amplio como todo lo que afecta, la luz no pasa junto a un objeto, sino que entra en él, dentro de él la geometría no es plana. El primero es difícil de asumir, porque habría que considerar también al espacio como poseedor de masa, para que la gravedad pueda afectarlo. El segundo no es aceptable en su propio enunciado. Lo único que parece coherente es el tercero. La materia es masa y la masa es energía.
Energía
En física, «energía» se define como la capacidad
para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un
recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla
y darle un uso industrial o económico. En física clásica, la ley universal de
conservación de la energía —que es el fundamento del primer principio de la
termodinámica—, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece
constante en el tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos
clásicos la suma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energía
electromagnética, y otros tipos de energía potencial es un número constante.
Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la
materia, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o
a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella,
la energía térmica según su capacidad calorífica, y la energía química según la
composición química.
En teoría de la relatividad el principio de
conservación de la energía se cumple, aunque debe redefinirse la medida de la
energía para incorporar la energía asociada a la masa, ya que en mecánica
relativista, si se considerara la energía definida al modo de la mecánica
clásica entonces resultaría una cantidad que no conserva constante. Así pues,
la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y
energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de
materia, poseen una energía adicional equivalente a \scriptstyle E = mc^2, y si
se considera el principio de conservación de la energía esta energía debe ser
tomada en cuenta para obtener una ley de conservación (naturalmente en contrapartida
la masa no se conserva en relatividad, sino que la única posibilidad para una
ley de conservación es contabilizar juntas la energía asociada a la masa y el
resto de formas de energía)
Elasticidad y resistencia de los tejidos humanos.
La elasticidad es una propiedad que también se
encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo
esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a
diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago,
que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su
estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación.
Normalmente, en el caso de los órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver
con una correcta hidratación ya que la ausencia de agua (como sucede con la
piel) resquebraja y atrofia a los diferentes tejidos. La resistencia es la tendencia
de un material a resistir el flujo de corriente y es específica para cada
tejido, dependiendo de su composición, temperatura y de otras propiedades
físicas.
Los nervios, encargados de transmitir señales
eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en
electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa
tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que
transmitir la corriente. Alrededor de 85% de la masa muscular esquelética del
ser humano está compuesta por fibras musculares propiamente dichas. El 15%
restante está formado en gran parte por tejido conectivo compuesto en
cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas
Fibras
colágenas. Son las más abundantes.
Están formadas por la proteína colágeno. Brindan rigidez y resistencia al
tejido. El colágeno es la proteína más abundante del organismo humano,
representando el 30% del total. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos
conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los
ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud. Por lo tanto, el tejido conectivo constituye una estructura de elementos simples y, en su mayoría, semejantes a muelles, es decir, los componentes elásticos del musculo.
Materia y energía
La materia es todo lo que tiene una masa y ocupa un
espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La
fuerza necesaria para acelerar un cuerpo aumenta con la masa de éste (segunda
ley de Newton). La energía es la capacidad de un sistema para realizar trabajo
o transferir calor. Así, un cuerpo caliente tiene más energía que uno frío, y
puestos en contacto, el calor fluye del cuerpo frío hacia el caliente. Un gas
dentro de un cilindro a elevada presión, empuja el pistón hacia el exterior,
realizándose un trabajo. En los procesos químicos, es frecuente el intercambio
de calor. Muchas reacciones químicas desprenden calor (cualquier combustión),
son exotérmicas Sin embargo, otros procesos absorben calor del entorno, son
endotérmicos. El proceso de vaporización del agua líquida es endotérmico ya que
requiere un aporte de calor.
Fuentes: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/materia_y_energia/index.html
Fuentes: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/materia_y_energia/index.html
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