Grupo 01. Revista

Revista
Universitaria
de Física
2010
Primera Edición: Electromagnetismo en la vida
diaria
Universidad Nacional de Colombia
Fluidos y electromagnetismo para biociencias
Grupo 01
31/05/2010
Revista Universitaria de Física
Revista Universitaria de Física
Grupo 01 - Número de lista 1
Efectos biológicos de las ondas electromagnéticas en el ser humano
Biological effects of electromagnetic waves in the human being
Alarcón U. Luis F1.
Universidad Nacional de Colombia, Carrera de Fisioterapia
Resumen
La radiación electromagnética es la transmisión de energía mediante ondas electromagnéticas a través del espacio o a través de un medio
material 1. Las ondas electromagnéticas pueden producir efectos biológicos que pueden a veces pero no siempre desembocar en efectos
adversos para la salud. Es importante comprender la diferencia entre estos dos. La comunicación entre las estaciones base y los teléfonos
móviles se realiza mediante ondas electromagnéticas. Otros servicios, tales como la difusión de televisión o radio también emplean ondas
electromagnéticas que interaccionan con la materia transfiriendo parte de su energía a los seres vivos.
Palabras clave: Radiactividad, mecánica cuántica, radiación electromagnética, radiación Ionizante, radiación no ionizante,
telefonía móvil.
1. Introducción
La noción de átomo, como estructura fundamental de la
materia fue concebida en Grecia y predominó durante el
siglo XIX, esta noción sólo continua siendo válida, desde un
punto de vista operativo puramente químico, como la mínima cantidad de elemento químico que participa y conserva
individualidad durante cualquier transformación de una
especie química o sustancia en otra diferente. Al finalizar el
siglo XIX y durante las primeras décadas del siglo XX se
produjo una serie de descubrimientos y se elaboraron teorías
revolucionarias que modificaron profundamente el conocimiento sobre la naturaleza íntima de los átomos. De ellos
ha surgido la noción actual que considera a un átomo como
un sistema dinámico constituido por un núcleo más un número determinado de electrones que cumplen a su alrededor
movimientos regidos según la mecánica cuántica5.
La radiactividad consiste en la transformación espontánea
de los núcleos, esto implica la redistribución de los componentes del núcleo tendiendo a buscar una estructura más
estable. Esto es posible mediante la emisión de partículas
y/o radiación electromagnética (fotones gamma) buscando
así su estado de mínima energía.
Las ondas electromagnéticas
Una onda electromagnética se caracteriza por tener una
amplitud, longitud de onda, energía y por su frecuencia. La
frecuencia es una medida del número de veces que el campo
electromagnético oscila en un segundo, la unidad de medida
es el hercio. El concepto de “frecuencia de la radiación” es
fundamental para establecer una clara distinción entre radiaciones ionizantes y radiaciones no-ionizantes. Una de las
teorías físicas más revolucionarias aparecidas el siglo pasado fue la mecánica o física cuántica. Uno de sus postulados
más sorprendentes es que la radiación electromagnética
puede interpretarse como un fenómeno de propagación de
ondas.
Las ondas electromagnéticas interaccionan con la materia
transfiriendo parte de su energía. La materia, que está formada por átomos y por combinaciones de éstos llamadas
moléculas, puede ver alterada su estructura si la energía de
los fotones asociados a una onda electromagnética es suficiente para arrancar un electrón. Un átomo o molécula al
que se le ha arrancado un electrón se denomina ión. Cuando
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se crea un ión se dice que se ioniza la materia. Otro de los
postulados de la física cuántica es que este nivel de energía
está cuantizado, es decir, por debajo de un cierto nivel no es
posible arrancar un electrón y por tanto no se modifica la
estructura de la materia. Dado que la energía es proporcional a la frecuencia, esto significa que por debajo de una
cierta frecuencia no es posible ionizar la materia. En este
caso se dice que las radiaciones son “no-ionizantes”. Cuando la frecuencia es suficientemente alta como para que la
energía asociada a los fotones pueda ionizar la materia, se
dice que las radiaciones son “ionizantes”. Son radiaciones
ionizantes las que se conocen como rayos ultravioletas, los
rayos X, o los rayos gamma liberados por materia radiactiva. La frecuencia de estas ondas electromagnéticas es más
de 10 millones de veces superior a la frecuencia de las ondas electromagnéticas empleadas en los sistemas de radiocomunicaciones, entre los que se encuentra la telefonía
móvil5.
Efectos biológicos de las ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas pueden producir efectos biológicos que pueden a veces pero no siempre desembocar
en efectos adversos para la salud. Es importante comprender la diferencia entre estos dos: Un efecto biológico ocurre
cuando la exposición a ondas electromagnéticas causa un
cambio fisiológico detectable en un sistema biológico.
Un efecto adverso para la salud ocurre cuando el efecto
biológico se sale del rango normal del cuerpo para poder
ser compensado, y se deriva en algún tipo de detrimento de
la salud.
Algunos efectos biológicos pueden ser inofensivos, como
por ejemplo la reacción del cuerpo incrementando el flujo
sanguíneo en la piel como respuesta a un ligero calentamiento del cuerpo debido a la radiación solar. Algunos
efectos pueden ser ventajosos, como la ayuda en la producción de vitamina D en el cuerpo humano. No obstante,
algunos efectos biológicos desembocan en efectos adversos
para la salud, como pudiera ser en este caso el cáncer de
piel.
Según Ramón Ordiales hay fuentes tanto naturales como
artificiales que generan energía electromagnética en forma
de ondas electromagnéticas. Dichas ondas consisten en
campos eléctricos y magnéticos de carácter oscilante, que
interactúan con sistemas biológicos como células, plantas,
animales o seres humanos.
Según su frecuencia y energía, las ondas electromagnéticas
admiten la siguiente clasificación a efectos biológicos:
radiaciones ionizantes y radiaciones no ionizantes. En las
radiaciones ionizantes se trata de ondas electromagnéticas
de muy alta frecuencia (sobre los 2400 millones de MHz),
que tienen la suficiente energía como para producir ionización (creación de partes eléctricamente cargadas,
una positiva y una negativa), rompiendo los enlaces atómicos que mantienen a las moléculas unidas en las células. En
las radiaciones no ionizantes: Se trata de ondas electromagnéticas de menor frecuencia que las ionizantes, que no
tienen la suficiente energía como para romper los enlaces
atómicos. En estas últimas se incluyen la radiación ultravioleta, la luz visible, la radiación infrarroja, la radiofrecuencia
y los campos de microondas, campos de ELF (extremely
Low Frequency), así como los campos eléctricos y magnéticos estáticos. Es importante decir que las radiaciones no
ionizantes, aunque se trate de radiaciones de muy alta energía, jamás podrán causar ionización en un sistema biológico. No obstante, pueden producir otros efectos biológicos,
por ejemplo, mediante el calentamiento y la consiguiente
alteración de reacciones químicas, o induciendo corrientes
eléctricas en células.
Volviendo al tema de la influencia de los campos electromagnéticos en los sistemas biológicos, esta puede tener
distintos efectos biológicos que pudieran desembocar en
distintos efectos perjudiciales para la salud:

Campos de RF (Radiofrecuencia) por encima de
1MHz causan principalmente calentamiento mediante el movimiento de iones y moléculas de agua
por el medio en el que están. Incluso niveles muy
bajos de radiación de este tipo producen un pequeño aumento de la temperatura local de la parte del
cuerpo sometida a dicha radiación, pero este calentamiento es compensado por los procesos termoregulatorios normales del cuerpo humano, sin que
el individuo llegue apenas a notar dicho aumento
de temperatura3.
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
Campos de RF por debajo de MHz principalmente
inducen cargas eléctricas y corrientes que pueden
estimular células en individuos como nervios o
músculos. Las corrientes eléctricas existen de forma natural en el cuerpo humano, como parte de las
reacciones químicas propias del cuerpo humano.
Si estos campos de RF inducen corrientes que exceden de forma significante el nivel normal de actividad eléctrica del cuerpo, existe la posibilidad
de sufrir un detrimento en la salud3.
Aparte de las radiaciones de RF, se tienen los siguientes
campos de menor frecuencia, los cuales tienen un efecto
interesante sobre los sistemas biológicos: Campos eléctricos de ELF (Extra Low Frequency): Existen en presencia
de carga eléctrica, y con independencia de si hay corriente o
no. Apenas penetran en el cuerpo humano. Algunos estudios han sugerido una relación entre este tipo de campos
con el cáncer en niños y otras enfermedades, aunque otros
estudios lo niegan. Existen siempre que haya una corriente
eléctrica. Penetran en el cuerpo humano sin apenas atenuación. Algunos estudios epidemiológicos lo han asociado
con el cáncer, especialmente en niños, aunque otros niegan
dicha influencia. Por ello, y al igual que con los campos
eléctricos de ELF, se están realizando investigaciones en la
actualidad para determinar el grado de influencia sobre
sistemas celulares3.
La radiación electromagnética abarca un amplio abanico de
fenómenos de distinta naturaleza que a pesar de formar
parte de la vida diaria y la experiencia cotidiana raramente
son comprendidos por la población en general. El desconocimiento de este fenómeno por parte de la población altera
su percepción de peligro, bien sea con reacciones de pánico
innecesarios ante irradiaciones inocuas o al contrario, subestimando el riesgo de una determinada actividad cotidiana.
Por lo general, los medios enfatizan aquellas prácticas peligrosas (como la exposición prolongada al sol) pero la incomprensión general del electromagnetismo puede crear
sobreprotección innecesaria, pánico injustificado e incluso
la exposición a nuevos riesgos por evitar, precisamente,
peligros inexistentes.3
Las Radiaciones Ionizantes son una herramienta invaluable
en el control del cáncer, tanto en diagnóstico como en terapia. Utilizadas adecuadamente dan grandes beneficios, con
poco o casi ningún riesgo. Sin embargo, el uso inadecuado
de las mismas puede acarrear el riesgo de exposición elevada, lo que puede producir enfermedad crónica, daño e incluso la muerte. En orden de importancia, los peligros conocidos son: deposición de material radiactivo en el cuerpo
(absorción, inhalación o ingestión), exposición externa a
neutrones, rayos X, gamma y beta.2, 6
La radiactividad es un tipo muy concreto de radiación ionizante cuyo origen está en el núcleo atómico. Al contrario de
lo que la gente piensa según los autores citados es un fenómeno natural y no es un producto del ser humano. De los
tres tipos de radiaciones representadas (Alfa, beta, gamma)
solamente la radiación gamma corresponde a una radiación
electromagnética, que nunca es generada en los procesos
industriales o tecnológicos habituales3.
La interacción de estas radiaciones con la materia, en ciertas
circunstancias, da lugar a la emisión de neutrones y radiación X. La radiación X y la radiación gamma, las cuales
consisten en entidades físicas llamadas fotones, tienen propiedades idénticas diferenciándose únicamente en su origen5.La radiación gamma es radiación es radiación electromagnética emitida por núcleos excitados o en las reacciones
de aniquilación de la materia y la antimateria. La radiación
X es radiación electromagnética emitida por los átomos a
través de dos tipos de mecanismos: El primero se presenta
cuando los electrones realizan cambios en los niveles energéticos (llamados característicos), a este tipo de radiación se
le denomina fluorescencia de radiación , el segundo mecanismo para la generación de radiación X consiste en la desaceleración de partículas cargadas (usualmente electrones)
por campos coulombianos, este tipo de radiación se denomina radiación de frenado5.
La comunicación entre las estaciones base y los teléfonos
móviles se realiza mediante ondas electromagnéticas. Otros
servicios, tales como la difusión de televisión o radio también emplean ondas electromagnéticas. Estudios hechos
sobre personas expuestas a las ondas electromagnéticas han
encontrado alteraciones en el encefalograma, efectos sobre
la presión sanguínea, alteración de la memoria, dolores de
cabeza, aumento del estrés, aumento de la irritabilidad e
incluso alta incidencia en la enfermedad de Alzheimer. Las
ondas electromagnéticas de baja frecuencia producen rupturas en las cadenas de ADN, lo que produce la formación de
aberraciones cromosómicas que genera el desarrollo de
tumores. Según estudios las radiaciones de las ondas electromagnéticas producidas por los teléfonos celulares penetran el cerebro. La onda de modulación de baja frecuencia
además de ser más penetrante es la más peligrosa, pues su
frecuencia entre 2 Hz y 217 Hz se corresponde con las ondas del cuerpo humano. Lo anterior es muy importante,
porque los seres vivos son sensibles a las intensidades ultrabajas de los campos electromagnéticos externos, ya que las
células, los tejidos, y los órganos tienen campos magnéticos
que vibran en esta franja electromagentica5.
Revista Universitaria de Física
Debido a que las ondas emitidas por las antenas de las estaciones bases de los celulares, coinciden con el espectro de
los órganos humanos es que estas radiaciones alteran procesos tan importantes como la división celular, la comunicación intercelular y el funcionamiento de los distintos órganos. Los efectos biológicos de esta radiación son acumulativos en el tiempo y se desarrollan, incluso con emisiones de
baja potencia. Por lo anterior se recomienda utilizar teléfonos de redes fijas cada vez que sea posible, dejando solo
para casos de extrema necesidad el uso de la telefonía móvil
para reducir la exposición a las ondas electromagnéticas, se
dice que se debe evitar realizar y recibir llamadas cuando la
señal sea débil o haya interferencia; ya que el teléfono celular emite mayor radiación cuando intenta comunicarse con
una señal débil.4
Por otra parte en el país es mayor el empleo del material
radiactivo en diferentes aplicaciones en medicina, investigación y la industria. Como resultado del uso de fuentes
radiactivas en las diferentes aplicaciones, se generan residuos radiactivos y/o fuentes selladas en desuso los cuáles
requieren una gestión cuidadosa y coordinada que garantice
la seguridad de las personas y el medio ambiente 5.
Según el ingeniero Ruben Quintero los residuos radiactivos
se refieren a materiales conteniendo o contaminados con
sustancias radiactivas en niveles de actividad que las dosis
asociadas con su eliminación superen los criterios de exención establecidos por la Autoridad Regulatoria y para el
cual no se prevé ningún uso futuro. El manejo de este tipo
de residuos debe efectuarse en forma segura de acuerdo con
los criterios de seguridad radiológica vigentes. La gestión
de residuos radiactivos involucra tareas como el manejo o
pretratamiento, tratamiento, acondicionamiento, almacenamiento, transporte o eliminación de residuos radiactivos. El
objetivo general de la gestión de residuos radiactivos es
garantizar la protección radiológicade los seres humanos y
del medio ambiente por períodos adecuados a cada tipo de
residuo en conformidad con los principios vigentes de protección radiológica internacionales, mediante un sistema
eficaz de control, gestión y evacuación que garantice la
seguridad de las personas y el medio ambiente 5.
Las radiaciones electromagnéticas pueden afectar gravemente a la salud de todos los seres vivos, se debe reducir
los efectos nocivos de teléfonos móviles, ordenadores y
televisores entre otros. Hoy en día La contaminación se ha
convertido en un problema en todo el planeta, con consecuencias graves para el medio ambiente y la salud humana.
En los últimos años, a los contaminantes ya conocidos se ha
venido a sumar la contaminación electromagnética, como
subproducto del desarrollo tecnológico masivo basado en la
electricidad y las comunicaciones. De acuerdo a investiga-
ciones realizadas por científicos internacionales los efectos
adversos del electromagnetismo son: cefaleas, insomnio,
alteraciones del comportamiento, ansiedad, depresión, cáncer, leucemia infantil, alergias, abortos, enfermedad de
Alzheimer, malformaciones congénitas, etc. Dichos efectos
están en relación con la potencia de emisión recibida y con
la duración de dicha exposición, y es de tener en cuenta que
la radiación electromagnética atraviesa las paredes, por lo
que la única “garantía” es mantener una distancia adecuada.
Referencias
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
ROBERT Jordi Romeu y Antonio Elías Fust (2000). Plan de
comunicación sobre la telefonía móvil. En: (articulo), Universitat Politècnica De Catalunya Escola Tècnica Superior
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RADA E.Carlos V y Mattos Hurtado Odilia (2008). Manual de protección radiológica del grupo de medicina nuclear Instituto Nacional de Cancerología Empresa Social
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Arcangel.. Venezuela.
INGEOMINAS, Torres Gerardo, Ing. Esp. Rubén Quintero,
Ing. Esp. Fernando Mosos (2002). Proyecto: estrategia nacional para la Prevención, atención y monitoreo de riesgos
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de material radiactivo. Bogotá.
R.S.Lawson (October 1999). Introduction to Radioactivity.
Nuclear Medicine Department Manchester Royal Infirmary
pag 1-20.
Autor: Luis Feranando Alarcon Urrutia
Email: [email protected]
Bachiller Academico Colegio Ramón Ignacio Avella,
Aquitania (Boyacá). Mejor Bachiller Promoción 2006.
Fisioterapeuta, magister en Salud Publica, Universidad
Nacional de Colombia (2014).
Diplomado en Gestión ambiental y Desarrollo humano
sostenible. Escuela Superior de Administración Pública
(2009).
Interes: la política, el cine, los equipos tecnologicos y la
salud.
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Grupo 01 - Número de lista 3
Efectos de las ondas electromagnéticas en el sistema nervioso
Effects of Electromagnetic Waves in the Nervous System
Luis Alberto Cárdenas Montaña
Universidad Nacional de Colombia
Resumen
El sistema nervioso es sensible a un amplio rango de ondas electromagnéticas. Estas radiaciones pueden afectar
nuestro sistema nervioso. También un efecto sobre las corrientes de Ca 2+ a través de la membrana neural, alteraciones del sueño, alteración del comportamiento de las personas.
Palabras claves: Corrientes de Ca+, Ondas electromagnéticas.
INTRODUCCIÓN
El sistema nervioso (sn) es el encargado de transmitir señales el todo el cuerpo a través de impulsos eléctricos, utilizando células que utilizan variaciones de potencial eléctrico.
Por esto el sistema nervioso es altamente sensible a alteraciones producidas por ondas electromagnéticas. Por lo cual
se puede ver afectado por la presencia de ondas electromagnéticas, en especial las microondas emitidas por antenas y
teléfonos celulares.
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MODELOS EXPERIMENTALES
Los modelos experimentales utlizados para llevar acabo
deben cumplir los siguientes requisitos:
1.
La exposición debe ser a un campo con características
similares al que realmente se exponen las personas
como son las radiofrecuencias (100 KHz-30GHz), en
las que se encuentran las microondas, ondas de televisión, satélites etc.
2.
Cuando se utilicen animales el modelo debe considerar
la tasa de absorción en el tejido nervioso de l animal
debe ser igual ala que tendría el cerebro del ser humano expuesto a las ondas o campo electromagnético.
3.
Debe haber un bajo nivel de exposición de las ondas al
organismo de animal.
4.
El nivel de estrés derivado del experimento debe ser lo
mas reducido posible para el animal sometido a la experimentación.
EFECTO DE CAMPOS ELECTROMAGNETICOS EN
NEUROFISIOLOGIA HUMANA
Los teléfonos celulares emiten un campo electromagnético
que oscila entre los 900MHz y los 1800MHz, los cuales
penetran la piel y el hueso del cráneo permitiendo que parte
de la radiación electromagnética sea absorbida por el cerebro. Por lo tanto es posible que la exposición a ondas electromagnéticas afecte la actividad cerebral, los estímulos
auditivos y el comportamiento. En los estudios de comportamiento se ha evidenciado que cuando una persona se es
sometida a campos electromagnéticos se acorta el tiempo de
respuesta a estímulos simples y tares de vigilancia y se
reduce el tiempo de análisis a tares aritméticas y tareas de
memoria.
En los estudios hechos en seres humanos expuestos a ondas
de alta frecuencia, se han encontrado alteraciones en el
electroencefalograma, efectos sobre la presión sanguínea,
alteración de la memoria, dolores de cabeza, aumento del
estrés, aumento de la irritabilidad y una alta incidencia en
la enfermedad de Alzheimer.
MÁS EFECTOS DE LAS ONDAS EN EL CUERPO
HUMANO
EFECTO DE LAS ONDAS ELECTROMAGENTICAS
SOBRE LAS NEURONAS.
Los campos magnéticos (0.5Hz-18Hz) pueden tener efectos
positivos como la regeneración de fibras nerviosas amputadas. Otros estudios sobre la actividad unitaria de neuronas
demostraron que los campos electromagnéticos inducían un
incremento de la actividad de neuronas hipotalámicas,
mientras que en las neuronas reticulares presentaban una
respuesta de tipo inhibitorio. Estudios en la década de los 70
demostraron que las ondas u campos electromagnéticos
como los de radiofrecuencia modulada y bajas frecuencia
incrementan la capacidad del flujo de Ca2+ a través de la
membrana celular y neuronas. Estudios hechos en humanos
sometidos a campos electromagnéticos de alta frecuencia
como los transmitidos por teléfonos celulares han sugerido
que existe un aumento de la liberación de neurotransmisores, producido por efecto calórico producido por la exposición a estos campos. Por lo tanto todos los estudios coinciden que las ondas y campos electromagnéticos provocan un
aumento de la actividad encefálica.
•
Debido a que las ondas emitidas por las antenas de las
estaciones bases de celulares, coinciden con el espectro
de los órganos humanos es que estas radiaciones alteran
procesos tan importantes como la división celular, la
comunicación intercelular y el funcionamiento de los
distintos órganos.
•
Lo más grave de este tipo de radiación es que sus efectos biológicos son acumulativos en el tiempo y se desarrollan, incluso, con emisiones de baja potencia, cuando
la exposición es por un período de tiempo largo, recordemos que en este momento estamos expuestos a estas
radiaciones electromagnéticas las 24 horas del día y los
365 días del año.
MEDIDAS DE LAS EMPRESAS DE TELEFONIA
CELULAR
Debido a esto el daño que provocan los teléfonos celulares
se replica en los edificios con antenas en azoteas y en las
viviendas cercanas a este tipo de antenas.
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•
Las empresas de Telefonía Móvil, miden la densidad de
la potencia emitida, por las antenas de las estaciones de
celulares, en el rango que está comprendido entre los
50 MHz y los 2000 MHz, pero este tipo de equipos
emiten distintos tipos de ondas electromagnéticas.
•
La onda portadora: que tiene una frecuencia entre 900
MHz y 1800 MHz, aunque para poder transmitir imágenes y tener conexión a Internet los celulares más modernos necesitan frecuencias de hasta 2200 MHz por
ahora.
CONCLUSIONES
Algunas ondas electromagnéticas son capaces de potenciar la regeneración de fibras nerviosas lesionadas.
Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia como la
de los teléfonos celulares incrementa la actividad cerebral.
Las respuestas a estímulos simples son más rápidas,
cuando el cerebro es sometido a ondas de alta frecuencia.
La exposición a ondas electromagnética puede alterar el
sueño y provoca irritabilidad en el individuo.
Solo exposiciones continuas y a muy largo plazo pueden causar daños y alteraciones a la salud.
BIBLIOGRAFIA
Blackman CF. Campos eléctricos y magnéticos ELF:
Efectos biológicos y posibles mecanismos. En: Ondas
Electromagnéticas y Salud. Gil.Loyzaga y Pobeda.
Cap. 7. (2001)
Frey AH. Electromagnetic field interactions with biological systems. FASEB journal.
http://OMS.org/ondas_electromagneticas.
Luis Alberto Cárdenas Montaña
Estudiante: Química Farmacéutica
Código: 121899
G5NL3
Universidad Nacional de Colombia.
18/Mayo/2010
Revista Universitaria de Física
Revista Universitaria de Física
Grupo 01 - Número de lista 5
El electromagnetismo en la terapia fisica
Arelis fajardo villafaña
Facultad de medicina, departamento del movimiento, corporal humano y sus desórdenes
Mayo de 2010
Resumen
Los medios físicos que toman como fundamento las propiedades del electromagnetismo se consideran mucho en la
actualidad; ya durante años se creyó que en el organismo los fenómenos eléctricos se limitaban solo a los tejidos excitables,
como nervio y músculos y la electroterapia influenciaba sobre ellos de manera artificial. Hoy se cree que todos los
procesos vitales están regulados por campos electromagnéticos lo cual amplia el rango de aplicación de la electroterapia
sobre todo para aceleración de los procesos de cicatrización y osteogenesis. Las posibilidades de aplicación cuentan además
con una gama de tipos de corriente terapéutica como son galvánica, galvánica interrumpida, baja frecuencia con pulsos,
frecuencia media, alta frecuencia, entre otros.
Palabras claves: corriente eléctrica, electroterapia, tejido
1. Introducción
En los años ochenta Becker revoluciono los conceptos de la
aplicaciones de la electroterapia al afirmar que los procesos
vitales están controlados por campos electromagnéticos lo
cual amplio las aplicaciones de la electroterapia.
La aparición de nuevas tecnologías (laser, magnetoterapia,
biofeedback, etc.) ha ampliado aún mas el campo de acción
de la electrología medica, lo que a su vez implica un mayor
control científico. Aunque los impulsos eléctricos pueden
ejercer una acción terapéutica directa (estimulación eléctrica), la energía eléctrica puede transformarse en calor, ello
constituye una modalidad de termoterapia profunda, corriente de alta frecuencia como onda corta y microondas,
también la corriente eléctrica constituye una fuente de energía para la producción de otros agentes terapéuticos
como ultrasonidos, radiaciones fototerapias, y campos magnéticos fijos o variables.
Fue Luigi Galvani (1737-1798) el primero en investigar
sobre las corrientes nerviosas y la contracción muscular en
las patas de rana y la anguila eléctrica con las que ensayaba
a cargar la botella de Leyden; empleaba una horquilla con
un diente de cobre y uno de hierro con los cuales tocaba el
nervio y el musculo de la pata de rana. La pata se contrae a
cada toque y galvani queda convencido de que el hecho
guarda relación con lo observado en la anguila eléctrica y lo
que interpreta es que podría haber una electricidad propia e
inherente a los tejidos vivos. Aquí surgen todos los estudios
de electrofisiología desarrollados por diversos científicos.
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TIPOS DE CORRIENTE
CORRIENTE GALVANICA o continua corresponde a un
flujo ininterrumpido y unidireccional de electrones, cuya
intensidad es constante para un conductor determinado, es
decir que la resistencia se mantiene fija. La polaridad de la
corriente puede ser positiva o negativa, la intensidad varia
entre un mínimo que no es cero y un máximo, también ser
sinusoidal.
El paso de la corriente continua a través del cuerpo no se
hace solamente por conducción, como a lo largo de un conductor metálico, sino por desplazamiento de cargas eléctricas. En cuanto a sus características físicas la corriente galvánica es de baja tensión, de entre 60 y 80V, y de baja intensidad, máximo 200mA.
En la aplicación de la corriente galvánica se distingue la
fase de cierre del circuito, en que la corriente aumenta su
intensidad de modo mas o menos brusco, hasta alcanzar la
previamente establecida; la fase o estado estacionario, de
intensidad constante que constituye la autentica corriente
galvánica, y la de apertura del circuito, al final de la aplicación, en la que la intensidad de la corriente desciende a
cero.
EFECTOS BIOFISICOS
El flujo de corriente eléctrica a través de un medio biológico
conductor origina tres efectos básicos: electro termal, electroquímico y electro físico. El efecto electro termal se da
por el movimiento de partículas cargadas que en un medio
conductor produce micro vibración de dichas partículas
cuya fricción causa el calor, la cantidad de calor producido
se describe por la ley de Joule:
Q = 0,24 x R x I² x t
Donde Q es la cantidad de calor en calorías, R es la resistencia de la zona atravesada, I la intensidad de la corriente y
t es el tiempo de paso de la corriente en segundos. La elevación de la temperatura es de 2 o 3 grados lo cual no es muy
relevante, sobre todo si el medio es muy frio. El efecto
electroquímico se da por la disociación de los electrolitos
de los fluidos que son capaces de conducir la corriente eléctrica en virtud de la migración de los iones disociados por el
fenómeno de electrolisis que tiene lugar si el campo eléctrico tiene siempre el mismo sentido, las partículas que se
polarizan forman nubes de carga eléctrica al rededor de los
electrodos.
Los cambios químicos ocurridos durante una reacción electrolítica se rige por las leyes cuantitativas o de faraday que
ilustra la siguiente figura:
El ejemplo demuestra las leyes d e la electrolisis de faraday.
Al pasar una corriente continua a través de una solución de
nitrato de plata, sulfato de cobre y cloruro de aluminio. La
primera ley de faraday dice que la cantidad de metal depositado depende de la cantidad de corriente eléctrica, la segunda ley habla de la velocidad de deposición de los metales se
depositan primero los de mayor afinidad con las cargas
eléctricas.
La CONDUCTIVIDAD eléctrica depende del contenido de
agua y electrolitos de los tejidos. El musculo y el cerebro
muestran mejor conductividad, mientras que los tendones y
las fascias tienen mayor resistividad.
El cuerpo humano se compone en casi un 80% de agua y
electrolitos y se comporta igual que el experimento los mas
afectados son el cloruro de sodio y el calcio.
Efectos electro físico: estos no causan alteración molecular
de los iones, repercuten en las moléculas cargadas eléctricamente en el organismo como son proteínas, lipoproteínas,
etc. que con el paso de la corriente galvánica pueden migrar
si hay una polarización definida, sin producir cambio en la
configuración molecular.
De la polarización de las moléculas o electrolisis se deduce
la principal aplicación de la corriente galvánica que es la
iontoforesis que consiste en la introducción en la epidermis
y mucosas de iones fisiológicamente activos, aplicados
tópicamente mediante la corriente galvánica.
CORRIENTE FARADICA
Ejerce una acción excito motora sobre el musculo normal,
devolviendo en algunos casos la conciencia de la contracción muscular, por ejemplo después de una larga inmovilización.
ELECTROMIOESTIMULACION.
Consiste en inducir potenciales de acción en células excitables, musculares o nerviosas, mediante la aplicación de un
campo eletrico.se consideran parámetros como la elección
de la corriente, su intensidad, la cantidad de energía y el
tiempo de aplicación. El conjunto de los mismos debe dar
una corriente que provoque una contracción óptima requerida sin que represente peligro alguno para el paciente. La
determinación de la corriente optima se calcula con la expresión Q = I x t; que relaciona cantidad de cargas eléctricas
(Q) proporcionada por la corriente, intensidad de la corriente (I), tiempo de paso de la corriente. Esta formula nos permite relacionar directamente la cantidad de cargas necesarias para inducir un potencial de acción y el tiempo de aplicación de la corriente cuya formula es: Q = q +it en donde q
puede expresarse como el valor de Q cuando t=0; al desarrollar esta formula se obtiene I = q + it; esta última expre-
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sión establece la relación entre la intensidad de la corriente
y el tiempo de aplicación para estimular el musculo. La
intensidad de la corriente entonces esta dada como la carga
total que atraviesa a una superficie, cerrada o abierta, en la
unidad de tiempo.
La corriente modifica los intervalos de los potenciales de
acción evocados por el musculo normal que aparece como
en la figura:
mantienen una diferencia de potencial de – 85 mV entre el
interior y el exterior de la célula y (b) que representa el
potencial de acción en que se hace permeable a los iones
Na, lo cual cierra el interruptor S. es la batería Na que pone
el interior de la célula a unos +60 mV con respecto al exterior.
Esta relación se puede calcular con la siguiente expresión:
C = ϵA/4ꙦπKd
Donde A es el área de las membranas que actúan como
condensador; d la distancia que las separa y K la constante
eléctrica.
Dosificación de la corriente: esta condicionada por el
tamaño de los electrodos los cuales dependen del tamaño de
la zona a tratar, la intensidad de la corriente, el tiempo de
aplicación y la tolerancia individual de paciente.
La intensidad de corriente para electrodos pequeños oscila
entre 1y 5 mA/cm²; para electrodos grandes esta entre 1 y
25mA/cm².
Precauciones: se debe tener cuidado de no producir quemaduras cutáneas, que los electrodos tengan buen contacto
con la zona subyacente.
CONCLUSIONES
Lo que hace la electro estimulación es sustituir el impulso
nervioso voluntario para desencadenar el mismo mecanismo
e inducir una contracción muscular pasiva; la diferencia
entre ambos modos de contracción activo y electro inducido
reside en el hecho de que en activo las unidades motoras
funcionalmente activas alternan, mientras que por electro
estimulación, la activación de las unidades motoras es sincrónica. Además, durante una contracción voluntaria primero se activan las fibras I mientras que con el electro estimulación se activan primero las fibras II.
Las células musculares se comportan según el diseño de un
circuito como indica la teoría de Nerst:
Es relevante la utilización de las reconocidas propiedades de
la corriente eléctrica sobre los tejidos vivos para la mejoría
de una condición patológica.
Es necesario el conocimiento de las leyes que rigen los
fenómenos eléctricos para determinar en un momento dado
la aplicación más conveniente y correcta de una determinada técnica.
BIBLIOGRAFIA
GARCIA OLMEDO B, Fundamentos de electromagnetismo, 2005.
MARTINEZ M. & cols. Manual de medicina física, 1998.
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Inhibitory effect of a combination of thermotherapy
with exercise therapy on progression of muscle atrophy.
Sakaguchi A. & cols. 2010.
sobre los potenciales de acción de la célula; como muestra
la figura en (a) la célula en estado de reposo, que corresponde a tener abierto el interruptor S. las batearías Cl y K
Revista Universitaria de Física
Revista Universitaria de Física
Grupo 01 - Número de lista 6
La radioterapia
The radiotherapy
Johana Virginia Hernández2
2 Fluidos
y Electromagnetismo para Biociencias, Dpto. Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.
Mayo de 2010
Resumen
La Radioterapia es un tratamiento contra el cáncer, que usa altas cantidades de radiación para destruir células cancerosas y
evitar que se propaguen. La radioterapia (RT) es un tema de gran importancia hoy en día pues se han venido mejorando o
aún creando nuevas técnicas para ayudar a mejorar la calidad de vida de los pacientes, que es lo que en última instancia
busca cualquier profesional de la salud. En el presente artículo el lector podrá informarse acerca de las técnicas de vanguardia en radioterapia, como la (CIRT) que usa los iones de carbono como fuente de radiación, en la actualidad esta técnica
cuenta con un gran número de pacientes registrados, pues ha mostrado resultados clínicos importantes en el tratamiento
contra el cáncer. Existen otras técnicas avanzadas que mejoran la efectividad de la radioterapia como la Radioterapia de intensidad modulada (IMRT).
Palabras claves: Radioterapia, cáncer, botánico, tejidos.
Abstract
Radiotherapy is a cancer treatment, that uses high amounts of radiation to kill cancer cells and prevent their Spreads. Nowadays Radiotherapy (RT) is a theme of great importance because there`s been an improvement or even
the creation of new techniques to improve the quality of life of patients, which is what ultimately
seeks any health care professional. In this article the reader will learn about advanced techniques in radiotherapy,
such as (CIRT) using carbon ions as a source of radiation, nowadays this technique has a large number of registered patients, as it has been showing important clinical outcomes in cancer treatment. There are other advanced techniques that
improve the effectiveness of radiotherapy such us the Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT)
Keywords: Radiotherapy, cancer, botanical, tissues.
1.
Introducción y Aspectos teóricos
La radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma,
etc.) o partículas subatómicas (rayos x). Las radiaciones
con energía suficiente para ionizar la materia, se llaman
Radiaciones Ionizantes; éstas pueden provenir de sustancias
radiactivas, que emiten radiaciones de forma espontánea o
de generadores artificiales como los generadores de rayos X
y los aceleradores de partículas.
Revista Universitaria de Física
La Radioterapia es un tratamiento contra el cáncer, que usa
cantidades o dosis altas de radiación para destruir células
cancerosas y evitar que se propaguen. En bajas dosis la
radiación se usa en forma de rayos X, como los que se usan
para obtener imágenes de los dientes o de un hueso roto. Por
eso es que cuando las cantidades son altas se destruyen las
células cancerosas o demora su crecimiento. Cuando la
radioterapia no puede curar el cáncer se utiliza para reducir
el tamaño de los tumores y así alivia los síntomas del mismo. Existen dos formas de administrar la radioterapia: ex
terna e interna, la primera cuando una máquina fuera del
cuerpo dirige la radiación a las células cancerosas (como la
que se puede ver en la imagen 2) y la interna cuando la
radiación se introduce dentro del cuerpo (véase imagen 3), a
través de tubos delgados se hacen llegar materiales que
producen radiación o radioisótopos a las células cancerosas.
No todos los pacientes con cáncer necesitan radioterapia,
sin embargo, más de la mitad de la gente con esta patología
recibe radioterapia.
Figura No 3: Ilustración de una radioterapia interna.
Las células cancerosas no son destruidas de inmediato, el
tratamiento da efecto luego de días o semanas, de igual
modo, siguen destruyéndose estas células hasta meses después de terminar la radioterapia. La radioterapia se puede
administrar antes, durante o después de una cirugía, del
mismo modo también se aplica junto con la quimioterapia,
tratamiento médico que se basa en la administración de
sustancia quimica o fármacos.
Figura No 1: Radioterapia.
La cantidad de radiación tiene que ser suficientemente alta
para destruir las células cancerosas. Pero al mismo tiempo,
tiene que ser suficientemente baja para limitar el daño a las
células sanas, porque por eso a veces las personas sanas
pueden padecer efectos secundarios, los cuales se tratan de
reducir al máximo ya que son los que causan dolor o malestar; pues se conoce que la radiación en sí no causa dolor
mientras se recibe. Entre los efectos secundarios más comunes se tienen: la pérdida del cabello, el dolor, picazón, ardor
o enrojecimiento de la piel, fatiga y malestar.
Figura No 2: Ilustración de una radioterapia externa.
Ya se habló en este trabajo, de la baja cantidad de radiación
que se necesita para obtener por rayos X radiografías de los
huesos o imanes de los dientes, sin embargo también es
relevante nombrar otros usos de la radioterapia, por ejemplo
ayuda mediante ondas electromagnéticas de frecuencias
bajas al alivio de las personas que sufren de artritis. Vale la
pena resaltar la relación existente entre estas nuevas técnicas desarrolladas por investigadores de la época y los verdaderos físicos que permitieron su desarrollo pues como es
conocido, las nuevas investigaciones se basan en las leyes y
descubrimientos físicos de hace cientos de años; como las
ondas electromagnéticas que permitieron la radioterapia,
éstas ondas fueron observadas teóricamente por primera vez
por James Clerck Maxwell que formuló las cuatro leyes que
llevan su nombre; él afirmó que un campo electromagnético
variable admite una solución cuya ecuación de movimiento
corresponde a la de una onda. También Heinrich Rudolph
Hertz fue un pionero en las investigaciones relacionadas con
las ondas elctromagnéticas y la electricidad, él se interesó
por lo que había iniciado Maxwell diez años antes sobre el
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electromagnetismo, pues éste último nunca pudo comprobar
si sus predicciones eran acertadas.
Se usan muchas sustancias radiactivas para tratar el cáncer,
tales como Yodo, cobalto y cesio, entre otros. La Radioterapia con el Ion de carbón ha sido objeto de experimentos en
el NIRS (Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas), por
su nombre en inglés. En Japón para el año de 1994, se abrió
el primer centro del mundo en ofrecer este tipo de radioterapia con iones de carbón (CIRT ó C-Ion RT), abrió sus
puertas precisamente en el Instituto Nacional de ciencias
radiológicas. Como ya se mencionó existen muchos iones o
sustancias usadas en radioterapia, sin embargo, se escogió
para este estudio, de entre todas ellas, los iones de carbón
por ser considerada la sustancia que posee las más óptimas
propiedades, las mejores características biológicas y físicas.
Además, en comparación con tratamientos de protones, las
partículas de carbono son más pesadas y producen más altas
dosis de energía por lo que se emplean para tratar tumores
radioresistentes.
2.
Actualidad y Análisis
Para marzo de 2010, se habían registrado ya más de cinco
mil (5000) pacientes para la radioterapia con iones de carbón, pues los resultados clínicos han mostrado que este tipo
de radioterapia tiene el potencial de irradiar con una dosis
suficiente al tumor, al mismo tiempo que tiene una incidencia aceptable en el tejido normal circundante; analizando
este aspecto, y como ya se resaltó anteriormente en este
artículo, es de vital importancia que las zonas sanas alrededor del tumor no se vean afectadas en sobremanera.
Aprovechando las ventajas únicas de las propiedades de los
iones de carbón, el tratamiento con fracciones pequeñas por
cortos períodos se ha realizado con éxito para una gran
variedad de tumores. Esto es un gran avance en la ciencia,
pues significa que la radioterapia con iones de carbón ofrece
hoy en día, un tratamiento para un número mayor de pacientes de lo que era posible con otras modalidades en el mismo
período de tiempo.
En otros estudios recientes se cuestionaba si el beneficio de
la radioterapia se podría incrementar por la administración
de productos botánicos de Asia. Los resultados muestran
que se puede mejorar este objetivo principal, si se sensibilizan las células malignas y se protege del mismo modo al
tejido normal. El problema es que conseguir este objetivo en
dosis clínicas efectivas es demasiado tóxico. Pero se encontró que efectivamente productos botánicos asiáticos están
siendo evaluados por su capacidad de mejorar los beneficios
terapéuticos a través de la modulación de las especies reactivas de oxígeno. Algunos productos en especial pueden no
sólo proteger el tejido sano sino que también pueden aumentar su reparación después de la radioterapia. Se considerarán los ensayos clínicos ya que los resultados hasta ahora
son bien prometedores.
A comienzos de este año, en Febrero específicamente, se
realizó un estudio más personalizado que las investigaciones regulares –estudio llamado “Predicción de la eficacia de
la radioterapia en pacientes individuales con glioblastoma
en vivo: un enfoque basado en modelos matemáticos-; fue
gracias al modelo de terapia con radiación que nueve pacientes considerados en este estudio fueron analizados.
Éstos fueron seleccionados básicamente por su diagnóstico
reciente de GBM o Glioblastoma Multiforme, que es la
forma más maligna de los tumores cerebrales primarios
conocidos como Gliomas. Los pacientes recibieron el tratamiento regular que incluye por supuesto la radioterapia de
haz externo (XRT), sin embargo la relevancia de este innovador estudio radica en que gracias a las nuevas técnicas
usadas y sus aplicaciones los investigadores llegaron a tener
en cuenta las diferencias específicas para cada paciente en
la cinética del crecimiento tumoral, que se ha demostrado
varía considerablemente entre los pacientes incluso dentro
del mismo diagnóstico, esto se debe analizar con detalle
pues los estudios ignoran estas diferencias que pueden ser
vitales a la hora de encontrar nuevas tendencias que ayuden
a desarrollar mejores técnicas. Por último desarrollaron y
aplicaron en este estudio un modelo matemático basado en
el crecimiento del glioma como respuesta al tratamiento de
radioterapia XRT.
3.
Las nuevas técnicas permiten a los médicos dirigir la radiación directamente al cáncer, es decir orientarla a una parte
exacta del cuerpo. Al mismo tiempo, se reduce la radiación
a otras partes sanas del cuerpo que están cerca del cáncer.
Aparte del ejemplo ya explicado de la Radioterapia con Ion
de carbón, cabe resaltar otra técnica como la IMRT (radioterapia de intensidad modulada) y la radioterapia conformacional 3D.
Conclusiones
La Radioterapia (RT) es un tratamiento contra el cáncer,
que usa altas dosis de radiación para destruir células cancerosas y evitar que se propaguen en el organismo. La radioterapia es una aplicación de los descubrimientos físicos, como
los son muchas técnicas utilizadas en la medicina de hoy
día.
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Algunas técnicas modernas en radioterapia son la CIRT o
C-Ion RT (Carbon Ion Radiotherapy), que usa los iones de
carbono como fuente de radiación; la IMRT o Radioterapia
de Intensidad Modulada, entre otras.
Se considera el estudio clínico de algunos productos botánicos en la radioterapia, pues pueden proteger y hasta aumentar la reparación del tejido sano, aún después de la terapia.
En otro estudio reciente, se creó un modelo matemático que
utiliza las tasas de proliferación y migración de las células
tumorales malignas para caracterizar el crecimiento del
tumor y para verificar la respuesta a la radioterapia.
4.
Autor del artículo:
Nombre: Johana Virginia Hernández Páez.
Edad: 20 años.
Fecha de nacimiento: 29 de mayo de 1989.
Profesión: Estudiante.
Carrera: Farmacia.
Universidad: Universidad Nacional de Colombia.
Sede: Bogotá
5.
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Revista Universitaria de Física
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Grupo 01 - Número de lista 7
Trenes de levitación magnética
Maglev train
Cristian Alejandro Suárez Rojas3
3Universidad
Nacional de Colombia, carrera quimica.
Resumen
En este artículo se discute sobre la aplicación de la levitación magnética en los trenes, siendo esto una forma bastante novedosa de disminuir los tiempos de recorrido durante un viaje, también se menciona sobre el funcionamiento de este, más
exactamente la parte física involucrada, sus ventajas como medio de transporte, las características de los sistemas de suspensión y los costos que representa el uso de esta tecnología.
Palabras claves: levitación magnética, suspensión electromagnética, suspensión electrodinámica
Abstract
This article discusses the application of magnetic levitation on trains, this being a fairly new to reduce travel times while
traveling, also it mentions the operation of this, more precisely the physics involved, its advantages as a transport system,
the characteristics of suspension systems and the costs involved in the use of this technology.
Keywords: magnetic levitation, electromagnetic suspension, electrodynamic suspension
1. Introducción
A lo largo de la historia se ha visto que motivos de origen
biológico, antropológico e histórico han llevado al hombre a
desarrollar formas de desplazarse, también es notorio que el
espíritu curioso del ser humano ha llevado a que desee explorar su entorno, y es allí en donde debe inventar, usando
su mente para lograr crear dispositivos que le permitan
explorar lugares lejanos.
Así es como, desde los primeros troncos usados en forma de
rodillos, pasando por la rueda, los barcos a vela, los aviones
y los cohetes espaciales, el hombre fue creando los medios
que le permitieron, por necesidad o curiosidad, transportarse
a través del espacio.
Los primeros vehículos usados por el ser humano eran trineos de madera, y deben haber sido utilizados por tribus de
todo el mundo; con el propósito de transportar cargas pesadas se usaban troncos a modo de rodillos; esto llevo que al
final construyeran rodillos de una sola pieza al unir los
troncos con maderas transversales y atar todo el conjunto
con tiras de cuero.
Después de esto, se produjo el invento de la rueda, el cual es
uno de los más maravillosos e importantes de la historia y
fue a partir de este invento que se desarrolló la relativamente amplia gama de transportes terrestres.
Entre tales medios de transporte, se encuentra el tren, caracterizado por poseer vagones o coches conectados que circulan sobre un carril de riel para el transporte, no solo de pasajeros, sino de mercancías. El ferrocarril, como se conoce al
grupo de vehículos que se están guiados sobre un riel o
carril, como es el caso de los trenes convencionales, u
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otras vías destinadas y diseñadas para la levitación magnética. Pueden tener una o varias locomotoras, pudiendo estar
acopladas en cabeza o en configuración push pull (una en
cabeza y otra en cola) y vagones, o ser automotores en cuyo
caso los vagones (todos o algunos) son autopropulsados.
Tren de levitación magnética
Se conoce con este nombre a aquel tren que está suspendido, guiado y propulsado por un gran número de imanes para
la sustentación y la propulsión usando levitación magnética.
Al ser propulsado mediante la levitación magnética, ofrece
la ventaja de ser silencioso, rápido y suave comparado con
otros sistemas de transporte sustentados por ruedas.
El efecto de levitación
Este sistema de transporte emplea la levitación magnética
para poder guiarse, sustentarse y moverse, pero entremos en
materia sobre la física de la levitación magnética.
La levitación magnética se conoce al fenómeno por el cual
algún material puede generar la levitación de este gracias a
la repulsión que hay entre los polos iguales de dos imanes o
bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”,
propiedad inherente a los superconductores. Estos compuestos, por debajo de una determinada temperatura crítica, no
oponen resistencia al paso de la corriente; o dicho de otro
modo, pueden alcanzar una resistencia nula. Bajo tales
condiciones de temperatura no solamente son capaces de
transportar energía eléctrica sin ningún tipo de pérdidas,
sino que además poseen la propiedad de rechazar las líneas
de un campo magnético aplicado. Esto es conocido como
“Efecto Meissner”. Esta capacidad de los superconductores
permite rechazar un campo magnético que intente penetrar
en su interior; de manera que si se acerca un imán a un
superconductor, se genera una fuerza magnética de repulsión la cual es capaz de contrarrestar el peso del imán produciendo así la levitación del mismo.
También el fenómeno de diamagnetismo permite que los
trenes Maglev puedan levitar. Este fenómeno se debe a la
propiedad de repulsión que presentan ciertos materiales,
este fenómenos ayuda a que el tren se pueda elevar unos
centímetros del suelo, el cual cuenta con unos potentes
electroimanes que son a su vez repelidos por otros que se
encuentran a lo largo de la vía.
El diamagnetismo se puede describir como el resultado de
aplicar la ley de Lenz a escala atómica. De acuerdo con la
teoría electromagnética, cada vez que varía el flujo magnético se genera una corriente inducida y según esta ley "el
sentido de las corrientes inducidas es tal que con sus acciones electromagnéticas ocurre la tendencia a oponerse a la
causa que las produce".
Todos los átomos contienen electrones que se mueven libremente y cuando se aplica un campo magnético externo
se induce una corriente superpuesta que genera un efecto
magnético que se caracteriza por ser opuesto al campo aplicado.
Otra forma de explicar el fenómeno de diamagnetismo es
por medio de la configuración electrónica de los átomos o
de las moléculas. De esta forma, el comportamiento diamagnético lo presentan sistemas moleculares que contengan
todos sus electrones apareados y los sistemas atómicos o
iónicos que contengan orbitales (que se pueden relacionar
de manera análoga a unos cajones en donde se ubican los
electrones, cabe resaltar que los orbitales no son exactamente cajones, pero es una forma sencilla de explicarlo) completamente llenos.
Aquí, los espines de los electrones del último nivel se encontrarán apareados. El diamagnetismo se presenta en todos
los sistemas aromáticos, como el benceno y sus derivados,
en donde surge un anillo de 4n + 2 electrones π conjugados.
Suspensión electrodinámica (EDS)
La levitación en un tren Maglev (como también se conocen
a estos trenes), se logra mediante la interacción de campos
magnéticos que dan lugar a fuerzas de atracción o repulsión,
dependiendo del diseño del vehículo, es decir, según si el
tren utilice un sistema EMS (electromagnetic suspension o
suspensión electromagnética) o EDS (electrdynamic suspension o suspensión electrodinámica). La principal diferencia entre un sistema EMS y un EDS es que en el primero
la levitación del tren es generada por la atracción entre las
bobinas colocadas en el vehículo y la vía, mientras que en el
segundo se consigue este fenómeno por medio de las fuerzas de repulsión entre estas.
La levitación EDS se basa en la propiedad de ciertos materiales de rechazar cualquier campo magnético que intente
penetrar en ellos. Esta propiedad se da en superconductores
y es llamada Efecto Meissner, como se explicó con anterioridad La suspensión, por tanto, consiste en que el superconductor rechazará las líneas de campo magnético de manera
que no pasen por su interior, lo que provocará la elevación
del tren.
Revista Universitaria de Física
Si se comparan ambos sistemas de suspensión, se tiene que
la principal ventaja de las EMS es el uso de electroimanes
en vez de los complicados imanes superconductores que
exige la EDS.
Fig. 1. Esquema de la EDS
En la gráfica también se muestra a un superconductor que se
ubica a unos centímetros de un conjunto de bobinas localizadas sobre el carril guía. Al moverse el vehículo a lo largo
del carril se inducirá una corriente en las bobinas de este, las
cuales actuarán entonces como electroimanes. La interacción con los superconductores montados en el tren producirán la levitación. Debido a esto, la fuerza de levitación será
cero cuando el vehículo se encuentre parado; para esto el
tren tiene incorporadas unas ruedas neumáticas, estas ruedas
quedan flotando cuando el tren está en movimiento.
Suspensión electromagnética (EMS)
En este tipo de suspensión, la parte inferior del tren queda
por debajo de una guía formada por material ferromagnético, cuyo magnetismo no es permanente. Al poner en marcha
los electroimanes situados sobre el vehículo, se genera una
fuerza de atracción. Como el carril no puede cambiar de
posición, son los electroimanes son los responsables del
movimiento en dirección a éste elevando con ellos el tren
completo. Los sensores con los que cuenta el tren tienen la
función de regular la corriente circulante en las bobinas,
esto genera que el tren pueda circular a una distancia de
aproximadamente un centímetro del carril guía. Hay unos
electroimanes que se desempeñan su función de encargarse
de la guía lateral del vehículo y están colocados en los laterales del tren de manera que se garantice de que el tren esté
centrado en la vía.
Al no requerir imanes superconductores, no son necesarios
complicados y costosos sistemas de refrigeración, en donde
se usa nitrógeno líquido. Aunque el consumo actual del
EMS es inferior al del EDS, se espera que al avanzar las
investigaciones en superconductividad, los consumos de las
suspensiones EDS bajen considerablemente.
Ventajas y limitaciones (costos)
Mediante el uso de la levitación magnética, el tren solo se
vería afectado en cuanto a su velocidad, debido a la fuerza
de rozamiento que generaría el aire sobre él, pero esto se vio
compensado en los diseños aerodinámicos que ayudan a
disminuir el efecto del rozamiento del aire en el tren. Por
consiguiente, los trenes Maglev; aunque presentan un consumo de energía elevado, esto permite mantener y controlar
la polaridad de los imanes generando un bajo nivel de ruido
(una gran ventaja sobre su competidor llamado aerotrén), lo
más importante es su velocidad, en donde se puede llegar a
alcanzar 650 km/h, aunque el máximo testeado en este tren
es de 584 km/h. Estas altas velocidades hacen que los Maglev se conviertan en competidores directos del transporte
aéreo y de otros medios de transporte.
A pesar de esto, los trenes de suspensión EMS sufren ciertas
limitaciones, la principal es su inestabilidad. Cuando la
distancia entre la guía y los electroimanes disminuye, la
fuerza de atracción crece y, aunque la corriente eléctrica
circulante en los electroimanes puede ser regulada inmediatamente, existe el peligro de que aparezcan vibraciones o de
que el tren toque la guía.
Otra de las limitaciones de este diseño es la enorme precisión necesaria en su construcción, lo cual encarece su producción. Una pequeña desviación de unos pocos milímetros
a lo largo de la estructura del tren puede provocar un desastre. Además, con unas tolerancias tan pequeñas un simple
terremoto podría destruir completamente todo un sistema de
líneas maglev. Por otro lado la amplitud del hueco entre
vehículo y guía no puede ampliarse porque el costo de esto
haría al sistema prohibitivo.
No obstante, el alto coste de las líneas ha limitado su uso
comercial. El altísimo costo de la infraestructura necesaria
para la vía y el sistema eléctrico, y otro no menos relevante
es el alto consumo energético son los responsables del alto
Fig. 2. Esquema de la EMS
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costo monetario que representaría para un país utilizar este
sistema.
También, la fuerza electromagnética es el sostén principal
del Maglev, la cual es el factor fundamental de diseño, y del
consumo también, el peso del tren hace que esta tecnología
no tenga utilidad en el hecho de poder transportar mercancías; sin embargo, el desarrollo práctico del sistema Maglev
se produciría al abaratarse los costos de producción eléctrica
mediante usinas basadas en la fusión nuclear.
Conclusiones
El tren Maglev emplea la levitación magnética para poder
moverse, tal efecto genera que solo se vea afectada su velocidad a causa del rozamiento del aire, sin embargo, su diseño aerodinámico compensa este problema. El uso de EMS
evita que se empleen costosos sistemas de refrigeración, que
sí son necesarios en la EDS; a pesar de esto, los costos de
construcción, la limitada investigación en los superconductores, el alto consumo de energía y la delicada calibración
que se debe realizar para distribuir el peso limitan enormemente el uso de este sistema que es la competencia directa
del transporte aéreo.
Referencias
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Grupo 01 - Número de lista 8
Icebergs, arquimedes tenia razòn
Cristian Francisco Vergel Galeano
Farmacia Facultad de ciencias, Universidad Nacional de Colombia.
INTRODUCCIÒN.
El principio de Arquímedes es el fundamento de la parte de
la física que corresponde a la hidrostática. En este articulo
revisaremos como se postula este principio, los cálculos
que se pueden hacer con el, y los mas importante, de las
aplicaciones que tiene en nuestra vida cotidiana, al menos
sabremos porque existen los iceberg, y que fue lo que le
paso al trasatlántico de el TITANIC en 1912.
La vida de Arquímedes: llamado también Arquímedes de
Siracusa, (287 a. C. – 212 a. C.), fue un personaje ingenioso
de la antigua Grecia, ya que era un gran matemático, físico,
ingeniero, inventor y astrónomo. Gracias a sus hallazgos
matemáticos y físicos, la sociedad moderna goza de sus
aplicaciones, tales como los globos, los submarinos, los
trasatlánticos, y principios fundamentales en la hidrostática.
Una de las experiencias mas representativas de Arquímedes,
es la de la corona dorada, en que Hieron ii, gobernador de
Siracusa, pido a Arquímedes saber si la corona que se le
había fabricado era de oro sólido o si estaba impura con
plata que había añadido el orfebre. Arquímedes tenía que
resolver el problema sin dañar la corona, así que no podía
fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su
densidad. Así, que un día cuando tomaba un baño, observo
que el nivel de agua ascendía cuando el se sumergía, pensando que si sumergía la corona podía calcular su volumen
gracias a que el volumen de agua desplazado era igual al de
la corona. Al dividir la masa de la corona por el volumen de
agua desplazada, se obtiene la densidad de la corona. La
densidad de la corona sería menor si otros metales como la
plata y menos densos le hubieran sido añadidos a la corona.
Asombrado, Arquímedes, salió corriendo por la calles desnudo gritando “EUREKA” que en griego significa lo encontré. Con este hecho, y en sus trabajos, Arquímedes postula
que un cuerpo sumergido o semisumergido en un fluido
experimenta un empuje ascendente y vertical y equivalente
al peso del volumen del líquido desalojado por dicho cuerpo. Este es el enunciado del principio de la hidrostática.
Ahora surge otras preguntas:¿ porque un globo flota?, Cómo es posible que un cuerpo mas denso que el agua se hunda y uno menos denso salga a flote?.
DESARROLLO
La hidrostática es la parte de la física que estudio los fenómenos desde el punto de vista de el equilibrio de los fluidos.
Esta parte de la fisca esta gobernada por el principio de
Arquímedes y de Pascal, pero haremos énfasis en el principio de Arquímedes, el cual enuncia que la fuerza de empuje
que realiza un fluido es equivalente al peso del volumen del
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líquido desalojado por un cuerpo que se sumerge en dicho
líquido. Matemáticamente:
Sabemos que la densidad (ρ) es la relación entre masa (m) y
volumen (v) de un cierto material:
ρ = m / V
despejando m
m = Vρ
Sabiendo que el peso w es igual a la masa del fluido m por
la aceleración de la gravedad g entonces:
w = mg
Entonces la fuerza de empuje Fe será:
Fe = w = mg = Vρfg
A V lo podemos tomar como el volumen de líquido como el
volumen del solido sumergido. La desidad correspode a la
densidad del fluido. Esta fuerza se mide en Newtons (N), y
su dirección es vertical y su sentido es opuesto al peso del
cuerpo.
Ahora podremos saber si un cuerpo de cierta densidad flota;
el termino flote se refiere a la capacidad que tiene un cuerpo
se cierta densidad de suspenderse en fluido de cierta densidad. Denotamos al cuerpo con una s y al fluido como una f.
Fe
ws = msg
Si hacemos la pertinente sumatoria de fuerzas que solo
existen en el eje y, entonces: ∑Fy = Fe – ws = msa
Tomamos el termino msa para saber como se mueve el
cuerpo al ser sumergido, hacia arriba o hacia abajo.
Acomodando Fe = msa + msg
Aplicando la ecuación para Fe
Vfρfg = msa + msg
Vfρfg = ms ( a+g)
ms = Vsρs
Vfρfg = Vsρs (a+g) como Vs = Vf
Vfρfg = Vsρs (a+g)
ρfg = ρs (a+g) despejando a
a = g (ρf/ ρs - 1)
Con esta expresión tan abreviada podemos deducir como
flotaría un cuerpo: la cantidad que multiplique a la gravedad
es la cantidad que definirá la aceleración. Si a es positivo el
cuerpo asciendo porque va a favor de Fe, y lo contario si es
negativa.
1. si el cuerpo es mas denso que el fluido (ρf <<ρs), entonces
el termino ρf/ ρs es menor que 1, y un numero menor que
uno menos uno da negativo, entonces a = g (-), queriendo,
decir que el cuerpo se hundiría, ósea, que es malo flotando.
2. si el cuerpo tiene la misma densidad que el fluido (ρf
=ρs), entonces el termino ρf/ ρs es 1, y 1-1 = 0, entonces a=
g.0 = 0, queriendo decir que el cuerpo no se mueve (no esta
acelerado) y por lo tanto se mantiene suspendido en el fluido.
3. si el cuerpo es menos denso que el fluido (ρf >>ρs), entonces el termino
ρf/ ρs es mayor que 1, y un numero
mayor que uno menos uno da positivo, entonces a = g (+),
queriendo, decir que el cuerpo ascendería, ósea, que es
bueno flotando.Estas serian nuestras conclusiones.
Una aplicación importante de este fenómeno es por lo menos el globo aerostático, que consiste en una canastilla
atada una bolsa gigante que contiene un
gas caliente, en este caso el producto de
una combustión de un combustible. Se
utiliza un gas caliente, porque este es
menos denso que el aire; si se quiere
elevar el globo, se inyecta gas caliente a
la bolsa, y si se quiere descender se
introduce aire frio. En casos la densidad
del globo se rebaja soltando los unos
sacos de arena atados a la canastilla.
Esto hace que el globo se eleve porque
seria menos denso que el aire. El mismo
principio se aplica a los zepelines, pero estos usan un gas
menos denso que el aire tan como el hidrogeno y el helio.
En el caso de las grandes embarcaciones que son construidas con metales tales como el acero, son diseñadas de tal
forma, que desocupen tanto líquido (agua de mar), para que
soporte su peso y no hundirse.
Revista Universitaria de Física
Por lo menos, cuando una persona se relaja en una piscina
flota; si vamos al mar muerto, el cual es muy concentrado
en sales, le confiere la propiedad de ser más denso que el
agua normal, y cuando una persona se sumerge, es difícil,
porque tiende al flotar.
Los submarinos son diseñados de la misma forma; resulta
que el submarino es transporte acuático, que viaja a grandes
profundidades; cuando el submarino quiere estar en la superficie esta vacio, y si quiero descender, por medio de unas
bombas, unas cavidades adecuadas de llenan de agua, haciendo que el submarino se haga mas denso y pueda descender.
Los icebergs son grandes bloques de hielo sumergidos en
las costas polares. Estos tienen la propiedad de que por estar
formados por hielo son menos densos que el agua. Lo que
no nos esperamos es que dejaba de esa pequeña isla de hielo
hay una gran masa de agua congelada.
Lo que paso el 12 de abril de 1912 a media noche, fue de
que el trasatlántico TITANIC que se dirigía a USA, fue un
choque inesperado con un iceberg, el cual eran una gran
masa de hielo flotante que se había desprendido del casquete del polo norte, gracias al verano de la época.
De las cosas mas lógicas de la vida, cuando estamos cocinando, cuando se fuma, vemos siempre que estoy gases
emitidos tienden a ascender, ya que cumplen la propiedad
de ser menos densos que el aire, y lo mismo pasa cuando
exhalamos aire dentro del agua.
CONCLUSIONES
Siempre que un cuerpo este inverso en un fluido, siempre
sentirá o experimentará una fuerza en contra de su peso, sea
en mayor o en menor grado. Los cuerpos mas densos que el
agua por ejemplo tienden a hundirse tales como los metales,
y los cuerpos menos densos que esta tienden a flotar, como
la madera, con que contraían los antiguos barcos, y con la
aplicación a la Aerostática y submarinismo. Arquímedes
además de hacer aplicaciones físicas también ayudo a la
lógica y argumentación matemática donde nacieron estos
conceptos de hidrostática. Gracias a este ingenioso se ha
avanzado en el campo científico, se esta buscando una tecnología para lograr la levitación lo cual es flotar en el aire,
el sueño del hombre.
REFERENCIAS
http://www.cnfe-cartagena04.com/grupos/686/bio.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADm
edes
http://es.wikipedia.org/wiki/Flotabilidad
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimed
es/arquimedes.htm
http://www.youtube.com/watch?v=n3A5MK6lDpg