Investigación

De

Física

Aplicaciones de luz y sonido en: Agricultura, Medicina, Fuerzas armadas.

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Curso: 1º½ B

Índice

Luz y sonido en medicina............................. Págs. 3-5

• Luz en medicina................................. Pág. 3

• Sonido en medicina.............................. Pág. 4-5

Luz y sonido en fuerzas armadas.................... Págs. 6-7

• Luz en fuerzas armadas........................ Págs. 6-7

• Sonido en fuerzas armadas..................... Pág. 7

Luz en Agricultura.......................... Págs. 7-9

• Luz en Agricultura.............................. Págs. 7-8

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Luz y sonido en medicina.

Luz en medicina.

La luz es parte de nuestra vida, sin ella no existiría el mundo como lo conocemos, sin embargo entender qué es resulta muy complicado, pues a veces presenta el comportamiento de una onda y a veces el de una partícula.

Un uso común de la luz visible es permitirle al médico obtener una información visual del paciente: el color de su piel, su estado de ánimo, anormalidades en su cuerpo. A veces la luz es insuficiente y entonces recurre a fuentes de luz más intensas, a espejos, a superficies cóncavas que concentran la luz en la región de interés o a instrumentos más complejos como el oftalmoscopio para ver dentro del ojo, el otoscopio que le permite ver dentro del oído o al endoscopio para observar cavidades internas.

La luz UV se usa en microscopía fluorescente. Los rayos X de baja energía se usan como fuente de irradiación en la técnica microscópica llamada historradiografía.

Cuando el haz utilizado es un haz de electrones se trata de un microscopio electrónico. Las lentes de este tipo de microscopio son campos eléctricos y magnéticos que pueden dirigir, afocar o abrir, el haz de electrones. La longitud de onda de los electrones depende de su energía, pero alcanza amplificaciones de hasta 250 000 veces, mientras el microscopio convencional alcanza unas 1000 veces de amplificación.

La energía total de un láser pulsado, de los que se usan en medicina, se mide en milijoules (mJ); puede ser liberada en menos de un microsegundo y la potencia instantánea resultante pueden ser megawatts. La salida de un láser pulsado generalmente se mide por el calor producido en el detector.

La energía de un láser, cuando incide en tejido humano, causa una rápida elevación de la temperatura y destruye, de esta manera, el tejido. El daño causado al tejido viviente depende de qué tanto se eleve la temperatura y del tiempo que permanezca elevada; por ejemplo, el tejido puede permanecer a 70°C durante un segundo sin ser destruido, pero a temperaturas por arriba de 100°C por breve que sea la exposición siempre hay destrucción.

El láser se usa comúnmente en medicina clínica sólo en oftalmología, principalmente para fotocoagulación de la retina (cauterización de un vaso sanguíneo), para lo que se utiliza un láser de xenón. También se usa para casos de retinopatía, retina desprendida y como bisturí en algunos casos. En la figura 25 se muestra un aparato útil en cirugía.

Es necesario que tanto el paciente como el médico, protejan sus ojos del rayo láser, ya que debido a que viaja como un haz concentrado de energía, aunque sufra varias reflexiones puede causar daños irreparables en caso de penetrar al ojo. El área donde se usa el rayo láser debe estar controlada y se debe prevenir al público.

Sonido en medicina.

El ultrasonido es una herramienta útil para diagnosticar diversas enfermedades de los ojos, para observar el estado de los fetos, en la detección de tumores cerebrales (ecoencefalografía) y en otras partes del cuerpo, etcétera

Uso del ultrasonido. Las ondas sonoras reflejadas por las diferentes partes del útero de una mujer preñada son distintas dependiendo del tejido con el que se encuentran.

El examen mediante ultrasonido tiene muchas aplicaciones durante el embarazo, permitiendo encontrar respuestas a toda una serie de dudas médicas. Algunas de las dudas más importantes que el ultrasonido es capaz de esclarecer son las siguientes:

-Embarazo ectópico. El ultrasonido puede utilizarse para diagnosticar que el embrión se está desarrrollando fuera de lugar, normalmente en una de las trompas de Falopio o en el abdomen en lugar del útero.

-Más de un bebé. El ultrasonido se utiliza para ver si una mujer lleva mellizos, trillizos e inclusive un número todavía mayor de fetos.

-Verificar la fecha estimada del parto. El tamaño del feto, que puede medirse utilizando ultrasonido, permite a los médicos estimar la fecha del parto con precisión.

-Evaluar el crecimiento fetal. Cuando el feto crece de manera más lenta o más rápida de lo esperado, el ultrasonido puede ayudar a determinar la razón—como el exceso de líquido amniótico o el crecimiento insuficiente del feto.

-Posibilidad de aborto espontáneo. Cuando se producen sangrados o hemorragias al comienzo del embarazo o cuando los latidos del corazón o los movimientos del feto parecen haberse detenido, el ultrasonido puede ayudar a determinar si el feto ha muerto y la mujer perderá su bebé.

-Ayudar a realizar otros diagnósticos prenatales. Cuando es necesario realizar una amniocentesis o un análisis del vello coriónico, los doctores utilizan el ultrasonido a manera de guía para extraer las células necesarias para probar la existencia de ciertos defectos de nacimiento.

-Diagnosticar ciertos defectos de nacimiento. Las imágenes de ultrasonido pueden utilizarse para diagnosticar ciertos defectos de nacimiento de la estructura corporal, como la ausencia de extremidades y a veces el labio leporino y la espina bífida. También puede permitir el diagnóstico de las malformaciones de ciertos órganos internos, inclusive las vías urinarias. Un tipo especial de ultrasonido llamada la ecocardiografía permite registrar el flujo de sangre a través de las cavidades y válvulas del corazón y los vasos sanguíneos, posibilitando la detección de muchas malformaciones cardíacas como también las anomalías potencialmente peligrosas del ritmo del corazón.

-Comprobar el bienestar del feto al final del embarazo a través de una prueba llamada el perfil biofísico fetal (en inglés, “fetal biophysical profile”). Esta prueba se realiza mediante ultrasonido y en adición a la prueba de “non-stress” (una comprobación especial de los latidos del corazón del feto que suele realizarse cuando la madre tiene diabetes o alta presión arterial, o cuando se ha superado la fecha estimada del parto). Las comprobaciones realizadas con ultrasonido incluyen la visualización de los movimientos fetales, de sus movimientos de respiración, de su tonicidad muscular y la medición de la cantidad de líquido amniótico.

-Ayudar a escoger el método de alumbramiento. El ultrasonido puede contribuir significativamente a determinar en cuáles embarazos será necesario realizar una intervención cesárea (también llamada en inglés “C-section”), como por ejemplo cuando el feto es especialmente grande o se encuentra en una posición anormal, o cuando la placenta se encuentra obstruyendo la salida del bebé del útero.

El ultrasonido permite la investigación de casi todos los componentes del cuerpo humano, sin embargo se utiliza con mayor frecuencia para el seguimiento del embarazo y el estudio de los órganos abdominales y pélvicos tanto en hombres como en mujeres.

Terapia Musical:

Se sabe que desde los tiempos de la antigua Grecia numerosos filósofos, historiadores y científicos han escrito sobre la música como agente terapéutico. Hace más de 2,500 años que el filósofo griego Pitágoras recomendó el cantar y el tocar un instrumento musical cada día para eliminar del organismo el miedo, las preocupaciones y la ira. No obstante, fue en el siglo 18 que comienzan a aparecer informes anecdóticos en la literatura profesional. En el siglo 19 comienzan a aparecer informes de experimentos controlados.

La terapia musical o musicoterapia moderna tiene su origen en Inglaterra. El más antiguo texto sobre música y medicina fue escrito por un médico llamado Richard Browne y publicado en 1729. Esta obra titulada Medicina Música, que aplicaba a la musicoterapia los principios científicos recientemente elaborados por el matemático y filósofo Rene Descartes, tuvo gran impacto en la práctica de la terapia musical en los Estados Unidos.

La música tiene una serie de efectos fisiológicos. La música influye sobre el ritmo respiratorio, la presión arterial, las contracciones estomacales y los niveles hormonales. Los ritmos cardiacos se aceleran o se vuelven más lentos de forma tal que se sincronizan con los ritmos musicales. También se sabe que la música puede alterar los ritmos eléctricos de nuestro cerebro.

Los terapistas musicales utilizan el sonido para ayudar con una amplia variedad de problemas médicos, que van desde la enfermedad de Alzheimer hasta el dolor de muelas. Los doctores en medicina conocen acerca del poder del sonido. Los investigadores han producido evidencia de la habilidad de la música para disminuir el dolor, mejorar la memoria y reducir el estrés.

Luz y sonido en fuerzas armadas

Luz en fuerzas armadas

El Sistema de Defensa Aérea de Alta Energía Láser (HELLADS, por sus siglas en inglés) es diseñado por la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa Avanzada del Pentágono, para ser colocado en aviones militares.

HELLADS creó un láser, con un peso de 750 kilogramos, el cual puede entrar en un jet militar y que será capaz de derribar un misil enemigo mientras vuela. Su tamaño será como el de un refrigerador grande.

Hasta el momento, este tipo de lásers eran muy voluminosos debido a que se necesitaban enormes sistemas de refrigeración para evitar su recalentamiento, por lo que sólo podían ser colocados en grandes aeronaves del tipo jumbo

Los lásers en estado líquido pueden disparar un rayo continuo, sólo que necesitan sistemas de enfriamiento de mayor tamaño que los sólidos, cuyos rayos son más intensos, aunque deben ser disparados con intervalos para evitar su recalentamiento.

El láser, llamado por sus inventores como "el arma infernal", ya cuenta con un prototipo capaz de disparar un rayo de un kilowatt (kW) y se planea construir una versión más poderosa, de 15 kW, a fines de año.

La tecnología ABL está llegando a su madurez. Ahora existen aeronaves que pueden servir de plataformas para trasportar tripulaciones, combustibles y equipos que constituyen un sistema de armas láser, con una potencial y elevada eficacia operativa. Esto significa que los ABLs pueden ser utilizados en una variedad de misiones, incluyendo la destrucción de TBM a distancias de más de 400 Km., las amenazas aéreas y misiles de crucero a más de 100 Km., y la defensa de elementos aerotransportados de alto valor contra misiles aire y superficieaire (Surface-to-Air Missiles - SAM). También pueden realizar vigilancia, comando y control (Command and Control - C), y dirección del combate, mientras conservan una capacidad efectiva de autodefensa. Estas misiones pueden cubrir amplias zonas mediante la capitalización de la flexibilidad y capacidad de rápida respuesta inherente al poder aéreo, mientras que la precisión del ABL es un potente multiplicador de fuerza para actuar sobre la etapa inicial de empuje del misil que intercepta. Esta visión de la eficacia futura del ABL es posible, debido a nuestras inversiones durante muchos años en el desarrollo del sistema HEL, que incluye una importante cantidad de trabajo realizado a fines de los años 70 y comienzos de los 80 con un HEL embarcado.

Tecnología militar

Los sistemas de guiado por láser para misiles, aviones y satélites son muy comunes. La capacidad de los láseres de colorante sintonizables para excitar de forma selectiva un átomo o molécula puede llevar a métodos más eficientes para la separación de isótopos en la fabricación de armas nucleares.

Sonido en fuerzas armadas

El sonido, una nueva forma de energía capaz de levitar objetos, un nuevo peligro en armamentística militar, una solución para la contaminación acústica y realidad virtual.

Las investigaciones comenzaron con una selección de animales de laboratorio. A los desafortunados se les aplicó infrasonido con una alta potencia. El resultado, derrames internos e incluso la destrucción de sus tejidos corporales. Buenas noticias para los científicos militares que ahora buscan desarrollar un arma de ondas sonoras, no tan buenas para los que sufran las aplicaciones y acaben como estos animales de laboratorio. Y cómo no, los militares de todo el mundo están trabajando en este tipo de armas ultrasónicas, alentados por los resultados de los laboratorios, que esperan aplicar en los conflictos. Olvidemos las ametralladoras y la guerra química, ahora lo que se lleva es la guerra de altavoces ultrasónicos. Afortunadamente, siempre hay quien piensa en utilidades más constructivas, como contrarrestar la contaminación acústica. Investigadores en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo Méjico, han desarrollado un motor medioambiental que utilizaría la energía sonora para este efecto. Un motor calorífico construido a principios del siglo XX por Robert Stirling, con la capacidad de generar electricidad por energía termoacústica, sería el futuro de nuestros hogares. Stirling descubrió como la alternancia de gases fríos y calientes podrían mover un pistón y este energía termoacústica de su motor calorífico produce un sonido por el helio caliente que culmina en energía eléctrica. Estos pequeños motores podrían ser utilizados en las casas generando una energía de muy bajo coste, que además de generar energía eléctrica, producirían calor, tal y como dice Greg Swift, uno de los creadores del motor experimental. Otro problema podría resolverse, éste es el de la contaminación acústica producida por los coches

Luz en Agricultura

Luz en Agricultura

La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La clorofila es el más importante de éstos, y es esencial para el proceso. Captura la luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda luminosas algo distintas y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el proceso de transformación. Estos pigmentos accesorios amplían el espectro de energía luminosa que aprovecha la fotosíntesis.

La fotosíntesis tiene lugar dentro de las células, en orgánulos llamados cloroplastos que contienen las clorofilas y otros compuestos, en especial enzimas, necesarios para realizar las distintas reacciones. Estos compuestos están organizados en unidades de cloroplastos llamadas tilacoides; en el interior de éstos, los pigmentos se disponen en subunidades llamadas fotosistemas. Cuando los pigmentos absorben luz, sus electrones ocupan niveles energéticos más altos, y transfieren la energía a un tipo especial de clorofila llamado centro de reacción.

En la actualidad se conocen dos fotosistemas, llamados I y II. La energía luminosa es atrapada primero en el fotosistema II, y los electrones cargados de energía saltan a un receptor de electrones; el hueco que dejan es reemplazado en el fotosistema II por electrones procedentes de moléculas de agua, reacción que va acompañada de liberación de oxígeno. Los electrones energéticos recorren una cadena de transporte de electrones que los conduce al fotosistema I, y en el curso de este fenómeno se genera un trifosfato de adenosina o ATP, rico en energía. La luz absorbida por el fotosistema I pasa a continuación a su centro de reacción, y los electrones energéticos saltan a su aceptor de electrones. Otra cadena de transporte los conduce para que transfieran la energía a la coenzima dinucleotido fosfato de nicotinamida y adenina o NADP que, como consecuencia, se reduce a NADPH2. Los electrones perdidos por el fotosistema I son sustituidos por los enviados por la cadena de transporte de electrones del fotosistema II. La reacción en presencia de luz termina con el almacenamiento de la energía producida en forma de ATP y NADPH2.