Guia de Practica Biofisica Aplicada a La Fisioterapia

UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA PROFESIONAL DE TECNOLOGIA MÉDICA ESPECIALIDAD TERAPIA FISICA Y REHABILITACION

BIOFISICA APLICADA A LA FISIOTERAPIA II CICLO

EPTM TERAPIA FISICA Y REHABILITACION

GUÍAS DE LABORATORIO INDICE

Pg.

LABORATORIO Nº 01: Incertidumbre: Medición, error experimental y porcentaje de error

02-05

LABORATORIO Nº 02: MEDICIONES: de longitudes, áreas y volúmenes

06-11

LABORATORIO Nº 03: MOVIMIENTO: Movimiento corporal, el andar humano

12-15

LABORATORIO Nº 04: HIDROSTATICA: Principio de Arquímedes: Densidad de sólidos

16-19

PRIMER PARCIAL DE LA BORA TORIO TORIO LABORATORIO N° 05: Densidad de fluidos

20 - 22

LABORATORIO Nº 06: PRESION: Medición Indirecta de la Presión Arterial

23-26

LABORATORIO Nº 07: ENERGIA: Transferencia y Conservación Conservación de la Energía

27-32

LABORATORIO Nº 08: PRESION: Presión Hidrostática

33-34

SEGUNDO PARCIAL DE LABORATORIO LABORATORIO Nº 09: VOLTIMETRO: Uso y Manejo de Voltímetro

35-38

LABORATORIO LABORATOR IO Nº 10: CALOR: Medición y Pérdida en la Transferencia Transfere ncia de Calor.

39-42

LABORATORIO Nº Nº 11: EQUIPONTENCIALES: EQUIPONTENCIALES: Medición de líneas líneas equipotenciales. equipotenciales. 43-45 LABORATORIO LABORATOR IO Nº 12: Propagación del Sonido

46-48

LABORATORIO Nº 13: REFLEXION: Transmisión, Refracción y Absorción de la Luz. 49-52 LABORATORIO LABORATOR IO Nº 14: Medición de la Agudeza Visual.

53-55

LABORATORIO Nº 15: Osmosis.

56-58

LABORATORIO Nº 16: Medición de la fuerza muscular.

59-62

TERCER PARCIAL DE LA BORA TORIO TORIO Estructu ra del formato para la entrega entrega de los inform es de laboratorio

63-65

2


GUIA DE LABORATORIO Nº 01 INCERTIDUMBRE: INCERTIDUMBRE: Medición y error experimental 1. COMPETENCIAS 1.1 Evalúa el proceso de medición teniendo en cuenta el error experimental. 1.2 Analiza e interpreta interpreta el comportamiento comportamiento de la curva de distribución distribución normal normal en un proceso proceso de medición correspondiente al número de frejoles que caben en un puñado normal.

2. FUNDAMENTO TEORICO La ciencia física trabaja solo con cantidades que pueden ser medidas, esto significa que estas cantidades se definen en forma operacional, esto significa que la definición de una cantidad física involucra como medir y con qué instrumento medir. la medición es un proceso por el cual se asigna un número y su correspondiente unidad a una cantidad física , con el propósito de compararla con otra cantidad física de la misma cualidad, tomada como referencia patrón, solo podemos comparar cantidades homogéneas o cantidades que tengan la misma cualidad o atributo. En un proceso de medición intervienen: (a) el objeto o fenómeno físico que se desea medir, (b) el instrumento de medida (c) la unidad Incertidumbre. La incertidumbre de medición es el parámetro asociado con el resultado de la medición, que caracteriza la dispersión de los valores que razonablemente podría ser atribuido a la medición, este parámetro podría ser una desviación estándar u otra parte de un intervalo que indica un cierto intervalo de confianza o de distribución más probable de los valores repetitivos de una medición.

3. MATERIALES -

1 Kg de frejol negro Recipiente de plástico

- Calculadora, Calculadora, lápiz, borrador - Una hoja de papel milimetrado

- Hojas cuadriculadas cuadriculadas - Regla

4. PROCEDIMIENTOS 4.1 De los integrantes del grupo solo elijan a uno de ellos varón o mujer para realizar la actividad. 4.2 Deposite los frejoles en el recipiente de plástico. 4.3 La persona elegida debe debe coger un puñado de frejoles del recipiente recipiente una y otra vez, hasta lograr un puñado normal, es decir el puñado que contiene a los frejoles no debe ser muy suelto ni muy apretado. 4.4 Una vez establecido su puñado normal, coge un puñado y pasa a uno de sus compañeros para que cuente el número de granos obtenidos. 4.5 El valor obtenido debe ser anotado en la tabla en N k (1) que corresponde al primer evento. 4.6 Repita la operación 50 veces hasta completar la tabla, para hacer más ágil la persona elegida debe repartir a sus compañeros el puñado de frejoles hasta cuando considera que está sacando el puñado normal de lo contrario esperar hasta volver todo los frejoles al recipiente.

3


K

NK

(NK-

X )

(NK X ) ²

F R m . . .

E . .

.

C .

.

U . .

E .

.

N . .

.

C .

.

I .

.

A .

.

.

M

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

4


50 N K

Σ(NK X ) ²

5


5. CALCULOS Y RESULTADOS 5.1 Determine la media aritmética de los 50 puñados de frejoles obtenidos, esta media aritmética es el número más probable, X de frejoles que caben en un puñado normal y se obtiene con la fórmula:

X

N K K N K

Promedio del número de frejoles por puñado: X

K

= ………………………………

5.2 Para llenar la segunda columna de la tabla utiliza (N K- X ) el valor obtenido en el evento uno menos el valor del promedio 5.3 Determine la incertidumbre normal o desviación estándar mediante:

( X )

( N K

( X ) de la medición anterior

X )²

K ( X )

Valor del error (incertidumbre):

( N K K

X )²

= ……………………………………

5.4 Anote la cantidad del puñado más pequeño (m) y el puñado más grande (M), y a partir de ¨m¨ anote los números siguientes en forma ordenada hasta llegar al último valor ¨M¨ 5.5 Ahora a partir de K1 hasta K50 marca 1 o una X en el cuadro donde se cruza los valores de Nk y la frecuencia 5.6 Una vez completado el proceso anterior , observa desde ¨m¨ hasta ¨M¨ las veces que se repiten los valores en una columna , cuente las veces que se repite y anote esta cantidad en la parte inferior de la tabla 5.7 En papel milimetrado dibuja la frecuencia vs número de frejoles y traza la mejor curva normal como se muestra en el ejemplo y a partir de ello realiza lo siguiente: 5.8 A 2/3 de la altura máxima de la curva, traza una recta horizontal generándose el segmento AB 5.9 Halla el valor de AB / 2 5.10 Compara el valor de AB / 2 con

( X )

SITUACIONES PROBLEMATICAS 1. ¿A qué se debe la diferencia entre su puñado normal de frejoles y el de sus compañeros? 2. Mencione una ventaja o desventaja de emplear pallares en vez de frejoles en el presente 3. 4. 5.

6. 7.

experimento En vez de medir puñados, ¿p odría med irse el número de fre joles que caben en un vaso, en una cuchara, etc.? ¿Qué sucedería si los frejoles fuesen de tamaños apreciablemente diferentes? Considerando que el promedio por puñado es de 60 frejoles ¿sería ventajoso colocar solo 100 frejoles en el recipiente, y de esta manera calcular el número de frejoles en un puñado contando los frejoles que queda en el recipiente Explique un posibles suceso que se observarían si en vez de 50 puñados extrajeran 200 puñados de frejoles Después de realizar el experimento, coge un puñado de frejoles, que puede Ud. Afirmar sobre el número de frejoles contenido en tal puñado (antes de contar)

8. Comparando los valores de

( X ) y AB / 2 entonces AB / 2 puede ser considerado

aproximadamente como la desviación estándar?

6


Ejemplo: k Nk

Nk - Ŷ

1

58

-4.75

22.56

2

60

-2.75

7.56

3

64

1.25

1.56

4

61

-1.75

3.06

5

59

-3.75

14.06

6

62

-0.75

0.56

7

65

2.25

5.06

8

68

5.25

27.56

9

64

1.25

1.56

10

60

-2.75

7.56

11

62

-0.75

0.56

12

65

2.25

5.06

13

67

4.25

18.06

14

63

0.25

0.06

15

61

-1.75

3.06

1

16

61

-1.75

3.06

1

17

62

-0.75

0.56

18

66

3.25

10.56

19

63

0.25

0.06

20

64

1.25

1.56

∑

1255

0

133.75

(Nk - Ŷ)² 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1

1

1

2

3

3

2

3

2

1

1

1

5 4 3,4 3

o

2,26 2

o

68

1

o

A o o

58

o B o

o

o

59

60

61

A

62

63

64

65

o

o

66

67

B

AB / 2 = (64,9 - 60,1)/2 = 4,8/2 = 2,4 ( X ) = 2,6 7


GUIA DE LABORATORIO Nº 02 MEDICION: Mediciones de longitudes, áreas y volúmenes de diferentes objetos COMPETENCIAS 1: Realiza mediciones de longitud, masa y volumen expresando sus resultados en cifras significativas. 2: Explica mediciones pequeñas, consiguiendo precisión mediante el uso del Vernier.

FUNDAMENTO TEORICO Incertidumbr es en una medición El conocimiento de la incertidumbre de los resultados de una medición es de vital importancia para los laboratorios y sus usuarios. La incertidumbre de medición es una medida muy importante de la calidad de un resultado o de un método de medición Factores que contribuy en a la incertidum bre de medición Conocimiento inadecuado de los efectos de las condiciones ambientales sobre las mediciones Deficiencias de la apreciación del operador en la lectura de los instrumentos analógicos Resolución del instrumento o equipo de medición Incertidumbre de la calibración de los patrones de medición Variaciones en observaciones repetidas Un instru mento puede ser m uy s ensible y a la vez poco exacto, al no estar su escala calibrada correctamente c on relación al patrón . No hay mediciones exactas. Cualquier medición siempre estará afectada por una serie de incertidumbres de muy diverso origen, como por ejemplo: el límite de precisión establecido por el fabricante del instrumento (establecido al comparar contra el patrón) ignorar correcciones indicadas por el fabricante (por ejemplo, cuando la temperatura del laboratorio no coincide con la de calibración del instrumento). imprecisiones de manipulación del operador que hace la medición. variaciones de voltaje, campos magnéticos, presión, etc. que afecten el instrumento de medición.

Error de medición. Es usual utilizar este término para designar la diferencia que existe entre el valor medido y el valor real del mensurando, que normalmente se desconoce. En el trabajo experimental no solo interesa determinar el valor numérico de la medida, sino también será necesario obtener una estimación de su incertidumbre, la incertidumbre proporciona un margen de confiabilidad, cuanto menor sea será más confiable. El resultado experimental siempre debe ser expresado como un intervalo dentro de cuyos límites podemos garantizar que se encuentra el valor más aproximado de la cantidad física que se ha medido el cual se expresa como: X ± ΔX …………………………. (1) Donde X es la cantidad física medida y ΔX es la incertidumbre absoluta 1. Incertidumbr e en medicion es directas

8


a. Para un a sola m edición a.1 Incertidumbre absoluta (ΔX) Cuando se mide se mide un objeto con una regla cuya escala esta en mm por ejemplo el resultado puede ser 21mm , pero no podemos decir que su longitud es exactamente 21 mm sino que dicha longitud será comprendida dentro de un intervalo mínimo

M = X ± ΔX

M = 21,0 ± 0,5mm

La incertidumbre absoluta (ΔX) en un instrumento de medición es igual a la mitad de la máxima precisión posible del instrumento ΔX=

1

(máxima precisión posible)

2 a.2 Incertidu m bre relativa (Ir) Se define como:

Ir = Incertidumbre absoluta = ΔX = ± 0,5 = ± 0,0238 Valor medido X 21,0

a.3 Inc ertidum bre por centu al I(%) La incertidumbre porcentual es la incertidumbre relativa multiplicada por 100 I(%) = ΔX *100 = ± 0,0238 = 2,38% X b. Para varias medicio nes Cuando se requiere reducir la magnitud del error se recomienda repetir el mayor número de veces posible la medición, así de esta manera al obtener el promedio de estas mediciones hallaremos el valor más confiable que cualquiera de las mediciones efectuadas

X

Suma de mediciones Número de mediciones Desviación o error absoluto (D): la desviación o error absoluto de cada medición es la diferencia entre el valor medido (X i) y el valor promedio ( X )

D = Xi - X Luego el error absoluto o desviación media del valor promedio está dado por el promedio aritmético de los valores absolutos de todas las desviaciones

( X i E a

X )² ;

N

E r

E a X

E (%)

E a X

(100%)

2. Incertidumbr e en medicion es indirectas Cuando se realizan mediciones indirectas a partir de cantidades medidas en forma directa, la incertidumbre en el resultado depende de las incertidumbres parciales de cada cantidad, consideraremos los siguientes casos: Suma = X + Y ± (∆X +∆Y ) Cociente =

X

X

X

Y

Y

X

Resta = X - Y ± (∆X +∆Y )

Producto = XY ± XY

X

y

X

y

Y Y

9


Nota: los valores ∆X y ∆Y no se restan como se hubiera hecho en la resta por cuanto en la med ición la in certid um bre es ta entre el m ínim o y máxim o error Resta = X – Y - (∆X - ∆Y ) VALOR MINIMO VALOR MAXIMO

Resta = X – Y + (∆X + ∆Y )

MATERIALES 1 probeta graduada de 400cm 3 3 monedas (un sol, 50 y 10 céntimos) 3 billas de acero o vidrio 1 alambre de 5cm de largo 1 tubo pvc de 3 a 5 cm de largo

1 regla graduada en cm y mm 1 balanza de tres brazos 1 hoja de papel A4 1 vernier 1 paralelepípedo (madera)

PROCEDIMIENTOS Dado los instrumentos que se muestran en la tabla, determinar la precisión del instrumento y determinar la incertidumbre absoluta y registrar sus datos correspondientes Instrumento

1.

Precisión de medición

Incertidumbre absoluta ( ΔX)

Regla Vernier Balanza de 3 brazos Probeta graduada Corta una hoja de la forma del gráfico y señala tal como se indica. A

B 2.

C

Mide con la regla cada lado del triángulo, expresando correctamente cada medición asociando con la incertidumbre absoluta, relativa y porcentual del instrumento que has utilizado V A L O R P R O B A B L E Segmento Longitud L= Lo ± ΔX L= Lo ± Ir L= Lo ± I(%) (Lo) AB BC AC

3.

En la balanza determina la masa de la moneda de un nuevo sol, la billa y el sólido dado, anota el resultado de las mediciones asociando con la incertidumbre absoluta, relativa y porcentual del instrumento que has utilizado

10


objeto

Masa (Mo)

V A L O R M= Mo ± ΔX

P R O B A B L E M= Mo ± Ir M= Mo ± I(%)

Moneda Billa solido

4.

Coloca en la probeta 60 cm3 de agua y luego introduce con cuidado primero una billa, mide el volumen , luego 2 y luego 3 billas anota tus resultados señalando la incertidumbre absoluta, relativa y porcentual

objeto

Volumen (Vo)

V A L O R V= Vo ± ΔX

P R O B A B L E V= Vo ± Ir V= Vo ± I(%)

1 billa 2 billas 3 billas

5.

Emplea el vernier para determinar el diámetro y el espesor de cada una de las tres monedas, indica las medidas con los errores asociados al instrumento:

Moneda

Diámetro (Do)

V A L O R D= Do ± ΔX

P R O B A B L E D= Do ± Ir D= Do ± I(%)

V A L O R E= Eo ± ΔX

P R O B A B L E E= Eo ± Ir E= Eo ± I(%)

1 Sol 0,5 sol 0,1 sol

Moneda

Espesor (Eo)

1 Sol 0,5 sol 0,1 sol

11


6.

Llena agua en la probeta aproximadamente hasta cierta altura anote cuanto marca, luego introduzca un objeto sólido irregular anote su nueva marca e indica las medidas con los errores asociados al instrumento:

Agua en probeta inicial

Volumen (Vo)

V A L O R V= Vo ± ΔX

P R O B A B L E V= Vo ± Ir V= Vo ± I(%)

final

7.

Con la ayuda del vernier determina el diámetro interno y externo del tubo, así como también el diámetro de la billa, indica los errores conocidos de cada medición

objeto

Diámetro (Do)

V A L O R D= Do ± ΔX

P R O B A B L E D= Do ± Ir D= Do ± I(%)

Tubo (E) Tubo (I) Billa

8.

Con el vernier determina el largo, el ancho y alto del paralelepípedo. Luego emplea la regla graduada en mm, indica el resultado de las mediciones considerando los errores absolutos relativos y porcentuales VERNIER

Segmento

Longitud (Lo)

V A L O R L= Lo ± ΔX

P R O B A B L E L= Lo ± Ir L= Lo ± I(%)

Largo Ancho Alto

12


REGLA

Segmento Longitud(Lo)

V A L O R L= Lo ± ΔX

P R O B A B L E L= Lo ± Ir L= Lo ± I(%)

Largo Ancho Alto

13


SITUACIONES PROBLEMATICAS 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

¿Qué regla es de mayor precisión: una graduada en cm, otra en pulgadas u otra en mm? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ¿Por qué es recomendable repetir varias veces una misma medición? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ¿Qué se entiende por el valor más confiable de una medición? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ¿Qué instrumento de medición de longitudes es de mayor precisión, la regla graduada en cm y mm o el vernier? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Reflexiona y responde cual será el volumen de la billa, considera la propagación del error y señala el error absoluto y porcentual …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Reflexiona, y responde como podría medir las magnitudes de objetos diminutos como la masa de un grano de arroz, el volumen de una gota de sangre, el grosor de una hoja de papel …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Determina el volumen del paralelepípedo, considera la propagación del error e indica el error absoluto y porcentual ¿da lo mismo emplear el vernier o la regla? ¿Por qué? ¿Qué instrumento da resultados más precisos? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Indica tus observaciones …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Indica tus conclusiones …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………

14


GUIA DE LABORATORIO Nº 03 MOVIMIENTO: Movimiento Corporal – El andar humano COMPETENCIAS: 1. 2.

Aplica ecuaciones del movimiento de caída libre, para determinar el tiempo de reacción que experimenta una persona ante un estímulo externo Aplica los conceptos básicos de la cinemática y del movimiento pendular para encontrar experimentalmente en una primera aproximación el movimiento de las extremidades inferiores de una persona

MATERIALES 01 de 50cm o 100cm de plástico o madera escala milimetrada 01 cronometro de 1/100 segundos de precisión 01 cinta métrica con escala en centímetros

FUNDAMENTO TEORICO 1. Aspectos fisiológicos La función principal del sistema nervioso es de procesar toda la información que recibe de forma que se produzcan las respuestas motoras adecuadas, esto es que el sistema nervioso controla las actividades corporales como: contracciones musculares, cambios viscerales, etc. recibe millones de datos de información procedentes de los órganos sensoriales y los entrega a diferentes órganos para determinar una respuesta corporal, la mayor parte de las actividades del sistema nervioso se inician por una experiencia sensorial procedente de receptores sensoriales sean estos receptores visuales, auditivos, táctiles de la superficie de un cuerpo u otros cuerpos, esta experiencia sensorial puede dar lugar a una inmediata reacción o puede almacenarse en el cerebro durante minutos, semanas o años.

2. Aspectos físicos a) Tiempo de reacción ante un estímulo externo Sabemos que los impulsos nerviosos tardan, en persona normal aproximadamente 1/5 de segundo para ir del ojo al cerebro y de este a los dedos Para determinar el tiempo de reacción ante un estímulo externo, tomamos en cuenta para el presente experimento las expresiones de caída libre. La figura (1) muestra la caída de un cuerpo desde una posición A, la distancia que recorre hasta llegar a la posición B está dada por la ecuación:

d V At

1 2

gt ²

………………………………….. (1) Cuando el cuerpo es soltado desde el reposo (V A= 0) la ecuación toma la forma:

15


d

1 2

gt ²

……………………………………………… (2)

Luego

al

despejar

¨t¨

se

tiene:

t

2d g

…………………………………………. (3) Tiempo ¨t¨ compatible con el tiempo de reacción de una persona ante un estímulo externo, tiempo que tardan los impulsos nerviosos para ir del ojo al cerebro y de esta a los dedos

Figura 1: determinación del tiempo de reacción

b) Efectos de la aceleración de la gravedad sobre los movimientos corporales Debido a la aceleración de la gravedad, el movimiento de las extremidades se asemeja en una primera aproximación, al movimiento de un péndulo, aunque el movimiento real es más complejo

16


Figura 2:

Paso com pleto

La ecuación que rige el movimiento pendular esta dado por:

T

2

L g

………………………………… (4) Siendo: T el periodo del péndulo, L longitud de la cuerda y g la aceleración de la gravedad Para calcular la rapidez de una persona en marcha normal, podemos considerar que sus extremidades realizan un movimiento pendular, por lo que, el tiempo en dar un paso será proporcional al periodo.

t

T 2

………………………………………..………………. (5)

d

2 x 2 Lsen( / 2)

………………………………….. (6) En consecuencia la rapidez media de paseo de la persona será:

Vm

d t

=

Vm

d T / 2

……………….…………………………….. (7) Luego reemplazando valores se tiene:

…….………………. (8) Estando V m en m/s y L en m El movimiento general del cuerpo humano durante la locomoción es de traslación, sin embargo, para obtener este resultado final los segmentos corporales efectúan movimientos de rotación alrededor de ejes que pasan por las articulaciones Hay que advertir que el movimiento en marcha es más complicado en su mecanismo por la complejidad de palancas, coordinación de masa, fuerzas de pie sobre el muslo, eficiencia de impulso, discontinuidad en la alineación, etc. por lo que muestra tratamiento en una primera aproximación

PROCEDIMIENTOS Tiempo de reacción frente a un estimulo 1) Un estudiante sostiene una regla en forma vertical como se muestra en la figura (1), otro estudiante con el pulgar e índice separados (3 cm aproximadamente), situado en la parte inferior de la regla (en cero) , tratará de ¨ cogerla ¨ en cuanto vea que es soltada. 2) Anota en la tabla (1) la distancia que ha recorrido la regla entre los dedos del estudiante hasta que es detenida 3) Repite estos pasos con los otros estudiantes del grupo y complete la tabla (1)

17


Tabla (1) Cas

Estudiante

o

Distancia d(m)

Tiempo t(s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a) b)

Movim iento de rotación rotación Para cada estudiante del del grupo, mida la longitud longitud de su extremidad extremidad inferior (L), (L), desde el trocánter mayor hasta el talón y completar la tabla (2) Mide la distancia de un paso (d) , para esto el estudiante deberá caminar 5 pasos completos en línea recta, luego a esta distancia dividirla por 5, anota su resultado en la tabla (2)

Estudiante

c)

L(m)

d(m)

X(m)

Tabla (2) Sen(α/2) Vm(m/ s)

Otro modo de calcular la rapidez de paseo es relacionando la distancia ¨d¨ y el tiempo ¨t¨ para un paso, complete la tabla (3)

Estudiante

d(m)

t(s)

Tabla (3) Vm(m/s)

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PROCESAMIENTO DE DATOS Y CUESTIONARIO d en función del tiempo b. Determina la ecuación de la recta formada por la gráfica d vvss t (distancia vs tiempo) (Tabla Nº 03) (distancia c. Analice los resultados resultados de sus graficas anteriores anteriores d. ¿Cuáles son las razones de que la velocidad media de un paso de la tabla (2) difiera de los datos de la tabla (3) e. Explica de qué manera la Biomecánica, ayuda en el estudio del movimiento corporal. a. Con los datos de la tabla (1) construya la gráfica

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

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GUIA DE LABORATORIO Nº 04 Principio de Arquímedes: Arquímedes: Densidad de sólidos COMPETENCIA: 1. Determina la densidad de sólidos de forma regular e irregular utilizando el principio de Arquímedes

MATERIALES 01 Soporte universal 01 cilindro de Cu, Al 01 canica 01 regla graduada

01 balanza 01 Cuerpo irregular (hueso) 01 calculadora 01 Hígado de pollo

01 vaso precipitado precipit ado 01 vernier 01 guante 01 Corazón de pollo

FUNDAMENTO TEORICO La densidad es una cantidad escalar, representa la relación entre la masa de una sustancia contenida en un determinado volumen, para calcular la densidad ( ρ) de una sustancia se mide la masa (m) y el volumen volumen (V), la unidad unidad en el sistema sistema internacional internacional es kg/m 3, la densidad de una sustancia se determina por el m é siguient e to d o d ir ec to utilizando la siguiente relación:

m V

……………………………… (1)

La densidad del agua a 4 oC es de 1000 kg/m 3 en general la densidad depende de la temperatura y presión

Mé to d o d e A rq u ím ed es Un cuerpo de forma arbitraria sumergido totalmente totalmente en un líquido contenido en un recipiente, experimentará experimenta rá una fuerza vertical hacia arriba denominado empuje (E), la magnitud de esta fuerza es igual al peso del líquido desplazado, debido a esta fuerza el cuerpo experimentará una disminución de su peso medido en el aire denominado peso real (W) el cual llamaremos peso aparente (W´) tal como se indica en la figura (1)

W’ W

(a)

E

(b) W

De la figura (1.b) se cumple: W´= W - E

…………………………….. (2)

Luego: E = W – W – W´ ………………………… …………………………….. ….. (3)

20


En virtud del principio de Arquímedes ¨la magnitud del empuje sobre el cuerpo es igual al peso del líquido desalojado por el mismo¨ es decir:

E m L g

V g ………………… (4)

L L

Dónde: ρL= densidad del líquido V L = volumen del líquido desalojado mL= masa del líquido desalojado g = aceleración de la gravedad Igualando la ecuación 3 y 4 se obtiene:

V g W W ´ ……………………. (5)

L L

Ya que:

V L

V

m

……………………….. (6)

c

Dónde:

V= volumen del cuerpo m= masa del cuerpo ρc= densidad del cuerpo Reemplazando (6) en (5) y despejando ρ c se obtiene:

W c

W W ´

*

L

………………….

(7)

Esta ecuación permite calcular la densidad de una sustancia conociendo la densidad del líquido, a este proceso se denomina m é to d o d e A r q u ím ed es

PROCEDIMIENTOS 1. Densid ad de sólidos regu lares por el mé tod o direct o ( fórmula matemática) a) Mide la masa de cada uno de los cuerpos y las dimensiones de los cuerpos usando la balanza y el vernier respectivamente y anota tus datos en la tabla (1)

Sólido

Tabla (1) masa (kg) Diámetro (m)

altura (m)

Cilindro Al Cilindro Cu Esfera de acero Esfera de vidrio

21


b) Con los datos anteriores determina el volumen de cada sólido y anota tus resultados y luego Calcula la densidad de los sólidos usando la ecuación (1) y completa la tabla (2) Volumen cilindro:

Volumen esfera:

Tabla (2)

Solido

Masa (kg)

ρ(kg/m )

V(m )


2. Dens idad de s ólido s r egu lares po r el m é to do de A rq uím edes a) Fija la balanza de acuerdo a las indicaciones del docente. b) Calibre la balanza. c) Mediante un hilo suspenda el cuerpo solido de la balanza según las indicaciones del docente y mide la masa del cuerpo en la posición suspendida (masa del cuerpo en el aire) anote el resultado en la tabla (3). d) Coloca suficiente agua en el vaso precipitado y sumergir completamente el cuerpo sin que toque el fondo ni la pared del vaso. e) Mide la masa del cuerpo sumergido en el agua (más del cuerpo en el agua) anote el resultado en la tabla (3). f) Con los datos encontrados calcule el peso del cuerpo en el aire y en el agua. g) Calcule la densidad del cuerpo con la ecuación (7) considerando que la densidad del agua es 1000 kg/m 3. Tabla (3) Solido

Masa del cuerpo en el aire (kg)

Masa del cuerpo sumergido (kg)

W (N)

W´(N)

ρ(kg/m3)


3. Dens idad de s ólido s ir regu lares po r el m é to do de A rq uím edes Realiza los mismos procedimientos de (4.2) y anota los resultados en la tabla (4)

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Tabla (4) Solido



W (N)

W´(N)

ρ(kg/m3)

Anillo Hueso humano Hígado de pollo Corazón de pollo

DATOS Y RESULTADOS 4. Densidad de los sólidos regulares a) Con los datos de la tabla (2) y (3) comparar los resultados obtenidos para la densidad por los dos métodos, usa la ecuación (9) y completa la tabla (5)

% E Dónde:

´

*100%

………………………… (9)

%E = error porcentual ρ = densidad por el método directo ρ´= densidad por el método de Arquímedes Tabla (5) Comparación de resultados

Solido

ρ(kg/m3) método directo

ρ(kg/m3) método Arquímedes

%E

Cilindro Al Cilindro Cu Esfera de acero Esfera de vidrio 5. Densidad de los sólidos irregulares a) Con los datos de la tabla (4) y el valor teórico (investigue) compare los resultados obtenidos para la densidad de los diferentes objetos usa la ecuación (9) y completa la tabla (6) Tabla (6) Comparación de resultados

Solido


ρ(kg/m3) valores teóricos

%E

Anillo Hueso humano Hígado de pollo Corazón de pollo

SITUACIONES PROBLEMATICAS a) Según el resultado obtenido de la densidad del anillo ¿de qué material podría ser dicho anillo?

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b) ¿Cómo se podría determinar la densidad de cualquier órgano humano? c) Un cuerpo irregular de 3 kg de masa está suspendida de un dinamómetro, el cual mide el peso aparente de 12,3 N hallar la densidad del cuerpo (g=9,81m/s²; ρ agua = 1g/cm3). d) Si tiene un recipiente con agua, el cual es colocado sobre una balanza, si introduce su dedo explica que pasa con la balanza. e) Investiga sobre el valor teórico de las densidades del hueso.

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GUIA DE LABORATORIO Nº 05 DENSIDAD: Densidad de fluidos COMPETENCIA: 1. Determina la densidad de líquidos mediante el principio de Arquímedes

MATERIALES 01 balanza 01 vernier 01 calculadora

01 vaso precipitado 01 probetas graduadas Agua, alcohol, suero, sal, leche, aceite

FUNDAMENTO TEORICO La densidad es una propiedad general de todas las sustancias. No obstante su valor es específico para cada una de ellas, lo cual permite identificarla o diferenciarla de otras. La densidad de los líquidos se mide de una manera similar a como se midió la densidad de los sólidos. En este caso también se puede calcular de tres formas: el método directo empleando directamente el densímetro, el método de la probeta y mediante el principio de Arquímedes. Es necesario tener en cuenta la temperatura porque ésta influye en el valor de la densidad: a medida que aumenta la temperatura, la densidad del líquido se hace ligeramente menor . La presente practica pretende enseñar y establecer de una forma sencilla que es densidad, así como también algunos métodos para obtener el volumen y la masa y a partir de ellos calcular la densidad de algunas sustancias, o simplemente enseñarnos cuál es el manejo adecuado para usar un instrumento especializado en la medición de esta propiedad. Para poder determinar la densidad de cualquier líquido por el método de Arquímedes previamente debemos tener la densidad de un sólido de referencia ya sea aluminio, cobre, bronce, etc. determinado previamente también por el método de Arquímedes en el agua mediante la ecuación ya conocida en la práctica anterior.

W c

W W ´

*

L

………………….

(1)

Luego despejando ρ L de la relación anterior, la ecuación que permite determinar la densidad de un líquido, mediante el principio de Arquímedes esta dado por:

W W L

W

*

c

………………… (2)

Donde:

ρL = densidad del liquido en estudio ρC = densidad del solido de referencia W = peso del sólido en el aire W ´= peso del sólido en el liquido sumergido

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PROCEDIMIENTOS 1. Determin ación de la dens idad del sólido de referencia a) Fija la balanza de acuerdo a las indicaciones del docente. b) Calibre la balanza.

Mediante un hilo suspenda el cuerpo solido de la balanza según las indicaciones del docente y mide la masa del cuerpo así suspendido (masa en el aire) anote el resultado en la tabla (1). d) Coloca suficiente agua en el vaso precipitado y sumergir completamente el cuerpo suspendido sin que toque el fondo ni la pared del vaso y nuevamente mide la masa (masa en el agua) anote el resultado en la tabla (1). e) Con los datos encontrados calcule el peso del cuerpo en el aire y en el agua. f) Calcule la densidad del cuerpo con la ecuación (1) considerando que la densidad del agua es 1000 kg/m 3 Tabla (1) Solido de Masa del Masa del cuerpo W (N) W´(N) ρ(kg/m3) referencia cuerpo en el sumergido (kg) aire (kg) c)

2. Den si da d de líq ui do s p or el m é to do de A rq uím edes a) Con el montaje realizado y con el sólido de referencia , ahora cambia el agua del

recipiente por otro liquido anota en la tabla (2) el valor del peso en el liquido respectivo, porque en el aire es el mismo b) Repite los pasos de los procedimientos con los diferentes líquidos de la tabla (2) c) Calcula la densidad de los líquidos usando la ecuación (2) considerando como densidad de referencia, la densidad del solido determinado en el procedimiento (1) Tabla (2)

Sustancia



W (N)

W´(N)

ρ(kg/m3)

Aceite Leche Suero Alcohol Agua salada coca cola

DATOS Y RESULTADOS a) Con los de la tabla (2) y el valor teórico (investigue) compare los resultados obtenidos para cada liquido y determina el porcentaje de error para cada caso. Tabla (3)

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Sustancia


ρ(kg/m3) valores teóricos

%E

Aceite Leche Suero Alcohol Agua salada coca cola

OTROS METDOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LIQUIDOS

1. Mé to d o d ir ec to Cons iste en llenar el líqui do en una prob eta y luego s e intro du ce el dens ímetr o y de m anera dir ecta se p od ráob servar la lectur a en d icho instrumento.

2. Mé to do de la p ro b et a En este procedim iento se utiliza la balanza y la probeta, prim ero de mide la m asa de la pr ob eta vacía, luego se int ro du ce un a cant id ad de líqu ido , el cu al ya se puede ob servar el volumen de manera inmediata, luego n uevamente se mi de la m asa de la pr ob eta con el líqui do en su interio r y s e tendr á un a nu eva masa, y po r diferenc ia se determin a la m asa del líqui do, finalm ente se aplica la form ula conocid a:

m V

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SITUACIONES PROBLEMATICAS a) Si los líquidos ejercen empuje, entonces el aire también ejercerá empuje, ¿Por qué? b) Un cuerpo de 4 litros de volumen se encuentra sumergido completamente en un liquido contenido en un recipiente, determina el valor de la fuerza de empuje que actúa sobre dicho cuerpo en N c) Tratar los métodos para determinar la densidad de los líquidos d) ¿Qué es un aerómetro e indique sus usos e) Investiga sobre el valor teórico de la densidad de los fluidos. f) ¿La densidad sirve como criterio para establecer la pureza de un líquido? g) ¿Se afecta significativamente la densidad de un líquido con los cambios de temperatura? ¿Con los cambios de presión? h) ¿Cómo se determina la densidad de un gas? ¿Qué factores afectan la densidad de los gases?

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GUIA DE LABORATORIO Nº 06 PRESION ARTERIAL: Medición indirecta de la presión arterial COMPETENCIA 1. Determina indirectamente la presión arterial. 2. Aplica técnicas y procedimientos para la medición de la presión arterial.

FUNDAMENTO TEORICO Definición. Es la medición indirecta de la presión dentro de las arterias ejercida por la sangre impulsada por el corazón. Sinónimos. Tensión arterial, TA, PA. Material. Se requiere un estetoscopio, tensiómetro, manómetro. Existen tres tipos principales: De columna de mercurio, aneroide y digital. Todos ellos requieren calibración periódica.

Método. La habitación debe ser cómoda con una temperatura apropiada. El sujeto debe estar sentado con la espalda apoyada en el respaldo o acostado durante 5 a 10 minutos antes de la medición. También debe estar tranquilo, relajado y en silencio, sin cruzar ni brazos ni piernas. Si se desea volver a medir, hay que dejar pasar un periodo de al menos 5 minutos. El método es similar para el esfigmomanómetro de mercurio y aneroide. En el caso de los manómetros digitales, no se requiere el empleo del estetoscopio. Se recomienda el empleo de esfigmomanómetros de brazo más que los de muñeca, ya que a mayor distancia del corazón, es posible que la información obtenida no sea fidedigna.

Interpretación.

Tabla 01. Categorías Actuales de Hipertensión Arterial

Categoría

Presión Sistólica (mm. Hg)

Presión

Diastólica

(mm.

Hg) Pre hipertensión

120-139

80-89

Estado 1 de Hipertensión

140-159

90-99

Estado 2 de Hipertensión

≥ 160

≥100

Fuente: The Seventh Report of the Joint National Committee on Prevention, Detection, Evaluation and Treatment of High Blood Pressure. The JNC7 Report.

Precauciones. El manguito debe cubrir dos tercios del brazo a lo largo. En caso de pacientes muy delgados o muy obesos, debe usarse un manguito especial. Si la manga arremangada de la camisa o blusa constriñe el brazo, es mejor que el sujeto se la quite y vista una bata de paciente. En presencia de una fístula arteria-venosa en ese brazo (habitualmente para hemodiálisis), se mide la presión en el otro brazo. En la primera medición se hace en cada brazo y se anota en el expediente en cuál brazo es mayor. En las demás mediciones se usará ese brazo.

MATERIALES 1 tensiómetro 1 reloj 1 calculadora

1 estetoscopio 3 manómetros 1 hoja de papel A 4

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Instrumentos empleados en la determinación de la presión arterial Los instrumentos para medir la presión cuentan en todos los casos con un brazalete de vinil, un sistema para registrar la presión en kPa y/o mm. Hg y un fonendoscopio. Los equipos de uso común que se encuentran en el mercado son los siguientes: 1. Esfigmomanómetro de mercurio.Es el instrumento de elección por su fiabilidad, este tipo de equipo es el que menos se descalibra y permite obtener las medidas de presión más exactas. Los demás tipos de esfigmomanómetros deben ser calibrados y/o validados con un esfigmomanómetro de mercurio de referencia. Existen presentaciones de una y dos columnas. Este instrumento tiene una alta durabilidad, trabaja por gravedad y aunque existen versiones más ligeras para su uso en el hogar, este no es muy recomendable, debido principalmente a los peligros asociados con el mercurio y a que se requiere de un personal entrenado para lograr mediciones exactas. Para su adecuado mantenimiento se requiere guardar el instrumento en posición vertical sobre una superficie plana y revisar regularmente los caños de goma, el manguito y la columna tubular, con el fin detectar posibles roturas o pérdidas de mercurio. Se debe calibrar el aparato anualmente. Figura1. Esfigmomanómetro de mercurio

2. Esfigmomanómetro aneroide -de tipo reloj Consta de las siguientes partes: Brazalete de vinil, manómetro con elementos sensores elásticos, pera anatómica, estetoscopio de fácil manejo. Es el esfigmomanómetro más comúnmente utilizado, pero también es los más susceptibles a la descalibración. Suele ser de bajo costo, fácil de cargar y de guardar. El reloj debe ser leído de frente al observador. Su manejo adecuado requiere de personal entrenado. Se recomienda calibrar el instrumento semestralmente, después de una caída o en caso de detectar una diferencia mayor a 4 mm. Hg en las medidas de presión, cuando el mismo observador lo compara con un esfigmomanómetro de mercurio calibrado y en buenas condiciones -también puede utilizarse como referencia un esfigmomanómetro automático debidamente calibrado y validadoLa agudeza visual y auditiva del observador debe revisarse semestralmente. Figura 2. Esfigmomanómetro aneroide Equipo de Presión

3. Esfigmomanómetro digital: Este puede ser automático o semiautomático. Existen también modelos automáticos de pulsera (o con ajuste a la muñeca). A diferencia de los otros tipos de esfigmomanómetro, el tensiómetro digital permite la detección indirecta de la presión arterial mediante un transductor electromecánico. El equipo automático tiene todas sus partes integradas, es muy fácil de operar y minimiza el error humano que pueda injerir en los resultados obtenidos. El brazalete tiene un tamaño variable que facilita el ajuste de acuerdo a las características del paciente (aunque esta propiedad es limitada). Son instrumentos ligeros y fáciles de transportar. Determinan tanto el pulso como la presión arterial sistólica y diastólica.

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Sin embargo, suele ser más caro que los otros modelos, a la vez que son frágiles y sensitivos, por lo que la exactitud de su determinación puede verse afectada por factores ambientales como el ruido, la vibración e incluso por el movimiento del paciente durante la toma de su presión arterial. El aparato debe ser calibrado y validado utilizando como patrón un esfigmomanómetro de mercurio.

PROCEDIMIENTOS a. El brazo izquierdo es donde habitualmente se mide la presión y debe localizarse a la altura del corazón, si el sujeto está sentado, el antebrazo debe apoyarse en una superficie como una mesa con la palma hacia arriba. Si el sujeto está acostado, solo que extienda el brazo al lado del cuerpo. b. Se coloca el manguito (bolsa inflable de hule cubierta por tela) alrededor del brazo izquierdo por arriba del pliegue del codo sin ninguna prenda de vestir entre la piel y el manguito. No debe quedar apretado, debe permitir el paso del dedo meñique entre la piel y el manguito. Las mangueras que conectan el manómetro con el manguito deben localizarse sobre el pulso braquial (sitio localizado arriba del codo, por dentro del músculo bíceps donde se palpa el latido cardiaco). c. La base del esfigmomanómetro se coloca a la altura del corazón del sujeto. d. Se coloca el disco del estetoscopio en el mismo sitio y se bombea rápidamente la perilla del tensiómetro vigilando que la cifra alcanzada sea 220 (solo si se sospecha presión alta, insufle hasta 250). e. Se libera lentamente la presión del manguito y se escucha atentamente a través del estetoscopio para detectar el inicio de las pulsaciones que corresponde a la presión sistólica, es la presión que se anota primero y es la más alta. f. Se continúa escuchando las pulsaciones hasta que cambian de tono antes de desaparecer. Esa presión es la diastólica, es la que se anota después de la diagonal y es la más baja. Así, una presión sistólica de 120 y una presión diastólica de 80, se anotarían 120/80. Es conveniente anotar la hora y la fecha, así como si la hora de la toma de medicamento, su nombre y dosis.

Reporte de la presión arterial Es conveniente contar con tarjetas u hojas impresas especiales, donde reportar los datos de presión arterial obtenidos. Se sugiere el siguiente formato: PAS: Presión arterial sistólica PAD: Presión arterial diastólica Nombre del paciente:

Orden

Paciente

Evaluador

PAS (mm. Hg)

PAD (mm. Hg)

01 02 03 04 05 06 07 08

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09 10

Promedio:

SITUACIONES PROBLEMATICAS 1. Determina los promedios de las presiones: PAS y PAD, en su mesa de trabajo y compare con los datos de la tabla Nº 01 2. ¿Es recomendable repetir varias veces una misma medición en la presión arterial? ¿Por qué? Sustenta tu respuesta. 3. ¿En qué brazo es recomendable medir la presión arterial o es indiferente elegir uno u otro? 4. ¿La presión arterial en un mismo ser humano es constante en toda su vida? 5. ¿Cuáles son los factores que determinan la diferencia de presión arterial en los seres humanos? 6. ¿Cómo medirías la presión arterial a un recién nacido? 7. ¿La presión arterial de los varones y las mujeres son diferentes, a que se debe esta diferencia? 8. ¿Qué problemas de salud tendrían los seres humanos si supresión sistólica es menor 90 mm. Hg o superior a 120 mm. Hg? 9. ¿Cómo afecta la presión atmosférica en la dinámica interna del organismo humano? Alcanzar cinco ejemplos.

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GUIA DE LABORATORIO Nº 07 TRANSFORMACION Y CONSERVACION DE ENERGIA COMPETENCIAS 1. Evalúa la energía y potencial desarrollada por los seres vivos; además cuantifica rendimiento de máquinas reales. 2. Interpreta las diferentes formas de energía. 3. Evalúa la transformación de la energía y la conservación de la energía mecánica

MATERIAL ES Y EQUIPOS 01 Canal o guía 01 objeto esférico 01 soporte universal

01 cronometro 01 regla 1m 01 balanza

01 resorte 01 juego de pesas 01 porta pesas

FUNDAM ENTO TEORICO En er g ía El concepto de energía surge aproximadamente en la década de 1850 con la invención de la máquina de vapor, este concepto puede ser utilizado para designar un tipo específico de energía (cinética, potencial magnético, eléctrico, etc.) Como también para indicar el lugar de donde provienen o se almacenan los diferentes tipos de energía (solar, interna, nuclear, etc.) Las ciencias físicas trabajan exclusivamente con magnitudes que se pueden medir con la ayuda de un instrumento de manera que se puede asignar un valor numérico. Actualmente se conocen muchos tipos de energía: cinética, potencial, magnética, energía en reposo; a estas magnitudes se les puede asignar un valor numérico que dependerá de las características propias del sistema observado en un determinado instante y puede estudiarse los cambios que experimenta con el transcurso del tiempo o los cambios que experimenta su valor por efecto de agentes externos. En el cuerpo humano, todas las actividades del cuerpo incluyendo el pensar, involucran transformaciones de energía. Al realizar un trabajo consume energía, ejemplo levantar una pesa o montar una bicicleta representa solo una pequeña fracción de la energía total utilizada por el cuerpo. En condiciones de reposo alrededor del 25% de la energía del cuerpo es utilizada por los músculos y el corazón, el 19% por el cerebro, el 10% por los riñones y el 27% por el hígado y el bazo. Básicamente la fuente de energía de nuestro cuerpo está en los alimentos, para obtener esta energía el cuerpo debe generar reacciones químicas para romper las moléculas o producir cambios que liberan la energía contenidas en ella

En er g ía m ec án ic a La energía mecánica es un concepto que facilita la descripción del movimiento de los cuerpos constituye una alternativa diferente para el estudio del movimiento mediante las leyes de Newton donde es necesario conocer todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo o sistema; sin embargo en muchos casos es muy difícil determinar todas las fuerzas y por consiguiente no podemos aplicar en forma directa las leyes de Newton. Los conceptos de trabajo y energía proporcionan métodos alternativos para resolver problemas los cuales están basados en el principio de la conservación de la energía, indica que siempre que desaparece algún tipo de

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energía en un sistema (cinética, potencial) aparece en algún otro sistema igual cantidad de energía, del mismo o de otro tipo. La energía total permanece constante, aunque no se conserve cada una de ellas por separado

Trabajo La palabra trabajo tiene diferentes significados en el lenguaje cotidiano, en la física tiene un significado muy específico y es utilizado para medir la acción de una fuerza sobre un cuerpo en movimiento, el trabajo mide la energía de un cuerpo El trabajo (W) efectuado por una fuerza constante, tanto en la magnitud como en dirección, se define como el producto de la componente de la fuerza paralela al desplazamiento por la magnitud del desplazamiento W=Fdcosө ………………… (1) Donde; Fcosө es la componente de la fuerza F, paralelo al desplazamiento del cuerpo figura (1) F θ

m

d Figura Nº 01 La unidad de trabajo es el joule (J):

1J = 1 Nm

Fo rm as d e en er gía m ec án ic a a) En er g ía cin é tic a Es la energía que poseen todo los cuerpos en movimiento, esta energía se expresa mediante la ecuación

………………….. (2)

Dónde:

m=masa del cuerpo

;

v= velocidad

b) E ner gía po ten ci al Es la energía que posee un cuerpo en razón a su estado o posición, se define las siguientes formas de energía potencial

b.1 Ener gía po tenc ial gr avit ator ia Es la energía que posee un cuerpo en razón a su posición con relación a un nivel de referencia, se define como el producto de su peso (mg) y su altura (h) figura (2)

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Ep = mgh

…………….. (3)

mg

h

Nivel de referencia Fig. 2 Fig. (2) Un o bjeto de m asa m, situado a una altura h b .2 En erg ía po te nc ia el ást ic a Un resorte estirado o comprimido posee una energía potencial elástica dada por la ecuación: ………………………… (4) Donde, k es la constante del resorte, es la medida de la rigidez del mismo y depende del material con que está fabricado m 0

X Fig. (3)

Fig . (3) Energía poten cial de un objeto un ido a un r esort e

Teor em a del t rab ajo y la ener gía Este teorema enunciado es:

es de gran importancia en el que se basan muchas aplicaciones, cuyo

“El trabajo efectuado sob re un cuerp o p or t od as las fu erzas que actúan so bre é l es igual al cambio de su energía cinética” Cuando actúan simultáneamente fuerzas de rozamiento y fuerzas gravitatorias o elásticas, el trabajo neto realizado por estas fuerzas son iguales a la variación de la energía cinética que experimenta el cuerpo durante su movimiento

Co ns erv ac ión d e la en erg ía m ecáni ca La energía mecánica total constituida por la energía cinética y potencial se conserva solo para circunstancias especiales, cuando las fuerzas gravitatorias, elásticas o en general cuando actúan fuerzas tales que el trabajo que realizan son independientes de la trayectoria, estas fueras se llaman conservativas. Para la energía mecánica esta ley se expresa en la forma: EM A = EM B Ep A + Ec A = EcB + EpB = constante

…………….. (5)

Tran sfo rm ación de l a energ ía

35


Para el sistema de la figura (3) la ley de la conservación aplicada a las posiciones A y B establece que: Ep(A) = Ec(B)

…………………………. (6)

El nivel de referencia está localizado en B m d

A

V

h

B Fig . 3. Tran sf or m aci ón d e la ener gía po ten ci al en ener gía cin é tic a PROCEDIMIENTOS Tran sf or m aci ón de la energ ía pot enc ial gr avi tato ri a en energ ía cin é tic a a) Monta el equipo experimental tal como se muestra figura (4)

d

Vo = 0 m A g

Vf

h B Fig .3. Trans fo rm aci ón d e la ener gía po ten ci al en ene rg ía cin é tic a

V f b) c)

ght d

……………………………. (7)

Mida la masa de la pequeña bola Suelte la bola desde la parte superior para diferentes valores de la altura h, tal como se muestra en la figura (3) y completa la tabla 1 Tabla (1) Eventos ( E P E C )100% m=………….kg ; g =9, 81m /s ² E P h(m) d(m) t(s) V E PA (J) E CB (J) B(m/s) 1 2 3 4 5 6

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d)

d es la distancia desde A hasta B, t(s) es el tiempo que tarda en llegar desde A hasta B, y VB (m/s) es la rapidez de la bola al llegar a B, para cada valor de h mida tres veces el tiempo que la bolita tarda en recorrer la rampa y anote el tiempo promedio en la tabla (1)

Tran sfo rm ación de l a energ ía po tenc ial g ravi tato ria en energ ía po tenc ial elást ica a)

Monta el equipo experimental tal como se muestra figura (5)

Posición sin deformación V o=0 X Posición de equilibrio

X * Máxima deformación Vf =0 Fig (4)

b)

Determina la constante elástica del resorte, para ello cuelga objetos de masas conocidas y mida el alargamiento ( X )que experimenta cuando está en equilibrio, completa la tabla (2) Tabla (2): constante elástica de un resorte Nº

m (kg)

F = mg (N)

X (m)

K

(N/m)

1 2 3 4

Valo r pr om ed io de ¨ K¨

c)

K=

Fija un bloque de masa conocida en el extremo inferior del resorte y suelte desde la posición sin deformación, mide la máxima elongación ¨X *¨ y completa la tabla (3)

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Tabla (3) Transformación de la energía potencial

K= …………….N/m

Nº m(kg)

X * (m) máx.

* (X )² (m²)

g=9,81 m/s² * E pg =mgx (J)

E pe=

( E pg E pe )100%

k ( x * )² 2

(J)

E pg

1 2 3 4

4. RESULTADOS Y CUESTIONARIO 4.1 Describe el procedimiento utilizado para determinar la rapidez V B 4.2 Evalúa los resultados para las diferencias de las energías obtenidas en la tabla (1) 4.3 Si cambiamos el nivel de referencia ¿Cómo afecta a los resultados de la tabla (1)? 4.4 Evalúa los resultados para las diferencias de las energías obtenidas en la tabla (3) 4.5 Cuál es el trabajo realizado por la esfera de la figura (3) para desplazarse desde el punto A hasta el punto B

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

38


GUIA DE LABORATORIO Nº 08 Presión Hidrostática COMPETENCIA: 1. Determinar la presión absoluta y manométrica de líquidos no miscibles a diferentes profundidades

MATERIALES 02 vasos precipitados 02 probetas 01 densímetro 01 calculadora 01 regla graduada 01 balanza triple brazo

FUNDAMENTO TEORICO Todo fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes del fondo del recipiente que lo contiene así como sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión llamada presión hidrostática, provoca en los fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura del líquido por encima del punto en que se mida. Se calcula mediante la siguiente expresión: ……………….1 a) Presión de fluidos:

Es la fuerza ejercida por el fluido por unidad de superficie.

P= F / A …………………………2 Se habla de presión cuando se trata de gas o líquidos, mientras que su contraparte de la presión en sólidos es el esfuerzo normal. Las unidades de la presión en S.I. es N/ m2 = Pa

b) Presión absoluta ( P ) Es la presión manométrica (pm) más la presión atmosférica ( Po ) P = Pm + Po …………………………..3 c) Presión manométrica ( pm) Relación de diferencia entre la presión absoluta (P) y la presión atmosférica ( Po ) Pm = P - Po …………………………..4 Pm = ρgh

PROCEDIMIENTO 39


En los vasos precipitados colocar las muestras, pasarlas una por una a cada una de las probetas para determinar la densidad de las mismas por el método directo (densímetro) o indirecto (m/v) ρ(g/cm3)

Muestra

ρ(kg/m3)

Aceite Leche condensada Suero fisiológico Agua gaseosa roja Posteriormente en una probeta colocar un volumen X de muestras en el siguiente orden: 1.- agua gaseosa 2.- suero fisiológico 3.- aceite 4.- leche condensada Nótese que las muestras se separaran por diferencia de densidades.

Empleando las formulas 1,3 y 4, determinar la presión absoluta y manométrica en cada uno de los puntos de separación de los líquidos no miscibles. Muestra

ρ(kg/m3)

g (m/s2 )

h (m)

Po ( Pa)

pm ( Pa)

P ( Pa)

SITUACIONES PROBLEMATICAS 1.- Indique las razones por las que las personas que trabajan bajo el agua o cámaras submarinas, experimental el fenómeno denominado mal de buzos …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 2.- Explique el fenómeno denominado mal de montañas …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 3.- como influye el peso específico para la determinación de la presión manométrica …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 4.- indique las unidades de la presión en el sistema ingles

40


GUIA DE LABORATORIO Nº 09 VISCOSIDAD: Viscosidad de fluidos COMPETENCIA 1. Determina el coeficiente de viscosidad de un líquido cuando fluye a través de un tubo capilar del viscosímetro de OST W AL D. 2. Evalúa la viscosidad de algunos fluidos orgánicos.

MATERIALES Y REACTIVOS QUÍMICOS 1. 2. 3. 4.

Viscosímetro de Ostwald Pipeta de 10ml Cronómetro Termómetro

5. 6. 7. 8.

Densímetro Probeta Vaso precipitado. Líquidos diferentes

MARCO TEÓRICO El coeficiente de viscosidad de un líquido, o simplemente viscosidad se define como la fuerza necesaria para deslizar un plano de área unitaria con velocidad unitaria, en relación a otro plano paralelo situado a la distancia unitaria, siendo el espacio entre ellos ocupado por el líquido en estudio. Es decir una medida de la resistencia a la deformación del fluido. La aplicación de las fuerzas sobre un líquido produce diferencias de velocidades entre las capas adyacentes en el interior del líquido. Así, en un líquido fluyendo a través de un tubo circular, sus capas de mueven con velocidades que aumentan de afuera hacia adentro. Esta forma de flujo se conoce como flujo laminar.

TIPOS DE VISCOSIDAD a)

VISCOSIDAD DINÁMICA O A BSOL UTA (η).- Según la ley de Poiseuille la cantidad de fluido que circula por una tubería es proporcional a la disminución de la presión a lo largo de la misma y a la cuarta potencia del radio de la tubería, es decir:

Q η: R: t : ΔP :

V

R 4 P

t

8 L

(1)

viscosidad dinámica del liquido radio tiempo de escurrimiento (P1-P2) = diferencia de presiones a través de la longitud del tubo.

41


V : L:

volumen del liquido longitud del tubo.

Así pues, si se mantiene una diferencia de presión ( P

gh ) constante a lo largo

P gh , V, t, L y R, puede conocerse la viscosidad del del tubo, se mide líquido. Esto sería una medida absoluta de la viscosidad. Si el tubo es vertical, el desplazamiento del fluido se debe a la acción de la gravedad sobre él. De (1) despejamos la viscosidad ( η), entonces:

R 4 Pt 8 LV

R 4 ght 8 LV

(2)

Unidades Las unidades en S.I.de viscosidad más utilizadas son los milipascales por segundo (mPa·s). 1000 mPa·s = 1 Pa·s El sistema CGS aún se sigue usando, siendo la unidad de medida el centiPoise (cP): La conversión de unidades entre los dos sistemas es: 1 cP = 1 mPa·s 1 Poise = 1 g/cm·s

b)

LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA ( C ).- E s la relación de cociente que existe entre la viscosidad dinámica (η) y la densidad absoluta ( ) del líquido esto es:

(3)

c

ηc : η : :

Viscosidad cinemática Viscosidad dinámica Densidad absoluta

-

El viscosímetro de Ostwald es un aparato relativamente simple para medir viscosidad ( ) de fluidos Newtonianos. En un experimento típico se registra el tiempo de flujo (t) de un volumen dado V (entre las marcas A y B) a través del capilar de longitud L h ba o la influencia de la ravedad. 42


Un densímetro, es un instrumento que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical.

Partiendo de la ley de Pouseille se puede obtener la viscosidad de un líquido conociendo la viscosidad del otro y la densidad de ambos. Dividiendo la relación (2) de un líquido con respecto al otro:

R 4 ght Entonces:

'

8 LV R ' ght ' 4

8 LV t '

'

t '

(4)

Donde: η: viscosidad de un liquido cualquiera η’: viscosidad del liquido de referencia : Densidad del líquido ’: Densidad del líquido de re erencia

PROCEDIMIENTOS 1. Con la ayuda del densímetro se determina las densidades de los líquidos y se anota en la tabla Nº01 2. Se vierte agua (destilada) con una pipeta por la rama ancha del viscosímetro hasta llenar las ¾ partes del bulbo mayor. 3. Se aspira con la bomba manual el agua por la rama del bulbo menor hasta que el agua llene el ensanchamiento y llegue a un nivel ligeramente superior a la señal A. 4. Se deja fluir el agua. Cuando su nivel pasa por A, se empieza a cronometrar el tiempo que tarda ésta en llegar a la marca B que indica el vaciado del líquido. Se realizan las medidas necesarias. (anotar en la tabla Nº 01). 5. Se limpia y se seca el viscosímetro para repetir el experimento con los líquidos problema. En igualdad de condiciones, y anotando el tiempo que tarda en realizarse el vaciado de cada liquido en la tabla Nº 01.

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6. Se realizan al menos tres medidas. Con los valores medios de los intervalos de tiempo y empleando la ecuación (4), se determinan la viscosidad dinámica y cinética del líquido problema. En la tabla Nº 02. TABLA Nº 01 Nº 01 02 03 04

Líquidos

Densidad (kg/m3)

Tiempo de escurrimiento (s) 1° medida 2° medida 3° medida

Promedio tiempo (s)

T (°C)

Agua Leche Gaseosa Aceite

21º

TABLA Nº 02 η Líquidos

c

T(s) (kg/m3)

Agua

(g/cm3)

(mPa.s) (g/m.s)

(cPoise) (m2/s) (cg/cm.s)

(Stokes) (cm2/s)

1,002

Leche Gaseosa Aceite

SITUACIONES PROBLEMÁTICAS 1. Determina de acuerdo a las Tablas 1 y 2 la Viscosidad relativa para cada fluido, con relación al fluido de referencia. 2. Evalúa si afecta el experimento que el viscosímetro no se encuentre perfectamente vertical, explique brevemente. 3. ¿Cómo afecta la temperatura en la viscosidad de los líquidos analizados? 4. La viscosidad de la sangre disminuye al aumentar el gradiente de presión? ¿En qué proporción aumenta el flujo sanguíneo si se duplica el gradiente de presión? 5. ¿La sangre puede considerarse un fluido no newtoniano? Explica. 6. En caso de que una persona sufra de shock. ¿Aumenta o disminuye la viscosidad de la sangre?

CONCLUSIONES

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GUIA DE LABORATORIO Nº 10 CALOR ESPECÍFICO: Medición de pérdida y transferencia de calor COMPETENCIA 1. Relaciona la regulación de la temperatura corporal y la propagación del calor: Conducción, convección, y radiación en interacción con el medio ambiente. 2. Determina el calor específico de un sólido utilizando el método de mezclas MATERIALES 01 calorímetro 01 Termómetro 0o a 100 oC 01 Balanza

01 Mechero 01 Soporte, rejilla, pinza 01 Sólido (acero, aluminio o cobre)

FUNDAM ENTO TEORICO Calor es la energía que fluye de un objeto a otro como resultado del movimiento al azar de las moléculas de los objetos. El calor puede ser creado por reacciones químicas (como en la combustión) por disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción) su concepto está ligado al principio cero de la termodinámica, que dictamina que dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibra, el calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre ellos conducción, convección y radiación. Cuando dos sistemas a diferente temperatura entran en contacto; miles de millones de colisiones se suceden y se observa que se transfiere energía desde el objeto más caliente hacia el objeto más frio. Esta transferencia de calor eleva la temperatura del sistema frío y reduce la temperatura del sistema caliente. Después de un cierto tiempo, los dos sistemas alcanzan una temperatura intermedia y común a ambos. En esta situación la transferencia de calor se detiene. El cuerpo humano mantiene una temperatura interna de 37 oC. Como ésta es en general superior a la temperatura del medio ambiente, hay un flujo continuo de calor desde el cuerpo al medio. Esta transmisión del calor es absolutamente esencial por que el proceso del metabolismo convierte continuamente energía química en energía térmica interna. La velocidad de generación de la energía interna o velocidad metabólica, es aproximadamente de 120 watt (W) en un hombre adulto y se eleva hasta 1000W durante el ejercicio. Para ello es activan los mecanismos de termorregulación detectadas por la región del hipotálamo. Ya que el calor es una forma de energía, sus unidades son las de la energía, es decir, el Joule (J) en el sistema internacional (SI). Antes que se reconociera que el calor es una forma de energía, se le asignaban otras unidades, algunos son actualmente utilizados como la caloría. Y la unidad térmica británica (BTU).

La Caloría.- Siendo la cantidad de calor que se necesita transmitir a 1 g de agua para elevar su temperatura en 1 (1Kcal=1000Cal).

o

C. Usualmente se utiliza una unidad más grande “la kilocaloría”

1cal = 4,186 J

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Además; la “caloría” en uso común como una medida de nutrición (Cal) es en realidad una kilocaloría; esto es: 1 Cal = 1000 cal = 4186 J

El Calor Específico.- es la cantidad de calor necesaria para calentar una unidad de masa de la sustancia tal que su temperatura varié en una unidad de grado. Para una sustancia, el calor específico, matemáticamente será: En donde: Q : cantidad de calor ……………….. (1) m : masa del cuerpo Ce : calor específico T : variación de temperatura

En este experimento mezclaremos masas conocidas de agua caliente con fría y utilizando la definición de caloría podremos determinar la cantidad de energía que es transferida al poner en contacto un cuerpo caliente con otro frío y veremos si la energía se conserva en este proceso.

EQUIL IBRIO TÉRMICO La idea básica es que si consideramos un sistema aislado (que no puede intercambiar calor con el exterior). El calor que libera los cuerpos calientes se compensa con el calor que absorbe los cuerpos fríos. (Figura Nº 01).

T1 m1(Ce1)

En donde:

Q2

Q1

Teq

Matemáticamente:

T2 M2(Ce2)

T1 : temperatura del cuerpo frío m1 : masa del cuerpo frío Ce1 : calor específico del cuerpo frío T2 : temperatura del cuerpo caliente m2 : masa del cuerpo caliente Ce2 : calor específico del cuerpo caliente Teq : temperatura del equilibrio térmico

ΣQ = 0………………………………. (2) Q1 + Q2 = 0

Finalmente; para halla el Ce de cualquier sustancia:

Por ejemplo para el cuerpo más caliente:

……………………….(3)

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PROCEDIMIENTOS

A. Equilibrio térmico (anotar los dato en la tabla 01) a. Mide la masa del calorímetro vacío y anotar su datos b. Llena en un recipiente cierta cantidad de agua aproximadamente hasta 1/3 de su capacidad y luego medir la nueva masa (agua más calorímetro) c. Mide la temperatura del agua fría d. Mide la masa del otro calorímetro para el agua caliente e. Llena en un recipiente cierta cantidad de agua y luego medir la nueva masa (agua más calorímetro) f. Calienta el agua hasta la temperatura aproximadamente a 80ºC g. Inmediatamente el agua caliente a dicha temperatura agregamos al agua fría y mezclamos hasta que la temperatura se estabilice y medimos su temperatura con el otro termómetro (temperatura de equilibrio)y también medimos la masa total h. Repite el mismo procedimiento invirtiendo las cantidades de agua ( ensayo 2) i. Repite el mismo procedimiento para igual cantidad de agua (ensayo 3) Masa calorímetro (1) ……………………………Masa calorímetro (2) ………………………………………..

Tabla Nº 01 magnitudes

m1

m2

T1

T2

Teq

Q1

Q2

(g)

(g)

(ºC)

(ºC)

(ºC)

(Cal)

(Cal)

Ensayos Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

B. Calor específico de sólidos En esta situación se determina el calor específico de un sólido, considerando como cuerpo caliente. Queda claro que para calentar el sólido no será directamente en contacto con el mechero sino más bien colocando en un vaso pírex con agua sobre el mechero hasta llegar al punto de ebullición del agua a. b. c. d. e.

f.

Mide con la probeta graduada aproximadamente 200 g de agua y viértalo al calorímetro (m1) Mide la temperatura del agua en el calorímetro ( T 1 ) Mide la masa de un cuerpo solido (m s) Con el termómetro mide esta temperatura (Ts) Rápidamente retira el cuerpo solido del vaso con agua hirviendo y colóquelo en el calorímetro con agua, agite suavemente la mezcla y mide la temperatura de equilibrio (Teq) Repite los pasos anteriores para los otros sólidos y completa la tabla 2

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g.

Con los datos obtenidos use la ecuación (3), y determina el calor específico del sólido. Considerando el calor especifico del agua 1 cal/g .ºC .

h.

De la ecuación Nº 03, y considerando el calor específico del sólido queda así:

………………………(4)

Dónde: 1 : agua fría s : sólido (caliente)

Tabla Nº 02 Sólido (g)

(g)

(ºC)

(ºC)

(ºC)

(

)

(

)

Aluminio Cobre Hierro

SITUACIONES PROBLEMA TICAS

Equilibrio térmico a. b. c. d. e. f. g.

¿Cuál sistema tiene más energía, las dos recipientes antes de mezclarse o después? ¿Se conservó la energía? Evalúa las posibles causas de ganancia o pérdida de calor que puedan afectar la experiencia Con los datos iniciales del agua frio y del caliente determina la temperatura de equilibrio por el método analítico ¿En qué medida nuestro organismo transfiere calor al medio ambiente; mediante conducción, convección, radiación y evaporación? Describe cómo y cuándo se activan los mecanismos de regulación de la temperatura corporal y la fiebre. ¿En qué consiste el concepto de “ punto de ajuste” para el control de temperatura corporal. Explica detalladamente los conceptos relacionados a: escalofríos y golpe de calor.

Calor específico a. b. c. d.

¿Cuáles son las principales dificultades encontradas en la práctica? Mediante qué proceso se trasmite el calor entre los cuerpos dentro del calorímetro ¿Qué materiales son buenos y malos conductores de calor? Con los datos de la tabla determina el calor específico de cada sólido por el método analítico

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GUIA DE LABORATORIO Nº11 Líneas Equipotenciales del Campo Electrostático COMPETENCIA: Visualiza, relaciona y analiza las curvas equipotenciales generadas por conductores de diversas formas geométricas.

MATERIALES * 01 * 02 * 03 * 01

1 Fuente DC Cables de cocodrilo electrodos de punta 2 electrodos planos

* 02 electrodos circulares * Papel conductor * Papel milimetrado * Multímetro

FUNDAMENTO TEORICO Superficies equipotenciales Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas entradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial (r=cte.)

V2

*A E

E

V1

*B

B

--

+ V1

b

V2

(a)

(b)

Fig.1 Superficies equipotenciales creadas por una carga puntual positiva(a) y otra negativa (b)

Para calcular el campo eléctrico a partir del potencial se utiliza el operador gradiente de modo análogo a como se obtiene la fuerza a partir de la energía potencial 

E

grad (V )

V b

V a d

Unidades: Newton / Coulomb = Voltios / m

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Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, ésta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza)es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. En la Fig.1 (a) se observa que en el desplazamiento sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta B el campo eléctrico es perpendicular r al desplazamiento. Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en: Las líneas de campo magnético son, en cada pinto, perpendicular a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye. El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

EQUIPO Y MATERIALES * * * *

1 Fuente DC Cables de cocodrilos. 3 Electrodos de punta. 2 Electrodos planos

* * * *

2 Electrodos circulares. Papel conductor. Papel milimetrado. Milímetro.

Procedimiento: 1. Sujetar los electrodos metálicos (piezas de cobre) a la mesa, con el papel conductor y la plancha entre los electrodos y la mesa. 2. Con la ayuda de los cocodrilos, asegurar un buen contacto entre los electrodos y el papel conductor. 3. Contestar los dos bornes de la fuente de tensión a los dos electrodos como se muestra en la Fig. 2 4. En la fuente de tensión, establecer una diferencia de potencial V1,2 = V2 – V1 = 0 8 V. 5. Con el milímetro digital en modo voltímetro, medir el potencial V ® al que se encuentran diversos puntos r del papel. Para ello, se fija un punto fijo y uno móvil que busca esos puntos de potencial V = 0. 6. Los puntos r que se encuentran al mismo potencial forman una línea equipotencial, las líneas perpendiculares a las líneas equipotenciales son las líneas de fuerza.

Fig. 2 Bosquejo del experimento utilizando un medio conductor.

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Se pide: 1. Establecer las curvas equipotenciales para los siguientes casos: a) Para un punto y un plano inclinado b) Para una placa y un cilindro c) Podría cambiar la configuración dependiendo del profesor. 2. Para cada una de las gráficas (a) y (b) trace 6 curvas y no olvidar que cada curva tienen por lo menos 6 puntos.

Cuestionario: 1. Trace, en su gráfica, las curvas equipotenciales según sea su configuración. 2. Trace para cada gráfica de los vectores de campo eléctrico para cada curva dibuje seis vectores. 3. ¿Cuál es la relación entre las líneas de fuerza y el campo eléctrico? Luego de graficar sus curvas. ¿Se pueden cortar dos superficies equipotenciales? Explique. 4. ¿Qué entendemos por superficie equipotencial? ¿Realmente existen líneas equipotenciales o se trata de superficies equipotenciales 5. ¿Los potenciales son valores absolutos ò relativos? 6. ¿Qué relación geométrica hay en un punto del espacio entre el vector de campo eléctrico y la superficie equipotencial? 7. ¿Cómo podríamos aislarnos de los campos eléctricos? Jaula de Faraday 8. Envuelve un celular con papel de aluminio (asegúrate que está realmente todo cubierto)., ahora llama desde otro, ¿Qué ocurre? ¿Por qué?

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GUIA DE LABORATORIO Nº12 Propagación del Sonido COMPETENCIA: Visualiza, relaciona y analiza la propagación del sonido.

MATERIALES Diapasón Tubos de ensayo Regla graduada

MARCO TEORICO En esta práctica estudiaremos la propagación de ondas sonoras (ondas armónicas producidas por un diapasón*) en el interior de un tubo semiabierto, y la forma en que estas se superponen en su interior para dar lugar a un patrón de ondas estacionarias. Para ello, primero recordemos que la velocidad de fase de cualquier onda está dada por la expresión: V onda . f

donde λ es la longitud de onda del sonido producido por el diapasón generador de las ondas sonoras en la boca del tubo y f es la frecuencia de dicho sonido. Se puede mostrar que para una onda sonora la rapidez del sonido en el aire está dada por: Donde:

V onda

RT M

ϒ =

7/5 es la relación entre las capacidades caloríficas a presión constante y a volumen constante del aire, ϒ = cp/cv R,T, y M son respectivamente la constante de los gases, la temperatura absoluta del aire y la masa molar media del gas donde se propaga el sonido, en este caso el aire para el cual tenemos: M aire = 28,8 x10-3 kg/mol. Mostrar que para las condiciones ambientales usuales en el laboratorio de física durante la práctica el valor de esta rapidez es aproximadamente:

V

sonido 344

m s

Recordemos que la onda sonora puede describirse alternativamente desde el punto de vista de 4 variables físicas o magnitudes observables distintas que se encuentran relacionados entre sí, estas magnitudes son: * Desplazamiento de la posición de equilibrio de las moléculas del medio donde se propaga la onda. * Velocidad del gas del medio donde se propaga la onda. * Variación de la presión del gas del medio donde se propaga la onda. * Variación de la densidad del gas del medio donde se propaga la onda. Para el caso de una onda sonora 1-dimensional estas relaciones se pueden escribir de la siguiente manera:

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(Ver por ejemplo el texto PHYSICS: The Nture of Things, Cap. 16, Sección 16.1, ecuaciones 16.4, 16.5, 16.6, 16.7. Autores: Susan M. Lea & Jhon Robert Burke, para una discusión de la deducción de las siguientes relaciones para la función de onda sonora). S(x, t) = - So Sen (kx - wt) (4) Onda de Desplazamiento V(x, t) = ∂S/∂t = wSo Cos (kx - wt) (5) Onda de Velocidad r (x, t) = ρo - ρo ∂S/∂x = ρo - ρokSo Cos (kx - wt) (6) Onda de Densidad P(x, t) = Po + P* Cos (kx - wt) (7) Onda de Presión Por ejemplo, en el caso de las magnitudes presión y desplazamiento estas ondas en el interior del tubo se pueden visualizar como se indica en la figura. _______

__ _______ _________ ___________ __________

________

__

___

A continuación estudiaremos el fenómeno de la formación de ondas sonoras estacionarias en el interior de un tubo excitado por un diapasón de 440 Hz y otro de 329,6 Hz y determinaremos: 1) Longitud de onda para 440 Hz y 329,6 Hz. 2) Velocidad del sonido promedio a la temperatura del laboratorio. 3) Factor de corrección por el efecto del acople de inercia del aire en el interior y en el exterior al tubo.

PROCEDIMIENTO: El montaje de la figura de abajo ilustra como un diapasón envía un tren de ondas sonoras sinusoidales a una columna de aire en el interior de un tubo de vidrio (el tubo posee una conexión en el fondo a un frasco (Erlenmeyer) con agua por medio de una manguera flexible que nos permite subir o bajar el nivel del agua en el tubo al subir o bajar el frasco con agua). La onda viaja hacia el interior del tubo y cuando llega a la superficie del agua en el fondo del tubo (ocurre un cambio de medio, y por ende de sus propiedades elásticas, condición que de inmediato altera las características de propagación de las ondas sonoras produciéndose en esta interfase aire liquido una reflexión de la onda y un cambio de la velocidad de propagación de la onda que continúa propagándose en el interior del tubo con agua). La superposición de las ondas sonoras incidente y reflejada en el interior de la columna de aire en el tubo puede dar lugar a ondas estacionarias siempre y cuando la frecuencia del sonido y la longitud de la columna de aire en el interior del tubo tengan valores apropiados dados por las implicaciones que las 2 condiciones de frontera imponen sobre la ecuación de la onda sonora.

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1) Se debe producir un nodo (vientre) de desplazamiento (presión) en el interior del tubo sobre la superficie del agua ya que el agua es un medio de mucha más inercia que actúa impidiendo la oscilación de las moléculas del aire que están en contacto con el agua. 2) Un vientre (nodo) de desplazamiento (presión) en la boca del tubo ya que al estar expuesto a la atmósfera las moléculas del aire pueden oscilar con máxima amplitud. Teniendo estas condiciones en cuenta podemos visualizar (ver figura abajo) que en el interior del tubo se producen diversos patrones de onda estacionarios dependiendo de la longitud de la columna de aire en el interior del tubo y de la longitud de onda del sonido emitido por el diapasón, en el caso mostrado abajo, asumiendo un mismo diapasón, la figura esquematiza la formación de 3 patrones de onda estacionarios.

De lo anterior podemos ver que la longitud de onda y la distancia desde la boca del tubo a la superficie del agua como función del número de vientres está dada por: L= nλ /4 , n = 1, 3, 5, … (8) Longitud desde la boca del tubo (m) L(n=1) L(n=1) L(n=1) L(n=1) promedio L(n=2) L(n=2) L(n=2) L(n=2) promedio

440 Hz

329.6Hz

Situaciones Problemáticas 1. ¿El sonido se desplaza en el espacio, porque? 2. ¿El desplazamiento del sonido en función de la temperatura del medio ambiente es constante?

Conclusión 54


GUIA DE LABORATORIO Nº13 Refracción de la luz COMPETENCIA:

1. Estudia de forma experimental el fenómeno de refracción de la luz cuando está atraviesa dos medios de propiedades diferentes. 2. Asocia el cambio en el índice de refracción con cambio en las propiedades como densidad óptica de las sustancias, para una frecuencia fija. MATERIALES:

Equipo requerido Cantidad 1 Recipiente de acrílico cilíndrico de radio R. 1 Apuntador laser 10 Alfiler 1 Transportador Agua, alcohol y glicerina 200 ml de cada sustancia Azúcar 500 g 3Papel milimetrado FUNDAMENTO TEORICO

Cuando una onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios con densidad óptica diferente, se producen dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción. El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada sé desvía un cierto ángulo respecto de la incidente. Cuando el haz incide de un medio de menor índice de refracción que el segundo medio, el rayo transmitido siempre se acercará a la normal, caso contrario el haz se aleja de la normal, llegando un ángulo a partir del cual la luz no es transmitida al segundo medio, dicho ángulo se conoce como ángulo critico y corresponde a:

Sen

n2 c

n1

Sen

i

La refracción es un fenómeno que también se produce en un medio cuyas propiedades varían continuamente, en este caso el índice de refracción varia de forma suave de punto a punto, resultando en una trayectoria curva del haz, Un ejemplo de este fenómeno se produce cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.

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Figura 1. Trayectoria de un rayo en un medio cuyo índice de refracción varía continuamente con la profundidad.

Leyes de la reflexión En un estudio simplificado del fenómeno de la reflexión de ondas en la superficie de separación entre dos medios se pueden definir dos leyes básicas: 1. Cada rayo de la onda incidente y el rayo correspondiente de la onda reflejada están contenidos en un mismo plano, que es perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios en el punto de incidencia. 2. Los ángulos que forman el rayo incidente y el rayo reflejado con la recta perpendicular a la frontera (Normal) son iguales. Estos ángulos se conocen, respectivamente, como ángulo de incidencia y ángulo de reflexión. Es decir: i r

Refracción El cambio en la dirección de los rayos luminosos cuando atraviesan una superficie de separación entre dos medios se conoce con el nombre de refracción. En términos simples, el fenómeno de la refracción se rige por dos leyes principales: 1. El rayo de la onda incidente y el rayo de la onda refractada forman un plano que es perpendicular a la superficie de separación entre los medios en el punto de incidencia. 2. El ángulo que forma el rayo refractado con la normal, llamado ángulo de refracción, está relacionado con el ángulo de incidencia por una fórmula denominada ley de Snell, en honor a su descubridor, el físico neerlandés Willebrord Snell (1580‐1626). Expresada matemáticamente, esta ley indica que:

n1 Sen

n 2 Sen

i

2

donde n1 y n2, son los índices de refracción de los dos medios separados. El índice de refracción de un medio se calcula por el cociente de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la onda en ese medio n

c

Estas leyes se esquematizan en la Figura 2.

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Figura 2. Representación de los rayos en el plano de incidencia. En esta práctica se determinara de forma experimental el índice de refracción de diferentes sustancia, a través del trazado del rayo incidente y refractado en una superficie plano circular. A fin de tener una única refracción, se utiliza un recipiente contendor de las diferentes sustancias con una forma plano circular, ver Figura 3, para garantizar que el rayo refractado desde la superficie plana incida de forma normal en la superficie circular sin sufrir una segunda refracción.

Figura 3. Recipiente plano circular que contiene las diferentes sustancias.

PROCEDIMIENTOS 1. Ubique la hoja de papel milimetrado sobre la base proporcionada en el laboratorio. Sobre la hoja de papel dibuje un sistema coordenado (x,y), como se muestra en la figura 3. 2. Ubique el recipiente plano‐circular de acrílico, de tal forma que su centro coincida con el punto (0,0) del sistema coordenado y la cara plana con el eje X, llénelo de agua (que no rebose), como lo indica la figura 3. 3. Ubique un alfiler en el punto (0,0) a este punto llámelo el punto O (sin modificar la posición del semicilindro de acrílico), el punto O debe coincidir con el centro del semicírculo de acrílico. 4. Haga incidir el laser en el punto (0,0), formando un ángulo de 10º con la normal y ubique un alfiler en la dirección del haz de luz. Este punto de coordenadas (x,y) llámelo el punto A. El eje Y es normal a la cara plana del semicilindro, entonces tómelo como NORMAL a la superficie de incidencia del haz. El segmento AO es el rayo incidente. Este segmento con la normal forman el ángulo de incidencia

i

10 0 , registre este ángulo en la tabla 1.

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5. El haz del lado contrario al haz incidente, es la luz reflejada. Ubiqué un alfiler en esa dirección y a este punto de coordenadas (x, y) llámelo B. El segmento OB es el rayo reflejado. Este segmento con la normal forman el ángulo de reflexión r , registre este ángulo en la tabla 1.

6. En la posición por donde sale el rayo en la cara semicircular, ubique un alfiler. Este punto de coordenadas (x, y) llámelo C. El segmento OC es el rayo refractado. Este segmento forma el ángulo de refracción R  medido desde la normal a la superficie plana del semicírculo, registre este ángulo en la tabla 1. 7. Repita el procedimiento para ángulos de: 20º, 30º, 40º, 50º, 60º, 70, 80º. Registre los ángulos en la tabla 1. 8. Para el ángulo de incidencia que observo mejor la refracción, adicione lentamente sal (homogenizando la mezcla) y tome nota acerca del comportamiento del rayo refractado. 9. Repita los pasos 1 al 7 llenando el semicilindro con glicerina o alcohol (según observe el profesor) y registre los datos en la tabla 2.

Angulo incidente 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80°

Angulo incidente 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80°

TABLA 1: Refracción aire-agua Angulo de reflexión Angulo de refracción

TABLA 2: Refracción aire-glicerina Angulo de reflexión Angulo de refracción

1. Realice el análisis grafico de: Sen

i

Sen

R

y utilizando interpolación lineal

determine el valor del índice de refracción del agua y de la segunda sustancia. 2.

Calcule la velocidad de la luz en el agua y la velocidad de la luz en la segunda Sustancia.

3. Depende el índice de refracción del agua salada de la concentración de la mezcla?

ENTES

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GUIA DE LABORATORIO Nº 14 OPTOMETRIA: Agudeza Visual COMPETENCIAS 1.1 Determina la agudeza visual y mínimo ángulo de resolución de cada uno de los ojos. MATERIAL ES E INSTRUMENTOS 05 Tablas de Snellen 05 Reglas de 5 metros

05 Cronómetros

FUNDAM ENTO TEORICO La óptica estudia el comportamiento de la Luz (definida como espectro electromagnético) ante la materia; esta materia puede ser lentes, espejos y prismas, en ese sentido el ojo no es más que diferentes combinaciones de lentes. Los seres vivos siempre dependieron de la luz; pero fue gracias a la aparición del ojo que se aprovecho mejor el medio para una sobre vivencia más cosmopolita. La evolución del ojo es quizás una de las pruebas más interesantes y controversiales que tiene la biología sobre el fenómeno de una evolución, porque se muestran no solo los rasgos hereditarios comunes entre los diversos taxones, medibles hoy en día mediante marcadores moleculares, sino también muestra una historia de selección natural que no ha cambiado el principio básico de la visión, pero si lo ha potenciado; lo cual explica porque las observaciones genéticas muestran que en varias familias de organismos los ojos han evolucionado independientemente. Entonces se puede decir que el ojo del ser humano no es más que una evolución de las primeras células fotosensibles, ya que en todos se encontró la opsina (una molécula sensible a la luz). La importancia del estudio de la visión del ser humano está centrada en el cálculo optométrico de la agudeza visual, que es la capacidad del sistema de visión del paciente para percibir, detectar o identificar objetos espaciales con unas condiciones de iluminación buenas. Para ello se le somete al paciente a observar un instrumento oftalmológico (optotipo) que le va evaluar su agudeza visual y su nivel de visión de los colores, y el diagnóstico es de acuerdo al nivel de rendimiento de la vista con el Test (de Snellen, o de Landonlt, o de contraste y frecuencias, o la estereoscópica). El Test de Herman Snellen (1862) es el más utilizado, en donde el paciente debe identificar correctamente las letras en una gráfica, conocida como gráfica de Snellen o tabla de Snellen. Solo se utilizan 9 letras que son C, D, E, F, L, O, P, T y la Z. Las letras tienen un tamaño decreciente dependiendo del nivel en que se encuentran. Este Test se basa en la demostración de Helmholtz, donde el punto de f ijación no está sobre el eje óptico del ojo, sino que hay otros ejes ópticos.

Como se puede ver en la anterior figura el punto nodal objeto N coincide prácticamente con el centro de curvatura de la córnea, donde S es la vértice corneal, la letra C es el centro de la zona óptica, y la P es el polo oftalmométrico. Al estar N muy cerca del centro de curvatura de la córnea el eje visual es casi perpendicular a la córnea, lo que implica que el punto P de corte con la córnea es el que se utiliza para medir los radios de curvatura “r”, ya que en este punto se centran las imágenes por reflexión.

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El eje óptico no pasa por la fóvea sino que está desviado respecto de ésta hacia el lado nasal en la retina, llamaremos α al ángulo que forman entre sí ambos ejes (pupila r y línea de mirada). En sujetos adultos α varía entre 4º y 8º, el valor medio sería de 5º. El Test de Snellen para establecer la agudeza visual presenta un símbolo (en este caso una letra) que van desde pequeña a grande a una distancia f ija (en este caso 6 metros) el cual se toma como valor umbral, y se expresa en minutos de arco (equivalente a 1/60 de un grado sexagesimal). La agudeza visual se expresa en la siguiente fórmula: . Agudeza Visual (AV) = Distancia realización del test Distancia carácter más pequeño leído subtiende 5 minutos de arco

La distancia a la cual el carácter más pequeño que es leído, es la distancia a la que el paciente debería verlo si tuviera AV unidad. Es decir 5/5 = 1, pero como se expresa en ángulos métricos se debe poner en pies entonces 6 m = 20 pie, por lo que AV 1,0 = 6/6 = 20/20. Con el optotipo también se puede establecer el ángulo mínimo que debe ver un paciente denominado MAR (mínimo ángulo de resolución) el cual se expresa mediante: MAR = 1/ AV por lo que AV = 1/MAR Todos los optotipos de Snellen presentan una progresión aritmética de 20/20, 20/30, 20/40 hasta llegar a 20/200 al costado de cada letra. Según como vea el paciente cada nivel de letra se le asigna una Dioptría (1 D = m-1) el cual resulta del potencial que tiene el ojo para identificar cada tamaño de letra, este potencial está asociado a un potencial de un lente el cual está dado por la fórmula: P = 1/f’ = 1/s’ - 1/s donde f’ es el focal, s’ es la máxima y s la mínima refracción (lo que puede ver como máximo o mínimo). Así a un paciente se le declara Miope si su dioptría es >-6 y <-3 D o dp; si tiene Hipermetropía tendrá de > +6 a <+3 dp; y si tiene Astigmatismo tendrá de >+3 a <+1 dp.

PROCEDIMIENTOS 1. Poner en la pared el optotipo visual de tipo Snellen. 2. Ubicar a nuestro paciente en un silla sentado a 6 metros del optotipo, de tipo Snellen, y luego le pedimos que cierre un ojo (derecho o izquierdo). 3. Le pedimos leer las letras Tipo 11 hasta llegar al Tipo 1, y medimos el tiempo que se demora en un lapso de 5 min por persona. 4. Para la medición de la vista tenemos en cuenta la escala del optotipo y sus equivalencias:

AV = Dt/Da

AV

TL = AVx10

Eq: 6/x

Interp

MAR (min de arco)

Ciego: 20/10 20/20 20/25 20/30 20/40 20/50 20/70 20/100 20/200

2,00 1,00 0,80 0,67 0,50 0,40 0,29 0,20 0,10

20 10 8 7 5 4 3 2 1

6/3 6/6 6/8 6/9 6/12 6/15 6/21 6/30 6/60

3m 6m 7,5 m 9m 12 m 15 m 21 m 30 m 60 m

10/20 = 0,5 20/20 = 1 25/20 = 1,25 30/20 = 1,5 40/20 = 2 50/20 = 2,5 70/20 = 3,5 100/20 = 5 200/20 = 10

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Nota: Al AV es desde 0,1 hasta el 1 de visión, (10 a 100%), si ve 10% = 20/200 => 2 D 5. El alumno que finge de oculista deberá observar la coincidencia de la lectura de la letra que deletrea el alumno paciente y la medición de la agudeza visual, es decir el número de tipo de letra (Del 1 al 11) y ver a su costado que tipo de AV tiene (ej. 20/40)

ANA LISIS DE LOS RESULTA DOS 1) Luego el alumno deberá anotar los siguientes resultados:

Oculista

Paciente

Diagnóstico Preliminar Derecho Izquierdo Derecho Izquierdo Derecho Izquierdo AV del Ojo

MAR

CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles son los factores que afectan a la agudeza visual teóricos y cuales afectaron en tu práctica? 2. ¿Qué recomendaciones debes tener en cuenta para que los factores físicos que afectan a la agudeza visual sean mínimos? 3. Describa la utilidad de los diversos tipos de optotipos que existen, y cuál es el utilizado en pediatría. 4. Explique biológicamente porque percibimos los colores y el rol de los conos y bastones en la percepción del ser humano. 5. Compara estadísticamente (* y **) las proporciones de tus compañeros que presentan los diferentes tipos de defectos visuales (errores de refracción) con las del poblador peruano de los últimos años. 6. Luego de analizar cada medida de la vista de tus compañeros pacientes, ¿Qué tipo de lente corrector debería utilizar y qué medida debería tener?

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GUIA DE LABORATORIO Nº 15 DIFUSION Y OSMOSIS 1. COMPETENCIAS a. Evalúa el proceso de difusión y ósmosis a diferentes concentraciones de soluto. b. Analiza e interpreta el proceso de osmosis en vegetales.

2. FUNDAMENTO TEORICO Solutos: Componente de una disolución que se disuelve en otro. El soluto se considera siempre como el componente minoritario de la mezcla. Disolventes: Un disolvente o solvente es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. Isotónicas: El medio o solución y la vuelta a la célula hace que se convierta en isotónica es aquel en el cual la concentración de soluto es la misma fuera y en el medio y arriba y abajo y dentro de una célula. Hídrico: Hídrico es la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía, o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con sus servicios ambientales. Electrolitos: Un electrolito o electrólitos cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. La ósmosis es muy importante para poder mantener el equilibrio hídrico y de electrolitos en los seres vivos, la ósmosis regula nuestros niveles de agua a nivel celular o en el cuerpo en general, sin esto no podría haber regulación de líquidos y absorción de nutrientes y el líquido se quedaría acumulado en una parte del cuerpo o solamente pasaría y moriríamos deshidratados o por falta de nutrientes . La ósmosis sucede cuando hay dos disoluciones con diferentes concentraciones de solutos en cual están separadas por una membrana semipermeable en cual solamente deja pasar disolventes y no solutos, al estar en distintas concentraciones, las disoluciones tienden a igualarse y a quedar con la misma concentración la forma que sucede esto, es que pasan los disolventes de la disolución con más concentración a la menos concentrada, igualándolas y cuando llegan a ese momento, se dice que las concentraciones son isotónicas. Este proceso es utilizado en la técnica de baño de contrastes, la cual consiste en jugar con la temperatura del agua con sal (buscando que la inflamación, en su mayor parte compuesta por agua, salga a través de la piel por osmosis) buscando efectos antiinflamatorios y analgésicos. El componente principal de la célula es el agua, que actúa como solvente de solutos orgánicos e inorgánicos. El movimiento de agua a través de una membrana selectivamente permeable se llama osmosis y sucede siempre del área con menor concentración de soluto al área de mayor concentración de soluto. El agua se moverá entonces, a favor de un gradiente de concentración hacia el área de mayor concentración de soluto (donde hay una menor concentración de moléculas de agua libres). Cuando célula contiene una concentración de solutos mayor que su ambiente externo, se dice que la célula está en una solución hipotónica, y como consecuencia, el agua entra a la célula causando que se expanda. Si la concentración de solutos es mayor fuera de la célula, se dice que la célula está en una solución hipertónica; la célula pierde agua y se encoge

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Si las concentraciones de soluto son iguales en ambos lados de la membrana, se dice que la célula está en una solución isotónica, donde el movimiento neto es cero. Las células animales funcionan óptimamente en ambientes isotónicos. En las células vegetales, sin embargo, cuando la vacuola se llena de agua, ésta ejerce presión contra la pared celular hasta llegar a un punto donde se impida que entre más agua (presión de turgencia) y la célula se encuentra túrgida (firme), lo cual es el estado ideal de estas células. Por otra parte, si la célula vegetal pierde agua, la célula sufre plasmólisis al separarse la membrana celular de la pared celular, lo cual suele ser letal para la célula.

3. MATERIALES 3 vasos precipitados de 500ml Agua fría y agua a temperatura ambiente 3 papas medianas 1 tallo de penca de tuna 1 un pedazo de yute 1 tazón de plástico de 5 litros de agua 1 cuchillo 1 Kg de tierra ¼ de sal.

4. PROCEDIMIENTOS Procedimiento 1 1. Añada 250ml agua a temperatura ambiente a tres vasos etiquetados con los números 1, 2 y3 2. Pele la papa y pese cada uno de ellos. 3. Añada al vaso 2 ½ cucharadita de sal, y al vaso 3 saturarlo de sal. 4. Coloque cada papa en cada vaso y que repose durante 30 minutos y anote en la tabla adjunta. Papa/masa

m1 (g)

m2 (g)

Δm

P1 P2 P3 3. 4. 5. 6.

¿Qué ocurrió con la papa en el vaso 1? ¿Qué ocurrió con la papa en el vaso 2? ¿Qué ocurrió con la papa en el vaso 3? De los pasos anteriores que podemos concluir.

Procedimiento 2 1. 2. 3. 4. 5.

Verter 5 litros de agua en el balde Añadir 250 g aproximadamente de tierra. Batir el agua y la tierra hasta que presente una solución uniforme Cortar el tallo de la penca de tuna en forma longitudinal tal como muestra el docente. Verter la clorofila de la penca de la tuna en el balde que contiene la mezcla de agua con tierra y batir en forma uniforme. 6. Colar la mezcla de agua, tierra y clorofila 1. 2. 3. 4.

¿Qué observa con la mezcla de agua y tierra? ¿Qué ocurrió con la papa en el vaso 2? ¿Qué ocurrió con la papa en el vaso 3? ¿Qué paso con la clorofila?

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5. De los pasos anteriores que podemos concluir.

Procedimiento 3

1. Verter en un vaso 150 ml de agua mineral sin gas. 2. Veter aproximadamente 2 cucharaditas de clorofila. 3. Batir el agua con la clorofila y colorado a otro vaso. 1. ¿Cuál es el sabor del agua con clorofila? 2. ¿Podríamos afirmar que la clorofila purifica el agua, porque? 3. ¿Se podría beber el agua del procedimiento 2?

CONCLUSION

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GUIA DE LABORATORIO Nº 16 FUERZA: Determinación de la fuerza muscular de una persona COMPETENCIAS 1. 2. 3.

Determina la fuerza ejercida por el músculo bíceps de un estudiante Determina la fuerza de contacto del hueso húmero sobre la articulación del codo Determina la sección transversal del músculo bíceps

FUNDAMENTO TEORICO 1.

2.

3.

El sistema muscular facilita el movimiento, el mantenimiento de la postura y la producción de calor y energía. Está formado por tres tipos de tejido muscular: cardiaco, liso y esquelético. En esta práctica solo estudiaremos el músculo esquelético, el cual constituye la masa muscular tal y como la conocemos. El sistema esquelético comprende tendones que unen el músculo al hueso y el tejido conectivo que rodea y sostiene el tejido muscular. Un hombre de 70 kg de peso tiene aproximadamente 25 – 35 kg de músculo esquelético. Los músculos están constituidos por gran número de fibras cuyas células son capaces de contraerse al ser estimulados por impulsos que llegan a ellos procedentes de los nervios.

Figura Nº 01.- La contracción del músculo produce dos pares de fuerzas que actúan sobre dos huesos y los músculos en el punto donde están ligados los tendones. Estos puntos de unión se denominan origen e inserción. La magnitud de estos pares de fuerza es variable en función de las cualidades atléticas de una persona y de otros factores, logrando desarrollar una fuerza muscular máxima.

En la Figura Nº 02 se representan las condiciones de un problema simple de la Biomecánica, problema que atañe a la retención de carga por medio de la mano. Por las longitudes conocidas del hombro y del antebrazo y por la magnitud de la carga es necesario hallar el esfuerzo desarrollado por el músculo (bíceps). En particular la fuerza ejercida por el bíceps en el hombre en diversas circunstancias es de vital importancia, por tal motivo en esta parte se determinará la magnitud de dicha fuerza bajo las condiciones de equilibro de un sistema de fuerzas dimensionales tal como se muestra el figura Nº 02.

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A partir del diagrama mostrado (Figura Nº 03), podemos inferir que se cumple con las condiciones necesarias para el equilibrio (traslacional y rotacional); por lo tanto:

ΣMc = 0 -T (d1) +Fm (d2) =0

F m

4.

T ( d 1 ) d 2

Figura Nº 03

…………………………. (1)

FUERZA DE CONTACTO DEL HUMERO, en general las fuerzas de contacto son las ejercidas sobre las articulaciones, en este caso se produce al nivel del codo y es ejercida por el humero como reacción a la fuerza muscular (del bíceps) y su magnitud se determina en la situación anterior de la condición de equilibrio de fuerzas horizontales, esto es. ∑Fx = 0; Fc – Fm +T = 0 Fc = Fm – T ……………………………………………. (2)

5.

FUERZA MUSCULAR MAXIMA: la fuerza máxima que puede ejercer un músculo depende del área de la sección transversal por ejemplo en el hombre es de unos 3 a 4 kg-f/cm².

El tema en referencia es pues una motivación al estudio de funcionamiento de las fuerzas musculares para producir movimiento y equilibrio en el hombre que es de interés de los atletas y terapeutas físicos el desarrollo del presente trabajo se aborda ciertos aspectos de este estudio.

MATERIALES: Dinamómetro de escala (0 a 500) N Muñequera Base de apoyo Argollas metálicas insertadas en soporte fijo o en pared Balanzas Regla graduada de metal o madera Vernier Tiza, lápiz, papel milimetrado.

PROCEDIMIENTOS: a) Los integrantes de cada equipo deberán realizar la siguiente experiencia: Un integrante debe enganchar su antebrazo a un dispositivo medidor de fuerza (dinamómetro) tal como se muestra en la figura Nº 02 y manteniendo la horizontal del brazo ejercer la máxima tensión sobre el aparato, anota en la tabla (1)el valor obtenido

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b) En ese momento que hace la fuerza cada integrante, otro estudiante debe medir con el vernier el diámetro (D) del bíceps y anotar los datos en la tabla (1) c) Así mismo se debe medir con la regla las distancias d1 y d2 según indica la fig. 2

Tabla (1) Nº

Estudiante

T ( )

d1 (cm)

d2 (cm)

D (cm)

Actividad física

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T = magnitud de la tensión sobre el dinamómetro d1 = distancia perpendicular entre la línea de acción de la tensión (T) y la fuerza de contacto (Fc) d2 = distancia perpendicular entre la línea de acción de la fuerza muscular (Fm) y la fuerza de contacto (Fc) d) Haciendo uso de los datos de la tabla (1) y de las ecuaciones de equilibrio (1) y (2) del fundamento teórico, completar la información requerida en la tabla siguiente: Tabla (2) Nº Estudiante T ( ) Fm ( ) Fc ( ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fm = magnitud de la fuerza muscular (del bíceps) Fc = magnitud de la fuerza de contacto NOTA: Establecer el diagrama de fuerza en cada uno de los casos. e) En la tabla siguiente registra los valores determinados de la fuerza muscular (bíceps) en la tabla (2) y con el diámetro obtenido en la tabla (1) determine el área de la sección transversal del bíceps mediante: A = πr² anota el resultado Fm f) Determine el valor de la fuerza muscular máxima del bíceps Fm(max) A mediante:

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TABLA (3) Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Estudiante

Fm ( )

A(cm²)

Fm(max)

SITUACIONES PROBLEMATICAS. De acuerdo a la información de la tabla (1): 1.

¿Qué relación existe entre la magnitud de la tensión sobre el dinamómetro originado en función de las cualidades atléticas de la persona?

2.

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

3.

A partir de la información de la tabla (2) expresar el mayor valor de la fuerza muscular en unidades del sistema internacional.

4.

De qué factor depende la mayor magnitud de la fuerza muscular ( del bíceps) Demuestra haciendo uso de los valores experimentales obtenidos.

5

¿El dinamómetro ha permitido determinar directamente la fuerza muscular (del bíceps)? Explica

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………

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UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA

FACULTAD DE CIENCIAS DE SALUD ESCUELA PROFESIONAL DE TECNOLOGIA MÉDICA TERAPIA FISICA Y REHABILITACION Rector de la Asociación Universidad Privada San Juan Bautista: ____________________________________________________________ Decano de la Facultad de Ciencias de la Salud: _____________________________________________________ Director de la Escuela Profesional de Tecnología Medica

_____________________________________________ CURSO: TEMA: LABORATORIO Nº: ______ PROFESOR: CICLO: TURNO: SEMESTRE: FECHA: SEDE: PARTICIPANTES EN ORDEDN ALFABETICO:

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Guia de Practica Biofisica Aplicada a La Fisioterapia

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