MANUAL DEL LABORATORIO DE FÍSICA Y BIOFÍSICA

UNIVERSIDAD METROPOLITANA LABORATORIOS 2014

ÍNDICE Pág. 1. COMPETENCIAS 1.1 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE FÍSICA 1.2 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE BIOFÍSICA 2. REGLAMENTO DEL LABORATORIO 2.1 RESPONSABILIDADES 2.1.1 Responsabilidad del Docente Administrador del Laboratorio 2.1.2 Responsabilidad del Docente 2.1.3 Responsabilidad del Auxiliar de Laboratorio 2.1.4 Responsabilidad del Estudiante 2.2 NORMAS DE BIOSEGURIDAD DEL LABORATORIO

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2

3. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DEL LABORATORIO

2

3.1 ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DEL FÍSICA  INCERTIDUMBRE, LECTURAS MÁXIMA Y MÍNIMA EN LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN  ERROR EN LA MEDIDA  CONSTRUCCIONES GRAFICAS  COMPOSICIONES DE FUERZAS  FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN CUERPO SITUADO EN UN PLANO INCLINADO  FUERZA ELÁSTICA. LEY DE HOOKE  LA PALANCA. 1 Parte  LA PALANCA. 2 Parte  LA POLEA FIJA  LA POLEA MÓVIL  CALOR ESPECIFICO 3.2 ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DEL BIOFÍSICA  DENSIDAD DE LÍQUIDOS  DENSIDAD DE SÓLIDOS  DENSIDAD DE SÓLIDOS GRANULADOS  DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE UN LIQUIDO

3 4 6 8 10 13 15 18 21 24 26 28

30 31 33 35 37

    

FUERZAS ELÁSTICAS EN EL CUERPO HUMANO. LEY DE HOOKE CALORIMETRÍA EN SÓLIDOS Y LÍQUIDOS LENTES CONVERGENTES Y DIVERGENTES TALLER: MECÁNICA DE LA AUDICIÓN Y LA VOZ HUMANA TALLER: EFECTOS Y PROTECCIÓN DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS EN EL ORGANISMO HUMANO.

40 43 45 48 50

ANEXOS BALANZA MECÁNICA OHAUS EQUIPO DE ÓPTICA EQUIPO DE LEYES DE LA PALANCA

54 55 56

INTRODUCCIÓN

El estudio de la física le proporciona al estudiante el conocimiento de las leyes que deben aplicar en el estudio de los fenómenos biológicos y fisiológicos. El estudio de la física tanto teórica como práctica brinda la oportunidad al estudiante de vivir los procesos de la ciencia, estructurando su pensamiento para que sea lógico, coherente, reflexivo y científico, que es la estructura de pensamiento que debe tener todo profesional en ciencias de la salud. El objeto de estudio del estudiante de ciencias de la salud es la anatomía, fisiología y morfofisiología de los órganos que componen el cuerpo humano; en éste se dan procesos biológicos y fisiológicos que se estudian bajo las leyes de la física, dando origen a una nueva ciencia llamada Biofísica. La biofísica, se podría definir como la apropiación conceptual de la física y la físico–química aplicada al ser vivo desde un punto de vista macroscópico o microscópico; sin embargo la biofísica también se ocupa de los avances tecnológicos en instrumentación para la diagnosis, terapia y cirugía que los profesionales en ciencias de la salud utilizan en su quehacer profesional. Los biólogos en el siglo XIX reconocieron que la aplicación de las leyes de la física es de vital importancia en el desarrollo de las investigaciones biológicas, a tal punto que en los laboratorios de investigación utilizan la instrumentación óptica y electrónica que tienen su base en principios de la física. Los siguientes ejemplos avalan la anterior afirmación: 1.

La aplicación de las leyes de la física para la explicación del funcionamiento en los sistemas circulatorio, respiratorio, auditivo y termorreguladores, entre otros, del cuerpo humano. 2. El uso de los ultrasonidos, radiaciones (rayos x, rayos láser), para la diagnosis, terapia y cirugía 3. El uso de aparatos para medir la actividad eléctrica que se genera en el cuerpo humano (electrocardiógrafos, electro miógrafos), o para la imagenología.

1. COMPETENCIAS 1.1

COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE FÍSICA  Reconocer las leyes y principios de la física que se aplican en el estudio de los fenómenos biológicos y fisiológicos en el ser vivo.  Explicar casos en los seres vivos a partir de la aplicación de leyes y conceptos físicos.

1.2  

COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE BIOFÍSICA Aplicar conceptos de la Biofísica que explican fenómenos biológicos y fisiológicos en el ser vivo. Articular los principios de la biofísica que explican los desarrollos tecnológicos que tienen aplicaciones en las ciencias de la salud en el tratamiento de paciente, a través de la diagnosis, la terapia y la cirugía.

2. REGLAMENTO DEL LABORATORIO En el laboratorio debe mantenerse un excelente comportamiento para evitar accidentes y preservar la integridad propia y de sus compañeros.

2.1 . RESPONSABILIDADES 2.1.1 Responsabilidad del Docente Administrador del Laboratorio Supervisar el cumplimiento de las normas de bioseguridad y disposiciones de salud ocupacional, exigiendo el uso del equipo individual de protección a todo el personal que ingresa al laboratorio, para minimizar los riesgos a los que se exponen.

2.1.2 Responsabilidad del Docente Supervisar el cumplimiento de las normas de bioseguridad y disposiciones de salud ocupacional, exigiendo el uso del equipo individual de protección a todo el personal que ingresa al laboratorio, para minimizar los riesgos a los que se exponen.

2.1.3 Responsabilidad del Auxiliar de Laboratorio Verificar que los estudiantes utilicen los implementos de bioseguridad y efectúen un manejo adecuado de desechos en el laboratorio. Organizar el material de vidrio limpio y seco, así como los equipos de laboratorio requeridos para la actividad académica práctica.

1

Entregar a los estudiantes los materiales y equipos que requieren para el desarrollo de la práctica y recibirlos al finalizar la actividad académica.

Cumplir con las normas de bioseguridad establecidas para el laboratorio. Mantener el

área del laboratorio en condiciones de higiene y limpieza apropiad a.

Verificar antes de terminar su jornada laboral que el material este bajo llave, que las llaves del agua, gas, puertas y ventanas estén cerradas, los aires acondicionados, el video Beam y las luces estén apagadas.

2.1.4 Responsabilidad del Estudiante Cumplir y colaborar con el cumplimiento de las normas de bioseguridad.

2.2 . NORMAS DE BIOSEGURIDAD DEL LABORATORIO 1 2

Siga atentamente las instrucciones de los Docentes y Auxiliares, además de lo establecido en las Guías de Laboratorio. Use los elementos de bioseguridad como la bata manga larga y zapatos cerrados.

3

Trabaje únicamente en el lugar asignado teniendo en cuenta las normas de bioseguridad. Informe al profesor cualquier accidente de trabajo. 4 Manipule de manera segura los materiales de laboratorio entregados durante la experiencia. 5 Identifique la salida de emergencia. En caso de alguna eventualidad, no obstruir su paso. 6 Utilizar extintores en caso de incendio. 7 Descarte material de uso común: Papel, plásticos, cartón en las p apeleras con bolsa verde. 8 No fume, ni consuma alimentos o bebidas en el laboratorio. 9 Al finalizar la práctica, cerciórese que los equipos eléctricos se encuentren apagados y las llaves de agua queden cerradas. 10 Antes de salir del laboratorio, quitarse los elementos de protección.

3. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO

2

3.1. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA

3

UNIVERSIDAD METROPOLITANA Guía de Laboratorio Programa:NUTRICION Y DIETETICA Versión:

Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Semestre:I

Período:I Semestre

Nombre de la practica:

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas:2

Practica N° 1

INCERTIDUMBRE, LECTURAS MAXIMA Y MINIMA EN LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION.

4

5

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica:

Practica N° 2

ERROR EN LA MEDIDA

6

7

8

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica: CONSTRUCCIONES GRAFICAS

Practica N°3

9

1 0

1 1

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Semestre:I

Período:I Semestre

Nombre de la practica: COMPOSICION DE FUERZAS FUERZA E INTERACCIONES.

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Practica N° 4

1 2

1 3

1 4

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Semestre:I

Período:I Semestre

Nombre de la practica:

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Practica N° 5

FUERZAS QUE ACT´UAN SOBRE UN CUERPO SITUADO EN UN PLANO INCLINADO

1 5

1 6

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Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica:

Practica N° 6

FUERZA ELASTICA. LEY DE HOOKE

1 7

1 8

1 9

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Semestre:I

Período:I Semestre

Nombre de la practica:

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Practica N° 7

LA PALANCA. 1a Parte ( Punto de apoyo en el centro de la palanca )

2 0

2 1

RESULTADOS

2 2

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Semestre:I

Período:I Semestre

Nombre de la practica:

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Practica N° 8

LA PALANCA. 2a Parte ( Punto de apoyo en el extremo de la palanca )

2 3

2 4

2 5

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica: LA POLEA FIJA

Practica N° 9

2 6

2 7

2 8

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica: LA POLEA MOVIL

Practica N° 10

2 9

3 0

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Código: Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre

Componente de Aprendizaje: FISICA Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la practica: CALOR ESPECIFICO

Practica N° 11

3 1

3 2

3 3

3.2. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE BIOFÍSICA

3 4

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Versión:

Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje:

Período: I Semestre

Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la práctica: DESIDAD DE LIQUIDOS

Practica N° 1

INTRODUCCION La densidad de una sustancia es la masa de una unidad de volumen de la misma. Así, en el sistema C.G.S, la densidad de una sustancia corresponde a la masa en 𝑔 gramos de 1 mililitro o 1 de la misma. Por ejemplo la densidad del agua es 1𝑐𝑚 3 debido a que 1𝑐𝑚3 de agua tiene una masa de 1 gramo. De acuerdo a la definición, conocidas la masa (m) de un sistema o sustancia y el volumen (v) ocupado por el (la)mismo (a), la densidad de tal sustancia se calcula a través de la siguiente formula: 𝑚 ρ= 𝑣 La densidad de solidos es una magnitud física de gran importancia y con diversas aplicaciones en el campo medico entre ellas la ¨Densitometría ósea". Este procedimiento consiste fundamentalmente en medir la densidad de la masa ósea de una persona. Este examen tiene gran aplicación en el diagnóstico de la osteoporosis, enfermedad que se presenta por efecto de la disminución en la fijación del calcio en los huesos y es más frecuente en mujeres mayores, debido a la baja en la producción de hormonas. En la práctica de hoy, los estudiantes, determinaran la densidad del hueso y de otros solidos aplicando el principio de Arquímedes.

Para llegar bien informados a la práctica los estudiantes deben consultar: Concepto de densidad, unidades de medida, densidad relativa, efectos de presión y la temperatura sobre la densidad y aplicación de la temática en el campo de la medicina. OBJETIVOS 1. Determinar la densidad de un sólido por el método de inmersión. 2. Identificar los factores que pueden incidir en la densidad de un sólido.

3 5

MATERIALES Balanza. Probeta.

Agua Beackers

Cuerpo Problema (3): Hueso, caucho y cobre

PROCEDIMIENTO El procedimiento para determinar la densidad está basado en medir la masa y el volumen de la sustancia: 1. Determine la masa del cuerpo m =___ g. 2. Determine el volumen del cuerpo por el método de inmersión, para ello realice los siguientes pasos: a) Tome una muestra de agua deposítela en la probeta, de tal manera que el cuerpo pueda sumergirsetotalmente. Llámelo volumen inicial 𝑉𝑖 = __ 𝑐𝑚3 b) Sumerja suavemente el cuerpo en la probeta. Que le ocurre al nivel del líquido en la probeta? Por qué?Llámelo volumen final 𝑉𝑓 = __𝑐𝑚3 c) El cuerpo al ser sumergido desaloja un volumen de líquido igual a su volumen, por tanto, su volumense puede determinar por la relación𝑉(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 ) = 𝑉𝑓 - 𝑉𝑖 3. Repita el procedimiento con las dos muestras problemas siguientes. 𝑚 4. Calcule la densidad absoluta de cada uno de los sólidos 𝑝(𝑠𝑜𝑙 ) = 𝑣 5. Calcule la densidad relativa de cada sólido. 6. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentaje de error) cometido para cada uno de los valores delas densidades experimentales halladas.

ANALISIS 1. ¿Es confiable este método para determinar la densidad de un sólido?, Por qué? 2. ¿Por qué en alguna tabla de densidad aparece escrito el valor de la presión y de la temperatura? 3. ¿Cómo afecta la presión y la temperatura a la densidad en un sólido? 4. Enuncie y explique mínimo tres causas que pueden afectar la determinación de la densidad de una sustanciapor el método empleado. Recuerde que la temperatura y la presión se han mantenido constantes en lapráctica, por tanto no pueden considerarse como causas. COMPLETE Y DESPRENDA LA PRESENTE TABLA MAGNITUDES Masa (g) Volumen Inicial, Vi (ml) Volumen Final, Vf (ml) Volumen del sólido, Vsol (ml) Densidad (g/ml) Densidad Relativa Densidad Tabulada (g/ml) Error absoluto (g/ml) Error Relativo%

Cuerpo 1

Cuerpo 2

Cuerpo 3

3 6

REFERENCIAS [1] FRUMENTO, Antonio. Elementos de Biofísica. Tercera Edición. Idoyma. Barcelona 1995. [2] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la vida y de la salud. Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989. [3] CROMER, Alan H.c Física para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte. [4] PARISI, Mario Temas de Biofísica Mc Graw Hill Interamericana, Santiago de Chile 2001.

3 7

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Versión:

Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje:

Período: I Semestre

Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la práctica: DESIDAD DE SOLIDOS

Practica N° 2

INTRODUCCION La densidad de una sustancia es una propiedad característica de la materia y se define como la masa de la unidadde volumen de la misma. Así, en el sistema C G S, la densidad de una sustancia corresponde a la masa en gramosde 1 mililitro o 1 cm3 𝑔 de la misma. Por ejemplo la densidad del agua es 1 𝑐𝑚 3 debido a que 1𝑐𝑚3 de agua tiene una masa de 1 gramo. De acuerdo a la definición, conocidas la masa (m) de un sistema o sustancia y el volumen (v) ocupado por el (la) mismo (a), la densidad de tal sustancia se calcula a través de la siguiente formula: 𝑚 ρ= 𝑣 La densidad de solidos es una magnitud física de gran importancia y con diversas aplicaciones en el campo medico entre ellas la ¨Densitometría ósea". Este procedimiento consiste fundamentalmente en medir la densidad de la masa ósea de una persona. Este examen tiene gran aplicación en el diagnóstico de la osteoporosis, enfermedad que se presenta por efecto de la disminución en la fijación del calcio en los huesos y es más frecuente en mujeres mayores, debido a la baja en la producción de hormonas. En la práctica de hoy, los estudiantes, determinaran la densidad del hueso y de otros solidos aplicando el principio de Arquímedes.

Para llegar bien informados a la práctica los estudiantes deben consultar: Concepto de densidad, unidades de medida, densidad relativa, efectos de presión y la temperatura sobre la densidad y aplicación de la temática en el campo de la medicina. 3 OBJETIVOS 1. Determinar la densidad de un sólido por el método de inmersión.

8

2. Identificar los factores que pueden incidir en la densidad de un sólido. MATERIALES Balanza. Probeta.

Agua Beackers

Cuerpo Problema (3): Hueso, caucho y cobre

PROCEDIMIENTO El procedimiento para determinar la densidad está basado en medir la masa y el volumen de la sustancia: 1. Determine la masa del cuerpo m =___ g. 2. Determine el volumen del cuerpo por el método de inmersión, para ello realice los siguientes pasos: a) Tome una muestra de agua deposítela en la probeta, de tal manera que el cuerpo pueda sumergirsetotalmente. Llámelo volumen inicial 𝑉𝑖 = __ 𝑐𝑚3 b) Sumerja suavemente el cuerpo en la probeta. Que le ocurre al nivel del líquido en la probeta? Por qué?Llámelo volumen final 𝑉𝑓 = __𝑐𝑚3 c) El cuerpo al ser sumergido desaloja un volumen de líquido igual a su volumen, por tanto, su volumense puede determinar por la relación𝑉(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 ) = 𝑉𝑓 - 𝑉𝑖 3. Repita el procedimiento con las dos muestras problemas siguientes. 𝑚 4. Calcule la densidad absoluta de cada uno de los sólidos 𝑝(𝑠𝑜𝑙 ) = 𝑣 5. Calcule la densidad relativa de cada sólido. 6. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentaje de error) cometido para cada uno de los valores delas densidades experimentales halladas. ANALISIS 1. ¿Es confiable este método para determinar la densidad de un sólido?, Por qué? 2. ¿Por qué en alguna tabla de densidad aparece escrito el valor de la presión y de la temperatura? 3. ¿Cómo afecta la presión y la temperatura a la densidad en un sólido? 4. Enuncie y explique mínimo tres causas que pueden afectar la determinación de la densidad de una sustanciapor el método empleado. Recuerde que la temperatura y la presión se han mantenido constantes en lapráctica, por tanto no pueden considerarse como causas. COMPLETE Y DESPRENDA LA PRESENTE TABLA MAGNITUDES Masa (g) Volumen Inicial, Vi (ml) Volumen Final, Vf (ml) Volumen del sólido, Vsol (ml) Densidad (g/ml) Densidad Relativa Densidad Tabulada (g/ml) Error absoluto (g/ml) Error Relativo%

Cuerpo 1

Cuerpo 2

Cuerpo 3

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REFERENCIAS [1] FRUMENTO, Antonio. Elementos de Biofísica. Tercera Edición. Idoyma. Barcelona 1995. [2] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la vida y de la salud. Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989. [3] CROMER, Alan H.c Física para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte. [4] PARISI, Mario Temas de Biofísica Mc Graw Hill Interamericana, Santiago de Chile 2001.

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Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje:

Período: I Semestre

Horas Practicas: 2

Semestre:I Nombre de la práctica:

Practica N° 3

DESIDAD DE S_OLIDOS GRANULADOS

INTRODUCCION La densidad de solidos disgregados: limaduras, arena etc., puede calcularse por el método del picnómetro.El picnómetro puede, quizá, ser más preciso para medir la densidad de un sólido siempre que éste se halle finalmentegranulado o disgregado. En el laboratorio de hoy se calculara la densidad de la arena determinando previamentela masa y el volumen ocupado por la misma, con ayuda del picnómetro. OBJETIVOS 1. Reforzar el concepto de fase sólida y propiedades de los sólidos. 2. Determinar la densidad de un sólido disgregado por medio del picnómetro. 3. Reconocer los factores que pueden afectar la medición de la densidad de un sólido disgregado por el método.

MATERIALES Balanza.

Picnómetro

Hoja de papel

Probeta.

Agua

Arena como un solido

disgregados

PROCEDIMIENTO Y CALCULOS 4 1

Para determinar la densidad de un sólido disgregado, se necesita conocer su masa y su volumen.

1. Mídase en la balanza la masa del picnómetro vacío, 𝑚𝑝𝑣 .

2. Se toma una hoja de papel y se mide su masa en la balanza,𝑚𝑝.

3. Se toma una cantidad de arena seca (cantidad que llenará el picnómetro hasta su mitad aproximadamente)y se mide su masa junto con la hoja de papel, 𝑚𝑝𝑎 . Si a esta masa 𝑚𝑝𝑎 . se le resta la masa de la hoja depapel 𝑚𝑝. , se obtiene la masa de arena marena, así: 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

= 𝑚𝑝𝑎 . - 𝑚𝑝

4. Se vierte la arena en el picnómetro y se completa su capacidad con agua. A continuación se determina conla balanza la masa de ese conjunto, 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑗 . 5. Si a esta masa𝑚𝑐𝑜𝑛𝑗 . se le resta 𝑚𝑝𝑣 . y 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). , es decir, la masa del picnómetrovacío

y de la arena,respectivamente, se obtiene la masa de agua

utilizada, 𝑚(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). así:

𝑚(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). = 𝑚(𝑐𝑜𝑛𝑗 ). = 𝑚𝑝𝑣 .

= 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

6. Teniendo en cuenta la densidad del agua, 𝑝(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). , a las condiciones del laboratorio, él volumen de agua usadapuede calcularse mediante

𝑉(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). =

𝑣 (𝑎𝑔𝑢 𝑎 ) 𝑝(𝑎𝑔𝑢𝑎 )

7. Teniendo en cuenta la capacidad del picnómetro volumen de arena utilizada así:

𝑉(𝑝𝑖𝑐 ).

puede calcularse el

𝑉(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). = 𝑉(𝑝𝑖𝑐 ). - 𝑉(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). 8. Con la masa y el volumen de la arena utilizada, es fácil hallar ahora la densidad de la arena:

𝑝(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). =

𝑚 (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ) 𝑣(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

4 2

ERRORES EN LA MEDICION REALIZADA 1. Enuncie las causas de errores que puedan afectar el resultado obtenido, por el método empleado. 2. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentual) cometido en la medici_on de la densidad de la arena,

3. teniendo en cuenta que la densidad real (te_orica o tabulada) de la arena usada es:𝑝(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). = 2.5

𝑔 𝑐𝑚 3

REFERENCIAS [1] FRUMENTO, Antonio. Elementos de Biofísica. Tercera Edición. Idoyma. Barcelona 1995. [2] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la vida y de la salud. Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989. [3] CROMER, Alan H.c Física para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte. [4] PARISI, Mario Temas de Biofísica Mc Graw Hill Interamericana, Santiago de Chile 2001.

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UNIVERSIDAD METROPOLITANA Guía de Laboratorio Programa:NUTRICION Y DIETETICA Código:

Versión:

Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje: Semestre:I

Período: I Semestre

Nombre de la práctica:

Horas Practicas: 2

Practica N° 4

DETERMINACION DE LA TENSION SUPERFICIAL DE UN LÍQUIDO

INTRODUCCION Una de las propiedades más importantes de un líquido es su tendencia a disminuir su superficie. La superficie secomporta de hecho como si fuera una piel elástica quetratase de disminuir constantemente su área. La cohesióninterna, la atracción entre las moléculas del fluido, es un atributo básico que distingue los líquidos de los gases.

Encondiciones de ingravidez, una gota de líquido adquiere una forma esférica, minimización de su área superficial.

Así mismo, en un lago plano y en calma la superficie del agua es plana y sin rizos, ya que es la condición queminimiza el área superficial. Los insectos acuáticos pueden así caminar por encima de la superficie del agua, yaque su peso esta compensado por la resistencia de la superficie a su deformación.

Las fuerzas de cohesión dan lugar, pues, a la tensión superficial, que corresponde a una fuerza por unidad delongitud, o a una energía por unidad deárea depositada en la superficie del fluido. ¿De dónde proviene estaenergía? para mostrarlo se utilizara un modelo molecular del fluido.

4 4

En un fluido se puede distinguir dos regiones (ver la figura): región interior y región Superior. Mientras que lamolécula de la región interior en promedio tiene el mismonúmero de moléculas que la atraen hacia la derechaque hacia la izquierda, hacia arriba o hacia abajo, y, porlo tanto, la resultante de todas las fuerzas es cero, unamolécula de la regiónsuperior tiene una fuerza resultantedirigida hacia el interior del unido. Esto hace quepara llevar una molécula a la superficie tenga que realizarseun trabajo, es decir, hay que aportar una energíaque, evaluada por unidad deárea, es lo que se conoce comotensión superficial.

Definición.La tensión superficial de un líquido es la fuerza por unidad de longitud que ejerce la superficie de un líquido sobre una línea cualquiera situada en ella. Esta fuerza pertenece a la superficie y es perpendicular a lalínea:

y =

𝐹 𝑙

Definición. La tensión superficial de un líquido es la fuerza por unidad de longitud que ejerce la superficie deun líquido sobre una línea cualquiera situada en ella. Esta fuerza pertenece a la superficie y es perpendicular a lalínea: ( 𝐷𝑖𝑛𝑎

sistema C.G.S, la unidades la Dina por Centímetro(

𝑐𝑚

𝑁 𝑚

), y en el antiguo

).

Método de gotas. Este procedimiento, no muy exacto, tiene, sin embargo, la ventaja de su simplicidad. En la figura se muestra el proceso de formación de una gota:

4 5

En el momento del desprendimiento de la gota (figura 3) del tubo cilíndrico la fuerza de la tensión superficialdebe ser igual al peso de la gota, entonces:

Donde R es el radio del tubo y de la gota, es el coeficiente de tensión superficial, m es la masa de la gota.

Determinar la masa de una gota es muy difícil, entonces se puede determinar la masa de muchas gotas, porejemplo, de N gotas, teniendo en cuenta que todas las gotas son idénticas, se deduce que M = m .N donde M esla masa de N gotas, entonces la masa de una gota es m =

𝑀 𝑁

La masa de N gotas se puede determinar midiendo el volumen que ocupan esas N gotas, si aplicamos el conceptode densidad, tenemos que M = p . V donde p es la densidad del agua y V es el volumen que ocupan N gotas,entonces la masa de una gota se determina como:

Reemplazando m en la formula (*) y despejando se obtiene la formula definitiva para el cálculo de la tensiónsuperficial del agua por el método de gotas:

4 6

La tensión superficial es una importante propiedad aplicable a los líquidos biológicos, por ejemplo uno de losfactores de los cuales depende la resistencia del pulmón al estiramiento es el carácter tenso activo de una sustancia “surfactante" secretada por el epitelio alveolar; así mismo la prueba de “Hay" permite establecer si hay o no Presencia de bilis (actúa como tenso activo) en una muestra de orina.

OBJETIVOS 1. Determinar experimentalmente la tensión superficial de un líquido dado y relacionar su resultado con los factores que la afectan.

2. Reforzar el concepto de tensión superficial previamente expuesto en clase teórica. MATERIALES 

Gotero Graduado



Agua



Jeringas (sin agujas)



Alcohol



Capilares



Regla graduada



Nonio



Beacker pequeño

PROCEDIMIENTO I.) M_ETODO CON GOTERO O JERINGA: 1. Medir con ayuda del nonio el diámetro del orificio de salida de la jeringa (o gotero). 2. Se llena el gotero de agua. 3. Se consigue la cadencia de un goteo lento e intermitente. Se cuentan las gotas caídas. 4. Se dejan de contar en el instante en que la probeta se llena hasta 2 ml. 5. Para disminuir el error aleatorio se repite por cada uno de los integrantes del grupo. 6. Llenar la siguiente tabla de datos:

Nombre del Experimentador

Volumen (ml) de lasN gotas

𝑉1 = 𝑉2 =

Numero De Gotas 4 7

Se puede determinar que para una gota de líquido, cuando alcanza la forma esférica justo al salir delgotero (o jeringa), la tensión superficial del líquido estará dada por la fórmula:

8. Aplicando la formula anterior, teniendo en cuenta la densidad del agua utilizada, calcule la tensiónsuperficial del agua. 9. Repetir procedimiento, pero ahora con alcohol. 10. Teniendo en cuenta los factores que pueden afectar las mediciones de las tensiones superficiales halladas en la práctica de hoy, ¿Cuáles son esos factores?, compare los resultados obtenidos con los valoresaceptados (tabulados).

Referencias [1] GONZALEZ, Ibeas J. Introducción a la física y Biofísica. Alambra. Ultima Edición. [2] CROMER, Alan H.c Física para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte. [3] Mc DONALDS, Burns Física para las Ciencias de la Vida y de la Salud. AddisonWesley Iberoamericana. [4] LOBELO, Tulia, DUVA, Jaime, RODRIGUEZ, Jesús Manual de Laboratorio de Química aplicada alas Ciencias de la Salud. [5] NASSAR, Víctor. Química Medica aplicada a la Bioquímica. Edición 2003.

4 8

UNIVERSIDAD METROPOLITANA Guía de Laboratorio Programa:NUTRICION Y DIETETICA Código:

Versión:

Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje: Semestre:I

Período: I Semestre

Nombre de la práctica:

Horas Practicas: 2

Practica N° 5

FUERZAS ELASTICAS EN EL CUERPO HUMANO. LEY DE HOOKE

INTRODUCCION Todo cuerpo real, bajo la acción de las fuerzas aplicadas sobre él, se deforma, es decir,varían sus dimensionesy forma. Como fuerzas de reacción aparecen fuerzas elásticas (o recuperadoras), que se oponen a las de accióndeformante. Su origen es el campo las fuerzas intermoleculares determinantes del equilibrio estructural del cuerpo.

La deformación recibe el nombre de elástica, si después de cesar la acción de fuerza el cuerpo vuelve a tomarlas dimensiones y la forma iniciales. Por su parte, los cuerpos inelásticos son los que tras la acción deformadorano recobran su forma y estructura iniciales (alambre de hierro dulce). Las deformaciones elásticas se observancuando la fuerza que condiciona la deformación no supera cierto límite (límite de elasticidad) determinado paracada cuerpo concreto.

Tomemos un resorte que en estado no deformado tiene una longitud 𝑙0 y fijemos uno de los extremos del resorte,mientras que el alargamiento del resorte lo vamos a examinar como la coordenada x del extremo opuesto, que secuenta desde la posición de ésta que corresponde al resorte no deformado. 4 9

La

figura

(a)

corresponde

al

resorte

no

deformado, mientras la figura (b) corresponde al resorte estirado. Comomuestra la experiencia, con pequeñas deformacionesel alargamiento del resorte

resultado

proporcional a la fuerza de tracción

ser

𝐹𝑒𝑙𝑎𝑠

(𝐹𝑒𝑙𝑎𝑠 = 𝐹𝑎𝑝𝑙𝑒 según la condición de equilibrio). De maneraCorrespondiente, la fuerza elástica es proporcionalal alargamiento del resorte:

El coeficiente de proporcionalidad k recibe el nombrede coeficiente de rigidez del resorte. La afirmaciónacerca de la proporcionalidad entre la fuerza elástica yla deformación se denomina Ley de Hooke.

La figura (c) corresponde al resorte

comprimido, porque al comprimir el resorte también surgen tensiones elásticas pero de otro signo. Analizando las figuras (b) y (c), se pude escribir que:

porque la proyección de la fuerza elástica en el eje x y la coordenada x siempre tienen signos opuestos. El signomenos nos indica que la fuerza siempre se opone a la deformación. El coeficiente k es referible exclusivamente alcuerpo con el que se experimenta, de modo que si se ensaya con el otro cuerpo, la constante adquiere un valordiferente. Así la elasticidad se refiere a la capacidad que tiene un objeto (solido) de regresar a su estado originaluna vez cesa la fuerza que lo ha deformado.

En el cuerpo humano el concepto de elasticidad es de suma importancia; en efecto, las arterias son más elásticasque las venas que son más distensibles pero menos elásticas y esta diferencia justica la función que cada vasocumple en el sistema cardiovascular, así las arterias junto con las arteriolas son vasos de resistencias diseñadospara soportar altas presiones y regresan a su estado normal una vez terminada dicha presión; las venas en cambio,son vasos de capacitancia diseñados 5

para almacenar sangre, pero sometidos a altas presiones ya no regresan a suestado 0

normal. Por otra parte la resistencia de los pulmones al estiramiento depende en parte de la elasticidad delos tejidos pulmonares, particularmente las libras elásticas.

OBJETIVO GENERAL Determinar de manera experimental la fuerza elástica (𝐹𝑒 ) que ejerce un resorte cuando sobre él, actúa una fuerzadeformadora (𝐹𝑔 ) y la constante (K) de elasticidad del resorte.

MATERIALES 

Base Soporte



Juegos de pesas



Muelle elicoidal (resorte)



Porta pesas



Pinzas



Regla

MONTAJE

ACTIVIDADES

5 1

ANALISIS DE DATOS 1. Construye en un plano xy la gráfica𝐹𝑔 𝑉𝑆 ΔL. 2. Es su grafica línea recta?. Si es línea recta calcule su pendiente. 3. Mediante un ajuste matemático determine la ecuación de la recta. 4. A que magnitud física corresponde la pendiente de la recta? 5. Según su gráfica, cual es la deformación del resorte si le aplicamos una fuerza de 5 N? 6. Use la ecuación de la recta encontrada en la pregunta 3 y calcule el peso y la masa del cuerpo usado en elnumeral 6 del procedimiento. Compruebe el valor de la masa usando la balanza. 7. La ley de HOOKE indica que la fuerza elástica es directamente proporcional a la deformación sufrida porel resorte. Se satisface la ley de HOOKE?

Referencias [1] FRUMENTO, Antonio. Elementos de Biofísica. Tercera Edición. Idoyma. Barcelona 1995.

[2] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la vida y de la salud. Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989. [3] CROMER, Alan H.cFísica para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverté5 2

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Versión:

Componente de Área de Formación: Componente de Aprendizaje: BIOFISICA Formación:Básico CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Institucional Código del Componente de Aprendizaje: Semestre:I

Período: I Semestre

Nombre de la práctica: CALORIMETRIA EN SOLIDOS Y

Horas Practicas: 2

Practica N° 6

LIQUIDOS

INTRODUCCION Cuando el calor (Q) está asociado a un cambio de temperatura infinitesimal dT , lo llamamos dQ. La cantidadde calor (Q) necesaria para elevar la temperatura de una masa (m) de un cierto material de T1 a T2 esaproximadamente proporcional al cambio de temperatura ΔT = T2 - T1 y a la masa (m) del material.

Si calentamos agua para hacer café, necesitamos el doble de calor para dos tazas que para una, si el intervalo detemperatura es el mismo. La cantidad de calor requeridatambién depende del material; Por ejemplo se requieren4190 J de calor para elevar la temperatura de 1 kg de agua en un 𝑜𝐶 pero solo 910 J para elevar en un grado latemperatura de 1 kg de aluminio, de lo anterior se desprende que: Q = c x m x ΔT Donde, Q = es el calor requerido para cambiar la temperatura de la masa (m) c = la capacidad calorífica del material. Este valor difiere para cada material. Nota: La capacidad calorífica del agua es aproximadamente 4190

𝐽 𝐾 𝑔°𝐶

o1

𝐶𝑎𝑙 𝑔°𝐶

:

La capacidad calorífica tiene que ver con las propiedades internas de los materiales, 5

ya que a ella contribuyen los electrones que forman parte de los átomos del material, 3 como también es el caso de los sólidos, las oscilacionesque presenta la estructura

cristalina. En el caso de los gases, la capacidad calorífica tiene que ver con la dinámicade las partículas que forman parte del gas.

El principio de equilibrio térmico dice que cuando dos sistemas ó sustancias, a diferentes temperaturas, se ponenen contacto dentro de un recipiente aislado, alcanzaran finalmente la misma temperatura como resultado de latransferencia de energía térmica de los cuerpos calientes a los frascos.

La calorimetría es la medida de la cantidad de calor y tiene por objeto medir las cantidades de calor desprendidaso absorbidas por los cuerpos en los intercambios de energía calórica; en consecuencia permite conocer el calorespecífico o los calores de transformación de una sustancia, o la temperatura final de una mezcla.

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que es necesario suministrar a una unidad de masade dicha sustancia para elevar su temperatura en un grado. Así por ejemplo el calor específico del platino es0; 032

𝐶𝑎𝑙 𝑔°𝐶

, significa que

un gramo de platino necesita de 0,032 calorías las para elevar en 1 oC su temperatura.

OBJETIVOS 1. Reforzar los conceptos de calor, temperatura y equilibrio térmico y su aplicación en los mecanismos de latermorregulación corporal. 2. Adquirir destreza en el manejo del calorímetro. 3. Determinar experimentalmente el calor especifico de un sólido (metal).

MATERIALES 



Solido (metal) problema: Cubo de 1 cm de cobre o aluminio.



Calorímetro de mezclas con sus accesorios: agitador, termómetro y tapa aislante. Agua



Trípode con malla de asbesto



Balanza



Mechero de Bunsen



Beaker de 100 cm3



Hilo para sujetar muestra 5 4

PROCEDIMIENTO Si deseamos determinar el calor especifico (C) de un sólido de masa (m), el curso de la experiencia incluye lossiguientes pasos o etapas: 1. Determínese la masa (Mp) del calorímetro (recipiente interior) que tiene su calor especifico (Cp). 2. Viértase en el calorímetro (recipiente interior) una cierta cantidad de agua de masa M, y determínese la masa del calorímetro con agua (Mq) 3. Mídase la temperatura del agua (y recipiente interior) t1. 4. Determínese la masa (m) del solido problema y sumérjase durante 10 minutos en agua en ebullición. 5. Mídase la temperatura (t2) del agua en ebullición, la misma del solido problema, y en forma rápida páseseel sólido al calorímetro con agua y temperatura t1, tápese. 6. Agítese constantemente el sistema hasta observar la temperatura de equilibrio t, que alcanza el sistema𝑡1 < t