MANUAL DEL LABORATORIO DE FÍSICA Y BIOFÍSICA · PDF fileMANUAL DEL LABORATORIO...

MANUAL DEL LABORATORIO DE FÍSICA Y BIOFÍSICA

UNIVERSIDAD METROPOLITANA LABORATORIOS

2014

ÍNDICE

Pág.

1. COMPETENCIAS

1

1.1 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE FÍSICA 1

1.2 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE BIOFÍSICA 1

2. REGLAMENTO DEL LABORATORIO 1

2.1 RESPONSABILIDADES 1

2.1.1 Responsabilidad del Docente Administrador del Laboratorio 1

2.1.2 Responsabilidad del Docente 1

2.1.3 Responsabilidad del Auxiliar de Laboratorio 1

2.1.4 Responsabilidad del Estudiante 2

2.2 NORMAS DE BIOSEGURIDAD DEL LABORATORIO 2

3. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DEL LABORATORIO

2

3.1 ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DEL

FÍSICA

3

INCERTIDUMBRE, LECTURAS MÁXIMA Y MÍNIMA EN LOS

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 4

ERROR EN LA MEDIDA 6

CONSTRUCCIONES GRAFICAS 8

COMPOSICIONES DE FUERZAS 10

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN CUERPO SITUADO EN UN

PLANO INCLINADO

13

FUERZA ELÁSTICA. LEY DE HOOKE 15

LA PALANCA. 1 Parte 18

LA PALANCA. 2 Parte 21

LA POLEA FIJA 24

LA POLEA MÓVIL 26

CALOR ESPECIFICO 28

3.2 ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DEL

BIOFÍSICA 30

DENSIDAD DE LÍQUIDOS 31

DENSIDAD DE SÓLIDOS 33

DENSIDAD DE SÓLIDOS GRANULADOS 35

DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE UN LIQUIDO 37

CALORIMETRÍA EN SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 43

LENTES CONVERGENTES Y DIVERGENTES 45

TALLER: MECÁNICA DE LA AUDICIÓN Y LA VOZ HUMANA 48

TALLER: EFECTOS Y PROTECCIÓN DE LAS RADIACIONES

ELECTROMAGNÉTICAS EN EL ORGANISMO HUMANO.

50

ANEXOS

BALANZA MECÁNICA OHAUS

54

EQUIPO DE ÓPTICA 55

EQUIPO DE LEYES DE LA PALANCA 56

FUERZAS ELÁSTICAS EN EL CUERPO HUMANO. LEY DE HOOKE 40

INTRODUCCIÓN

El estudio de la física le proporciona al estudiante el conocimiento de las leyes que

deben aplicar en el estudio de los fenómenos biológicos y fisiológicos.

El estudio de la física tanto teórica como práctica brinda la oportunidad al

estudiante de vivir los procesos de la ciencia, estructurando su pensamiento para

que sea lógico, coherente, reflexivo y científico, que es la estructura de

pensamiento que debe tener todo profesional en ciencias de la salud.

El objeto de estudio del estudiante de ciencias de la salud es la anatomía,

fisiología y morfofisiología de los órganos que componen el cuerpo humano; en

éste se dan procesos biológicos y fisiológicos que se estudian bajo las leyes de la

física, dando origen a una nueva ciencia llamada Biofísica.

La biofísica, se podría definir como la apropiación conceptual de la física y la

físico–química aplicada al ser vivo desde un punto de vista macroscópico o

microscópico; sin embargo la biofísica también se ocupa de los avances

tecnológicos en instrumentación para la diagnosis, terapia y cirugía que los

profesionales en ciencias de la salud utilizan en su quehacer profesional.

Los biólogos en el siglo XIX reconocieron que la aplicación de las leyes de la física

es de vital importancia en el desarrollo de las investigaciones biológicas, a tal

punto que en los laboratorios de investigación utilizan la instrumentación óptica y

electrónica que tienen su base en principios de la física.

Los siguientes ejemplos avalan la anterior afirmación:

1. La aplicación de las leyes de la física para la explicación del

funcionamiento en los sistemas circulatorio, respiratorio, auditivo y

termorreguladores, entre otros, del cuerpo humano.

2. El uso de los ultrasonidos, radiaciones (rayos x, rayos láser), para la

diagnosis, terapia y cirugía

3. El uso de aparatos para medir la actividad eléctrica que se genera en el

cuerpo humano (electrocardiógrafos, electro miógrafos), o para la

imagenología.

1. COMPETENCIAS

1.1 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE FÍSICA

Reconocer las leyes y principios de la física que se aplican en el

estudio de los fenómenos biológicos y fisiológicos en el ser vivo.

Explicar casos en los seres vivos a partir de la aplicación de leyes y conceptos físicos.

1.2 COMPETENCIAS DE APRENDIZAJE DE BIOFÍSICA

Aplicar conceptos de la Biofísica que explican fenómenos biológicos

y fisiológicos en el ser vivo.

Articular los principios de la biofísica que explican los desarrollos

tecnológicos que tienen aplicaciones en las ciencias de la salud en el

tratamiento de paciente, a través de la diagnosis, la terapia y la

cirugía.

2. REGLAMENTO DEL LABORATORIO

En el laboratorio debe mantenerse un excelente comportamiento para evitar

accidentes y preservar la integridad propia y de sus compañeros.

2.1 . RESPONSABILIDADES

2.1.1 Responsabilidad del Docente Administrador del Laboratorio Supervisar el cumplimiento de las normas de bioseguridad y disposiciones de salud

ocupacional, exigiendo el uso del equipo individual de protección a todo el

personal que ingresa al laboratorio, para minimizar los riesgos a los que se

exponen.

2.1.2 Responsabilidad del Docente

Supervisar el cumplimiento de las normas de bioseguridad y disposiciones de salud

ocupacional, exigiendo el uso del equipo individual de protección a todo el personal que

ingresa al laboratorio, para minimizar los riesgos a los que se exponen.

2.1.3 Responsabilidad del Auxiliar de Laboratorio

Verificar que los estudiantes utilicen los implementos de bioseguridad y efectúen un

manejo adecuado de desechos en el laboratorio.

Organizar el material de vidrio limpio y seco, así como los equipos de laboratorio

requeridos para la actividad académica práctica.

1

2

Entregar a los estudiantes los materiales y equipos que requieren para el

desarrollo de la práctica y recibirlos al finalizar la actividad académica.

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

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

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

2.1.4 Responsabilidad del Estudiante

Cumplir y colaborar con el cumplimiento de las normas de bioseguridad.

2.2 . NORMAS DE BIOSEGURIDAD DEL LABORATORIO

1 Siga atentamente las instrucciones de los Docentes y Auxiliares, además de lo

establecido en las Guías de Laboratorio.

2 Use los elementos de bioseguridad como la bata manga larga y zapatos

cerrados.

3 Trabaje únicamente en el lugar asignado teniendo en cuenta las normas de

bioseguridad. Informe al profesor cualquier accidente de trabajo.

4 Manipule de manera segura los materiales de laboratorio entregados

durante la experiencia.

5 Identifique la salida de emergencia. En caso de alguna eventualidad, no obstruir

su paso.

6 Utilizar extintores en caso de incendio.

7 Descarte material de uso común: Papel, plásticos, cartón en las p apeleras con

bolsa verde.

8 No fume, ni consuma alimentos o bebidas en el laboratorio.

9 Al finalizar la práctica, cerciórese que los equipos eléctricos se encuentren

apagados y las llaves de agua queden cerradas.

10 Antes de salir del laboratorio, quitarse los elementos de protección.

3. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO

3

3.1. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS

DE LABORATORIO DE FÍSICA

4

UNIVERSIDAD METROPOLITANA Guía de Laboratorio

Programa:NUTRICION Y DIETETICA

Código: Versión:

Componente de Formación: Básico Institucional

Área de Formación:

CIENCIAS BÁSICAS GENERALES

Componente de Aprendizaje:

FISICA

Semestre:I

Código del Componente de Aprendizaje:

Período:I Semestre Horas Practicas:2

Nombre de la practica: INCERTIDUMBRE, LECTURAS MAXIMA Y MINIMA EN LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION.

Practica N° 1

6



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I


Período:I Semestre Horas Practicas: 2

Nombre de la practica: ERROR EN LA MEDIDA

Practica N° 2

9



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: CONSTRUCCIONES GRAFICAS

Practica N°3

12



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



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

Practica N° 4

15



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: FUERZAS QUE ACT´UAN SOBRE UN CUERPO SITUADO EN UN PLANO INCLINADO

Practica N° 5

17



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: FUERZA ELASTICA. LEY DE HOOKE

Practica N° 6

20



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



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

Practica N° 7

22

RESULTADOS

23



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



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

Practica N° 8

26



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: LA POLEA FIJA Practica N° 9

29



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: LA POLEA MOVIL Practica N° 10

31



Código: Versión:





FISICA

Semestre:I



Nombre de la practica: CALOR ESPECIFICO Practica N° 11

34

3.2. ACTIVIDADES ACADÉMICAS PRÁCTICAS

DE LABORATORIO DE BIOFÍSICA

35



Código: Versión:

Componente de

Formación:Básico Institucional



Componente de Aprendizaje: BIOFISICA

Semestre:I


Período: I Semestre

Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: DESIDAD DE LIQUIDOS

Practica N° 1

INTRODUCCION

La densidad de una sustancia es la masa de una unidad de volumen de la misma. Así, en el sistema C.G.S, la densidad de una sustancia corresponde a la masa en

gramos de 1 mililitro o 1 de la misma. Por ejemplo la densidad del agua es 1𝑔

𝑐𝑚 3

debido a que 1𝑐𝑚3 de agua tiene una masa de 1 gramo. De acuerdo a la definición, conocidas la masa (m) de un sistema o sustancia y el volumen (v) ocupado por el (la)mismo (a), la densidad de tal sustancia se calcula a través de la siguiente formula:

ρ= 𝑚

𝑣

La densidad de solidos es una magnitud física de gran importancia y con diversas aplicaciones en el campo medico entre ellas la ¨Densitometría ósea". Este procedimiento consiste fundamentalmente en medir la densidad de la masa ósea de una persona. Este examen tiene gran aplicación en el diagnóstico de la osteoporosis, enfermedad que se presenta por efecto de la disminución en la fijación del calcio en los huesos y es más frecuente en mujeres mayores, debido a la baja en la producción de hormonas. En la práctica de hoy, los estudiantes, determinaran la densidad del hueso y de otros solidos aplicando el principio de Arquímedes. Para llegar bien informados a la práctica los estudiantes deben consultar: Concepto de densidad, unidades de medida, densidad relativa, efectos de presión y la temperatura sobre la densidad y aplicación de la temática en el campo de la medicina. OBJETIVOS 1. Determinar la densidad de un sólido por el método de inmersión. 2. Identificar los factores que pueden incidir en la densidad de un sólido.

36

MATERIALES Balanza. Agua Cuerpo Problema (3): Probeta. Beackers Hueso, caucho y cobre PROCEDIMIENTO El procedimiento para determinar la densidad está basado en medir la masa y el volumen de la sustancia: 1. Determine la masa del cuerpo m =___ g. 2. Determine el volumen del cuerpo por el método de inmersión, para ello realice los

siguientes pasos: a) Tome una muestra de agua deposítela en la probeta, de tal manera que el

cuerpo pueda sumergirsetotalmente. Llámelo volumen inicial 𝑉𝑖 = __ 𝑐𝑚3

b) Sumerja suavemente el cuerpo en la probeta. Que le ocurre al nivel del líquido en

la probeta? Por qué?Llámelo volumen final 𝑉𝑓 = __𝑐𝑚3

c) El cuerpo al ser sumergido desaloja un volumen de líquido igual a su volumen, por

tanto, su volumense puede determinar por la relación𝑉(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 )= 𝑉𝑓 - 𝑉𝑖

3. Repita el procedimiento con las dos muestras problemas siguientes.

4. Calcule la densidad absoluta de cada uno de los sólidos 𝑝(𝑠𝑜𝑙 ) = 𝑚

𝑣

5. Calcule la densidad relativa de cada sólido. 6. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentaje de error) cometido para

cada uno de los valores delas densidades experimentales halladas.

ANALISIS

1. ¿Es confiable este método para determinar la densidad de un sólido?, Por qué? 2. ¿Por qué en alguna tabla de densidad aparece escrito el valor de la presión y de

la temperatura? 3. ¿Cómo afecta la presión y la temperatura a la densidad en un sólido? 4. Enuncie y explique mínimo tres causas que pueden afectar la determinación de la

densidad de una sustanciapor el método empleado. Recuerde que la temperatura y la presión se han mantenido constantes en lapráctica, por tanto no pueden considerarse como causas.

COMPLETE Y DESPRENDA LA PRESENTE TABLA

MAGNITUDES Cuerpo 1 Cuerpo 2 Cuerpo 3

Masa (g)

Volumen Inicial, Vi (ml)

Volumen Final, Vf (ml)

Volumen del sólido, Vsol (ml)

Densidad (g/ml)

Densidad Relativa

Densidad Tabulada (g/ml)

Error absoluto (g/ml)

Error Relativo%

37

REFERENCIAS

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

Chile 2001.

38



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: DESIDAD DE SOLIDOS

Practica N° 2

INTRODUCCION

La densidad de una sustancia es una propiedad característica de la materia y se define como la masa de la unidadde volumen de la misma. Así, en el sistema C G S, la densidad de una sustancia corresponde a la masa en gramosde 1 mililitro o 1 cm3

de la misma. Por ejemplo la densidad del agua es 1 𝑔

𝑐𝑚 3 debido a que 1𝑐𝑚3 de agua

tiene una masa de 1 gramo. De acuerdo a la definición, conocidas la masa (m) de un sistema o sustancia y el volumen (v) ocupado por el (la) mismo (a), la densidad de tal sustancia se calcula a través de la siguiente formula:

ρ= 𝑚

𝑣

La densidad de solidos es una magnitud física de gran importancia y con diversas aplicaciones en el campo medico entre ellas la ¨Densitometría ósea". Este procedimiento consiste fundamentalmente en medir la densidad de la masa ósea de una persona. Este examen tiene gran aplicación en el diagnóstico de la osteoporosis, enfermedad que se presenta por efecto de la disminución en la fijación del calcio en los huesos y es más frecuente en mujeres mayores, debido a la baja en la producción de hormonas. En la práctica de hoy, los estudiantes, determinaran la densidad del hueso y de otros solidos aplicando el principio de Arquímedes. Para llegar bien informados a la práctica los estudiantes deben consultar: Concepto de densidad, unidades de medida, densidad relativa, efectos de presión y la temperatura sobre la densidad y aplicación de la temática en el campo de la medicina. OBJETIVOS 1. Determinar la densidad de un sólido por el método de inmersión.

39

2. Identificar los factores que pueden incidir en la densidad de un sólido. MATERIALES Balanza. Agua Cuerpo Problema (3): Probeta. Beackers Hueso, caucho y cobre

PROCEDIMIENTO

El procedimiento para determinar la densidad está basado en medir la masa y el volumen de la sustancia: 1. Determine la masa del cuerpo m =___ g. 2. Determine el volumen del cuerpo por el método de inmersión, para ello realice los

siguientes pasos: a) Tome una muestra de agua deposítela en la probeta, de tal manera que el

cuerpo pueda sumergirsetotalmente. Llámelo volumen inicial 𝑉𝑖 = __ 𝑐𝑚3 b) Sumerja suavemente el cuerpo en la probeta. Que le ocurre al nivel del

líquido en la probeta? Por qué?Llámelo volumen final 𝑉𝑓 = __𝑐𝑚3

c) El cuerpo al ser sumergido desaloja un volumen de líquido igual a su volumen,

por tanto, su volumense puede determinar por la relación𝑉(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 )= 𝑉𝑓 - 𝑉𝑖

3. Repita el procedimiento con las dos muestras problemas siguientes.

4. Calcule la densidad absoluta de cada uno de los sólidos 𝑝(𝑠𝑜𝑙 ) = 𝑚

𝑣

5. Calcule la densidad relativa de cada sólido. 6. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentaje de error) cometido para

cada uno de los valores delas densidades experimentales halladas.

ANALISIS

1. ¿Es confiable este método para determinar la densidad de un sólido?, Por qué? 2. ¿Por qué en alguna tabla de densidad aparece escrito el valor de la presión y de

la temperatura? 3. ¿Cómo afecta la presión y la temperatura a la densidad en un sólido? 4. Enuncie y explique mínimo tres causas que pueden afectar la determinación de la

densidad de una sustanciapor el método empleado. Recuerde que la temperatura y la presión se han mantenido constantes en lapráctica, por tanto no pueden considerarse como causas.

COMPLETE Y DESPRENDA LA PRESENTE TABLA

MAGNITUDES Cuerpo 1 Cuerpo 2 Cuerpo 3

Masa (g)

Volumen Inicial, Vi (ml)

Volumen Final, Vf (ml)

Volumen del sólido, Vsol (ml)

Densidad (g/ml)

Densidad Relativa

Densidad Tabulada (g/ml)

Error absoluto (g/ml)

Error Relativo%

40

REFERENCIAS


Chile 2001.

41



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: DESIDAD DE S_OLIDOS GRANULADOS

Practica N° 3

INTRODUCCION

La densidad de solidos disgregados: limaduras, arena etc., puede calcularse por el

método del picnómetro.El picnómetro puede, quizá, ser más preciso para medir la

densidad de un sólido siempre que éste se halle finalmentegranulado o disgregado.

En el laboratorio de hoy se calculara la densidad de la arena determinando

previamentela masa y el volumen ocupado por la misma, con ayuda del picnómetro.

OBJETIVOS

1. Reforzar el concepto de fase sólida y propiedades de los sólidos.

2. Determinar la densidad de un sólido disgregado por medio del picnómetro.

3. Reconocer los factores que pueden afectar la medición de la densidad de un

sólido disgregado por el método.

MATERIALES Balanza. Picnómetro Hoja de papel

Probeta. Agua Arena como un solido

disgregados

PROCEDIMIENTO Y CALCULOS

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

su volumen.

42

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

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

3. Se toma una cantidad de arena seca (cantidad que llenará el picnómetro hasta su

mitad aproximadamente)y se mide su masa junto con la hoja de papel, 𝑚𝑝𝑎 .Si a esta

masa 𝑚𝑝𝑎 .se le resta la masa de la hoja depapel 𝑚𝑝 ., se obtiene la masa de arena

marena, así: 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ) = 𝑚𝑝𝑎 .- 𝑚𝑝

4. Se vierte la arena en el picnómetro y se completa su capacidad con agua. A

continuación se determina conla balanza la masa de ese conjunto, 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑗 .

5. Si a esta masa𝑚𝑐𝑜𝑛𝑗 .se le resta 𝑚𝑝𝑣 . y 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )., es decir, la masa del

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

utilizada, 𝑚(𝑎𝑔𝑢𝑎 ).así:

𝑚(𝑎𝑔𝑢𝑎 ). = 𝑚(𝑐𝑜𝑛𝑗 ). = 𝑚𝑝𝑣 . = 𝑚(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

6. Teniendo en cuenta la densidad del agua, 𝑝(𝑎𝑔𝑢𝑎 )., a las condiciones del

laboratorio, él volumen de agua usadapuede calcularse mediante

𝑉(𝑎𝑔𝑢𝑎 ).= 𝑣 (𝑎𝑔𝑢 𝑎)

𝑝(𝑎𝑔𝑢𝑎 )

7. Teniendo en cuenta la capacidad del picnómetro 𝑉(𝑝𝑖𝑐 ). puede calcularse el

volumen de arena utilizada así:

𝑉(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). = 𝑉(𝑝𝑖𝑐 ). - 𝑉(𝑎𝑔𝑢𝑎 ).

8. Con la masa y el volumen de la arena utilizada, es fácil hallar ahora la densidad de la arena:

𝑝(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). = 𝑚 (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

𝑣(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 )

43

ERRORES EN LA MEDICION REALIZADA

1. Enuncie las causas de errores que puedan afectar el resultado obtenido, por

el método empleado.

2. Calcule el error absoluto y el error relativo (porcentual) cometido en la

medici_on de la densidad de la arena,

3. teniendo en cuenta que la densidad real (te_orica o tabulada) de la arena

usada es:𝑝(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ). = 2.5 𝑔

𝑐𝑚 3

REFERENCIAS


Chile 2001.

44



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: DETERMINACION DE LA TENSION SUPERFICIAL

DE UN LÍQUIDO

Practica N° 4

INTRODUCCION

Una de las propiedades más importantes de un líquido es su tendencia a disminuir

su superficie. La superficie secomporta de hecho como si fuera una piel elástica

quetratase de disminuir constantemente su área. La cohesióninterna, la atracción

entre las moléculas del fluido, es un atributo básico que distingue los líquidos de los

gases.

Encondiciones de ingravidez, una gota de líquido adquiere una forma esférica,

minimización de su área superficial.

Así mismo, en un lago plano y en calma la superficie del agua es plana y sin rizos,

ya que es la condición queminimiza el área superficial. Los insectos acuáticos

pueden así caminar por encima de la superficie del agua, yaque su peso esta

compensado por la resistencia de la superficie a su deformación.

Las fuerzas de cohesión dan lugar, pues, a la tensión superficial, que corresponde a

una fuerza por unidad delongitud, o a una energía por unidad deárea depositada en

la superficie del fluido. ¿De dónde proviene estaenergía? para mostrarlo se utilizara

un modelo molecular del fluido.

45

En un fluido se puede distinguir dos

regiones (ver la figura): región interior y

región Superior. Mientras que lamolécula

de la región interior en promedio tiene el

mismonúmero de moléculas que la atraen

hacia la derechaque hacia la izquierda,

hacia arriba o hacia abajo, y, porlo tanto,

la resultante de todas las fuerzas es cero,

unamolécula de la regiónsuperior tiene

una fuerza resultantedirigida hacia el

interior del unido. Esto hace quepara

llevar una molécula a la superficie tenga que realizarseun trabajo, es decir, hay que

aportar una energíaque, evaluada por unidad deárea, es lo que se conoce

comotensión superficial.

Definición.La tensión superficial de un líquido es la fuerza por unidad de longitud

que ejerce la superficie de un líquido sobre una línea cualquiera situada en ella. Esta

fuerza pertenece a la superficie y es perpendicular a lalínea:

y = 𝐹

𝑙

Definición. La tensión superficial de un líquido es la fuerza por unidad de longitud

que ejerce la superficie deun líquido sobre una línea cualquiera situada en ella. Esta

fuerza pertenece a la superficie y es perpendicular a lalínea: ( 𝑁

𝑚 ), y en el antiguo

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

𝑐𝑚 ).

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

46

En el momento del desprendimiento de la gota (figura 3) del tubo cilíndrico la fuerza

de la tensión superficialdebe ser igual al peso de la gota, entonces:

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

es la masa de la gota.

Determinar la masa de una gota es muy difícil, entonces se puede determinar la

masa de muchas gotas, porejemplo, de N gotas, teniendo en cuenta que todas las

gotas son idénticas, se deduce que M = m .N donde M esla masa de N gotas,

entonces la masa de una gota es m = 𝑀

𝑁

La masa de N gotas se puede determinar midiendo el volumen que ocupan esas N

gotas, si aplicamos el conceptode densidad, tenemos que M = p . V donde p es la

densidad del agua y V es el volumen que ocupan N gotas,entonces la masa de una

gota se determina como:

Reemplazando m en la formula (*) y despejando se obtiene la formula definitiva para

el cálculo de la tensiónsuperficial del agua por el método de gotas:

47

La tensión superficial es una importante propiedad aplicable a los líquidos biológicos,

por ejemplo uno de losfactores de los cuales depende la resistencia del pulmón al

estiramiento es el carácter tenso activo de una sustancia “surfactante" secretada por

el epitelio alveolar; así mismo la prueba de “Hay" permite establecer si hay o no

Presencia de bilis (actúa como tenso activo) en una muestra de orina.

OBJETIVOS

1. Determinar experimentalmente la tensión superficial de un líquido dado y

relacionar su resultado con los factores que la afectan.

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

teórica.

MATERIALES

Gotero Graduado Agua Nonio

Jeringas (sin agujas) Alcohol

Capilares Regla graduada Beacker pequeño

PROCEDIMIENTO

I.) M_ETODO CON GOTERO O JERINGA:

1. Medir con ayuda del nonio el diámetro del orificio de salida de la jeringa (o gotero).

2. Se llena el gotero de agua.

3. Se consigue la cadencia de un goteo lento e intermitente. Se cuentan las gotas

caídas.

4. Se dejan de contar en el instante en que la probeta se llena hasta 2 ml.

5. Para disminuir el error aleatorio se repite por cada uno de los integrantes del

grupo.

6. Llenar la siguiente tabla de datos:

Nombre del Experimentador Volumen (ml) de lasN gotas Numero De Gotas

𝑉1 =

𝑉2 =

48

Se puede determinar que para una gota de líquido, cuando alcanza la forma esférica

justo al salir delgotero (o jeringa), la tensión superficial del líquido estará dada por la

fórmula:

8. Aplicando la formula anterior, teniendo en cuenta la densidad del agua utilizada,

calcule la tensiónsuperficial del agua.

9. Repetir procedimiento, pero ahora con alcohol.

10. Teniendo en cuenta los factores que pueden afectar las mediciones de las

tensiones superficiales halladas en la práctica de hoy, ¿Cuáles son esos factores?,

compare los resultados obtenidos con los valoresaceptados (tabulados).

Referencias [1] GONZALEZ, Ibeas J. Introducción a la física y Biofísica. Alambra. Ultima Edición.

[2] CROMER, Alan H.c Física para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte.

[3] Mc DONALDS, Burns Física para las Ciencias de la Vida y de la Salud. Addison-

Wesley Iberoamericana.

[4] LOBELO, Tulia, DUVA, Jaime, RODRIGUEZ, Jesús Manual de Laboratorio de

Química aplicada alas Ciencias de la Salud.

[5] NASSAR, Víctor. Química Medica aplicada a la Bioquímica. Edición 2003.

49



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: FUERZAS ELASTICAS EN EL CUERPO

HUMANO. LEY DE HOOKE

Practica N° 5

INTRODUCCION Todo cuerpo real, bajo la acción de las fuerzas aplicadas sobre él, se deforma, es

decir,varían sus dimensionesy forma. Como fuerzas de reacción aparecen fuerzas

elásticas (o recuperadoras), que se oponen a las de accióndeformante. Su origen es

el campo las fuerzas intermoleculares determinantes del equilibrio estructural del

cuerpo.

La deformación recibe el nombre de elástica, si después de cesar la acción de fuerza

el cuerpo vuelve a tomarlas dimensiones y la forma iniciales. Por su parte, los

cuerpos inelásticos son los que tras la acción deformadorano recobran su forma y

estructura iniciales (alambre de hierro dulce). Las deformaciones elásticas se

observancuando la fuerza que condiciona la deformación no supera cierto límite

(límite de elasticidad) determinado paracada cuerpo concreto.

Tomemos un resorte que en estado no deformado tiene una longitud𝑙0y fijemos uno

de los extremos del resorte,mientras que el alargamiento del resorte lo vamos a

examinar como la coordenada x del extremo opuesto, que secuenta desde la

posición de ésta que corresponde al resorte no deformado.

50

La figura (a) corresponde al resorte no

deformado, mientras la figura (b) corresponde al

resorte estirado. Comomuestra la experiencia,

con pequeñas deformacionesel alargamiento del

resorte resultado ser

proporcional a la fuerza de tracción 𝐹𝑒𝑙𝑎𝑠

(𝐹𝑒𝑙𝑎𝑠 = 𝐹𝑎𝑝𝑙𝑒 según la condición de equilibrio).

De maneraCorrespondiente, la fuerza elástica es

proporcionalal alargamiento del resorte:

El coeficiente de proporcionalidad k recibe el nombrede coeficiente de rigidez del

resorte. La afirmaciónacerca de la proporcionalidad entre la fuerza elástica yla

deformación se denomina Ley de Hooke. La figura (c) corresponde al resorte

comprimido, porque al comprimir el resorte también surgen tensiones elásticas

pero de otro signo. Analizando las figuras (b) y (c), se pude escribir que:

porque la proyección de la fuerza elástica en el eje x y la coordenada x siempre

tienen signos opuestos. El signomenos nos indica que la fuerza siempre se opone a

la deformación. El coeficiente k es referible exclusivamente alcuerpo con el que se

experimenta, de modo que si se ensaya con el otro cuerpo, la constante adquiere un

valordiferente. Así la elasticidad se refiere a la capacidad que tiene un objeto (solido)

de regresar a su estado originaluna vez cesa la fuerza que lo ha deformado.

En el cuerpo humano el concepto de elasticidad es de suma importancia; en efecto,

las arterias son más elásticasque las venas que son más distensibles pero menos

elásticas y esta diferencia justica la función que cada vasocumple en el sistema

cardiovascular, así las arterias junto con las arteriolas son vasos de resistencias

diseñadospara soportar altas presiones y regresan a su estado normal una vez

terminada dicha presión; las venas en cambio,son vasos de capacitancia diseñados

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

51

normal. Por otra parte la resistencia de los pulmones al estiramiento depende en

parte de la elasticidad delos tejidos pulmonares, particularmente las libras elásticas.

OBJETIVO GENERAL

Determinar de manera experimental la fuerza elástica (𝐹𝑒) que ejerce un resorte

cuando sobre él, actúa una fuerzadeformadora (𝐹𝑔) y la constante (K) de elasticidad

del resorte.

MATERIALES

Base Soporte Juegos de pesas

Muelle elicoidal (resorte) Porta pesas

Pinzas Regla

MONTAJE ACTIVIDADES

52

ANALISIS DE DATOS 1. Construye en un plano xy la gráfica𝐹𝑔𝑉𝑆 ΔL.

2. Es su grafica línea recta?. Si es línea recta calcule su pendiente.

3. Mediante un ajuste matemático determine la ecuación de la recta.

4. A que magnitud física corresponde la pendiente de la recta?

5. Según su gráfica, cual es la deformación del resorte si le aplicamos una fuerza de

5 N?

6. Use la ecuación de la recta encontrada en la pregunta 3 y calcule el peso y la

masa del cuerpo usado en elnumeral 6 del procedimiento. Compruebe el valor de

la masa usando la balanza.

7. La ley de HOOKE indica que la fuerza elástica es directamente proporcional a la

deformación sufrida porel resorte. Se satisface la ley de HOOKE?

Referencias

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

Barcelona 1995.

[2] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la

vida y de la salud.

Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989.

[3] CROMER, Alan H.cFísica para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverté

53



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: CALORIMETRIA EN SOLIDOS Y

LIQUIDOS

Practica N° 6

INTRODUCCION

Cuando el calor (Q) está asociado a un cambio de temperatura infinitesimal dT , lo

llamamos dQ. La cantidadde calor (Q) necesaria para elevar la temperatura de una

masa (m) de un cierto material de T1 a T2 esaproximadamente proporcional al

cambio de temperatura ΔT = T2 - T1 y a la masa (m) del material.

Si calentamos agua para hacer café, necesitamos el doble de calor para dos tazas

que para una, si el intervalo detemperatura es el mismo. La cantidad de calor

requeridatambién depende del material; Por ejemplo se requieren4190 J de calor

para elevar la temperatura de 1 kg de agua en un 𝑜𝐶 pero solo 910 J para elevar en

un grado latemperatura de 1 kg de aluminio, de lo anterior se desprende que:

Q = c x m x ΔT

Donde,

Q = es el calor requerido para cambiar la temperatura de la masa (m)

c = la capacidad calorífica del material. Este valor difiere para cada material.

Nota: La capacidad calorífica del agua es aproximadamente 4190𝐽

𝐾𝑔°𝐶 o 1

𝐶𝑎𝑙𝑔°𝐶

:

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

ya que a ella contribuyen los electrones que forman parte de los átomos del material,

como también es el caso de los sólidos, las oscilacionesque presenta la estructura

54

cristalina. En el caso de los gases, la capacidad calorífica tiene que ver con la

dinámicade las partículas que forman parte del gas.

El principio de equilibrio térmico dice que cuando dos sistemas ó sustancias, a

diferentes temperaturas, se ponenen contacto dentro de un recipiente aislado,

alcanzaran finalmente la misma temperatura como resultado de latransferencia de

energía térmica de los cuerpos calientes a los frascos.

La calorimetría es la medida de la cantidad de calor y tiene por objeto medir las

cantidades de calor desprendidaso absorbidas por los cuerpos en los intercambios

de energía calórica; en consecuencia permite conocer el calorespecífico o los

calores de transformación de una sustancia, o la temperatura final de una mezcla.

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que es necesario

suministrar a una unidad de masade dicha sustancia para elevar su temperatura en

un grado. Así por ejemplo el calor específico del platino es0; 032 𝐶𝑎𝑙𝑔°𝐶

, significa que

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

temperatura.

OBJETIVOS 1. Reforzar los conceptos de calor, temperatura y equilibrio térmico y su aplicación

en los mecanismos de latermorregulación corporal.

2. Adquirir destreza en el manejo del calorímetro.

3. Determinar experimentalmente el calor especifico de un sólido (metal).

MATERIALES

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

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

Agua Trípode con malla de asbesto

Balanza Mechero de Bunsen

Beaker de 100 cm3 Hilo para sujetar muestra

55

PROCEDIMIENTO Si deseamos determinar el calor especifico (C) de un sólido de masa (m), el curso de la

experiencia incluye lossiguientes pasos o etapas:

1. Determínese la masa (Mp) del calorímetro (recipiente interior) que tiene su calor

especifico (Cp).

2. Viértase en el calorímetro (recipiente interior) una cierta cantidad de agua de masa M,

y determínese la masa del calorímetro con agua (Mq)

3. Mídase la temperatura del agua (y recipiente interior) t1.

4. Determínese la masa (m) del solido problema y sumérjase durante 10 minutos en

agua en ebullición.

5. Mídase la temperatura (t2) del agua en ebullición, la misma del solido problema, y en

forma rápida páseseel sólido al calorímetro con agua y temperatura t1, tápese.

6. Agítese constantemente el sistema hasta observar la temperatura de equilibrio t, que

alcanza el sistema𝑡1< t <𝑡2

CALCULOS 1. Hallar la masa del agua utilizada: M = Mq- Mp

2. Aplicando la ley fundamental de la calorimetría _Q = 0, es decir,Q1 + Q2 + Q3 = 0

Donde

Q1 = calor perdido por el cuerpo problema

Q2 = calor ganado por el agua

Q3 = calor ganado por el calorímetro

Se tiene que

Despejando para el cuerpo problema

donde

Cp= Calor especifico del material del calorímetro.

56

3. Hallar el porcentaje de error, cometido en la práctica, previa consulta del calor

Especifico tabulado o teórico del solido problema.

Referencias

[1] STROTHER, G.K. Física aplicada a las Ciencias de la salud. Ed.: Mc. Graw Hill.

Altima edition.

[2] CROMER, Alan H.cFísica para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverté.

57



Código: Versión:

Componente de





Semestre:I



Horas Practicas: 2

Nombre de la práctica: LENTES CONVERGENTES Y DIVERGENTES

Practica N° 7

INTRODUCCION

Una lente es todo medio transparente limitado por dos superficies curvas o por una

curva y una plana. Se hacende discos circulares de diversos materiales que se tallan y

pulen hasta que adquieran la forma deseada. Hay dostipos básicos de lentes simples:

convergentes (convexas) y divergentes (cóncavas).

Las lentes emplean el fenómeno de la refracción de la luz, de modo que para lentes

esféricos los rayos de luz queinciden paralelos al eje principal (línea imaginaria

perpendicular a la lente en su centro), al refractarse se dirigenHacia la parte más gruesa

de la lente. Es por ello que las lentes convergentes son más gruesas en el centro que

enlos bordes y las cóncavas (divergentes) más delgadas en el centro que en los bordes.

Las imágenes que se producen cuando un objeto se sitúa frente a una lente pueden ser

reales (proyectarles enuna pantalla) o virtuales (no pueden recogerse en pantalla). Las

imágenes reales se producen por cortes de losrayos emergentes (los que salen de la

lente) y las virtuales se producen por cortes de prolongaciones de los rayosemergentes.

El ojo humano es un sistema complejo de lentes ya que la luz que llega a el mismo debe

pasar pordistintos medios refringentes antes de enfocarse en la retina. Si el ojo humano

es emétrope (normal) las imágenesque produzcan lentes externas, reales o virtuales,

deben formarse como reales en la retina.

La fórmula de Descartes, aplicada a lentes delgadas, es 1

𝑑𝑜 +

1

𝑑𝑖 =

1

𝑓donde do y di son

respectivamente, la distanciaobjeto y distancia imagen con relación a la lente y f es la

58

distancia focal (distancia entre la lente y el foco). Laecuación de las lentes o formula de

Descartes se aplica tanto a lentes convergentes como a las divergentes siempre que se

siga una cierta convención de signos, de acuerdo al autor del libro o capítulode óptica

correspondiente.Así una posible convención es:

1. f tiene valor positivo para lentes convergentes y negativo para lentes divergentes

2. di es positivo si la imagen es real y negativo si es virtual.

3. do es positivo si el objeto es real.

Para una lente delgada el aumento lineal está dado por: M = 𝑡𝑎𝑚𝑎 ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑛

𝑡𝑎𝑚𝑎 ñ𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 =

𝑕𝑖

𝑕𝑜con el

signo negativo paradistinguir entre los objetos derechos e invertidos y las imágenes de

acuerdo con la siguiente regla: El signo positivo

se utiliza para imágenes y objetos derechos; el negativo se utiliza cuando uno de los dos

es invertido. La potencia o poder de refracción de una lente en dioptrías se define como

el inverso del valor numérico de ladistancia focal en metros. Así𝑃𝑅 = 1

𝑓 , donde f debe

estar en metros (m). Vemos que una lente muy \potente"tiene una distancia focal muy

pequeña. El ojo humano (emétrope) tiene un sistema de lentes con una potencia de59 a

60 dioptra positivas.

OBJETIVOS

1. Distinguir las lentes convergentes de las divergentes.

2. Calcular o verificar experimentalmente la distancia focal de una lente convergente.

3. Determinar las distancias objeto (do) e imagen (di), en cada uno de los casos, al situar

un objeto a diferentesDistancias de una lente convergente.

4. Calcular el aumento producido por la lente para diferentes distancias del objeto frente

a la lente.

5. Calcular o verificar experimentalmente la potencia de una lente convergente.

MATERIALES

Dos (2) bancos ópticos de 50 cm cada uno _o uno de 100 cm

Lente convergente +28

Pantalla de proyección (1) Lente convergente +15 _o de potencia positiva desconocida

Lámpara de proyección (1) Lente divergente �15 _o de potencia negativa desconocida

Porta placas (1) Regla (auxiliar) de madera

Placa de una ranura en L (1)

59

PROCEDIMIENTO Y ANALISIS 1. Se disponen los elementos como lo indica la Figura 1:

2. Prenda la fuente luminosa, teniendo en cuenta la alineación correcta de los

elementos con la lámpara deproyección en 8 y la lente + 28 en 15 y coloque la lente

convergente + 15 en varias posiciones con respecto alobjeto (ranura en L) que debe

permanecer fijo. Ajuste en cada caso la posición de la pantalla hasta recogeruna

imagen nítida. Existe un rango en la posición de la pantalla dentro del cual se

observa la imagen.

3. Mida las distancias do y di y observe las características de la imagen en cada

caso.

4. Calcule la distancia focal, aplicando la ecuación de las lentes en cada caso

particular.

5. Calcule el aumento de la lente en cada caso particular.

6. Calcule el poder de refracción _o potencia de la lente en cada caso particular.

7. Llene la tabla siguiente, de acuerdo a las mediciones y cálculos realizados.

MEDICION 𝒅𝒐 𝒅𝒊 f M(aumento) 𝑷𝑹

𝟏𝒂

𝟐𝒂

𝟑𝒂

𝟒𝒂

Tabla 1

Con los elementos en la misma disposición repita el numeral 2 cambiando la lente

convergente de + 15 por una divergente de - 15. ¿Queobservo? ¿Queconclusión

obtiene?

60

9. Comente los resultados obtenidos en la columna de f en la tabla 1.

10. Comente los resultados obtenidos en la columna de PR en la tabla 1.

11. De acuerdo con la tabla 1 en cual medici_on la imagen registra un mayor

aumento? ¿Porque?.

12. Si el sistema de lentes que constituye el ojo humano se reemplazase por una

sola lente ¿Qué tipo de lenteserá y cuanto su distancia focal? (Tenga en cuenta la

introducción de esta práctica)

Referencias

[1] SIMON G.G. Mac DONALD, DESMOND M.BURNS Física para las ciencias de la

vida y de la salud.

Ed.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. 1989.

[2] CROMER, Alan H.cFísica para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Revert_e.

[3] STROTHER G.K. Física aplicada a las ciencias de la salud. Mc Graw

Hill.Ultimaedition.

53

ANEXOS

BALANZA MECÁNICA OHAUS

Equipo que nos permite medir la masa de un cuerpo o sustancia utilizando

como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el

cuerpo, esta balanza es de tipo mecánica que dispone de un platillo de carga en

la parte superior el cual es soportado por una columna que se mantiene en

posición vertical.

INSTRUCTIVO DE USO

1. Coloque la balanza sobre una base estable. Observe que en el lugar elegido no

se produzcan vibraciones mecánicas y circulaciones o corrientes de aire.

2. Coloque el objeto que va a medir su masa en el centro de la plataforma

izquierda.

3. Comenzando por el brazo de mayor capacidad (200 g), mueva la pesa hacia la

derecha hasta la primera muesca lo que hará caer el indicador, luego

hágala retroceder una muesca, haciendo que el indicador suba.

4. Repita el procedimiento con la pesa de (10 g) hasta la posición que

ubique el indicador en cero.

5. El peso del objeto es la suma de los valores de todas las posiciones

de los valores de todas las posiciones de pesa, leídas directamente en los

brazos graduados.

EQUIPO DE ÓPTICA

El equipo de óptica dispone de los elementos necesarios para llevar a cabo

diferentes demostraciones de óptica. Consiste de un banco de óptica

metálico, pantalla, lámpara, así como lentes de diferentes longitudes focales.

INSTRUCTIVO DE USO

1. Identificar y ubicar en la mesa de trabajo los elementos que se van a

emplear en la experiencia de óptica.

2. Realizar montaje de acuerdo a la actividad académica practica.

3. Atender las orientaciones del profesor y seguir las actividades descritas

para el desarrollo de la actividad académica practica.

4. Guardar los elementos usados en la experiencia.

LEYES DE LA PALANCA

El equipo de Leyes de la Palanca dispone de los elementos necesarios para llevar

a cabo diferentes demostraciones de la estática. Consiste de un banco de

elementos metálico, pinzas, soportes y pesas.

INSTRUCTIVO DE USO

1. Identificar y ubicar en la mesa de trabajo los elementos que se van a

emplear en la experiencia de óptica.

2. Realizar montaje de acuerdo a la actividad académica practica.

3. Atender las orientaciones del profesor y seguir las actividades descritas

para el desarrollo de la actividad académica practica.

4. Guardar los elementos usados en la experiencia.

MANUAL DEL LABORATORIO DE FÍSICA Y BIOFÍSICA · PDF fileMANUAL DEL LABORATORIO...

Documents

Transcript of MANUAL DEL LABORATORIO DE FÍSICA Y BIOFÍSICA · PDF fileMANUAL DEL LABORATORIO...