UNIDAD 1
SISTEMAS BIOFISICOS MECANICOS
Magnitudes y Medidas
Magnitud
Se puede definir una magnitud
como todo lo que se puede ser merdido y expresado de manera cuantitativa , osea
, mediante numeros
Cuando analizamos el movimiento
de cualquiero objeto o cuerpo , nos referimos a el señalando sus cualidades
cuantitativas , como ejemplo ; la posicion , la velocidad , el tiempo , la
distancia , etc., todo eso es una magnitud , osea , objetos que pueden ser
medidas y se representan de manera numerica , son magnitudes.
Cada magnitud esta determinada
por una unidad. La unidad es la representacion especifica de las diferentes
magnitudes y, a la cual, mediante el proceso de medicion le asignamos valores
numericos a esas unidades. Entonces, podemos afirmar que, la medida es ese
‘’numero’’ que esta acompañada de la ‘’unidad’’.
En la fisica, se denomina
magnitud a todas las propiedades que pueden ser medidas y expresadas mediante
numeros y una unidad, por ejemplo: la longitud , la masa , el volumen ,
cantidad de sustancia , el voltaje , intensidad de corriente , frecuencia ,
etc..
Medidas y proporciones en el cuerpo humano
Las magnitudes Fundamentales
A lo largo de todo , La humanidad ha
establecido la fisica , elaborada sobre mediciones , y que depende de la
reproducibilidad de las mismas.
.
Otra noción "indefinible"de la que creemos estar bien seguros es la
de "distancia"; sin embargo, sólo podemos referirnos a ella en
términos de una medida, sin poderla definir realmente. Y qué decir de la
"masa"? Muchos alimentos se adquieren en la verdulería midiendo
cierta cantidad de ellos en una balanza: exactamente como se hacía hace cientos
de años, antes de convertirse esa forma de medir en un instrumento de la
ciencia. Sin embargo, sólo podremos aproximarnos a la noción de masa cuando
introduzcamos la de fuerza, y aún así tendremos dificultades para definirla.
A pesar de todos esas
limitaciones, ha sido útil describir básicamente la Naturaleza en términos de
cuatro magnitudes medibles físicamente, conocidas como magnitudes fundamentales: la longitud, el tiempo, la masa y
la carga eléctrica. No podemos considerar una más importante que las otras, y
su número nó está impuesto por ley alguna. No son mas básicas que cualquiera
otra. Son invenciones humanas y, por lo tanto, arbitrarias. Pero, por extraño
que parezca, cualquier otra magnitud física susceptible de ser medida, (excepto
la abertura de un ángulo y la temperatura termodinámica), resulta ser una
combinación de las cuatro fundamentales. Por ello se denominan magnitudes derivadas todas las
demás; con todo y lo fundamental como es para nuestra existencia la energía, es
apenas en este esquema una magnitud derivada, en el sentido que es expresable
como una combinación de, por lo menos, el espacio, el tiempo, y la masa.
Dimensiones de las magnitudes físicas
Puesto que hay cuatro magnitudes
físicas fundamentales, nos encontramos con cuatro dimensiones básicas. Esto
implica que cualquier magnitud física tiene dimensiones que son una combinación
de las dimensiones fundamentales. La velocidad (que es una magnitud física)
tiene dimensiones de espacio sobre tiempo, es decir, L/T. Y así, para todas las
demás magnitudes.
Las dimensiones de las
magnitudes físicas se operan entre sí, ya que las leyes físicas se expresan
matemáticamente; pero debe tenerse en cuenta siempre la coherencia de éstas
expresiones: esto significa expresiones dimensionalmente correctas: por ejemplo, todos los sumandos
de una expresión polinómica han de expresar la misma dimensión. Y si una
magnitud se especifica mediante un cociente que tiene las mismas dimensiones en
el numerador y en el denominador, tal magnitud resultante es adimensional, ya que las dimensiones
en su expresión se cancelarán respectivamente. Ejemplo de ésto es el índice de
refracción de un medio, que se define como la razón de la rapidez de la luz en
el vacío a la rapidez de la luz en el medio.
Unidades y sistemas de unidades
Los sistemas de unidades surgen
por la necesidad de establecer características o condiciones específicas, la
cual se denomina patrón, para poder medir y contabilizar las cosas, un ejemplo
es que los ingleses utilizaban el pie de su rey como un patrón de longitud,
pues se recurría en muchos lugares a que el hombre con su cuerpo realizará las
medidas, pero las inconformidades eran obvias, no todos medimos lo mismo.
El primer sistema del que se
tiene conocimiento es el Sistema Métrico Decimal, se implantó en 1795 como
resultado de la Convención Mundial de Ciencia (París, Francia); el sistema
consta de una división decimal y sus unidades son: el metro, el kilogramo-peso
y el litro.
Otro es el Sistema Cegesimal
(CGS), establecido en 1881 adoptado por el desarrollo de las ciencias y el
Congreso Internacional de Electricistas (París, Francia); sus unidades
fundamentales son el centímetro para la longitud, la masa para el kilogramo y el
segundo para el tiempo
Está basado a partir del sistema
MKS, pero para este nuevo sistema, se establecen siete unidades fundamentales:
• Longitud (metro)
• Masa (kilogramo)
• Tiempo (segundo)
• Temperatura (°K – grados Kelvin)
• Intensidad de corriente
eléctrica
• Intensidad luminosa (cd
• Cantidad de sustancia (mol)
Ejemplo de magnitudes con unidades
Sistemas técnicos: Se
caracterizan por que utilizan el peso como magnitud fundamental y la masa la
consideran una magnitud derivada.
Disposiciones
adicionales del SI
El Sistema Internacional de
unidades (SI) mide distancias en metros, áreas en metros cuadrados y volúmenes
en metros cúbicos. Esto nos recuerda inmediatamente su relación con el Sistema
Mátrico Decimal. Cualesquiera múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI
involucran sólamente potencias de 10, que son expresadas mediante prefijos
abreviados por acuerdo internacional.
El
SI comprende un conjunto de unidades relacionadas entre sí por simple
multiplicación y división. El sistema actual se fundamenta en siete unidades
básicas y dos llamadas unidades suplementarias
Tabla : Unidades básicas del SI
|
Unidad básica
|
Abrev.
|
Magnitud medida
|
Definida como:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La
medida
Todas las medidas vienen condicionadas por posibles
errores experimentales (accidentales y sistemáticos) y por la sensibilidad del
aparato. Es imposible conocer el "valor verdadero" (x) de una
magnitud. La teoría de errores acota los límites entre los que debe estar dicho
valor, x.
El error en las medidas tiene un significado
distinto a "equivocación": el error es inherente a todo proceso de
medida.
Conceptos previos
Magnitud es todo aquello que se puede
medir, que se puede representar por un número y que puede ser estudiado en las
ciencias experimentales (que observan, miden,
representan....).
Ejemplos de magnitudes: velocidad, fuerza,
temperatura, energía física (no la energía espiritual?), etc.
Para medir debemos diseñar el instrumento de medida
y escoger una cantidad de esa
magnitud que tomamos como unidad.
Para medir la masa, por ejemplo, tomamos
(arbitrariamente) como unidad una cantidad materia a la que llamamos kg.
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: 4m, 200 Km , 5 Kg ...
Las unidades deben ser:
reproducibles por
cualquiera y no manipulables por el poder (que nadie varíe de manera localista
lo que corresponde a un mismo nombre: libra de Roma y libra de Florencia).
La idea de como deben ser las unidades, surge como
una consecuencia de la Revolución Francesa.
universales y contrastables: utlizadas por todos los países y
accesibles para el que quiera calibrar con ellas otros patrones de medida.
inalterables por
las condiciones atmosféricas, el uso, etc.
Para que se puedan basarse unas en o otras y tener
múltiplos y submúltiplos en un sistema coherente surge el S.I.
El Sistema Internacional de unidades (S.I. ) establece siete unidades
básicas con sus múltiplos y submúltiplos (Sistema Internacional ampliado)
correspondientes a siete magnitudes fundamentales.
Son los que se repiten constantemente y afectan al
resultado en un sólo sentido (aumentando o disminuyendo la medida).
Pueden ser debidos a un mal calibrado del aparato, a
la utilizacion de fórmulas (teoría) incorrectas, al manejo del aparato de forma
no recomendada por el fabricante, etc. Estos errores sólo se eliminan mediante
un análisis del problema y una "auditoría" de un técnico más
cualificado que detecte lo erróneo del procedimiento.
Errores accidentales o aleatorios
No es posible determinar su causa. Afectan al
resultado en ambos sentidos y se pueden disminuir por tratamiento estadístico:
realizando varias medidas para que las desviaciones, por encima y por debajo
del valor que se supone debe ser el verdadero, se compensen.
El "medidor" (observador) puede originar errores sitemáticos por una forma inadecuada de medir, introduciendo
así un error siempre en el mismo sentido. No suele ser consciente de cómo
introduce su error. Sólo se elimina cambiando de observador.
El observador puede introducir también errores accidentales por una imperfección de sus sentidos.
Estos errores van unas veces en un sentido y otros en otro y se pueden
compensar haciendo varias medidas y promediándolas.
Factores ambientales
La temperatura, la presión, la humedad, etc pueden
alterar el proceso de medida si varían de unas medidas a otras. Es necesario
fijar las condiciones externas e indicar, en medidas precisas, cuales fueron
éstas. Si las condiciones externas varían aleatoriamente durante la medida,
unos datos pueden compensar a los otros y elerror accidental que introducen puede ser eliminado hallando
la media de todos ellos.
Los instrumentos de medida pueden introducir un
error sistemático en el proceso de medida por un defecto de construcción o de
calibración. Sólo se elimina el error cambiando de aparato o calibrándolo bien.
Debemos conocer el rango de medida del aparato, es
decir, entre que valores, máximo y mínimo, puede medir. Uno es la cota máxima y otro la cota mínima.
Los instrumentos deben indicar el límite de protección ( por ejemplo un amperímetro que tenga
una protección frente a corrientes de hasta 1 A mediante un fusible).
Deben tener las siguientes cualidades :
Rapidez
 |
Es rápido si necesita poco tiempo para su
calibración antes de empezar a medir y si la aguja o cursor alcanza pronto el
reposo frente a un valor de la escala cuando lanzamos la medida. La aguja no
oscila mucho tiempo.
|
Sensibilidad
Es tanto más sensible cuanto más pequeña sea la
cantidad que puede medir. Una balanza que aprecia mg es más sensible que otra
que aprecia gramos.
Umbral de sensibilidad es la menor división de la
escala del aparato de medida
La sensibilidad con que se fabrican los aparatos de
medida depende de los fines a los que se destina. No tendría sentido fabricar
una balanza que aprecie mg para usarla como balanza de un panadero.
Fidelidad
Un aparato es fiel si reproduce siempre el mismo
valor, o valores muy próximos, cuando medimos la misma cantidad de una magnitud
en las mismas condiciones.
Es fiel si la aguja se coloca en el mismo punto de
la escala -o muy próximo- cuando repetimos la medida con la misma cantidad de
magnitud.
Es fiel si dispersa poco las medidas.
Precisión
Un aparato es preciso si los errores absolutos
(desviación de lo que mide del "valor verdadero") que se producen al
usarlo son mínimos. El valor que da en cada medida se desvía poco del
"valor verdadero".
Un aparato es preciso si es muy sensible y además es
fiel (produce poca dispersión de las medidas). Naturalmente debe estar
previamente bien calibrado.
Es muy
preciso si da poca imprecisión.
La precisón de
un aparato analógico electrónico (voltímetro, etc) la indica el fabricante para
cada rango de medida.
La precisión define la "clase del
instrumento" y está indicada en error
relativo absoluto (porcentual
absoluto) referido al valor máximo de la escala y especificado para cada rango
o escala.
El error absoluto máximo de una medida en esa escala
se se halla aplicando el error relativo al valor del fondo de escala
El proceso de medida siempre se perturba lo que
vamos a medir y en consecuencia obtenemos un valor real alterado.
Por ejemplo: al colocar un termómetro más frío que
la muestra, ésta se enfría por efecto del termómetro y lo que leemos es el
resultado de la interrrelación muestra/ termómetro, y no sólo de la temperatura
de la muestra que queríamos medir.
Al intercalar un instrumento de medida en un
circuito eléctrico introducimos un componente que no tenía y el resultado de la
medida reflejará la alteración.
Como deben realizarse las medidas
Comprobar la calibración del aparato.
Cumplir las normas de utilización del fabricante del
aparato en cuanto a conservación y condiciones de uso.
Conocer y valorar la sensibilidad del aparato para
dar los resultados con la correspondiente imprecisión.
Anotar cuidadosamente los valores obtenidos en
tablas.
Realizar la gráfica que corresponda o la de
distribución de medidas.
Hallar el valor representativo, su error absoluto y
su error relativo.
Energia
Al mirar a nuestro alrededor se
observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y
herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen
en común que precisan del concurso de la energía.
La energía es una
propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones
que ocurren en la naturaleza.
La energía se
manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto,
transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está
presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o
en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica
Hay muchos tipos
de energía, aquí intentaremos enumerarlos todos o la
principal mayoría de ellos con una breve explicación de
como son.
1. Energía Eléctrica
La energia electrica es la energia resultante de
una diferencia de potencial entre dos puntos y que permite establar una
corriente electrica entre los dos, para obtener algun tipo de
trabajo, también puede trasformarse en otros tipos
de energía entre las que se encuentran energía luminosa
o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
2. Energía lumínica
La energía luminosa es la fracción
que se percibe de la energía que trasporta la luz y que se puede
manifestar sobre la materia de diferentes maneras tales como arrancar los electrones
de los metales, comportarse como una onda o como si fuera materia, aunque
la mas normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia
de forma material o física, también añadimos que esta no debe
confundirse con la energía radiante.
3. Energía
mecánica
La energía mecánica se debe a
la posición y movimiento de un cuerpo y es la suma de
la energía potencial, cinética y energía elástica de
un cuerpo en movimiento. Refleja la capacidad que tienen los cuerpos con masa
de hacer un trabajo. Algunos ejemplos
de energía mecánica los podríamos encontrar en
la energía hidráulica, eólica y mareomotriz.
4. Energía térmica
La energía térmica es la fuerza que
se libera en forma de calor, puede obtenerse mediante la naturaleza
y también del sol mediante una reacción exotérmica
como podría ser la combustión de los combustibles,
reacciones nucleares de fusión o fisión, mediante
la energía eléctrica por el efecto denominado Joule o por ultimo
como residuo de otros procesos químicos o mecánicos. También es
posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en
forma de energía térmica calorifica, como la energía
geotérmica o la energía solar fotovoltaica.
La obtención de
esta energía térmica también implica un impacto ambiental
debido a que en la combustión se libera dióxido de carbono
(comúnmente llamado CO2 ) y
emisiones contaminantes de distinta índole, por ejemplo
la tecnología actual en energía nuclear da residuos
radiactivos que deben ser controlados. Ademas de esto debemos añadir y tener en
cuenta la utilización de terreno destinado a las plantas generadoras
de energía y los riegos de contaminación por accidentes en
el uso de los materiales implicados, como pueden ser
los derrames de petróleo o de
productos petroquímicos derivados.
5. Energía Eólica
Este tipo de energía se obtiene
a través del viento, gracias a
la energía cinética generada por el efecto corrientes de aire.
Actualmente esta energía es utilizada
principalmente para producir electricidad o
energia eléctrica a través de
aerogeneradores, según estadísticas a finales de 2011 la
capacidad mundial de los generadores eólicos supuso 238 gigavatios,
en este mismo año este tipo de energía genero alrededor del 3% de
consumo eléctrico en el mundo y en España el 16%.
La energía eólica se caracteriza por
se una energía abundante, renovable y limpia, también ayuda
a disminuir las emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero
al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la
convierte en un tipo de energía verde, el mayor inconveniente de
esta seria la intermitencia del viento que podría suponer en algunas
ocasiones un problema si se utilizara a gran escala.
6. Energia Solar
Nuestro planeta recibe aproximadamente 170
petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta
de la atmósfera y solo un aproximado 30% es reflejada de vuelta al espacio
el resto de ella suele ser absorbida por los océanos, masas terrestres y
nubes.
El espectro electromagnético de la luz
solar en la superficie terrestre está ocupado principalmente por luz
visible y rangos de infrarrojos con una pequeña parte
de radiación ultravioleta.La radiacion que es absorbida por las
nubes, océanos, aire y masas de tierra incrementan la temperatura de
estas.
El
aire calentado es el que contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y
también en parte de los continentes, causando la circulación
atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas altas,
donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor
de agua se condensa formando nubes.
. Energía nuclear
Esta energía es
la liberada del resultado de una reacción nuclear, se puede obtener mediante
dos tipos de procesos, el primero es por Fusión Nuclear (unión de núcleos
atómicos muy livianos) y el segundo es por Fisión Nuclear (división de
núcleos atómicos pesados).
En
las reacciones nucleares se suele liberar una grandisima cantidad
de energía debido en parte a la masa
de partículas involucradas en este proceso, se transforma
directamente en energía. Lo anterior se suele explicar basándose en la
relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran
físico Albert Einstein.
8. Energía cinética
La energía cinética es
la energía que posee un objeto debido a su movimiento, esta energia
depende de la velocidad y masa del objeto según la ecuación E = 1mv2,
donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado.
La energía asociada a un objeto situado a
determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se
deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.
(véase la imagen)
9. Energía potencial
En un sistema físico, la energía potencial es energía
que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar
un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración.
Puede pensarse como la energía
almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un
sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra U o Ep.
La energía potencial puede presentarse
como energía potencial gravitatoria, energía potencial
electrostática, y energía potencial elástica.
Más rigurosamente, la energía potencial es
una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como
en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía
potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores
del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para
cualquier recorrido entre B y A.
10. Energía Química
Esta energía es la retenida en
alimentos y combustibles, Se produce debido a la transformación de
sustancias químicas que contienen los alimentos o
elementos, posibilita mover objetos o generar otro tipo de
energía.
11. Energía Hidráulica
La energía hidráulica o energía hídrica
es aquella que se extrae del aprovechamiento de
las energías (cinética y potencial) de la corriente de
los ríos, saltos de agua y mareas, en algunos casos es un tipo de energía considerada
“limpia” por que su impacto ambiental suele ser casi nulo y usa la fuerza
hídrica sin represarla en otros es solo considerada renovable si no sigue esas
premisas dichas anteriormente.
12. Energía Sonora
Este tipo de energía se caracteriza por
producirse debido a la vibración o movimiento de un objeto que hace
vibrar también el aire que lo rodea, esas vibraciones se transforman
en impulsos eléctricos que nuestro cerebro interpreta en sonidos.
13. Energía Radiante
Esta energia es la que tienen las ondas
electromagneticas tales como la luz visible, los rayos ultravioletas
(UV), los rayos infrarrojos (IR), las ondas de radio, etc.
Su propiedad fundamental es que se propaga en
el vació sin necesidad de ningún soporte material, se
trasmite por unidades llamadas fotones estas unidades actúan a su
vez también como partículas, el físico Albert Einstein
planteo todo esto en su teoría del efecto fotoeléctrico gracias al cual ganó el
premio Nobel de física en 1921.
14. Energía Fotovoltaica
La energía fotovoltaica y sus sistemas
posibilitan la transformación de luz solar
en energía eléctrica, en pocas palabras es la conversión de
una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía
electromotriz (voltaica). La caracteristica principal de un sistema
de energía fotovoltaica es la célula
fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio (extraído de la
arena común).
15. Energía de reacción
Es un tipo de energia debido a la
reaccion química del contenido energético de los productos es, en
general, diferente del correspondiente a los reactivos.
En una reacción química el contenido energético de
los productos Este defecto o exceso de energía es el que se pone
en juego en la reacción. La energía absorvida o desprendida
puede ser de diferentes formas, energía lumínica, eléctrica, mecánica,
etc…, aunque la principal suele ser en forma de energía calorífica.
Este calor se suele llamar calor de reacción y suele tener un
valor único para cada reacción, las reacciones
pueden también debido a esto ser clasificadas en exotérmicas o
endotérmicas, según que haya desprendimiento o absorción de calor.
16. Energía iónica
La energía de ionización es la cantidad de energía
que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de
un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental.
17. Energía geotérmica
Esta corresponde a la energía que puede
ser obtenida en base al aprovechamiento del calor interior de la tierra, este
calor se debe a varios factores entre los mas importantes se encuentran el
gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del
griego geo, “Tierra”, y thermos, “calor”; literalmente
“calor de la Tierra”.
18. Energía mareomotriz
Es la resultante del aprovechamiento de las mareas,
se debe a la diferencia de altura media de los mares según la posición
relativa de la Tierra y la Luna y que como resultante da
la atracción gravitatoria de esta ultima y del sol sobre los océanos.
De esta diferencias de altura se puede
obtener energía interponiendo partes móviles al movimiento
natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de
canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.
19. Energía electromagnética
La energía electromagnética se
define como la cantidad de energía almacenada en una parte del
espacio a la que podemos otorgar la presencia de un campo electromagnético y
que se expresa según la fuerza del
campo eléctrico y magnético del mismo. En un punto del
espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma
de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.
20. Energía metabólica
Este tipo
de energía llamada metabólica o de metabolismo es el
conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en
una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de
la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de
las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras,
responder a estímulos, etc
21. Energía hidroeléctrica
Este tipo de energía se obtiene mediante
la caída de agua desde una determinada altura a un nivel inferior
provocando así el movimiento de mecanismos tales como
ruedas hidráulicas o turbinas, Esta hidroelectricidad es considerada
como un recurso natural, solo disponible en zonas con suficiente cantidad de
agua. En su desarrollo se requiere la construcción de presas,
pantanos, canales de derivación así como
la instalación de grandes turbinas y el equipamiento adicional
necesario para generar esta electricidad.
22. Energía Magnética
Esta energía que se desarrolla en nuestro
planeta o en los imanes naturales. es la consecuencia de las
corrientes eléctricas telúricas producidas en la tierra como resultado de
la diferente actividad calorífica solar sobre la superficie terrestre, y deja
sentir su acción en el espacio que rodea la tierra con intensidad
variable en cada punto
23. Energía Calorífica
La energía
calorífica es la manifestación de la energía en forma de calor. En todos
los materiales los átomos que forman sus moléculas están en continuo movimiento
ya sea trasladándose o vibrando. Este movimiento implica que los átomos tienen
una determinada energía cinética a la que nosotros llamamos calor o energía
calorífica.
¿Como se Produce la
Energía en el Organismo?
El
organismo humano necesita proveerse de energía a
través de los alimentos.
Los
llamados macro-nutrientes (carbohidratos, grasas y proteínas) que constituyen
los alimentos son las fuentes de energía (calorías)
para nuestro óptimo funcionamiento.
Una
vez digeridos hasta sus elementos más básicos, son absorbidos en el intestino y
distribuidos a través del sistema circulatorio por todas las células del
organismo. En el interior de las células los nutrientes energéticos se integran
en un proceso metabólico, es decir, en una serie de reacciones químicas que
tienen, como resultado final, la producción de la molécula de ATP. El ATP es la
“moneda” energética para nuestras funciones vitales. Para que este proceso se
dé de forma eficaz debe haber suficiente cantidad de Coenzima Q10 o Ubiquinona.
Leyes de newton
Se denomina Leyes de Newton a tres leyes concernientes al movimiento de los cuerpos. La formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica.
Un cuerpo
permanecerá en un estado de reposo o de movimiento
uniforme, a menos de que una fuerza externa actúe sobre él.
La primera ley de Newton, conocida
también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún
otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad
cero).
Como sabemos, el movimiento es
relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el
movimiento.
Así, ejemplo, para un pasajero de un tren,
el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que
para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el
interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema
de referencia al cual
referir el movimiento.
La primera ley de Newton sirve para
definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas
de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que
se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con
velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que
siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es
posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos
estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En
muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo
en la Tierra es una buena aproximación de sistema
inercial.
2ª Ley de
Newton: (ejemplo)
Siempre que
una fuerza actúe sobre un cuerpo produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es
directamente proporcional a la fuerza pero inversamente proporcional a la masa.
La nos dice que para que un cuerpo altere
su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas.
Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de
cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la
fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que
adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa
del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente
manera:
F = m a
3ª Ley de
Newton: (ejemplo)
A toda acción
corresponde una reacción en igual magnitud y dirección pero de sentido opuesto.
Tal como comentamos en al principio de
la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos
cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como
Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción
sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido
contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a
diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un
salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del
suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y
empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se
debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el
intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares
de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan
entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.
Cuando un cuerpo está apoyado sobre
una superficie ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es perpendicular a
la de la superficie. De acuerdo con la Tercera ley de Newton, la superficie debe ejercer sobre el
cuerpo una fuerza de la misma magnitud y dirección, pero de sentido contrario.
Esta fuerza es la que denominamos Normal y la representamos con N.
Elasticidad y resistencia de los materiales;
resistencia y estructura de los músculos y huesos.
La elasticidad y resistencia de los
materiales es una propiedad mecánica de ciertos
materiales de sufrir deformaciones
reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción
de fuerzas exteriores y de recuperar la forma
original si estas fuerza s exteriores se
eliminan.
La resistencia de un elemento se define como
su capacidad para resistir esfuerzos y
fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir
deformaciones permanentes o deteriorarse de
algún modo.
Resistencia y estructura de los huesos:
El hueso o tejido óseo está constituido por
una matriz en la que se encuentran células
dispersas. La matriz está constituida por 25%
de agua, 25% de proteínas y 50% de
sales minerales. Con cuatro tipos de células:
Células osteoprogenitoras:
Células no especializadas derivadas del
mesénquima, el tejido del que derivan todos
los tejidos conjuntivos. Se encuentran
células osteoprogenitoras en la capa interna del
periostio (tejido que rodea exteriormente al
hueso), en el endostio y en los canales del
hueso que contienen los vasos sanguíneos. A
partir de ellas se general los osteoblastos
y los osteocitos
Osteoblastos:
Son células que forman el tejido óseo pero
que han perdido la capacidad de dividirse
por mitosis. Segregan colágeno y otros m
ateriales utilizados para la construcción del
hueso. Se encuentran en las superficies óseas
y a medida que segregan los materiales
de la matriz ósea, esta los va envolviendo,
convirtiéndolos en osteocitos
Osteocitos:
Son
células óseas maduras
derivadas de los
osteoblastos que constituyen la
mayor
parte
del tejido óseo.
Al igual que
los osteoblastos han
perdido la capacidad
de
dividirse. Los osteocitos no segregan
materiales de la matriz ósea y su función es la
mantener las actividades celulares del tejido
óseo como el intercambio de nutrientes y
productos de desecho.
Propiedades elásticas de los músculos
La
elasticidad es una
propiedad física del
músculo. Es la capacidad
que tienen las
fibras
musculares para acortarse
y recuperar su
longitud de descanso,
después del
estiramiento. La elasticidad desempeña un
papel de amortiguador cuando se producen
variaciones bruscas de la contracción.
Extensibilidad
Es la
facultad de estiramiento. Si bien las fibras musculares cuando se contraen, se
acortan,
cuando se relajan,
pueden estirarse más
allá de la
longitud de descanso.
Tipos de articulaciones.
El esqueleto consta de varias partes, todas
unidas entre sí. Bien, cuando dos o más
huesos
están unidos, entran
a participar otros
elementos de esta
gran estructura
corporal: las articulaciones.
Las
articulaciones, que también
son zonas de
conexión entre los
cartílagos del
esqueleto,
cumplen una función
muy importante, al
permitirte doblar las
distintas
extremidades de tu cuerpo. Si no existieran,
serías una estructura totalmente rígida.
Si no fuera por las articulaciones, los
huesos no podrían tener movilidad, así gracias a
ellas se pueden doblar las distintas
extremidades del cuerpo.
Existen tres tipos de articulaciones.
Móviles:
También
llamadas diartrosis o
sinoviales, son las
articulaciones que tienen
mayor
amplitud de movimientos. Son las que unen
huesos de las extremidades con el tronco,
los hombros o las caderas.
Semimóviles:
También llamadas anfiartrosis, son las que
realizan movimientos limitados, como las
articulaciones entre las vértebras.
Fijas:
Conocidas también como sinartrosis, la
mayoría se encuentra en el cráneo y no necesita
movimientos, porque la función principal es
proteger los órganos internos.
Las
más comunes, las
sinoviales, se caracterizan,
por tener algunos
element os en
común:
-
Superficies óseas, que
son los extremos
de los huesos
involucrados en una
articulación determinada.
-
Cartílago articular, tejido suave y liso, compuesto por colágeno, que
permite
un buen deslizamiento entre los extremos
óseos.
-
Membrana sinovial, capa que recubre internamente toda la articulación y
que
secreta el líquido sinovial, lubricante de la
articulación.
-
Meniscos, estructuras aplanadas
con forma de
semiluna, con la
función de
amortiguación y protección del cartílago,
entre otras.
-
Medios de unión, conformados por
fibras de colágeno, dispuestas a modo de
envoltorio
llamado cápsula articular
y a modo
de refuerzos llamados
ligamentos.
Tipos de uniones sinoviales
Estos según el tipo de movimiento específico
que realicen las articulaciones:
Articulación esférica:
La cabeza de un hueso encaja en la cavidad
cóncava del otro. Se encuentran las caderas
y en los hombro.
Articulación en silla de montar:
Sólo existe en la base de los pulgares y
permite el movimiento en dos direcciones
(adelante y atrás y de lado a lado).
Articulaciones en bisagra:
Como las del codo y de los dedos, son menos
móviles y permiten el movimiento en
solo una dirección.
Articulación pivotal:
Es aquella en que un cilindro óseo gira en
torno a su propio eje, estando en contacto
con
otra superficie que
le forma un
anillo (parte hueso,
parte ligamento) como
la
articulación, radio-cubital superior
(antebrazo).
Articulación elíptica:
En el extremo de un hueso con forma de ovoide
(huevo) se mueve en una cavidad
elíptica. Se encuentran en el radio del
antebrazo y el hueso escafoides de la mano.
Articulación deslizante:
Algunas
superficies de huesos
son casi planas
y se deslizan
una sobre otra.
Se
encuentran
en algunas articulaciones de
manos y pies.
(“Articulaciones óseas”,
Clasificación de las articulaciones
-
Sinartrosis:
Son
articulaciones rígidas y
sin movimiento, como,
por ejemplo, las
que unen los
huesos del cráneo. Se mantienen unidas por el
crecimiento del hueso, o por un cartílago
fibroso resistente.
-
Sínfisis:
Estas presentan cierta movilidad, aunque muy
escasa y se mantienen unidas por un
cartílago elástico.
-
Diartrosis:
Son las articulaciones móviles, como las que
unen huesos de las extremidades con el
tronco, los hombros o las caderas. Tienen una
capa extern a de cartílago fibroso y están
rodeadas por ligamentos resistentes que se
sujetan a los huesos. Los extremos óseos
de
las articulaciones móviles
están cubiertos con
cartílago liso y
lubricado por un
fluido espeso
denominado líquido sinovial.
SISTEMA DE PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO.
Una
palanca es una
barra, que en
el caso ideal
es de masa
despreciable, y que se
sostiene sobre un punto de apoyo (también
denominado fulcro). Al ejercer una fuerza
en un punto de la palanca, ésta se transmite
a través de ella, recibiéndose modificada
en otro punto. Esta fuerza transmitida y
modificada por la palanca se utiliza para vencer
una resistencia. En función de la situación
del punto de apoyo, del punto de aplicación
de la fuerza ejercida y del punto en el que
la resistencia es vencida, existen tres tipos
de palancas.
Pero las palancas no están sólo en los
artefactos construidos por el hombre, podemos
encontrarlas por doquier en la naturaleza. Y
como no, no podían faltar en una de las
máquinas
más perfectas que
existen: el cuerpo
humano. De hecho,
gran parte del
movimiento
de nuestro cuerpo
puede explicarse a
través del trabajo
conjunto de
huesos, músculos y articulaciones, que actúan
como simples palancas. Veámoslo.
1) La
palanca de primer género o interapoyo es
aquella que ubica el punto de
apoyo
entre las fuerzas
de potencia y
de resistencia proporcionando un
equilibrio de fuerzas. En el cuerpo humano la
encontramos e n la articulación
occipitoatloidea que es la responsable de
sujetar la cabeza sobre la primera
cervical, dejando el peso del cuello más
desequilibrado hacia delante para ser
sostenido por detrás de las cervicales por
los músculos extensores del cuello.
2)
La palanca de
segundo género o
interresistencia, coloca la
resistencia o
fuerza a vencer entre el punto de apoyo y la
potencia. Se consigue una palanca
de
resistencia más corta
que la de
potencia, lo que ayuda
a vencer grandes
resistencias
aunque de manera
muy lenta y
con muy poco
recorrido en su
movimiento.
Es
por tanto una
palanca de fuerza
que podemos encontrar por
ejemplo en los
tobillos donde el peso del cuerpo queda en el
centro, dejando la articulación del
tobillo por delante de él y la fuerza por
detrás, producida por los músculos gemelos
y soleo.
De esta manera los tobillos pueden ejercer la
fuerza necesaria para saltar y correr
moviendo
todo el peso
del cuerpo que
descansa sobre ellos, que
sería bastante
complicado de otra forma.
Los músculos masticadores también presentan
este tipo de palanca y gracias a ello
la mordida puede producir tanta fuerza. Es un
tipo de palanca po co frecuente en el
cuerpo humano.
3) La
palanca de tercer género o
interpotencia, es una palanca que posibilita los
movimientos veloces y dinámicos. Sitúa la
potencia entre la resistencia y el
apoyo, por lo que el brazo de resistencia es
más largo que el de potencia.
Palanca de 3° género - Es el tipo de palanca
más frecuente en el cuerpo humano y como ejemplo podemos
poner la acción del bíceps braquial en la
flexión del codo, donde el bíceps se inserta
en el antebrazo entre el codo que queda por
detrás y la resistencia que quedaría
desplazada hacia la mano por el peso de la
carga unida al peso del antebrazo.
Las palancas nos sirven para estudiar la
influencia de los músculos en el movimiento
función de la ubicación de su origen e
inserción.
Así un músculo con origen cercano e inserción
lejana producen movimientos de poca
amplitud y por tanto se suelen ocupar del
sostén y la estabilización de la articul ación
en la que trabajan.
Sin
embargo, los músculos
con origen alejado
e inserción cercana
generan
movimientos muy amplios y veloces.
La posición del origen y de la inserción
respecto al movimiento va a variar en función
de los ejercicios y con ello la función y la
influencia del músculo en la acción
Biomecanica de la marcha
La marcha es el
medio mecánico de locomoción del ser humano. Varios estudios de la marcha han
sido estudiados por numerosos investigadores, sin embargo, hay limitada
información sobre las únicas características del cambio de dirección durante la
marcha.
Al superponer un modelo simplificado sobre el pie
real se observa como al iniciar el movimiento, el eje vertical rota hasta
alcanzar un ángulo máximo(este ángulo depende de la velocidad y otros
factores). En ese momento el eje horizontal inicia su rotación, inclinándose
hacia adelante mientras el punto de rotación común se eleva impulsando todo el
pie y la pierna hacia arriba y hacia delante.
·
Músculos que
intervienen en la marcha
MARCHA NORMAL
El conocimiento de la locomoción humana normal es
la base del tratamiento sistemático y del manejo de la marcha patológica,
especialmente cuando se usan prótesis y ortesis.
La locomoción humana normal se ha descrito como una
serie de movimientos alternantes, rítmicos, de las extremidades y del tronco
que determinan un desplazamiento hacia delante del centro de gravedad. Más
específicamente, la locomoción humana normal puede describirse enumerando
algunas de sus características. Aunque existen pequeñas diferencias en la forma
de la marcha de un individuo a otro, estas diferencias caen dentro de pequeños
limites.
El ciclo de la marcha comienza cuando el pie
contacta con el suelo y termina con el siguiente contacto con el suelo del
mismo pie. Los dos mayores componentes del ciclo de la marcha son: la fase de
apoyo y la fase de balanceo. Una pierna está en fase de apoyo cuando está en
contacto con el suelo y está en fase de balanceo cuando no contacta con el
suelo.
La longitud del paso completo es la distancia
lineal entre los sucesivos puntos de contacto del talón del mismo pie. La
longitud del paso es la distancia lineal en el plano de progresión entre los
puntos de contacto de un pie y el otro pie
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