1. Sistema Nervioso
Es un sistema caracterizado por ser el más completo y desconocido que conforma el cuerpo humano,
en conjunto con el sistema endócrino permite la funcionalidad de control del organismo.
Mediante los órganos sensoriales, recepta e integra innumerables datos y posterior a eso, emite una respuesta.
El sistema nervioso es una red de tejidos que tiene origen ectodérmico en los animales y triblásticos, y su unidad básica es la neurona. Las neuronas son células especializadas que se encargan de coordinar las acciones de los animales por medio de señales eléctricas y químicas enviadas de un extremo al otro del organismo.
Consideraciones generales
El arco reflejo es la unidad básica de la actividad nerviosa integrada y podría considerarse como el circuito primordial del cual partieron el resto de las estructuras nerviosas. Este circuito pasó de estar constituido por una sola neurona multifuncional en los diblásticos a dos tipos de neuronas en el resto de los animales llamadas aferentes y eferentes. En la medida que se fueron agregando intermediarios entre estos dos grupos de neuronas con el paso del tiempo evolutivo, como interneuronas y circuitos de mayor plasticidad, el sistema nervioso fue mostrando un fenómeno de concentración en regiones estratégicas dando pie a la formación del sistema nervioso central, siendo la cefalización el rasgo más acabado de estos fenómenos.
Para optimizar la transmisión de señales existen medidas como la redundancia, que consiste en la creación de vías alternas que llevan parte de la misma información garantizando su llegada a pesar de daños que puedan ocurrir. La mielinización de los axones en la mayoría de los vertebrados y en algunos invertebrados como anélidos y crustáceos es otra medida de optimización. Este tipo de recubrimiento incrementa la rapidez de las señales y disminuye el calibre de los axones ahorrando espacio y energía.
Otra característica importante es la presencia de metamerización del sistema nervioso, es decir, aquella condición donde se observa una subdivisión de las estructuras corporales en unidades que se repiten con características determinadas. Los tres grupos que principalmente muestran esta cualidad son los artrópodos, anélidos y cordados.
Señales neuronales
Estas señales se propagan a través de propiedades de su membrana plasmática, al igual que muchas células, pero en este caso está modificada para tener la capacidad de ser una excitabilidad neuronal membrana excitable en sentido unidireccional controlando el movimiento a través de ella de iones disueltos desde sus proximidades para generar lo que se conoce como potencial de acción. Por medio de sinapsis las neuronas se conectan entre sí, con los músculos Unión neuromuscular placa neuromuscular, con glándulas y con pequeños vasos sanguíneos. Utilizan en la mayoría de los casos neurotransmisores enviando una gran variedad de señales dentro del tejido nervioso y con el resto de los tejidos, coordinando así múltiples funciones.
Véase:
2. Sonido, Audición Y Ondas Sonoras
SONIDO
Definición que proviene del latín sonitus, un sonido es una sensación que se genera en el oído a partir de las vibraciones de las cosas. Estas vibraciones se transmiten por el aire u otro medio elástico. Para la física, el sonido implica un fenómeno vinculado a la difusión de una onda de características elásticas que produce una vibración en un cuerpo, aun cuando estas ondas no se escuchen.
El sonido es una onda material que se produce como consecuencia de la vibración en la fuente sonora. Es decir se transmite la energía de un cuerpo que vibra. Puede ser un diapasón o nuestras cuerdas vocales. Esta vibración se transmite a las partículas próximas a la fuente que también oscilan y transmiten esta energía a las partículas más próximas que se ponen a vibrar.
Así pues se originan en el medio material en que se transmite unas zonas de presiones más altas (compresión) y otras de presiones más bajas (enrarecimiento) que se propagan en todas las direcciones del medio formando frentes de onda esféricos si el medio es isótropo.
- Estímulo sonoro
- Medio aéreo de conducción del estímulo
- Pabellón de la oreja, entrada al receptor auditivo
- Conducto auditivo externo
- Cadena de huesecillos en el oído medio
- Cóclea, órgano transductor para el estímulo auditivo
- Canales semicirculares. Receptores de la aceleración de rotación de la cabeza
- Trompa de Eustaquio
AUDICIÓN
El estímulo adecuado para el receptor auditivo lo representan las ondas sonoras. Ellas se generan en una fuente sonora y se pueden propagar por un medio que puede ser aéreo, líquido o sólido. Dicha fuente origina las ondas cuando es inducida a vibrar, por algún mecanismo adecuado. Su vibración es comunicada al medio que le rodea, al cual comprime y descomprime, generando así un juego de presiones que se propagan como ondas.
El umbral para la percepción de un sonido, que depende de la frecuencia, es la presión mínima que necesita un sonido para inducir su audición.
Las ondas sonoras se propagan por el aire y alcanzan al oído externo, en el cual penetran a través del conducto auditivo externo. Al hacerlo estimulan la membrana del tímpano, que cierra el extremo interno de dicho conducto. Al vibrar esta membrana, se induce la vibración de una cadena de huesecillos ubicados en el oído medio. Estos huesecillos transmiten su vibración a la ventana oval, que es una estructura membranosa que comunica el oído medio con la cóclea del oído interno.
Al moverse la membrana oval, mueve el líquido (perilinfa) que llena una de las tres cavidades de la cóclea generando en él ondas. Estas ondas estimulan mecánicamente a las células sensoriales (células pilosas) ubicadas en el órgano de Corti, dentro de la cóclea en la cavidad central, la rampa media. Esta cavidad está llena de un líquido rico en K+, la endolinfa. Las células embebidas en la endolinfa, cambian su permeabilidad al K+ por efecto del movimiento de los cilios y responden liberando un neurotransmisor que excita a los terminales nerviosos, que inician la vía sensorial auditiva.
3. Velocidad Y Energías Del Sonido
En el aire estas ondas sonoras se propagan a una velocidad de 332 m/seg (0° C).
La presión de un sonido se mide, como nivel de presión, en unidades prácticas, los decibeles (dB). Para cualquier sonido (Px), su intensidad se calcula comparándola con un nivel arbitrario de presión sonora (Po = 2*105 Pa, donde Po es la presión de referencia, Pa = Pascal). Su presión se calcula, entonces, aplicando la siguiente fórmula:
Nivel de presión del sonido x (en dB) = 20 log Px/Po.
La velocidad de propagación del sonido no depende de la frecuencia ni de la intensidad del mismo sino de las características del medio. En el aire su velocidad es de aproximadamente 344 m/s @ 20C (o 1200 km/h - 3 segundos para recorrer 1 km). Esta velocidad aumenta con la temperatura (0.17% /grado C), pero no cambia con la presión. En los líquidos es un poco mayor (1440 m/s en el agua) y mayor aún en los sólidos (5000 m/s en el acero).
No debemos confundir la velocidad de propagación de la onda sonora con la velocidad instantánea de las partículas (estas realizan un movimiento oscilatorio más rápido).
Podemos apreciar que la velocidad del sonido es relativamente alta y normalmente la propagación parece instantánea. Sin embargo en algunos casos es notoria, por ejemplo al compararla con la velocidad de la luz. Ejemplos: ver una banda tocando en la plaza desde lo alto de un edificio, relámpago y trueno, eco, sistema de amplificación.
El rango de frecuencias audibles se considera de forma muy aproximada entre los 20 Hz y 20 kHz. Esto determina cierto rango de valores de longitud de onda del sonido que va desde los 1,7 cm a 17m. Las longitudes de onda son comparables a los objetos ordinarios de la vida cotidiana. Esto es determinante en la forma en que se propaga el sonido, como veremos a continuación.
La longitud de onda juega un papel importante en las dimensiones de los altavoces. Cuando la longitud de onda emitida por un parlante es mucho menor que su propio tamaño la potencia emitida se reduce considerablemente. Es por esta razón que los tweeters son mucho más pequeños que los woofers.
Energías del sonido
El Movimiento Ondulatorio es una de las formas en que los cuerpos pueden intercambiar Energía.
Se origina en una vibración u oscilación (es decir cuando una partícula se desplaza de su posición de equilibrio y vuelve a él) y esa perturbación se transmite de un punto a otro del espacio, en un período de tiempo, en forma de onda. Por este movimiento no se propaga o traslada la materia sino la Energía
4. Elementos De Una Onda
Debemos saber que cada onda sonora tiene una longitud (l) y una amplitud (a) o intensidad o fuerza, parámetros que se combinan y la caracterizan. Así al aumentar l, el tono se escucha más bajo; cuando se reduce el sonido se escucha menos.
Otra propiedad de las ondas sonoras es su frecuencia (F) medida en Hertz (Hz). Cada sonido puro tiene una sola F, que lo define y que representa su tono (número de ciclos por segundo). Normalmente, los sonidos son mezclas de tonos diferentes. Hay una frecuencia fundamental (el tono más bajo) sobre la cual se sobreponen frecuencias más altas distintas, que constituyen el timbre del sonido.
En una onda se debe distinguir varios elementos:
- Pulso corresponde a la perturbación originada por una oscilación completa del punto donde se produce la perturbación. Este viaja por el medio por el que se propaga la onda a una cierta velocidad (constante si el medio es homogéneo).
- Una onda suele estar constituida por una sucesión de pulsos. Cuando la perturbación que la origina es periódica se puede hablar de trenes de onda que serían el conjunto de pulsos.
- Llamamos período al tiempo que transcurre entre dos pulsos consecutivos si este es constante, o bien al tiempo en que la partícula del medio en el que se propaga la onda repite posiciones de forma consecutiva. Se mide en s en el S.I.
- El número de veces que un punto es alcanzado por la perturbación en la unidad de tiempo se llama frecuencia. Se mide en Herz (ciclos/s).
- La distancia entre dos pulsos consecutivos se llama longitud de onda, y se mide en m
- Se dijo anteriormente que la velocidad de propagación de la perturbación era constante en un medio isótropo y se puede calcular considerando simplemente la velocidad con que se propaga un pulso. Este recorre una distancia igual a la longitud de onda en un tiempo igual al período. v = λ / T = λ f
- Elongación es la separación en cualquier momento, de cada partícula respecto de la posición de equilibrio.
- Se define como amplitud la elongación máxima de cualquier punto respecto de la posición de equilibrio.
- Se llama número de onda k al número de longitudes de onda que hay en una distancia 2•3,14 es decir: k = 2π / λ, también se puede poner como k = 2πf / λ f = ω / v,
En espectroscopia se llama número de onda a la inversa de la longitud de onda, es decir un movimiento ondulatorio transporta energía sin que la materia sea transportada.
TIPOS DE ONDAS
Ondas Electromagnéticas: Son aquellas en las que la energía se puede trasladar aún en el vacío, no necesitan de la materia para hacerlo.
Ejemplo: los rayos ultravioleta.
Ondas Materiales o Mecánicas: Son aquellas en las que se transporta Energía mecánica, por lo que necesitan de un medio material para hacerlo, no se propagan en el vacío.
Ejemplo: El sonido.
Otra clasificación:
Ondas Longitudinales: Son aquellas en las que las partículas oscilan en la misma dirección que la propagación de las ondas.
Ejemplo: Si comprimimos o estiramos un resorte y lo soltamos, las partículas de un extremo se moverán de adelante hacia atrás, en la misma dirección que el movimiento que se transmite por las espiras hasta el otro extremo.
Ondas Transversales: Son aquellas en las que la oscilación o vibración de las partículas (en ondas mecánicas) o de los campos eléctricos y magnéticos (en ondas electromagnéticas) es perpendicular a la dirección de la propagación de las ondas.
Por ejemplo: si sacudimos una soga, cada partícula de ella oscila de arriba hacia abajo transmitiendo su energía a la partícula cercana produciendo un movimiento que avanza hacia adelante.
Un caso especial es el del movimiento ondulatorio del agua ya que combina estos dos últimos tipos de ondas.
5. Cualidades Del Sonido
Hablamos de Intensidad o volumen y esta depende de la amplitud del movimiento vibratorio. Esta característica del sonido nos permite distinguir entre sonidos fuertes o débiles.
Sonoridad o Nivel de intensidad sonora se relaciona con la intensidad y como ésta disminuye con la distancia. Se toma como unidad para medir el nivel subjetivo de sonoridad el fonio o fon. Esta unidad está definida como la sonoridad de un sonido senoidal de 1000 Hz con un nivel de presión sonora (intensidad) de 0 dB. Así, 0 dB es igual a 0 fon y 120 dB es igual a 120 fon. Eso siempre para sonidos sinusoidales con frecuencias de 1000 Hz.
El umbral de audición corresponde (para una frecuencia aproximada de 1000 Hz) a una intensidad (I0) de 10-12 w/m2 mientras que para una intensidad de 1 w/m2 llegamos al umbral de dolor.
Se establece la escala en decibelios (dB) para medir las intensidades sonoras. Se trata de una escala relativa en la que se define el nivel de intensidad de sonido β de la siguiente forma: β = 10 log ( I / I0)
Como se puede deducir los valores de la intensidad sonora serán: en el umbral de dolor 120 dB y en el umbral de audición 0 dB.
Tono se relaciona con la frecuencia, según el tono se distinguen sonidos agudos y graves.
Los sonidos más graves tienen bajas frecuencias, están comprendidas entre los 20 y 300 Hz, medias de 300 a 5000 Hz y agudos entre 5000 y 20000 Hz aproximadamente.
Timbre permite distinguir entre dos notas iguales emitidas por instrumentos distintos. Depende de las frecuencias múltiplos o armónicos que acompañan una frecuencia fundamental. Esta cualidad del sonido nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y tono. La nota LA de la 5ª Octava tiene una frecuencia de 440 Hz en cualquier instrumento y sin embargo suena diferente en un piano o en un violín.
En realidad los sonidos son complejos, es decir, contienen muchos armónicos, se pueden determinar mediante cálculos matemáticos (análisis de Fourier) y análisis espectográficos.
Véase:
6. La Voz Humana
La física ha establecido que para que exista sonido se requieren tres elementos:
- Un cuerpo elástico que vibre.
- Un medio elástico que propague las vibraciones.
- Una caja de resonancia que las amplifique y las haga perceptibles al oído, a través de las ondas que las transmiten por el aire.
Ahora, la voz humana tiene estos elementos: El cuerpo elástico que vibra, son dos membranas situadas en la garganta llamadas cuerdas vocales; el medio de propagación es el aire proveniente de los pulmones, y la caja de resonancia está formada por la caja torácica, la faringe, las cavidades orales y nasales.
Del mismo modo, la voz cumple con todos las cualidades acústicas de cualquier sonido: altura, intensidad, duración y timbre. La diferencia fundamental que existe entre la voz humana y cualquier otro instrumento musical, es que se trata del único instrumento, en que la forma y disposición de la caja de resonancia se modifica continuamente, adoptando diversas posiciones que cambian, amplían o disminuyen su capacidad.
Producción de la voz
La voz se produce por la vibración de las cuerdas vocales cuando se acercan entre sí como consecuencia del paso del aire a través de la laringe, que es el órgano más importante de la voz.
En su interior se encuentran las cuerdas vocales (también llamadas pliegues vocales), porque en realidad, no tienen forma de cuerda, sino que se trata de una serie de repliegues o labios membranosos, son dos bandas de tejido muscular que se insertan en los cartílagos.
Al abrirse se respira y al cerrarse se produce la fonación. Las cuerdas vocales pueden tensarse o distenderse, lo que producirá sonidos agudos en el primer caso, y graves en el segundo.
Hay 4 cuerdas vocales: 2 superiores que no participan en la articulación de la voz, y, 2 inferiores, las verdaderas cuerdas vocales, responsables de la producción de la voz.
Si se abren y se recogen a los lados, el aire pasa libremente, sin hacer presión: respiramos. Si, por el contrario, se juntan, el aire choca contra ellas, que vibran a modo de lengüetas, produciendo un sonido tonal. La frecuencia de este sonido depende del tamaño y tensión de las cuerdas, y de la velocidad del flujo del aire proveniente de los pulmones.
Son los movimientos de los cartílagos de la laringe los que permiten variar el grado de apertura entre las cuerdas y una depresión o una elevación de la estructura laríngea, con lo que varía el tono de los sonidos producidos por el paso del aire a través de ellos.
Esto junto a la disposición de los otros elementos de la cavidad oral (labios, lengua y boca) permite determinar los diferentes sonidos que emitimos.www
El sonido que producen las cuerdas vocales es muy débil, resultaría insignificante e incluso desagradable, a no ser por la caja de resonancia que lo amplifica, le otorga el timbre, adquiriendo belleza.
La laringe y la fonación
En la producción de la voz podemos distinguir tres fases:
- Se genera una corriente de aire procedente de los pulmones que asciende por los bronquios y la tráquea. En esta fase es fundamental la acción del diafragma, la cavidad torácica, la musculatura abdominal y de la espalda.
- La corriente de aire pasa por la laringe y por las cuerdas vocales, que han de estar cerradas, el paso del aire a través de ellas produce una turbulencia, lo que trasforma el aire en sonido. Este sonido es el primer esbozo de la voz, es un sonido que sólo posee un tono (frecuencia) y un volumen (intensidad),
- Este sonido es enviado a través de la garganta, la nariz y la boca, dándole "resonancia."
El sonido de la voz de cada persona (timbre) está determinado por el tamaño y la forma de las cuerdas vocales y el tamaño y forma de la garganta, la nariz y la boca (las cavidades resonantes).
Véase:
7. Biofísica De La Percepción Auditiva. Audiómetro
Para determinar la naturaleza de cualquier incapacidad auditiva se emplea el audímetro. El audiómetro sirve para facilitar tonos en diferentes frecuencias y niveles de intensidad.
Simplemente se trata de un audífono conectado a un oscilador electrónico capaz de emitir tonos puros que alberguen desde las frecuencias más bajas hasta las más altas, instrumento calibrado de modo que el sonido con un nivel de intensidad nulo a cada frecuencia sea el volumen que apenas puede escucharse con un oido normal. Un mecanismo calibrado para controlar el volumen puede incrementarlo más allá del valor cero. Si el volumen ha de elevarse 30 decibelios por encima de lo normal antes de que sea posible escucharlo, se dice que la persona tiene hipoacusia de 30 decibelios para esa frecuencia concreta.
Al efectuar una prueba auditiva mediante un audímetro, se exploran unas 8 a 10 frecuencias que cubren todo el espectro audible y se determina la pérdida de audición para cada una de ellas. De este modo se traza el denominado audiograma. El audímetro además de estar equipado con un audífono para examinar la conducción aérea por el oído, consta de un vibrador mecánico para estudiar la conducción ósea desde la apófisis mastoides del cráneo hasta la cóclea.
Para efectuar una audiometría se emiten unos sonidos, que actuando sobre el oído producen una sensación sonora en la persona explorada. Como aparato emisor y receptor de la respuesta se utiliza el audiómetro.
En la audiometría individual los sonidos que emitimos desde el audiómetro pueden llegar a la persona explorada a través de unos auriculares, que transmiten el sonido por vía área, o bien a través de un vibrador, aplicado en el hueso temporal, con lo que la transmisión del sonido es por vía ósea.
El sonido que llega a través de los auriculares hace vibrar la membrana timpánica, la transmisión del sonido sigue a través de la cadena de huesecillos (situada en la caja del tímpano) hasta llegar a la ventana oval, y a continuación por los líquidos endolinfáticos hasta el órgano de Corti, donde están las terminaciones de las neuronas sensoriales que la conducirán a los centros cefálicos de la audición.
El sonido que llega a través del vibrador estimula directamente a los líquidos laberínticos y órgano de Corti, por lo que llega directamente al órgano de percepción, sin pasar a través del tímpano, cadena auricular y ventana oval.
La comparación de los resultados obtenidos en ambas pruebas, con vibrador y auriculares, permite localizar la parte del oído que está afectada.
Véase:
8. La Luz Y El Espectro Electromagnético
Todo lo que vemos no es más que la luz emitida o reflejada por los cuerpos, en sí la luz es una onda electromagnética que, al contrario que las ondas materiales, puede propagarse sin necesidad de que exista un medio material en el que se propaga.
Esta onda electromagnética es una onda transversal en la que se produce al mismo tiempo una variación de un campo eléctrico y perpendicularmente a él de un campo magnético. Se dice que se trata de una onda autosostenida, la variación del campo eléctrico provoca una variación en el campo magnético y también a la inversa.
La luz se propaga en el aire y en el vacío a una velocidad constante de 3•108 m/s (c) es la máxima velocidad de la luz, en otros medios su velocidad es menor por ejemplo en el agua 2,25•108 m/s.
El cociente de la velocidad en el vacío y la velocidad de la luz en otro medio se llama índice de refracción y siempre es mayor que la unidad salvo en el vacío o el aire que vale 1. No tiene unidades puesto que se calcula dividiendo dos velocidades. Se representa por la letra (n) y su valor es: n = c / v
En cualquier caso hay objetos que emiten luz, fuentes luminosas, otros que simplemente reflejan parte de la que reciben, objetos iluminados. Además los objetos al llegar la luz a ellos pueden interceptarla, no dejarla pasar, son los objetos opacos. Dejar que pase a través de ellos, son los cuerpos translúcidos y los transparentes. Los primeros dejan pasar la luz a su través pero los rayos emergentes no son paralelos a los incidentes con lo que la imagen queda difusa mientras que en los segundos, al tener los rayos incidentes y emergentes la misma dirección, podemos ver las imágenes nítidas a través de ellos.
El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.
El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.
Características de cada una de esas zonas
- Ondas de radio: Son las que tienen la longitud de onda más larga: desde millones de metros hasta unos 30 cm (frecuencia entre 10² y 109 Hz).Tenemos las ondas largas de radio con longitudes de onda del orden de km; las de radio AM (centenas de metro), las de FM y televisión (metros) y las de onda corta (centímetros)
- Microondas: Comprenden las longitudes de onda que abarcan desde los 30 cm hasta 1 mm (frecuencias entre 109 y 3•1011 Hz). El rango de frecuencias de los microondas coincide con las frecuencias de resonancia de vibración de las moléculas del agua, lo que ha popularizado su empleo en las cocinas (horno microondas) para la cocción de los alimentos, que tienen un alto contenido en agua. También se utilizan en las comunicaciones con vehículos espaciales, debido a su facilidad para penetrar en la atmósfera.
- Infrarrojo (IR): Sus longitudes de onda van desde 1 mm hasta los 10-6 m aproximadamente. (Frecuencias entre 3•1011 y 3•1014 Hz). Son emitidas por los cuerpos calientes como las brasas de una chimenea. La mitad de la energía irradiada por el Sol son rayos infrarrojos.
- VISIBLE: Es la que nuestros ojos es capaz de captar. Es lo que vulgarmente conocemos como luz. Es la región más estrecha del espectro, abarca sólo las longitudes de onda comprendidas entre 10-6 m y 390 nm (frecuencias entre 3•1014 y 73•1014 Hz). Se subdivide en los colores del arco iris:
- Rojo 620 a 1000 nm
- Naranja 590 a 620 nm
- Amarillo 550 a 590 nm
- Verde 490 a 550 nm
- Azul 430 a 490 nm
- Violeta 390 a 430 nm
- Ultravioleta: Son radiaciones que se encuentran más allá del violeta. Sus longitudes de onda abarcan desde 390 nm hasta 1nm (frecuencias entre 7•1014 y 3•1017 Hz). Su energía es suficiente para romper enlaces químicos o producir ionizaciones. Es el responsable del tono moreno de nuestra piel al tomar el Sol. Fueron descubiertos por Johann Ritter en 1881.
9. Conceptos Relativos A La Luz. Color
La luz es aquella energía que ilumina los objetos y seres vivos, haciéndolos visibles; es una onda electromagnética, que posee gran diversidad de frecuencias diferentes, que agrupadas forman el denominado “espectro electromagnético”.
En el día, podemos movernos y ver a nuestro alrededor, gracias a la luz natural que nos brinda el sol, pero por la noche o en espacios cerrados, nos vemos obligados a utilizar luz artificial o fuego, para divisar por donde caminamos y no chocar con todo.
La luz solar, como lo descubrió Newton, se compone de siete colores, que podemos contemplar en la formación del arco iris; estos colores combinados forman la luz blanca o luz solar.
La luz tiene la propiedad de expandirse en todas direcciones, pero cuando esta se topa con un objeto opaco, llamado así porque no permite que la luz lo atraviese, se forma detrás de él sombra, por la ausencia de luz.
La luz es reflejada por los espejos, es capaz de viajar a través del vacío, y puede traspasar cuerpos transparentes, como el vidrio, produciéndose refracción en este acto.
La óptica es una rama de la física, es la ciencia encargada del estudio de la luz, su elaboración y propiedades, entre otras cosas referentes a la misma, como su comportamiento. Esta onda electromagnética puede producir cambios químicos en algunas sustancias.
La luz es utilizada en algunas expresiones cotidianas, con varios significados distintos como: dar a luz, en un parto; ver la luz, cuando se llega a la muerte, y salir a la luz, cuando un misterio es descubierto. En todas estas frases, esta palabra tiene una significación positiva, asociada en algunos casos a la verdad, y en otros al bienestar; pero jamás a cosas negativas, como el dolor.
10. Cualidades De La Luz
Las cualidades de la luz son cuatro:
- Intensidad: alta, baja.
- Dirección: frontal, trasera, cenital, nadir.
- Calidad: dura, suave
- Color: cálida, fría.
Intensidad:
La intensidad es la cantidad de luz que incide sobre un objeto y determina si dicho objeto está más o menos iluminado.
Dirección:
La dirección nos indica desde donde viene la luz.
- Luz frontal: proporciona información visible de todas las superficies visibles del objeto.
- Luz lateral: a diferencia de la luz frontal aporta volumen y resalta la textura. Gracias a este tipo de iluminación podemos comprender que un objeto es tridimensional en un medio bidimensional. Es decir, podemos saber que u objeto es una esfera y no un circulo.
- Contraluz: destaca la silueta y la forma global del objeto, pero se pierde información como unen ser la textura y el color. Aunque hay que destacar que esto no siempre se cumple, pue si el objeto es translúcido puede que sí se resalten la textura y el color.
- Luz cenital: en esencia es una luz muy agradable, pues es la que acostumbremos a ver en el día a día. El sol, las farolas, las bombillas en una casa. Están en alto, por encima de nuestras cabezas.
- Luz contracenital o nadir: esta luz es la opuesta a la anterior. Es muy difícil verla de forma natural, pues requiere de reflejos de la luz para ello. Esta luz produce la inversión de las sombras, que ahora irán hacia arriba y dotaran a los sujetos de un aire fantasmal.
Calidad de la luz:
Dependiendo de la calidad de la luz podremos saber si esta es dura o suave y percibir los distintos matices de dureza o suavidad.
Color de la luz:
Cuando hablamos de color de la luz estamos más bien refiriéndonos a la temperatura de dicha luz, ya que esta temperatura marcara la dominante de color.
Las dominantes de color pueden englobarse en cálidas y frías.
En la imagen muestra, cada color lleva asociada una temperatura en grados Kelvin, siendo 2000k la más baja y corresponde al rojo, y 9000k la más alta correspondiente al azul. El color blanco, que se encuentra más o menos en el medio, tiene una temperatura de 5500k.
Véase:
11. Sistema Visual Humano
El ojo humano es una estructura prácticamente esférica en la que entra la luz sólo por un pequeño agujero (como ocurre en una cámara fotográfica). La cubierta externa del ojo es opaca y el interior del ojo es translúcido.
En la retina las imágenes se proyectan de forma invertida (como ocurren en una cámara oscura).
- La esclerótida
Es la membrana más externa del ojo y es opaca, excepto en su parte anterior donde es transparente y se llama córnea. Su función principal es la de evitar que la luz entre en el ojo, excepto a través de la córnea.
- La coroides y el iris
Se trata de una membrana muy pigmentada y vascularizada que recubre prácticamente todo el ojo. Evita que entre luz a través de ella y su gran irrigación sanguínea proporciona calor y alimento al resto del ojo.
En su parte anterior tiene una expansión muscular redonda llamada iris y en el centro hay una abertura redonda llamada pupila. La función del iris es controlar (mediante un acto reflejo) el diámetro de la pupila, determinando así la cantidad de luz que entra en el ojo.
- El cristalino y el músculo ciliar
Es una estructura transparente en forma de lente, formado por estratos concéntricos de células fibrosas que están unidas al músculo ciliar.
De la tensión de este músculo depende la distancia focal del ojo. Cuando el ojo está relajado, el cristalino se redondea y el ojo enfoca al infinito.
Además, el cristalino se encuentra ligeramente coloreado por una pigmentación amarilla que absorbe la luz infrarroja y ultravioleta, que podría dañar la retina.
- La cornea y el cristalino
Estas dos estructuras transparentes funcionan como las lentes del telescopio de Galieo. Gracias al fenómeno de la difracción de la luz, la córnea concentra la luz externa para que pase a través de la pupila. El cristalino hace la función inversa, consiguiendo que la luz se concentre en la fóvea.
- El humor acuoso
El ojo posee una cámara anterior rellena de un líquido transparente llamado humor acuoso, que es una dispersión de albúmina en agua salada. En esta cámara, detrás del iris, va alojado el cristalino.
- El humor vítreo
El ojo posee una cámara posterior que está ocupada por el humor vítreo, una especie de gel proteínico muy frágil. Dicha cámara está rodeada por la membrana hialoide (que no se ve en la figura).
- La retina
Es una membrana sensible a la luz y cubre la práctica totalidad de la coroides.
La retina es realmente el entramado nervioso formado por las células terminales de las fibras del nervio óptico.
En su parte posterior presenta una pequeña depresión llamada fóvea que es muy importante en la visión de los detalles.
En la retina se distribuyen dos tipos de receptores de luz llamados conos y bastones.
Los conos son sensibles al color y se localizan principalmente en la parte posterior del ojo (en la fóvea). Para que funcionen el nivel de iluminación debe ser suficiente.
Los bastones (mucho más numerosos), no son sensibles al color y se encuentran distribuidos por toda la retina.
Los conos nos proporcionan la fisión fotópica (o de luz brillante) que es la que utilizamos en las situaciones con suficiente intensidad lumínica. Además, cada cono se conecta a una terminación nerviosa por lo que el nivel de resolución visual de la fóvea (donde se localiza la parte de la escena visual más importante) es alta.
Los bastones, aunque más numerosos, se conectan en grupos a las terminaciones nerviosas. Esto reduce la cantidad de detalle discernible con ellos aunque dado su gran número y su distribución retiniana nos dan una visión general de la escena. En situaciones de baja intensidad luminosa sólo los bastones son activos (visión tenue o escotópica) y no es posible distinguir colores.
Véase:
12. Elementos Básicos De La Física Nuclear
El inicio de la física nuclear se pudo establecer en 1896 con el descubrimiento de la radiactividad por parte de Henri Becquerel.
Becquerel estudiaba por entonces la luz emitida por algunas sustancias, llamada fluorescencia. Una de estas sustancias fluorescentes es el sulfato de potasio y uranilo: UO2KSO4. La fluorescencia es la propiedad de una sustancia para emitir luz cuando es expuesta a radiaciones del tipo ultravioleta, rayos catódicos o rayos X. Las radiaciones absorbidas (invisibles al ojo humano), son transformadas en luz visible, o sea, de una longitud de onda mayor a la incidente. Un día que estaba nublado no permitía a Becquerel exponer el sulfato de potasio y uranilo a las radiaciones del Sol así que las guardó en un cajón en el que también tenía unas placas fotográficas sin velar (protegidas con un grueso papel negro para que no se velaran al darles la luz). Días más tarde comprobó que la película fotográfica de estas placas estaba velada cuando “en teoría” no había sido expuesta a ningún tipo de luz. Becquerel pensó que la sal de uranilo emitía algún tipo de radiación invisible capaz de velar la placa fotográfica. A partir de este descubrimiento casual comprobó que otros compuestos de uranio también velaban las placas fotográficas, llamando a esa radiación invisible radiactividad.
Dos años más tarde Pierre y Marie Curie descubrieron otros dos elementos nuevos en la tabla periódica, el polonio y el radio, ambos radiactivos.
La física nuclear estudia el comportamiento de los núcleos atómicos.
13. Constitución Del Átomo Y Modelos Atómicos
La descripción básica de la constitución atómica, reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas órbitas (niveles de energía) alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro.
El núcleo lo componen los protones con carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica.
El tamaño de los núcleos atómicos para los diversos elementos están comprendidos entre una cienmilésima y una diezmilésima del tamaño del átomo.
La cantidad de protones y de electrones presentes en cada átomo es la misma. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se le llama número másico y se designa por la letra "A".
Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representa por la siguiente simbología: ZXA
Por ejemplo, para el Hidrogeno tenemos: 1H1
Si bien, todas las características anteriores de la constitución atómica hoy en día son bastante conocidas y aceptadas, a través de la historia han surgido diversos modelos que han intentado dar respuesta sobre la estructura del átomo. Algunos de tales modelos son los siguientes:
- El Modelo de Thomson.
Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostró la inexactitud de tales ideas.
- El Modelo de Rutherford.
Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutraliza entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.
El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.
- El Modelo de Bohr.
El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida (por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.
- Modelo Mecano - Cuántico.
Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es imposible conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
Véase:
14. Radiación Y Radiobiología
La radiación no es otra cosa que la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.
La radiobiología es la ciencia que estudia los fenómenos que se producen en los seres vivos, tras la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes.
Las dos grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son:
- Radioprotección: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en todas las aplicaciones médicas industriales que las requieran.
- Radioterapia: Utilizarlas de forma efectiva en el tratamiento del cáncer, lesionando lo menos posible el tejido humano normal.
Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos se pueden clasificar desde distintos puntos de vista:
Según el tiempo de aparición:
- Precoces: Aparecen en minutos u horas después de haberse expuesto a la radiación, por ejemplo eritema cutáneo, nauseas
- Tardíos: Aparecen meses u años después de la exposición, por ejemplo cáncer radioinducido, radiodermitis crónica, mutaciones genéticas.
Desde el punto de vista biológico:
- Efectos somáticos: Sólo se manifiestan en el individuo que ha sido sometido a la exposición de radiaciones ionizantes por ejemplo el eritema.
- Efecto hereditario: No se manifiestan en el individuo que ha sido expuesto a la radiación, sino en su descendencia, ya que lesionan las células germinales del individuo expuesto, por ejemplo las mutaciones genéticas.
Según la dependencia de la dosis:
- Efectos estocásticos: Son efectos absolutamente aleatorios, probabilísticos; pudiendo aparecer tras la exposición a pequeñas dosis de radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral determinada para producirse; si bien al aumentar la dosis aumenta la probabilidad de aparición de estos efectos, que suelen ser de tipo tardío. Se cree que el único efecto estocástico es el cáncer radioinducido y las mutaciones genéticas.
- Efectos no estocásticos: Se necesita una dosis umbral para producirlos, por debajo de la cual, la probabilidad de aparición de los mismos es muy baja. Suelen ser efectos precoces, por ejemplo el eritema cutáneo.
Características de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
- Aleatoriedad: La interacción de la radiación con las células es una función de probabilidad y tiene lugar al azar. Un fotón o partícula puede alcanzar a una célula o a otra, dañarla o no dañarla y si la daña puede ser en el núcleo o en el citoplasma.
- Rápido depósito de energía: La depósito de energía a la célula ocurre en un tiempo muy corto, en fracciones de millonésimas de segundo.
- No selectividad: La radiación no muestra predilección por ninguna parte o biomolécula, es decir, la interacción no es selectiva.
- Inespecificidad lesiva: Las lesiones de las radiaciones ionizantes es siempre inespecífica o lo que es lo mismo esa lesión puede ser producida por otras causas físicas.
- Latencia: Las alteraciones biológicas en una célula que resultan por la radiación no son inmediatas, tardan tiempo en hacerse visibles a esto se le llama “tiempo de latencia” y puede ser desde unos pocos minutos o muchos años, dependiendo de la dosis y tiempo de exposición.
Etapas de la acción biológica de la radiación
Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son el resultado final de las interacciones físicas (ionización) y (excitación) de los fotones o partículas con los átomos que la componen.
Los efectos de la radiación sobre los seres vivos pasan por sucesivas etapas, que son:
- Etapa física
- Etapa química: – Radiolisis del agua. – Efecto oxígeno.
- Etapa biológica
Radiosensibilidad
La radiosensibilidad es la magnitud de respuesta de las estructuras biológicas, provocada por las radiaciones ionizantes. Un elemento biológico es más sensible cuanto mayor es su respuesta a una dosis determinada de radiación. El elemento biológico es más radiosensible cuando necesita menos dosis de radiación para alcanzar un efecto determinado. El concepto opuesto a radiosensibilidad, es radioresistencia. No existe célula ni tejido normal o patológico radioresistente de forma absoluta; pues si se aumenta ilimitadamente la dosis, siempre se puede alcanzar su destrucción. Administrando dosis mínimas en órganos o tejidos, se observaran diferentes grados de alteraciones morfológicas y/o funcionales, según las líneas celulares de que se trate.
Escala de radiosensibilidad:
Las células presentan diferente grado de sensibilidad a la radiación, según la estirpe o línea celular. Tomando como punto de referencia, la muerte celular, pueden clasificarse en cinco grupos de mayor a menor sensibilidad:
- Muy radiosensibles: leucocitos, eritroblastos, espermatogonias.
- Relativamente radiosensibles: mielocitos, células de las criptas intestinales, células basales de la epidermis.
- Sensibilidad intermedia: células endoteliales, células de las glándulas gástricas, osteoblastos, condroblastos, espermatocitos, etc.
- Relativamente radioresistentes: granulocitos, osteocitos, espermatozoides, eritrocitos.
- Muy radioresistentes: fibrocitos, condrocitos, células musculares y nerviosas.
Véase:
15. Orígenes De Las Radiaciones Ionizantes
Corresponden a las radiaciones de mayor energía (menor longitud de onda) dentro del espectro electromagnético. Tienen energía suficiente como para arrancar electrones de los átomos con los que interaccionan, es decir, para producir ionizaciones.
El origen de las radiaciones ionizantes puede localizarse en:
- la Radiactividad natural. Resulta de la inestabilidad intrínseca de una serie de átomos presentes en la Naturaleza (uranio, torio, etc.), así como la procedente de rayos cósmicos --ésta última exposición es mayor en los asiduos al avión--.
- la Radiactividad incorporada en alimentos, bebidas, etc. Los crustáceos y moluscos marinos (mejillones, chirlas, almejas) la concentran especialmente.
- Procedimientos médicos (radiografías, etc.) Son la fuente principal de radiación artificial en la población general
- "Basura nuclear". Los materiales de desecho radiactivos de la industria nuclear, los hospitales y los centros de investigación
- el Radón. Gas procedente del uranio, que se encuentra de forma natural en la tierra. Procede de materiales de construcción, abonos fosfatados, componentes de radioemisores, detectores de humos, gas natural en los hogares, etc. El grado de exposición al radón aumenta notablemente en sitios cerrados y domicilios con buen aislamiento térmico.
- Exposición profesional. En España se incluyen en esta categoría unas 60.000 personas. El 95% recibe dosis diez veces por debajo del límite permitido.
- Explosiones nucleares. Accidentales, bélicas o experimentales.
16. Radiaciones: Naturaleza Y Propiedades.
- Radiaciones Ionizantes.
Son radiaciones con la energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).
Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.
La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria ( que llega a las capas más altas de la atmósfera ) se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de la Tierra, se forman en ella átomos radiactivos (como el Tritio y el Carbono-14) y se producen partículas alfa, neutrones o protones.
Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.
- Radiaciones No Ionizantes.
Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material.
Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos de origen electromagnético y las radiaciones ópticas.
Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.
Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano.
17. Radioactividad.
Radiactividad Natural
En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio), halló una nueva propiedad de la materia a la que posteriormente Marie Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre el cual se investigaba.
Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio.
La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.
Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.
Radiactividad Artificial.
Al bombardear diversos núcleos atómicos con partículas alfa de gran energía, se pueden transformar en un núcleo diferente, por lo tanto, se transforma en un elemento que no existe en la naturaleza. Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot, experimentando con tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada, entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende, induciendo su desintegración radiactiva.
Desde el descubrimiento de los primeros elementos radiactivos artificiales, el hombre ha logrado en el tiempo obtener una gran cantidad de ellos. Es clave en este proceso la aparición de los llamados aceleradores de partículas y de los reactores nucleares. Estos últimos son fuente importante de neutrones que son utilizados para producir gran variedad de radioisótopos.
Véase:
18. Los Rayos X
Hace algo más de un siglo, en 1895, Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), científico alemán de la Universidad de Würzburg, descubrió una radiación (entonces desconocida y de ahí su nombre de rayos X) que tenía la propiedad de penetrar los cuerpos opacos.
Son una forma de radiación electromagnética, tal como la luz visible. Una máquina de rayos X envía partículas de estos rayos a través del cuerpo. Las imágenes se registran en una computadora o en una película.
- Las estructuras que son densas, como los huesos, bloquearán la mayoría de las partículas de rayos X y aparecerán de color blanco.
- El metal y los medios de contraste (tintes especiales utilizados para resaltar áreas del cuerpo) también aparecerán de color blanco.
- Las estructuras que contienen aire se verán negras, y los músculos, la grasa y los líquidos aparecerán como sombras de color gris.
Véase:
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