UNIDAD 1 BIOFISICA II

UNIDAD 1

MAGNITUDES Y MEDIDAS

Es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un número y que puede ser estudiado en las ciencias experimentales (que son las que observan, miden, representan, obtienen leyes, etc.). Es cualquier propiedad de los cuerpos que se puede medir. Por ejemplo: temperatura, velocidad, masa, peso, etc. (Villasuso, s.f.).



                                                                           

MAGNITUD	UNIDAD	SÍMBOLO
Fuerza	Newton	N
Superficie	Metro cuadrado
Velocidad	Metro por segundo	m/s
Volumen	Metro cúbico
Trabajo	Joule	J
Presión	Pascal	Pa
Potencia	Watt	W
Frecuencia	Hertz	Hz
Capacidad eléctrica	Faradio	F
Resistencia	Ohm	Ω

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/medida/magnitudes.htm

Las magnitudes en medicina se las usa por ejemplo para medir la temperatura del paciente, para medir la estatura de un niño, de joven o de un adulto, también se utiliza para medir el peso, ya sea del paciente o de un órgano específico. Las magnitudes también se utilizan para saber la resistencia de un hueso o para medir la resistencia o elasticidad del músculo, se utiliza para medir el volumen de sangre, y la cantidad de células sanguíneas que esta posee. Incluso se puede usar las magnitudes para calcular o para sacar la medida de una celula, por ejemplo el tamaño de los espermatozoides o el tamaño de un óvulo, también se puede calcular el diámetro de una vénula, que puede ser de 4 micras, el tamaño de un glóbulo blanco. Estos y muchos más son las utilidades que se les da a las magnitudes en la medicina.

Tipos de magnitudes

Magnitudes Fundamentales

Son aquellas magnitudes que son consideradas independientes y sirven de base para escribir las demás magnitudes: masa, longitud, tiempo.

Magnitudes Derivadas

Son aquellas que se originan con la combinación de las magnitudes fundamentales.

Magnitudes escalares

Son aquellas magnitudes que solo se necesita conocer un valor numérico y una unidad de medida reconocida: área volumen, temperatura, etc. 

Magnitudes vectoriales

Son aquellas magnitudes en las que además de tener el valor numérico y la unidad, se necesita conocer una dirección, un sentido y un punto de aplicación. (Pallete, 2011)

FUERZA

La fuerza es el resultado que se produce al someter a un cuerpo a una cierta aceleración. También se puede definir como un impulso que es causado por un cuerpo con masa y que cambia su velocidad en estado de reposo, es decir, va a acelerar. Tiene como vector a la magnitud y a la velocidad. Podemos dar otra definición: es una acción que solo se puede expresar (ver sus resultados) cuando hay interacción entre dos cuerpos. Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética y el resultado de esta aplicación de fuerza para transformar la energía se denomina trabajo. (Gonzales, Física, 2010).

TIPOS DE FUERZA

Según su aplicación:

Fuerza de contacto.- Son aquellas en que tanto el cuerpo que ejerce la fuerza como el que la reciben están en contacto físico.

Fuerza a distancia.- tanto el cuerpo que ejerce la fuerza como el que la recibe no están en contacto físico. (Londoño, 2012)

Según la duración:

Fuerza impulsivas.-  por lo general son de corta duración.

Fuerza de larga duración.- son las que actúan durante un mayor tiempo, dependiendo de lo que se trate. (Londoño, 2012)

ENEGÍA

La energía se describe como la capacidad para realizar una actividad o un trabajo. La energía se la puede  observar tanto en los cambios físicos como en cambios químicos. La energía según el SIU se la representa en Joule (J). Básicamente, la energía está presente en todos los cuerpos (si el cuerpo está en reposo posee energía potencial y si está en movimiento la energía potencial se ha trasformado en energía cinética). Es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.

LEYES DE NEWTON

Son las leyes que rigen el comportamiento de las fuerzas, fueron descritas por Isaac Newton y las que hoy se conocen como Las tres leyes de Newton.

Primera ley de Newton o Ley de la inercia.

Un cuerpo permanecerá en un estado de reposo o de movimiento uniforme, a menos de que una fuerza externa actúe sobre él. (Vicma, 2009)

Esta ley nos dice que cuando se le aplica una fuerza a un cuerpo en reposo, este tenderá a moverse, por ejemplo, una persona recibe un estímulo de frio, esto provocará que sus músculos empiecen a contraerse, (los músculos del tronco) ósea que el cuerpo cambie su estado de reposo.

Segunda ley de Newton o Ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que:

Siempre que una fuerza actúe sobre un cuerpo produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente proporcional a la fuerza pero inversamente proporcional a la masa. (Vicma, 2009)

Esta ley dice que la fuerza aplicada sobre el cuerpo en reposo va a ser igual a la aceleración que este va a producir. Tomado en cuenta el ejemplo en la primera ley, según la cantidad de frio que la persona sienta, sus músculos se van contraer, ya sea una contracción fuerte o una contracción débil,

Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción.

A toda acción corresponde una reacción en igual magnitud y dirección pero de sentido opuesto. (Vicma, 2009)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la acción es que la persona va a sentir frio y sus músculos del tronco empezaran a contraerse y relajarse, y la reacción seria que va a generar calor. Y  así el cuerpo estará equilibrado en su temperatura.

ESTRUCTURA Y RESISTENCIA DE LOS HUESOS

Los huesos están formado por tejido óseo esponjoso y por tejido óseo compacto. Un hueso consta de las siguientes partes:

·         Cartílago.

·         Disco epifisiario

·         Periostio.

·         Hueso compacto.

·         Hueso esponjoso.

·         Endostio.

·         Cavidad medular.

·         Médula ósea.

·         Abertura.

·         Vasos nutrientes. (medicinas, 2016)

Además, contiene cuatro tipos de células:

-          Células progenitoras.

-          Osteoblastos.

-          Osteocitos.

-          Osteoclastos.

Los huesos, al constar de tejido óseo duro y esponjoso tienen una gran resistencia, ya que actúan como un armazón estabilizador para el cuerpo, estos resisten grandes fuerzas mecánicas, aunque su función depende de la región donde este se encuentre. La resistencia de los huesos depende de varios factores:

o   La forma del hueso.

o   Las propiedades mecánicas del material óseo

o   La magnitud de las fuerzas que actúan sobre el hueso. (Onmeda, 2012)

ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS MÚSCULOS

La elasticidad muscular es una capacidad que tienen los músculos para extenderse y recuperar su largo normal luego de hacer una contracción, la distancia para que se extiendan las fibras musculares, depende del largo normal de sus fibras, es decir, mientras más largas sean, más larga será la elasticidad muscular. La resistencia muscular es la capacidad del músculo o conjunto de músculos de ejercer fuerza para superar la resistencia muchas veces. En general cada tejido del cuerpo tiene su función específica. El tejido epitelial forma una cubierta protectora para el cuerpo y los órganos. Tiene funciones de protección, excreción, secreción y absorción. El tejido conectivo lleva a cabo muchas funciones que mencionaremos luego. El tejido muscular es el responsable de producir movimiento. El tejido nervioso se especializa en conducir impulsos que ayudan a controlar y coordinar las actividades del cuerpo. (músculo, 2012)

CONTRACCIÓN MUSCULAR

La contracción muscular es un proceso fisiológico en el que los componentes del músculo se relajan o se acortan. El funcionamiento está relacionado con los componentes de la fibra muscular y la transmisión del impulso nervioso a través de los nervios. La contracción del músculo estriado esquelético está controlado por el sistema nervioso periférico, y la musculatura involuntaria la controla el sistema nervioso autónomo. (Ecured, Ecured, 2011)

TIPOS DE CONTRACCIONES MUSCULARES
Contracciones isotónicas	Las fibras musculares además de contraerse modifican su longitud
Contracciones isométricas	El músculo permanece estático, sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático genera tensión.
Contracciones auxotónicas	Combinan contracciones isotónicas con contracciones isocinétricas
Contracciones isocinéticas	Contracción máxima a velocidad constante en toda la gama de movimiento.

 http://slideplayer.es/slide/3133737/

CONTRACCIÓN DE LOS MÚSCULOS VOLUNTARIOS

La contracción de los músculos estriados ocurre como resultado de un esfuerzo consciente originado en el cerebro.

CONTRACCIÓN DE LA MUSCULATURA INVOLUNTARIA

La musculatura involuntaria, como del corazón y la musculatura lisa (por ejemplo, en el intestino o en los vasos sanguíneos), la contracción ocurre como resultado de actividad inconsciente del sistema nervioso autónomo.

Contracciones heterométricas

Mal llamadas contracciones isotónicas, ya que isotónicas significa "de igual tensión", aspecto que no se da en estas contracciones, ya que su tensión varia a lo largo del recorrido de la contracción en sus diferentes puntos. Las contracciones heterométricas son las más comunes en la mayoría de los deportes, actividades físicas y actividades correspondientes a la vida diaria, ya que en la mayoría de las tensiones musculares que se ejercen suelen ir acompañadas por acortamiento y alargamiento de las fibras musculares de un músculo determinado. Las contracciones heterométricas se dividen en: concéntricas y excéntricas. (Blogger, Biofísica, 2015)

Contracciones heterométricas concéntricas

Una contracción concéntrica ocurre cuando un músculo desarrolla una tensión suficiente para superar una resistencia, de forma tal que éste se acorta, y moviliza una parte del cuerpo venciendo dicha resistencia. Un claro ejemplo es cuando llevamos un vaso de agua a la boca para beber, existe acortamiento muscular concéntrico, ya que los puntos de inserción de los músculos se juntan, se acortan o se contraen. (Blogger, Biofísica, 2015)

En el gimnasio podríamos poner los siguientes ejemplos:

a. Máquina de extensiones.

Cuando levantamos las pesas, el músculo cuádriceps se acorta con lo cual se produce la contracción concéntrica. Aquí los puntos de inserción del músculo cuádripces se acercan, por ello decimos que se produce una contracción concéntrica. (Blogger, Biofísica, 2015)

b. Tríceps con polea.

Al bajar el brazo y extenderlo para entrenar el tríceps, estamos contrayendo el tríceps en forma concéntrica. Aquí los puntos de inserción del músculo tríceps braquial se acercan, por ello decimos que se produce una contracción concéntrica. En síntesis, decimos que cuando los puntos de inserción de un músculo se acercan, la contracción que se produce es «concéntrica. (Blogger, Biofísica, 2015)

Contracciones heterométricas excéntricas

Cuando una resistencia dada es mayor que la tensión ejercida por un músculo determinado, de forma que éste se alarga, se dice que dicho músculo ejerce una contracción excéntrica. En este caso el músculo desarrolla tensión alargándose, es decir, extendiendo su longitud. Un ejemplo claro es cuando llevamos el vaso desde la boca hasta apoyarlo en la mesa, en este caso el bíceps braquial se contrae excéntricamente. En este caso actúa la fuerza de gravedad, ya que si no, se produciría una contracción excéntrica y se relajarían los músculos del brazo, y el vaso caería hacia el suelo a la velocidad de la fuerza de gravedad. Para que esto no ocurra, el músculo se extiende contrayéndose en forma excéntrica. (Blogger, Biofísica, 2015)

Este vocablo «alargamiento», suele prestarse a confusión ya que si bien el músculo se alarga y extiende, lo hace bajo tensión y yendo más lejos no hace más que volver a su posición natural de reposo. (Blogger, Biofísica, 2015)

a. Máquina de extensiones.

Cuando bajamos las pesas, el músculo cuádriceps se extiende, pero se está produciendo una contracción excéntrica. Aquí los puntos de inserción del músculo cuádriceps se alejan, por ello decimos que se produce una contracción excéntrica.

b. Tríceps con polea.

Al subir el brazo el tríceps braquial se extiende bajo resistencia. Aquí los puntos de inserción del músculo tríceps braquial se alejan, por ello decimos que se produce una contracción «excéntrica». En el caso de querer desarrollar la musculatura, se debe trabajar tanto en contracción concéntrica como en contracción excéntrica, ya que ambas van a tener que usarse en nuestra vida tanto cotidiana como deportiva.

Contracciones isométricas

La palabra isométrica significa igual medida o igual longitud. En este caso el músculo permanece estático, sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático genera tensión. Un ejemplo de la vida cotidiana sería cuando cargamos un peso y lo mantenemos elevado en el aire con el brazo, sin moverlo, manteniendo el peso en la misma posición. Los músculos generan tensión contínua, y no se produce ni acortamiento ni alargamiento de las fibras musculares. (Blogger, Biofísica, 2015)

Contracciones auxotónicas

Este caso es cuando se combinan contracciones heterométricas con contracciones isométricas. Al iniciarse la contracción, se acentúa más la parte heterométrica, mientras que al final de la contracción se acentúa más la isométrica.

Un ejemplo práctico de este tipo de contracción lo encontramos cuando se trabaja con «"extensores"». (Blogger, Biofísica, 2015)

Contracciones isocinéticas

Se trata más bien de un nuevo tipo de contracción, por lo menos en lo que refiere a su aplicación en la práctica deportiva. Se define como una contracción máxima a velocidad constante en toda la gama de movimiento. Son comunes en aquellos deportes en lo que no se necesita generar una aceleración en el movimiento, es decir, en aquellos deportes en los que lo que necesitamos es una velocidad constante y uniforme, como puede ser la natación o el remo.. (Blogger, Biofísica, 2015)

Aunque las contracciones isocinéticas e isotónicas son ambas concéntricas y excéntricas, no son idénticas, sino por el contrario son bastante distintas, ya que como dijimos anteriormente las contracciones isocinéticas son a velocidad constante regulada y se desarrolla una tensión máxima durante todo el movimiento. En las contracciones isotónicas no se controla la velocidad del movimiento con ningún dispositivo, y además no se ejerce la misma tensión durante el movimiento, ya que por una cuestión de palancas óseas varía la tensión a medida que se realiza el ejercicio. Por ejemplo, en extensiones de cuádripces cuando comenzamos el ejercicio, ejercemos mayor tensión que al finalizar por varias razones:

ü  una es porque vencemos la inercia.

ü  la otra es porque al acercarse los puntos de inserción muscular, el músculo ejerce menor tensión. (Blogger, Blog, 2015)

ARTICULACIONES: CARACTERÍSTICAS Y ESTRUCUTURA

Las articulaciones forman parte del aparato locomotor. Las articulaciones conectan o unen 2 o más huesos entre sí, o un hueso y un cartílago o un hueso y un diente. Su función es la de facilitar los movimientos mecánicos del cuerpo. (síntoma, s.f.)

Partes de una articulación

-          Superficies oseas

-          Membrana sinovial

-          Cartílago.

-          Cápsula articular

-          Ligamentos

-          Menisco. (síntoma)

PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO

Primeramente necesitamos conocer que es una palanca. La palanca es un cuerpo rígido provisto de un eje fijo sobre el cual actúan dos fuerzas que tienden a hacerlo girar en sentido contrario. Las  fuerzas que actúan se llaman potencia y resistencia. El punto de apoyo es el punto por el cual para el eje, que es perpendicular al segmento determinado por los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia. Existen tres tipos de palancas. (Noemi, 2012)

El mecanismo de palanca permite comprobar la acción de los huesos, que como palancas, multiplican la fuerza de los músculos. Entre las principales funciones del esqueleto están el favorecer la locomoción y permitir el desarrollo de movimientos rápidos. Los músculos pueden contraerse bruscamente pero sólo son capaces de reducir su longitud en una pequeña fracción. Gracias a que están unidos a los huesos pueden multiplicar la eficiencia de su movimiento. Así, cuando se unen al extremo de un hueso largo, pueden provocar un desplazamiento mucho mayor en el otro extremo. (Noemi, 2012)   

Los diferentes tipos de palancas en el cuerpo humano

Palancas de primer género: la cabeza

-          Eje: Articulación Occipitoatloidea

-          Fuerza: Músculos Extensores del Cuello

-          Resistencia: Peso de la Cabeza.

Palancas de segundo género: el tobillo

-          Eje: Articulación Tibiotarsiana

-          Fuerza: Músculos Extensores del Tobillo

-          Resistencia: Peso del Cuerpo.

Palancas de tercer género: el codo

-          Eje: Articulación del Codo

-          Fuerza: Músculos Flexores del Codo

-          Resistencia: Peso del Antebrazo. (Noemi, 2012)

BIOMECÁNICA DE LA MARCHA

El ciclo de la marcha comienza cuando un pie hace contacto con el suelo y termina con el siguiente contacto del mismo pie, a la distancia entre estos dos puntos de contacto con el suelo se le llama un paso completo. Se divide en dos partes: fase de apoyo y fase de balanceo. (Torres, 2011)

Fase de apoyo, corresponde al 60% del ciclo

1.      Contacto del talón: El talón toca el suelo.

2.      Apoyo plantar: contacto con la parte anterior del pie.

3.      Apoyo medio: trocante mayor se encuentra alineado verticalmente.

4.      Elevación del talón.

5.      Despegue del pie. (Torres, 2011)

Fase de balanceo

-          aceleración

-          balanceo medio

-          desaceleración (Torres, 2011)

FLUIDOS

Los fluidos es un estado de la materia que puede ocupar la forma del recipiente que los contiene, es decir, adapta la forma, ya que tienen la capacidad de fluir o de poder ser colocados de un recipiente a otro. Existen dos tipos de fluidos: los líquidos como la sangre, el líquido cefalorraquídeo, el líquido sinovial, etc. Y los gases: como el aire que existe en los pulmones. Cada uno de estos fluidos con diferentes características. Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de otros. (Dancona, s.f.)

LIQUIDOS Y GASES

Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos.

§  Los líquidos tienen un volumen constante que no puede modificarse apreciablemente por compresión. Se dice por ello que son fluidos incompresibles.

§  Los gases no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos. (Dancona, s.f.)

http://www.sistemainogenone.com/aprendiendo_respirar.html

LEY DE STOKES

La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La ley de Stokes puede escribirse como: donde R es el radio de la esfera, v su velocidad y η la viscosidad del fluido. Esta ley por lo general es utilizada para calcular la viscosidad, para ello se necesita conocer la densidad de la esfera, el líquido y la velocidad de caida. La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. (Ecured, Física, s.f.).

Conociendo las densidades de la esfera, el líquido y la velocidad de caída se puede calcular la viscosidad a partir de la fórmula de la ley de Stokes. Para mejorar la precisión del experimento se utilizan varias bolas. (Ecured, Física, s.f.)

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS O HIDROSTÁTICA.

La hidrostática o estática de los fluidos se encarga del estudio de los fluidos en reposo, sin que exista algún tipo de fuerza que altere su estado, es decir su movimiento o posición. Cualquier liquido tiene un peso, y cuando estos estas contenidos en un recipiente, las capas superiores de estos líquidos comprimen a las capas inferiores, de los mismos, y por eso originan una presión, que depende la cantidad de la altura de líquido o del volumen de líquido, ya que mientras más líquido sea, habrá mas presión en el fluido. (Dancona, s.f.)

PRINCIPIO DE PASCAL

La presión aplicada a un fluido contenido en un recipiente se transmite íntegramente a toda porción de dicho fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene, siempre que se puedan observar las diferencias de presión debidas al peso del fluido. El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre un  fluido no compresible contenido en un recipiente indeformable se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas partes del recipiente. (Wikispases, 2014)

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y no estará sumergido completamente sino parcialmente. (Scehu).