Buceo

Cuando el hombre desciende por un mar, lago, río o cualquier ambiente acuático, con el fin de desarrollar alguna actividad deportiva, comercial, de investigación científica o militar, debe considerar la ley de los gases.  El aumento de la presión bajo el agua afecta la respiración, así como mezcla gaseosa de oxígeno y nitrógeno que aspira de su equipo de buceo.

Esta imagen nos muestra el comportamiento de los pulmones
conforme va bajando 

El volumen de aire en los pulmones

Los buzos deben poseer una adecuada preparación para soportar la presión.

Si un buzo sube rápidamente a la superficie después de haber estado a una profundidad de seis metros, donde la presión es de 1,6 atm (0,6 atm de la presión del mar, más 1 atm de la presión del aire), el volumen del aire atrapado en sus pulmones aumentará.

Esta súbita expansión del aire puede romper las membranas de los pulmones y los alvéolos, generando un neumotórax.

La ley de Boyle - Mariotte 

Expresa el equilibrio de un gas a temperatura constante. Durante la inmersión, la variación de temperatura del aire es mínima y por lo tanto la ley de Boyle es especialmente práctica para entender la relación entre presión y volumen. Básicamente, esta se ve enunciada en la siguiente igualdad: 

P1V1 = P2V2 

La presión es inversamente proporcional al volumen de un gas: al aumentar la presión sobre una masa de gas, el volumen de este disminuye proporcionalmente. 

Referencia:
Alejandro Gonzales. Los gases. 15 de enero del 2016. Enciclopedia libre Sitio web: http://mundogases.blogspot.mx/2012/10/las-leyes-de-los-gases-y-el-buceo_31.html

Ley de Boyle

Robert Boyle (1627-1823)

Para una cantidad determinada de gas, se encuentra experimentalmente que, a una buena aproximación, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta que se le aplica cuando la temperatura se mantiene constante. 

(T. constante)

Donde P es la presión absoluta. Por ejemplo; si la presión en un gas se duplica, el volumen se reduce a la mitad de su volumen original. Esta relación se conoce como ley de Boyle, en honor a Robert Boyle (1627-1823). Él estableció por primera vez sobre la base de sus propios experimentos.  

Se muestra la gráfica de P contra V
a una temperatura constante

La ley de Boyle también se escribe como:

PV= constante

Esto es, a temperatura constante, si se permite que la presión o el volumen del gas varié, la otra variable también cambia, de modo que el producto de PV permanece constante

Ejemplo:

• Consideremos el siguiente proceso que se lleva a cabo a temperatura constante (isotérmico):
• Un cilindro contiene un gas que ocupa un volumen V₁, se encuentra a una presión P₁ y una temperatura T₁.
• Al agregar dos pesas, la presión sobre el gas aumentará a P₂ y éste se comprimirá hasta un volumen V₂, a una T₂.
• Como el proceso es isotérmico, T₁ = T₂
• Este proceso se puede representar en un diagrama P - V, mediante una curva que se denomina isoterma.

Esto ocurre porque al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor, ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen, la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo por lo que aumenta la presión.

Es ejemplo de la ley de Robert Boyle 

Referencias:

• Enciclopedia libre . Ley de boyle. 13 de enero del 2016. Sitio web: http://servicios.encb.ipn.mx/polilibros/fisicoquimica/gases/Ley%20Boyle.htm

Bibliografía:

• Douglas C. Giancoli. (2007). Física 1: principios con aplicaciones (6ª ed.). México: Pearson

Experimento de la Ley de Gay-Lussac

"Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura. "

Gas Ideal
"La ecuación del gas ideal describe como se comportan los gases.- Un gas se expande al calentarlo a presión constante
-  La presión del gas crece al comprimirlo a temperatura "


• No tiene volumen ni presión definidos.
• Volumen: Depende del recipiente.
• Presión: Dada por la ecuación de estado {P,V,T}
• No tiene volumen ni presión definidos.
• Volumen: Depende del recipiente.
• Presión: Dada por la ecuación de estado {P,V,T}
• Sus moléculas se mueven aleatoriamente sin ejercer fuerzas entre ellas.
• Muy baja densidad (las moléculas ocupan una parte despreciable del volumen)
• Muy baja presión
• La mayoría de gases a presión atmosférica y temperatura ambiente se tratan como un gas ideal

Demostración de la ley de Gay-Lussac:

Puedes disfrutarlo también en google drive:

https://drive.google.com/open?id=0B09jyw0kXHzaa29JUTRYcjJFSFk


Bibliografía:

Masot,F.. (2007/08). Gas Ideal. enero 17.2016, de Universidad de Sevilla Sitio web: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:pgafyNea34QJ:www.esi2.us.es/DFA/FFII/Apuntes/Curso%25200708/termo3.pdf+&cd=2&hl=es-419&ct=clnk&gl=mx

Ley de Gay-Lussac

Esta Ley fue enunciada por Joseph LouisGay-Lussac a principios de 1800. Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P₁ y a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si aumentamos la temperatura hasta un nuevo valor T₂, entonces la presión se incrementará a P₂, y se cumplirá:

Ley de Charles

En 1787, Jacques Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y, observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el gas, el volumen disminuía.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constante.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

Estudiemos el siguiente proceso a presión constante (isobárico):

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ sometido a una presión P₁ (representada por la pesa) al comienzo del experimento. Si a presión constante, aumentamos la temperatura del gas hasta un nuevo valor T₂, entonces el volumen se incrementará hasta V₂, como se muestra en la siguiente figura.

Se cumplirá: 

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Gas ideal

La ecuación del gas ideal describe como se comportan los gases.

•  Un gas se expande al calentarlo a presión constante

•   La presión del gas crece al comprimirlo a temperatura constante

¿Por qué se comportan de esta manera los gases?, ¿Qué les pasa a las partículas de un gas al cambiar las condiciones de T y p?
La teoría Cinética Molecular responde estas y otras preguntas (“teoría de las moléculas en movimiento”; fue propuesta por Rudolf Clausius, 1857) y para ello propone las siguientes suposiciones.

1.  Los gases consisten de un número muy grande de partículas muy pequeñas y que pueden ser átomos o moléculas que están en movimiento continuo y azaroso.
2. El volumen de las moléculas de un gas es despreciable al compararse con el volumen total del recipiente que lo contiene
3. Las fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas de un gas son despreciables
4. La energía cinética promedio de las partículas no cambia con el tiempo (siempre y cuando la temperatura permanezca constante.) La energía de las partículas puede transferirse si chocan (pero todas las colisiones son totalmente elásticas)
5. La energía promedio de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta. A una temperatura dada, las moléculas de todos los gases tienen la misma energía cinética.

El modelo de gas ideal se basa en las siguientes consideraciones:

• Cualquier volumen finito de gas, está compuesto de un número muy grande de moléculas (»1023.)
• Un gas puro se compone de moléculas idénticas y en el caso del gas ideal podemos considerarlas como esferas duras que se mueven aleatoriamente en cualquier dirección
• La energía translacional de las moléculas, se puede considerar como un continuo de energías. Es decir, que una molécula puede moverse a cualquier velocidad.
• En un gas, suponemos además que la distancia entre las moléculas es grande comparada con sus diámetros (justificable en el caso de gases a baja presión.)
• Las moléculas no ejercen ninguna interacción unas sobre otras, a menos que ocurran colisiones.
• Las moléculas se moverán en caminos rectos cuyas direcciones cambiarán solo cuando chocan entre sí o contra las paredes del recipiente
• Las colisiones contra otras moléculas o las paredes del recipiente son perfectamente elásticas, es decir, que no disminuyen la energía cinética del sistema.
• Las paredes del recipiente se pueden considerar como absolutamente lisas, por lo que no hay cambios en la velocidad tangencial de una molécula que choca contra ellas.
• En ausencia de fuerzas externas, las moléculas están distribuidas uniformemente en todo el recipiente.
• Si N es el número total de moléculas en un recipiente de volumen V, el número promedio (n) por unidad de volumen está dado por: n = (N / V)

Referencias:

Enciclopedia libre. (2015). Deducción de las Leyes de los Gases. 4 de enero del 2015, de desc Sitio web: https://teoriacineticadelamateria.wordpress.com/2015/01/11/deduccion-de-las-leyes-de-los-gases-2/

Movimiento Browniano

“El movimiento Browniano consiste en el movimiento al azar de partículas en un fluido”

En 1828 el Botánico y Naturalista Escoces Robert Brown (1773-1858) observo que en una solución de agua las partículas del polen de cierta hierva (Clarkia Pulchella)  realizaban un movimiento continuo, muy accidentado, en zigzag. El movimiento era al azar, como si las partículas estuvieran vivas.

En primer lugar quiso saber cual era la causa de que el polen se estuviera moviendo todo el tiempo.

Como primera hipótesis de trabajo surgió la posibilidad del que el polen tenia vida.

En consecuencia puso dentro de un recipiente con agua el polen de plantas que habían muerto cien años antes, y observo que este polen hacia el mismo tipo de movimiento.Posteriormente realizo el mismo experimento con objetos inanimados mas pequeños y minerales y observo que hacían el mismo movimiento.

Einstein estaba integrado por el aparente desafío del movimiento browniano a las leyes de la física y propuso una solución basada en la teoría cinética de la materia y en la mecánica estadística, dos campos que en aquella época eran controvertidos.

Según la teoría cinética, las moléculas del liquido estaban en continuo movimiento el cual se intensificaba al aumentar la temperatura. Einstein decía que el comportamiento de movimiento aparente de las partículas suspendidas en el liquido se debía a que eran bombardeadas por las partículas invisibles que constituían dicho liquido, era una propuesta atrevida ya que dudaba mucho de la existencia de átomos y moléculas.   

Al ser las partículas de polen pequeñas, daban lugar a ser golpeadas por unos lados mas que por otros por las partículas del liquido, provocando su movimiento.

El trabajo de Einstein con antecedentes de Brown,  no solo comenzaron a comprobar la existencia de moléculas, si no también a demostrar la densidad de su presencia  y como predecir su comportamiento.

Además de Explicar el movimiento Browniano. Einstein demostró la existencia de átomos y moléculas y obtuvo un valor bastante exacto del numero de Avogadro (numero de partículas que hay en un mol de sustancia).




Bibliografia:
Douglas C. Giancoli. (2007). Física 1: principios con aplicaciones (6ª ed.). México: Pearson

Presión sanguinea

La presión sanguínea es la fuerza dentro de las arterias que conduce la circulación de la sangre a través del cuerpo. La presión sanguínea en el cuerpo es análoga a la presión de agua en un sistema de bombeo. Así como la presión de agua empuja el agua a través de tubos, conexiones y mangueras a través de la casa, la presión sanguínea empuja sangre a los músculos y otros tejidos a través del cuerpo.

La presión sanguínea es la fuerza dentro de las arterias que conduce la circulación de la sangre a través del cuerpo. La presión sanguínea en el cuerpo es análoga a la presión de agua en un sistema de bombeo. Así como la presión de agua empuja el agua a través de tubos, conexiones y mangueras a través de la casa, la presión sanguínea empuja sangre a los músculos y otros tejidos a través del cuerpo.

Los profesionales médicos miden normalmente la presión con un instrumentos llamado baumanometro – una faja inflable adaptado a un manómetro – y un estetoscopio. La faja se ajusta al rededor del brazo del paciente y se infla con aire. Conforme se bombea el aire en la faja, la presión aumenta. La faja se aprieta alrededor del brazo y comprime la arteria, detiene momentáneamente el flujo de sangre. La persona que está midiendo la presión sanguínea escucha la arteria a través del estetoscopio mientras libera lentamente el aire en la faja. Cuando la presión en la faja iguala la presión sistólica (el pico de presión), se escucha un pulso en el estetoscopio. El pulso es el sonido de la sangre que llega a la arteria después de una contracción del corazón. La lectura de presión en el momento exacto es la presión sistólica de la sangre. Como la presión en la faja continúa disminuyendo, la sangre puede fluir a través de la arteria presionada, aún entre contracciones, hasta que el sonido de los pulsos se detienen (presión baja).

Una medida de presión sanguínea se reporta usualmente como dos presiones en mmHg separados por una diagonal. Por ejemplo, una presión sanguínea de 122/84 indica que la presión sistólica es de 122 mmHg y la presión diastólica de sangre es de 84 mmHg. Aún así el valor de la presión sanguínea puede variar a través del día, una valor sano (o normal) se considera debajo de 120 mmHg para la sistólica y bajo 80 mmHg para la diastólica. La presión sanguínea alta, también llamada hipertensión aumenta el riesgo ya mencionado.

Los factores de riesgo para la hipertensión incluyen obesidad, consumo elevado de sal (cloruro de sodio), alto consumo de alcohol, poco ejercicio, estrés, historia familiar de presión alta y la edad (la presión sanguínea tiende a incrementarse cuando se envejece). La hipertensión no severa puede tratarse con dieta y ejercicio, pero los casos de hipertensión moderada y severa requieren medicación prescrita por un médico.

Presión arterial

La presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre contra las paredes de las arterias. Cada vez que el corazón late, bombea sangre hacia las arterias, que es cuando su presión es más alta. A esto se le llama presión sistólica. Cuando su corazón está en reposo entre un latido y otro, la presión sanguínea disminuye. A esto se le llama la presión diastólica.
En la lectura de la presión arterial se utilizan ambos números, la presión sistólica y diastólica. En general, la presión sistólica se menciona primero o encima de la diastólica. Una lectura con valores de:

• 119/79 o menos es considerada presión arterial normal
• 140/90 o más se considera hipertensión arterial
• Entre 120 y 139 para el número más elevado, o entre 80 y 89 para el número más bajo es prehipertensión. La prehipertensión significa que puede desarrollar presión arterial alta.

La hipertensión arterial no suele tener síntomas, pero puede causar problemas serios como derrames cerebrales, insuficiencia cardiaca, infarto e insuficiencia renal.

Hipertensión arterial en bebés

La hipertensión arterial es un aumento en la fuerza de la sangre contra las arterias en el cuerpo. Este artículo se enfoca en la hipertensión arterial en los bebés.

Causas:

La presión arterial mide cuánto se está esforzando el corazón y cuán saludables están las arterias. Hay dos números en cada medición de la presión arterial:

• El primer número (arriba) es la presión arterial sistólica, la cual mide la fuerza de la sangre liberada cuando el corazón palpita.
• El segundo número (abajo) es la presión diastólica, la cual mide la presión en las arterias cuando el corazón está en reposo.

Las mediciones de la presión arterial se escriben de esta manera: 120/80. Uno o ambos números pueden estar demasiado altos.

La hipertensión arterial en los bebés puede deberse a nefropatía o cardiopatía que están presentes al nacer (congénitas). Los ejemplos comunes abarcan:

• Coartación de la aorta
• Conducto arterial persistente
• Displasia broncopulmonar
• Estenosis de la arteria renal

En los bebés recién nacidos, la hipertensión arterial a menudo es causada por un coágulo de sangre en un vaso sanguíneo del riñón, una complicación de tener un catéter umbilical.

Otras causas de hipertensión arterial en los bebés pueden abarcar:

• Ciertos medicamentos
• Exposición a drogas psicoactivas como la cocaína
• Ciertos tumores
• Afecciones hereditarias (problemas que se dan en familias)
• Problemas tiroideos

La presión arterial se eleva a medida que el bebé crece. La presión arterial promedio en un recién nacido es 64/41 y en un niño de 1 mes a 2 años es 95/58. Algunas variaciones en estos números son normales y no son motivo de preocupación.

Síntomas:

La mayoría de los bebés con hipertensión arterial no tendrá síntomas. En lugar de esto, los síntomas pueden estar relacionados con la afección que causa la hipertensión arterial. Estos síntomas pueden abarcar:

• Piel azulada
• Insuficiencia para crecer y aumentar de peso
• Infecciones urinarias frecuentes
• Piel pálida (palidez)
• Respiración rápida

Los síntomas pueden aparecer si el bebé tiene presión arterial muy alta y abarcan:

• Irritabilidad
• Convulsiones
• Problemas para respirar
• Vómitos

Pruebas y exámenes

La presión arterial en los bebés se mide con un dispositivo automático.

Si la coartación aórtica es la causa, puede haber disminución de los pulsos en las piernas. Se puede oír un clic si una válvula aórtica bicúspide se presenta con la coartación.

Tratamiento

El tratamiento depende de la causa de la hipertensión arterial en el bebé y puede abarcar:

• Diálisis
• Medicamentos
• Cirugía (incluyendo cirugía de trasplante o reparación de la coartación)

Consulte al médico si su bebé:

• No logra crecer ni aumentar de peso.
• Tiene la piel azulada.
• Tiene infecciones urinarias frecuentes.
• Parece irritable.
• Se cansa fácilmente.

Prevención

No hay ninguna manera de prevenir las afecciones que causan la hipertensión arterial en los bebés. Sin embargo, hay algunas medidas que usted puede tomar con el fin de reducir el riesgo para el bebé de padecer tales problemas.

Algunas causas de hipertensión arterial son hereditarias. Hable con su médico antes de quedar embarazada si tiene antecedentes familiares de:

• Cardiopatía congénita
• Hipertensión arterial
• Enfermedad renal

Referencias:
National High Blood Pressure Education Program Working Group on High Blood Pressure in Children and Adolescents. The fourth report on the diagnosis, evaluation, and treatment of high blood pressure in children and adolescents. Pediatrics. 2004;chap 114:555.