Universidad Nacional de Formosa Facultad de Humanidades Profesorado de Biología Cátedra: Física General y Biológica Régimen: Anual - 2º año Ciclo Lectivo: 2004 Equipo de Cátedra: Titular Ordinario: Ing. Mario G. Avalle JTP Simple: Prof. Griselda García TEMA 1: Biofísica. Modelos físicos en los modelos biológicos. Teorías de la medición. Instrumentales. características de los instrumentales: precisión, fidelidad, sensibilidad. Tipos de errores. Causas de los errores y de los accidentes. Consecuencia de las mediciones. Unidades físicas y patrones. TEMA 2: Mecánica Muscular. Cinemática. Dinámica. Leyes de Newton. Las fuerzas: interacciones fundamentales y derivadas. Impulso y trabajo. Momento angular y rotación. Biomecánica. Conservación de la energía mecánica. Elasticidad. Esfuerzo de compresión y tracción. Flexión.. Esfuerzos tangenciales y de torsión. TEMA 3: Óptica. Naturaleza de la luz. Ondas y rayos. Sombra y penumbra. Refracción y reflexión de una onda en una superficie plana y en una superficie esférica. Convenios de signos. Focos y distancias focales. Métodos de resolución gráfica. Lentes delgadas. Formas Newtonianas de la ecuación de las lentes delgadas. El ojo. Defectos de la visión. Sistema diótrico de la visión. Agudeza visual. Sentido lumínico. Visión de los colores. Lupa. Microscopio simple. TEMA 4: Acústica. Movimiento oscilatorio. Frecuencia . Período. Momento armónico simple. Representación gráfica del movimiento ondulatorio. Resonancia. Variación de la presión en una onda. Intensidad y sonoridad. El oído y la audición. Timbre y tono. Pulsaciones. Efecto Doppler. TEMA 5: Soluciones. Concentraciones. Soluto y solvente. Modos de expresar las concentraciones. Equilibrio químico. Disociación. Constantes de equilibrio. Acidos y bases. Producto iónico del agua: pH y pOH. Neutralización de soluciones. Soluciones Tapones. Importancia biológica del agua y del pH. TEMA 6: Propiedades coligativa de la soluciones. Presión de vapor de las soluciones. Descenso del punto crioscópico. Elevación del punto ebullisocópico. Presión osmótica, determinación de la presión osmótica en los líquidos biológicos. Biofísica de la peramibilidad.. Equilibrio Donnan y Gibbs. Mecanismo de acción de la Na+ K+ATPasa. Estructuras celulares. Mecanismos de transporte a través de las membranas. Difusión: simple, facilitada. Transporte activo secundario. Contratransporte y co-transporte. Coloides. Clasificación de los coloides. Diálisis y ultrafiltración. TEMA 7: Termodinámica del organismo. Calor y temperatura. El trabajo termodinámico. Primer principio de la termodinámica. Leyes de Boyle y Mariotte y Charles-Gay- Lussac. Gas ideal. Metabolismo. Aplicación del Primer Principio de la termodinámica a los animales. Calorimetría animal. Tasa básica del metabolismo energético. Utilización de la Energía libre en los animales. TEMA 8: Biofísica de la respiración. Mecánica de la respiración. Volumen pulmonar. Intercambio gaseosos. Neumostática. Intercambio alveolocapilar. Transporte de los gases por la sangre. Biofísica de la circulación. Hidrostática e hidrodinámica. flujo laminar y turbulento. Números de Reynols. Teorema de Bernoulli. Mecánica cardíaca. Régimen pulsatil. El corazón como una bomba. Microcirculación capilar. TEMA 9:Magnistismo y electricidad. Campo magnético. Inducción magnética. Flujo magnético. Cargas eléctricas. Ley de Coulomb. Conductores y aisladores. Campo eléctrico. Potencial eléctrico. Diferencia de potencial. Tipos de capacitadores. Capacitadores en serie y en paralelo. Ley de ohm. Tipos de resistencia. Resistencia en serie y en paralelo. Fuerza electromotriz, electrólisis, Potencial celular. Propiedades mecánicas del músculo. Músculo en reposo y en actividad. Trabajo muscular. Relación entre actividad y velocidad de acortamiento. TEMA 10:Radioactividad radiaciones: alfa, beta y gama. Transmutación, Serie radioactivas. Períodos de vida. Isótopos e indicadores radioactivos. Aplicaciones biológicas de la radiactividad. Enfermedades causadas por las radiaciones. Contaminación ambiental. Determinaciones de la radiaciones. Rayos X. Características de los rayos X. Interacción con la materia. Funcionamiento de los equipos de rayos X. Medidas de las exposiciones. TEMA 11: Instrumentación biomédica. Condiciones de los instrumentos: registros y mediciones. Palanca isotónica. Tensiómetros. Instrumentación electrónica. Semiconductores, aplicaciones. Osciloscópio de rayos catódicos. Obtención de imágenes. Microscopía electrónica. Tipos de microscopios. Visualización óptica del organismo. Fibra óptica. Fundamentos de la tomografía. Ecografía, Resonancia magnética. Propuesta Pedagógica: El cambio de perspectiva en el estudio de la Física General y Biológica pone al hombre moderno en una actitud reflexiva y crítica ante la información científica y en relación con el mundo El desarrollo de la Física Biológica adquiere un papel relevante en el proceso de articulación que requiere el estudio de las Ciencias Naturales, mediante la interrelación con la Biología, la Química y la Matemática, en el marco de la transformación universitaria. La Física Biológica tiende a lograr el desarrollo de competencias científicas básicas a través de una propuesta pedagógica que articule conceptos, estrategias y actitudes relacionadas con el campo del conocimiento de las Ciencias Naturales La finalidad de esta materia esta dada por la formalización de los conceptos básicos mediante el análisis de leyes y modelos, además de una justificación matemática a fin de tener una visón global de los distintos fenómenos físicos-biológicos. La organización de la materia muestra un recorrido en el que se enlazan ,en primer lugar, contenidos básicos de la física, la biología y las matemáticas. Sin embargo, a través del desarrollo de los distintos temas, es posible lograr la comprensión cuantitativa y cualitativa de los fenómenos y las leyes físicas dentro de un contexto de sumo interés en biología y fisiología. Esta propuesta requiere de un marco científico donde se sitúen todas la intenciones didácticas- pedagógicas La formación de un concepto implica una serie de acciones tales como: explicar el concepto a partir de una situación problemática contextualizada. Esto requiere que el alumno se involucre en la situación, la analice , reflexione y proponga ejemplos. De tal manera que a partir de la interacción dinámica se llegue confrontar los saberes previos y los conceptos científicos. Esta acción puede ser desarrollada en forma grupal de manera que se genere un enriquecimiento en la construcción del concepto. Posteriormente una vez elaborado el concepto, es necesario que el alumno pueda resolver distintos modelos problemáticos mediante las competencias adquiridas , ya sea en forma experimental en el laboratorio o mediante cálculos en el aula. La adquisición de las competencias básicas requiere que los alumnos apliquen distintas técnicas tales como: la discusiones en pequeños grupos a partir de una investigación bibliográfica o informática mediante el uso de Internet para lo cual requerirán desplegar distintas acciones tales como: seleccionar y recolectar datos, tabularlos, construir gráficos, organizar registros de la información. Asimismo, el desarrollo de experiencias en el laboratorio demandará la construcción de equipos básicos para llevar a cabo las experiencias. La exposición y los debates guiados constituyen situaciones de oralidad en contextos formales ,en las que es necesario demostrar un desarrollo coherente de la temática y un dominio pertinente del lenguaje científico . El desarrollo de los temas permitirá a los alumnos plantear diversas situaciones problemáticas, comparar distintos ejemplos, realizar investigaciones propias modificando las condiciones de las variables y ,además, utilizar distintos modelos para predecir los fenómenos y sus resultados. Todo esto ,por lo tanto, contribuirá con el análisis de las distintas conclusiones investigativas. En suma, la propuesta Física Biológica tiende a que los alumnos logren una posición crítica y constructiva en relación con la interdisciplinaridad de las ciencias. Asimismo, propicia el respeto del pensamiento ajeno, la solidaridad y cooperación en el proceso de construcción del conocimiento científico y la valoración del intercambio de ideas científicas. Objetivos generales de la cátedra Que el alumno sea capaz de comprender a la Física biológica como una ciencia que tiene repercusión en nuestra vida cotidiana, identificando las características generales de los fenómenos físicos que la componen Que sepan diferenciar los distintos fenómenos físicos asociados a lo seres animados Integrar los conceptos adquiridos en la asignatura Introducción a la Química, a la Biología y Matemática capacitando al alumno al abordaje de problemas acotados y a la selección de las estrategias para su resolución. Entrenar a los alumnos en el desarrollo de sus habilidades personales (comunicación, reponsabilidad, iniciativa, actitud frente a las dificultades) dentro de un equipo de trabajo en el laboratorio. Capacitar en el manejo de las variables físicas y sus asociaciones con la biología. Resolver distintas situaciones problemáticas presentadas tanto en la teoría como en la práctica Desarrollar las habilidades del alumno para redactar informes y extractar conclusiones críticas de su trabajo. Iniciar en la discusión de temas de frontera en química. Contenidos Procedimentales Comparación de los métodos y discusión de los resultados Análisis de las propiedades físicas y químicas de los distinto fenómenos biofíscos Armado de distintos tipos de dispositivos simples para la demostración de fenómenos biofísicos Observación y recolección de datos tomados de las experiencias para determinar rendimientos, concentraciones y cantidades iniciales. Utilización de medios informáticos para la construcción de tablas Toma de decisiones para el armado de distintas experiencias de laboratorio Diseño de armado de equipos básicos experimentales empleados para distintos modelos biofísicos Desarrollo de un lenguaje técnico propio de la ciencia Demostración de los resultados a partir de otros métodos resolutivos y experimentales factibles Análisis de probabilidad de ensayos de confirmación de resultados Control de error de las distintas mediciones en las experiencias Trabajos Prácticos Práctico Nº1: Magnitudes y cálculo del error Práctico Nº2: Fuerzas concurrentes y no concurrentes Práctico Nº3: Cinemática Práctico Nº4: Dinámica, trabajo y esfuerzo biológico Práctico Nº5: Optica geométrica Práctico Nº6: Sonido y audición Práctico Nº7: Soluciones y pH en biosoluciones Práctico Nº8: Propiedades coligativas de las soluciones biológicas. Difusión Práctico Nº9: Termodinámica de los seres vivos Práctico Nº10: Mecánica de los fluidos biológicos Práctico Nº11: Magnetismo y electricidad Práctico Nº12: Radiaciones en la biomedicina UNIVERSIDAD NACIONAL DE FORMOSA FACULTAD DE HUMANIDADES PROFESORADO DE BIOLOGÍA FÍSICA GENERAL Y BIOLOGICA ING. MARIO GUSTAVO AVALLE Prof. Titular TEMA 1: Biofísica. Modelos físicos en los modelos biológicos. Teorías de la medición. Instrumentales. características de los instrumentales: precisión, fidelidad, sensibilidad. Tipos de errores. Causas de los errores y de los accidentes. Consecuencia de las mediciones. Unidades físicas y patrones. Objetivos específicos Reconocer los diferentes modelos biofísicos Reconocer los diferentes instrumentos de medición que pueden ser utilizados en experiencias biofísicas Diferenciar lo que implica precisión y exactitud Diferenciar entre fidelidad y sensibilidad de los instrumentos Reconocer los distintos tipos de errores y como corregir los mismos Aplicar los conceptos estadísticos para la interpretación del error Diferenciar entre magnitudes y unidades aplicables a la biofísica Bibliografía A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 TEMA 2: Mecánica Muscular. Cinemática. Dinámica. Leyes de Newton. Las fuerzas: interacciones fundamentales y derivadas. Impulso y trabajo. Momento angular y rotación. Biomecánica. Conservación de la energía mecánica. Elasticidad. Esfuerzo de compresión y tracción. Flexión.. Esfuerzos tangenciales y de torsión. Objetivos específicos: Reconocer las leyes físicas que rigen para la cinemática y la dinámica Reconocer los distintos tipos de sistemas de fuerzas y sus posibles resoluciones Diferenciar los conceptos entre impulso y trabajo Reconocer los distintos comportamiento de los músculos sometidos a diferentes tipos de esfuerzos Bibliografía. A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 TEMA 3: Óptica. Naturaleza de la luz. Ondas y rayos. Sombra y penumbra. Refracción y reflexión de una onda en una superficie plana y en una superficie esférica. Convenios de signos. Focos y distancias focales. Métodos de resolución gráfica. Lentes delgadas. Formas Newtonianas de la ecuación de las lentes delgadas. El ojo. Defectos de la visión. Sistema diótrico de la visión. Agudeza visual. Sentido lumínico. Visión de los colores. Lupa. Microscopio simple. Objetivos específicos: Interpretar el concepto de luz y sus forma de propagación Reconocer los distintos fenómenos asociados con la luz Diferenciar los distintos efectos de la luz sobre espejos planos y esféricos Interpretar el fenómeno de refracción Diferenciar los efectos de las distintas tipos de lentes Reconocer anatómicamente las distintas parte que conforman el ojo Diferenciar los diversos defectos de la visión y sus posibles correcciones Reconocer los distintos instrumentos ópticos simples Bibliografía: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, R. Holliday y otros, Física 2 Editorial Contiental, Madrid 1974 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 TEMA 4: Acústica. Movimiento oscilatorio. Frecuencia . Período. Momento armónico simple. Representación gráfica del movimiento ondulatorio. Resonancia. Variación de la presión en una onda. Intensidad y sonoridad. El oído y la audición. Timbre y tono. Pulsaciones. Efecto Doppler. Objetivos específicos: Reconocer los movimientos armónicos simples y sus componentes Diferenciar los distintos tipos de ondas Reconocer las formas de propagación del sonido en los distintos medios Reconocer el funcionamiento del oido Diferenciar entre timbre y tono Reconocer el efecto Doppler Bibliografía: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, R. Holliday y otros, Física 2 Editorial Contiental, Madrid 1974 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 TEMA 5: Soluciones. Concentraciones. Soluto y solvente. Modos de expresar las concentraciones. Equilibrio químico. Disociación. Constantes de equilibrio. Acidos y bases. Producto iónico del agua: pH y pOH. Neutralización de soluciones. Soluciones Tapones. Importancia biológica del agua y del pH. Objetivos específicos Diferenciar entre solución y mezcla Reconocer los distintos tipos de soluciones Diferenciar las distintas expresiones de las concentraciones Interpretar las ecuaciones del equilibrio químico Reconocer las características químicas de un ácido – base - sal Interpretar el concepto de pH y pOH Resolver situaciones problemáticas de neutralización Reconocer la importancia biológica del agua Bibliografía. A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 A.Vogel. Química Analítica Tomos 1-2 Edit. Kapeluz, B.Aires, 1977. TEMA 6: Propiedades coligativa de la soluciones. Presión de vapor de las soluciones. Descenso del punto crioscópico. Elevación del punto ebullisocópico. Presión osmótica, determinación de la presión osmótica en los líquidos biológicos. Biofísica de la peramibilidad.. Equilibrio Donnan y Gibbs. Mecanismo de acción de la Na+ K+ATPasa. Estructuras celulares. Mecanismos de transporte a través de las membranas. Difusión: simple, facilitada. Transporte activo secundario. Contratransporte y co-transporte. Coloides. Clasificación de los coloides. Diálisis y ultrafiltración. Propiedades específicas Interpretar las distintas curvas generales de las propiedades coligativas Asociar las distintas propiedades coligativas a los fenómenos biofísicos Justificar el comportamiento biofísico de los sistemas biológicos frente a las propiedades coligativas Reconocer los distintos mecanismos de transporte a través de las membranas celulares Interpretar el funcionamiento y la aplicación de la diálisis Bibliografía. A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 TEMA 7: Termodinámica del organismo. Calor y temperatura. El trabajo termodinámico. Primer principio de la termodinámica. Leyes de Boyle y Mariotte y Charles-Gay- Lussac. Gas ideal. Metabolismo. Aplicación del Primer Principio de la termodinámica a los animales. Calorimetría animal. Tasa básica del metabolismo energético. Utilización de la Energía libre en los animales. Objetivos específicos: Diferenciar entre los conceptos calor y temperatura Reconocer las variables termodinámicas Reconocer el trabajo termodinámico Interpretar las distintas leyes y los principios que rigen la termodinámica Asociar los comportamientos biofísicos con los fenómenos termodinámicos Bibliografía. A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 TEMA 8: Biofísica de la respiración. Mecánica de la respiración. Volumen pulmonar. Intercambio gaseosos. Neumostática. Intercambio alveolocapilar. Transporte de los gases por la sangre. Biofísica de la circulación. Hidrostática e hidrodinámica. flujo laminar y turbulento. Números de Reynols. Teorema de Bernoulli. Mecánica cardíaca. Régimen pulsatil. El corazón como una bomba. Microcirculación capilar. Objetivos específicos: Reconocer las leyes de los gases Interpretar la aplicación de las leyes de los gases Interpretar los mecanismos de intercambio gaseoso en los organismos Diferenciar los distintos tipos de flujos de los fluidos biológicos Reconocer los mecanismos básicos de la circulación sanguínea Bibliografía A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 R. Holliday y otros, Física 2 Editorial Contiental, Madrid 1974 TEMA 9:Magnistismo y electricidad. Campo magnético. Inducción magnética. Flujo magnético. Cargas eléctricas. Ley de Coulomb. Conductores y aisladores. Campo eléctrico. Potencial eléctrico. Diferencia de potencial. Tipos de capacitadores. Capacitadores en serie y en paralelo. Ley de ohm. Tipos de resistencia. Resistencia en serie y en paralelo. Fuerza electromotriz, electrólisis, Potencial celular. Propiedades mecánicas del músculo. Músculo en reposo y en actividad. Trabajo muscular. Relación entre actividad y velocidad de acortamiento. Objetivos específicos: Reconocer y diferenciar los fenómenos eléctricos y magnéticos Reconocer los campos eléctricos y magnéticos Asociar ambos fenómenos a comportamientos biológicos Reconocer el comportamiento muscular y el efecto eléctrico Comprender el efecto de estimulación eléctrica en ciertos órganos biológicos Bibliografía: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 R. Holliday y otros, Física 2 Editorial Contiental, Madrid 1974 TEMA 10:Radioactividad radiaciones: alfa, beta y gama. Transmutación, Serie radioactivas. Períodos de vida. Isótopos e indicadores radioactivos. Aplicaciones biológicas de la radiactividad. Enfermedades causadas por las radiaciones. Contaminación ambiental. Determinaciones de la radiaciones. Rayos X. Características de los rayos X. Interacción con la materia. Funcionamiento de los equipos de rayos X. Medidas de las exposiciones. Objetivos específicos: Diferenciar los distintos tipos de rayos Valorar su utilización y las consecuencias por el mal manejo de los mismos Reconocer las distintas tecnologías que utilizan distintos tipos de rayos. Interpretar el funcionamiento básico de los equipos de Rx Conocer las forma de medir las radiaciones y los equipos que para este fin son utilizados Bibliografía: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 TEMA 11: Instrumentación biomédica. Condiciones de los instrumentos: registros y mediciones. Palanca isotónica. Tensiómetros. Instrumentación electrónica. Semiconductores, aplicaciones. Osciloscópio de rayos catódicos. Obtención de imágenes. Microscopía electrónica. Tipos de microscopios. Visualización óptica del organismo. Fibra óptica. Fundamentos de la tomografía. Ecografía, Resonancia magnética. Objetivos específicos: Reconocer el funcionamiento básico y sus aplicaciones en la biología Valorar el aporte de las distintas ciencias para incrementar el conocimiento de la biotecnología Bibliografía: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 Bibiografía General: A.S. Frumento. Biofísica Tercera Edición Edit. Mosby / Doyma Libros año 1995 Jow Llobet y otros, Física para la vida. Primera Edición. Edit. Mc. Graw Hill, Barcelona 1995 V. Cicardo. Biofísica. Cuarta Edición Edit. Ateneo,Buenos Aires año 1975 A.Vogel. Química Analítica Tomos 1-2 Edit. Kapeluz, B.Aires, 1977. Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 R. Holliday y otros, Física 2 Editorial Contiental, Madrid 1974 Serars Zemanasky, Física general., Edit. Aguilar, Barcelona 1978 J.Rosember y otros. Química general Edit. Mc Graw Hill- Mexico 1985 S.Glastone y otros, Tratado de Química Física , Edit. Aguilar, Madrid 1980 H. Firker. La célula viva, Edit. Eudeba, Buenos Aires, 1980 Evaluación La evaluación se realizará en forma periódica con la presentación de los informes clase a clase de laboratorio y en la resolución de problemas, como así también la presentación de trabajos monográficos, coloquios y exposiciones para temas específicos Se realizarán dos parciales donde se integrarán las áreas de laboratorio y la de problema . La calificación para la aprobación parcial será de 60% La asistencia será del 80% para poder tener derecho a rendir los parciales, los alumnos que aprueben los parciales y cumplan con el porcentaje de asistencia correspondientes serán considerados como regulares para el examen final Fechas tentativas de parciales 1º Parcial segunda quincena de mayo 2º Parcial tercera semana de junio Recuperatorio 4 semana de junio Ing. Mario Avalle Prof. Griselda García