FÍSICA Y SU RELACIÓN CON LA BIOTECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE QUINTANA ROO.

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA FÍSICA Y SU RELACIÓN CON LA BIOTECNOLOGÍA.

ALONSO BORGES MAURICIO RAFAEL.

BARRANCO JÍMENEZ ÁNGEL DE JESÚS.

CHABLÉ CASTILLO MARCOS DANIEL.

DÍAZ JÍMENEZ MARÍA FERNANDA.

LÓPEZ PABLO ESMERALDA.

YAH SOSA PAOLA GUADALUPE.

FÍSICA PARA INGENIERÍA   |   INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA.[pic 1]

Introducción.

La física es una ciencia que estudia la interacción y consecuencias del universo, es decir, estudia las áreas fundamentales como la energía, el tiempo, el espacio y la materia. A partir de estos estudios se pueden explicar la causa de los fenómenos y asimismo se pueden aplicar estos conocimientos en otras ciencias como la biotecnología. Por su parte, la biotecnología es la rama de la ciencia que se encarga de estudiar y aplicar procesos y mecanismos biológicos de otros seres vivos que puedan beneficiar al ser humano. Estas ciencias se encuentran relacionadas desde épocas ambiguas, pues, en unas culturas se implementaba la agricultura, la ganadería y en otras se trataba de explicar fenómenos, actualmente, siguen estando relacionados en muchos procesos, uno de los más comunes es el estudio, diseño y aplicación de masas biológicas.

        Física.        

La física es una ciencia pura que se encuentra en una evolución constante, esta es considerada como una base para otras ciencias. La rama de la física se encarga del estudio en áreas clave tales como el  espacio, el tiempo, la energía y la velocidad con el fin de encontrar una definición sólida en cuanto al universo, los fenómenos que ocurren dentro y la relación que existe entre estos. Isaac newton cita lo siguiente “la verdad se encuentra en simplicidad y no en multiplicidad ni en la confusión de las cosas” este enunciado interpreta a la física como el estudio del universo a partir de conceptos básicos, pues, solo  así se puede llegar a entender por completo un fenómeno.

Biotecnología.

La biotecnología es la ciencia que implementa procesos biológicos, masas celulares y sintéticos como las enzimas para el estudio y fabricación de bienes que favorezcan al ser humano tales como; químicos, medicamentos, alimentos y combustibles. Por otra parte, esta rama también se encarga del estudio y el control de agentes contaminantes, así como la producción de tratamientos para la desintoxicación de ecosistemas.  

fenómenos.

Son acciones que siempre han estado presentes con mucha frecuencia en todo el universo desde hace millones de años, el estudio de la física se basa en tratar de entender y poder explicar dichos sucesos. Se pueden encontrar dos tipos de fenómenos, estos son los físicos y los químicos.

1. Fenómenos físicos: es un fenómeno en el  que la materia no tiene una Metamorfosis química, es decir, en el que sus propiedades siguen siendo las originales, sin embargo, si existe un cambio de estado u otra acción que no altere la composición química del cuerpo.
2. Fenómeno químico: se habla de un fenómeno químico en el que ocurre una metamorfosis química, es decir, ocurre una transformación en las propiedades y se altera la sustancia original.

Es posible decir que ambos conceptos se encuentran estrechamente con la biotecnología, pues, en la biotecnología todo lo que se estudia, las innovaciones que se presentan y los bienes que se crean son a parir de estos fenómenos. Desde la antigüedad, la biotecnología usa como base los fenómenos para realizar bienes e innovaciones, a continuación, se presentan algunos casos.

1. El nacimiento de la agricultura: este nace junto con el sedentarismo, el ser humano se dio cuenta que existía un proceso por el cual crecían las plantas de manera natural, por lo que implementaron a su método de vida el uso de semillas, lo que les permitió tener una fuente antropológica de alimento. En este caso el crecimiento de la flora fue el fenómeno y el uso de semillas el bien que usaron.
2. Fermentación: hace 8,000 años en Georgia un grupo de nativos se encontraban cosechando uvas, por accidente cosecharon uvas femeninas, las cuales contaban con una levadura en su piel, que al romperse comenzaban la fermentación de la uva, a partir de este descubrimiento se dieron cuenta que podían producir una bebida, y con esto nace el vino y a su vez la experimentación para la producción de este. Para este ejemplo se partió desde el fenómeno que tenía la uva femenina de fermentarse de manera natural y el bien obtenido fue el vino.

Temperatura.

1. La temperatura es la magnitud termodinámica que pone en evidencia la energía térmica de un cuerpo con relación a la de otro. Esta propiedad termodinámica únicamente describe un estado macroscópico.

1. Según la teoría molecular, la temperatura se define como la medida de la energía cinética media de las moléculas que la forman. Es decir, los movimientos de las partículas en su interior.

1. Se puede definir según la mecánica estadística, como la derivada de la energía respecto a la entropía a volumen constante.

1. Es una magnitud intensiva, relacionada directamente con la energía cinética molecular media de las partículas y, en consecuencia, con la agitación de las mismas. (Domínguez J., De Pro Bueno A., García F. 1998)

Leyes de newton.

1. Primera Ley: Ley de inercia, nos dice que, si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
2. Segunda Ley: Principio fundamental de la dinámica, se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.
3. Tercera Ley: Principio de acción y reacción nos dice que, si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.

Física hidráulica.

Es la rama de la Física que se encarga de estudiar el comportamiento y el movimiento de los fluidos.

Se divide en:

1. Hidrostática o Estática de Fluidos. Estudia los fluidos en reposo.
2. Hidrodinámica o Dinámica de Fluidos. Estudia los fluidos en movimiento.

Termodinámica.

La termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Es la ciencia de los estados y los cambios de estado de los sistemas físicos y (la ciencia) de la interacción entre sistemas que puede acompañar a los cambios de estado. Existen tres leyes de la termodinámica:

1. Principio de conservación de la energía: Señala que, si un sistema hace intercambio de calor con otro, su propia energía interna se transformará.
2. La segunda ley: Es el regulador de la dirección en la que se llevan a cabo los procesos termodinámicos e impone la imposibilidad de que se desarrollen en sentido opuesto.
3. La tercera ley: Destaca que no es posible lograr una marca térmica que llegue al cero absoluto a través de una cantidad finita de procedimientos físicos.

Fluidos

Materia compuesta por moléculas atraídas entre sí de manera débil, de manera que no tiene la capacidad de sostener su forma concreta, sino que adquiere la del recipiente en donde esté contenida. Es posible encontrar fluidos con diferentes propiedades.

1. Estado Liquido: Si se incrementa la temperatura el sólido va "descomponiéndose" hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos.

El estado líquido presenta las siguientes características:

1. No poseen forma definida.
2. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.
3. En el frío se comprime, excepto el agua.
4. Posee fluidez.

1. Estado Gaseoso: Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.

El estado gaseoso presenta las siguientes características:

1. Cohesión casi nula.
2. Sin forma definida.
3. Su volumen sólo existe en recipientes que lo contengan.
4. Pueden comprimirse fácilmente.

Asimismo, los fluidos se encuentran en tres tipos diferentes.

1. Fluidos newtonianos. Aquellos que se someten a las leyes de la mecánica simple, tal y como las estableció en sus estudios Isaac Newton. Son, si se quiere, los fluidos sencillos y ordinarios, como el agua.

1. Superfluidos. También llamados “fluidos perfectos”, se caracterizan por carecer totalmente de viscosidad, es decir, de fluir ante la menor fuerza aplicada sin ofrecer resistencia, o sea, sin fricción. Este tipo de fluidos son de origen sintético.

1. Fluidos no newtonianos. Es un tipo intermedio entre fluido y sólido, dependiendo de sus condiciones de temperatura y tensión cortante. Así, no tendrá una viscosidad única, sino que dependerá de las fuerzas que impacten sobre él: si se lo somete a una fuerza repentina, reaccionará como un sólido, ofreciendo resistencia; mientras que si se lo deja en reposo fluirá como un líquido más o menos denso.

Procesos físicos en biotecnología.

Existen numerosos procesos y operaciones físicos utilizadas en Biotecnología. Estos procesos físicos suelen denominarse también operaciones básicas (o unitarias) y conforman la base de las operaciones que se realizan en biotecnología. Su conocimiento resulta necesario al pasar a escala industrial, aunque a escala de laboratorio en ocasiones no se requieran en exceso, bastando con el conocimiento técnico de la forma de operación.

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