Primera Unidad

LA BIOFÍSICA

Es la ciencia que estudia la Biología con los principios y métodos de la Física... En ese caso la Biofísica le aporta conocimientos a la Biología, pero no a la Física, sin embargo, le ofrece a la Física evidencia experimental que permite corroborar teorías

La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física. Se discute si la biofísica es una rama de la física o de la biología. Desde un punto de vista puede concebirse que los conocimientos y enfoques acumulados en la física "pura" pueden aplicarse al estudio de los sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física, sin embargo, le ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física.

Otros estudiosos consideran que existen ramas de la física que deben desarrollarse a profundidad como problemas físicos específicamente relacionados con la materia viviente. Así, por ejemplo, las polímeros biológicos (como las proteínas) no son lo suficientemente grandes como para poderlos tratar como un sistema mecánico, a la vez que no son lo suficientemente pequeños como para tratarlos como moléculas simples en solución. Los cambios energéticos que ocurren durante una reacción química catalizada por unaenzima, o fenómenos como el acoplamiento químico-osmótico parecen requerir más de un enfoque físico teórico profundo que de una evaluación biológica.

Entre esos dos extremos aparecen problemas como la generación y propagación del impulso nervioso donde se requiere un pensamiento biológico, más un pensamiento físico así como algo cualitativamente nuevo que aparece con la visión integradora del problema.

Una subdisciplina de la biofísica es la dinámica molecular, que intenta explicar las propiedades químicas de las biomoléculas a través de su estructura y sus propiedades dinámicas y de equilibrio. Otra subdisciplina que se encuentra actualmente en boga es la biología de sistemas en la que normalmente se renuncia al detalle molecular para tratar de entender las interacciones globales de los sistemas vivos.

RAMAS DE LA BIOFÍSICA

Biomecánica: Estudia la mecánica del movimiento en los seres vivientes

Bioelectricidad: Estudia los procesos electromagnéticos y electroquímicos

En los organismos vivientes, también los efectos de los procesos electromagnéticos abióticos sobre los seres vivientes

Bioenergética (termodinámica biológica

Estudio de las transformaciones de la energía que ocurren en los sistemas vivientes

Bioacústica: Investiga y aplica la transmisión, captación y emisión de ondas sonoras por los biosistemas.

Biofotónica: Estudia las interacciones de los biosistemas con los fotones

Radiobiología: Estudia los efectos biológicos de la radiación ionizante y la no ionizante y sus aplicaciones en las técnicas biológicas de campo y de laboratorio.

ORIGEN DE LA VIDA Y LA FORMACION DEL UNIVERSO

TEORIA DEL BIG BANG

Modelo científico que trata de explicar el origen del universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal; se basa en una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general. El término “big bang” es utilizado para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del universo

Las bases de esta teoría son:

La universidad de las leyes de la fìsica, en particular de la teoría de la relatividad general.

El principio cosmològico

El principio de Copèrnico

El big bang es la expansión del espacio-tiempo el cual causa el incremento de las distancias entre dos puntos fijos en nuestro universo. Por ejemplo, un objeto ligado entre ellos como una galaxia no se aleja con la expansión del espacio-tiempo, debido a que se asume que las leyes de la física que los gobiernan son uniformes e independientes del espacio métrico.

CREACIONISMO

al conjunto de creencias, inspiradas en doctrinas religiosas, según las cuales la tierra y cada ser vivo  que existe actualmente proviene de un acto de creación por uno o varios seres vivos, cuyo acto de creación fue llevado a cabo de acuerdo con un propósito divino.

En la edad media y hasta la actualidad se emplea este término para la interpretación de las teorías que dieron origen a una alama personal y que cada alma es un objeto de un acto especial de creación por dios.

Durante un tiempo, época conocida como creacionismo clásico, este término so se usaba para designar a los oposicionistas de la evolución Darwinista. El biólogo Harold. Clark, un adventista, describió la obra de su maestro George McCready Price como creacionista y desde algún tiempo el término sirvió para describir a los teístas evolucionistas y a los fundamentalistas bíblicos.

VAMOS A DESCUBRIR EN QUE SE BASA EL CREACIONISMO

Fenomenología

Se la utiliza para describir un cuerpo de conocimiento que relaciona entre si distintas observaciones empíricas de fenómenos.

Un ejemplo de este es las expresiones algebraicas simples que pueden ser usadas para modelar observaciones o resultados experimentales sobre diferentes longitudes, masas y escalas de tiempo

Otra forma de describir a la fenomenología es que es un punto medio entre el experimento y la teoría, es abstracto e incluye más pasos lógicos que el experimento, pero está más directamente relacionado al experimento que la teoría.

Ahora las diferenciaciones entre la fenomenología y la teoría o el experimento es algo difuso pues depende del entendimiento e intuición del científico que las describe.

Estructura de la materia

En la actualidad sabemos que la materia está compuesta de átomos y estos mismos poseen una determinada estructura.

Está conformada por:

Un núcleo en el cual se encuentran los protones y neutrones, que en si los protones tienen carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga o carga neutra.

En su alrededor encontramos los electrones, orbitando alrededor del núcleo y estas poseen carga eléctrica negativa

Los átomos de distintos elementos se diferencian en la n° de estas partículas que contienen.

Número atómico y número másico

* El número atómico es el número de protones que hay en el núcleo de dicho átomo * El número másico es la suma de protones y neutrones que contiene el núcleo del átomo * Debido a la neutralidad eléctrica del átomo, el nº atómico también nos indicará el nº de electrones que se encuentran en la corteza

* Por último, un átomo puede perder o ganar electrones, transformándose en un ion * Si el átomo pierde electrones se convierte en un ion positivo: catión.

* Si el átomo gana electrones se convierte en un ion negativo: anión

Elementos

Un elemento químico es toda sustancia pura, por lo que mantiene las mismas propiedades en toda la muestra y presenta una única composición, que no es posible descomponer en otras más simples por métodos químicos habituales.

En la actualidad se conocen más de 100 elementos de los cuales 88 son naturales y el resto han sido producidos artificialmente.

Átomos

La materia está constituida por partículas indivisibles por métodos químicos convencionales, llamadas átomos.

Moléculas

La molécula puede definirse como la parte más pequeña de un compuesto que mantiene sus propiedades químicas.

Existen moléculas diatónicas (de dos átomos) como por ejemplo O2, CO,... La primera de ellas se dice también que es mononuclear porque los dos átomos que la componen son idénticos, mientras que la segunda, el CO, se dice que es heteronuclear porque los dos átomos que la componen son distintos. Lógicamente, también existen moléculas con más de dos átomos y pueden ser ejemplos: CaCl2 , CO2,...

Las propiedades de los compuestos químicos son generalmente muy distintas a la de los elementos que lo componen. Así, por ejemplo, el Cl2 es un gas tóxico y el Na es un metal muy activo y, sin embargo, el cloruro de sodio (NaCl) o sal común, es un compuesto necesario en nuestro organismo.

Fermión

Un fermión, llamado así en honor al célebre científico italiano Enrico Fermi, es uno de los dos tipos básicos de partículas que existen en la naturaleza (el otro tipo son los bosones). Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-entero (1/2, 3/2,...). En el modelo estándar existen dos tipos de fermiones fundamentales, los quarks y los leptones. En el modelo estándar de física de partículas los fermiones se consideran los constituyentes básicos de la materia, que interactúan entre ellos vía bosones de gauge.

Descripción cuántica

En la descripción de la mecánica cuántica no relativista las funciones de onda de los fermiones son antisimétricas, lo cual se corresponde con el hecho de que obedecen la estadística de Fermi-Dirac verificando, por tanto, el principio de exclusión de Pauli. Esta propiedad implica, que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo. Todas las partículas elementales "observadas" son fermiones o bosones. Una partícula compuesta, formada por varias elementales, puede ser también un fermión o un bosón dependiendo sólo del número de fermiones que contenga:

Las partículas compuestas que contienen un número par de fermiones llegan a comportarse como bosones (para valores de la energía tales que no se rompan las ligaduras entre ellas). Este es el caso, por ejemplo, de los mesones o del núcleo de carbono-12.
Las partículas compuestas que contienen un número impar de fermiones se comportan en sí mismas como fermiones. Este es el caso, por ejemplo, de los bariones o del núcleo de carbono-13.

Por el contrario el número de bosones que contenga la partícula es irrelevante de cara a determinar su posible naturaleza fermiónico o bosónica.

Por supuesto, el comportamiento fermiónico o bosónico de las partículas compuestas solo se aprecia si observamos el sistema a gran distancia en comparación con la escala de la partícula. Si observamos a escalas similares entonces la contribución de la estructura espacial empieza a ser importante. Por ejemplo, dos átomos de helio-4 a pesar de ser bosones no pueden ocupar el mismo espacio si este es comparable al tamaño de la estructura de la partícula en cuestión. Así, el helio líquido tiene una densidad finita comparable a la densidad de la materia líquida ordinaria.

Fermiones elementales

Los fermiones elementales se dividen en dos grupos:

quarks, que forman las partículas del núcleo atómico, y que son capaces de experimentar la interacción nuclear fuerte.
leptones, entre los que se encuentran los electrones y otras que interactúan básicamente mediante la interacción electrodébil.

La materia ordinaria está básicamente formada por fermiones y a ellos debe prácticamente toda su masa. Los átomos están básicamente formados por quarks que a su vez forman los protones y los neutrones del núcleo atómico y también de leptones, los electrones. El principio de exclusión de Pauli obedecido por los fermiones es el responsable de la "impenetrabilidad" de la materia ordinaria, que hace que esta sea una substancia extensa. El principio de Pauli también es responsable de la estabilidad de los orbitales atómicos haciendo que la complejidad química sea posible. También es el responsable de la presión ejercida por la materia degenerada.

Los fermiones elementales también pueden ser clasificados en:

fermiones de Majorana, cuando son estados propios del operador de conjugación de carga y por tanto dos fermiones de ese tipo pueden aniquilarse mutuamente.
fermiones de Dirac, cuando no son estados propios del operador de conjugación de carga, y por tanto, tiene una carga eléctrica de signo contrario a la de su correspondiente antipartícula.

Elementos

En la actualidad se conocen más de 100 elementos, de los cuales 88 son naturales y el resto han sido producidos artificialmente.

Átomos

Es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más elementales sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Moléculas

La molécula puede definirse como la parte más pequeña de un compuesto (sustancia pura formada por combinación de dos o más elementos químicos) que mantiene sus propiedades químicas.

DOCUMENTAL ¿QUE ES UNA MOLECULA?

Fermión

Un fermión, llamado así en honor al célebre científico italiano Enrico Fermi, es uno de los dos tipos básicos de partículas que existen en la naturaleza (el otro tipo son los bosones).

Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-entero (1/2, 3/2,...). En el modelo estándar existen dos tipos de fermiones fundamentales, los quarks y los leptones. En el modelo estándar de física de partículas los fermiones se consideran los constituyentes básicos de la materia, que interactúan entre ellos vía bosones de gauge.

Descripción cuántica

•Las partículas compuestas que contienen un número par de fermiones llegan a comportarse como bosones (para valores de la energía tales que no se rompan las ligaduras entre ellas). Este es el caso, por ejemplo, de los mesones o del núcleo de carbono-12.

•Las partículas compuestas que contienen un número impar de fermiones se comportan en sí mismas como fermiones. Este es el caso, por ejemplo, de los bariones o del núcleo de carbono-13.

Por el contrario el número de bosones que contenga la partícula es irrelevante de cara a determinar su posible naturaleza fermiónico o bosónica.

Fermiones elementales

Los fermiones elementales se dividen en dos grupos:

•Quarks, que forman las partículas del núcleo atómico, y que son capaces de experimentar la interacción nuclear fuerte.

•Leptones, entre los que se encuentran los electrones y otras que interactúan básicamente mediante la interacción electrodébil.

El principio de exclusión de Pauli obedecido por los fermiones es el responsable de la "impenetrabilidad" de la materia ordinaria, que hace que esta sea una substancia extensa. El principio de Pauli también es responsable de la estabilidad de los orbitales atómicos haciendo que la complejidad química sea posible. También es el responsable de la presión ejercida por la materia degenerada.

Los fermiones elementales también pueden ser clasificados en:

•Fermiones de Majorana, cuando son estados propios del operador de conjugación de carga y por tanto dos fermiones de ese tipo pueden aniquilarse mutuamente.

•Fermiones de Dirac, cuando no son estados propios del operador de conjugación de carga, y por tanto, tiene una carga eléctrica de signo contrario a la de su correspondiente antipartícula.

¿Dónde encontramos fuerzas nucleares débiles y fuerzas nucleares fuertes?

La interacción nuclear fuerte es una de las cuatro interacciones fundamentales que el modelo estándar de la física de partículas establece para explicar las fuerzas entre las partículas conocidas.

Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones.

La interacción débil, frecuentemente llamada fuerza débil o fuerza nuclear débil, es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Esta fuerza es la responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva. El efecto más familiar es el decaimiento beta (de los neutrones en el núcleo atómico) y la radiactividad. La palabra "débil" deriva del hecho que un campo de fuerzas es de 1013 veces menor que la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias.

Partículas de la materia

En los términos de modelo estándar todas las partículas de materia son fermiones. Por esta razón, siguen el principio de exclusión de pauli de acuerdo con el teorema de la estadística del spin, y ese principio es lo que da a la materia sus atributos de impenetrabilidad.

A parte de sus antipartículas asociadas, el modelo estándar conjetura que existe 12 tipos de partículas de materia que combinadas forman todos los leptones y hadrones del universo.

Seis se clasifican como: quarks (up, down, stranger, charm, top, bottom), y los otros seis como: leptones (electron, nuon y tau), y sus neutrinos correspondientes.

Cargas susceptibles a las fuerzas fundamentales:

Cada quark puede llevar tres cargas de color (llamadas por conveniencia roja, verde o azul), que son usadas para describir cómo interactúan mediante interacción fuerte.
Los quarks tipo (up, top o charm) llevan una carga electrica de +2/3, y los de tipo down (down, strange y bottom) llevan carga -1/3, permitiendo a ambos tipos participar en interacciones electromagnéticas.
Los leptones no llevan ninguna carga de color – son neutros en este sentido, no participan en las interacciones fuertes.
Los leptones tipos down (el electrón, el mudon, y el leptón tau) llevan una carga eléctrica de -1, permitiéndoles participar en interacciones electromagnéticas.
Los leptones tipo up (los neutrinos) no llevan ninguna carga eléctrica, evitándose que participen en interacciones electromagnéticas.
Los quarks y los leptones llevan varias cargas de sabor, incluyendo el isospín débil, permitiendo a todas ellas interaccionar recíprocamente vía la interacción nuclear débil.

Partículas medidoras de fuerzas (bosones)

Las fuerzas en la física son a forma en que las partículas interactúan recíprocamente y se influyen mutuamente.

Las partículas mediadoras de fuerzas descritas por el modelo estándar también tienen spin (al igual que las partículas de materia), pero en su caso, el valor del spin es 1, significando que todas las partículas mediadores de fuerzas son bosones.

Diversos tipos partículas mediadoras de fuerza

Los fotones median la fuerza electromagnética entre las partículas electrónicamente cargadas.

El fotón no tiene masa y esta descrito por la teoría de electrodinámica cuántica.

Los bosones de gauge w+, w- y z° median las interacciones nucleares débiles entres las partículas de diversos sabores (todos los quarks y leptones).

Los ocho gluones median las interacciones nucleares fuertes entre las partículas cargadas con color (los quarks). Los gluones no tienen masa. La multiplicidad de los gluones se etiqueta por las combinaciones de color y de una carga de anticolor (es decir, rojo-antiverde).

Juntos con los grupos gauge y los bosones asociados a cada una de ellas. En la columna de la derecha se representan las constantes fundamentales que indican la fuerza relativa de cada interacción.

Bosón de higgs

La partícula de higgs es una partícula elemental (con masa) predicha en el modelo estándar. Tiene spin s=0, por lo que es un bosón.

El bosón de higgs desempeña un papel único en el modelo estándar, y un papel dominante en explicar los orígenes de la masa de otras partículas elementales, particularmente la diferencia entre el fotón sin masa y los bosones pesados w y z.

El neutrón

Es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por lo tanto el neutrón un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.

Fuera del núcleo atómico los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos, cada neutrón se descompone en un electrón, un antineutrino y un protón. Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor.

El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno -1.

El protón

Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva 1, igual en valor absoluto y de signo contrario a la del electrón, una masa de 1.836 veces superior a la de un electrón. Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años.

El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.

En un átomo, el número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y que elemento químico es.

El electrón

Representado por el símbolo: e-, es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo de electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones, formando orbitales atómicos dispuestos en sucesivas capas.

Los electrones tiene una masa de 9,11x10-31 kilogramos, unas 1840 veces menor que la de los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias. Su movimiento genera la corriente eléctrica, aunque dependiendo del tipo de estructura molecular en la que se encuentren, necesitaran más o menos energía para desplazarse.

El electrón tiene una carga eléctrica de igual magnitud, pero de polaridad contraria a la del protón.

Por razones históricas y ventajas en ecuaciones matemáticas, se considera a la carga del protón como positiva, mientras que a la del electrón como negativa. Por esto se dice que los protones y electrones tienen cargas +1 y -1 respectivamente, aunque esta elección de signo es totalmente arbitraria.

Estados de la materia

En la naturaleza, la materia se nos presenta en tres estados físicos diferentes: sólido, líquido y gaseoso. Aunque algunas sustancias, como el agua, pueden existir en los tres estados, lo normal es que, en su estado natural, cada sustancia aparezca en uno solo de ellos.

Propiedades de los sólidos

Las partículas que constituyen un sólido están unidas entre sí por fuerzas muy intensas, de manera que resulta muy difícil separarlas; por ello los sólidos tienen una forma bien definida.

Las partículas que constituyen un cuerpo sólido están tan próximas entre sí que por mucha fuerza que hagamos no las podemos acercar más; los sólidos son difíciles de comprimir, no cambian de volumen.

Algunas propiedades de los sólidos se deben precisamente a la forma y a la fuerza con que están unidas sus partículas. Estas propiedades son:

La dureza, o dificultad para rayar el cuerpo. Por ejemplo, el diamante es mucho más duro que un trozo de yeso.

La fragilidad, o tendencia de un sólido a romperse sin deformarse. Por ejemplo, el vidrio o el barro cocido son frágiles.

La ductilidad, o facilidad que ofrece un sólido a extenderse formando hilos. Por ejemplo, el cobre del que están hechos los hilos en el interior de los cables de la luz.

La maleabilidad, o capacidad que presenta un sólido para extenderse en forma de láminas. Por ejemplo, el oro y el aluminio son metales muy maleables.

La elasticidad, o tendencia de un sólido a recuperar su forma original tras ser sometido a una fuerza. Por ejemplo, una cinta de goma o un muelle son muy elásticos.

La flexibilidad, o facilidad de un sólido a doblarse sin romperse. Por ejemplo, podemos doblar una varita de mimbre o un folio de papel sin que se rompan.

La resistencia, o capacidad de un sólido para soportar pesos sin romperse. Por ejemplo, las casas se hacen con vigas de hierro o de hormigón, que soportan el peso de muros y techos.

Propiedades de los líquidos

Los líquidos no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene.

Las partículas que constituyen los líquidos están más alejadas entre sí que en los sólidos, pero esta distancia no se puede hacer menor; por ello el volumen de un líquido no cambia, es decir, los líquidos tienen volumen constante.

Otras propiedades de los líquidos son la viscosidad y la volatilidad. Decimos que un líquido es viscoso cuando fluye muy lentamente, como la miel o el aceite, que son más viscosos que el agua.

Decimos que un líquido es volátil cuando se evapora con facilidad. El olor a gasolina en una gasolinera nos indica que se trata de un líquido volátil.

Propiedades de los gases

Las partículas que forman los gases están unidas por fuerzas muy débiles. Debido a ello, los gases carecen de forma y volumen propios, adoptan la forma y tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene.

Si al inflar un globo, no paramos de soplar, llegará un momento en que la presión sea tan grande que lo reviente, expandiéndose el aire de su interior.

Si con un dedo tapamos la boca de una jeringuilla y apretamos su émbolo, éste avanzará pues el aire que hay en su interior se comprime, mientras que si tiene agua, nos resultará imposible mover el émbolo, ya que los líquidos no se comprimen.

Los gases pueden pues comprimirse y expandirse (los líquidos y sólidos no). Comprimiendo o enfriando un gas, éste puede pasar al estado líquido, como sucede con el gas licuado que contienen las bombonas de butano.

La 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

La energía

Es un concepto utilizado en el campo de las ciencias naturales en general; es una propiedad que le permite a cualquier objeto físico realizar algún trabajo. Todas las transformaciones que puede percibir el hombre de la naturaleza son producto de algún tipo de energía, ésta última es la fuente de todo movimiento. Se manifiesta con cambios físicos y químicos, como por ejemplo el derretimiento de un hielo (físico) o el proceso digestivo del hombre (químico). La energía es un concepto abstracto, es decir, no se refiere a un objeto físico, es una herramienta matemática para asignar el estado de un sistema físico.

Isaac newton es considerado uno de los grandes de la física principalmente por el aporte que dio sobre la energía y que fueron resumidos en tres leyes del movimiento; inercia, fuerza y acción y reacción.

La unidad de energía utilizada por el sistema internacional es el joule (j) en honor al físico británico james prescott joule quien fue uno de los primeros en comprobar que la energía puede convertirse (después de newton).

En física, los diversos tipos de movimientos se les atribuyen a un tipo de energía, como la energía potencial, cinética, electromagnética, entre otras. Éstas están en potencia de transformación a otro tipo de energía, por ejemplo una ampolleta encendida en poco tiempo comenzará a calentarse, esto se entiende, pues la ampolleta experimenta la transformación de la energía eléctrica a energía calórica. De ahí la famosa frase de newton “ la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”

¿QUE ES LA ENERGIA?

La física otorga distintas clasificaciones de energía. La física clásica presenta la siguiente clasificación:

A) mecánica:

Potencial: capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo dentro de un campo de fuerzas.

Cinética: energía que se requiere para mover un cuerpo

B) electromagnética

Radiante: energía que poseen las ondas electromagnéticas

Potencial eléctrica: energía que utiliza una fuerza eléctrica para mover una carga

C) termodinámica

Interna: resultado de la energía cinética y potencial de las moléculas y átomos. Asociada al estado termodinámico.

Térmica: energía liberada de la naturaleza en forma de calor.

En segundo lugar la clasificación de la física relativa

A) relatividad

Reposo: asociada a la masa de una partícula. Medida por un observador que está en reposo

Desintegración: es la diferencia de energía de una partícula inicial y posterior al proceso de desintegración

Por último la física cuántica

El positrón o antielectrón

Es una partícula elemental, antipartícula del electrón, posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica sin embargo, esta es positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicas como parte de transformaciones nucleares.

Esta partícula fue predicha por paul dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla.

En la actualidad los positrones son rutinariamente producidos en la tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.

EL MUNDO INCREIBLE DE LA FISICA CUANTICA

Niveles de organización de la materia

La materia viva e inerte se puede encontrar en diversos estados de agrupación diferentes. Esta agrupación u organización puede definirse en una escala de organización que sigue de la siguiente manera de menor a mayor organización.

Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.
Átomo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.
Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para forma, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (o2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos...
Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autor replicación.
Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...
Orgánulo: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones...
Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos...
Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos.
Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces, pinos...
Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones de seres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.
Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.
Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros características de las provincias del sureste español.
Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.
Bioma: son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales: macro climáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie aunque no son homogéneos. Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.
Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera.

NIVELES DE ORGANIZACION DE LA MATERIA

Generalidades de los compuestos químicos

Para saber que es un compuesto primero hay que definir la palabra, compuesto que, en química es la unión de uno o más elementos de la tabla periódica.

A su vez los compuesto se dividen en tres grandes ramas que son los compuestos binarios, terciarios y cuaternarios.

Los compuestos binarios son: aquellos que tienen 2 electrones, en los cuales destacan el ácido, óxido anhídrido, sal, peróxido, hidruro. Los compuestos terciarios son: aquellos que tienes 3 electrones, en los cuales destacan orto, meta, piro. Los compuestos cuaternarios son: los que tienen 4 electrones, en esta rama entran los radicales.

A continuación explicare algunos de los compuestos binarios más importantes y más sonados.

Óxidos: se llama óxidos a los compuestos que se forman al combinarse oxigeno con los elementos.

Puesto que los elementos se clasifican en metales y no metales, hay tres clases de óxidos metálicos o básicos y oxácidos.

Peróxidos: algunos óxidos tienen un átomo más de oxigeno que los óxidos ordinarios. Para designar a estas sustancias se agrega el prefijo per. En los peróxidos, el oxígeno funciona con valencia 1 por lo tanto el peróxido se forma con un metal y en oxigeno.

Anhídridos: se forman gracias a la combinación de los no metales con el oxígeno y así de forman anhídridos.

Base: las bases o hidróxidos se caracterizan por tener en solución acuosa el radical hidroxilo. Por lo tanto los hidróxidos se forman con en metal y un (oh)-1. Ácido: los ácidos son compuesto que se forman con un hidrogeno y un no metal.

Sal: las sales son compuestos que se forman gracias a la unión de un metal con un no metal.

La tabla periódica

Los elementos clasifican, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Clasificacion

Grupos.

A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en el grupo ia tienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último nivel de energía (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos.

Numerados de izquierda a derecha utilizando números arábigos, según la última recomendación de la iupac (según la antigua propuesta de la iupac) de 1988,2 los grupos de la tabla periódica son:

Grupo 1 (i a): los metales alcalinos

Grupo 2 (ii a): los metales alcalinotérreos

Grupo 3 (iii b): familia del escandio

Grupo 4 (iv b): familia del titanio

Grupo 5 (v b): familia del vanadio

Grupo 6 (vi b): familia del cromo

Grupo 7 (vii b): familia del manganeso

Grupo 8 (viii b): familia del hierro

Grupo 9 (ix b): familia del cobalto

Grupo 10 (x b): familia del níquel

Grupo 11 (i b): familia del cobre

Grupo 12 (ii b): familia del zinc

Grupo 13 (iii a): los térreos

Grupo 14 (iv a): los carbonoideos

Grupo 15 (v a): los nitrogenoideos

Grupo 16 (vi a): los calcógenos o anfígenos

Grupo 17 (vii a): los halógenos

Grupo 18 (viii a): los gases nobles

Períodos

Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla periódica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un período tienen el mismo número de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su configuración electrónica. El primer período solo tiene dos miembros: hidrógeno y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s.

La tabla periódica consta de 7 períodos:

La tabla también está dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que están ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lantánidos y actínidos. Esto depende de la letra en terminación de los elementos de este grupo, según el principio de aufbau.

Bloques o regiones

La tabla periódica se puede también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos.

Los bloques o regiones se denominan según la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f. Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos.

Los seres vivos

Son aquellos que realizan una serie de actividades que les permiten vivir y adaptarse al medio. Estas actividades se llaman funciones vitales y son las siguientes:

• reproducción: todos los seres vivos originan, mediante procedimientos diferentes, nuevos seres parecidos a ellos.

• nutrición: se alimentan para conseguir la energía suficiente para crecer, moverse y vivir.

• relación: reaccionan ante las informaciones que reciben del entorno que les rodea.

También responden ante los estímulos de otros seres vivos

• los seres vivos se dividen en tres reinos:

Reino animal
Reino vegetal
Reino de los hongos

• es un conjunto de átomos y moléculas, que forman una estructura material muy organizada y compleja

• la materia que compone los seres vivos está formada en un 95% por cuatro bioelementos (átomos) que son el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, a partir de los cuales se forman las biomoléculas.

• biomolecular orgánica: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleídos.

• biomolecular inorgánica: agua, sales minerales y gases.

• todos los seres vivos están constituidos por células. En el interior de éstas se realizan las secuencias de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, necesarias para la vida.

• estas propiedades básicas de los seres vivos, que nos permiten diferenciarlos de la materia inerte.

EVOLUCION DE LOS SERES VIVOS

Los seres vivos cumplen estas funciones

• homeostasis. Los organismos mantienen un equilibrio interno, por ejemplo, controlan activamente su presión osmótica y la concentración de electrolitos.

• irritabilidad. Es una reacción ante estímulos externos. Una respuesta puede ser de muchas formas, por ejemplo, la contracción de un organismo unicelular cuando es tocado o las reacciones compleja que implican los sentidos en los animales superiores.

• metabolismo. Los organismos consumen energía para convertir los nutrientes en componentes celulares (anabolismo) y liberan energía al descomponer la materia orgánica (catabolismo).

• desarrollo. Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los nutrientes.

Muchas veces este proceso no se limita a la acumulación de materia sino que implica cambios mayores.

• reproducción. Es la habilidad de producir copias similares de sí mismos, tanto asexualmente a partir de un único progenitor, como sexualmente a partir de al menos dos progenitores.

• adaptación. Las especies evolucionan y se adaptan al ambiente.

Hidrógeno

• es el elemento más ligero de la naturaleza

• el más abundante en el universo,70%.

• se halla en las estrellas jóvenes, en polvo interestelar y en las enormes nubes de gas suspendidas en el espacio, pero la mayor parte de él se encuentra formando diversos compuestos químicos.

• presenta muy baja solubilidad en líquidos, pero una alta solubilidad en metales, especialmente en paladio

• el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no es tóxico.

• el hidrógeno se quema en el aire formando una llama azul pálido casi invisible.

• . El hidrógeno es particularmente propenso a fugas debido a su baja viscosidad y a su bajo peso molecular (peso molecular = 2.016). Es un combustible con un alto contenido energético, que proporciona 28.6696 kcal por cada gramo, frente a 11.953 kcal/gr del gas natural, 10.780 kcal/gr de la gasolina, 10.932kcal/gr del butano y 10.0792 kcal/gr del propano

Elementos de la tabla periódica

Sólo los primeros 92 se encuentran de manera natural; mientras que los demás elementos son elaborados sintéticamente. Los 92 elementos naturales son ingredientes usados para hacer todo lo que encontramos sobre el planeta tierra;

.Tensión superficial

Es una manifestación de las fuerzas inter moleculares en los líquidos
Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse
Es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.

Adhesión

Unas 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 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.

La termometría

Encargado de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas
Se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor
Los diferentes tipos de termómetro son el de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación los termopares cuyo funcionamiento es el cambio de la conductividad eléctrica, cuya variación de la intensidad del rayo que emite cuando se refleja en un cuerpo caliente son detectados por los ojo

Cohesión

Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia
Es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo
En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible

Acción capilar

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 -- las moléculas del agua se pegan unas a otras y a otras substancias como el vidrio, la ropa, tejidos orgánico y la tierra.

Difusión simple

Es el proceso por el cual se produce un flujo neto de moléculas pasa a través de una membrana permeable sin que exista un aporte externo de energía

El proceso de difusión simple es de vital importancia para el transporte de moléculas pequeñas a través de las membranas celulares.
Es el único mecanismo por el cual el oxígeno ingresa a las células que lo utilizan como aceptor final de electrones en la cadena respiratoria y uno de los principales mecanismos de regulación osmótica en las células.

Ósmosis

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 través de la membrana, sin "gasto de energía". La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

Fenomenos quimicos

Son los cambios que presentan las sustancias cuando, al reaccionar unas con otras, pierden sus características originales y dan lugar a otra sustancia, con propiedades diferentes.

Ejemplos:

Combustión
Oxidación
Reacción de un compuesto al combinarse con otro
La elasticidad en si es un ejemplo de fenómeno físico químico ya que al estirarse se prolonga su estado normal pero al volverse se vuelve normal o a su estado original

Biofisica.

martes, 8 de septiembre de 2015

primera unidad "La Biofisica"

Primera Unidad

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