quinta tutoria BIOFISICA

  EJERCICIOS DE LA UNIDAD

1. ¿Cuál es la velocidad de la luz en cristal si su índice de refracción n es de 1,5?
2. Un haz de luz incide en un trozo  plano de vidrio con un ángulo de incidencia de 60°. Si el índice de refracción es de 1.5. ¿Cuál es el ángulo de refracción del rayo de luz
3. Determine la frecuencia y el color de un rayo láser cuya longitud de onda (λ) es de 450 nanómetros.
4. Se ubican dos espejos planos de modo que sus superficies reflectoras forman entre si un ángulo de 60°. Determine tanto experimental como analíticamente la cantidad de imágenes que se forman. (evidencie con una fotografía)
5. ¿Qué son las dioptrías?
6. Un espejo convexo tiene un radio de curvatura  de 2 metros. Determinar analítica y gráficamente la posición y altura de la imagen de un objeto real de 50 cm de alto, situado delante del espejo y a una distancia de tres metros.
7. Frente a un espejo cóncavo de 1 metro de distancia focal, se coloca un objeto de 20cm de alto. Determinar analítica y gráficamente la posición de este si la imagen formada es real y se ubica a de 50 cm del espejo. Calcule la altura de la imagen.
8. Una lente biconvexa tiene un radio de curvatura  de 3 metros. Determinar analítica y gráficamente la posición y altura de la imagen de un objeto real de 40 cm de alto, situado por detrás de la lente y a una distancia de cincuenta centímetros.
9. Elabore una consulta detallada sobre aplicaciones de la luz láser en la medicina
10. ¿Cuál es la utilidad de las fibras ópticas en las endoscopias?
11. Un circuito eléctrico simple consta de una batería de 12 Voltios ¿Cuál debe ser el valor de la resistencia para que la corriente que circule sea de 2 Amperios?
12. Elabore un pequeño informe sobre el video de potenciales de acción. 

SOLUCION

9- Elabore una consulta detallada sobre aplicaciones de la luz láser en la medicina

RESPUESTA: El láser se utiliza para muchos propósitos médicos. Debido a que el haz de luz láser es tan pequeño y preciso, permite a los médicos tratar un tejido específico de una forma segura, sin lesionar los tejidos circundantes. El láser es parecido a un rayo de luz brillante y se utiliza para dividir tejidos o destruir células. 

Definición: Es el uso de una fuente de luz láser para retirar tejidos enfermos o tratar vasos sanguíneos sangrantes. También se utiliza con propósitos cosméticos que incluyen la remoción de arrugas, tatuajes o lunares. 

• Tratamiento con láser (Laser Treatment): Uso de un haz fuerte de luz especial (láser) para tratar sitios lesionados. Podría tratarse al diabético con láser para curar vasos sanguíneos en el ojo. Véase también: Fotocoagulación. 
• Láser dermatológico: La piel es el mayor órgano del cuerpo y, obviamente, el más visible. Aunque muchas enfermedades de este órgano se presentan aisladas, algunas de ellas son exteriorizaciones de dolencias internas. 
• Láser CO2: Tipo de láser utilizado especialmente en el tratamiento de pequeñas arrugas finas faciales, así como en el tratamiento de cicatrices inestéticas. 

10- ¿Cuál es la utilidad de las fibras ópticas en las endoscopias?

RESPUESTA:

FIBRA ÓPTICA

    Una fibra óptica es un filamento delgado y largo de un material dieléctrico transparente, usualmente vidrio o plástico de un diámetro aproximadamente igual al de un cabello (entre 50 a 125 micras) al cual se le hace un revestimiento especial, con ciertas características para transmitir señales de luz a través de largas distancias.

      Un cable de fibra óptica está compuesto de las siguientes partes 

• -  Núcleo: Es propiamente la fibra óptica, la hebra delgada de vidrio por donde viaja la luz.
•     Revestimiento: Es una o más capas que rodean a la fibra óptica y están hechas de un material con un índice de refracción menor al de la fibra óptica, de tal forma que los rayos de luz se reflejen por el principio de reflexión total interna hacia el núcleo y permite que no se pierda la luz.
•    Forro: Es un revestimiento de plástico que protege a la fibra y la capa media de la humedad y los maltratos.

        Las fibras ópticas vienen en dos tipos:

• - Las fibras multi-modo: Transmiten muchas señales por la fibra (usada en las redes de ordenadores , las redes de área local)
• - Fibras unimodales: Transmiten una señal por la fibra (usada en teléfonos y la televisión por cable). Las fibras unimodales tienen núcleos muy delgados (cerca de 9 micrones de diámetro) y transmiten la luz láser infrarroja (longitud de onda = 1.300 a 1.550 nanómetros). Las fibras multi-modo tienen núcleos más grandes (cerca de 62,5 micrones de diámetro) y transmiten la luz infrarroja (longitud de onda = 850 a 1.300 nm) de diodos emisores de luz (LEDs).

    Algunas fibras ópticas se pueden hacer de plástico. Estas fibras tienen una base grande (0,04 pulgadas o diámetro de 1 milímetro) y transmiten la luz roja visible (longitud de onda = 650 nm) de los LEDs.

      

        FUNCIONAMIENTO DE LAS FIBRAS ÓPTICAS.

     Las fibras ópticas funcionan gracias al principio de la reflexión total interna, que se da debido a que la fibra o núcleo tiene un cierto índice de refracción superado por el del revestimiento, por lo tanto el rayo de luz, cuando se "desplaza" por la fibra y choca con la pared de ésta, se produce el mismo efecto que observan los buzos cuando están debajo del agua; éstos, cuando ven hacia arriba hacia la superficie del agua, pueden ver lo que está afuera pero sólo hasta cierto ángulo de la vertical, a partir de este ángulo sólo verán un reflejo de lo que esta alrededor de ellos; eso mismo pasa en la fibra, como si ésta fuera el agua, y el revestimiento el aire más arriba de la superficie, que tiene menor índice de refracción.

cuarta tutoria BIOFISICA

1. EUna onda cuya ecuación tiene la forma  F(x,t) = 10 Sen (⅔πx + 2 π t), determine a) La amplitud,   b) La frecuencia,  c) el periodo, d) la rapidez angular,   c) La velocidad y la aceleración en el extremo superior de la trayectoria,  d) La velocidad y la aceleración máximas. 
2. Una onda longitudinal de 1000 Hz, tiene una longitud de onda de 50 cm. a qué velocidad se propaga.
3. El sonido es una onda mecánica y por consiguiente no se propaga en el vacío. Determine cinco razones que justifiquen tal afirmación y de ejemplos.
4. Utilice Excel para graficar las siguientes señales armónicas en función del tiempo: determine para cada caso la amplitud, la frecuencia, el periodo, las ecuaciones de la velocidad y de la aceleración. F(t) = 5Sen(2t + ¾π)   F(t) = -4Sen(2t + ¾π) + 6Cos(3t – π)
5. El oído humano es capaz de percibir sonidos de frecuencias comprendidas entre 20 y 20000 Hz. Determinar las longitudes de onda correspondientes a estas frecuencias suponiendo que la velocidad del sonido es de 340 m/s.
6. La velocidad del sonido en el aire a 0°C es de 331 m/s, calcular la velocidad a temperaturas como: a) 25°C, b) 64°F, c) 358°K.
7. Cuando una onda sonora pasa del aire al agua. ¿cree usted que cambie la frecuencia o la longitud de onda? Justifique
8. Un excursionista calcula la longitud de un lago mediante el eco de su grito, reflejado en un acantilado en el otro extremo del lago. Si lo oye 2 segundos después de gritar, ¿qué longitud tiene el lago? Suponga que es un día frío y la temperatura del medio es de apenas 2°C.
9. ¿Cuál es la intensidad del sonido en el nivel de dolor de 120 dB? Compárela con la de un susurro de 20 dB.
10. ¿Cuál es el nivel de intensidad de un sonido cuya intensidad es de 2.0*10-3 W/m2, es agradable o molesto?
11.  ¿Qué intensidad debe tener un tono de 6000 Hz para que parezca tan alto como uno de 100 Hz cuyo nivel de intensidad es de 50 dB? Ver gráfico de frecuencia Vs nivel de intensidad.
12. La frecuencia que predomina en la sirena de una ambulancia  tiene 1600 Hz en reposo. ¿Cuál es la frecuencia que se detecta si el automóvil a) se mueve a 25 m/s hacia un observador y b) se aleja de él a la misma velocidad?
13. Un murciélago que se encuentra en reposo emite ondas ultrasónicas con una frecuencia de 50000 Hz y las recibe de regreso de un insecto que se aleja de él radialmente a 25 m/s. ¿Cuál es la frecuencia del sonido recibido?
14. Las ondas ultrasónicas se utilizan para medir la rapidez del flujo sanguíneo. Suponga que un dispositivo emite ondas sonoras  a 500 KHz y que la velocidad del sonido en el tejido humano es de 1540 m/s. ¿Cuál es la frecuencia de la pulsación esperada si la sangre se aleja de la fuente de sonido por las arterias de las piernas a 2 cm/s?

SOLUCION

1. Utilice Excel para graficar las siguientes señales armónicas en función del tiempo: determine para cada caso la amplitud, la frecuencia, el periodo, las ecuaciones de la velocidad y de la aceleración. 
2. F(t) = 5Sen(2t + ¾π)            

  F(t) = -4Sen(2t + ¾π) + 6Cos(3t – π)

 

 7. Cuando una onda sonora pasa del aire al agua. ¿Cree usted que cambie la frecuencia o la longitud de onda? Justifique

El sonido es una onda mecánica que se propaga por un medio. La velocidad con la que se propaga depende de muchos factores del medio, como su densidad, volumen y elasticidad, factores que dependen del medio material, la temperatura, etc. En el aire, a temperatura ambiente, el sonido se propaga a una velocidad de 340m/seg., mientras que con el agua viaja alrededor de 1500 m/seg. Cuando el sonido esta viajando por aire y encuentra un cambio de fase a agua, vas a tener una parte reflejada y una parte refractada. Tanto en la reflexión como en la refracción, la frecuencia de oscilación se mantiene constante (podes pensar que en la interfase, el aire moviendo a las moléculas de agua es una fuente de frecuencia constante. Ahora sabiendo que f=v/l siendo f la frecuencia, v la velocidad de propagación, entonces l tendrá también que aumentar, para que la igualdad se siga cumpliendo. Por consiguiente claro que CAMBIA ya que el medio de propagación es distinto en cada caso y la velocidad de propagación varia tanto en el agua que es un sólido como en el aire que es un gas y por consiguiente la longitud de la onda también cambia.  

EXPERIMENTO

tercera tutoria biofisica

EJERCICIOS

1. Un cuerpo se encuentra a una temperatura de 250°F. ¿Cuál es su temperatura equivalente si se mide en grados centígrados, Kelvin y Rankine?
2. Calcular el flujo de calor a través de un muro de ladrillo de 2m X 6m  de área y 18 cm de espesor, si las temperaturas de las superficies interna y externa son de 25°C y 14°C respectivamente. ¿Cuál es la diferencia si en vez de ladrillo se utiliza una lámina de plomo con la misma área y espesor?
3. Un bañista sin ropa está sentado en un vestidor cuyas paredes oscuras están a una temperatura de 10°C. Calcule la rapidez con la que su cuerpo pierde calor por radiación, suponiendo que la piel está a una temperatura de 34°C  y que tiene una emisividad igual a 0.8. Suponga que el área superficial del cuerpo del bañista que no está en contacto con la banca es de 1.8 m².
4. ¿Con qué rapidez absorbe la energía solar una persona acostada en la playa en un día claro, si el sol forma un ángulo de 45° con la vertical? Suponga que e = 0.8 y que el área del cuerpo expuesta al sol es de 1.5 m² ¿Cuál es el valor esperado para dicha rapidez si se coloca una manta blanca, la cual reduce la emisividad a una cuarta parte de la establecida?
5. Consulte sobre los efectos de la radiación térmica solar en algunas regiones altas del planeta donde la exposición es de casi un 95%.
6. Suponga que un joven de 80Kg de masa ha consumido 600 calorías de más y desea compensarlo mediante una cantidad equivalente de trabajo moviéndose a una velocidad apropiada. ¿Cuál es la magnitud de dicha velocidad si se sabe que el cuerpo solo produce un 20% del trabajo efectivo?
7. ¿Cuánto calor se necesita para elevar de 10°C a 200°C la temperatura de un tanque de Titanio vacío con una masa de 50Kg?
8. ¿Qué métodos son efectivos para contrarrestar de manera inmediata la hipotermia?

SOLUCION

segunda tutoria de biofisica

EJERCICIOS 

1. ¿Cuál es el volumen que ocupa en un tubo de ensayo un equivalente de masa sanguínea íntegra cuya masa se calcula en 250 miligramos?
2. Si por accidente cae una cierta cantidad (en menor proporción) de gasolina en un recipiente con sangre fresca, es posible que esta flote sobre la sangre. ¿Cuál es la justificación más apropiada para validar esta afirmación?
3. ¿Cuál es la presión que ejerce un hombre de 80 Kg de masa cuando pisa accidentalmente y con la punta del tacón a otra persona? Suponga que el tacón tiene forma circular de 6 cm de diámetro. ¿Es la presión ejercida mayor, menor o igual a la planteada en el ejemplo 2? Justifique las posibles variaciones.
4. Haga una consulta sobre la fuerza por cm² ejercida por la mordida tanto del hombre coma de animales feroces como los cocodrilos, los tiburones y el dinosaurio rex entre otros. Elabore un cuadro comparativo.
5. Un automóvil de 1500Kg se levanta con un gato hidráulico manual. El diámetro donde se aplica la Fuerza F₁ es de 0,5 cm y el del fulcro que levanta el automóvil de 5 cm. ¿Qué fuerza debe aplicar una persona para levantar el automóvil si el pistón tiene una palanca que le proporciona una ventaja mecánica del 80%?
6. ¿Cuál es la presión en el fondo de un tubo de ensayo de 10cm de largo si está completamente lleno de sangre con plasma?. Es factible predecir el tipo de sangre a partir de estas condiciones.
7. Calcule las presiones arteriales PP y PAM, para una persona cuya medición de esta están en el orden de 120/80 de una persona normal y 140/90 de una persona con hipertensión en mm de Hg.
8. Un leucocito neutrófilo (glóbulo blanco  especializado en atacar bacterias y hongos ) se puede representar como una esfera de 12 μm de diámetro, con una densidad de 1,5*10³ Kg/m³. La densidad de la sangre íntegra es de 1.05*10³ Kg/m³ . ¿Cuál es la velocidad de sedimentación de estos glóbulos blancos bajo la influencia de la gravedad y en un tubo de centrífuga que está a 10 cm del centro de la centrífuga, y girando a 5000 rpm?
9. Calcúlese el flujo sanguíneo en una arteria de 1 cm de radio y 220 cm de longitud, que se encuentra sometida a una diferencia de presión de 6*10^-5 Pa.
10. Cuando la presión arterial aumenta, es factible que la velocidad media de la sangre en la aorta por ejemplo, (radio = 1 cm), durante la parte estacionaria del latido del corazón incremente hasta en un 60% por encima de lo normal. ¿Esta anomalía puede ser considerada como de flujo turbulento? Justifique su respuesta.
11. Consulte más aplicaciones del efecto Bernoulli como por ejemplo: El ataque isquémico transitorio, el ataque cardiaco pos obstrucción trombótica, el por qué el sistema de aireación de ciertos animales debe tener orificios de entrada de aire a diferentes alturas entre otros.  

SOLUCION

4.     Haga una consulta sobre la fuerza por cm² ejercida por la mordida tanto del hombre como de animales feroces como los cocodrilos, los tiburones y el dinosaurio rex entre otros. Elabore un cuadro comparativo.

Especie

HOMBRE: Un hombre adulto ejerce una presión de entre unos 10 kg por cm2.  Equivalente aproximado a 890 newton de fuerza

COCODRILOS: Esta criatura al cerrar sus mandíbulas registró una fuerza total de 268 kg por cm2, equivalente a 16.460 newton de fuerza o la presión de 251,77 atmósferas. La más fuerte hasta ahora.

TIBURONES: El tiburón blanco  llega casi a los 290 kg por cm2 es decir 17790 newton. 

DINOSAURIO REX: se cree que mordía con una presión de 1.500 kilogramos por cm2.

LEONES Y TIGRES: Estos felinos llegan a generar una presión de unos 72 kg por cm2 equivalentes    a 4450 Newton.

11.  Consulte más aplicaciones del efecto Bernoulli como por ejemplo: El ataque isquémico transitorio, el ataque cardiaco pos obstrucción trombótica, el por qué el sistema de aireación de ciertos animales debe tener orificios de entrada de aire a diferentes alturas entre otros.

El EFECTO BERNOULLI habla sobre el principio fundamental de la hidrostática que traduce el comportamiento de fluidos en reposo cuando son sujetos a la acción del campo de gravedad terrestre. Entre los más relevantes encontramos:

 El Ataque Isquémico transitorio: (AIT o TIA) es un corto episodio en el que se produce una interrupción temporal del flujo de sangre en un vaso en el cerebro. El AIT es a menudo llamado un mini-derrame cerebral, ya que los síntomas son similares. El Infarto Cerebral puede ser provocado por presión arterial elevada, endurecimiento de las arterias, edad avanzada, anemia grave, drogadicción, alto colesterol, diabetes, tabaquismo, trastornos en la coagulación y trastornos en la producción de glóbulos blancos o rojos.

El Ataque cardiaco por obstrucción trombotica: Es el tipo más común, y se produce cuando un coágulo sanguíneo (denominado «trombo») obstruye el flujo de sangre a ciertas partes del cerebro. El trombo puede formarse en una arteria afectada por aterosclerosis. La aterosclerosis es un proceso que se caracteriza por la acumulación de placa en el interior de la arteria. Esta placa vuelve más gruesa la pared arterial, estrechando el vaso. La placa está compuesta de grasa, colesterol, fibrina (una sustancia coagulante) y calcio. A medida que la placa se acumula en las arterias, la sangre circula más lenta y dificultosamente, facilitando la coagulación. Un vaso sanguíneo estrechado por aterosclerosis tiene mayores probabilidades de ser obstruido por un coágulo, interrumpiéndose así el flujo sanguíneo. Los accidentes cerebro vasculares trombóticos generalmente se producen durante la noche o en las primeras horas de la mañana. Un ataque isquémico transitorio (AIT) o «mini accidente cerebrovascular» generalmente precede a un accidente cerebrovascular trombótico.

*¿Por qué el sistema de aireación de ciertos animales debe tener orificios de entrada de aire a diferentes alturas entre otros?

RTA/ La altura representa un ambiente extremo. El ser humano siempre se ha caracterizado por su adaptabilidad a las diversas adversidades que puede ofrecer nuestro planeta, pero en este caso hay un límite. La disminución de la presión barométrica y, consecuentemente, una menor presión parcial de oxígeno, es un factor muy limitante.    El organismo humano logra adaptarse a la altura gracias a un complicado proceso que exige lentitud y progresión. Si no se respetan estas pautas se pueden producir lesiones muy graves a diferentes niveles. El sistema pulmonar y su fisiología en la montaña son un serio problema, en ocasiones fatal, propiciado por ganar altura con demasiada rapidez. Es objeto de este trabajo analizar los mecanismos de adaptación del sistema pulmonar a la altitud, las lesiones que se pueden producir (el edema pulmonar de altura es la más importante y grave) y los medios preventivos y de actuación que utilizaremos en un medio tan adverso. El saltamontes ilustra el sistema respiratorio de los insectos. En éstos el aire es llevado desde el exterior hasta las células del organismo por un sistema de tubos, de forma que el intercambio de gases ocurre directamente entre las células y el ambiente.

Las orugas también son insectos y cómo tal respiran por medio del sistema de tubos o traqueas, que comunican directamente el medio ambiente con el interior de las células del organismo.

Cada segmento corporal del insecto tiene un par de estos sistemas de conductos aéreos, los cuales, después de ramificarse múltiples veces, llegan lo suficientemente cerca de cada célula para que ocurra el intercambio de gases. Los gases entran y salen de este sistema de tubos impulsados por los movimientos corporales. En la desembocadura de cada tubo con el exterior existe un músculo especial que la abre y cierra. Es un sistema respiratorio eficiente para pequeños organismos, que sería inadecuado para los mayores por que el aire no llegaría rápidamente a grandes profundidades.

La Respiración traqueal Propia de insectos y otros artrópodos terrestres está formada por una serie de tubos, las tráqueas, producidas por invaginaciones del tegumento, en las que el aire entra a través de unos pequeños orificios de la superficie del cuerpo, llamados estigmas.

EXPERIMENTO

primera tutoria de biofisica

solucion