Fenómenos biofísicos
Los fenómenos físicos son los cambios que sufre un cuerpo, materia o sustancia sin alterar su composición y ocurren cuando se lleva a cabo un proceso o cambio, que puede ser reversible, sin perder sus características, propiedades ni modificar su naturaleza.
Fenómenos químicos
A diferencia del fenómeno físico, el fenómeno químico es la transformación permanente e irreversible que sufren los cuerpos, materias o sustancias. Es decir, uno o varios de estos desaparecen y se forman uno o varios cuerpos, materias o sustancias nuevas, ya que se modifica su estructura molecular.
Características de los fenómenos físicos
- El cambio que experimenta el cuerpo, materia o sustancia es reversible.
- Se puede observar el cambio.
- El cuerpo, la materia o sustancia no cambia
Tensión superficial
La tensión superficial es un término que se aplica a los líquidos ya que es una manera de medir la cohesión existente entre las moléculas de ese líquido. Todas las moléculas que se componen de una sustancia líquida interaccionan de alguna manera entre ellas y se atraen. Se dice que un líquido tiene más o menos cohesión, dependiendo de si sus moléculas se atraen más o menos entre ellas.
La tensión superficial solo se aplica sobre las superficies de un líquido. Cuando estamos sobre la superficie de un líquido, las moléculas que están debajo de la superficie, sienten esa atracción únicamente por las moléculas que tienen a los lados y hacia abajo, pero en la parte superior no existen más moléculas, solo la superficie. Como resultado de todo esto, dichas moléculas sienten una fuerza que las estira hacia abajo, hacia el interior del líquido.
La tensión superficial depende de la naturaleza de cada líquido. A la tensión superficial se la define en física como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido y contrarrestar esa fuerza de atracción hacia el interior.
La tensión de la superficie depende de la naturaleza que tiene cada líquido, del entorno que lo rodea y de la temperatura. Cuando se aplica calor sobre un líquido y aumenta la temperatura, la tensión superficial baja a la vez que las fuerzas de cohesión también se reducen.
En los márgenes de los ríos hay insectos, como los llamados zapateros, que caminan con sus largas patas por la superficie del agua sin hundirse. Esta habilidad la podemos explicar por la tensión superficial, propiedad de un líquido que hace que se comporte como si la superficie estuviera encerrada en una lámina elástica.
Este fenómeno es más común de lo que pensamos y no se suele hablar tanto de él como debiera. Lo cierto es que esta tensión depende de varios factores que deben darse para que exista. Lo mejor para conocer más sobre ella es documentarse y actualmente gracias Internet, podemos ver mucho sobre este fenómeno que ta presente está en nuestra naturaleza.
Presión hidrostática
Se conoce como Presión Hidrostática a la parte de dicha presión en la que el peso de un fluido que se encuentra en reposo. Cabe destacar que en un fluido que se encuentra en este estado la única presión que se encuentra es la que ya nombramos, siendo asi la presión que sufren dichos cuerpos que se encuentran sumergidos en un líquido por el hecho de que estos se sumergen en el mismo.
Es decir la presión hidrostática es la presión o la fuerza que esta puede ejercer o llegar a provocar, tratándose de la misma forma de la presión como ya hemos dicho a la que se aplica un elemento por el hecho de sumergirlo.
El líquido provoca una fuerza sobre el fondo y los laterales del recipiente además de la superficie del objeto que se sumerge, esta a su vez provoca que el objeto entre en un estado de reposo además de una fuerza perpendicular en las paredes de dicho envase donde se está experimentando.
Esta se calcula de la siguiente forma, a partir de una sencilla multiplicación de la gravedad, densidad, líquido y la profundidad, en una ecuación su fórmula seria la siguiente.
P= d x g x h.
Para los estudiados como para los que disfrutan de una buena clase de ciencia podemos destacar que es muy estudiada este tipo de presión en muchos centros de educación, para que los jóvenes también puedan entenderla, estudiarla y saber a qué se refiere cuando se está hablando de dicho tema.
Los experimentos más usuales de la presión Hidrostática para que los mas jóvenes puedan entenderla se usa el respectivo vaso o una cubeta de agua, aceite y alcohol, asi bien podremos notar las distintas densidades de cada uno de estos líquidos, quedando asi el agua debajo de todo, el aceite por encima y el alcohol se encontrara situado entre ambos, contando así con una gran densidad y mostrándose dicha presión de la que estamos hablando.
Adhesión y cohesión
Adhesión
La adhesión es la unión física de dos cuerpos que por su naturaleza lo normal es que estén separados. Esa palabra es de origen latino, proviene de la palabra adhaesio que quiere decir pegadura de las cosas. También se aplica esta palabra a la afección, unión, o apego.
También se usa para referirse a alguna parte añadida de algo, en biología hace referencia a la fusión de tejidos vivos, como en las cicatrices o transplantes. En física es la fuerza que impide la separación de dos cuerpos en contacto. Y se dice que da origen al rozamiento.
También cuando un gas o liquido fluye por un conducto y alcanza su velocidad máxima en el centro para luego disminuir según se acerque a las paredes hasta anularse.
En medicina la adhesión es cada una de las extensas superficies de tejido conjuntivo, unen anormalmente a las vísceras entre ellas o con las paredes torácicas entorpeciendo la función de las mismas y provocando fuertes dolores y molestias.
Gracias a la adherencia es que se puede pintar, escribir y pegar las cosas.
Tipos de mecanismos de adhesión entre materiales:
- Adhesión mecánica. En este caso, los materiales adhesivos rellenan los huecos o porosidades de las superficies, uniéndose por enclavamiento. Por ejemplo, el velcro.
- Adhesión química: La unión de dos materiales producen un compuesto químico.
- Adhesión dispersiva: Los materiales mantienen su adhesión por las fuerzas de van der Walls: la atracción entre dos moléculas, cada una de las cuales tiene regiones de carga positiva y negativa. Este efecto puede ser permanente o temporal, debido al movimiento constante de los electrones en una región.
- Adhesión electrostática: la unión de dos materiales produce una diferencia de potencial, debido a que son materiales conductores de electrones. Esto crea una fuerza electrostática atractiva entre materiales.
- Adhesión difusiva: Dos materiales se adhieren porque las moléculas de ambos son móviles y solubles entre sí.
Cohesión
Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
Acción capilar y capilaridad
La acción capilar describe el flujo espontáneo de un líquido en un tubo estrecho o material poroso. Este movimiento no requiere la fuerza de la gravedad para que ocurra. De hecho, a menudo actúa en oposición a la gravedad.
Ejemplos de acción capilar incluyen la absorción de agua en papel y yeso (dos materiales porosos), la absorción de pintura entre los pelos de un pincel y el movimiento del agua a través de la arena.
La acción capilar es causada por la combinación de las fuerzas cohesivas del líquido y las fuerzas adhesivas entre el líquido y el material del tubo. La cohesión y la adhesión son dos tipos de fuerzas intermoleculares. Estas fuerzas empujan el líquido hacia el interior del tubo. Para que ocurra la mecha, un tubo debe ser lo suficientemente pequeño en diámetro.
Capilaridad en la sangre
Al insertar un tubo en agua se ve que el líquido en el tubo sube a una altura mayor que la del agua fuera de este. Este fenómeno, llamado capilaridad, se debe a las fuerzas cohesivas y adhesivas entre el líquido y la superficie de contacto. Es de gran interés analizar como el siguiente fenómeno se aplica para el transporte sanguíneo en el cuerpo y como el diámetro de las distintas venas, arterias y capilares se ven afectados por la capilaridad.
El cuerpo consta de una gran red de transporte compuesta por venas, arterias y capilares por las cuales pasa el flujo sanguíneo. El flujo parte desde el corazón por las arterias que si bien son las de mayor diámetro (1-4mm) no necesitan de los efectos de capilaridad debido a que el bombeo del corazón es capaz de transportar el flujo sin problema. Para el caso de las venas el efecto de capilaridad no es suficiente para llevar el flujo nuevamente al corazón ya que tienen un diámetro menor que el de las arterias pero no lo suficiente como para que las fuerzas cohesivas sean significativas. El otro problema es que en este punto el flujo sanguíneo va a menor velocidad de lo que hace en las arterias y por lo tanto requiere de válvulas para retornar la sangre al corazón. En cuanto a los capilares existen 2 factores que permiten que el flujo en ellos sea eficiente y no requiere de métodos que facilitan el impulso a través de ellos. El primero es la disminución de área transversal y el segundo, y en el que nos centraremos principalmente es la capilaridad.
Difusión
Difusión se refiere a la propagación de moléculas, solutos, solventes, noticias, informaciones, pensamientos, tendencias o culturas de un medio a otro.
La palabra difusión indica la acción de difundir, deriva del latín diffusio, compuesto por el prefijo dis-, que significa ‘separación’, y fundere, que indica ‘derramar’ o ‘fundir’.
En física y química, la difusión se refiere al movimiento de moléculas de una sustancia, gas o líquido, de un medio de menor concentración a un de mayor concentración, sin la generación adicional de energía.
La difusión también indica la divulgación de ideas, conocimientos, cultura o noticias. En este sentido, la difusión de los elementos mencionados suelen usar los medios de comunicación como, por ejemplo, la prensa, la televisión, la radio o las redes sociales para propagarlos hacia un público más amplio.
La difusión se considera una forma de transporte celular pasivo, ya que no necesita de energía adicional para que esta ocurra. La difusión biológica puede dividirse en difusión simple y difusión facilitada.
Difusión simple
La difusión simple se produce en sustancias de bajo peso molecular como, por ejemplo, el agua (H2O), gases disueltos (O2, CO2) y moléculas liposolubles (alcohol etílico, vitamina A).
La difusión simple es el transporte pasivo de solutos y solventes por el libre movimiento de las moléculas. La difusión se genera a través de membranas permeables desde un medio de mayor concentración hacia el de menor concentración hasta que la concentración sea igualada.
Difusión facilitada
La difusión facilitada de sustancias necesita de transportadores para traspasar membranas de permeabilidad selectiva. Los mediadores pueden ser proteínas de canal o proteínas transportadoras.
Las proteínas de canal son aquellas que pueden controlar la apertura y cierre de los canales situados en la capa doble de fosfolípidos de la membrana citoplasmática y así atravesar con las moléculas.
En la difusión, las proteínas transportadoras se unen a la sustancia y la transportan a través de la membrana a favor de la gradiente de concentración.
Existe un gradiente de concentración para estas moléculas, por lo que tienen el potencial para difundirse hacia adentro (o hacia afuera) de la célula al moverse por debajo de su gradiente. Sin embargo, debido a que son polares o tienen una carga, no pueden cruzar la zona de fosfolípidos de la membrana sin ayuda. Las proteínas de transporte facilitado protegen estas moléculas del núcleo hidrofóbico de la membrana, y proporcionan una ruta por la que pueden cruzar. Las proteínas de canal y transportadoras son dos clases importantes de proteínas de transporte facilitado.
Difusión y ósmosis
La difusión y la ósmosis son formas de transporte celular.
La difusión es el traspaso de soluto y solvente desde un medio más concentrado a uno menos concentrado a través de membranas permeables.
La ósmosis es el paso del disolvente o solvente como, por ejemplo, el agua, a través de una membrana semipermeable desde el medio donde existe una concentración menor a una concentración mayor.
En la difusión, las moléculas se mueven desde una región de mayor concentración hacia otra de menor concentración, no porque sean conscientes de su entorno, sino simplemente como consecuencia de la probabilidad. Cuando una sustancia está en forma líquida o gaseosa, sus moléculas estarán en constante movimiento aleatorio; rebotan o se deslizan unas alrededor de otras. Si hay muchas moléculas de una sustancia en el compartimiento A y ninguna molécula de esa sustancia en el compartimiento B, es muy poco probable (imposible, en realidad) que una molécula se mueva aleatoriamente de B a A. Por el contrario, es muy probable que una molécula se mueva de A a B: puedes visualizar todas esas moléculas que rebotan en el compartimiento A y a otras que brincan hacia el compartimiento B. Así, el movimiento neto de moléculas será de A a B, lo cual ocurrirá hasta que se igualen las concentraciones.
Diálisis
La diálisis (del griego diálisis, significando disolución, día, significa a través, y lysis, separación) es un proceso mediante el cual se extraen las toxinas y el exceso de agua de la sangre, normalmente como terapia renal sustitutiva tras la pérdida de la función renal en personas con fallo renal.
Absorción
La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual por ejemplo un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua mediante el contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.
Fenómenos Físico-químico en los seres humanos
Los fenómenos físicos y químicos que suceden a nuestro alrededor han sido motivo de interés desde épocas muy pasadas, e importantes civilizaciones como la de los egipcios, la de los chinos y sobre todo la de los antiguos griegos pusieron especial atención en ellos, a fin de describirlos y de interpretarlos.
La diferencia entre los fenómenos físicos y los químicos radica en determinar si existe o no cambio en la naturaleza o propiedades características de los elementos involucrados:
- En los fenómenos físicos no se producen cambios en la composición de las sustancias, las moléculas no varían.
- En los fenómenos químicos sí se dan cambios y eventualmente aparecen nuevas sustancias.
Además, en los fenómenos físicos las sustancias por lo general pueden volver a su estado original, en tanto que esto no es lo común en los fenómenos de tipo químico.
Los fenómenos químicos, por otro lado, han permitido desarrollar una amplia gama de productos que el ser humano utiliza de diferentes formas.
La obtención de bebidas alcohólicas a partir de frutas o granos y de quesos se basa en el proceso químico de fermentación. Antes de que existiera la fotografía digital, las fotos se obtenían por un proceso que implicaba el uso de una sal de plata.
La luz procedente del espacio y la que se refleja en los cuerpos era dirigida a través del conjunto de lentes e incidía sobre una película fotográfica. La energía de los fotones provocaba una reacción química en esa sal de plata (bromuro o ioduro).
Muchos fenómenos físicos también son la base del funcionamiento de una cantidad de instrumentos o máquinas que hacen más sencilla la vida de las personas.
Pensemos en las palancas, las poleas, los aparejos y demás sistemas mecánicos, que han significado y aún hoy significan una enorme ayuda para mover objetos pesados, por ejemplo.
O en todos los instrumentos ópticos de los que hoy disponemos, desde los simples anteojos y lupas hasta aquellos más complejos, como microscopios y telescopios, que permiten ver objetos muy pequeños o muy lejanos, respectivamente, con enorme detalle.
Todos ellos aprovechan fenómenos físicos como la difracción, la reflexión o la refracción de la luz.
Ejemplos de fenómenos físicos y químicos que ocurren en nuestro cuerpo:
- Respiración celular
- Intercambio gaseoso
- Digestión
- Contracciones musculares
- Visión y audición
- Síntesis de proteínas
- Desplazamiento
- Movilización
- Control inmunitario entre otros fenómenos físicos y químicos.
Referencias Bibliográficas
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