La Biofísica es una sub-disciplina de la
Biología que estudia los principios físicos subyacentes a todos los procesos de
los sistemas vivientes. La biofísica es una
ciencia reduccionista porque establece que todos los fenómenos
observados en la naturaleza tienen una explicación científica predecible. Si
nosotros no podemos explicar algunos fenómenos en la actualidad no se debe a
que estos no tengan una explicación científica, sino que nosotros aún no
tenemos los implementos necesarios para estudiar las causas subyacentes a esos
fenómenos aún inexplicables. La biofísica no es una rama de la física, sino de
la biología. La biofísica explica los fenómenos biológicos aplicando los
principios fundamentales de la naturaleza. Por ejemplo, la biofísica estudia
los cambios de polaridad en los microtúbulos de un Paramecium, o la
transferencia de energía de una partícula a otra dentro del complejo motor
molecular conocido como ATP sintetasa, o la mecánica del esqueleto humano, o la
dinámica de fluidos en un saltamontes, etc.Por supuesto, la biofísica se
fundamenta en los estudios proporcionados de la física; por ello, decimos que
la biofísica es una ciencia interdisciplinaria. (Nahle, 2008)
La teoría del Big Bang o gran explosión, supone que, hace entre
13.700 y 13.900 millones de años, toda la materia del Universo estaba
concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, un único
punto, y explotó. La materia salió impulsada con gran energía en todas
direcciones. Los choques que inevitablemente se produjeron y un cierto desorden
hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del
espacio, y se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias. Desde
entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución. Esta teoría
sobre el origen del Universo se basa en observaciones rigurosas y es
matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no
tiene una explicación admisible para el momento cero del origen del Universo,
llamado "singularidad". (AstroMía, s.f.)
Durante los primeros
segundos, la temperatura era de más de un billón de grados y toda la energía se
hallaba en forma de radiación. Durante los primeros 10 segundos se formaron las
partículas elementales y al cabo de 15 minutos se formaron núcleos de hidrógeno
y helio, en proporción de cuatro a uno. Unos 10.000 años después, la
temperatura había descendido a unos 100.000 grados y se formaron los primeros
átomos de hidrógeno. Al cabo de unos 400.000 años, el hidrógeno empezó a
condensarse en nubes (las futuras estrellas), las cuales a su vez se agrupaban
en cúmulos mayores (las futuras galaxias). Hace 11.000 millones de años, la
temperatura del universo era de unos 3.000 grados, y se formaron las primeras
estrellas: la gravedad hizo que los núcleos de muchas nubes de hidrógeno
alcanzasen temperaturas elevadas, del orden de 15 millones de grados, lo que
permitió la fusión del hidrógeno en helio, proceso que origina la emisión
luminosa de las estrellas.
Cuando las estrellas agotan el hidrógeno del
núcleo, son capaces de seguir generando energía fundiendo a su vez el helio en
materiales más pesados. De este modo, en los núcleos de las primeras estrellas
se formaron todos los elementos químicos que hoy existen en la Tierra. En las
estrellas más grandes, este proceso genera cada vez más energía, hasta que
llega un momento en que la gravedad no es capaz de contenerla y la estrella
explota lanzando al espacio gran parte de su materia. Esto sucede a una edad
diferente según la masa de cada estrella.
Las explosiones de estrellas llenaron el espacio de nuevas nubes de gas
(esta vez relativamente rico en toda la gama de elementos químicos), a partir
del cual se formaron nuevas estrellas, las llamadas estrellas de segunda
generación, entre las cuales se encuentra el Sol. (ICARITO, s.f.)
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Momento
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Suceso
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Big Bang
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Densidad infinita, volumen cero.
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10 e-43 segs.
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Fuerzas no diferenciadas
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10 e-34 segs.
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Sopa de partículas elementales
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10 e-10 segs.
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Se forman protones y neutrones
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1 seg.
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10.000.000.000 º. Universo tamaño Sol
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3 minutos
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1.000.000.000 º. Nucleos de átomos
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30 minutos
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300.000.000 º. Plasma
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300.000 años
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Átomos. Universo transparente
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1.000.000 años
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Gérmenes de galaxias
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100 millones de años
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Primeras galaxias
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1.000 millones de años
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Estrellas. El resto, se enfría
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5.000 millones de años
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Formación de la Vía Láctea
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10.000 millones de años
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Sistema Solar y Tierra
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En 1922, el bioquímico
soviético Alexander Ivanovich Oparin publicó una pequeña obra
titulada "El origen de la vida" y en 1924 presentó a sus colegas
soviéticos una clara y rigurosa explicación de cómo pudo haber acontecido
esa evolución de la vida a partir del reino abiótico de la química y la física.
Para 1936, sus ideas ya habían sido aceptadas en el mundo entero. La hipótesis
de Oparinprincipia con el origen de la Tierra hace unos 4.600
millones de años. Es casi seguro que la atmósfera primitiva era reductora,
quizá con altas concentraciones de metano (CH4), vapor de agua (H2O), amoniaco
(NH3) y algo de hidrógeno (H2). Una atmósfera de esa naturaleza debió promover
la síntesis química. Conforme la Tierra se enfrió, buena parte del
vapor se condensó para formar los mares primitivos o caldos nutritivos. Las
moléculas se irían asociando entre sí, formando agregados moleculares cada vez
más complejos, con una estructura concreta, a los que llamó coacervados. La
mayor parte del trabajo experimental de Oparin se relacionó con la exploración
de las propiedades de los coacervados y su posible participación en la
evolución de las primeras células vivas.
Según el bioquímico
norteamericano Sydney W.Fox, la aparición de la vida sobre nuestro planeta no
sólo tuvo lugar en el mar, como proponía la teoría de Oparin, sino que también
podría haber sucedido sobre la tierra firme. Demostró que a temperaturas
próximas a los 1.000 ºC, una mezcla de gases similares a los que formaron la
atmósfera primitiva sufría una serie de transformaciones tales que se lograba
la síntesis de aminoácidos, que a su vez se unían formando
"protenoides". Al sumergirse en agua, los protenoides generaban un
proceso de repliegue sobre sí mismos adoptando una forma globosa, las
microesferas, que estaban limitadas por una doble capa que las protegía del
exterior, apareciendo así el ancestro de lo que posteriormente sería la
membrana plasmática. Las microesferas, a través de la membrana, podían tomar
del exterior sustancias como agua, glucosa, aminoácidos, etc., que producían
la energía suficiente para que continuase el
desarrollo de la microesfera.
La idea de que la Tierra
fue poblada por microorganismos procedentes del espacio empezó a desarrollarse
a partir de 1865 por parte del biólogo alemán Hermann Richter; según él, la
vida está presente en todo el Universo bajo la forma de gérmenes de microorganismos,
a los que llamó cosmozoarios. Los meteoritos que continuamente impactan en la
Tierra transportarían los cosmozoarios, que una vez en el planeta, se
desarrollarían en condiciones favorables. En 1908 un químico sueco Svante
Arrhenius (1859-1927) retomó la idea de Richter dándole una forma más
elaborada: la teoría de la Panspermia.
En ella, se substancia que la vida es transportada
en el espacio bajo la forma de esporas, organismos vivos microscópicos,
adheridas a algunos meteoritos siendo impulsadas por la presión del cosmos y
que, al encontrar las condiciones adecuadas en los mares terrestres,
evolucionan hasta alcanzar el grado de desarrollo que presentan los organismos
en la actualidad. (González, 2005)
La Biofísica y el avance de
las técnicas médicas. Para García Barreno, la Biofísica está detrás
de grandes avances en la práctica médica en general y quirúrgica en particular.
Cita como ejemplos las técnicas de imagen, la fibra óptica, los bisturís de
alta energía, o los órganos artificiales. En su opinión, en todos estos avances
la Biofísica ha jugado y juega un papel fundamental. Él mismo vivió en primera
persona esta fructífera relación durante su etapa como director del Hospital
Gregorio Marañón, cuando puso en marcha una unidad avanzada de imagen cardiaca.
El académico pronostica que todavía hay grandes avances por llegar,
consecuencia de desarrollos biofísicos más recientes, como la microscopía
óptica de alta resolución, galardonada con el Premio Nobel de Química de 2014. (Barreno, 2015)
El método científico es un
conjunto de pasos ordenados que se emplean para adquirir nuevos conocimientos.
Para poder ser calificado como científico debe basarse en el empirismo, en la
medición y, además, debe estar sujeto a la razón. La historia del método
científico arranca en la prehistoria. El hombre primitivo, un ser curioso por
naturaleza, descubrió a través del método del ensayo-error qué alimentos le
convenía comer, cuándo y cómo debía seleccionarlos. De una forma lenta pero
inexorable dejó de ser un recolector de frutos y cazador de animales y se
convirtió en pastor y agricultor; con la ayuda de la observación dejó de ser
nómada para convertirse en sedentario.
Nuestros antepasados, amparados por la curiosidad, asociaron los
movimientos de los cuerpos celestes con el tiempo y las estaciones. De esta
forma, llegó un momento en el que podían predecir los cambios meteorológicos y
cómo afectaban a su primitiva economía.
Observación: hace referencia a
lo que queremos estudiar o comprender.
Hipótesis: se formula una
idea que pueda explicar lo observado.
Experimentación: se llevan a cabo diferentes experimentos para
comprobar o refutar una hipótesis.
Teoría: permite explicar la
hipótesis más probable.
Conclusiones: se extraen de la
teoría formulada.
La materia es todo aquello
que ocupa un lugar en el espacio. En física y filosofía, materia es el término
para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva,
entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos
sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos
perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir, es todo aquello que
ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir,
etc.
El electrón es representado por el símbolo e− , es una partícula
subatómica con una carga eléctrica elemental negativa. En un átomo los
electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones. Los
electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera
corriente eléctrica, aunque dependiendo del tipo de elemento o compuesto en el
que se genere, necesitará más o menos energía para provocar esta corriente
eléctrica.
El protón es representado por el símbolo e+ , es una partícula
subatómica con una carga eléctrica elemental positiva 1,602 176 487 × 10–19
culombios y una masa 1,672 621 637 × 10–27 kg (1.836 veces la masa de un
electrón). Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite
inferior en su vida media de unos 1035 años. El protón y el neutrón, en
conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.
El neutrón es una partícula sin carga eléctrica (pero con momento
magnético). Éste junto con los protones, forman los núcleos atómicos. Fuera del
núcleo atómico, el neutrón es inestable y tiene una vida media de unos 15
minutos (885.7 ± 0.8 s), emitiendo un electrón y un antineutrino para
convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón. El neutrón es
necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única
excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con los
protones, pero sin repulsión electrostática.
El positrón o antielectrón es la antipartícula
correspondiente al electrón, por lo que posee su misma masa y una carga
eléctrica elemental positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de
la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicos como
parte de transformaciones nucleares. (feandalucia , 2011)
La materia viva e inerte se
puede encontrar en diversos estados de agrupación diferentes. Esta agrupación u
organización puede definirse en una escala de menor a mayor organización, tal
como puede observarse en la siguiente gráfica.
Subatómico: este nivel es el
más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son
las distintas partículas que configuran el átomo.
Átomo: es el siguiente nivel de
organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.
Moléculas: consisten en la
unión de diversos átomos diferentes para forma, por ejemplo, oxígeno en estado
gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas,
lípidos...
Celular: las moléculas se agrupan
en unidades celulares con vida propia y capacidad de autor replicación.
Tisular: las células se organizan
en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...
Orgánulo: los tejidos están
estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones...
Sistémico o de
aparatos: los órganos se estructuran
en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos...
Organismo: nivel de organización superior en el cual las
células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización
superior como seres vivos: animales, plantas, insectos. (Cecil Hugo Flores Balseca, 2018)
Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número
para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de
arces, pinos...
Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar. Por ejemplo; un conjunto de
seres vivos diferentes, está formada por distintas especies.
Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con
una distribución espacial amplia.
Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas
diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el
conjunto de vid, olivar y almendros característicos de las provincias del
sureste español.
Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica
que agrupa varios paisajes.
Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas
características ambientales: macro climáticas como la humedad, temperatura,
radiación y se basan en la dominancia de una especie, aunque no son homogéneos.
Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento
identificador muy claro, pero no homogéneo, también se define por la latitud y
la temperatura.
Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes
inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual (Cecil Hugo Flores Balseca, 2018)
Para saber que es un compuesto primero hay que definir la palabra.
Compuesto que, en química es la unión de uno o más elementos de la tabla periódica.
A su vez los compuesto se dividen en tres grandes ramas que son los
compuestos Binarios, Terciarios y Cuaternarios.
Los Compuestos Binarios son: Aquellos que tienen 2 electrones, en los cuales
destacan el Ácido, Óxido, Anhídrido, Sal, Peróxido, Hidruro.
Los Compuestos Terciarios son: Aquellos que tienes 3 electrones, en los cuales
destacan Orto, Meta, Piro.
Los Compuestos Cuaternarios son: Los que tienen 4 electrones, en esta rama entran
los radicales. A continuación, se explican algunos de los compuestos binarios
más importantes:
Óxidos: Se llama óxidos a los compuestos que se formanal combinarse oxigeno con
los elementos. Puesto que los elementos se clasifican en metales y no metales,
hay tres clases de óxidos metálicos o básicos y oxácidos. Ejemplos:
Óxido de magnesio: antiácido estomacal
Óxido de Zinc: es utilizado como antiséptico
Óxido cúprico: Usado cuando existe deficiencia de cobre
Óxido Nitroso: Posee propiedades narcóticas
Óxido de etileno: Se usa una mínima cantidad para la esterilización de equipos y
abastecimientos médicos
Peróxidos: Algunos óxidos tienen un átomo más de oxígeno que los óxidos ordinarios.
Para designar a estas sustancias se agrega el prefijo Per. En los peróxidos, el
oxígeno funciona con valencia 1, por lo tanto, el peróxido se forma con un
Metal y en Oxigeno. Ejemplos:
Peróxido de benzoílo: Capacidad exfoliante y propiedades
antisépticas y antiseborreicas se encuentra formando parte de productos para
limpiar la piel, combatir enfermedades inflamatorias de la piel como el acné.
Además, se utiliza en pastas dentales por su poder blanqueador y en peluquería
y barbería para blanquear el cabello.
Peróxido de carbamida: Está incorporado en los productos
utilizados para blanquear los dientes.
Peróxido de acetona: Es eficaz para desinfectar heridas y Los odontólogos lo usan como parte del
tratamiento de blanqueamiento dental. El peróxido forma parte de tiras
blanqueadoras, o se encuentra disueltos en geles.
Anhídridos: Se forman gracias a la combinación de los no
metales con el oxígeno. Ejemplos:
Anhídrido nítrico (NO): Controla la circulación
colateral
Anhídrido nitroso (N2O): Anestésico médico
Base: Las bases o hidróxidos se caracterizan por
tener en solución acuosa el radical hidroxilo. Por lo tanto, los Hidróxidos se
forman con en metal y un (OH)-1.
Ácido: Los ácidos son compuesto que se forman con un
Hidrogeno y un no metal.
Ácido clorhídrico (HCl): Pese a
que es un ácido fuerte, está presente en el cuerpo humano, concretamente en el
estómago, donde cumple una importante función en el proceso digestivo. Su
exceso genera acidez estomacal.
Sal: las sales son compuestos que se forman
gracias a la unión de un metal con un no metal.
o Formar parte de la
estructura ósea y dental (calcio, fósforo, magnesio y flúor).
o Regular el balance del
agua dentro y fuera de las células (electrolitos). También conocido como
proceso de ósmosis.
o Intervienen en la
excitabilidad nerviosa y en la actividad muscular (calcio, magnesio).
o Permitir la entrada de
sustancias a las células (la glucosa necesita del sodio para poder ser
aprovechada como fuente de energía a nivel celular).
o Colaborar en procesos
metabólicos (el cromo es necesario para el funcionamiento de la insulina, el
selenio participa como un antioxidante).
o Intervenir en el buen
funcionamiento del sistema inmunológico (zinc, selenio, cobre).
o También forman parte
de moléculas de gran tamaño como la hemoglobina de la sangre y la clorofila en
los vegetales. (Leigh, 1990)
Los elementos clasifican,
organizan y distribuyen los distintos elementos químicos, conforme a sus
propiedades y características; su función principal es establecer un orden
específico agrupando elementos.
Grupos.
A las columnas verticales
de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que
pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen
características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en
el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía) y
todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1.
Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales
tienen lleno su último nivel de energía (regla del octeto) y, por ello, son
todos extremadamente no reactivos. (Cecil Hugo Flores Balseca, 2018)
Numerados de izquierda a
derecha utilizando números arábigos, según la última recomendación de la IUPAC
(según la antigua propuesta de la IUPAC) de 1988, los grupos de la tabla
periódica
son:
Grupo 1 (I A): Los metales
alcalinos
Grupo 2 (II A): Los metales
alcalinotérreos
Grupo 3 (III B): Familia
del Escandio
Grupo 4 (IV B): Familia del
Titanio
Grupo 5 (V B): Familia del
Vanadio
Grupo 6 (VI B): Familia del
Cromo
Grupo 7 (VII B): Familia
del Manganeso
Grupo 8 (VIII B): Familia
del Hierro
Grupo 9 (IX B): Familia del
Cobalto
Grupo 10 (X B): Familia del
Níquel
Grupo 11 (I B): Familia del
Cobre
Grupo 12 (II B): Familia
del Zinc
Grupo 13 (III A): Los
térreos
Grupo 14 (IV A): Los
carbonoideos
Grupo 15 (V A): Los
nitrogenoideos
Grupo 16 (VI A): Los
calcógenos o anfígenos
Periodos
Las filas horizontales de
la tabla periódica son llamadas períodos. Contrario a como ocurre en el caso de
los grupos de la tabla periódica, los elementos que componen una misma fila
tienen propiedades diferentes, pero masas similares: todos los elementos de un
período tienen el mismo número de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento
se coloca según su configuración electrónica. El primer período solo tiene dos
miembros: hidrógeno y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s.
La tabla periódica consta
de 7 períodos:
Período 1
Período 2
Período 3
Período 4
Período 5
Período 6
Período 7
La tabla también está
dividida en cuatro grupos a saber: s, p, d, f, que están ubicados en el orden
sdp, de izquierda a derecha, y f lantánidos y actínidos. Esto depende de la
letra en terminación de los elementos de este grupo, según el principio de
Aufbau.
Bloques o regiones
La tabla periódica se puede
también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los
electrones más externos. Los bloques o regiones se denominan según la letra que
hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f. Podría haber más elementos
que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en
este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos.
Bloque s
Bloque p
Bloque d
Bloque f
En la naturaleza, la materia
se nos presenta en tres estados físicos diferentes: sólido, líquido y gaseoso.
Aunque algunas sustancias, como el agua, pueden existir en los tres estados, lo
normal es que, en su estado natural, cada sustancia aparezca en uno solo de
ellos.
Las partículas que
constituyen un sólido están unidas entre sí por fuerzas muy intensas, de manera
que resulta muy difícil separarlas; por ello los sólidos tienen una forma bien
definida.
Las partículas que
constituyen un cuerpo sólido están tan próximas entre sí que por mucha fuerza
que hagamos no las podemos acercar más; los sólidos son difíciles de comprimir,
no cambian de volumen.Algunas propiedades de los sólidos se deben precisamente
a la forma y a la fuerza con que están unidas sus partículas. Estas propiedades
son:
La dureza, o dificultad
para rayar el cuerpo. Por ejemplo, el diamante es mucho más duro que un trozo
de yeso. La fragilidad, o tendencia de un sólido a romperse sin deformarse. Por
ejemplo, el vidrio o el barro cocido son frágiles. La ductilidad, o facilidad
que ofrece un sólido a extenderse formando hilos. Por ejemplo, el cobre del que
están hechos los hilos en el interior de los cables de la luz. La maleabilidad,
o capacidad que presenta un sólido para extenderse en forma de láminas. Por
ejemplo, el oro y el aluminio son metales muy maleables. La elasticidad, o
tendencia de un sólido a recuperar su forma original tras ser sometido a una
fuerza. Por ejemplo, una cinta de goma o un muelle son muy elásticos.
La flexibilidad, o
facilidad de un sólido a doblarse sin romperse. Por ejemplo, podemos doblar una
varita de mimbre o un folio de papel sin que se rompan. La resistencia, o
capacidad de un sólido para soportar pesos sin romperse. Por ejemplo, las casas
se hacen con vigas de hierro o de hormigón, que soportan el peso de muros y
techos.
Los líquidos no tienen
forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Las
partículas que constituyen los líquidos están más alejadas entre sí que en los
sólidos, pero esta distancia no se puede hacer menor; por ello el volumen de un
líquido no cambia, es decir, los líquidos tienen volumen constante.
Las partículas que forman
los gases están unidas por fuerzas muy débiles. Debido a ello, los gases
carecen de forma y volumen propios, adoptan la forma y tienden a ocupar todo el
volumen del recipiente que los contiene. Si al inflar un globo, no paramos de
soplar, llegará un momento en que la presión sea tan grande que lo reviente,
expandiéndose el aire de su interior. Las partículas que constituyen un cuerpo
sólido están tan próximas entre sí que por mucha fuerza que hagamos no las
podemos acercar más; los sólidos son difíciles de comprimir, no cambian de
volumen.
Algunas propiedades de los
sólidos se deben precisamente a la forma y a la fuerza con que están unidas sus
partículas. Estas propiedades son:
La dureza, o dificultad
para rayar el cuerpo. Por ejemplo, el diamante es mucho más duro que un trozo
de yeso. La fragilidad, o tendencia de un sólido a romperse sin deformarse. Por
ejemplo, el vidrio o el barro cocido son frágiles. La ductilidad, o facilidad
que ofrece un sólido a extenderse formando hilos. Por ejemplo, el cobre del que
están hechos los hilos en el interior de los cables de la luz. La maleabilidad,
o capacidad que presenta un sólido para extenderse en forma de láminas. Por
ejemplo, el oro y el aluminio son metales muy maleables.
La elasticidad, o tendencia
de un sólido a recuperar su forma original tras ser sometido a una fuerza. Por
ejemplo, una cinta de goma o un muelle son muy elásticos.
La flexibilidad, o
facilidad de un sólido a doblarse sin romperse. Por ejemplo, podemos doblar una
varita de mimbre o un folio
El plasma es un conjunto cuasi neutral de partículas con portadores libres de carga eléctrica, el cual desarrolla
comportamiento colectivo. En este se encuentran portadores de carga eléctrica
libres. Los átomos están al menos parcialmente ionizados. El grado de ionización
no tiene que ser muy grande, si el tamaño de la formación de plasma es lo
suficientemente extensa. Precisamente un plasma se diferencia de un gas por el
que haya portadores libres de carga en el primero. El plasma es conductivo y
reacciona fuertemente a los campos eléctricos y magnéticos. (Ecured, 2019)
Los fenómenos biofísicos moleculares son procesos que se realizan en los
seres vivos, los cuales se basan en leyes físicas y físico-químicas dando lugar
a la formación de dichos fenómenos.
Los fundamentos moleculares
de la Biofísica
se rigen en
las biomoléculas, o macromoléculas, y su funcionamiento en todo aspecto.
Fenómeno: todo cambio o transformación que se realice en la naturaleza, se
clasifican en:
Los fenómenos físicos son todos aquellos que no cambian en la estructura
interna de la materia. Los fenómenos
químicos son aquellos que cambian la
estructura interna de la materia. Los fenómenos biofísicos moleculares
son procesos que se realizan en los seres vivos, los cuales se basan en leyes
físicas y físico-químicas dando lugar a la formación de dichos fenómenos.
Las fuerzas de cohesión y de repulsión intermolecular influyen en las
propiedades que se encuentran en la materia, tales como: el punto de ebullición, de fusión, el calor de
vaporización y la tensión superficial. Dentro de una interface, rodeando a una
moléculas se presentan atracciones proporcionadas; en cambio en la superficie,
dicha molécula se encuentra únicamente
rodeada por moléculas
que son atraídas
hacia el interior
del líquido por las moléculas que la rodean, al realizar dicho proceso
el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. (Manuel, Elka, & Javier, 2018)
La tensión superficial se
encuentra dentro de los fenómenos de superficie y esta es la tendencia que
posee un líquido para disminuir su extensión hasta llegar a obtener una energía
superficial baja lo cual hará que este sea estable. Se le define también como
“la fuerza que una superficie ejerce sobre un contorno, perpendicularmente a
él, dirigida hacia el seno
de la superficie
y tangencialmente a
ella”. La tensión superficial es responsable de la resistencia que un
líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma
esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos
capilares y de la flotación de objetos un organismos en la superficie de los
líquidos. (Manuel, Elka, & Javier, 2018)
Es la fuerza por unidad de
área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo
contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión
se debe al peso del líquido, esta presión depende de la densidad(p), la
gravedad(g) y la profundidad(h) del el lugar donde medimos la presión (p)
Un fluido pesa y ejerce
presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre
la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada
presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a
las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar
la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas
resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las
superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de
la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente
expresión:
Donde, usando unidades del si,
Es la presión hidrostática (en pascales);
Es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico);
Es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado);
Es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce
fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior
Es la presión atmosférica
Se explica a partir de los siguientes ejemplos; unas gotas de agua
adhiriéndose a una telaraña, y un mortero usado para gotas de agua adhiriéndose
a una telaraña.
El mortero usado para mantener y sostener juntos los ladrillos es un
ejemplo de la adhesión. La adhesión es la propiedad de la materia por la cual
se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en
contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las
técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero
(cemento) es un ejemplo claro.
La cohesión es distinta 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.
Aun cuando nunca haya escuchado sobre acción capilar, de todas maneras,
es importante en su vida. La acción capilar es importante para mover el agua (y
todas las cosas que están disueltas en ella). Se define como el movimiento del
agua dentro de los espacios de un material poroso, debido a las fuerzas de
adhesión y a la tensión de la superficie. La acción capilar ocurre porque el
agua es pegajosa, en tanto que las moléculas del agua se pegan unas a otras y a
otras substancias como el vidrio, la ropa, tejidos orgánicos y la tierra.
Ponga una toalla de papel dentro de un vaso de agua y el agua se le
“pegará” a la toalla de papel. Aún más, empezará el agua a moverse hacia arriba
de la toalla hasta que el jalón de la gravedad sea mucho para ella y no pueda
continuar.
Se define como el proceso por el cual se produce un flujo neto de
moléculas que pasa a través de una membrana permeable sin que exista un aporte
externo de energía. Este proceso, que en última instancia se encuentra determinado
por una diferencia de concentración entre los dos medios separados por la
membrana; no requiere de un aporte de energía debido a que su principal fuerza
impulsora es el aumento de la entropía total del sistema. En este proceso el
desplazamiento de las moléculas se produce siguiendo el gradiente de
concentración, las moléculas atraviesan la membrana desde el medio donde se
encuentran en mayor concentración, hacia el medio donde se encuentran en menor
concentración.
El proceso de difusión simple se encuentra descrito por las Leyes de
Fick, las cuales relacionan la densidad del flujo de las moléculas con la
diferencia de concentración entre los dos medios separados por la membrana, el
coeficiente de difusión de las mismas y la permeabilidad de la membrana. El
proceso de difusión simple es de vital importancia para el transporte de
moléculas pequeñas a través de las membranas celulares. Es el único mecanismo
por el cual el oxígeno ingresa a las células que lo utilizan como aceptor final
de electrones en la cadena respiratoria y uno de los principales mecanismos de
regulación osmótica en las células.
La ósmosis es un fenómeno
físico relacionado con el comportamiento de un sólido como soluto de una
solución ante una membrana semipermeable para el solvente pero no para los
solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple a Esto es más
importante de lo que piensa: Cuando vierte un vaso de agua en la mesa de la
cocina, se forma una tensión superficial que mantiene al líquido en un
charquito sobre la mesa, en lugar de una mancha delgada y grande que se
extienda hasta el piso. Cuando usted coloca la toalla de papel sobre el agua,
el líquido se adhiere a las fibras de la toalla.
Las plantas y los árboles no podrían crecer sin
acción capilar. Las plantas ponen las raíces dentro de la tierra y éstas son
capaces de llevar agua de la tierra hacia la planta. El agua, que contiene
nutrientes disueltos, químicos y minerales se introduce dentro de las raíces y
empieza a elevarse por dentro de los tejidos de la planta. Al momento que la
molécula de agua #1 empieza a subir, ésta jala a la molécula de agua #2, quien
a su vez, por supuesto, jala a la molécula de agua #3, y así sucesivamente. Piense
en los más pequeños vasos sanguíneos de sus capilares. La mayor parte de su
sangre es agua y la acción capilar ayuda a la acción de bombeo que ejecuta su
corazón al mantener su sangre moviéndose dentro de sus vasos sanguíneos.
Separación de las
sustancias que están juntas o mezcladas en una misma disolución, a través de
una membrana que las filtra. (Manuel, Elka, & Javier, 2018)
Es un fenómeno físico
relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana
semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través dela
membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico
importante para el
metabolismo celular de
los seres vivos. Tipos de
adsorción según la
atracción entre soluto
y adsorbente
Adsorción por intercambio: Ocurre cuando los
iones de la sustancia se concentran en una superficie como resultado de la
atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie (p.
ej. en las
cercanías de un
electrodo cargado).
Adsorción física: Se debe a las
fuerzas de Van der Waals y la molécula adsorbida no está fija en un lugar
específico de la superficie, y por ello está libre de trasladarse en la
interfase.
Adsorción química: Ocurre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes
en los centros activos del adsorbente
(Manuel, Elka, & Javier, 2018)
Fenómenos Físicos: Son transformaciones transitorias, donde las mismas
sustancias se encuentran antes y después del fenómeno, es decir, no hay
alteración en su estructura molecular.
Es fácilmente reversible
mediante otro fenómeno
físico. Ejemplos: Cuando un clavo de acero se dobla, sigue siendo acero.
Luego podemos enderezarlo
recobrando su forma
original. Si calentamos una bola de hierro se dilata, si la enfriamos
hasta su temperatura inicial recupera
su volumen original. Condensación del
vapor de agua.
Fenómenos
Químicos: Las actividades
de los seres
vivos se realizan
con energía química, que se
produce a partir de varios procesos distintos, según cada organismo:
fotosíntesis, quimio síntesis, fermentación y respiración (Manuel, Elka, & Javier, 2018)n.
Magnitud
Llamamos magnitud a toda entidad que somos capaces de medir. Donde medir
quiere decir establecer una relación entre la entidad-magnitud con otra entidad
de igual naturaleza que tomamos arbitrariamente como unidad. No todos los
atributos de un objeto son magnitudes.
Todas las unidad que asignamos a las magnitudes tienen que cumplir los
siguientes criterios:
Ser invariable: Las unidades son las mismas en cualquier lugar o con
cualquier condición. Tener fácil contrastabilidad: Se puede comparar con
cualquier cantidad de la magnitud que estamos midiendo. Tener un carácter
internacional: Debe ser un código que se entienda internacionalmente, para
facilitar la transmisión de los datos.
Medidas
La Medida es el resultado de medir, es decir, de comparar la cantidad de
magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud. Este resultado se
expresará mediante un número seguido de la unidad que hemos utilizado por
ejemplo: 4m, 200 Km , 5 Kg ...
Unidad
Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella
cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos
metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como
patrón, en este caso el metro.
Sistema Internacional de unidades:
Para resolver el problema que suponía la utilización de unidades
diferentes en distintos lugares del mundo, en la XI Conferencia General de
Pesos y Medidas (París, 1960) se estableció el Sistema Internacional de
Unidades (SI). Para ello, se actuó de la siguiente forma:
En primer lugar, se eligieron las magnitudes fundamentales y la unidad
correspondiente a cada magnitud fundamental. Una magnitud fundamental es
aquella que se define por sí misma y es independiente de las demás (masa,
tiempo, longitud, etc.).
En segundo lugar, se definieron las magnitudes derivadas y la unidad
correspondiente a cada magnitud derivada. Una magnitud derivada es aquella que
se obtiene mediante expresiones matemáticas a partir de las magnitudes
fundamentales (densidad, superficie, velocidad).
En el cuadro siguiente puedes ver las magnitudes fundamentales del
sistema internacional de medidas, la unidad de cada una de ellas y la
abreviatura que se emplea para representarla:
En la siguiente tabla aparecen algunas magnitudes derivadas junto a sus
unidades:
Fuerza
“Fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la
forma de los cuerpos materiales.” Definición de Wikipedia, que nos advierte:
“No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.” Como
definición de energía nos dice: “Energía...capacidad para obrar, transformar o
poner en movimiento.” Vemos en la definición que la fuerza está relacionada con
el movimiento y el cambio. La fuerza es la causa del cambio, energía la
capacidad de cambiar. Una es potencial, la otra es energía en acción. La
materia cambia por la acción de fuerza, que es una manifestación de la energía.
Materia y energía pueden transformase mutuamente.
La energía es una capacidad de la materia. Así la materia lleva en sí
misma la posibilidad de cambio. La materia es la fuente del cambio, la creadora
del Una consecuencia visible de la
teoría de la relatividad es la comprobación de la desviación o curvatura de la
trayectoria de la luz al pasar junto a un objeto sideral. Esto parece confirmar
la curvatura del espacio espacio-tiempo La curvatura del espacio introduce un
serio problema. ¿Si el espacio no existe, por si, libre de objetos, como puede
curvarse? El decir que el espacio se curva soluciona en la práctica los
cálculos matemáticos, pero crea automáticamente otros graves. Veamos las
posibilidades:
El espacio existe (en tanto tiene propiedades al menos el curvarse y
desviar la luz) a luz no tiene masa, pero es afectada en su trayectoria por la
“fuerza” de la gravedad. El objeto que produce gravedad es tan amplio como todo
lo que afecta, la luz no pasa junto a un objeto, sino que entra en el, dentro
de el la geometria no es plana El primero es difícil de asumir, porque habria que considerar tambien al
espacio como poseedor de masa, para que la gravedad pueda afectarlo. El segundo
no es aceptable en su propio enunciado. Lo unico que parece coherente es el
tercero.. La materia es masa y la masa es energía.
Energía
En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un
trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural
(incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un
uso industrial o económico. En física clásica, la ley universal de conservación
de la energía —que es el fundamento del primer principio de la termodinámica—,
indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el
tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de
la energía mecánica, la energía calorífica, la energía electromagnética, y
otros tipos de energía potencial es un número constante. Por ejemplo, la
energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la materia, la
energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la
posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella, la
energía térmica según su capacidad calorífica, y la energía química según la
composición química.
En teoría de la relatividad el principio de conservación de la energía
se cumple, aunque debe redefinirse la medida de la energía para incorporar la
energía asociada a la masa, ya que en mecánica relativista, si se considerara
la energía definida al modo de la mecánica clásica entonces resultaría una
cantidad que no conserva constante. Así pues, la teoría de la relatividad
especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los
cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, poseen una energía
adicional equivalente a \scriptstyle E = mc^2, y si se considera el principio
de conservación de la energía esta energía debe ser tomada en cuenta para
obtener una ley de conservación (naturalmente en contrapartida la masa no se
conserva en relatividad, sino que la única posibilidad para una ley de
conservación es contabilizar juntas la energía asociada a la masa y el resto de
formas de energía)
La elasticidad es una propiedad que también se encuentra en muchos
órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo esto relación con la
capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a diferentes situaciones.
Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago, que puede aumentar
varias veces su tamaño original para luego volver a su estado de reposo luego
de haberse realizado el proceso de alimentación. Normalmente, en el caso de los
órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver con una correcta hidratación
ya que la ausencia de agua (como sucede con la piel) resquebraja y atrofia a
los diferentes tejidos. La resistencia es la tendencia de un material a
resistir el flujo de corriente y es específica para cada tejido, dependiendo de
su composición, temperatura y de otras propiedades físicas.
Los nervios, encargados de transmitir señales eléctricas, los músculos,
y los vasos sanguíneos con su alto contenido en electrolitos y agua son buenos
conductores. Los huesos, los tendones y la grasa tienen una gran resistencia y
tienden a calentarse y coagularse antes que transmitir la corriente.
Alrededor de 85% de la masa muscular esquelética del ser humano está
compuesta por fibras musculares propiamente dichas.
El 15% restante está formado en gran parte por tejido conectivo
compuesto en cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas
Fibras colágenas. Son las más abundantes. Están formadas por la proteína colágeno.
Brindan rigidez y resistencia al tejido. El colágeno es la proteína más
abundante del organismo humano, representando el 30% del total. Se encuentran
en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el
cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a
reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína
(colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan
resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras
elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones,
se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud.
Por lo tanto, el tejido conectivo constituye una estructura de elementos
simples y, en su mayoría, semejantes a muelles, es decir, los componentes
elásticos del musculo. (unknow, 2017)
La materia es todo lo que tiene una masa y ocupa un espacio. La masa es
la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La fuerza necesaria
para acelerar un cuerpo aumenta con la masa de éste (segunda ley de Newton).
La energía es la capacidad de un sistema para realizar trabajo o
transferir calor. Así, un cuerpo caliente tiene más energía que uno frío, y
puestos en contacto, el calor fluye del cuerpo frío hacia el caliente. Un gas
dentro de un cilindro a elevada presión, empuja el pistón hacia el exterior,
realizándose un trabajo.
En los procesos químicos, es frecuente el intercambio de calor. Muchas
reacciones químicas desprenden calor (cualquier combustión), son exotérmicas
Sin embargo, otros procesos absorben calor del entorno, son endotérmicos. El
proceso de vaporización del agua líquida es endotérmico ya que requiere un
aporte de calor.
(Fernandez, 2010)
Primera Ley de la Termodinámica
Esta ley se expresa como:
Cambio en la energía interna en el sistema =
Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W) Para entender esta
ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un
émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la
energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y
el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
Segunda Ley de la Termodinámica
La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos
imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no
ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor
pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés,
se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley. En la
naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para
explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la
termodinámica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck: Es imposible construir una máquina térmica
que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía
desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo. Enunciado
de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea
la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura
sin la entrada de energía por trabajo.
Tercera ley de la termodinámica
Algunas fuentes se refieren incorrectamente al postulado de Nernst como
"la tercera de las leyes de la termodinámica". Es importante
reconocer que no es una noción exigida por la termodinámica clásica por lo que
resulta inapropiado tratarlo de «ley», siendo incluso inconsistente con la
mecánica estadística clásica y necesitando el establecimiento previo de la
estadística cuántica para ser valorado adecuadamente. La mayor parte de la
termodinámica no requiere la utilización de este postulado. El postulado de
Nernst, llamado así por ser propuesto por Walther Nernst, afirma que es
imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número
finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un
sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor
constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede
considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto.
La 1 ley de la termodinámica( ENTALPÍA) establece que la energía no se
crea ni se destruye sino que se transforma de una manera a otra, en relación
con los sistemas vivos al incorporar materia orgánica esta se desmorona en
moléculas orgánicas más sencillas y simples con producción de energía química
indispensable para satisfacer todas las necesidades energéticas del organismo,
un ejemplo d ello sería la respiración celular aerobia, por esta vía metabólica
la materia orgánica incorporada es transformada en energía química ( ATP)
necesaria para satisfacer todos los procesos de energía que el organismo lo
requiera, o bien, una simple cadena trófica, en donde la materia orgánica
producida por los Fotótrofos es degradada por los otros eslabones tróficos con
producción de energía química y calórica, en el organismo vivo, la energía se
transforma de una manera a otra, por ej., las luciérnagas utilizan el ATP para
generar energía Bioluminiscente, la 2 ley de la termodinámica( ENTROPÍA), habla
del grado de desorden o Aleatoriedad en los sistemas vivos, cuando ocurre una
transformación de energía, parte de esa energía disponible es utilizada por el
organismo y parte no, por ej., en la respiración celular aerobia, la energía
química sintetizada por Fosforilación Oxidativa es retenida en el organismo
para satisfacer sus funciones vitales y parte de la energía no Disponible, la
calórica, se disipa hacia el exterior, en el caso de los Metazoos superiores,
específicamente Aves y Mamíferos, al generarse energía calórica por
"Combustión Biológica", la energía calórica es retenida en el
organismo en proporciones bajas(40%), el resto se disipa como calor hacia el
medio externo, esto explica la HOMEOSTASIS constante que poseen estos vertebrados,
como son animales de sangre caliente( HOMEOTERMOS), el calor desprendido al
Oxidar biológicamente un principio nutritivo hace que su medio interno sea
constante a pesar de las variaciones climáticas en el ambiente externo, el
desorden o ALEATORIEDAD de las moléculas en el ser vivo es producida por la
energía calórica al transformase la materia en energía.
