Licenciatura en Biología 1-11 Curso 2002-2003

FÍSICA DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

CÓDIGO: B054/01/9773 CURSO: 2002-2003 17/93/2599 Carga docente: B054/01/9773 6 créditos

17/93/2599 5 créditos Curso: 1º Troncal 1r cuatrimestre

Departamento: Física Aplicada Profesor/es: GRUPO 2: Adolfo Celdrán GRUPO 3: Isabel Abril Sánchez

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA GRUPO 2 OBJETIVOS GENERALES

Presentar y Describir los fenómenos naturales desde una óptica científica y física.

Definir magnitudes, cantidades, unidades, constantes, coeficientes y módulos físicos.

Analizar los fenómenos físicos aplicándoles el método científico. Analizar asimismo las relaciones entre las diferentes variables físicas implicadas en un proceso.

Formular leyes, principios, teoremas, ecuaciones y relaciones físicas.

Aplicar los conceptos físicos a los procesos naturales, especialmente a los procesos biológicos.

Resolver las aplicaciones, cuestiones y problemas propuestos y otros similares. Obtener resultados correctos. Expresar los mismos en las unidades adecuadas.

Discutir las consecuencias que se derivan de la aplicación de los diferentes modelos y leyes físicos.

Destacar la importancia de la aplicación de la física a los fenómenos biológicos, al objeto de facilitar la comprensión cualitativa y cuantitativa de los mismos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al inicio de cada tema se indicará bibliografía detallada y objetivos específicos del mismo. DESCRIPTORES DE LA ASIGNATURA: Introducción. Biomecánica. Control y estabilidad. Procesos de transporte. Bioelectricidad. Radiación y Radiactividad. Óptica.

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PROGRAMA DE TEORÍA I .- Introducción. Los Entes de la Física. Entes comparables: Razón. Cantidades. Magnitudes. Unidades. Medida. Constantes y variables. Magnitudes primarias y secundarias. Medidas directas e indirectas. Leyes y definiciones. Análisis dimensional. Incertidumbre en las medidas experimentales. Expresión correcta del resultado de una medida. Leyes de escala. II .- Biomecánica. 1.- Sólido deformable.

Fuerzas interiores y exteriores. Ley de Hooke. Tracción y compresión. Introducción a otros tipos de deformaciones (por flexión, deformaciones volumétricas, deslizamiento, torsión). Aplicación a los seres vivos. 2.- Estática de fluidos.

Presión hidrostática. Ecuación fundamental de la hidrostática. Ley de Pascal. Principio de Arquímedes. Equilibrio de los cuerpos sumergidos y flotantes. Aplicaciones a la biología. 3.- Fenómenos de superficie.

Fenomenología. Coeficiente de tensión superficial. Sobrepresión debida a la curvatura: Ecuación de Laplace. Formación de gotas: Ley de Tate. Energía de cohesión. Energía de adhesión sólido – líquido. Angulo de contacto. Capilaridad: Ley de Jurin. Aplicaciones biológicas: tensoactivos pulmonares. El ascenso de la savia en los árboles. 4.- Dinámica de Fluidos.

Corrientes fluidas ideales. Conceptos de líneas de corriente, de movimiento, tubo de corriente y flujo. Gasto. Teorema de Bernouilli. Aplicaciones y consecuencias. Introducción a la dinámica de Fluidos Reales. Aplicación al sistema circulatorio. III.- Control y estabilidad. Control. Representación de los sistemas de control. Retroalimentación. Sistemas de control biológico. Caso estacionario. IV.- Procesos de transporte. Difusión de partículas. Leyes de Fick. Difusión de la energía calorífica. Transporte a través de membranas neutras. Osmosis. V.- Bioelectricidad. 1.- Electricidad.

Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Ley de Gauss. Campo eléctrico junto a un plano cargado. Potencial eléctrico. Energía. Plano cargado por ambos lados. Capacidad. Corriente eléctrica. Ley de Ohm. Ley de Joule. 2.- Conducción nerviosa.

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Estructura de las células nerviosas. Resistencia y capacidad de un axón. Concentraciones iónicas y potencial de reposo. Respuesta a estímulos débiles. El potencial de acción. Aplicaciones. VI.- Radiación y Radiactividad. Radiactividad natural. Tipos de radiaciones. Familias ó series radiactivas. Leyes y constantes radiactivas. Equilibrio radiactivo. Unidades de actividad radiactiva. Dosimetría. Unidades. Radioprotección. VII.- Óptica. Por qué vemos las cosas. Óptica física y óptica geométrica. Propagación de la luz. Reflexión y refracción. Ley de Snell. Sistemas ópticos estigmáticos. Dióptrio plano y esférico. Lentes. Imágenes reales y virtuales. El ojo humano. Instrumentos ópticos: Lupa, proyector, cámara fotográfica, microscopio, anteojo terrestre y anteojo astronómico. CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Evaluación Continuada: Se realizarán periódicamente ejercicios de evaluación de la materia vista desde el comienzo del curso, en las horas de clase. El alumno que no apruebe la asignatura mediante estos controles periódicos, pasará al examen final. Examen de final: El examen de final se realizará, para todos los alumnos que no hayan aprobado por curso, el día fijado por la Facultad, y consistirá de dos partes: una prueba objetiva y otra de cuestiones y ejercicios. La nota total de teoría se obtendrá como media de ambas. Para promediar ambas partes será preciso obtener al menos una nota de 3.5 sobre10 en cada una de ellas. Prácticas: 20 horas lectivas, en el laboratorio del Departamento de Física Aplicada, que se encuentra en el 2º piso de la fase II de la Facultad de Ciencias. Cualquier duda al respecto debe ser consultada con la profesora responsable, Dra. Isabel Abril.

Será imprescindible aprobarlas para aprobar la asignatura. El trabajo en el laboratorio contará como el 15 % de la nota total de la asignatura. Tutorías: Podrán ser realizadas:

a/ Mediante la Universidad Virtual y correo electrónico: adolfo.celdran@ua.es b/ Mediante visita presencial en el despacho del profesor, situado en el Departamento de Física Aplicada, 2º piso de la fase II de la Facultad de Ciencias, los miércoles ó jueves, de 9.30 a 12.30 h. Apuntes del profesor: Los apuntes del profesor, tanto en lengua valenciana como castellana, se incluirán en el Campus Virtual de la web de la Universidad (Campus Virtual – Tareas de docencia – Materiales). Estos apuntes también podrán obtenerse en la fotocopiadora de la facultad. Asimismo, se propondrán a los alumnos ejercicios de aplicación de los contenidos estudiados.

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BIBLIOGRAFIA

J. W. Kane, Física. M. Ortuño, Física para biología, veterinaria y farmacia. J. Catalá, Física. D. Jou, Física para las ciencias de la vida. J.V. Santos, Óptica Geométrica. P.A. Tipler, Física. J.R. Zaragoza, Física e instrumentación médicas: Instrumentación y diagnóstico. A. H. Cromer, Física para las ciencias de la vida. K. Bogdánov, El físico visita al biólogo.

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PROGRAMA DE LA ASIGNATURA GRUPO 3

Profesor/es: GRUPO 3: Isabel Abril Sánchez Departamento: Física Aplicada OBJETIVOS Proporcionar al alumno los conceptos y tratamientos físicos más relevantes en relación con la Biología, y aplicar estas ideas a diversos fenómenos biológicos; con lo cual se podrá apreciar la influencia de la Física en numerosos campos de la Biología. PROGRAMA Teoría TEMA 1.- TRABAJO Y ENERGÍA. 1.1 Trabajo y potencia. 1.2 Energía cinética y potencia. 1.3 Principio de conservación de la energía. Intercambio de energía en sistemas

biológicos. 1.4 Ritmo metabólico. Leyes de escala. TEMA 2.- ELASTICIDAD 2.1 Esfuerzos y deformaciones. 2.2 Elasticidad y sistemas biológicos. 2.3 Flexión y diseño estructural en la naturaleza. 2.4 Ley de semejanza elástica. Leyes de escala. TEMA 3.- FLUIDOS 3.1 Principio de Arquímedes. Flotación. 3.2 Ecuación de continuidad. 3.3 Fluidos ideales: ecuación de Bernouilli. Implicaciones biológicas. 3.4 Viscosidad. Ley de Poiseuille. 3.5 Circulación sanguínea. 3.6 Tensión superficial. Capilaridad. 3.7 Ley de Laplace. Tensoactivos en los pulmones. 3.8 Ascenso de la savia en los árboles. TEMA 4.- PROCESOS DE TRANSPORTE 4.1 Difusión. Transporte a través de membranas: ósmosis. 4.2 Transporte de calor: conducción, convección y radiación. 4.3 Regulación de la temperatura corporal. 4.4 Efecto invernadero. 4.5 Convección en los mares australes.

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TEMA 5.- BIOELECTROMAGNETISMO 5.1 Interacción entre cargas: Ley de Coulomb. 5.2 Campo y potencial eléctricos. 5.3 Corriente y circuitos eléctricos. 5.4 Magnetismo. 5.5 Fenómenos eléctricos y magnéticos en Biología. Navegación magnética de

animales. TEMA 6.- IMPULSO NERVIOSO 6.1 Células nerviosas. 6.2 La neurona en reposo. 6.3 La neurona estimulada. 6.4 Propagación del impulso nervioso. TEMA 7.- RADIACIÓN Y RADIOACTIVIDAD 7.1 El núcleo atómico. 7.2 Radiactividad. Desintegración radiactiva. 7.3 Radioisótopos en Biología. 7.4 Interacción de radiación con la materia. 7.5 Dosimetría. Dosis física y dosis biológica. 7.6 Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes. TEMA 8.- CONTROL Y ESTABILIDAD 8.1 Sistemas retroalimentados y estabilidad. 8.2 Regulación y control automático. 8.3 Dinámica de sistemas biológicos no lineales. 8.4 Caos. TEMA 9.- PRINCIPIOS DE ÓPTICA 9.1 Naturaleza de la luz. 9.2 Reflexión y refracción. Lentes. Formación de imágenes. 9.3 Física de la visión. 9.4 Interferencia y difracción. 9.5 Microscopios. Prácticas − Determinación de la tensión superficial de un líquido: Estalagmómetro y Método

del anillo. − Medida de densidades de líquidos: Balanza de Mohr y Tubos de Hare. − Cálculo de la viscosidad de un líquido: Ley de Stokes. − Circuito de corriente continua. − Medida de la iluminación: Luxómetro. − Experiencias de demostración.

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OBSERVACIONES Conocimientos previos: Prácticas: La asistencia al laboratorio será obligatoria, así como la realización de todas las prácticas y la adecuada presentación del cuaderno de laboratorio. Será indispensable aprobar el laboratorio para poder ser considerado apto en la asignatura. Evaluación: Los exámenes se referirán tanto a cuestiones conceptuales como a ejercicios y problemas del temario impartido. Este examen contará el 90% de la nota total de la asignatura. El 10% restante procederá de las clases prácticas de laboratorio, y se evaluará a través de la corrección de los cuadernos de prácticas. BIBLIOGRAFIA − M. Ortuño Ortín, Física para biología, medicina, veterinaria y farmacia, Crítica,

Barcelona, 1996. − J.W. Kane and M.M. Sternheim, Física, Reverté, Barcelona, 1991. − A.H. Cromer, Física para las Ciencias de la Vida, Reverté, Barcelona, 1986. − D. Jou. J.E. Llebot y C. Pérez-García, Física para Ciencias de la Vida, McGraw

Hill, Madrid, 1994. − S.C.G. MacDonald, D.M. Burns, Física para las Ciencias de la Vida y de la

Salud, Addison-Wesley Iberoamericana, México, 1989. − G.K. Strother, Física Aplicada a las Ciencias de la Salud, McGraw-Hill, Bogotá,

1981. − R.K. Hobbie, Intermediate Physics for Medicine and Biology, John Wiley &

Sons, New York, 1988. − K. Bogdanov, El Físico Visita al Biólogo, Mir, Moscú, 1986. − V. Grünfeld, El Caballo Esférico. Temas de Física en Biología y Medicina, Lugar

Científico, Buenos Aires, 1991.

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Departamento: Física Aplicada Profesor/es: GRUPO 3: Isabel Abril Sánchez OBJETIVOS Proporcionar al alumno los conceptos y tratamientos físicos más relevantes en relación con la Biología, y aplicar estas ideas a diversos fenómenos biológicos; con lo cual se podrá apreciar la influencia de la Física en numerosos campos de la Biología. PROGRAMA Teoría TEMA 1.- TRABAJO Y ENERGÍA. TEMA 2.- ELASTICIDAD TEMA 3.- FLUIDOS TEMA 4.- PROCESOS DE TRANSPORTE TEMA 5.- BIOELECTROMAGNETISMO TEMA 6.- IMPULSO NERVIOSO TEMA 7.- RADIACIÓN Y RADIOACTIVIDAD TEMA 8.- CONTROL Y ESTABILIDAD TEMA 9.- PRINCIPIOS DE ÓPTICA Prácticas − Determinación de la tensión superficial de un líquido: Estalagmómetro y Método

del anillo. − Medida de densidades de líquidos: Balanza de Mohr y Tubos de Hare. − Cálculo de la viscosidad de un líquido: Ley de Stokes. − Circuito de corriente continua. − Medida de la iluminación: Luxómetro. − Experiencias de demostración. OBSERVACIONES Conocimientos previos: Prácticas: La asistencia al laboratorio será obligatoria, así como la realización de todas las prácticas y la adecuada presentación del cuaderno de laboratorio. Será indispensable aprobar el laboratorio para poder ser considerado apto en la asignatura. Evaluación: Los exámenes se referirán tanto a cuestiones conceptuales como a ejercicios y problemas del temario impartido. Este examen contará el 90% de la nota total de la asignatura. El 10% restante procederá de las clases prácticas de laboratorio, y se evaluará a través de la corrección de los cuadernos de prácticas.

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BIBLIOGRAFIA − M. Ortuño Ortín, Física para biología, medicina, veterinaria y farmacia, Crítica,

Barcelona, 1996. − J.W. Kane and M.M. Sternheim, Física, Reverté, Barcelona, 1991. − A.H. Cromer, Física para las Ciencias de la Vida, Reverté, Barcelona, 1986. − D. Jou. J.E. Llebot y C. Pérez-García, Física para Ciencias de la Vida, McGraw

Hill, Madrid, 1994. − S.C.G. MacDonald, D.M. Burns, Física para las Ciencias de la Vida y de la

Salud, Addison-Wesley Iberoamericana, México, 1989. − G.K. Strother, Física Aplicada a las Ciencias de la Salud, McGraw-Hill, Bogotá,

1981. − R.K. Hobbie, Intermediate Physics for Medicine and Biology, John Wiley &

Sons, New York, 1988. − K. Bogdanov, El Físico Visita al Biólogo, Mir, Moscú, 1986. − V. Grünfeld, El Caballo Esférico. Temas de Física en Biología y Medicina, Lugar

Científico, Buenos Aires, 1991.

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PHYSICS OF BIOLOGIC PROCESS CODE: B054/01/9773 ACADEMIC YEAR: 2002-2003 17/93/2599 Credits: B054/01/9773 6 credits 17/93/2599 5 credits

1 half of the first term Department: Applied Physics Lecturer/s: G3:Isabel Abril Sánchez OBJECTIVES To provide to the pupil the concepts and physical treatments more relevant in relationship to the Biology, and to apply these ideas to various biological phenomena; with something which will be able to appreciate the influence of the Physics in numerous fields of the Biology. PROGRAMME Theory TOPIC 1. - WORK AND ENERGY. TOPIC 2. - ELASTICITY TOPIC 3. - FLUIDS TOPIC 4. - TRANSPORTATION PROCESSES TOPIC 5. - BIOELECTROMAGNETISM TOPIC 6. - NERVOUS IMPULSE TOPIC 7. - RADIATION AND RADIOACTIVITY TOPIC 8. - CONTROL AND STABILITY TOPIC 9. - PRINCIPLES OF OPTICS Practical − Determination of the superficial tension of a liquid: Estalagmometer and Method

of the ring. − Measure of liquid densities: Scale of Mohr and Pipes of Hare. − Calculation of the viscosity of a liquid: Law of ++Stokes. − Continuous current circuit. − Measure of the lighting: Luxometer. − Demonstration experiences. OBSERVATIONS Previous knowledge: Practical: The assistance to the laboratory will be obligatory, as well as the accomplishment of all practices and the adequate presentation of the laboratory notebook. It will be indispensable to approve the laboratory for power be considered able in the matter. Evaluation: The exams will be referred to conceptual problems as well as to exercises and problems of the program imparted. This examination will count 90% of the total

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note of the matter. 10% remaining proceed of the practical classes of laboratory, and will be evaluated through the alteration of practice notebooks. BIBLIOGRAPHY − M. Ortuño Ortín, Física para biología, medicina, veterinaria y farmacia, Crítica,

Barcelona, 1996. − J.W. Kane and M.M. Sternheim, Física, Reverté, Barcelona, 1991. − A.H. Cromer, Física para las Ciencias de la Vida, Reverté, Barcelona, 1986. − D. Jou. J.E. Llebot y C. Pérez-García, Física para Ciencias de la Vida, McGraw

Hill, Madrid, 1994. − S.C.G. MacDonald, D.M. Burns, Física para las Ciencias de la Vida y de la

Salud, Addison-Wesley Iberoamericana, México, 1989. − G.K. Strother, Física Aplicada a las Ciencias de la Salud, McGraw-Hill, Bogotá,

1981. − R.K. Hobbie, Intermediate Physics for Medicine and Biology, John Wiley &

Sons, New York, 1988. − K. Bogdanov, El Físico Visita al Biólogo, Mir, Moscú, 1986. − V. Grünfeld, El Caballo Esférico. Temas de Física en Biología y Medicina, Lugar

Científico, Buenos Aires, 1991.