BIOFÍSICA

TEMAS

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES FUERZA LEYES DE NEWTON

¿Qué es Biofísica?

La Biofísica puede definirse como la disciplina quetrata de comprender y explicar la fenomenologíabiológica a partir de las leyes y principios generalesde la Física.

Refleja el esfuerzo para racionalizar las leyesbiológicas como extensiones de las leyes de la Física.

Posee doble carácter como ciencia: Interdisciplinaria eIntegradora.

La Biofísica puede definirse como la disciplina quetrata de comprender y explicar la fenomenologíabiológica a partir de las leyes y principios generalesde la Física.

Refleja el esfuerzo para racionalizar las leyesbiológicas como extensiones de las leyes de la Física.

Posee doble carácter como ciencia: Interdisciplinaria eIntegradora.

MEDICIÓN

Medir una magnitud física consiste en asignar a dichamagnitud un número igual al número de veces quecontiene a una cantidad patrón (arbitrariamente elegida)denominada unidad.

El resultado de esa comparación se denomina Medida. Para medir se necesita:

Instrumento de medida y Unidad de medida a usar deacuerdo a la magnitud física

Magnitud física a medir Un observador

Medir una magnitud física consiste en asignar a dichamagnitud un número igual al número de veces quecontiene a una cantidad patrón (arbitrariamente elegida)denominada unidad.

El resultado de esa comparación se denomina Medida. Para medir se necesita:

Instrumento de medida y Unidad de medida a usar deacuerdo a la magnitud física

Magnitud física a medir Un observador

MAGNITUD FÍSICA

Por magnitud física entendemos cualquier propiedad delos cuerpos que se puede medir o cuantificar (es decir sele puede asignar un valor numérico).

Una magnitud física está asociada a un fenómeno físico. El patrón de medición es la Unidad de medida tomada

como referencia para expresar el valor de una magnitudfísica.

Por magnitud física entendemos cualquier propiedad delos cuerpos que se puede medir o cuantificar (es decir sele puede asignar un valor numérico).

Una magnitud física está asociada a un fenómeno físico. El patrón de medición es la Unidad de medida tomada

como referencia para expresar el valor de una magnitudfísica.

CLASIFICACIÓNDE LAS MAGNITUDES

Por su origen pueden ser: Magnitudes fundamentales yderivadas.

Una Magnitud Fundamental es aquella que no puededefinirse con respecto a las otras magnitudes y que enprincipio se pueden determinar mediante una medidadirecta.

Entendemos por magnitudes derivadas aquellasmagnitudes que se pueden definir a partir de lasmagnitudes fundamentales a través de una ley física.

No existe un conjunto único de magnitudes fundamentales.

Por su origen pueden ser: Magnitudes fundamentales yderivadas.

Una Magnitud Fundamental es aquella que no puededefinirse con respecto a las otras magnitudes y que enprincipio se pueden determinar mediante una medidadirecta.

Entendemos por magnitudes derivadas aquellasmagnitudes que se pueden definir a partir de lasmagnitudes fundamentales a través de una ley física.

No existe un conjunto único de magnitudes fundamentales.

CLASIFICACIÓNDE LAS MAGNITUDES (Cont.)

Por su naturaleza pueden ser Magnitudes escalares, vectoriales ytensoriales.

Las Magnitudes escalares son aquellas magnitudes que quedandefinidas mediante un número acompañado de su unidad.

Ejemplos: la longitud, el volumen, la masa. Las Magnitudes vectoriales: son magnitudes que no quedan

definidas sólo por un número real y su unidad, sino que tambiénrequieren el conocimiento de una dirección y un sentido.

Ejemplos: velocidad, aceleración, fuerza. Las magnitudes tensoriales son aquellas que poseen un módulo,

múltiples direcciones y sentidos normales a toda superficie.Ejemplo: Presión hidrostática, esfuerzos axiales, tangenciales,

etc.

Por su naturaleza pueden ser Magnitudes escalares, vectoriales ytensoriales.

Las Magnitudes escalares son aquellas magnitudes que quedandefinidas mediante un número acompañado de su unidad.

Ejemplos: la longitud, el volumen, la masa. Las Magnitudes vectoriales: son magnitudes que no quedan

definidas sólo por un número real y su unidad, sino que tambiénrequieren el conocimiento de una dirección y un sentido.

Ejemplos: velocidad, aceleración, fuerza. Las magnitudes tensoriales son aquellas que poseen un módulo,

múltiples direcciones y sentidos normales a toda superficie.Ejemplo: Presión hidrostática, esfuerzos axiales, tangenciales,

etc.

MAGNITUDES Y UNIDADESFUNDAMENTALES DEL SI

MAGNITUD NOMBREDE LA

UNIDAD

SIMBOLO DELA UNIDAD

DIMENSIONES DE LAMAGNITUD

Longitud metro m LLongitud metro m L

Masa kilogramo kg M

Tiempo segundo s T

TemperaturaTermodinámica

kelvin K

Intensidad decorriente

amperio A I

Intensidad luminosa candela cd J

Número o cantidadde sustancia

mol mol N

MAGNITUDES Y UNIDADES SUPLEMENTARIAS DEL SI

MAGNITUD FÓRMULA DEDEFINICIÓN

NOMBRE DELA UNIDAD

SÍMBOLO DELA UNIDAD

DIMENSIÓNDE LA MAGNITUD

Angulo plano = L/R radián rad [m.m-1] = 1

Angulosólido

Ω = S/R2 estereorradián sr [m2.m-2] = 1

ALGUNAS MAGNITUDES YUNIDADES DERlVADAS DEL SI

MAGNITUD FORMULA DEDEFINICIÓN

NOMBRE DE LA UNIDAD SIMBOLO DE LAUNIDAD

DIMENSIONES DE LAMAGNITUD

Área S = l2 metro cuadrado m2 L2

Volumen V = l3 metro cúbico m3 L3

Densidad = m/V kilogramo por metro cúbico kg/m3 M L-3Densidad = m/V kilogramo por metro cúbico kg/m3 M L-3

Velocidad v = r/t metro por segundo m/s LT-1

Aceleración a = v/t metro porsegundo al cuadrado

m/s2 LT-2

Fuerza; peso F = m.a newton N= kg . m/ s2 M LT-2

Trabajo ; energía W = F.r joule J = kg . m2/ s2 M L2 T-2

Presión P = F/S pascal Pa =N/m2= kg /m.s2 M L-1 T-2

Potencia P = W/t watt o vatio W=kg. m2/ s3 M L2 T-3

Velocidad angular ω = φ/t radián por segundo rad/s T-1

Cantidad demovimiento

p = m.v kilogramo metro por segundo kg. m/s M LT-1

Peso específico p.e = P/V kilogramo por metro al cuadradosegundo al cuadrado

kg. /m2s2 M L-2T-2

Tensión superficial σ = F/l kilogramo por metro al cuadrado kg/s2 ML-2

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS

OTROS SISTEMAS. SISTEMA ABSOLUTO

SUB-SISTEMA LONGITUD(L)

MASA (M) TIEMPO(T)

LONGITUD(L)

TIEMPO(T)

M.K.S m kg s

c.g.s cm g s

F.P.S pie lb s

SISTEMA GRAVITACIONAL Y TÉCNICO

CONVERSIÓN DE UNIDADES

Muchas veces hay que realizar operaciones con magnitudes que estánexpresadas en unidades que no son homogéneas. Para que los cálculos quese realicen sean correctos, se deben transformar las unidades de maneraque se cumplan el Principio de Homogeneidad.

Para realizar la transformación se utilizan los factores de conversión. Unfactor de conversión es la relación de equivalencia entre dos unidades dela misma magnitud, es decir, un cociente que nos indica los valoresnuméricos de equivalencia entre ambas unidades. Por ejemplo:

Muchas veces hay que realizar operaciones con magnitudes que estánexpresadas en unidades que no son homogéneas. Para que los cálculos quese realicen sean correctos, se deben transformar las unidades de maneraque se cumplan el Principio de Homogeneidad.

Para realizar la transformación se utilizan los factores de conversión. Unfactor de conversión es la relación de equivalencia entre dos unidades dela misma magnitud, es decir, un cociente que nos indica los valoresnuméricos de equivalencia entre ambas unidades. Por ejemplo:

s/m10km1

m10x

s6003

h1x

h

km36 3

fkg04,2N8,9

fkg1xN20N20

ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN

o1 cm = 10-2 mo1 km = 103 mo1 milla terrestre = 1,609 km = 1 609 mo1 milla marina = 1,852 km = 1 852 mo1 m ≈ 1,093 6 yd ≈ 5,281 pies ≈ 39,37 pulgadaso1 pulgada ≈ 2,54 cmo1 pie = 12 pulgadas ≈ 30,48 cm ≈ 0,304 8 mo1 yd = 3 pies ≈ 91,44 cmo1 Å = 0,1 nmo1 m = 1015 fm = 1010 Å = 109 nmo1 año-luz = 9,461 x1015 mo1 min = 60 so1 h = 3600 s

o1 cm = 10-2 mo1 km = 103 mo1 milla terrestre = 1,609 km = 1 609 mo1 milla marina = 1,852 km = 1 852 mo1 m ≈ 1,093 6 yd ≈ 5,281 pies ≈ 39,37 pulgadaso1 pulgada ≈ 2,54 cmo1 pie = 12 pulgadas ≈ 30,48 cm ≈ 0,304 8 mo1 yd = 3 pies ≈ 91,44 cmo1 Å = 0,1 nmo1 m = 1015 fm = 1010 Å = 109 nmo1 año-luz = 9,461 x1015 mo1 min = 60 so1 h = 3600 s

NOTACIÓN CIENTÍFICA

Es una forma de escribir los números como potencia de diez. Esta forma facilita expresar números muy grandes o muy pequeños, en el

intercambio de información científica. El número quedará expresado de la siguiente manera:

donde:A = número real que cumple: 1 < A < 10.n = número entero

Ejm:5 348 = 5,348 x 103

0,000 534 8 = 5,348 x10-4

Es una forma de escribir los números como potencia de diez. Esta forma facilita expresar números muy grandes o muy pequeños, en el

intercambio de información científica. El número quedará expresado de la siguiente manera:

donde:A = número real que cumple: 1 < A < 10.n = número entero

Ejm:5 348 = 5,348 x 103

0,000 534 8 = 5,348 x10-4

n10xA

REGLAS DE REDONDEO

Si el dígito a eliminar es > 5 el digito retenidoaumenta en uno.

Si el dígito a eliminar es < 5 el digito retenido semantiene.

Si el dígito a eliminar es > 5 el digito retenidoaumenta en uno.

Si el dígito a eliminar es < 5 el digito retenido semantiene.

REGLAS DE REDONDEO (Cont.)

Si el dígito a eliminar es 5 y el retenido impar elretenido aumenta en uno.

Si el dígito a eliminar es 5 y el retenido par, elretenido se mantiene.

Si el dígito a eliminar es 5 y el retenido impar elretenido aumenta en uno.

Si el dígito a eliminar es 5 y el retenido par, elretenido se mantiene.

Sistema Internacional de Unidades

FUERZA

Magnitud física vectorial, expresa lainteracción mutua y simultánea entredos cuerpos en la naturaleza.

newton = 1 N = 1 kg.m.s-2

Instrumento que mide la fuerza es eldinamometro.

Magnitud física vectorial, expresa lainteracción mutua y simultánea entredos cuerpos en la naturaleza.

newton = 1 N = 1 kg.m.s-2

Instrumento que mide la fuerza es eldinamometro.

PROPIEDADES DE LA FUERZA

Es aplicada por un objeto material a otro Es aplicada por un objeto material a otro

PROPIEDADES DE LA FUERZA

LA FUERZA SE CARACTERIZA POR: Dirección Sentido Modulo

PROPIEDADESDE LA FUERZA (Cont.)

Siempre actúan en parejas

Si dos (o más) fuerzas actúan simultáneamente sobreel mismo objeto, su efecto es igual a la suma vectorialde las fuerzas individuales

Siempre actúan en parejas

Si dos (o más) fuerzas actúan simultáneamente sobreel mismo objeto, su efecto es igual a la suma vectorialde las fuerzas individuales

FUERZAS FUNDAMENTALES

En la naturaleza solo hay cuatro FuerzasFundamentales y en orden decreciente deintensidad se mencionan:

Fuerza Nuclear Fuerte (1) Fuerza Electromagnética (1/137) Fuerza Nuclear Débil (10-6) Fuerza Gravitatoria (10-39)

En la naturaleza solo hay cuatro FuerzasFundamentales y en orden decreciente deintensidad se mencionan:

Fuerza Nuclear Fuerte (1) Fuerza Electromagnética (1/137) Fuerza Nuclear Débil (10-6) Fuerza Gravitatoria (10-39)

FUERZAS FUNDAMENTALES (Cont.)

La Fuerza Nuclear Fuerte Explica el porqué los protones (con carga positiva)

pueden existir dentro del núcleo atómico, a pesarde las fuerzas de repulsión entre ellos debido a sucarga.

La Fuerza Electromagnética Explica los enlaces iónicos y moleculares, así como

la interacción entre partículas cargadas(electrones, protones, etc) y ondaselectromagnéticas.

La Fuerza Nuclear Fuerte Explica el porqué los protones (con carga positiva)

pueden existir dentro del núcleo atómico, a pesarde las fuerzas de repulsión entre ellos debido a sucarga.

La Fuerza Electromagnética Explica los enlaces iónicos y moleculares, así como

la interacción entre partículas cargadas(electrones, protones, etc) y ondaselectromagnéticas.

FUERZAS FUNDAMENTALES (Cont.)

La Fuerza Nuclear Débil Explica las desintegraciones nucleares.

La Fuerza Gravitatoria Explica la atracción de los cuerpos debido a sus

masas.

Las interacciones de los cuerpos a nivelmacroscópico, van a estar influenciadas por laFuerza Gravitacional y a nivel atómico-molecularpor la Fuerza Electromagnética

La Fuerza Nuclear Débil Explica las desintegraciones nucleares.

La Fuerza Gravitatoria Explica la atracción de los cuerpos debido a sus

masas.

Las interacciones de los cuerpos a nivelmacroscópico, van a estar influenciadas por laFuerza Gravitacional y a nivel atómico-molecularpor la Fuerza Electromagnética

FUERZAS DERIVADAS

Son todas aquellas que pueden ser explicadasempleando las Fuerzas Fundamentales.

Ejemplo: La fuerza de rozamiento, puede ser explicada

mediante la Fuerza Electromagnética. La fuerza muscular, puede ser explicada mediante la

Fuerza Electromagnética. La fuerza de un resorte o muelle, puede ser explicada

por mediante la Fuerza Electromagnética y laGravitacional.

Son todas aquellas que pueden ser explicadasempleando las Fuerzas Fundamentales.

Ejemplo: La fuerza de rozamiento, puede ser explicada

mediante la Fuerza Electromagnética. La fuerza muscular, puede ser explicada mediante la

Fuerza Electromagnética. La fuerza de un resorte o muelle, puede ser explicada

por mediante la Fuerza Electromagnética y laGravitacional.

LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY DE NEWTON “Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de

MRU a menos que una fuerza neta que actúe sobre élle obligue a cambiar ese estado”.

De esta ley se concluye que: ∑Fi = 0

PRIMERA LEY DE NEWTON “Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de

MRU a menos que una fuerza neta que actúe sobre élle obligue a cambiar ese estado”.

De esta ley se concluye que: ∑Fi = 0

SEGUNDA LEY DE NEWTON

Designase al cambio temporal delmomento como fuerza sobre un cuerpo.Se tiene

Esta ecuación establece que “la razón decambio del momento lineal de unapartícula es igual a la fuerza que actúasobre ella

Teniendo en cuenta que

La fuerza se expresa

Cuando la masa m permanececonstante

Es decir la fuerza es igual alproducto de la masa por laaceleración siempre y cuando lamasa permanezca constante

d pF

d t

p mv

d mvF

dt

Designase al cambio temporal delmomento como fuerza sobre un cuerpo.Se tiene

Esta ecuación establece que “la razón decambio del momento lineal de unapartícula es igual a la fuerza que actúasobre ella

Teniendo en cuenta que

La fuerza se expresa

Cuando la masa m permanececonstante

Es decir la fuerza es igual alproducto de la masa por laaceleración siempre y cuando lamasa permanezca constante

d pF

d t

d mvF

dt

d vF m ma

dt

TERCERA LEY DE NEWTON

“Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobreotro, el segundo ejerce una fuerza igual y opuestasobre el primero”.

A estas fuerzas se denominan “ACCIÓN” y“REACCIÓN”.

Esta ley se cumple, por ejemplo, cuando hay doscuerpos en contacto (estos cuerpos pueden ser doshuesos unidos a través de una articulación).

“Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobreotro, el segundo ejerce una fuerza igual y opuestasobre el primero”.

A estas fuerzas se denominan “ACCIÓN” y“REACCIÓN”.

Esta ley se cumple, por ejemplo, cuando hay doscuerpos en contacto (estos cuerpos pueden ser doshuesos unidos a través de una articulación).

Fuerza de acción y reacción en elCuerpo Humano

Calcular: a) la componente vertical de F1b) la componente perpendicular de F2

Preguntas y problemas

1. ¿Cuál es la diferencia entre fuerza ypresión?

2. ¿Qué entiende cuando se dice que lasfuerzas siempre actúan en parejas?

3. ¿Cuál fuerza fundamental es más intensa?¿Cuál fuerza tiene mayor rango de acción?

4. ¿Qué fuerza o fuerzas fundamentalespueden explicar la extracción de undiente?

1. ¿Cuál es la diferencia entre fuerza ypresión?

2. ¿Qué entiende cuando se dice que lasfuerzas siempre actúan en parejas?

3. ¿Cuál fuerza fundamental es más intensa?¿Cuál fuerza tiene mayor rango de acción?

4. ¿Qué fuerza o fuerzas fundamentalespueden explicar la extracción de undiente?

Preguntas y problemas (Cont.)

5.¿A cuánto equivale un radian en grados sexagesimales?6. ¿Convertir 120 mmHg a pascal?7. ¿Convertir 5 L/min a m3/s?8. ¿Cuál es el área de un círculo de 3,5 cm de diámetro en

el SI?9. ¿Convertir 3500 RPM (revoluciones por minuto) a rad/s?

10. Convertir 140 mmol/L a mol/m3

5.¿A cuánto equivale un radian en grados sexagesimales?6. ¿Convertir 120 mmHg a pascal?7. ¿Convertir 5 L/min a m3/s?8. ¿Cuál es el área de un círculo de 3,5 cm de diámetro en

el SI?9. ¿Convertir 3500 RPM (revoluciones por minuto) a rad/s?

10. Convertir 140 mmol/L a mol/m3

Hallar la aceleración y tensión en la cuerdacuando el coeficiente de rozamiento es cero y 0.2