1er parcial biofisica by dian caceres

Vista previa del material en texto

UNIDAD 1. INTRODUCCION A LA BIOMECANICA 
La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos. 
En cinemática hay 3 cosas que se usan todo el tiempo: 
a) El lugar: donde se está moviendo el objeto que es la posición, su simbología se 
representa con “x”. puede ser “xf” (posición final) y “xo” (posición inicial). La diferencia 
de estas 2 forman la variación de la posición “AX” 
Posición: xo y xf → AX= (xf – xo) 
 
b) la rapidez con la que se mueve el cuerpo es la velocidad. La velocidad es la variación de 
la posición con respecto al tiempo, a su vez, el tiempo se representa con “T”. Puede ser 
Tf o To. La diferencia es la variación del tiempo transcurrido. 
Tiempo: Tf y To → AT= (Tf – To) / velocidad: AX/AT 
 
Para analizar el movimiento de un cuerpo se debe adoptar un sistema de referencia teniendo 
un punto fijo llamado origen que nos permitirá indicar la posición del cuerpo en cada instante. 
 
 
 
 
 
Trayectoria: es el camino que recorre el cuerpo mientras se mueve. Existen 2 tipos de 
trayectorias: 
1) M.R.U (movimiento rectilíneo uniforme): trayectoria recta y va a velocidad cte., es decir, 
el móvil recorre espacios iguales en tiempos iguales. En mru la velocidad no cambia 
siempre es la misma por ende la aceleración es 0. 
Gráficos: 
 
Posición en función del tiempo 
 
 
 
 
Velocidad en función del tiempo 
 
 
 
Aceleración en función del tiempo: 
Izq: AX= negativo 
Derech: AX = positivo 
Si la velocidad del objeto 
aumenta o disminuye tiene 
aceleración 
Mosca volando en : 
X= 5 m 
Y= 3 m 
 
y 
x 
5 
3 
X ( km) 
T ( hs) 
X= xo + v .t 
V (pendiente) 
cte 
T (hs) 
V ( km/h) 
A=0 
a 
t 
Ecuaciones horarias de MRU: 
Xf= xo + v.AT → me da la posición en función del tiempo, usualmente to=o →xf=xo+v. Tf 
V= cte. 
A=o 
 
2) M.R.U.V (movimiento rectilíneo uniformemente variado): la velocidad cambia en cada 
segundo que pasa, es decir, hay aceleración. La aceleración es la rapidez con que está 
cambiando la velocidad. 
A= AV/AT → CAMBIO DE VELOCIDAD, CUANTO TARDO EN PRODUCIRSE 
 
Signo de aceleración: + y - →depende de si se está moviendo más 
rápido/despacio y si se está moviendo en el sentido del eje x o al revés 
 
Gráficos: 
Posición (parábola) 
 
 
 
 
 
Velocidad (recta): 
 
 
Aceleración 
 
 
 
Ecuaciones horarias MRUV: ecuación complementaria 
Xf= xo + vo.t+ ½.a.t¨´2 AV¨´2 = 2.a. (xf-xo) 
Vf=vo+a.t 
A=cte. 
Caída libre y tiro vertical 
Cuando uno deja caer un objeto cae con MRUV. Todo objeto que se suelte va a caer 
con una aceleración de 9,8 m/s2 denominada GRAVEDAD (siempre indica hacia el 
centro de la tierra) 
Cuando uno lanza un objeto hacia arriba el objeto sale con una determinada Vo y se 
va frenando debido a una aceleración negativa 
Ecuaciones horarias: y= yo +vo.t+1/2.g.t¨2, vf= vo.g.t¨2, a=g=cte 
x 
t 
xo 
v 
t 
vo 
a 
t 
A=cte 
Dinámica 
Hay 2 conceptos que se usan siempre en dinámica 
1) Fuerza: un objeto que estaba quieto al aplicarle una fuerza se empieza a 
mover o se deforma/rompe 
2) Masa: cuanta más masa tiene un cuerpo es más difícil empezar a moverlo o 
frenarlo 
 
 Leyes de newton: 
1era ley: principio de inercia 
Si un objeto se viene moviendo con mru va a seguir moviéndose con mru a menos que 
sobre el actúa alguna fuerza 
F=o a=o (v=cte.) 
2da ley: principio de masa 
Aplicación de una fuerza a un cuerpo adquiriendo una a 
 
 
Si hay fuerzas que actúan sobre un cuerpo EF=m.a 
3era ley: principio de acción y reacción 
A toda acción física le corresponde una reacción de igual intensidad y sentido opuesto 
N=P 
 
 
 
Peso de un cuerpo → p= m.g =N (fuerza peso) 
Equivalencia: 1kgf= 9,8 N 
Diagrama de un cuerpo libre 
Describe todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo 
1) Cuerpo apoyado sobre el piso: 
EF= m.a 
p-n=o → p=n 
 
2) Cuerpo que cuelga de una soga 
EF=m.a 
t-p=m.a →t-p=o → t=p 
 
3)un cuerpo cae por acción de su peso: 
m f a F= m.a 
 
N 
p 
 
 
 
EF= m.a → p=m.g 
4)Un cuerpo empujado por 2 fuerzas 
a) Mov.horizontal →N=P 
EF= m.a 
F1-F2=m.a 
B) EF = m.a 
F1+F2= m.a 
 
5) dos cuerpos unidos por una soga que son arrastrados por una fuerza f 
 
 
Hay que hacer 2 diagramas de cuerpo libre 
1) EF=m.a → T=m.a 
 
2) EF= m.a → F-T= m.a 
 
 
6) cuerpo que cae por un plano inclinado con aceleración 
Eje y: EF= m.a 
N-PY=o → N=PY 
Eje x: EF= m.a → PX=m.a 
 
Trabajo y energía 
Cada vez que se aplique una fuerza a un cuerpo y este se desplace,se habrá 
producido un trabajo. Cuanto más pesado sea el objeto más fuerza se debe aplicar por 
lo tanto más trabajo se realizará y con la distancia sucederá lo mismo 
W = F. D → FUERZA APLICADA TIENE MISMA DIRECCION QUE EL 
DESPLAZAMIENTO 
Cuando la fuerza esta inclinada con respecto al piso: W= F.D.COS < 
 
 
 
 
 
 
 
F1 F2 
 
F1 
F2 a 
1 2 
F 
 
 
 
F1 
F2 
F 
F 
W= JOULE O ERGIOS 
F= NEWTON O DINAS 
D= M O CM 
Equivalencia: 
1 J = 10¨7ergios 
Excepciones a tener en cuenta: 
1) Cuando el ángulo <=180° W=-F.d 
2) Cuando < = 90° W=0 
Potencia: 
P= W/T = joule/seg =watt o P=F.V = N .m/s2 =joule/seg=watt 
 
Energía: 
Potencial: EP= P. h = kgf. m= joule 
Cinética: EC= ½. m. v2 = ½ .kg. m/s = joule 
 
 
UNIDAD 2. BASES FISICAS DE LA CIRCULACION Y RESPIRACION 
 
Leyes generales de la hidrostática: 
Fluido: un fluido es cualquier sustancia que puede fluir 
• Gases: movimiento libre de moléculas con poca interacción entre si (se comprimen) 
• Líquidos: moléculas muy cerca con interacción fácil (no se comprimen) 
Toda sustancia tiene propiedades: 
• densidad: s = m/v unidades: g/cm3; kg/m3; kg/l 
• peso específico: Pe = p/v unidades: kgf/N / m3; cm3; l 
 
Presión: concepto y aplicaciones 
La presión es la fuerza aplicada por cada unidad de área 
Pr = F/ s 
 
 
 
A mayor superficie la presión disminuye y a menor superficie la presión aumenta 
Hay 2 tipos de presiones: 
1) Presión hidrostática: Pr hidros/manom = densidad (s). g .h 
 
•A mayor altura va a haber mayor presión 
•A menor altura va a haber menor presión 
•Todos los puntos ubicados a la misma altura tienen iguales 
Presiones 
 
2) Presión absoluta: La presión hidrostática o manométrica no es la presión 
absoluta ya que no tiene en cuenta la presión atmosférica 
Pr: pascal (Pa) o barias (ba) 
F : N/ kgf ; kgf ; dinas 
S: m2 ; cm2 ; cm2 
Equivalencias: 
1pa= 10 ba 
1 atm= 760 mmhg = 1013 hpa = 101300 pa = 1013000 
ba 
 h 
P ABS = P hidros/manom + Patm 
P ABS = densidad. g.h + Patm 
 
La aplicación de la presión se enfoca en el principio de pascal: prensa 
hidráulica 
 
 
 
 
 
 
 
 
Al ejercer una fuerza normal sobre una superficie chica se genera una presión que se 
trasmite a todo el recipiente alcanzando así una fuerza mayor en una superficie mayor. 
 
Hidrodinámica 
Caudal ©: cantidad de líquido que está pasando por segundo en un caño. Para 
calcular el caudal: C = vol. / t 
 
 
Se sabe que el volumen es a su vez la superficie por la distancia y la distancia sobre el 
tiempo es la velocidad. Entonces otra forma de calcular el caudal es: 
C = vol./ t = s.d / t = s . v 
Ecuación de continuidad : “ todo lo que entra tiene que salir” 
 Ce (entrada)= Cs (salida) 
 S1 . v1 = S2 . V2 
 
 
• a mayor superficie la velocidad disminuye 
• a menor superficie la velocidad aumenta 
Bifurcación: C1 = C2 + C3 
 S1. V1 = s2. V2 + s3 . v3 =s1.v1= s23.v 
 
 
teorema de Bernoulli: ecuación de la conservación de la energía. No se puede 
plantear si el líquido es real solo sirve para ideales. 
Sup 1 
Sup 2 
F1 
F2 
P1 P2 
P1 = P2 
 F1/ S1 = F2 / S2 
Vol: m3 ; cm3 ; dm3 ; l 
T : s ; s ; s ; s o h 
S2 S1 
Ce Cs 
v 
C1 
C2 
C3 
h2 
h1 
V2 y p2 V1 y p1 
Phidrost 1 = Phidrost 2 
P1+ densi.g.h + ½. densi. v2 = P2 + densi.g.h+ ½. densi. v2 
 
Casos especiales: 
• he (entrada) = hs (salida) energía potencial nula 
P1 + ½. densi. v1 ¨2 = p2 + ½. densi. v2¨2 
• Ve = Vs energía cinética nula 
P1+ densi.g.h1 = p2 +densi.g.h2 
A mayor velocidad va a haber menor presión y a menor velocidad va a haber mayor 
presión 
 
Líquidos reales: 
son los líquidos que tienen viscosidad. La viscosidad es la fricción interna de un 
líquido. Cada capa de líquido tiene rozamiento entre si y con las paredes. A medida 
que circula por él tuvo pierde energía y esto se debe a la caída de presión. Para que 
un fluido real pueda circular debe haber una APr entre la entrada y salida, es por eso 
que se puede utilizar la ecuación de continuidad. 
Para calcular c y AP: c = AP. π. r4 / 8. n. l: c= AP/R 
 
La resistencia hidrodinámica es: RH= 8. n.l/π. r4 y depende 
Del líquido, radio y largo. 
• a mayor temperatura la viscosidad del líquido disminuye y 
Ya no hay resistencia. 
 
 
 
Gases: ecuación de los gases ideales 
Un gas ideal es un gas teórico compuesto por partículas que se mueven libremente y 
no interactúan entre si. 
En condiciones normales de temperatura los gases reales actúan como gas ideal 
El estado de un gas depende de la presión, temperatura y volumen 
P.v = n.r.t 
 
 
P : N/m2 = pa 
Densi: kg/ m3 
h: m 
v2: m/s2 
C(caudal) : m3 / s 
AP (dif.presion): pa 
n (viscosidad): poise 
l (longitud) : m 
r4(radio): m 
equivalencia: 
1poise= 0,1 pa.seg 
 
 
P: atm r: 0,082 l.atm/ k.mol 
V : litros t: k 
N : mol 
Equivalencia: 
0,082 l.atm/k.mol = 8,31 j/k.mol 
= 2 cal/k.mol 
Presión parcial de un gas: 
 Ley de Dalton: Pt= EPp 
 Pp = Pt.X 
 X = moles del gas / moles totales 
 
 
 
La presión que ejerce cada gas depende de la cantidad de moles en la mezcla 
 
Presión vapor: 
En un recipiente abierto al aumentar la temperatura las moléculas se empiezan a 
mover mas rápido y escapan disminuyendo el volumen. En cambio, en un recipiente 
cerrado al aumentar la temperatura se mueven las moléculas más rápido, pero no solo 
escapan, sino que vuelven a la fase liquida hasta lograr un equilibrio. La presión vapor 
es de las moléculas de vapor que se encuentran en la interfase liquido-vapor y solo 
dependen de la temperatura. 
Si todos los recipientes tienen la misma temperatura no importa si están cerrados o 
abiertos, tendrán la misma presión vapor. 
 
 
 
 
Las moléculas que se escapan quedan en el aire en forma de vapor y en forma de 
HUMEDAD. 
 
Humedad absoluta: Habs = masa vapor / vol. aire 
Humedad relativa: Hr = masa vapor / masa vapor máxima. 100 
Ley de Henry: solubilidad de un gas en un líquido a temperatura cte. 
Gas = K. Pp 
 
 
 
 
UNIDAD 3. TERMODINAMICA 
 
EPp: sumatoria de 
presiones parciales 
Pp: presión parcial 
Pt: presión total 
X: fracción molar 
 
Gas 1 
Gas 3 
Gas 2 
FASE LIQUIDO-
VAPOR 
Gas : M (concentración) 
K: M o mmhg 
Pp: mmhg o atm 
Temperatura # calor 
• Temperatura: indica el estado térmico ¿cuán caliente se encuentra un objeto? 
Ejemplo: cuando aumenta la temperatura la energía cinética de las moléculas 
aumentan haciendo que se expandan de lo contrario se contraen. 
Por lo tanto, la temperatura es un indicador de la velocidad del movimiento de las 
moléculas. para establecer el estado térmico de un sistema se necesita una escala 
que le dé un valor numérico 
a) Celsius: 0°c hielo y H2o y 100°c ebullición 
b) Kelvin: +273 kelvin y -273 Celsius 
•calor: es una forma de energía 
2 sistemas a diferentes temperaturas intercambian energía térmica hasta lograr un 
equilibrio térmico 
La cantidad de calor es la cantidad de energía que se intercambió. Para calcular el 
calor intercambiado se utiliza LA ECUACION DE CALORIMETRIA 
 Q = Ce .m.AT 
 
 
 
Calor específico: es una cte. Es la cantidad de calor que se le debe entregar a un 
gramo para que eleve su temperatura a un grado Celsius 
• cuando un cuerpo se calienta: Q= + significa que el cuerpo recibió calor (absorbe) 
• cuando un cuerpo se enfría: Q= - el cuerpo entrego calor (cedió) 
 
Calor latente: cambio de estado 
Es la cantidad de calor que hay que entregar a un gramo de sustancia. La ecuación de 
calorimetría no sirve cuando durante el intercambio de calor se produce un cambio de 
estado. En un cambio de estado una vez finalizado la transformación la temperatura 
cambia, pero durante la transformación la temperatura se mantiene cte. 
El cambio de estado se produce por la ganancia o pérdida del calor intercambiado 
 
 
Q(calor intercambiado) :cal AT (diferencia de temp) : °C 
Ce (calor especifico) : cal / g °c M (masa) :g 
Para averiguar el calor intercambiado en un cambio de estado 
Q (+): Q= CL.m 
Q (-): Q = -CL.m 
 
 
 
 
 
 
Transmisión de calor: 
Existen 3 formas de transmisión de calor de un cuerpo a otro 
1) Conducción: se da en solidos 
Ejemplo: en el extremo caliente al aumentar la temp las moléculas del extremo 
caliente se desplazan hacia el extremo frio. A través de la barra se transmite un 
flujo de calor a lo largo del área/longitud por unidad de tiempo. 
Para calcular la cantidad de calor transmitida por conducción se utiliza LEY DE 
FOURRIER: 
 
Q/t = K.a.AT/AX 
 
2) Convección: solo se da en fluidos. Como consecuencia de su desplazamiento 
por el cambio de densidad por enfriamiento o calentamiento del mismo 
3) Radiación: el calor puede pasar de un cuerpo a otro sin necesidad de que haya 
materia entre ellos.se transmite en el vacío en ondas electromagnéticas. 
Sistemas termodinámicos 
Los sistemas termodinámicos están definidos por los estados que lo forman y los 
vínculos que lo restringen 
Las variables de un estado que caracterizan a los sistemas termodinámicos son la 
presión, volumen y temperatura. 
Los sistemas termodinámicos pueden cambiar su estado de equilibrio logrando una 
transformación termodinámica que es pasar de un equilibrio inicial a uno final mediante 
2 mecanismos: mecánico (trabajo) y térmico (calor) 
Los procesos de transformación en gases ideales: 
CL(calor latente) : cal/g 
Equivalencias: 
1kcal=1000 cal 
Calor especifico: h2o = 1 cal/g°c pb(plomo) =0,03 cal/g°c 
Calor latente: h2o: fusión : 80 cal/g solidifcacion: -80 cal/g 
 Vaporización: 540 cal/g condensación: -540 cal/g 
Q/t(flujo de calor):cal/s 
K(cte): cal/cm.s.°c A: cm2 
AT: °c AX: cm 
 para calcular la fuerza: P= F/A→ F=P.A 
 Para calcular el trabajo: W = F. d→ W= P.A. d → W= P. AV → W= P. AV 
•cuando un gas se expande el Vf >Vo w=+ 
• cuando un gas se contrae el Vf<Vo w= - 
 
El contenido de energía de un sistema termodinámico se denomina ENERGIA 
INTERNA. La energía interna de un gas depende de la temperatura del gas 
•a mayor temp, mayor energía interna (AU) 
•a menor temp, menor AU 
1er principio termodinámico: relaciona la cantidad de calor que se le debe entregar a 
un sistema y el trabajo que hace dicho sistema. 
La variación de energía interna es la diferencia del intercambio de calor y el trabajo 
AU= Q-W 
 
Tipos de transformaciones: 
a)Isotérmica: t: cte AU= Q-W → Q=W 
b) Adiabática: no hay intercambio de calor AU=Q-W → AU+W=0 
c) Isocórica: p=cte. y v=cte. AU=Q-W→ AU=Q 
Equivalente mecánico de calor: 
La temperatura puede aumentar ya sea por la entrega de calor o la realización de un 
trabajo mecánico. 
Al dejar caer las pesas aumenta la temperatura es por eso que se busca la cantidad 
de calor necesario para producir el mismo incremento de temperatura al dejar caer las 
pesas 
1) W= 2.P.h 2) Q= m. Ce.AT 
2) Q=m.Ce.AT 
W: latm 
P: atm 
AV: litros 
Q: cal /g°c y w: latm 
2: cantidad de pesas 
P: peso 
H: altura 
Equivalencia : 
W/Q=4,18 joule/1cal