Conceptos esenciales de física y biología: temperatura, ondas, células y más

Temperatura, calor y sus efectos

Definición de temperatura y escalas

La temperatura es la magnitud que mide la energía térmica de un cuerpo. Se puede medir en diferentes escalas:

• Escala Celsius (ºC): Es la escala más común, donde el punto de congelación del agua es 0ºC y el punto de ebullición es 100ºC.
• Escala Kelvin (K): Es la escala científica, donde el cero absoluto (0 K) representa la ausencia total de energía térmica. La relación entre Celsius y Kelvin es: K = ºC + 273.15.

Definición de calor y equilibrio térmico

El calor es la energía que fluye de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura hasta que ambas se igualan. El equilibrio térmico tiene lugar cuando dos cuerpos en contacto alcanzan la misma temperatura, haciendo que el cuerpo que se encuentra a menor temperatura capte el calor del cuerpo que está a mayor temperatura.

Efectos del calor

• Variaciones de temperatura: El calor puede aumentar o disminuir la temperatura de un cuerpo.
• Cambios de estado: Durante el cambio de estado, la temperatura permanece invariable. Esta se denomina temperatura de cambio de estado. Los cambios de estado en sustancias puras se producen siempre a la misma temperatura.
• Dilatación: Es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo cuando absorbe calor.

Formas de propagación del calor

El calor se propaga de tres formas principales:

• Conducción: Transferencia de calor a través de un material sin movimiento de materia.
• Convección: Transferencia de calor por el movimiento de un fluido (líquido o gas).
• Radiación: Transferencia de calor por ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio material.

Existen materiales conductores del calor, que lo transmiten fácilmente, y materiales aislantes, que dificultan su transmisión.

Ondas, luz y sonido

Definición de onda y tipos

Una onda es una perturbación que se propaga transportando energía, pero no materia. Existen dos tipos principales de ondas:

• Ondas mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse, como el sonido.
• Ondas electromagnéticas: No necesitan un medio material para propagarse, como la luz.

Reflexión de la luz y sus leyes

La reflexión es el fenómeno por el cual la luz, al llegar a una superficie de separación entre dos medios, es devuelta al primer medio cambiando de dirección. Se rige por las siguientes leyes:

• El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
• El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie están en el mismo plano, perpendicular a la superficie de separación.

Refracción de la luz y sus leyes

La refracción es el cambio de dirección que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio a otro en el que se propagan con distinta velocidad. Se rige por las siguientes leyes:

• Cuando un rayo pasa de un medio en el que va más rápido a otro en el que va más lento, el rayo refractado se acerca a la normal.
• Cuando un rayo pasa de un medio en el que va más lento a otro en el que va más rápido, el rayo refractado se aleja de la normal.

Definición de lente y sus tipos

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos superficies, al menos una de ellas curva. Pueden ser:

• Convergentes: Concentran los rayos de luz en un punto llamado foco.
• Divergentes: Separan los rayos de luz.

Partes del ojo y sus funciones

• Córnea y cristalino: Actúan como lentes convergentes para formar una imagen de los objetos sobre la retina.
• Retina: Superficie interna del ojo donde se forma la imagen.

El sonido

Definición de onda sonora

Una onda sonora es la vibración de un cuerpo que se propaga en forma de onda por un medio elástico, como el aire.

Cualidades del sonido

• Intensidad: Es la magnitud que da idea de la cantidad de energía que transporta la onda sonora. Se relaciona con el volumen del sonido.
• Tono: Está relacionado con la frecuencia de la onda sonora. Un sonido agudo tiene una frecuencia alta, mientras que un sonido grave tiene una frecuencia baja.
• Timbre: Es la cualidad que permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y tono, pero producidos por diferentes fuentes sonoras.

El oído: partes y funciones

• Oído externo: Compuesto por la oreja y el canal auditivo externo. Capta las ondas sonoras.
• Oído medio: Compuesto por el tímpano, el martillo, el yunque y el estribo. Transmite las vibraciones del tímpano al oído interno.
• Oído interno: Compuesto por el utrículo, el sáculo, los canales semicirculares y el caracol. Transforma las vibraciones en impulsos nerviosos que se envían al cerebro.

La deriva continental

Pruebas de la deriva continental

• Geográficas: La costa occidental de África coincide casi exactamente con la de Sudamérica.
• Paleontológicas: La evolución de muchos tipos de animales no tiene explicación si no se considera que los continentes estuvieron unidos en el pasado.
• Geológicas: Las formaciones geológicas están repartidas de forma simétrica a uno y otro lado del océano Atlántico.
• Paleoclimáticas: La Antártida se ha movido, pasando de estar en zonas tropicales a donde se sitúa hoy en día.

Dorsal oceánica

Las dorsales oceánicas son elevaciones submarinas en las que se genera nueva corteza oceánica. Por ellas surge lava de forma constante que, al enfriarse por contacto con el agua, se solidifica.

Zona de subducción

Las zonas de subducción son áreas donde las placas tectónicas chocan unas con otras. En estas zonas, una placa se introduce por debajo de la otra.

La célula

Tipos de células y diferencias

Existen dos tipos principales de células:

• Eucariotas: Poseen un núcleo definido que contiene el material genético.
• Procariotas: No poseen un núcleo definido, y su material genético se encuentra disperso en el citoplasma.

Ambos tipos de células tienen en común la presencia de una membrana plasmática que las delimita.

Orgánulos citoplasmáticos y su función

• Mitocondrias: Producen energía para la célula.
• Cloroplastos: Realizan la fotosíntesis, produciendo moléculas orgánicas (solo en células vegetales).
• Aparato de Golgi: Interviene en la secreción celular.
• Retículo endoplasmático: Produce sustancias necesarias para la célula.
• Centrosoma: Se encarga de la división celular (solo en células animales).
• Ribosomas: Sintetizan proteínas.
• Lisosomas: Digieren sustancias nutritivas.
• Vacuolas: Almacenan distintas sustancias.
• Cilios y flagelos: Permiten el movimiento de la célula.