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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE ENERGÍA Y FÍSICA Biofísica
BIOFÍSICA
Concepto:
La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física.
Desde un punto de vista puede concebirse que los conocimientos y enfoques
acumulados en la física "pura" pueden aplicarse al estudio de los sistemas biológicos.
En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física, sin
embargo, le ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías.
La biofísica es una ciencia molecular e intenta explicar las funciones biológicas en
términos de estructuras moleculares y de las propiedades de moléculas específicas. El
tamaño de estas moléculas varía dramáticamente, desde pequeños ácidos grasos y
azúcares (~1nm = 10-9m), hasta moléculas como proteínas (5-10nm), almidones (>1000nm) y
las enormemente alargadas moléculas de ADN (cuya longitud es mayor que 10 000 000nm = 1cm, pero cuyo ancho es de sólo 20nm, ¡proporciones semejantes a las de un resorte
de 72 kilómetros de longitud!).
Estas moléculas son las unidades con las que se construyen los organismos vivos y se
ensamblan para formar las células, los tejidos y organismos enteros; así, forman
estructuras complejas de dimensiones del orden de 10, 100, 1000, 10,000 nm e incluso
más grandes. Por ejemplo, las proteínas de la leche se ensamblan para formar micelas
de caseína, las cuales a su vez se agregan para formar el suero del queso; proteínas y
ácidos ribonucleicos se ensamblan para formar los ribosomas, los organelos que fabrican
proteínas en el interior de las células; lípidos y proteínas se ensamblan para formar las
membranas celulares, que constituyen las barreras externas y las superficies internas de
las células; proteínas y ADN se enrollan para formar cromosomas, los portadores del
código genético; y así sucesivamente.
Por estas razones, muchos esfuerzos en biofísica se dirigen a determinar la estructura
de moléculas biológicas específicas, así como la de los agregados más grandes que
ellas forman. Parte de estos esfuerzos requieren inventar nuevos métodos o construir
nuevos instrumentos para visualizar estas estructuras.
Lic. CHRISTIAN PUICAN FARROÑAY
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ÁREAS DE LA BIOFÍSICA
Biomecánica
Glóbulos rojos.
La biomecánica es una disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras
de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano.
Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los
conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas,
para estudiar el comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de
las diversas condiciones a las que puede verse sometido.
La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de sus principios, ha
tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la
bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el
conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u
órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.
Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica; desde la clásica pata
de palo, a las sofisticadas ortopédias con mando mioeléctrico y de las válvulas cardiacas a
los modernos marcapasos existe toda una tradición e implantación de prótesis.
Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de
los sistemas modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en
potentes ordenadores, con el control de un gran número de parámetros o con la repetición
de su comportamiento.
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Historia y desarrollo de la biomecánica
Circulación sanguínea
Históricamente uno de los primeros problemas abordados por el enfoque biomecánico
moderno, resultó de intento de aplicar las ecuaciones de Navier-Stokes a la comprensión del
riego sanguíneo. Aunque usualmente se considera a la sangre como un fluido newtoniano
incompresible, esta modelización falla cuando se considera el flujo sanguíneo en las
arteriolas o capilares. A la escala de esas conducciones, los efectos del tamaño finito de las
células sanguíneas o eritrocitos individuales son significativos, y la sangre no puede ser
modelada como un medio continuo. Más concretamente, cuando el diámetro del vaso
sanguíneo es ligeramente mayor que el diámetro del erotrocito, entonces aparece el efecto
Fahraeus–Lindquist y existe una disminución en la tensión tangente al vaso. Así a medida
que el diámetro del vaso sanguíneo disminuye, los glóbulos rojos tienen que aplastarse a lo
largo del vaso y frecuentemente sólo pueden pasar de uno en uno. En este caso, se da un
efecto Fahraeus–Lindquist inverso y la tensión tangencial del vaso se incrementa.
Huesos Otro desarrollo importante de la biomecánica fue la búsqueda de ecuaciones constitutivas
que modelaran adecuadamente las propiedades mecánicas de los huesos.
Mecánicamente los huesos son estructuras mecánicas anisotropas, más exactamente tienen
propiedades diferentes en las direcciones longitudinales y transversales. Aunque sí son
transversalmente isótropos, no son globalmente isótropos. Las relaciones de tensión-
deformación en los huesos pueden ser modeladas usando una generalización de la ley de
Hooke, para materiales ortotrópicos:
módulos de Young en dirección longitudinal y transversal. coeficientes de Poisson. módulo de elasticidad transversal.
Subdisciplinas La Biomecánica está presente en diversos ámbitos, aunque tres de ellos son los más
destacados en la actualidad:
• La biomecánica médica, evalúa las patologías que aquejan al hombre para generar
soluciones capaces de evaluarlas, repararlas o paliarlas.
• La biomecánica deportiva, analiza la práctica deportiva para mejorar su rendimiento,
desarrollar técnicas de entrenamiento y diseñar complementos, materiales y
equipamiento de altas prestaciones.El objetivo general de la investigación biomecánica
deportiva es desarrollar una comprensión detallada de los deportes mecánicos
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específicos y sus variables de desempeño para mejorar el rendimiento y reducir la
incidencia de lesiones. Esto se traduce en la investigación de las técnicas específicas del
deporte, diseñar mejor el equipo deportivo, vestuario, y de identificar las prácticas que
predisponen a una lesión. Dada la creciente complejidad de la formación y el desempeño
en todos los niveles del deporte de competencia, no es de extrañar que los atletas y
entrenadores estén recurriendo en la literatura de investigación sobre la biomecánica
aspectos de su deporte para una ventaja competitiva.
• La biomecánica ocupacional, estudia la interacción del cuerpo humano con los
elementos con que se relaciona en diversos ámbitos (en el trabajo, en casa, en la
conducción de automóviles, en el manejo de herramientas, etc) para adaptarlos a sus
necesidades y capacidades. En este ámbito se relaciona con otra disciplina como es la
ergonomía.Últimamente se ha hecho popular y se ha adoptado la Biomecánica
ocupacional que proporciona las bases y las herramientas para reunir y evaluar los
procesos biomecánicas en lo que se refiera a la actual evolución de las industrias, con
énfasis en la mejora de la eficiencia general de trabajo y la prevención de lesiones
relacionadas con el trabajo, esta está íntimamente relacionada con la ingeniería médica y
de información de diversas fuentes y ofrece un tratamiento coherente de los principios
que subyacen a la biomecánica bien diseñado y ergonomía de trabajo que es ciencia que
se encarga de adaptar el cuerpo humano a las tareas y las herramientas de trabajo.
Biomecánica computacional La biomecánica computacional se refiere a la simulación mediante ordenadores de sistemas
biomecánicos complejos. Usualmente se usan tanto modelos de sólidos para simular
comportamientos cinemáticos, como modelos de elementos finitos para simular propiedades
de deformación y resistencia de los tejidos y elementos biológicos. El tipo de análisis
requerido en general es en régimen de grandes deformaciones, por lo que en general los
modelos materiales usan relaciones no-lineales entre tensiones y deformaciones.
Los tejidos blandos presentan comportamientos viscoelásticos: gran capacidad disipación de
energía, histéresis, relajación de tensiones, precondicionado y "creep". Por lo que
generalmente las ecuaciones constitutivas adecuadas para modelarlos son de tipo
viscoelástico e involucran tanto a tensiones y deformaciones, como a velocidades de
deformación. Algunos tejidos blandos incluso pueden ser precondicionados sometiéndolos a
cargas cíclicas, hasta el punto que las curvas de tensión-deformación para los tramos de
carga y descarga puden llegar a prácticamente solaparse. El modelo más comúnmente
usado para modelar la viscoelasticidad de los tejidos blandos es la teoría de la
viscoelasticidad cuasilineal (QLV).
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Tecnología biomecánica
La tecnología biomecánica se refiere tanto a dispositivos artificiales fabricados a partir de los
resultados encontrados a partir de la investigación biomecánica, como a los instrumentos y
técnicas usados en la investigación y adquisición de nuevos conocimientos en en el ámbito
de la biomecánica.
Órganos artificiales Son dispositivos y tejidos creados para sustituir partes dañadas del organismo. El análisis de
un órgano artificial, debe considerarse en la construcción de estos aspectos tales como
materiales que requieren unas particulares características para poder ser implantados e
incorporados al organismo vivo. Además de las características físicas y químicas de
resistencia mecánica, se necesita fiabilidad, duración y compatibilidad en un ambiente
biológico que siempre tiene una elevada agresividad. “El mayor problema que se plantea la
construcción de una prótesis se refiere a la relación entre el biomaterial y el tejido vital en el
que se inserta ya que es muy importante el control de las reacciones químicas de superficie
y microestructura, el tejido crece y tiende a incorporar incluso a nivel de los poros de la
rugosidad superficial, el material implantado.
Prótesis La sustitución de órganos por otros artificiales, constituye la frontera avanzada de la
ingeniería biónica. Dejando aparte las prótesis ortopédicas cuyo empleo ha tenido un
enorme desarrollo gracias a la aplicación de nuevos materiales y técnicas de cálculo, así
como a los avances en las técnicas de implantación por lo que cada día es más amplia la
gama de posibilidades de sustitución de órganos conocidos y menos conocido, lo cual
resulta de gran ayuda para pacientes y médicos un ejemplo de esto es la fabricación de
bombas de insulina para emplear en personas diabéticas.
Estudia las propiedades mecánicas, cinéticas y cinemáticas de los organismos, tomando en
cuenta sus características morfo-funcionales.
Sensores Para intervenir sobre cualquier órgano, se requiere el control y la medición continua de la
intensidad del fenómeno. Los sensores que constituyen el primer elemento del sistema, son
dispositivos que permiten detectar los fenómenos físicos y químicos, ofreciendo seriales de
salida proporcionales a la intensidad de las entradas. Las señales de entrada de muy
diversos tipos y convertidas en la mayoría de los casos en magnitudes eléctricas (ejemplo,
variaciones de presión y variaciones de resistencia eléctrica) corresponden a variaciones de
temperatura, de deformación muscular en los esfuerzos, de presión venosa o arterial, etc.
Los sensores pueden ser electrodos directos capaces de captar las señales procedentes de
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actividades celulares, o pueden consistir en detectores de concentraciones de sustancias
químicas.
Estimuladores Los estimuladores artificiales son utilizados para activar ciertos órganos o funciones que, aun
estando sanos no funcionan como es debido a causa de lesiones del sistema nervioso
central; según Claude Ville: “Una función extremadamente delicada ,es la que se lleva a
cabo para estimular el músculo cardiaco a través de un aparato marca pasos, que permite
regular los latidos cardiacos al proporcionar desde el exterior impulsos de corriente y que
resulta vital en algunos casos de arritmias cardiacas.” El marca pasos consta de una batería,
un generador y un modulador de impulsos eléctricos y un electrodo que transmite los
impulsos al tejido cardiaco. Existen muy diversos tipos de marca pasos (en la actualidad se
cuenta con más de 200 tipos diferentes) Los impulsos eléctricos generados por el aparato
pueden ser se frecuencia fija, es decir producidos a una frecuencia predeterminada, sin
ninguna relación con la actividad del corazón, pero en la actualidad se emplean mas los
marcapasos a demanda, o sea, mediante impulsos desencadenados cuando el propio
aparato reconoce un fallo en el ritmo cardiaco normal.
Bioacústica La bioacústica es una ciencia interdisciplinaria que estudia la audición de algunos animales.
Se basa en el análisis de emisiones de ruidos, su propagación a través de distintos medios y
la recepción por los seres vivos, incluyendo humanos.
Mecánica molecular La Mecánica molecular es una parte del modelado molecular, ya que implica el uso de
mecánica clásica/mecánica newtoniana para describir las bases físicas tras los modelos. Los
modelos moleculares describen normalmente átomos (núcleos y electrones en conjunto)
como cargas puntuales con una masa asociada. Las interacciones entre los átomos vecinos
son descritas por interacciones tipo oscilador armónico, "resortes", que (representando
enlaces químicos) y Fuerzas de van der Waals. El Potencial de Lennard-Jones es
mayormente usado para describir las Fuerzas de van der Waals. Las interacciones
electrostáticas son calculadas por la Ley de Coulomb. A los átomos se les asignan
coordenadas en el espacio cartesiano o en Coordenadas internas, y también se les pueden
asignar velocidades al realizar simulaciones dinámicas. Las velocidades atómicas están
relacionadas a la temperatura del sistema, una cantidad macroscópica. La expresión
matemática completa se conoce como una Función potencial y está relacionada a la energía
interna del sistema (U - Entropía), una cantidad termodinámica igual a la suma de las
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energías potencial y cinética. Los métodos que minimizan la energía potencial, son
conocidos como técnicas de disminución energética (como, steepest descent y Gradiente
conjugado), mientras que los métodos que recrean el comportamiento del sistema con el
correr del tiempo son conocidos como Dinámica molecular.
E = Ebonds + Eangle + Edihedral + Enon − bonded Enon − bonded = Eelectrostatic + EvanderWaals
Esta función, llamada Función potencial, calcula la energía potencial molecular como una
suma de cantidades de energía que describen la desviación del largo de los enlaces, los
ángulos de enlace y los ángulos de torsión fuera de los valores de equilibrio, más cantidades
para los pares de átomos no enlazados, ayudando a describir las interacciones de van der
Waals y las electrostáticas. El conjunto de parámetros que incluye las distancias de enlace
equilibradas, los ángulos de enlace, valores de carga parciales, constantes de fuerza y
parámetros de van der Waals; son conocidos de manera conjunta como un campo de fuerza.
Distintas aplicaciones de la mecánica molecular usa expresiones matemáticas que difieren
ligeramente y, por ende, distintas constantes para la Función potencial. Los campos de
fuerza de uso corriente en la actualidad han sido desarrollados usando cálculos cuánticos de
alto nivel y/o ajustándose a los valores experimentales. La técnica conocida como
Disminución Energética es usada para encontrar posiciones de "gradiente cero" para todos
los átomos; en otras palabras, un mínimo local de energía. Estados de menor energía son
más estables y son comunmente investigados por su función en los procesos químicos y
biológicos. Una simulación de Dinámica molecular, por otro lado, calcula el comportamiento
de un sistema en función del tiempo. Esto implica resolver las leyes de Newton de
movimiento, principalmente la segunda ley, F = ma. La Integración de las leyes de Newton
del movimiento, usando diferentes algoritmos de integración, conduce las trayectorias
atómicas en el espacio y el tiempo. La fuerza de un átomo es definida como el gradiente
negativo de la función potencial de energía. La técnica de disminución de energía es útil
para obtener una imagen estática para comparar entre los estados de sistemas similares,
mientras que la dinámica molecular provee información sobre los procesos dinámicos con el
agregado intrínseco de los efectos de la temperatura.
Variables
Las moléculas pueden ser modeladas al vacio o en presencia de un solvente como el agua.
Las simulaciones de los sistemas al vacio son conocidas como simulaciones de fase
gaseosa, mientras que aquellas que incluyen la presencia de moléculas de solvente son
conocidas como simulaciones con solvente explícito. En otro tipo de simulaciones, el efecto
del solvente es estimado usando un expresión matemática empírica; estas son conocidas
como simulaciones de solvatación implícita.
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División celular http://es.wikipedia.org/wiki/Divisi%C3%B3n_celular
Comparación de tres tipos de reproducción celular.
La división celular es una parte muy importante del ciclo celular en la que una célula inicial
(llamada "madre") se divide para formar células hijas. Gracias a la división celular se produce
el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los Tejidos (biología) y
la reproducción vegetativa en seres unicelulares.
Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele
estar asociada con la diferenciación celular. En algunos animales la división celular se
detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se
deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse
porque los telómeros se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger
a los cromosomas como tal.
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BIOPHYSICAL CHRONOLOGY Since the history of physics has been largely ignored in the text, we present the following chronology of biological, chemical and physical developments which are relevent to the material we have covered. Most entries reflect the first discovery or correct understanding of a phenomenon or principle. Islamic science flourished during the period from 800 to 1300 AD (or CE, "Common Era"), and there are many instances where a discovery was made by an Islamic scholar, which was then "rediscovered" by a "western" scholar some years (or centuries!) later. While a number of Islamic scholars are mentioned below in conjunction with material of interest to us, much more information is available at Muslim Scientists and Scholars and Muslim Scientists and Islamic Civilization. Note that the names of Islamic scholars were often Latinized in later references in western science; these names are found in parentheses below. Many of the dates are approximate (interpolated from dates of birth and death).
• 4xxx BC --- Egyptians astronomically measure time • 7xx BC --- India's use of anatomical models begins • ----------- Babylonians and Chinese understand planetary orbits • 5xx BC --- Alcmaeon (Greece) differentiates arteries from veins • 585 BC --- Thales studies static electricity and magnetism • 440 BC --- Democritus theorizes about atoms • 35x BC --- Aristotle reasons that the Earth is spherical • 240 BC --- Erastothenes computes the diameter of the Earth, suggests it orbits the sun • 800 CE --- Jabir Ibn Haiyan (Geber) develops experimental techniques in chemistry • 820 --- Mohammad Ibn Musa al-Khawarizmi develops algebra • 850 --- Yaqub Ibn Ishaq Al-kindi (Alkindus) relates musical harmony to the frequencies of the
notes involved • 880 --- Thabit Ibn Qurrah (Thebit) develops static equilibrium • 900 --- Abu Abdullah Al-Battani (Albategnius) develops trigonometric ratios • 980 --- Abu Al-Qasim Al-Zahravi (Abucasis) systematizes surgical techniques (including
dissection) • 1020 --- Abu Ali Al-Hussain Ibn Abdallah Ibn Sina (Avicenna) describes the anatomy of the
eye and of heart valves • 1025 --- Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham (Alhazen) begins science of optics • ----------- also anticipates Newton's First Law of Motion (force is required to change velocity) • 1100 --- Omar Al-Khayyam develops the binomial expansion • 1240 --- Ibn Al-Nafis Damishqui describes the circulatory system ** • 1249 AD --- Bacon mentions lenses for improving vision • 1275 --- Earliest recorded human dissection by William of Saliceto • 1451 --- Nicholas of Cusa invents concave lenses • 1490 --- da Vinci observes capillary action • 1512 --- Copernicus understands that the planets orbit the sun • 1540 --- Servetus discovers pulmonary circulation of blood ** • 1568 --- Varolio studies the anatomy of the human brain • 1583 --- Stevin understands hydrostatic pressure • 1585 --- Stevin formulates law of equilibrium • 1590 --- Galileo describes his experiments with gravity • ----------- Janssen invents the microscope • 1596 --- Galileo invents the thermometer • 1600 --- Gilbert writes his treatise on electricity and magnetism • 1603 --- Fabrici discovers valves in veins • 1604 --- Kepler writes his treatise on optics • 1608 --- Lippersley invents the telescope • 1609 --- Kepler understands planetary motion quantitatively
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• 1610 --- Beguin writes the first textbook on chemistry • 1611 --- de Dominis explains the rainbow • 1614 --- Santorio studies metabolism • 1619 --- Harvey discovers circulation of blood ** • 1621 --- Snel discovers the law of refraction • 1622 --- Oughtred invents the slide rule • 1643 --- Torricelli creates first artificial vacuum • 1648 --- Pascal understands fluid pressure • 1658 --- Swammerdam observes red blood cells • 1660 --- Malpighi discovers capillaries • 1661 --- Boyle defines chemical elements • 1663 --- Steno teaches that the heart is a muscle ** • 1665 --- Grimaldi explains diffraction • --------- Hooke describes cells ** • --------- Newton experiments with gravity, spectrum of light, invents differential calculus • 1668 --- Wallis suggests momentum conservation ** • 1674 --- Mayow describes nature of combustion • 1675 --- Leibnitz invents integral calculus • ----------- Romer discovers finite velocity of light • 1678 --- Huygens discovers polarization of light • 1680 --- Borelli describes mechanical nature of skeletomuscular system ** • 1687 --- Newton understands force and gravity quantitatively • 1690 --- Huygens publishes his (wave) theory of light • 1704 --- Newton defends emission theory of light • 1714 --- Fahrenheit develops temperature scale • 1726 --- Hales measures blood pressure ** • 1729 --- Gray differentiates between conductors and nonconductors ** • 1738 --- Bernoulli understands pressure and velocity of fluids • 1742 --- Celsius develops temperature scale • 1745 --- von Kleist invents the capacitor • 1748 --- Nollet discovers osmosis • 1752 --- Franklin's experiments with electricity • 1758 --- Marggraf invents chemical flame tests • 1760 --- Black introduces heat capacity • ----------- Lagrange formulates principle of least action • 1762 --- Black introduces latent heat • 1766 --- Cavendish discovers hydrogen less dense than air • 1771 --- Galvani discovers electrical nature of nerve impulses ** • 1775 --- Watt perfects the steam engine • 1777 --- Coulomb invents torsion balance (measuring charge) • ----------- Lavoisier discovers air is mostly O and N • 1779 --- Priestley discovers photosynthesis ** • 1784 --- Atwood accurately measures g • 1786 --- Kalproth discovers uranium • 1789 --- Lavoisier suggests conservation of mass • 1790 --- France introduces the metric system • 1800 --- Herschel discovers infrared rays ** • ----------- Volta constructs the first battery • 1801 --- Ritter discovers ultraviolet radiation ** • ----------- Young performs the 2 slit experiment • 1802 --- Dalton introduces atomic theory into chemistry • 1807 --- Fourier invents his analysis • 1811 --- Avogadro hypothesizes that gases are made up of molecules ** • 1812 --- Kirchoff discovers catalysis
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• 1814 --- Fraunhofer discovers spectral lines • 1818 --- Fresnel theorizes that light is a transverse wave ** • 1819 --- Oersted discovers electromagnetism • 1821 --- Faraday proposes flux line picture for electricity and magnetism • 1824 --- Carnot publishes his work on thermodynamics • 1827 --- Brown discovers "Brownian Motion" • ----------- Ohm formulates his law • 1830 --- Brown discovers cell nucleii in plants • 1831 --- Graham measures diffusion constants • 1834 --- Babbage invents the principle of the programmable computer • 1843 --- Joule determines machanical equivalent of heat • 1847 --- Helmholtz publishes about the conservation of energy ** • 1848 --- Thomson (Lord Kelvin) theorizes absolute zero • 1849 --- Fizeau measures the speed of light • 1850 --- Clausius formulates the entropy law • ----------- von Helmholtz measures the speed of nerve impulses • 1851 --- Thomson (Lord Kelvin) understands conservation and dissipation of energy • 1852 --- Frankland discovers valence • 1856 --- von Helmholtz understands physiological optics ** • 1859 --- Bunsen and Kirchoff begin spectrum experiments • ----------- Maxwell formulates his kinetic theory of gases • 1860 --- Kirchoff theory of black body radiation • 1862 --- Angstrom discovers H in the sun • ----------- Helmholtz publishes about sound and hearing • 1865 --- Loschmidt calculates Avogadro's number • ----------- Maxwell theorizes that light and electromagnetism have the same source • 1866 --- Secchi defines stellar spectral classes • 1869 --- Mendeleyev formulates the periodic table of the elements • 1873 --- van der Waals understands intermolecular forces ** • 1878 --- Kuhne coins term enzyme • 1879 --- Stefan understands thermal radiation • 1883 --- Reynolds defines his number • ----------- Thomson (Lord Kelvin) publishes about the size of atoms • 1887 --- Hertz observes the photoelectric effect • 1888 --- Hertz and Lodge independently prove that light and radio are the same phenomena • 1891 --- Eotvos shows equality of gravitational and inertial mass • 1895 --- Lorentz discovers his force • ----------- Rontgen discovers x-rays ** • 1896 --- Becquerel discovers radioactivity ** • 1897 --- Braun invents the oscilloscope • ----------- Rutherford discovers alpha and beta rays ** • ----------- Thomson discovers the electron • 1898 --- Benda discovers mitochondria ** • 1900 --- Planck formulates quantum theory • ----------- Richardson discovers electron emission • ----------- Villard discovers gamma rays ** • 1901 --- Curie measures heat equivalent of radioactivity • 1903 --- Einthoven invents the EKG • 1905 --- Einstein formulates photon theory of light and Special Theory of Relativity • ----------- Hertzsprung relates stellar luminosity to spectra • 1906 --- Nernst understands absolute zero • 1907 --- Boltwood invents radioactive dating • 1908 --- Perrin calculates the size of an atom • 1911 --- Milliken measures e/m
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• ----------- Rutherford's scattering experiments lead to his theory of atomic structure • 1912 --- Laue discovers x-ray diffraction ** • 1913 --- Bohr Theory of the atom • ----------- Russel develops theory of stellar evolution • 1914 --- Adams discovers white dwarf stars • ----------- Hertzsprung identifies main sequence stars • ----------- Rutherford suggests that H nucleus is fundamental "proton" • 1915 --- Einstein formulates the General Theory of Relativity • 1916 --- Schwarzschild theorizes black holes • 1919 --- Aston builds mass spectrograph and discovers isotopes • ----------- Rutherford discovers nuclear reactions • 1921 --- Stern and Gerlach discover spin • 1923 --- Compton identifies his wavelength • ----------- Svedberg invents the ultracentrifuge • 1924 --- de Broglie publishes his wave theory of matter • 1925 --- Pauli introduces the exclusion principle • 1926 --- Fermi links spin with statistics • 1927 --- Thomson observes electron diffraction • 1928 --- Hartree develops his approximation • ----------- London and Heitler apply quantum mechanics to chemical bonds • 1930 --- Dirac theorizes antimatter • 1931 --- Fermi theorizes the neutrino • 1932 --- Anderson discovers the positron • ----------- Chadwick discovers the neutron • ----------- Ruska builds first electron microscope • 1934 --- Fermi theorizes weak interactions • ----------- Zwicky theorizes neutron stars • 1935 --- Yukawa theorizes strong interactions • 1937 --- Rabi does first NMR experiments • ----------- Tiselius invents electrophoresis ** • 1938 --- Bethe understands solar fusion • ----------- Krebs dscovers the TCA cycle • 1939 --- Hahn and Strassman observe fission • 1940 --- McMillan and Abelson manufacture first artificial element • 1941 --- Lipmann understands high energy phosphates (ie., ATP) • 1946 --- Bloch and Purcell make NMR practical as an observational instrument ** • ----------- First electronic computer built at Pennsylvania University • 1947 --- Libby does first carbon-14 dating • 1948 --- Feynman develops QED (with Schwinger and Tomonaga) • 1951 --- Hodgkin and Huxley and Katz work on transmission of nerve impulses ** • 1952 --- First use of isotopes in medicine ** • ----------- First artificial fusion reaction (U.S. Hydrogen bomb at Eniwetok Atoll) • ----------- Franklin studies DNA with x-ray diffraction ** • ----------- Sanger understands (first) protein structure ** • 1953 --- Watson and Crick discover stucture of DNA ** • 1956 --- Lee and Yang understand parity violation • ----------- Neutrino discovered at Los Alamos • 1957 --- Calvin discovers his cycle • ----------- Esaki discovers tunneling in diodes • 1960 --- First laser constructed by Maiman • 1961 --- Gell-man and Ne'emen theorize quarks • 1964 --- Fitch and Cronin do experiments leading to CPT theorem • 1968 --- Development of Electroweak Model by Glashow, Salam and Weinberg • 1972 --- Gell-man theorizes QCD (Quantum ChromoDynamics, about strong force)
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• 1973 --- Gross, Politzer and Wilczek theorize asymptotic freedom • 1974 --- First experimental evidence of quarks • 1980 --- First Personal Computers • 1983 --- W & Z bosons first observed • 1988 --- First release of Mathematica • 1994 --- Hubble Space Telescope confirms existance of black holes • 1995 --- Top quark discovered
EL CALOR UNA FORMA DE ENERGÍA Cuando una piedra de masa m cae libremente, su altura z y su velocidad v cambian
conjuntamente, de manera que permanece constante, donde g es la
aceleración de la gravedad en la superficie de la tierra.
2)2/1( mvmgzE +=
El primer término de E : mgz es llamado energía potencial de la piedra y el segundo
término (E: 1/2mv2) es llamada energía cinética. Cuando llega al suelo z=0, su energía cinética es diferente de cero, de manera que también
E.
Un instante después, la piedra yace en reposo en el barro y su energía mecánica total es
cero. Aparentemente la energía mecánica no se conserva en presencia de barro.
Newton estriba en parte en haber observado que las leyes de movimiento se pueden
comprender mejor, donde complicaciones como los efectos de la fricción son apenas
apreciables. La fricción convierte energía mecánica en energía térmica. Cuando ésta se
toma adecuadamente en consideraciones, la energía se conserva.
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En la siguiente gráfica cada flecha representa un proceso de conversión de energía.
Calor: calorías. Calor: Joules
Luz solar
Fotosíntesis
Biomasa Comida Paseo
Nubes
Evaporación
Fuego
Diferencia de temperaturas
Lluvia Río
Electricidad
Célula solar
Carga
Batería Coche eléctrico
Turbina
Coche a gasolina
Calor producido = (Energía mecánica suministrada) x (0.24cal/J)
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COMO LA VIDA GENERA ORDEN Cuando dejamos caer una gota de tinta en un vaso con agua, la tinta se va mezclando, en
un proceso no veremos en cambio que una mezcla de tinta y agua se separe
espontáneamente.
a) Energía solar incidente de alta calidad. La tierra radia calor, energía de baja calidad.
+ Vida
Luz solar
Tierra
b) Plantas:
Luz Calor disipado, 02
H20
C02 … Azúcares, grasas,
tejidos vegetales,....
c) Animales: Calor disipado,
Azúcares, C02, H20
grasas, 02
Tejidos animales,
novena sinfonía. (a) Balance energético de la biosfera terrestre. La mayor parte de la energía incidente de alta
calidad es degradada a energía térmica y radiada al espacio, pero una parte es capturada y
utilizada para producir el orden que observamos en los seres vivos.
(b) Lo que las plantas hacen con la energía: la energía solar de alta calidad es utilizada en parte
para convertir moléculas de baja energía en moléculas de alta energía y para producir las
estructuras ordenadas que éstas forman: el resto es liberado en forma de calor.
(c) Lo que los animales hacen con la energía: la energía de alta calidad de las moléculas de los
alimentos es utilizada en parte para realizar trabajo mecánico y producir estructuras ordenadas;
el resto es liberado en forma de calor.
Referencia bibliográfica
- http://biofisica.blogspot.com/ -
Lic. CHRISTIAN PUICAN FARROÑAY
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