Trabajo de física.

        DESARROLLO        

Para comenzar a abordar el objetivo de este trabajo, es decir; el crecimiento de la salmonella en un cultivo “producido” por nosotros utilizando la física como medio de estudio y herramienta. Analizaremos primero, como la mecánica nos ayudaría por ejemplo a manipular nuestra bacteria la Salmonella Typhi.

        1.-Movimiento Uniforme Acelerado        

• El siguiente caso es un ejemplo de la aceleración de crecimiento de la Salmonella, con ello podemos ver como en el problema planteado por ejemplo ,  la aceleración de crecimiento de la bacteria en el cuerpo sin embargo , para nuestro trabajo podríamos utilizar el mismo procedimiento para la aceleración de crecimiento en un cultivo caja Petri.

Cuando llega a los alimentos es capaz de multiplicarse en cualquier producto fresco a una velocidad muy elevada, ya que puede duplicar su número cada 15 ó 20 minutos si la temperatura es elevada (superior a 20° C). Si los alimentos no se refrigeran rápidamente y a baja temperatura (el límite de crecimiento está en 6º C) el microorganismo se multiplica, con el consiguiente riesgo para los consumidores.  (EROSKI Consumer, 2008)

Crece con facilidad en agar sangre formando colonias de 2 a 3 milímetros.

Salmonella puede multiplicarse en Aw (actividad acuosa) que van desde 0.94 hasta 0.995 y puede persistir en alimentos con Aw inferiores a 0.94 como chocolate, nueces y mantequilla de maní. La actividad acuosa (Aw) es una medida directamente vinculada con la humedad de los alimentos, lo cual nos brinda el mostrar la capacidad de conservación, de la propagación de microbios

La velocidad de crecimiento en un microorganismo es el cambio en el número de células (nc) por unidad de tiempo. El tiempo requerido para que a partir de una célula se formen dos células o el tiempo requerido para duplicar una población de células se llama tiempo de generación o tiempo de duplicación.

Cuando se ingiere  un alimento contaminado por la bacteria Salmonella, los síntomas de la infección se manifiestan en un rango de 24 a 48 horas después de ser consumido el alimento, es decir que la bacteria tendrá un cierto crecimiento durante ese tiempo

Una bacteria de Salmonella entra al cuerpo de un ser humano, y comienza a desarrollarse con una velocidad de crecimiento de 1.11*10-03 nc/s, y dentro de 24 horas (el tiempo estimado en el que forma un desarrollo considerable), alcanza una velocidad de crecimiento de 3, 181,457.256 nc/s, ¿Cuál es la aceleración que desarrolla la bacteria durante el periodo mencionado?

Los datos del problema son:

Velocidad inicial= 1.11*10-03 nc/t

Velocidad final=  3, 181,457.256 nc/s

Tiempo= 24 horas

Recordemos que las unidades manejadas del tiempo son los segundos, entonces las 24 horas las  convertimos a segundo     24hrs=86400s

Aplicando la fórmula de la velocidad

[pic 1]

Despejamos aceleración, y obtenemos que

[pic 2]

Ahora sustituimos los datos en fórmula      

a= ((3, 181,457.256 nc/s) – (1.11*10-03 nc/s))/ (86400s)

Y se obtiene como resultado una aceleración de 36.82 nc/s2, la cual se desarrolló durante ese tiempo.

NOTA: Se tomó como referencia la siguiente tabla de una investigación PDF, en donde se hizo el cálculo del número de células que se obtiene en 24 horas.

Incremento del número de células en el tiempo

2.-Leyes de Newton

[pic 3]

• Lo siguiente es un ejemplo de cómo podría ser que las leyes de Newton aplicasen al crecimiento sin realmente estarlo, es un ejemplo de su relación con el tema para abarcar todo lo posible e informarnos acerca de ello.

Los microbios de salmonella pueden detectar la fuerza del líquido que se mueve al pasar por su superficie externa. Esta "fricción ocasionada por los líquidos" actúa como una señal, que el microbio utiliza para saber el lugar del cuerpo donde se encuentra.

Generalmente, la salmonella logra ingresar al cuerpo dentro de los alimentos que ingiere una persona. Justo en la parte media del sitio con forma de tubo que forman los intestinos, la mezcla de jugos gástricos y alimentos a medio digerir (similar a un líquido) es agitado considerablemente; esto provoca que la fricción ocasionada por los líquidos sea elevada.

Pero, a medida que la bacteria salmonella se acerca a la pared de los intestinos, se va escurriendo entre los diminutos espacios localizados entre las micro vellosidades (protuberancias similares a un cabello) que recubren la mucosa intestinal. Es en ese lugar que la célula se protege del movimiento de agitación y la fricción ocasionada por los líquidos disminuye hasta alcanzar niveles muy bajos. Y en ese mismo sitio la célula de la bacteria atraviesa el intestino hasta el torrente sanguíneo para causar una infección. De modo que tendría sentido que una bacteria que esté experimentando poca fricción ocasionada por los líquidos altere la actividad de aquellos genes que la ayudan a sobrevivir y cause una infección. (Nickerson, 2009)

3.-Energía, trabajo y potencia

• Lo siguiente son tres ejemplos totalmente separados , en el primero calcularíamos por ejemplo la energía de crecimiento de la Salmonella y en los otros dos  la utilizaríamos para esterilizar los instrumentos de laboratorio que utilizaríamos para luego realizar un buen cultivo que no contenga bacterias que no sean las que nosotros manejamos.

Empezaremos recordando un poco lo que es cada término. En la física la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. Trabajo es cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. Y potencia es a cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

[pic 4]

Pero, ¿Cómo podemos aplicar estos conceptos en la bacteria Salmonella typhi? La bacteria Salmonella typhi puede desarrollarse y multiplicarse; posee una cierta masa y se reproduce en uns velocidad especifica después de que entro en el organismo, al hacerlo ella requiere una energía la cual es calculable mediante la física. Por ejemplo tomando en cuenta que la masa  es 7×10−16 kg  y la velocidad de reproducción está dada por k= 1x10-6M

[pic 5]

Entonces energia es igual a: 

[pic 6][pic 7]

E=[pic 8]

Entonces: [pic 9]

[pic 10]

E= 0.00000000000000000000035

El trabajo también puede mezclarse con la microbiología, no solo a través de las características del microorganismo, si no a través de las maquinas que se utilizan durante los procesos de crecimiento, aireación, pruebas de identificación, aislamiento, esterilización y cultivos. Por ejemplo El calor es el método de elección para esterilizar el material de laboratorio resistente a las altas temperaturas.

 Todo el material que tenga contacto con las muestras bajo estudio debe esterilizarse mediante:

Horno, durante 2 horas a 170-175°C o autoclave, durante 15 min como mínimo a 121°;C[pic 11]

El autoclave es un Aparato para esterilizar por vapor que consiste en un recipiente cilíndrico, de paredes resistentes; metálico, y con cierre hermético autoclave, en cuyo interior, que contiene un líquido, generalmente agua, el objeto se somete a presiones y temperaturas elevadas sin llegar a hervir.

Así por medio de la física podemos calcular trabajo y potencia con la formula

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