Fisica 1 Biologos y Geologos

Antes de empezar 1 Regimen de aprobacion: Para aprobar los trabajos prácticos de la cursada deberán aprobar cada uno de los exámenes parciales (o respectivos recuperatorios) y contar con el laboratorio aprobado. Cada parcial se puede recuperar una vez. La nota del recuperatorio reemplaza a todos los efectos a la nota del parcial correspondiente. 1er parcial: 19/05 2do parcial: 07/07 Rec 1er parcial: 14/07 Rec 2do parcial: 21/07 Sera reconocida la aprobación de laboratorio obtenida en el 1er cuatrimestre de 2016 o fechas posteriores. Para aprobar el laboratorio es necesario aprobar al menos 1 de las 4 instancias de evaluación de la práctica (i.e. al menos un parcial o recuperatorio). Finalmente, no. La materia NO es promocionable.

Antes de empezar 2 A lo largo de la cursada habrá clases especiales (no parcial, sí final) Criticalidad auto-organizada para modelar terremotos Conducción nerviosa Campo magnético terrestre: origen/biosensado Teorema 𝜋 – Análisis dimensional

Antes de empezar 3 Por qué están acá? Mis preguntas son tus preguntas? Por qué es tan difícil el dialogo entre disciplinas? Las trampas del lingo… Cual es el rol de cada disciplina en este diálogo? La interdisciplina es meramente aplicar metodos de la física a problemas biológicos?

Física / Biología ¨Physics is what physics do¨. Ciencia guiada por el método. Nos hacemos preguntas sobre la Naturaleza y buscamos respuestas: cuantitativas, concisas y bellas Pretendemos poder establecer un conjunto reducido de ecuaciones para describir las cosas. Muchas veces funciona…. Eh! Otras no…buhhh! Biología, una ciencia guiada por el objeto (IMHO): estudio de seres vivos. Complejidad de procesos hace que la descripción matemática sea muy compleja, no facilmente generalizable Enfoque tradicional descriptivo y cualitativo GAP cerrandose adaptado de Biophysics: Searching for principles Bialek (2011)

Física / Biología Si usted alguna vez tuviere que interactuar con un físico sepa que: El es feliz buscando respuestas cuantitativas, concisas y bellas El buscará siempre establecer un conjunto reducido de ecuaciones para describir las cosas. Esto implica buscará simplificar todo lo posible, pero no más. Diferencias epistemologicas = diferencias pedagogicas Física: se enseñan principios y se derivan predicciones de ejemplos particulares Biología: hay principios rectores pero se enseña mayoritariamente ejemplo por ejemplo

El primer físico moderno Galileo Galilei (1574 -1642)

Física "En lo tocante a ciencia, la autoridad de miles de opiniones no vale más, que una chispa de razonamiento de un hombre. Porque las observaciones presentes quitan la autoridad a lo decretado por escritores pasados, que considera si lo hubieran hecho, habrían determinado de otro modo". "Creo que en la discusión de los problemas naturales, deberíamos comenzar no con las escrituras, sino con experimentos y demostraciones". "Me parece que, al discutir los problemas naturales, no se debería partir de la autoridad de los pasajes de la Escritura, sino de la experiencia de los sentidos y de las demostraciones necesarias. Porque la Sagrada Escritura y la naturaleza proceden igualmente del Verbo divino, aquélla como dictado del Espíritu Santo, y ésta como la ejecutora perfectamente fiel de las órdenes de Dios".

Física Mecanica Clásica: Electricidad y Magnetismo Termodinámica "... La filosofía está escrita en ese grandísimo libro [de la naturaleza] que continuamente está abierto a los ojos (me refiero al universo), pero no se puede entender si antes no se aprende a entender la lengua, y conocer los caracteres en los que está escrito. Este libro está escrito en lengua matemática, y los caracteres son triángulos, círculos, y otras figuras geométricas, sin las cuales es imposible entender ni una palabra; sin ellos es como girar vanamente en un oscuro laberinto".[2] Mecanica Clásica: Trayectoria de objetos Orbitas planetarias Osciladores Fluidos Clima Electricidad y Magnetismo Objetos que interactúan a distancia Concepto de campo Termodinámica Física estadística Leyes fenomenológicas sumamente generales Propiedades macroscópicas de conjuntos enormes de átomos Cálculo diferencial Matemática de campos Teoría de Probabilidades adaptado de Biophysics: Searching for principles Bialek (2011)

Física Para analizar el movimiento de cuerpos Galileo comienza a medir

Física Para analizar el movimiento de cuerpos Galileo comienza a medir uno dos tres Distancia recorrida muescas equidistantes sobre el plano Tiempo empleado pulso Cantidad física Medición 𝐷~ 𝑡 2 dónde cuándo Qué tiempos y distancias somo capaces de medir hoy?

Tiempo Qué es? Cómo lo medimos? Definición: ¨el tiempo es lo que ocurre, aún cuando nada más ocurre¨…mse, ta´bien… Un tanto más útil: cuánto esperamos (entre dos eventos) Para poder medir intervalos de tiempo necesitamos usar algo periódico, que ocurra sucesivas veces de modo regular: Días terrestres (no estrictamente periódicos) Escala natural más importante desde el punto de vista biológico

Como medimos tiempos cortos Cuanto dura un día? Dividimos el intervalo en intervalos más pequeños: nro de vueltas que le doy a un reloj de arena Péndulo simple (Galileo): oscila en intervalos iguales de tiempo si las amplitudes son pequeñas Pendulos eléctrónicos: oscila la corriente eléctrica Nota que hace feliz a un físico: las ecuaciones que describen el movimiento oscilatorio del péndulo son formalmente las mismas que las que describen la corriente en el circuito.

Como medimos tiempos cortos Cuanto dura un día? Dividimos el intervalo en intervalos más pequeños: Con este tipo de dispositivos (osciladores mecánicos) podemos medir sin problemas intervalos 3600 veces más chicos que una hora (0.0000116 día) o sea eventos del orden del segundo. Con este tipo de dispositivos (osciladores electrónicos) podemos medir intervalos de 10-12 segundos (1 picosegundo) Se puede más precisión?

Tiempo cortos en biología

Tiempos más cortos Partículas subatómicas d Vida media de mesón 𝜋 0 𝑡= 𝑑 𝑣 ~ 10 −4 𝑚𝑚 3 10 8 𝑚/𝑠 ~ 10 −15 𝑠𝑒𝑔 Se mide 𝐾 + +𝑛→ 𝐾 + + π − +𝑝 Cámara de burbujas / emulsión fotográfica Se ha llegado a medir vidas medias de partículas de hasta 10 −24 𝑠𝑒𝑔 (tiempo que tardaría la luz en recorrer el núcleo de hidrógeno)

Escala temporal 10-24seg 10-12seg 1seg 1 dia Osciladores mecánicos Osciladores electrónicos

Tiempos largos Período natural: 365 días Tiempos más largos que un día Marcadores orgánicos Marcadores inorgánicos (radioactivos) Elementos químicos que se encuentran en estados excitados (alta energía). Emiten radiación para llegar a estados de menor energía: Atomo energéticamente más estable

Marcadores radioactivos # de núcleos radioactivos cte decaimiento 𝑑𝑁 𝑑𝑡 =−𝜆𝑁 1 𝑁 𝑑𝑁 𝑑𝑡 =−𝜆 La radioactividad de una muestra decae la misma fracción para intervalos idénticos de tiempo 𝑁 𝑡 0 = 𝑁 0 𝑁 𝑡 = 𝑁 0 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 𝑁 𝑡=𝑇 1/2 = 𝑁 0 1 2 𝑁 𝑡=2𝑇 1/2 = 𝑁 0 1 2 2 …

Datación orgánica c/marcadores radioactivos Excitación de núcleos de Nitrogeno atmosférico 𝑁 7 14 +𝑛→ 𝐶 6 14 +𝑝 Desexcitación de núcleos and C-12 𝐶 6 14 +𝑛→ 𝐶 6 12 + 𝑒 − + 𝜈

Datación orgánica c/marcadores radioactivos and C-12 𝐶 14 (𝑡)= 𝐶 14 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 se puede despejar! se mide 𝐶 14 (𝑡) 𝐶 12 (𝑡) = 𝐶 14 ( 𝑡 0 ) 𝐶 12 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 dato de atmósfera se conoce

Datación orgánica c/marcadores radioactivos 𝐶 14 (𝑡)= 𝐶 14 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 𝐶 12 (𝑡)= 𝐶 12 ( 𝑡 0 ) 𝐶 14 (𝑡) 𝐶 12 (𝑡) = 𝐶 14 ( 𝑡 0 ) 𝐶 12 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 se puede despejar! t0 𝑓 14/12 (𝑡) = 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 se conoce se mide dato de atmósfera log 𝑓 14/12 𝑡 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) = log 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 𝑡− 𝑡 0 = 𝑇 1 2 log 1 2 log 𝑓 14/12 𝑡 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) log 𝑓 14/12 𝑡 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) = 𝑡− 𝑡 0 𝑇 1 2 log 1 2 La precisión con la que podamos medir 𝑓 14 12 t es lo que

Datación orgánica c/marcadores radioactivos 𝑡− 𝑡 0 = 𝑇 1 2 log 1 2 log 𝑓 14/12 𝑡 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) 𝑓 14/12 (𝑡) = 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) 1 2 (𝑡− 𝑡 0 )/ 𝑇 1/2 t0 El alcance de este tipo de datación la define la precisión con la que podamos medir 𝑓 14 12 t Si podemos medir 1 parte de C14 en 1000000 de C12 𝑓 14/12 𝑡 𝑓 14/12 ( 𝑡 0 ) ~ 10 −6 ~ 1 2 20 → 𝑡− 𝑡 0 ~20 𝑇 1/2 ~ 100000 años

Datación inorgánica Uranio 𝑈 238 , 𝑇 1/2 = 10 9 𝑎ñ𝑜𝑠 𝑈 238 → 𝑃𝑏 206 La fracción de Pb que está rodeada de Uranio proviene del decaimineto del mismo. Su fracción puede ser usada para datación. Analizando fondo oceánico con esta técnica se determino la edad de la Tierra: 5.5 109 años (edad del universo 10-20 109 años) Imagen de catodoluminicencia de 400μm zircon, uno de los minerales más antiguos

Distancias Adaptado de Diego Ferreiro

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Adaptado de Diego Ferreiro

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Microscopia optica Adaptado de Diego Ferreiro

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Microscopia electrónica Adaptado de Diego Ferreiro

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Arte / Estructura proteica

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