Física Médica Guía Práctica 2015 II

FÍSICA MÉDICA

INDICE DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1 INTRODUCCION A LA FISICA MÉDICA

2 INTERPRETACION DE MEDICIONES

3 CALCULO DE ERRORES 4 INTERCAMBIO DE ENERGIA POTENCIAL ENTRE UN RESORTE Y UNA MASA 5 PRACTICA CALIFICADA.

6 DETERMINACION DE LA PRESION MANOMETRICA PULMONAR.

7 CALORIMETRIA

8 EXAMEN PARCIAL

9 DENSIDAD RELATIVA DE UN ORGANO Y SUERO DE LA SANGRE DE UN

ANIMAL 10 CENTRO DE GRAVEDAD 11 DETERMINACION DE LA FUERZA MUSCULAR EN UNA PERSONA 12 CORRIENTE ELECTRICA. 13 PRÁCTICA CALIFICADA 14 DEFECTOS DE LA VISION 15 EXPOSICION DE TRABAJOS DE INVESTIGACION 16 EXAMEN FINAL 17 ENTREGA DE PROMEDIOS

ELABORADO POR

INGENIERO JORGE MONTAÑO PISFIL

MODIFICADO POR:

Mg ANTONIO QUEZADA REYES

Universidad de San Martín de Porres Facultad de Medicina

Guía de Laboratorio 1 Física Biológica

INTRODUCCION A LA FISICA MÉDICA

1.- En el laboratorio los alumnos se distribuirán de acuerdo a su número de mesa.

2.- Presentación de los docentes encargados de las prácticas.

3.- Disertar sobre la importancia del curso de Física médica.

4.- Explicar la relación de Física médica con otros cursos de la carrera de medicina:

Bioquímica, Farmacología, Semiología,

Salud Pública, Estadística y Toxicología



PRÁCTICA No 2

INTERPRETACIÓN DE MEDICIONES

I. OBJETIVOS

Identificar y aprender a manejar algunos instrumentos empleados en las mediciones de cantidades físicas. Expresar correctamente el resultado de una medición directa

II. INFORMACIÓN TEÓRICA

MEDICIÓN

Es aquel proceso por medio del cual se le asigna un valor numérico a una propiedad física de algún objeto o fenómeno con el propósito de establecer una comparación, en la cual intervienen tres sistemas: el sistema OBJETO o FENÓMENO que se desea medir, el sistema de medición o INSTRUMENTO, el sistema de comparación que se define como UNIDAD. Ejemplo: En el proceso denominado “Medición de LONGITUD interviene” - El objeto cuya longitud se desea medir.

- El instrumento, que puede ser una regla graduada.

- La unidad de medida, la cual está incluida en la regla graduada (cm, mm, etc)

Toda medida debe de ir seguida por la unidad, obligatoriamente del Sistema Internacional de unidades de medida.

Cuando medimos algo debemos tener gran cuidado para no producir una perturbación en el sistema que está bajo observación. Por ejemplo, cuando medimos la temperatura de un cuerpo, lo ponemos en contacto con un termómetro. Pero cuando los ponemos juntos, algo de energía o "calor" se intercambia entre el cuerpo y el termómetro, dando como resultado un pequeño cambio en la temperatura del cuerpo que deseamos medir. Así, el instrumento de medida afecta de algún modo a la cantidad que deseábamos medir.

Además, todas las medidas están afectadas en algún grado por un error experimental debido a las imperfecciones inevitables del instrumento de medida, o las limitaciones impuestas por nuestros sentidos que deben de registrar la información.

Todo resultado experimental o medida hecha en el laboratorio debe de ir acompañada del valor estimado del error de la medida y a continuación, las unidades empleadas.

Por ejemplo, al medir una distancia hemos obtenido: 297 ± 2 mm.

De este modo entendemos que la medida de dicha magnitud está en alguna parte entre 295 mm y 299 mm. En realidad, la expresión anterior no significa que se está seguro de que el valor verdadero esté entre los límites indicados, sino que hay cierta probabilidad de que esté ahí.



Medición directa

Es el resultado de la comparación directa, que se establece entre una cantidad física conocida con un patrón o con las unidades de una escala patrón. Además toma en cuenta el número de veces que la unidad está contenida en la cantidad. Se realiza con la ayuda de instrumentos y utilizando cantidades físicas fundamentales (longitud, masa, tiempo). Ejemplo: - La medición de la talla de una persona utilizando una cinta métrica graduada hasta en mm. - Medir el volumen de un líquido en una probeta, pipeta y/o bureta. - Determinar la masa de un objeto en una balanza. -

Medición indirecta

Es el resultado del cálculo de un valor como una función de una o más mediciones directas. Se expresa la medición utilizando fórmulas matemáticas y cantidades físicas derivadas.

Ejemplo:

- La medida de la cantidad de glucosa presente en la sangre.

- La medida de la cantidad de triglicéridos.

- La medida de la cantidad de urea presente en el organismo humano.

o

MEDIDAS DE TENDENCIA CENTRAL MEDIA ARITMETICA: Se obtiene de la sumatoria de los datos y este resultado se divide entre el número de datos Ejemplo: Datos:25,26,24,25,25,26,28 Media aritmética = 25+26+24+25+25+26+28 = 25,57 7 MEDIANA: Es el dato medio del número de datos. 24,25,25 25 26,26,28 La mediana es 25 MODA Es el dato que más se repite: Moda es 25



2

DESVIACIÓN MEDIA ( ∆X )

La desviación media de un conjunto de lecturas de determinada cantidad física “X” se define por:

n

∑ X i − X ∆X = i=1

n . . . (7)

Ejemplo: Para los valores de masa 25 g; 26 g; 24 g; 25 g, 25g 26g, 28g se tiene:

m = 25,57 g. Luego:

(25-25.57)+(26-25.57)+ (24-25.57)+(25-25.57)+ (25-25.57)+(26-25.57)+ (28-25.57) = 0.0357

7

DESVIACIÓN ESTÁNDAR DEL PROMEDIO ( ∆x ) Para fines prácticos, si se trabaja con una muestra de mediciones, la

desviación estándar se calcula con la siguiente expresión:

∆x =

Desviación estándar = 0.126/42

Desviación estándar = 0.0003

∑(X i − X) . . . (7)

n(n − 1)



III. PARTE EXPERIMENTAL

Materiales: a) Regla graduada en

mm.

b) Pie de rey.

c) Balanza de brazos.

d) Cronómetro.

e) Probeta graduada en ml.

f) Muestras diversas para su medición

Procedimiento:

OBTENCIÓN DE MEDIDAS DIRECTAS

Elegir y describir cada uno de los instrumentos de medición anotando en la tabla 1 su aproximación de medida y la incertidumbre absoluta asociada respectivamente. Sensibilidad: Es la unidad de medida de menor valor que se puede obtener.

TABLA No 1

INSTRUMENTO DE MEDIDA

APROXIMACIÓN DE MEDIDA

SENSIBILIDAD

1. Regla

2. Pie de Rey

3. Balanza de Brazos

4. Cronómetros

5. Probeta

Realizar mediciones directas por una sola vez de las dimensiones requeridas de las muestras o situaciones propuestas y expresar correctamente el valor probable bajo el esquema de la tabla 2.

TABLA N° 2

DIMENSION VALOR PROBABLE (X) X (TUBO) X´(PROBETA) X´´(PIPETA)

LONGITUD L = ± L = ± L = ±

MASA m = ± m = ± m = ±

PESO t = ± t = ± t = ±

VOLUMEN V = ± V = ± V = ±



Ahora con el pie de rey, mida el largo y diámetro del dedo medio de uno de los integrantes de su grupo, 6 veces (cada integrante mide una vez) y registre en las tablas (3) Aplicar el criterio de MEDIA ARITMETICA,MEDIANA ,MODA

TABLA N° 3

lector lectura M.aritmetica Mediana Moda 1 2 3 4 5

TABLA N° 4

Con el cronómetro, mida el tiempo que demora 10 pulsaciones en la vena de la muñeca de uno de los integrantes del grupo, repita el proceso 6 veces más y registre en la tabla

lector lectura M.aritmetica Mediana Moda 1 2 3 4 5

TABLA Nº 5

Con BALANZA, realizar 05 pesadas de un objeto y aplicar en la tabla 05

Lectura M.aritmetica Mediana Moda Desviación

media Desviación estandar

1 2 3 4 5



PRÁCTICA No

3

CÁLCULO DE ERRORES

IV. OBJETIVOS

Identificar y aprender a manejar algunos instrumentos empleados en las mediciones

de cantidades físicas.

Expresar correctamente el resultado de una medición directa

Aplicar

correctamente la teoría de errores en su propagación para obtener una

medición indirecta.

ERROR DE MEDIDA

Es la diferencia entre el valor medido de una magnitud física (X) y el valor ―exacto‖

(XV).

E = X – XV . . . (1)

Los errores pueden surgir por diferentes razones. Por ello, es necesario clasificarlos

en errores sistemáticos y errores aleatorios o accidentales.

Errores sistemáticos

Se denominan sistemáticos porque dan efectos consistentes, ya que su presencia,

permite la obtención de valores que son más altos o más bajos en relación al valor

verdadero.

Los errores sistemáticos se pueden originar por:

- Defectos o falta de calibración de los instrumentos de medición.

- Malos hábitos y forma peculiar de realizar las observaciones por parte del

experimentador.

- Las condiciones en las cuales se realizan los experimentos. Dependen de factores

como: temperatura, presión y humedad relativa.

- La limitada precisión de las constantes universales de las ecuaciones que se usan

en el diseño y calibración de los instrumentos.

Los errores sistemáticos se pueden evitar o corregir, sustituyendo el equipo

defectuoso, controlando condiciones del experimentador, cambiando el método de

medida,



Errores aleatorios o accidentales

Se debe a la suma de gran número de perturbaciones individuales y fluctuantes que

se combinan para dar lugar a que la precisión de una misma medición de cada

ocasión da un valor algo distinto.

En general, los errores aleatorios no se puede eliminar, pero si estimar su valor estadístico.

- INCERTIDUMBRE EXPERIMENTAL

Es el valor posible que puede tener el error experimental en la medición.

Ejemplo: La medición de la aceleración debido a l fenómeno de la gravedad

expresada como:

g = (9,81.34 ± 0,01) cm/s2

Indica que el valor probable de ―g‖ es 981.34 cm/s2, pero debido a la presencia de

errores el valor verdadero de ―g‖ en el lugar de medición está comprendida dentro

del intervalo 981.33 cm/s2

a 981.35 cm/s2.

- INCERTIDUMBRE ABSOLUTA (∆X)

Presenta los límites de confianza dentro de las cuales se está seguro (alrededor

del 99%) de que le valor verdadero se encuentra en dicho intervalo.

Su valor es ½ de la sensibilidad de los instrumentos.

- INCERTIDUMBRE RELATIVA (Ir)

Se define como el cociente de la incertidumbre absoluta y el valor medido.

Matemáticamente se expresa por:

I = ∆X

r X

. . . (2)

- INCERTIDUMBRE PORCENTUAL (%)

Se define como la incertidumbre relativa por 100 %, es decir:

I (%) = Ir. (100 %) . . . (3)

Se usa para especificar la exactitud de una medida.

A continuación se establece los criterios mediante las cuales se asocia la

incertidumbre al resultado de una medición.

INCERTIDUMBRE EN MEDICIONES DIRECTAS

a) Cuando se realiza sólo una medición directa de una cantidad física, a la lectura

que se obtiene se le asocia generalmente una incertidumbre absoluta, igual a la

mitad de la división más pequeña (aproximación) de la escala del instrumento;

cuya expresión es:

∆X = ± 1

2 ∆X = incertidumbre absoluta

(Aproximación) . . . (4)



2

Ejemplo: Si al medir la longitud de un cuerpo con una regla graduada en

milímetros se obtiene 120 mm, cuya incertidumbre asociada a la regla es ∆X = 0,5 mm, entonces el resultado se debe indicar así:

L = Lo ± ∆X

. . . (5)

L = (120 ± 0,5)mm

Esto significa, que el intervalo de incertidumbre va de 119,5 mm a 120,5 mm.

El resultado de la medición de longitud anterior, también se puede expresar

asociando la incertidumbre relativa y porcentual, de la siguiente forma:

L = Lo ± I r

L = 120mm ± 0,0042

L = 120mm ± 0,42%

b) Cuando se realizan varias mediciones de la misma cantidad física estas en general

resultan diferentes debido a los errores aleatorios. En este caso surgen dos

interrogantes. ¿Cuál es el valor que se debe reportar?, ¿Qué incertidumbre es la

que se debe asociar al resultado?

i. Según las consideraciones de la campana de Gauss, el valor más probable que se

debe reportar es la MEDIA ARITMÉTICA o promedio de las medidas, cuyo

cálculo se efectúa por la expresión:

DESVIACIÓN MEDIA ( ∆X )

La desviación media de un conjunto de lecturas de determinada cantidad física

―X‖ se define por: n

∑ X i − X

∆X = i=1

n . . . (7)

DESVIACIÓN ESTÁNDAR DEL PROMEDIO ( ∆x )

Para fines prácticos, si se trabaja con una muestra de mediciones, la desviación

estándar se calcula con la siguiente expresión:

∆x =

∑(X i − X) . . . (8)

n(n − 1)



INCERTIDUMBRE EN MEDICIONES INDIRECTAS

Dado que la mayoría de las mediciones que se realizan en la ciencia y en la

ingeniería son indirectas, es importante determinar como se propaga la incertidumbre en

este tipo de mediciones. A continuación se establece la incertidumbre asociada en

resultados que se obtengan por una suma, resta, producto, cocientes y potencia.

SUMA Y RESTA

Si una magnitud Z se obtiene por la ADICIÓN o RESTA de dos variables como:

Z = x + w ó Y = X – W

Donde:

X = X o ± ∆X ;

W = Wo ± ∆W

Entonces, la magnitud de la medición indirecta ―Z‖ o ―Y‖, asociado con la incertidumbre

absoluta ―Z‖ será:

Z = (X o + Wo ) ± (∆X + ∆W) . . . (9)

Y = (X o − Wo ) ± (∆X + ∆W) . . . (10)

MULTIPLICACIÓN

Sea Z una magnitud que se obtiene del producto de dos variables:

Donde: Z = XW

X = X o ± ∆X

W = Wo ± ∆W

Entonces, la medición indirecta ―Z‖, asociado con la incertidumbre absoluta será:

Z = Zo ± ∆Z = X o Wo ± (X o

∆W + Wo ∆X). . . (11)



W

X = X o ± ∆X

W = Wo ± ∆W

DIVISION Sea ―Z‖ una magnitud que se obtiene del cociente de dos variables:

Z = X

W

Entonces, el valor de la medición indirecta ―Z‖, asociado con la incertidumbre absoluta,

está dado por:

Z = Zo ± ∆Z = X o

Wo ±

(Wo + ∆X + X o ∆W) 2 o

. . . (12)

POTENCIA

Sea ―Z‖ una magnitud que se obtiene de la potencia:

Donde: Z = Xn

X = X o ± ∆X

n = 1, 2, 3, . . .

Entonces la medición asociada con la incertidumbre absoluta, se calculará de:

Z = X

n ± ∆X = X n + (nX

n −1∆X) . . . (13) o o

Las mediciones indirectas obtenidas por cualesquiera de los casos anteriores, puede

expresarse también asociando las incertidumbres RELATIVA Y PORCENTUAL en

base a las ecuaciones (2) y (3).

INSTRUMENTACIÓN

Los instrumentos científicos y técnicos son dispositivos útiles para obtener, medir,

controlar, calcular y comunicar, perfeccionando y prolongando el enlace de las facultades

y capacidades humanas.

1. Clases de instrumentos

Instrumentos ciegos.- son aquellos que NO tienen indicación visible de la variable.

Generalmente son de manipulación como interruptores, termostatos, presostatos, válvulas,

transmisores etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los

cambios graduales de la señal



Instrumentos indicadores.- Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos

al operario. Pueden ser analógicos (ejm: manómetro) o digitales (ejm: calculadora,

cronómetro digital).



Instrumentos registradores.- Registran la variable medida y controlada con trazos

continuos o puntos. Ejm: electrocardiograma

Elementos finales de control.- Es el instrumento que recibe las señales del sistema

tomadas por el controlador y las ejecuta directamente sobre la variable controlada.

Elemento primario de medida.- Es el que esta en contacto directo con la variable y

dispuesto a transmitir cualquier transformación de energía en el medio medido.

2. Calibrado de instrumentos

Es un proceso importante porque permite verificar dicho instrumento con respecto a un

estándar conocido. Mediante la calibración se establece la exactitud de los instrumentos,

por lo que antes de aceptar la lectura de un instrumento se debe verificar la calibración

para estar seguro de la validez de las mediciones.

3. Definiciones importantes en instrumentación

Precisión de instrumentos de medida.- Es el grado hasta el cual se puede detectar

diferencias entre medidas de una misma magnitud.

Alta precisión significa gran proximidad entre los resultados obtenidos en la medición y

baja precisión significa una amplia dispersión de los mismos.

Ejm: Una regla que da lectura de 5,0 mm; 5,2 mm y 4,9 mm, es menos preciso que una

calibrador que da lecturas de 50,1 mm; 50,2 mm y 50,3 mm.

Exactitud de instrumentos o medidas.- Es el grado hasta el cual da el verdadero valor o

señala la proximidad del valor real.

Ejm: Una regla de acero es mas exacta que una cinta métrica a pesar de que tiene igual

precisión (con aproximación a 1mm.)



Sensibilidad.-Es la relación del movimiento lineal del indicador en el instrumento con el

cambio en la variable medida que origina dicho movimiento.

Ejm.: la sensibilidad de un voltímetro es de 0.1 cm/volt si tiene una escala de 10 cm de

longitud, para un máximo de 100volt.

Legibilidad.- Facilidad con que se puede leer la escala de un instrumento.

Ejm: Un instrumento que tenga una escala de 10cm de longitud tendrá mayor legibilidad

que otro de 5cm en el mismo rango.

Fiabilidad.- Es la medida de la probabilidad de que un instrumento se siga comportando

dentro de límites específicos de error en condiciones específicas y a lo largo de un tiempo

determinado.

Campo de medida.- Es el espectro o conjunto de valores de la variable que se mide dentro

de los límites superior o inferior de la capacidad del instrumento.

Ejm: El campo de medida de un termómetro clínico e de 35 a 41°C.

Alcance.- Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de

medida del instrumento.

Ejm: el valor del alcance de un termómetro clínico es de 6°C.

V. PARTE EXPERIMENTAL

Materiales: a) Regla graduada en mm.

b) Pie de rey.

c) Balanza de brazos.

d) Cronómetro.

e) Probeta graduada en ml.

f) Muestras diversas para su medición

Procedimiento:

OBTENCIÓN DE MEDIDAS DIRECTAS

Elegir y describir cada uno de los instrumentos de medición anotando en la tabla 1 su

aproximación de medida y la incertidumbre absoluta asociada respectivamente.

TABLA No

1

INSTRUMENTO DE MEDIDA

APROXIMACIÓN DE MEDIDA

INCERTIDUMBRE ABSOLUTA ASOC.(∆X)

1. Regla

2. Pie de Rey

3. Balanza de Brazos

4. Cronómetros

5. Probeta

Realizar mediciones directas por una sola vez de las dimensiones requeridas de las

muestras o situaciones propuestas y expresar correctamente el valor probable bajo el

esquema de la tabla 2.



TABLA N° 2

DIMENSION VALOR PROBABLE (X)

X = Xo ± ∆X X = Xo ± Ir X = Xo ± Ir (%)

LONGITUD L = ± L = ± L = ±

MASA m = ± m = ± m = ±

TIEMPO t = ± t = ± t = ±

VOLUMEN V = ± V = ± V = ±

Utilizar el pie de rey, para realizar mediciones del diámetro exterior e interior de un tubo

de prueba y expresar el valor probable asociando la incertidumbre absoluta en milímetros.

DE = ± ; Di = ±

Ahora con el pie de rey, mida el largo y diámetro del dedo medio de uno de los

integrantes de su grupo, 5 veces (cada integrante mide una vez) y registre en las tablas (3)

y (4). Aplicar el criterio de desviación media.

TABLA N° 3

N°

LARGO

(mm)

| Li - L |

(mm)

1

2

3

4

5

L =

Σ|Li – L |/5 =

L = ±

TABLA N° 4

N°

DIÁMETRO

(mm)

| Di – D |

(mm)

1

2

3

4

5

D =

Σ | Di – D |/5 =

D = ±

Con el cronómetro, mida el tiempo que demora 10 pulsaciones en la vena de la muñeca de

uno de los integrantes del grupo, repita el proceso 4 veces más y registre en la tabla 5.



Luego expresa el resultado asociando la incertidumbre absoluta (usar criterio de

desviación estandar del promedio).

TABLA N° 5

N° TIEMPO (s)

(ti – t )

(ti – t )²

1

2

3

4

5

t = ∑=(ti − t)

=

2

5(5 −1)

Entonces

t = ±



MUESTRA

Media

aritmetica

Incertidumbre relativa

Incertidumbre Relativa porcentual

Incertidumbre Absoluta

∆V +

OBTENCION DE MEDIDAS INDIRECTAS

Utilizando el potenciómetro, se determinó:

123mg/dl128mg/dl,128mg/dl,126mg/dl,125mg/dl de glucosa en sangre asociando la

incertidumbre correspondiente. Exprese los resultados en la tabla 6.

TABLA N° 6

VI. SITUACIONES PROBLEMÁTICAS

1. ¿Cuáles de las siguientes mediciones pueden ser clasificadas como directos y porqué?

c) Medición de un volumen de líquido mediante una pipeta.

…………………………………………………………………………………………...

d) Medición de la presión atmosférica mediante el uso de un barómetro de columna

de mercurio.

…………………………………………………………………………………………...

e) Medición del área de un aula de clases.

…………………………………………………………………………………………...

f) Medición de la acidez relativa con papel tornasol.

…………………………………………………………………………………………...

2. Si hubiese utilizado otra regla con diferente graduación, por ejemplo: graduado

sólo en cm, o medios milímetros, habría encontrado el mismo valor?

…………………………………………………………………………………………...

3. Si un cronómetro tiene una aproximación en décimas de segundo. ¿cuál sería la

expresión del valor probable, si el tiempo medido fuera 40,15 segundos?

…………………………………………………………………………………………...

4. Si una balanza de brazos, tiene aproximación en un quinto de gramo. ¿Cuál sería el

valor probable de masa asociada a la incertidumbre porcentual, cuando la masa

medida es de 500g?

…………………………………………………………………………………………...



5. ¿Cuál será el valor probable de la longitud y el diámetro del dedo medido, al cuál se

asocia la incertidumbre absoluta según el criterio de desviación estándar del

promedio? Compare con el resultado de las tablas 3 y 4.

…………………………………………………………………………………………...

6. ¿Cuál será el valor del tiempo obtenido según la tabla 5, cuando se asocia la

incertidumbre según el criterio de desviación media?

…………………………………………………………………………………………...

7. ¿Cuáles posibles factores han influenciado sobre sus mediciones?

…………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………...

VII. OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

VIII. BIBLIOGRAFÍA Y/O DIRECCIONES DE INTERNET CONSULTADAS

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........

…………………………………………………………………………………………........



PRÁCTICA No

4

INTERCAMBIO DE ENERGÍA POTENCIAL ENTRE UN

RESORTE Y UNA MASA

I. OBJETIVOS

Cuantificar el cambio de energía potencial gravitatoria de un cuerpo y la

energía potencial elástica en un resorte estirado.

Observar el intercambio entre ambas energías y verificar la conservación de la

energía total del sistema.


Energía mecánica (EM) .- Es la capacidad para realizar un trabajo mecánico. Las unidades de

la energía son las mismas que las del trabajo mecánico (joule, ergio, etc.). La energía mecánica se

puede presentar como:

a) Energía cinética (Ec): es la que adquiere un cuerpo cuando está en movimiento.

EC = (1/2)mv2

b) Energía potencial gravitatoria (EPG): es la que se genera cuando un cuerpo se encuentra a

cierta altura.

EPG = mgh

c) Energía potencial elástica (EPE): es la que adquiere un cuerpo elástico (ejm: un resorte)

cuando lo deformamos.

EPE =(1/2)k(xf-xi)2

Matemáticamente, la Energía mecánica es la suma de las tres. Es decir:

EM = EC + EPG + EPE

Teorema del trabajo y la energía cinética: ―el trabajo de todas las fuerzas actuantes es igual a la

variación de la energía cinética‖. Es decir:

Wtotal = EC(final) – EC(inicial)

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

A) Si estiramos un resorte, este guardará una energía potencial elástica.

B) Si elevamos una masa a una cierta altura, almacenará una energía potencial gravitatoria.

C) El cambio de energía potencial de un resorte, cuando se estira una distancia.

X = X2 – X1



No Fuerza

(N)

(m)

1

2

3

Se calcula determinando el trabajo realizado para estirar el resorte entre ambas posiciones:

W = Wx2 – Wx1 = ½ K ( X

2 − X 2 )

2 1

D) El cambio de energía potencial gravitatoria cuando una masa cambia de posición se determina

por:

Ux2 – Ux1 = mg ( x2 – x1 )

En las condiciones de nuestro experimento, el cambio de energía potencial gravitatoria U,

estará dado por:

mg (x2 – x1 )

Donde: m = masa; g = aceleración debido a la fuerza gravitatoria.

E) Es posible comparar la energía potencial gravitatoria ―perdida‖ por la masa al pasar de la

posición x1 a la posición x2, con la energía potencial ―ganada‖ por el resorte al estirarse entre

ambas posiciones. Teniendo en cuenta que el cambio total de la energía es cero, se tiene:

O sea:

6 U + 6 W = 0

mg (x2 – x1 ) + ½ K ( X

2 − X 2 ) = 0

Donde: 2 1

mg = Peso del cuerpo

K = Constante elástica del resorte

X2 ; X1 = Posiciones relativas de la masa y de estiramiento del resorte.


MATERIALES

- Resorte. - Soporte.

- Regla.

- Juego de pesas de 50gr cada una.

- Dinamómetro. - Ganchos y ligas.

- Papel milimetrado.

PROCEDIMIENTO

1. Determine la constante K del resorte, para lo cual coloque en el extremo inferior del

resorte sucesivamente pesas, desde 150gr. Hasta 250gr. Midiendo para cada pesa las

longitudes respectivas. Coloque sus datos en la tabla de valores adjunta.

K = …………………N/m



Nº Posición más baja (m)

1

2

3

X 2 =

1

Construir la gráfica de la Fuerza (F) en función del estiramiento (x), luego hallar el valor de

la constante K:

F (N)

X(m)

2. Cuelgue la masa de 200g en el extremo del resorte y sujétela de tal manera que el

estiramiento del resorte sea sólo de 1 cm (indíquelo con una liga); luego, suelte la pesa y

observe la posición más baja que alcanza el resorte desde su posición de equilibrio sin

carga. Repita varias veces esto hasta estar seguro de la posición.

X1 = ………….. m

Nº Posición más baja (m)

1

2

3

X 2 =

3. Repita el paso anterior soltando la masa desde 1,5 cm por debajo de la posición de

equilibrio del resorte sin carga.

X´ = …………. m

X1

X2



IV. SITUACIONES PROBLEMÁTICAS 1. ¿Qué resultados se debieran obtener para decir que la energía se conserva? (HACER

LOS CÀLCULOS)

X2 = ……………………. 2. Si una masa de 3 Kg suspendida de un resorte de 3 N/cm, se suelta desde 8 cm por debajo

de su posición de equilibrio. ¿Cuál sería la posición más baja a la que llegaría? (HACER

CÁLCULOS)

Considere g = 10 m/s2 y que se cumple que 6 U + 6 W = 0.

3. Se tienen dos resortes (1) Y (2), de constantes de rigidez K1 y K2 (K2 > K1),

respectivamente. ¿Cuál de estos resortes puede almacenar mayor energía potencial

elástica cuando ambos experimentan la misma deformación

…………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………….



V. OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

VI. BIBLIOGRAFÍA Y /O DIRECCIONES DE INTERNET CONSULTADAS ………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...

………………………………………………………………………………………………………………...



PRÁCTICA N° 06

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN

MANOMÉTRICA PULMONAR I. OBJETIVOS

Determinar la presión manométrica pulmonar de una persona considerando edad y sexo.

Explicar la capacidad respiratoria o vital de una persona considerando edad, sexo y

actividad.

Explicar el proceso de respiración del hombre en función de la diferencia de

presiones absoluta y atmosférica.


MANÓMETRO DE TUBO ABIERTO

El manómetro de tubo abierto consta de un tubo de vidrio doblado en forma de U, con una de

las ramas (la izquierda en la figura) muy larga y abierta al exterior, mientras que la otra, mas

corta, se ensancha formando un receptáculo y luego se dobla en ángulo recto, quedando

también abierta al exterior.

El tubo se apoya en una tabla de madera en la que hay marcada una escala graduada en

centímetros. Antes de medir es necesario introducir suficiente cantidad de mercurio en el

manómetro, que quedará almacenado en su mayoría en el receptáculo.

El manómetro de tubo abierto se utiliza para medir la presión manométrica del gas contenido

en un recipiente. Para ello (ver esquema de la figura inferior) la rama izquierda se conecta al

recipiente que contiene el gas que se halla a una presión absoluta P desconocida.



Tras la conexión, y siempre que la presión P sea superior a la atmosférica, se producirá el

ascenso de mercurio por la rama izquierda hasta alcanzar una posición de equilibrio. En

ése momento podemos afirmar que la presión es la misma en las dos ramas del tubo

manométrico al nivel marcado por el punto A.

La presión a ese nivel, analizando la rama izquierda es:

P(izq) = Patm + d(Hg)·g·h

Donde:

Patm = presión atmosférica

d(Hg) = densidad del mercurio a la temperatura de trabajo h = altura de la columna de mercurio que se halla por encima de ese punto

Analizando ahora la rama derecha, es evidente que:

P(der) = P

Como ya hemos indicado P(izq) = P(der), al estar al mismo nivel, por lo que:

P = Patm + d(Hg)·g·h

Lo que nos permite conocer la presión absoluta P siempre que se conozca la presión

atmosférica.

EL MANÓMETRO (O MANÓMETRO EN U)

Es un tubo curvo en forma de U, conocido como un tubo-U y el cual es mucho más

conveniente que un simple piezómetro. Líquidos manométricos inmiscibles y pesados,

(generalmente el mercurio, Hg) son usados para medir grandes presiones. Pequeñas

presiones son medidas usando líquidos más livianos, como por ejemplo glicerina.



DEFINICIONES IMPORTANTES

Para el desarrollo de la siguiente experiencia, es conveniente precisar las siguientes

definiciones:

PRESION DE FLUIDOS.- es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie.

P = F / A

PRESION ABSOLUTA (P).- es la suma de la presión manométrica (Pm) y la presión

atmosférica (Po).

P = Pm + Po

PRESION MANOMETRICA (Pm).- es la diferencia que existe entre la presión absoluta

(P) y la presión atmosférica (Po).

Pm = P - Po

PRESION MANOMETRICA PULMONAR

Considerando el proceso de la respiración humana desde el punto de vista físico,

dicho proceso está constituido por dos etapas: inspiración y espiración de una

determinada cantidad de aire; siendo esto posible debido a la diferencia de presiones

pulmonar y atmosférica.

Por tanto, es posible cuantificar de manera experimental la presión manométrica

pulmonar de una persona mediante un manómetro abierto que puede ser de agua o de

glicerina.

En este caso, la presión manométrica pulmonar estará dada en función del peso específico

y la diferencia de alturas del líquido manométrico, respecto a un nivel de referencia. Es

decir:

Pm = P – Po = ρgh

Donde: Pm = presión manométrica pulmonar

ρ = densidad del líquido manométrico

g = aceleración de la gravedad h = altura manométrica

CAPACIDAD VITAL DE LOS PULMONES

Es aquella cantidad o volumen de aire que el hombre es capaz de expeler después

de una inspiración profunda, dependiendo dicha capacidad del entrenamiento, edad y

sexo de la persona. La determinación de tal capacidad requiere el uso de un espirómetro.

Para fines prácticos, se considera que la capacidad vital de los pulmones es de 3500 cm3.


MATERIALES

- Manómetro abierto con una solución conocida de agua u otro líquido (en el caso de

nuestra práctica, usamos glicerina)

- Regla graduada en milímetros - Boquilla de plástico

- Soporte de madera

- Papel milimetrado



PROCEDIMIENTO

1. Instalar el equipo como te indique tu profesor.

2. Un alumno de cada grupo de trabajo debe realizar una inspiración profunda, luego debe

realizar la máxima espiración. Explique que ocurrió en el tubo en forma de U.

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3. Repetir el procedimiento anterior con la participación de los otros integrantes del grupo,

se sexo masculino y femenino, además de edades diferentes. Registre sus datos según el

requerimiento de la tabla 1.

TABLA 1

(Líquido: glicerina)

ALUMNO ALT. MANOMETRICA EDAD

(años)

SEXO

ACTIVIDAD (cm) (en Pa)

4. Con los datos de la tabla 1, completar la información requerida en la siguiente tabla.

TABLA 2

ALUMNO

PRESIÓN MANOMÉTRICA

PULMONAR

PRESIÓN ABSOLUTA

PULMONAR

cm de

H2O

mm de Hg

Pascal cm de

H2O

mm de Hg

Pascal



IV. SITUACIONES PROBLEMÁTICAS

1. De acuerdo a la información. ¿Que relación existe entre la altura manométrica

obtenida en función de la edad, sexo y actividad de la persona?

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……………………………………………………………………………………………

2. A partir de la información. ¿Cuál es el valor de la presión manométrica y absoluta

promedio para el grupo de personas que participaron en el experimento? Expresar

el resultado en mm Hg y en Pascal (Pa).

Pm = mm Hg P = mm Hg

Pm = Pa P = Pa

3. De acuerdo a los valores anteriormente obtenidos. ¿Qué relación existe entre la

presión absoluta pulmonar y la atmosférica para los efectos del proceso de

respiración?

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4. Si una persona radica en Lima y de manera eventual viaja a La Oroya, entonces

aquella experimentará el fenómeno denominado MAL DE MONTAÑAS. Explique

el fenómeno.

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¿Es posible evitarlo? ¿Cómo?

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5. ¿Cuál es la razón por la cual las personas que trabajan bajo el agua o en cámaras

submarinas, experimentan el fenómeno llamado MAL DE LOS BUSOS?

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¿Es posible evitarlo? ¿Cómo?

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6. La capacidad vital de los pulmones está constituida por tres tipos de volúmenes de

aire. ¿Cómo se denomina?

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¿Y qué valores tienen dichos volúmenes?

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7. Explique desde el punto de vista físico, la respiración artificial.

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8. ¿Por qué un cuerpo se sumerge totalmente en un líquido?

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V. OSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES

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VI. BIBLIOGRAFÍA Y/O DIRECCIONES DE INTERNET CONSULTADAS

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PRÁCTICA N° 07

CALORIMETRÍA

I. OBJETIVOS

Medir el equivalente de un calorímetro

Medir el calor específico de un muestra metálica


Las experiencias sobre calor y temperatura más próximas a nosotros son aquéllas que

tienen lugar en nuestro propio cuerpo. Todos sabemos que el organismo humano debe

mantener su temperatura constante en torno a los 37oC, para que de esta forma nuestros

órganos puedan funcionar con normalidad. De hecho casi el 80 % de la energía que

obtenemos de los alimentos que consumimos y del oxígeno que respiramos se invierte en

mantener constante esta temperatura, y sólo el 20% restante se emplea en realizar las diversas

actividades que ejercemos.

Cuando, en los días fríos, disminuye la temperatura de los miembros más periféricos de

nuestro cuerpo (las extremidades), nuestros centros vitales (corazón, pulmones, cerebro, etc)

siguen manteniendo la temperatura inalterable.

CALOR

Es energía en tránsito que se transmite espontáneamente de un cuerpo a otro siempre y

cuando haya una diferencia de temperaturas.

Los cuerpos ganan y ceden calor, pero no lo poseen.

El calor se mide en joules (J), calorías, B.T.U., etc.

TEMPERATURA

Es la medida de la energía cinética media de las moléculas que constituyen a un cuerpo.

La temperatura es una propiedad inherente a la materia. No depende del tamaño, ni dela

forma que tengan los cuerpos.

La temperatura se mide en oC,

oF, K, etc.

EL CALOR ESPECÍFICO (Ce)

Es la cantidad de calor que debe absorber una unidad de masa de una cierta sustancia

para que su temperatura aumente en un grado.

El calor específico es propio para cada sustancia, es decir que su valor depende del tipo de

sustancia y de la fase en que se encuentra.

EL EQUILIBRIO TÉRMICO

La experiencia demuestra que cuando dos o más cuerpos, que están a diferente

temperatura, se ponen en contacto, el de mayor (o los de mayor) temperatura cede calor al de

menor temperatura hasta lograr el equilibrio térmico. Se cumple por lo tanto que, el calor

ganado por uno de ellos es igual al calor perdido por los otros.




MATERIALES

- Frasco termo (Calorímetro de mezclas) - Termómetro

- Agua

- Muestras metálicas

PROCEDIMIENTO

Primera parte:

MEDIDA DEL EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORÍMETRO

1. Se colocan 200 g de agua (M = 200 g), a temperatura ambiente, en el Frasco termo o

calorímetro. Se agita y después de 3 minutos se mide la temperatura T0 con el termómetro.

2. En un vaso de precipitados se colocan 100 g de agua (m = 100 g) y se calientan

(utilizando la cocinilla eléctrica). Luego de 6 minutos se retira de la cocinilla el vaso de

precipitados con el agua caliente.

3. Se mide la temperatura T del agua caliente (dejar el termómetro por lo menos un minuto)

e inmediatamente se coloca el agua caliente dentro del Frasco Termo. Se agita la mezcla

con el agitador de vidrio y después de 3 minutos se mide la temperatura de equilibrio Te.

Como el calorímetro o Frasco termo se considera un sistema aislado que no emite ni absorbe

calor del exterior, se cumple el Principio de Conservación de la cantidad de calor. Es decir:

Qganado + Qperdido = 0

(M + K) Ce agua(Te - To) + m Ce agua (Te - T) = 0

Aquí K representa el equivalente en agua del calorímetro y será despejado de la ecuación

anterior, obteniéndose:

m(T − T ) K =

(Te

e − M – To )



Segunda Parte:

DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO (MUESTRA DE PLOMO)

1. Se colocan 50 g de agua (M = 50 g), a temperatura ambiente, en el calorímetro. Se agita y

después de 2 minutos se mide la temperatura T0 con el termómetro.

2. Se pesa en una balanza la muestra de plomo, de calor específico desconocido. La masa en

gramos de esta muestra la llamaremos m. A continuación, la muestra de plomo (amarrada

a un hilo) se introduce en un vaso de precipitados con agua y se pone a hervir el agua en la

cocinilla eléctrica. Cuando el agua hierve se coloca el termómetro y se le deja unos

minutos hasta que la temperatura del termómetro ya no aumente más. Esta temperatura la

denominaremos T.

3. Se retira rápidamente la muestra de plomo del agua hirviendo y se le introduce en el

calorímetro o termo. Se agita la mezcla con el agitador de vidrio y se mide la temperatura

de equilibrio Te.

Nuevamente, como el Frasco termo se considera un sistema aislado que no emite ni absorbe

calor del exterior, se cumple que:

Qganado + Qperdido = 0

(M + K) Ce agua(Te - To) + m Ce plomo (Te - T) = 0

Despejando Ce plomo de esta última ecuación, se obtiene:

(M Ce = + K ) Ceagua (Te − To )

plomo m(T − Te )

* Se recomienda realizar esta experiencia con mucho cuidado, para que la medida del calor

específico sea suficientemente precisa. Tenemos que tener en cuenta el intercambio de calor

entre el calorímetro y la atmósfera.




1. ¿Cómo crees que nuestro cuerpo autorregula su consumo energético tanto en

invierno como en verano para mantener su temperatura constante?

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¿Qué relación crees que hay entre este hecho y las costumbres alimentarias de las

diferentes regiones de nuestro país?

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2. ¿Sabes qué temperatura mínima (en el medio externo) ha soportado un ser humano

y no ha muerto? Investiga y relata algunos casos, si fuera necesario.

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3. ¿Cuáles son las partes y funciones de un termo o calorímetro de mezclas?

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4. ¿Por qué si pones una botella llena de agua a la congeladora ésta puede romperse?

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5. ¿Cuáles la diferencia entre calor y temperatura?

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PRÁCTICA N° 10

DENSIDAD RELATIVA DE UN ÓRGANO Y SUERO DE LA

SANGRE DE UN ANIMAL I. OBJETIVOS

Determinar la densidad relativa de un órgano animal

Determinar la densidad relativa de una muestra líquida


DENSIDAD ABSOLUTA (d)

Es el cociente entre la masa (m) de una sustancia y su volumen (V). Su unidad en el S.I.

es kg/m3.

d = m

V

. . . (1)

DENSIDAD RELATIVA (dr)

Es el cociente entre la densidad absoluta (d) de una sustancia y la densidad del agua (D)

en iguales condiciones de presión y temperatura. Es decir:

dr = d

D

. . . (2)

La densidad así definida es la relativa al agua destilada a 4°C, que se toma a esta

temperatura como sustancia de referencia. Sin embargo, para fines prácticos se acepta el

resultado respecto al agua destilada a la temperatura ambiente.

La densidad relativa es una cantidad adimensional, por lo tanto en cualquier sistema de

unidades, su valor es el mismo.

2.2.1 DENSIDAD RELATIVA EN FUNCIÓN DE LAS MASAS Y PESOS DE

LAS SUSTANCIAS.

Se sabe que: dr = d

D

= m / V M / V´

Si V = V´, entonces:

dr = m

M

. . . (3)

Donde: m = masa del cuerpo problema

M = masa del agua destilada cuyo volumen es igual al del cuerpo.

Si en la ecuación (3), el numerador y denominador se multiplican por ―g‖, se

obtendrá la siguiente ecuación:

dr = m.g

= P

M.g Pa



. . . (4)

donde: P = peso del cuerpo problema (órgano animal)

Pa = Peso de la masa de agua destilada



PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Establece que: ―Todo cuerpo sumergido en forma total o parcial en un líquido

experimenta un EMPUJE de abajo hacia arriba que es igual al PESO DEL

VOLUMEN DEL LÍQUIDO DESPLAZADO‖.

Mediante este principio se puede determinar la densidad relativa de un cuerpo.

Si el volumen desplazado es V, entonces el empuje es:

E = D.g.Vs . . . (5)

Donde: E = empuje; g = aceleración de la gravedad; Vs = volumen del cuerpo

sumergido, que es igual al volumen del líquido desalojado (V = Vs)

Como dr =

P , según la ecuación (5):

Pa

dr = P

= P

D.g.VS E

. . . (6)

Para fines prácticos, el empuje E puede determinarse también de la expresión:

E = P – P´ . . . (7)

Donde: P = peso del cuerpo medido en el aire

P´= peso aparente del cuerpo cuando está sumergido en el líquido

Luego, al reemplazar (7) en (6):

dr = P

P − P´

. . . (8)

DENSIDAD RELATIVA DE UN LÍQUIDO

De la ecuación (5), se infiere que si un cuerpo de volumen V se sumerge en un líquido

de densidad absoluta d1, recibe un empuje E1 (observar figura 1), cuya magnitud

es E1= d1.g.V.

Liq. Liq. d1 d2

w E1 w E2

Y al sumergir en otro líquido de densidad d2 experimenta un empuje E2 (observar la

figura 2), cuya magnitud está dada por E1= d1.g.V.



Entonces el cociente de ambos empujes es:

E1 = d1.g.V

E 2 d 2 .g.V =

d1

d 2

Como d1/d2 es la densidad relativa del líquido 1 respecto del líquido 2, entonces, la

DENSIDAD RELATIVA de un LÍQUIDO cualesquiera respecto a otro referencial, estará dado por:

d = E1

r E

2

Para fines prácticos de laboratorio, el líquido 2 de referencia es el AGUA DESTILADA.


MATERIALES

- Una balanza de 1,5 N - Recipiente de vidrio de 250 ó 400 ml

- Probeta graduada de 100 ml

- Soporte universal

- Órgano animal (hígado de pollo, corazón y molleja)

- Agua destilada

- Suero fisiológico (1 litro)

- Hilo grueso

PROCEDIMIENTO

Primera parte:

Determinación de la densidad relativa de un sólido

a) Adecuar la balanza de brazos apoyando sobre el extremo de un soporte universal como se

muestra en la figura.

b) Colocar una de las muestras de la parte inferior del platillo de la balanza y cuantificar su

masa y su peso en el aire. Anote sus resultados en la tabla 1. Repetir el procedimiento

para cada muestra.



MUESTRA MASA (kg) PESO APARENTE (N) EMPUJE (N)

m´ = m´ ± m´

P´ = m´ g ± m

´ g E= (P – P´) + +

Corazón m´ = ± 1

P´ = ± 1

E´ = ± 1

Hígado m´ = ± 2

P´ = ± 2

E´ = ± 2

Molleja m´ = ± 3

P´ = ± 3

E´ = ± 3

TABLA 1 (EN EL AIRE)

MUESTRA MASA (kg.) PESO REAL (N) M = mo ± 6 m P = mo g ± 6 mog Órgano 1: Corazón

Órgano 2: Hígado

Órgano 3: Molleja

c) Suspender la primera muestra de la parte inferior del platillo de la balanza e introducir

totalmente en un recipiente con agua destilada y cuantifique la masa y el peso aparente,

anote sus resultados en la tabla 2. Repetir el proceso para una segunda muestra. NOTA:

Evitar que el cuerpo roce las paredes o la base del recipiente

TABLA 2 (EN AGUA DESTILADA)

o o o

d) Calcular la densidad relativa de cada órgano animal.



MUESTRA MASA APARENTE

(kg)

PESO APARENTE (N)

EMPUJE (N)

m´ = m´ ± m´

P´ = m´ g ± m

´ g E= (P – P´) + +

Corazón m´ = ± 1

P´ = ± 1

E´ = ± 1

Molleja m´ = ± 2

P´ = ± 2

E´ = ± 2

Segunda parte:

Determinación de la densidad relativa de un líquido

a) Elija uno de los órganos y nuevamente suspenda de la parte inferior del platillo de la

balanza y sumerja en una muestra líquida evitando todo tipo de rozamiento con el

recipiente, luego cuantifique los valores de masa probable y complete la información

requerida en la tabla 3.

TABLA 3 (SUERO)

o o o

b) Calcular la densidad relativa de la muestra líquida asociando la incertidumbre porcentual


1. Una persona se puede mantener a flote en una piscina el tiempo que desea ¿por qué?

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2. ¿Por qué un cuerpo se sumerge totalmente en un líquido?

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3. ¿Cuándo un órgano humano, por ejemplo un riñón, se introduce en un recipiente con

formol, aquel desaloja el volumen de formol ¿qué cantidad ha sido desplazado?

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4. Si el mismo riñón se sumerge totalmente en otro recipiente que contiene agua. ¿qué

relación existirá entre los volúmenes del líquido desplazado?

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5. Si se sumergiera un pulmón adulto y otro de un feto en un recipiente con líquido.

¿existirá la probabilidad de que uno de ellos flote?

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6. De acuerdo a sus resultados experimentales obtenidos ¿qué relación existirá entre los

empujes experimentados por un cuerpo sumergido en líquidos diferentes?

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7. ¿Cómo puede determinarse experimentalmente la densidad de un cuerpo que se hunde

parcialmente?

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PRÁCTICA N° 11

CENTRO DE GRAVEDAD

I. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el centro de gravedad de tres cuerpos irregulares.

Comprobar analíticamente el resultado experimental en la terminación centro de

gravedad.

Determinar experimentalmente el centro de gravedad de una persona.


El centro de gravedad de un objeto es:

– El punto donde el objeto mantiene el equilibrio.

– El único punto donde los momentos de equilibrio estático respecto de tres ejes

mutuamente perpendiculares son todos cero.

– El centroide del volumen del objeto, si el objeto es homogéneo.

– El punto donde se concentra toda la masa del objeto al realizar cálculos estáticos.

– El punto alrededor del cual el objeto gira en el espacio.

– El punto a través del cual se considera que actúa la fuerza de la gravedad.

– El punto donde se debe aplicar una fuerza externa para producir traslación pura de un

objeto en el espacio.

* No siempre el centro de gravedad es justamente la mitad, en términos de distancia, del

objeto. Algunas partes del objeto pueden ser más pesadas (densas) que otras. Si tienes

algo como un martillo que es más pesado en un extremo que en el otro, el centro de

gravedad estará mucho más cerca del extremo pesado que del extremo más liviano.

Para hacerte una idea de dónde está el centro de gravedad, sostiene los extremos de un

objeto, como una regla o un lápiz, con un dedo de cada mano. Lentamente acerca los

dedos entre sí sin que se caiga el objeto. Tus dedos se juntarán debajo del centro de

gravedad del objeto. Puedes equilibrar el objeto sobre un solo dedo en este lugar especial.

El centro de gravedad real podría estar cerca de la superficie o muy en el interior de un

objeto, dependiendo si el objeto es plano como una regla o un plato, o "tridimensional"

como una caja o pelota. Y si dejas que un objeto gire (como cuando lo lanzas), intentará

girar alrededor de dicho punto.



CONSIDERACIONES IMPORTANTES

- Todos los cuerpos que están en el campo gravitatorio de la tierra son atraídos hacia su

centro con una fuerza que se denomina peso.

- El peso de un cuerpo es la resultante de los pesos de las partículas que contiene el

cuerpo. El punto donde actúa el peso se denomina Centro de Gravedad (C.G.)

- La determinación experimental del centro de gravedad, de cualquier cuerpo se

determina suspendiéndolo desde dos puntos diferentes y trazando las líneas de acción

del peso para cada caso. El centro de gravedad estará en la intersección de dichas

líneas.

- El centro de gravedad de un sistema de cuerpos, que tienen sus propios centros de

gravedad, en posiciones conocidas puede determinarse suponiendo que se encuentran

unidos.

- Un método más general consiste en dibujar un par de ejes X y Y; determinando la

posición del centro de gravedad de cada peso por sus coordenadas X y Y, e imaginar

que la atracción gravitatoria es paralela primero al eje Y, luego al eje X.

En el primer caso, la abcisa de la línea de acción del peso combinado y por

consiguiente, la abcisa del centro de gravedad del sistema será:

Y

Y3

X = WI X1 + W2 X 2 + ... + Wn X n

W1 + W2 + ... + Wn

Y2

Y1

X1 X3 X2 X

Siendo X la abcisa del centro de gravedad y X1, X2, .........Xn, las abcisas de los pesos.

Análogamente la ordenada del centro de gravedad será:

Y = WI Y1 + W2 Y2 + ... + Wn Yn

W1 + W2 + ... + Wn

El centro de gravedad viene dado por: C.G. (X, Y)

- El método de suspensión no es muy práctico para localizar el centro de gravedad de una

persona viva. En este caso, lo indicado es que la persona se ubique en la posición

mostrada en la figura, haciendo uso de dos balanzas.



En el sistema de la figura, tenemos:

∑ M = 0 - (W1 + W2)X + F2.d = 0

Despejando X, obtenemos: X = W2 d

W1 + W2


MATERIALES

- 01 Soporte universal - 01 Nuez

- 01 Espiga

- 01 Plomada

- 01 Regla

- 01 Muestra deforme con orificios

- 03 Muestras irregulares con

orificios: T, U, L.

- 02 Balanzas de pie

PROCEDIMIENTO

1. Suspenda el cuerpo deforme de uno de sus orificios (P1) e instala la plomada, tal como

se indica en la figura.

2. Estando el cuerpo en equilibrio trace dos puntos en la dirección que indica la plomada,

tales como (a) y (b).

3. Retire el cuerpo y luego suspéndalo de otro orificio (P2) y trace otros dos puntos tales

como (c) y (d).

4. Ahora trace las líneas P1 ab y P2 cd ¿qué significa el punto de intersección de estas dos

líneas?

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5. Cuando el cuerpo estuvo suspendido de P1, su peso estuvo contrarrestado por la

reacción del soporte R1, estando por tanto el peso del cuerpo aplicado en algún punto de

la recta P1 ab. En el segundo caso el peso del cuerpo esta aplicado en un punto de la

línea P2 cd. ¿En donde está aplicado el peso del cuerpo?

……………………………………………………………………………………………



L

A1 =

X1 =

Y1 =

X =

Y =

A2 =

X2 =

Y2 =

T

A1 =

X1 =

Y1 =

X =

Y =

A2 =

X2 =

Y2 =

U

A1 =

X1 = Y1 =

X =

Y =

A2 =

X2 = Y2 =

A3 =

X3 = Y3 =

A

6. Ahora trabajará con los tres cuerpos restantes, y repita el procedimiento seguido con el

primero.

7. Trazando un sistema de coordenadas, determina directamente el centro de gravedad para

cada letra y anota tus resultados en las siguientes líneas.

C.G.L ( , ) C.G.T ( , ) C.G.U ( , )

8.- Tal como se indicó anteriormente, debe colocarse una persona apoyando sus manos y

sus pies sobre balanzas. Registre los valores que indican las balanzas. Así mismo

determine la distancia d.

W1 = W2 =

d =

A1

A2

A1

2

A1

A3

A2




1. Compare sus resultados experimentales con los analíticos e indique el motivo de la

discrepancia.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ANALÍTICO

L C.G ( , ) C.G. ( , )

T C.G. ( , ) C.G. ( , )

U C.G. ( , ) C.G. ( , )

….…………………………………………………………………………………………

….…………………………………………………………………………………………

….…………………………………………………………………………………………

2. ¿En donde está el centro de gravedad del cuerpo que se ilustra en la figura?

¿Cómo lo probaría?

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………….…………………………………………………………………………………

3. Con los datos del procedimiento, determine la distancia X, que nos permite

localizar el centro de gravedad de la persona

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4. “Siendo el cuerpo humano un objeto flexible, su centro de gravedad varía”

Explique esta afirmación.

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5. “El centro de gravedad de un hombre, que permanece de pie derecho, esta

localizado al nivel de la segunda vértebra sacre la línea vertical que toca el suelo

a unos 3 cm. por delante de la articulación del tobillo”. Si el hombre de la

posición anterior levanta los brazos sobre su cabeza. ¿Qué pasa con su centro de

gravedad?

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V. OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES

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PRÁCTICA Nº 12

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA MUSCULAR EN

UNA PERSONA

I. OBJETIVOS

Determinar la fuerza ejercida por el músculo bíceps de un estudiante.

Determinar la fuerza de contacto del húmero sobre la articulación del codo.

Hallar la sección transversal del músculo bíceps.


Las diferentes posturas y el movimiento del hombro están supeditados a la acción de la

fuerza muscular ejercida por los músculos.

Músculos

Tejido u órgano del cuerpo animal caracterizado por su capacidad para contraerse, por

lo general en respuesta a un estímulo nervioso. La unidad básica de todo músculo es la

miofibrilla, estructura filiforme muy pequeña formada por proteínas complejas. Cada

célula muscular o fibra contiene varias miofibrillas, compuestas de miofilamentos de

dos tipos, gruesos y delgados, que adoptan una disposición regular. Cada

miofilamento grueso contiene varios cientos de moléculas de la proteína miosina. Los

filamentos delgados contienen dos cadenas de la proteína actina. Las miofibrillas están

formadas de hileras que alternan miofilamentos gruesos y delgados con sus extremos

traslapados. Durante las contracciones musculares, estas hileras de filamentos

interdigitadas se deslizan una sobre otra por medio de puentes cruzados que actúan

como ruedas. La energía que requiere este movimiento procede de mitocondrias

densas que rodean las miofibrillas.

Un músculo está generalmente unido en sus extremos a dos huesos diferentes por

medio de tendones (Ver figura).

La contracción del músculo produce dos pares de fuerzas que actúan sobre los dos

huesos y los músculos en el punto donde están ligados los tendones. La magnitud de

estos pares de fuerzas es VARIABLE en función de las cualidades atléticas de una

persona y otros factores, lográndose desarrollar una fuerza muscular máxima.



d

Fuerza muscular

máxima

Capacidad para desarrollar máxima tensión muscular voluntaria y en las cuales no

participan de manera significativa factores psicoemocionales y/o exógenos. Esta

depende del área de sección transversal. En el hombre es de aproximadamente de 3 a 4

Kgf./cm2.

Fuerza ejercida por el bíceps

El bíceps forma el 'abultamiento' de la cara anterior del brazo. Presenta 2 tendones de

origen: el corto nace de la coracoides del omóplato, y el largo nace de la eminencia

supraglenoidea del omóplato y cruza la articulación del hombro. Se inserta en la

tuberosidad bicipital del radio, con una expansión a la zona cubital del codo. Inervado

por el músculo-cutáneo, su acción principal es la supinación, y su acción secundaria la

flexión del codo (el flexor principal es el músculo braquial anterior, situado entre el

húmero y el bíceps braquial).

La fuerza ejercida por el bíceps en el hombre en diversas circunstancias es de vital

importancia, por tal motivo en esta parte se determinará la magnitud de dicha fuerza

bajo las condiciones de equilibrio de un sistema de fuerzas bidimensionales tal como

se muestra en la figura. Además aplicando la ecuación de equilibrio de momentos,

tenemos:

∑ M o = 0

- T (d1) + Fm (d2) = 0

Despejando Fm, obtenemos:

F = T(d1 )

m

2

Fuerza de contacto del húmero

En general, las fuerzas de contacto son las ejercidas sobre las articulaciones, en este

caso se produce a nivel del codo y es ejercida por el húmero como reacción a la fuerza

muscular (del biceps) y su magnitud se determina en la situación anterior de la

condición de EQUILIBRIO DE FUERZAS horizontales. Es decir:

∑ Fx = 0 Fc - Fm + T = 0

Despejando Fc, tenemos: Fc = Fm - T

Este tema es una motivación al estudio del funcionamiento de las fuerzas musculares

para producir MOVIMIENTO Y EQUILIBRIO en el HOMBRE que es de interés

de los atletas y terapeutas físicos.



No Alumno T (kgf) d (cm) d (cm) Actividad

1

2

3

4


Materiales: - Dinamómetro de escala (0 – 50 )kgf. - Muñequera

- Base de apoyo.

- Argollas metálicas insertadas en soporte fijo o en pared.

Procedimiento:

a. Un alumno integrante de cada grupo de trabajo debe enganchar su antebrazo a un

dispositivo medidor de fuerza (dinamómetro) manteniendo la horizontal del brazo

ejerciendo la máxima tensión sobre el aparato, anote sus observaciones.

…..………………………………………………………………………………………

…..………………………………………………………………………………………

…..………………………………………………………………………………………

b. Repetir el proceso anterior alternando la participación de 3 alumnos más de diversas

cualidades atléticas y registre sus datos en la siguiente tabla.

Tabla 1

1 2

T = Magnitud de la tensión sobre el dinamómetro.

d1 = Distancia perpendicular entre líneas de acción de tensión (T) y la fuerza de contacto (Fc).

d2 = Distancia perpendicular entre líneas de acción de la fuerza muscular (Fm) y la fuerza

de contacto (Fc).

c. Haciendo uso de los datos de la tabla 1 y las ecuaciones de equilibrio (1) y (2) del

fundamento teórico, completar la información requerida en la tabla siguiente:

Tabla 2

No Alumnos T (kgf) Fm (kgf) Fc (kgf)

1

2

3

4

Fm = Magnitud de la fuerza muscular (del bíceps).

Fc = Magnitud de la fuerza de contacto

* Hacer el diagrama de fuerzas en cada uno de los casos (Adjuntarlos al momento de

presentar el informe).



d. Para los valores determinados de la fuerza muscular (del bíceps) en la tabla 2 y bajo

las condiciones de la teoría, determinar la sección transversal del músculo para cada

uno de los casos y registre sus resultados en la siguiente tabla.

Tabla 3

No Alumnos Fm (kgf) A (cm2)

1

2

3

4


1. De acuerdo a la información de la tabla 1. ¿Qué relación existe entre la magnitud

de la tensión sobre el dinamómetro originado en función de las cualidades atléticas

de la persona?

………………………………………………………………………………………..…

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

2. ¿Qué relación existe entre las fuerzas musculares (del bíceps) y la fuerza de

contacto?

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

3. A partir de la información de la tabla 2, expresar el mayor valor de la fuerza

muscular en unidades del sistema internacional (SI).

Fm = ……………… N

4. ¿De qué factor depende la mayor magnitud de la fuerza muscular (del bíceps)?

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

Demuestre haciendo uso de los valores experimentales obtenidos.



5. El dinamómetro ha permitido determinar directamente la FUERZA MUSCULAR

(del bíceps)? Explique.

…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..

6. El trabajo realizado por el brazo sobre el dinamómetro. ¿en que tipo de energía se

ha convertido?

…………………………………………………………………………………………

...………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………

7. ¿Qué estudia la CINESIOLOGÍA o BIOMECÁNICA?

…………………………………………………………………………………………

…..……………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………

V. OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES

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………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

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………………………………………………………………………………………………

VI. BIBLIOGRAFÍA Y/O DIRECCIONES DE INTERNERT CONSULTADAS

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…………………………………………………………………………………………….…

……………………………………………………………………………………………….



PRÁCTICA N° 13

CORRIENTE ELÉCTRICA

I. OBJETIVOS

Identificar las partes componentes de un circuito eléctrico y conocer los efectos

de la electricidad en el cuerpo humano.

Conocer algunas aplicaciones de la electricidad a la

Medicina.


LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Muchos de los artefactos que utilizamos diariamente son accionados por una corriente

eléctrica (movimiento de cargas eléctricas debido a un campo eléctrico). Desde su

descubrimiento, en el siglo XVIII, la corriente eléctrica ha sido estudiada, y en la actualidad

se conocen los efectos que produce, así como las leyes que gobiernan cada uno de los

procesos que se pueden dar. También hoy se sabe que muchos procesos biológicos tienen su

origen en acciones eléctricas. Por ejemplo, la existencia de diferencias entre el potencial

eléctrico de las células de un sistema origina eventualmente corrientes eléctricas que

provocan comportamientos diversos en cada órgano.

EFECTOS QUE PRODUCE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica produce efectos en el material donde ocurre el transporte de carga y en

el entorno del cuerpo que contiene las cargas en movimiento. Entre los efectos más relevantes

que produce la corriente eléctrica están:

1. Desprendimiento de calor.

2. Aparición de campos magnéticos.

ELECTRICIDAD Y CUERPO HUMANO

En el interior del cuerpo humano hay electricidad: los impulsos eléctricos viajan a gran

velocidad por los nervios. Las señales eléctricas son muy pequeñas y se miden en

microvoltios.

Al aumentar la potencia de los impulsos eléctricos que pasan por el organismo, se pueden

producir molestias, dolor e incluso la muerte.

Si se controla la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por el cuerpo, se puede aplicar

para diagnosticar y curar enfermedades.

Por ejemplo, se utilizan bisturíes eléctricos en los quirófanos y se aplican corrientes eléctricas

para aliviar el dolor de algunas lesiones inflamatorias. Así mismo, la resonancia magnética

nuclear del cráneo, toma como base que el encéfalo es el centro regulador de los impulsos

eléctricos que viajan por el sistema nervioso.

EL ELECTROCARDIOGRAMA

Los movimientos de contracción y relajación que realiza el corazón para impulsar la sangre

por todo el cuerpo están controlados por un conjunto de nervios.



Estos nervios producen una corriente eléctrica que puede ser detectada mediante electrodos en

la superficie de la piel. El resultado se registra en una gráfica que recibe el nombre de

electrocardiograma.

Esta gráfica aporta mucha información sobre el corazón, y permite descubrir anomalías como

fallos en el ritmo de los latidos.

EL MARCAPASOS

El marcapasos es un aparato que sirve para controlar el ritmo en que se produce los latidos del

corazón.

Se implanta, mediante una operación, en el interior del cuerpo, y se conecta mediante un

cable con el corazón. Por este cable el marcapasos envía al corazón impulsos eléctricos que

controlan el ritmo de los latidos. Estos impulsos tienen origen en unas pilas.

El marcapasos se implantó por primera vez en un paciente en el año 1958.

EL ELECTROCHOQUE

En 1937 se aplicaron por primera vez las corrientes eléctricas para tratar a un enfermo mental.

Para realizar este tratamiento se coloca una tablilla en la boca del paciente para evitar que se

muerda la lengua. Después se le colocan electrodos en la cabeza y se le hace pasar una

corriente eléctrica por el cerebro durante unas décimas de segundo.

Esta técnica se aplicaba sobre todo para reducir los síntomas de la esquizofrenia.

REHABILITACIÓN

A veces, los tratamientos de rehabilitación muscular tras una lesión o una operación

quirúrgica incluyen la aplicación de corrientes eléctricas.

Este tratamiento se aplica, por ejemplo, en la rodilla. Se colocan unos electrodos en la piel de

la rodilla, por los que pasa un pequeña corriente eléctrica, que fortalece los músculos y

facilita la recuperación del movimiento de esta articulación.



Para que estas corrientes produzcan un efecto positivo, el tratamiento debe prolongarse

durante varios días.

ELECTROCUCIÓN

A veces, debido a un accidente, podemos recibir una corriente eléctrica. Los efectos de esta

corriente dependerán de la descarga, del tipo de corriente y del grado de humedad del cuerpo.

La corriente alterna produce efectos más negativos, ya que los cambios de dirección de la

corriente actúan como si el contacto eléctrico se estuviera abriendo y cerrando continuamente.

Además, la humedad favorece la conducción de la corriente; por eso hay que extremar las

precauciones en el cuarto de baño.

Los efectos de una descarga eléctrica en el cuerpo humano son:

- Quemadura en la piel y en tejidos internos.

- Lesiones en los vasos sanguíneos y hemorragias.

- Pérdida de conciencia y parálisis por daños en el sistema

nervioso.

- Daños en el corazón y paro cardíaco.

- Paro respiratorio.

- Espasmos musculares y fracturas óseas.

EL DESFIBRILADOR

El desfibrilador es un aparato que produce una corriente eléctrica de muy corta duración. Se

emplea para reanimar a personas que sufren una fibrilación en el corazón. La fibrilación

consiste en una alteración grave del ritmo de los latidos cardiacos, que puede tener diferentes

orígenes, como infarto y ahogamiento.

El desfibrilador consta de un condensador eléctrico y de dos electrodos que se colocan en el

pecho, por los que se hace pasar una corriente eléctrica muy intensa durante un tiempo muy

breve. El condensador se puede cargar hasta con varios millares de voltios y dejar después

que se descargue en milésimas de segundo a través de los electrodos.

Esta corriente atraviesa el corazón, que se detiene durante tres o cinco segundos. Después de

este tiempo, el corazón comienza a latir con normalidad, recuperando el ritmo que había

perdido.

LEY DE OHM

La relación de los parámetros eléctricos en un circuito se pueden estudiar considerando el

empleo de dos leyes fundamentales: LEY DE OHM y LEY DE KIRCHHOFF. La aplicación

de estas leyes nos permite identificar la interacción de la resistencia eléctrica de los cuerpos

con relación al potencial eléctrico aplicado a él (tensión eléctrica o diferencial de potencial) y

la corriente eléctrica que resulta circulando por dicho cuerpo.

La LEY DE OHM enuncia que “la intensidad de corriente que circula por un cuerpo es

directamente proporcional a la diferencial de potencial aplicada e inversamente proporcional a la

resistencia eléctrica del cuerpo”. En su expresión matemática se formula así:

I R V = IR

I = V

V R

R = V

I



V V V

Donde:

I = intensidad de corriente eléctrica en amperes (A)

V = voltaje o diferencia de potencial en volts (V)

R = resistencia eléctrica en ohms (Ω)

RESISTORES EN SERIE Y EN PARALELO

Cuando dos o más resistores se conectan juntos de manera que sólo tengan un punto común por

par, se dice que están en serie. En este caso la corriente que circula a través de todos los

resistores es la misma (ver gráfico).

A R1 R2 R3

B

V1 V2 V3

REQ

A B

VTOTAL

Características de un circuito serie:

1. Itotal = I = Constante

2. Vtotal = Vab = V1 + V2 + V3 + …

3. Rtotal = Rab = R1 + R2 + R3 + …

Cuando dos o más resistores tienen sus extremos conectados a puntos comunes, de tal forma

que todos reciben el mismo voltaje (la diferencia de potencial entre sus extremos es la misma)

se dice que están en paralelo (ver gráfico).

Las corrientes que circulan por resistores conectados en paralelo son inversamente

proporcionales a sus resistencias. Es decir, pasa más corriente por la trayectoria de menor

resistencia.

A

VTOTAL

B

R1 R2 R3

1 2 3

A

Características de un circuito paralelo:

1. Itotal = I1 + I2 + I3 + ….

2. Vtotal = Vab = Constante

VTOTAL

REQ 3. 1

R T =

1 +

1

R1 R 2

+ 1

+ ...

R 3

B

LEYES DE KIRCHHOFF

Son reglas básicas a utilizarse para la resolución de circuitos eléctricos donde haya dos o más

fuentes de fuerza electromotriz (fem) en diferentes ramas de un circuito con varias mallas.



LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF (O REGLA DE LOS NODOS): “La suma

algebraica de las corrientes que concurren a un nodo es cero”. Es decir:

∑ I( NODO) = O

(Válida en cualquier nodo)

∑ I INGRESAN =∑ ISALEN

LEY DE VOLTAJES DE KIRCHHOFF (O REGLA DE LAS MALLAS): ―La suma

algebraica de las diferencias de potencial en cualquier trayectoria cerrada, incluyendo las

asociadas con fuentes de fem y elementos de resistencia, debe ser cero”. Es decir:

R1 R3

∑ V( MALLA ) = O

E1 MALLA

I

R5

MALLA

II E2

(Válida para cualquier trayectoria

cerrada)

∑ E i

= ∑ I R i

R2 R4


MATERIALES

- Una fuente de tensión variable en corriente continua. - Dos focos de 12 V: FOCO A (25 watts) y FOCO B (40 watts)

- Un multitester

- Cables para conexiones

PROCEDIMIENTO

1ra PARTE: MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

a) Coloque el selector de función del multitester en ―OHMIOS‖.

b) Uniendo las puntas de prueba del instrumento, realice el ―ajuste a cero‖ (calibración) del

valor en ohmios.

c) Coloque las puntas de prueba en los extremos de salida de cada uno de los focos y registre

los valores en la Tabla Nº 1.

TABLA Nº 1

TIPO DE

CONEXIÓN FOCO A

( Ω ) FOCO B

( Ω ) FOCOS A y B

EN SERIE ( Ω ) FOCOS A y B EN PARALELO ( Ω )

RESISTENCIA



2da PARTE: CIRCUITO SERIE

a) Construya el circuito que se muestra en la figura.

b) Conecte la fuente de tensión variable al tomacorriente de la mesa de trabajo. Mediante los

cables, conecte las salidas de la fuente de tensión con las entradas de energía al foco

(TOME LA PRECAUCIÓN DE CONECTAR LAS POLARIDADES CORRECTAS).

c) Varíe gradualmente, ACCIONANDO LA PERILLA DEL REGULADOR, el valor de

tensión desde cero hasta un valor de 12 voltios. Anote las observaciones.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

FOCO A

FUENTE DE TENSIÓN

d) Desconecte la energía de la fuente de tensión al foco A, y conecte el foco B en serie con el

anterior. Reconecte la energía en la fuente y tome la lectura de la tensión resultante en

cada uno de los focos. Registre los valores en la Tabla Nº 2. Anote sus observaciones.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

FOCO A

FOCO B

FUENTE DE TENSIÓN



TABLA No

2

VOLTAJE (V) RESISTENCIA (Ω) CORRIENTE (A)

FOCO A

FOCO B

FOCO A + FOCO B

e) Afloje uno de los focos de su base, anote sus observaciones y explique las razones.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

3ra PARTE: CIRCUITO PARALELO

a) Realiza el montaje de la figura colocando los focos A y B en paralelo, conectándolos con

la fuente de tensión. TENER MUCHO CUIDADO CON LA POLARIDAD DE LOS

FOCOS, ASÍ COMO CON LA CONEXIÓN DE LA POLARIDAD A LA

FUENTE DE TENSIÓN.

FOCO A

FUENTE DE TENSIÓN

FOCO B

b) Varíe gradualmente, ACCIONANDO LA PERILLA DEL REGULADOR, el valor de

la tensión desde cero hasta un valor de 12 Voltios. Anote sus observaciones.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

c) Registre los valor de voltaje en cada uno de los focos en la Tabla N

o 3.

TABLA N

o 3


FOCO A

FOCO B

FOCO A + FOCO B



d) Afloje uno de los focos de su base y luego afloje el otro, tome los datos de la tensión en

cada caso y regístrelo en la tabla No

4. Anote sus observaciones y explique las razones.

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

TABLA No

4


SOLO FOCO A

SOLO FOCO B


1. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

2. ¿Por qué, a veces, sentimos como un calambre cuando tocamos una superficie

metálica de un aparato eléctrico en funcionamiento?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

3. ¿Por qué las aves cuando se posan en los cables de los postes eléctricos no se

electrocutan?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

4. ¿Por qué las pilas, después de un uso continuo, se recubren de materia extraña en

sus bornes?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

5. ¿Qué ocurre cuando se colocan las pilas invertidas en un reloj?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….



6. ¿Qué valor diagnóstico tiene el electrocardiograma?

……………………………………………………………………………………………….

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7. ¿En qué se basa el funcionamiento del marcapasos?

……………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………….

V. OSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………………………………………...

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PRÁCTICA No

9

DEFECTOS DE LA VISTA Y SU CORRECCIÓN

I. OBJETIVO

Conocer el funcionamiento del ojo humano a base de un modelo.

Conocer los defectos de la vista denominados miopía y presbicia.

Corregir los defectos de la vista mediante lentes adecuadas.


EL OJO

Órgano de la visión en los seres humanos y en los animales. Los ojos de las diferentes

especies varían desde las estructuras más simples, capaces de diferenciar sólo entre la

luz y la oscuridad, hasta los órganos complejos que presentan los seres humanos y otros

mamíferos, que pueden distinguir variaciones muy pequeñas de forma, color,

luminosidad y distancia. En realidad, el órgano que efectúa el proceso de la visión es el

cerebro; la función del ojo es traducir las vibraciones electromagnéticas de la luz en un

determinado tipo de impulsos nerviosos que se transmiten al cerebro.

EL OJO HUMANO

El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de

aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su

superficie delantera. La parte exterior, o la cubierta, se compone de tres capas de tejido:

la capa más externa o esclerótica tiene una función protectora, cubre unos cinco sextos

de la superficie ocular y se prolonga en la parte anterior con la córnea transparente; la

capa media o úvea tiene a su vez tres partes diferenciadas: la coroides —muy

vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores del globo ocular— continúa con

el cuerpo ciliar, formado por los procesos ciliares, y a continuación el iris, que se

extiende por la parte frontal del ojo. La capa más interna es la retina, sensible a la luz.

La córnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a través de la cual la

luz penetra en el interior del ojo. Por detrás, hay una cámara llena de un fluido claro y

húmedo (el humor acuoso) que separa la córnea de la lente del cristalino. En sí misma,

la lente es una esfera aplanada constituida por un gran número de fibras transparentes

dispuestas en capas. Está conectada con el músculo ciliar, que tiene forma de anillo y la

rodea mediante unos ligamentos. El músculo ciliar y los tejidos circundantes forman el

cuerpo ciliar y esta estructura aplana o redondea la lente, cambiando su longitud focal.

El iris es una estructura pigmentada suspendida entre la córnea y el cristalino y tiene

una abertura circular en el centro, la pupila. El tamaño de la pupila depende de un

músculo que rodea sus bordes, aumentando o disminuyendo cuando se contrae o se

relaja, controlando la cantidad de luz que entra en el ojo.



Estructura del ojo

Derecha: La cantidad de luz que entra en el ojo se controla por la pupila, que

se dilata y se contrae con este fin. La córnea y el cristalino, cuya

configuración está ajustada por el cuerpo ciliar, enfoca la luz sobre la retina,

donde unos receptores la convierten en señales nerviosas que pasan al cerebro.

Una malla de capilares sanguíneos, el coroides, proporciona a la retina oxígeno

y azúcares. Izquierda: Las glándulas lagrimales secretan lágrimas que limpian la

parte externa del ojo de partículas y que evitan que la córnea se seque. El

parpadeo comprime y libera el saco lagrimal; con ello crea una succión que

arrastra el exceso de humedad de la superficie ocular.

Por detrás de la lente, el cuerpo principal del ojo está lleno de una sustancia transparente y

gelatinosa (el humor vítreo) encerrado en un saco delgado que recibe el nombre de

membrana hialoidea. La presión del humor vítreo mantiene distendido el globo ocular.

La retina es una capa compleja compuesta sobre todo por células nerviosas. Las células

receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de

tejido pigmentado. Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas

como los fósforos de una caja. Situada detrás de la pupila, la retina tiene una pequeña

mancha de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la fóvea

central, la zona del ojo con mayor agudeza visual. La capa sensorial de la fóvea se

compone sólo de células con forma de conos, mientras que en torno a ella también se

encuentran células con forma de bastones. Según nos alejamos del área sensible, las

células con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores de la retina

sólo existen las células con forma de bastones.



El nervio óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno de la fóvea

central, originando en la retina una pequeña mancha redondeada llamada disco óptico. Esta estructura forma

el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles a la luz.

Por detrás de la lente, el cuerpo principal del ojo está lleno de una sustancia transparente y

gelatinosa (el humor vítreo) encerrado en un saco delgado que recibe el nombre de

membrana hialoidea. La presión del humor vítreo mantiene distendido el globo ocular.

La retina es una capa compleja compuesta sobre todo por células nerviosas. Las células

receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de

tejido pigmentado. Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas

como los fósforos de una caja. Situada detrás de la pupila, la retina tiene una pequeña

mancha de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la fóvea

central, la zona del ojo con mayor agudeza visual. La capa sensorial de la fóvea se

compone sólo de células con forma de conos, mientras que en torno a ella también se

encuentran células con forma de bastones. Según nos alejamos del área sensible, las

células con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores de la retina

sólo existen las células con forma de bastones.

El nervio óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno

de la fóvea central, originando en la retina una pequeña mancha redondeada llamada disco

óptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles a la

luz.

Enfoque del ojo



Los rayos de luz que entran en el ojo son refractados, o reflejados, al pasar por el

cristalino. En una visión normal, los rayos de luz se enfocan justo sobre la retina. Si el

globo ocular es demasiado ancho, la imagen se enfoca más cerca que la posición donde

está la retina. Esto se llama miopía, es decir, una persona corta de vista que no distingue

con claridad los objetos distantes. La condición contraria se llama hipermetropía; se

produce cuando los globos oculares son demasiado estrechos. En este caso, una imagen

enfocada de forma correcta queda detrás de la retina. Estas condiciones también se pueden

dar si los músculos oculares son incapaces de variar la forma del cristalino para que

enfoquen los rayos de luz de forma correcta.


MATERIALES Y/O EQUIPOS:

- 01 Banco óptico

- 03 Jinetillos

- 04 Lentes:

Lente A

Lente B

Lente E

Lente H

- 01 Pantalla transparente

- 01 Portadiafragmas

- 01 Objeto reproducible

PROCEDIMIENTO:

PRIMERA PARTE: EL OJO HUMANO

1. Colocar todas las piezas en el banco óptico, tal como se muestra en la figura.

Lente

B Pantalla

0 35 49

2. El extremo izquierdo del banco óptico señala en la dirección hacia un pequeño foco

de 12 voltios, situado a unos 3 m de distancia.

Foco

Lente Pantalla B

0 35 49 3 m



3. La lente B, representa al cristalino del ojo, la pantalla transparente a la retina.

Desplazar (correr) el cristalino hasta que en la retina aparezca una reproducción nítida

del pequeño foco (punto luminoso). Lo obtenido será nuestro modelo de ojo.

Foco

Lente Pantalla

B

0 49 3 m

4. Poner el portadiafragmas con el objeto reproducible en la posición 29. Mantener a 3 m

de distancia el pequeño foco de 12 voltios.

Foco

Objeto reproducible

Lente

B

Pantalla

0 29 35 49 3 m

5. ¿Qué se puede decir en cuanto a la reproducción en la retina? Explique.

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…………………………………………………………………………...........................

.…………………………………………………………………………...........................

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6. Colocar la lente A en el lugar de la lente B ¿Qué puede decir en cuanto a la imagen?

¿Qué tipo de imagen se forma? Explique.

A

Foco

0 29 35 49 3 m

…………………………………………………………………………............................

…………………………………………………………………………...........................

.…………………………………………………………………………...........................



SEGUNDA PARTE: DEFECTOS DE LA VISTA Y SU CORRECIÓN

1. Hacer el montaje del equipo como se indica en la figura: Lente B (posición 25 del riel)

y pantalla (posición 40 del riel).

B

0 25 40

2. Ubique un pequeño foco de 12 voltios a 3 m del extremo izquierdo del banco óptico. Anote sus observaciones.

Foco

Lente Pantalla B

0 25 40 3 m

3. Desplazar la pantalla transparente hasta observar en ella, de la manera más nítida, la

imagen del pequeño foco (punto luminoso).

Foco

Lente Pantalla B

0 25 3 m

¿En qué posición se logró una imagen nítida? ……………………………………….

4. Ubicar la pantalla en la posición 31 (retina presbicia) y corregir el defecto colocando

delante de la lente una de las lentes (lente E o lente H). Corregir significa volver a

ubicar la imagen en la pantalla trasparente (retina).

Foco

Lente Pantalla B

0 25 31 3 m

¿Cuál tipo de lente corrigió el defecto? ………………………………………………



5. Ubicar la pantalla en la posición 41 (retina miope) y corregir el defecto colocando

delante de la lente una de las dos lentes: E o H.

Foco

Lente Pantalla B

0 25 41 3 m

¿Cuál tipo de lente corrigió el defecto? ………………………………………………


1. ¿Qué función cumple la lente que usa una persona que sufre de miopía?

……………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………...

2. ¿Qué función cumple la lente que usa una persona que sufre de presbicia?

……………………………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………...

3. Si una persona sufre de una anomalía por la que prefiere alejar más de lo normal

un periódico para leer, ¿de qué anomalía se trata?

……………………………………………………………………………………………...

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4. Las imágenes que se forman en las lentes, ¿son por reflexión o por refracción?

Explique.

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5. Explique en que consiste el astigmatismo y el daltonismo.

……………………………………………………………………………………………...

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V. CONCLUSIONES Y/O OBSERVACIONES

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VI. BIBLIOGRAFÍA Y/O DIRECCIONES DE INTERNET

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Física Médica Guía Práctica 2015 II

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