Biofísica Final Dic 23 TC 8 Fluidos

El caudal sanguíneo de un adulto en reposo es de unos 5 L/min. La presión media en la aorta (a la salida del corazón) es de unos 100 mmHg y en la vena cava (donde reingresa al corazón) es de unos 5mmHg. Entonces la resistencia total del sistema circulatorio (en Pa. s/m³) es de:

 

a) 19

b) 1,5 x 10^5

█ c) 1,5 x 10^8

d) 1500

e) 1,5 x 10^11

f) 20

 

 

ΔP = Rh Q (ley de Poiseuille)

 

Donde

ΔP = variación de la presión = PA – PC

PA = presión inicial = presión de la aorta = 100 mmHg (101300 Pa / 760 mmHg) = 13329 Pa

PC = presión final = presión de la cava = 5 mmHg (101300 Pa / 760 mmHg) = 666 Pa

Rh = resistencia hidrodinámica del sistema

Q = caudal = 5 Lt/min (1 dm³ / Lt) (1 m³ / 1000 dm³) (1 min / 60 seg) = 8,33 x 10^-5 m³/seg

 

Reemplazando y despejando Rh

Rh = (PA – PC) / Q = (13329 Pa – 666 Pa) / 8,33 x 10^-5 m3/s = 1,52 x 10^8 Pa.s/m³

 

 

Biofísica Final Dic 23 TC 7 Dinámica

Dos cuerpos iguales, A y B, descienden desde el reposo desde la misma altura. A lo hace en caída libre y B lo hace por un plano inclinado 45°. En ambos casos se desprecia el efecto del rozamiento. Si L y P son el trabajo y la potencia media durante el descenso:

 

a) PA = PB y LA < LB

b) PA = PB y LA > LB

c) PA < PB y LA < LB

d) PA > PB y LA > LB

e) PA < PB y LA = LB

█ f) PA > PB y LA = LB

 

 

LA = PA h

LB = PBx d

 

Donde

LA = trabajo del cuerpo A

PA = peso del cuerpo A

h = altura del plano inclinado

LB = trabajo del cuerpo B

 

PBx = componente x del peso del cuerpo B = PB sen 45°

PB = peso del cuerpo B

d = longitud del plano inclinado = h / sen 45°

 

Reemplazando

LA = PA h

LB = PB sen 45° h / sen 45° = PB h

 

Si PA = PB à LA = LB

 

PotA = LA / tA

PotB = LB / tB

 

Donde

PotA = potencia A

.tA = tiempo de caída del cuerpo A

PotB = potencia B

tB = tiempo de caída del cuerpo B

 

Cuerpo A

y = yo + vo t – 1 / 2 g t^2

 

Donde

y = altura final = 0

yp = altura inicial = h

vo = velocidad inicial = 0

g = aceleración de la gravedad

t = tiempo transcurrido en la caída = tA

 

Reemplazando y despejando tA

tA = raíz (2 h /g)

 

Cuerpo B

PBx = mB a

 

Donde

PBx = componente x del peso del cuerpo B = PB sen 45°

PB = peso del cuerpo B = mB g

mB = masa del cuerpo B

a = aceleración

 

Reemplazando y despejado a

.a = mB g sen 45° / mB = g sen 45°

 

Ecuación horaria

x = xo + vo t + 1 / 2 a t^2

 

Donde

x = posición final = d = h /sen 45°

x = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0

a = aceleración = g sen 45°

t = tiempo transcurrido en la caída = tB

 

Reemplazando y despejando tB

tB = raíz (2 h / (sen^2 45° g)

 

Comparando

tB > tA

 

Reemplazando en la Pot

PotA = LA / tA

PotB = LB / tB

 

Si tB > tA à Pot A > Pot B

 

Biofísica Final Dic 23 TC 6 Electricidad

Dos resistencias iguales se conectan en paralelo con una pila. La potencia disipada total es de 20 W. Si se conectan las mismas resistencias en serie, con la misma pila la nueva potencia disipada total es de:

 

█ a) 5 W

b) 10 W

c) 20 W

d) 30 W

e) 40 W

f) 80 W

 

Pot = V^2 / Rt

 

Donde

Pot = potencia disipada

V = diferencia de potencial = V

Rt = resistencia del circuito

 

Resistencia en serie: Rs = R + R = 2 R

Resistencia en paralelo: Rp = 1 / (1/ R + 1 / R) = R / 2

 

Paralelo: Potp = V^2 / (R / 2) = 2 V^2 / R = 20 W

 

Despejando R

R = 2 V^2 / (20 W) = V^2 / 10 W

 

Serie: Pots = V^2 / (2 R)  

 

Reemplazando R

Pots = V^2 / (2 V^2 / 10 W) = 10 W /2 = 5 W

 

 

Biofísica Final Dic 23 TC 5 Electricidad

 Se coloca una carga puntual de valor Q = 2 mC a 3 m de un plano infinito cargado con densidad de carga positiva. La carga experimenta una fuerza de 0,5 N. Entonces es verdad que:

a) a 6 m de la placa la fuerza eléctrica es de 0,25 N

b) a 6 m de la placa la fuerza eléctrica es de 1 N

█ c) a 6 m de la placa la fuerza eléctrica es de 0,5 N

d) el campo eléctrico a 3 m de la placa vale 0,5 N/C

e) el campo eléctrico a 6 m de la placa vale 0,5 N/C

f) el campo eléctrico a 50 m de la placa es casi nulo.

 

Campo eléctrico ( E ) de un plano infinito es constante à Fuerza (F) = constante = 0,5 N

 

F = Q E

 

Donde

F = fuerza eléctrica = 0,5 N

Q = carga puntual = 2 mC = 2 x 10^-3 m

E = campo eléctrico

 

Reemplazando y despejando E

E = F / Q = 0,5 N / (2 x 10^-3 m) = 250 N/m

 

Biofísica Final Dic 23 TC 4 Termodinámica

Una persona se encuentra de pie en un ascensor. Establecer en cuál de las situaciones descriptas la fuerza de contacto ascensor-persona es mayor que el peso de la persona.

 

a) El ascensor baja aumentando su velocidad

b) El ascensor baja a velocidad constante

c) El ascensor baja partiendo del reposo

█ d) El ascensor sube aumentando su velocidad

e) El ascensor sube a velocidad constante

f) El ascensor está detenido en el tercer piso

 

 

Ecuación de Newton

 

N – P = m a

 

donde

N = fuerza ejercida por el piso del ascensor sobre la persona

P = peso de la persona

m = masa de la persona

a = aceleración

 

despejando

N = m a + P > P à  a > 0

 

Si el ascensor sube (v > 0 ) y a > 0 à sube aumentado la velocidad

Si el ascensor baja (v < 0 ) y a > 0 à baja disminuyendo la velocidad

 

Biofísica Final Dic 23 TC 3 Termodinámica

 ¿Cuáles de estas afirmaciones son verdaderas?

 

a)     En una expansión isotérmica reversible la entropía de un gas ideal no varía.

Falso.

 

ΔS = Q / T = n R ln (Vf /Vi)

 

Donde

ΔS = variación de la entropía

Q = calor intercambiado

T = temperatura constante (isotérmica)

 

ΔU = Q – L (primer principio)

 

Donde

ΔU = variación de la energía interna = 0 (isoterma)

Q = calor intercambiado

L = trabajo realizado > 0 (expansión isotérmica el sistema realiza trabajo sobre el medio)

 

Reemplazando y despejando Q

Q = L

 

Reemplazando en ΔS

ΔS = Q / T > 0

 

 b)    En un sistema que no intercambia trabajo con el medio la energía interna nunca cambia.

Falso.

 

ΔU = Q – L (primer principio)

 

Donde

ΔU = variación de la energía interna (SOLO depende de la temperatura)

Q = calor intercambiado

L = trabajo realizado = 0

 

 

Reemplazando

ΔU = Q

 

p.e. una expansión a volumen constante

L = 0 à P varia (expansión) à T varia à ΔU varia

 

█ c) En una expansión isobárica reversible de un gas ideal, su entropía aumenta.

Verdadera.

 

ΔS = n cp ln(Vf/Vi)

 

Donde

ΔS = variación de la entropía a presión constante (isobática)

n = número de moles

cp = calor especifico a presión constante

Vf = volumen final

Vi = volumen inicial

 

Expansión à Vf > Vi à  Vf / Vi  > 1 à ln (Vf / Vi) > 1  à   ΔS > 0 (Entropía aumenta)

 

 

█ d) Si se comprime reversible e isotérmicamente un gas ideal su entropía disminuye.

Verdadera.

 

ΔS = Q/T = n R ln (Vf / Vi)

 

Donde

ΔS = variación de la entropía a temperatura constante (isoterma)

n = número de moles

R = constante de los gases ideales

Vf = volumen final

Vi = volumen inicial

 

Comprime à Vf < Vi  à Vf / Vi  < 1 à ln (Vf / Vi) < 0 à  ΔS < 0 (Entropía disminuye)

 

 

e) La entropía de un gas ideal en una evolución cíclica en sentido horario disminuye.

Falso.

 

La entropía (S) es una función de estado

Evolución cíclica à Estado final = Estado inicial  à ΔS = 0

 

f) La entropía de un gas ideal en una evolución cíclica en sentido horario aumenta.

Falso.

 

La entropía (S) es una función de estado

Evolución cíclica à Estado final = Estado inicial  à ΔS = 0