UF14_Fisica_Quimica

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libro de fisica y quimica

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Unidad de Formación No. 14 Educación Regular Física - Química La física-química fsiológica en la salud comunitaria

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© De la presente edición: Colección: CUADERNOS DE FORMACIÓN COMPLEMENTARIA Unidad de Formación No. 14 Física - Química La física-química fsiológica en la salud comunitaria Documento de Trabajo Coordinación: Viceministerio de Educación Superior de Formación Profesional Viceministerio de Educación Regular Dirección General de Formación de Maestros Instituto de Investigaciones Pedagógicas Plurinacional Unidad de Políticas Intraculturales Interculturales y Plurilingue Redacción y Dirección: Equipo PROFOCOM Cómo citar este documento: Ministerio de Educación 2014. Unidad de Formación Nro. 14 “Física Química - La física-química fsiológica en la salud comunitaria”. Cuadernos de Formación Continua. Equipo PROFOCOM. La Paz Bolivia. Diseño Franklin Nina Dalia Nogales LA VENTA DE ESTE DOCUMENTO ESTÁ PROHIBIDA Denuncie al vendedor a la Dirección General de Formación de Maestros Telf. 2912840 - 2912841

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1 Í n d i c e Presentación .................................................................................................................. 3 Introducción .................................................................................................................. 5 Objetvo holístco .................................................................................................................. 6 Criterios de evaluación .......................................................................................................... 6 Uso de lenguas originarias .................................................................................................... 7 Momento 1 Sesión presencial................................................................................................................... 8 Momento 2 Sesiones de construcción crítca y concreción educatva ...................................................... 28 I. Actvidades de autoformación ........................................................................................... 28 Tema 1: Los avances de la termodinámica y sus aportes en la educación socioproductva ................................................................................................... 28 Tema 2: La fsica cuántca aplicada en productos tecnológicos de la vida cotdiana ............. 43 Tema 3: Nanociencia y nanotecnología en la solución de algunas necesidades humanas ... 53 II. Actvidades de formación comunitaria ............................................................................. 68 III. Actvidades de concreción educatva ............................................................................... 69 Momento 3 Sesión presencial de socialización ......................................................................................... 70 Producto de la unidad de formación ..................................................................................... 70

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3 E l Programa de Formación Complementaria para Maestras y Maestros en Ejercicio PROFOCOM es un programa que responde a la necesidad de transformar el Sistema Educatvo a partr de la formación y el aporte de las y los maestros en el marco del Modelo Educatvo Sociocomunitario Productvo y de la Ley de la Educación N° 070 “Avelino Siñani - Elizardo Pérez” que defne como objetvos de la for - mación de maestras y maestros: 1. Formar profesionales crítcos refexivos autocrítcos propositvos innovadores investgadores comprometdos con la democracia las transformaciones sociales la inclusión plena de todas las bolivianas y los bolivianos. 2. Desarrollar la formación integral de la maestra y el maestro con alto nivel académico en el ámbito de la especialidad y el ámbito pedagógico sobre la base del conocimiento de la realidad la iden- tdad cultural y el proceso socio-histórico del país. Art. 33 Así entendido el PROFOCOM busca fortalecer la formación integral y holístca el compromiso social y la vocación de servicio de maestras y maestros en ejercicio mediante la implementación de procesos formatvos orientados a la aplicación del Currículo del Sistema Educatvo Plurinacional que concretce el Modelo Educatvo Sociocomunitario Productvo aportando en la consolidación del Estado Plurinacional. Este programa es desarrollado en todo el Estado Plurinacional como un proceso sistemátco y acreditable de formación contnua. La obtención del grado de Licenciatura será equivalente al otorgado por las Escuelas Superiores de Formación de Maestras y Maestros ESFM artculado a la apropiación e implementación del Currículo Base del Sistema Educatvo Plurinacional. Son las Escuelas Superiores de Formación de Maestras y Maestros Unidades Académicas y la Universidad Pedagógica las instancias de la implementación y acreditación del PROFOCOM en el marco del currículo de formación de maestras y maestros del Sistema Educatvo Plurinacional orientando todos los procesos formatvos hacia una: “Formación Descolonizadora” que busca a través del proceso formatvo lidiar contra todo tpo de discriminación étnica racial social cultural religiosa lingüístca polítca y económica para garantzar el acceso y permanencia de las y los bolivianos en el sistema educatvo promoviendo igualdad de oportunidades y equiparación de condiciones a través del conocimiento de la historia de los pueblos Presentación

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4 de los procesos liberadores de cambio y superación de estructuras mentales coloniales la revaloriza- ción y fortalecimiento de las identdades propias y comunitarias para la construcción de una nueva sociedad. “Formación Productva” orientada a la comprensión de la producción como recurso pedagógico para poner en práctca los saberes y conocimientos como un medio para desarrollar cualidades y capaci - dades artculadas a las necesidades educatvas insttucionales en complementariedad con polítcas estatales. La educación productva territorial artcula a las insttuciones educatvas con las actvidades económicas de la comunidad y el Plan Nacional de Desarrollo. “Formación Comunitaria” como proceso de convivencia con pertnencia y pertenencia al contexto histórico social y cultural en que tene lugar el proceso educatvo. Esta forma de educación mantene el vínculo con la vida desde las dimensiones material afectva y espiritual generando práctcas edu- catvas partcipatvas e inclusivas que se internalizan en capacidades y habilidades de acción para el benefcio comunitario. Promueve y fortalece la consttución de Comunidades de Producción y Trans- formación Educatva CPTE donde sus miembros asumen la responsabilidad y corresponsabilidad de los procesos y resultados formatvos. “Formación Intracultural Intercultural y Plurilingüe” que promueve la autoafrmación el reconoci - miento fortalecimiento cohesión y desarrollo de la plurinacionalidad asimismo la producción de saberes y conocimientos sin distnciones jerárquicas y el reconocimiento y desarrollo de las lenguas originarias que aporta a la intraculturalidad como una forma de descolonización y a la interculturali- dad estableciendo relaciones dialógicas en el marco del diseño curricular base del Sistema Educatvo Plurinacional el Currículo Regionalizado y el Currículo Diversifcado. Este proceso permitrá la autoformación de las y los partcipantes en Comunidades de Producción y Transformación Educatva CPTE priorizando la refexión el análisis la investgación desde la escuela a la comunidad entre la escuela y la comunidad con la escuela y la comunidad hacia el desarrollo armó- nico de todas las potencialidades y capacidades valorando y respetando sus diferencias y semejanzas así como garantzado el ejercicio pleno de los derechos fundamentales de las personas y colectvidades y los derechos de la Madre Tierra en todos los ámbitos de la educación. Se espera que esta colección de Cuadernos que ahora presentamos se consttuyan en un apoyo tanto para facilitadores como para partcipantes y en ellos puedan encontrar: Los objetvos orientadores del desarrollo y la evaluación de cada Unidad de Formación. Los contenidos curriculares mínimos. Lineamientos metodológicos concretados en sugerencias de actvidades y orientaciones para la incidencia en la realidad educatva en la que se ubica cada partcipante. Si bien los Cuadernos serán referencia básica para el desarrollo de las Unidades de Formación cada equipo de facilitadores debe enriquecer regionalizar y contextualizar los contenidos y las actvidades propuestas de acuerdo a su experiencia y a las necesidades específcas de las maestras y maestros. Roberto Aguilar Gómez MINISTRO DE EDUCACIÓN

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 5 Introducción En la Unidad de Formación N° 14 contnuamos trabajando aspectos concretos que orientan el sentdo de la implementación de los elementos curriculares del Modelo Educatvo Sociocomunitario Productvo. En ese sentdo dando contnuidad a la Unidad de Formación N° 13 el material propuesto será trabajado desde las Áreas de Saberes y Conocimientos. En la presente Unidad de Formación se propone desarrollar el proceso de artculación de las Áreas de Saberes y Conocimientos además de contnuar con el proceso de profundización de las Áreas como parte del proceso de autoformación. En el Momento I Sesión Presencial desarrollaremos el proceso metodológico de artculación de los saberes y conocimientos de las Áreas a través de un “acontecimiento” narrado y/o problemátca de la realidad el cual es problematzado a partr de los sentdos de los campos y el enfoque de las Áreas para vincular esa problemátca con los procesos educatvos que desarrollan las y los maestros. Esta parte de la Unidad de Formación muestra la importancia de la problematzación y de las preguntas para promover un uso crítco de los contenidos que puedan abrirse a las exigencias de la realidad. Es necesario aclarar que la utlización del “acontecimiento” como un elemento artculador obedece sólo a fnes didáctcos del proceso formatvo del PROFOCOM por tanto no es un nuevo elemento de la estructura curricular. En el desarrollo curricular de los niveles del Subsistema de Educación Regular el elemento artculador predominante es el Proyecto Socioproductvo. Para el Momento II de construcción crítca y concreción educatva en las actvidades de autoformación trabajamos tres temas o contenidos formatvos del Área o especialidad para su profundización. Los temas son abordados a partr de preguntas y están orientados a promover la refexión crítca a partr de lecturas de textos propuestas para este fn 1 . Al igual que en la Unidad de Formación Nº 13 en esta parte seguiremos trabajando la problematzación de nuestras Áreas de Saberes y Conocimientos para perflar los nuevos enfoques de Área que propone el Modelo Educatvo Sociocomunitario Productvo para su abordaje. Por últmo la presente Unidad de Formación plantea las actvidades de Formación Comunitaria y de Concreción Educatva ambas dirigidas al planteamiento de actvidades que permitan la transformación de la práctca educatva de maestras y maestros en función de la apropiación crítca de las propuestas de este material que ponemos a disposición. 1 Las lecturas de los textos propuestos deben ser abordados de manera crítca y problemá tc a no se trata de leer de manera pasiva repettva o memorístca éstas deben generar el debate y discusión. No tenen la función de dar respuestas a las preguntas realizadas sino son un insumo o dispositvo para que maestras y maestros abran el debate y profundicen los temas del área abordados.

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6 En la sesión Presencial 8 horas trabajaremos orga nizados por Áreas de Saberes y Conocimientos en las Sesiones de Construcción Crítca y Concreción Educatva 138 horas se trabajará en las Comunidades de Producción y Transformación Educatva CPTEs y en la Sesión Presencial de Socialización 4 horas la actvidad puede organizarse por Áreas de Saberes y Conocimientos o por las CPTEs según las necesidades para un adecuado desarrollo de la sesión. Debemos tomar en cuenta que en los casos que una o un facilitador deba trabajar además con la Unidad de Formación de Primaria Comunitaria Vocacional es importante realizar una organización y proceso adecuado de manera que ambos niveles desarrollen adecuadamente esta Unidad de Formación. Objetivo holístico Profundizamos en los saberes y conocimientos del área problematzando y refexionando la realidad mediante el desarrollo de procesos metodológicos de artculación e integración de contenidos a través de la práctca de acttudes de trabajo cooperatvo y respeto mutuo para desarrollar procesos educatvos pertnentes vinculados a las demandas necesidades y problemátcas de la realidad. Criterios de evaluación SABER Profundizamos en los saberes y conocimientos del área problematzando y refexionando la realidad. – Comprensión de la importancia de la integración de saberes y conocimientos y de artculación del currículo con el Proyecto Socioproductvo. – Apropiación crítca de los contenidos profundizados en cada área de saberes y conocimientos. HACER Mediante el desarrollo de procesos metodológicos de artculación e integración de contenidos. – Artculación de los elementos curriculares con el plan de acción del Proyecto Socioproductvo. – Integración de los saberes y conocimientos de las Áreas al interior del Campo y entre Campo de Saberes y Conocimientos con el Proyecto Socioproductvo. SER A través de la práctca de acttudes de trabajo cooperatvo y respeto mutuo. – Acttud c omprometda en el trabajo al interior de las CPTEs. – Respeto por la opinión de la o el otro. DECIDIR Para desarrollar procesos educatvos pertnentes vinculados a las demandas necesidades y problemátcas de la realidad. – Transformación de la práctca educatva en función de responder a la realidad de la comunidad .

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 7 Uso de lenguas indígena originarias El uso de la lengua originaria debe realizarse en los tres momentos del desarrollo de la Unidad de For- mación. De acuerdo al contexto lingüístco se realizarán conversaciones preguntas intercambios de opiniones discusiones y otras acciones lingüístcas aplicando la lengua originaria. Asimismo esta experiencia desarrollada en los procesos de formación debe ser también desplegada por las y los maestros en el trabajo cotdiano en los espacios educatvos en los que se desenvuelven.

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8 Momento 1 Sesión presencial Para iniciar la sesión presencial la o el facilitador anuncia que en la sesión presencial de 8 horas se hará énfasis en el trabajo del proceso metodológico de la artculación de las Áreas de Saberes y Conocimien - tos lo que involucra la partcipación actva de todas las áreas en el desarrollo de actvidades comunes por Campos y por Áreas. PROCESO METODOLÓGICO DE LA ARTICULACIÓN DE LAS ÁREAS 1. P artr de la pr oblema tz ación de la r ealidad desde el sen tdo de los Campos y el en f oque de las Áreas Uno de los criterios centrales del Modelo Educatvo Sociocomunitario Productvo es vincular a la educación con la realidad es decir vincular la educación a los procesos histórico polítcos de nuestras comunidades pueblos barrios ciudades y el país en su conjunto de esta manera se busca partr de nuestros proble - mas/necesidades/potencialidades para que el desarrollo de los procesos educatvos pueda convertrse en un mecanismo que coadyuve a transformar nuestra realidad. En este sentdo el elemento central para la artculación de las Áreas de Saberes y Conocimientos son justamente nuestros problemas/necesidades/potencialidades ya que esta realidad atraviesa a todas las Áreas sin distnción. Dentro del Currículo Base el Proyecto Socioproductvo cumple el rol artculador de las Áreas en el desarrollo de los procesos educatvos ya que representa aquel problema/necesidad/ potencialidad de nuestro contexto que vamos a priorizar para transformar. Por tanto las y los maestros desarrollarán los procesos de artculación en sus Unidades Educatvas a través del mismo. La problematzación nos vincula con la realidad de un modo crítco pues es una forma de cuestonar a la misma desde un determinado lugar y proyecto de sociedad en nuestro caso desde los sentdos de los Campos de Saberes y Conocimientos que expresan la direccionalidad polítca que plantea la estructura curricular. La problematzación plantea preguntas y problemas irresueltos e inéditos que nos involucran en su desarrollo y resolución es decir permite abrir espacios para la transformación de la realidad por tanto no está dirigida sólo a explicar y/o describir fenómenos u objetos ajenos a nosotros. Bajo este contexto la problematzación de un “acontecimiento” de la realidad para trabajar la artculación de las Áreas de Saberes y Conocimientos se refere a plantear preguntas sobre un determinado hecho para cuestonarlo crítcamente desde los criterios que plantean los Sentdos de los Campos y/o el Enfoque de las Áreas y de esta forma vislumbrar las formas en las que podemos vincular las problemátcas de la realidad con los procesos educatvos. Es importante aclarar que por temas didáctcos el proceso metodológico de la artculación de las Áreas que desarrollaremos en la sesión presencial se realizará a partr de la narración de un “acontecimiento” o problema de la realidad éste entonces será el punto de partda para realizar el proceso metodológico de la artculación de las Áreas. No hay que confundir entonces a la narración del “acontecimiento” o problema de la realidad con la que iniciamos este ejercicio de artculación de las Áreas como un “nuevo” elemento dentro de la estructura curricular. Como se ha aclarado simplemente es un recurso que usamos con fnes didáctcos en el proceso de formación en el PROFOCOM.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 9 Actvidad 1 Organizados en grupos por Campos de Saberes y Conocimientos realizamos la lectura crítca y minuciosa de la narración del “acontecimiento” 2 o problema de la realidad propuesto en la Unidad de Formación. “Acontecimiento” HISTORIAS DE AMOR VIOLENCIA Y FEMINICIDIO EN BOLIVIA 3 Mi nombre es Lis soy una mujer que se casó muy joven como todas las mujeres de mi comunidad y ya tengo un niño muy pequeño… siempre pensé que mi vida iba ser feliz cuando me casara y más feliz sería cuando tengamos un niño varón pues las mujeres solo vienen a sufrir a este mundo era algo que me decía mi mamá siempre pero la verdad es que nunca me imaginé que tendría en mi vida hechos de violencia contra mí y mi pequeño hijo. La realidad me mostró que la crueldad existe y se desquita contra la mujer que parió la mujer pobre la mujer campesina y esto lo digo porque fuimos sometdos por un grupo de malas personas que hasta la fecha son favorecidas por la retardación de justcia y amparadas por administradores de justcia que sólo favorecieron a los culpables al eximirlos de toda culpa y toda pena y poniendo sobre mis hombros todo el dolor y toda la pena. Yo vengo de una ciudad llamada Tupiza en la provincia Sud Chichas de Potosí allí es donde mi pareja me golpeaba y mi comunidad me culpaba por dejarlo y denunciarlo y mi familia y mis amigos se alejaron de mí por denunciar a mi marido y por pedir que ya no me pegue más y fue allí donde todos me conocían en donde no encontraba soluciones o personas que me ayuden. Por eso me fui a la capital a La Paz creyendo que por tener un lindo nombre esa ciudad allí encontraría tranquilidad y apoyo pero fue en vano sólo encontré más soledad e injustcia. Allí había personas que solo escuchaban lo que decía pero no me ayudaban en nada solo me hacían revivir una y otra vez la pena el recuerdo amargo la injustcia que duele y sangra cada vez que vuelvo a contar mi historia a los llamados expertos en la justcia expertos en ayudar a la víctma pero que lo único que hacían era abrir más la herida. Desde la mujer forense que me trató muy mal y me hizo sentr culpable pues ella me retaba y me hacía llorar más de lo que yo ya lloraba después fui a muchos lugares que sólo me hacían repetr una y mil veces la misma historia la misma desgracia el mismo sufrimiento y sólo lo hacían para no leer el expediente. Ellos sólo me prometan cosas que después no cumplían. Lo que sí me pedían era que fuera a muchos lugares que llenare muchos papeles que pague muchos certfcados y que cuente de nuevo mi historia mi dolor pero de tanto repetrlo ya no quería hablar pues era otro golpe a mi vientre que a nadie le daba pena y que nadie me daba consuelo. A veces camino sola por la calle mucho tempo sin destno matando solo el tempo y pensando en cómo matarme para colmo no tengo lugar seguro para quedarme pues en donde me alojo no piensan que tengo un hijo solo quieren que pague el alquiler y si no tengo para pagarle me echan y no tengo 2 Este primer paso para la artculación de las áreas en la Unidades Educatvas se desarrollará a partr de una lectura crítca del problema necesidad o potencialidad de nuestra comunidad defnido para el Proyecto Socioproductvo. 3 Testmonio extraído de Historias de amor violencia y femicidio en Bolivia en: www.pueblos-originarios.com.ar visitado a 19:40 del 11 de febrero de 2014. Para mayor profundidad referirse al texto original.

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10 trabajo estable pues cada audiencia que después se pospone cada examen cada solicitud que debo buscar lo hago yo personalmente y debo salir muy temprano o faltar al trabajo y así no hay trabajo que dure pues a nadie le importa los problemas ajenos y nadie le interesa en darme ayuda y los refugios de mujeres golpeadas están llenos y no puedes estar mucho tempo adentro tampoco es fácil que reciban a mujeres de otras ciudades. Lo cierto es que siempre tienen excusa para no ayudarte lo cierto es que siempre termino sola y sin soluciones. Y todos los que te dicen que te van ayudar todavía espero su ayuda después de un año para colmo todavía mi pareja me llama para amenazarme y todavía no puedo volver a la casa de mis padres pues me culpan de que yo soy la culpable de que mi marido se enoje conmigo. A veces cuando veo mucha gente concentrada pienso si les contara mi historia si les gritara mi desgracia a algunos de ellos que charlan festejan bailan se emborrachan y pelean algunas de esas personas me escucharían realmente me escucharían. Creo que no… a fn de cuentas la vida tiene tantos riesgos que me da lo mismo… Actvidad 2 Pr oblema tz ación del “ ac on t ecimien t o” o pr oblema de la r ealidad desde el Sen tdo de los Campos de Saber es y Conocimien t os. Reunidos en grupos de Campos de Saberes y Conocimientos dialogamos y refexionamos sobre cómo desde nuestro Campo de Saberes y Conocimientos podemos abordar las problemátcas de la realidad que hemos encontrado en la narración del “acontecimiento”. Para realizar esta actvidad podemos guiarnos por las siguientes preguntas: 1. ¿De qué manera nuestro Campo de Saberes y Conocimientos está vinculado con la “problemátca” descrita

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 11 2. ¿De qué manera desde el Campo Vida Tierra Territorio se coadyuva en la construcción de una cultura con igualdad despatriarcalizada y de respeto mutuo en la sociedad actual 3. ¿Cómo desde la práctca de los saberes y conocimientos de las NPIOs se puede transformar una so - ciedad con alto grado de violencia en una comunidad con principios y valores sociocomunitarios 4. ¿Cómo la violencia generada por los seres humanos también afecta a otros seres que tenen otra forma de vida

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12 5. ¿De qué manera se expresan las diferentes formas de violencia hacia la mujer en mi comunidad 6. ¿Cómo transformamos las problemátcas descritas en el “acontecimiento” desde el Sentdo de nues - tro Campo Después del análisis y refexión realizados anotamos las ideas o conceptos relevantes para ser compar - tdos en plenaria. Actvidad 3 Pr oblema tz ación del “ ac on t ecimien t o” o pr oblema de la r ealidad t omando en cuen t a la na tur ale z a las c ar act erís tc as y el en f oque de c ada Ár ea. Dando contnuidad a la refexión realizada en la anterior actvidad y reunidos por Áreas de Saberes y Co- nocimientos dialogamos y refexionamos sobre cómo desde nuestra Área de Saberes y Conocimientos podemos abordar las problemátcas de la realidad que hemos encontrado en la narración del “aconte - cimiento”. Para realizar esta actvidad podemos guiarnos por las siguientes preguntas:

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 13 1. ¿De qué manera el Área Vida Tierra Territorio está vinculado a la problemátca descrita en el “acon - tecimiento” 2. ¿Cómo desarrollamos contenidos de Física-Química a partr del relato del “acontecimiento” 3. ¿Qué saberes y conocimientos fsico-químicos debe poseer un profesional de salud y/o un médico forense para evaluar el estado de salud de una persona que ha sufrido violencia corporal

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14 4. ¿Qué principios Físico-Químicos se aplican en el funcionamiento de los equipos biomédicos que per- miten evaluar el estado de salud de un paciente Ejemplo: Tomógrafo Rayos X y otros. Después del análisis y refexión realizados anotamos los elementos más relevantes para ser compartdos en plenaria. Actvidad 4 1r a. Plenaria Con la necesidad de tener conocimiento sobre la manera en que cada Campo de Saberes y Conocimientos interpreta la problemátca planteada en la narración del “acontecimiento” y para tener una visión global de cómo se está asumiendo la misma desde las Áreas de Saberes y Conocimientos desarrollamos una plenaria donde se exponga los resultados de la refexión desde: a Las conclusiones y/o aportes de cada Campo. b Las conclusiones y/o aportes de cada Área de saberes y conocimientos que estén presentes. Para realizar esta actvidad se deberá delegar portavoces por Campos y Áreas quienes deberán ser sin - tétcos en la exposición que realicen. La plenaria podrá plantear ajustes y la profundización de la refexión en los Campos y Áreas que lo re- quieran. Artculación de Con t enidos de los Pr ogr amas de Es tudio en función del ac on t ecimien t o y/ o pr oblemá - tc a de la r ealidad La refexión y problematzación generada en los anteriores puntos debe permitrnos delinear criterios comunes para todas las Áreas y darle sentdo y orientación crítca a nuestra planifcación curricular y práctca educatva 4 . Esta problematzación debe ayudarnos a una selección y artculación de contenidos desde cada Campo y Área acorde a la problemátca y/o realidad de nuestro contexto educatvo. La defnición del sentdo de nuestra planifcación curricular nos permitrá artcular de manera más pert- nente la selección de nuestros contenidos para no caer en respuestas mecánicas a la hora de defnirlos. 4 Que sería el momento de refexión polítca ya que en éste se plantea la manera en cómo encaramos las problemátcas de la realidad desde los sentdos que orientan a los Campos de Saberes y Conocimientos y el enfoque de las Áreas. Aquí no se trata solamente de un uso me - ramente temátco de un problema para transversalizarlo en las Áreas sino se trata de plantear la transformación de los problemas de la realidad desde una orientación polítca de construcción de la realidad.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 15 Actvidad 5 Tomando en cuenta la refexión generada a partr de las actvidades anteriores se seleccionan los conte - nidos por años de escolaridad de los programas de estudio del área de saberes y conocimientos Ciencias Naturales Física-Química en función y relación a la situación de la realidad planteada en la lectura inicial. A contnuación se presenta un ejemplo de artculación de contenidos de cada área del Campo en función del acontecimiento para el 6° año de escolaridad de acuerdo a los siguientes criterios: • Contenidos afnes al acontecimiento. • Que sean tomados de los programas de estudio del currículo base y/o regionalizados. • Interrelación de los contenidos de las áreas del Campo. áre a ciencia s na tur ale s año de e s c ol arid ad: se xt o se cund aria - primer a f a se - se gundo bime s tre Ciencias Na tur ales Biología - Geogr a fa Físic a - Químic a Contenidos de Planes y Programas Currículo Base y Regionalizado APARATOS SISTEMAS Y ELEMEN- TOS QUE PRESERVAN LA VIDA DE LOS SERES EN LA NATURALEZA • Anatomofsiología de los aparatos reproductores de los seres. • Reproducción humana. • Reproducción animal. • Reproducción vegetal. • Reproducción en los seres unicelulares. • La genétca: establecedora de los biotpos naturales. • Mutaciones en los seres. • Ingeniería genétca. CAPACIDADES INMUNITARIAS DE LOS SERES PARA EL CUIDADO DE LA VIDA • Sistemas inmunitarios presen- tes en los seres. • Morfología y función de las células que actúan en defensa del organismo del ser. • Medicina natural y conven- cional su incidencia en los sistemas inmunitarios de los seres. BALANCE ENTRE ÁCIDOS Y BASES EN LA VIDA • El equilibrio de las reacciones químicas utlizadas en la alimentación responsable sociocomunitaria. • Electrolitos fuertes y débiles presentes en la vida cotdia - na. • El pH y proceso de valoración ácido-base en los seres del Cosmos. • Uso controlado de sustancias y productos para el equili- brio químico en el medio socioambiental. LA DINÁMICA DE LOS LÍQUIDOS EN LA MADRE TIERRA • Propiedades de los líquidos: densidad viscosidad ten- sión superfcial y capilaridad. • La hidrodinámica e hidrostátca en procesos socioproduc - tvos. • La hidráulica y su utlidad en la actvidad comunitaria. LOS FENÓMENOS ELÉCTRICOS COMO FUENTE DE ENERGÍA PARA LA VIDA • Fenomenología del campo eléctrico magnétco en la Madre Tierra y el Cosmos. • Conductores eléctricos semiconductores superconduc- tores y aislantes en el uso cotdiano. • Potencial eléctrico y diferencia de potencial en las actvi - dades sociocomunitarias. • Dispositvos electrónicos de almacenamiento de energía eléctrica y su aplicabilidad en la comunidad. TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA EN PR OCE SOS ENER- GÉTICOS SUSTENTABLES • Calor y trabajo en actvidades socioeconómicas de explo - tación y extracción sustentable de recursos de la Madre Tierra. • Procesos Termodinámicos y ciclo de Carnot. • Sistemas de termorregulación utlizados en producción agropecuaria en las regiones.

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16 Actvidad 6 – Después de la selección de contenidos que se realiza para cada Área se procede a su problemat - zación a partr de los siguientes criterios: – Se plantean preguntas para abrir el contenido en función del “acontecimiento” o problema de la realidad con el que estamos trabajando la artculación de las Áreas. – Las preguntas problematzadoras expresarán toda la discusión realizada en las actvidades ante - riores es decir deberá expresar también el Sentdo de cada Campo y Enfoque de las Áreas. – Las preguntas problematzadoras plantean tareas nuevas/inéditas que posibilitan orientar las práct - cas educatvas para transformar una determinada realidad. No son preguntas cerradas explicatvas ni descriptvas son preguntas que llevan a la acción. Ár ea de Saber es y Conocimientos Con t enidos seleccionado de los Pr ogr amas de Estudio “ Ac on t ecimien t o” o pr oblema de la r ealidad Pr oblema tz ación del c on t enido en función del pr oblema de la r ealidad Física - Química Llegados a este punto nos encontramos con preguntas que serán la base para la concreción educatva. Como hemos visto en la actvidad anterior las preguntas son la forma en que los contenidos adquieren pertnencia para desarrollar los procesos educatvos en función de los problemas de la realidad. Esto no implica que lo que sabemos sobre el contenido se niega o se deja de lado. El conocimiento acumu- lado de maestras y maestros sobre un contenido específco será el fundamento sobre el cual realizaremos cualquier adaptación o búsqueda de respuestas a preguntas inéditas producto de la problematzación. De lo que se trata es de darle sentdo a los contenidos por tanto no se trata de un desarrollo enciclopédico y temátco de los mismos. Entonces los contenidos trabajados a partr de la formulación de preguntas nos plantea buscar su resolución en el mismo proceso educatvo donde con la partcipación de las y los estudiantes maestras y maestros y comunidad educatva producimos conocimiento al responder a las preguntas planteadas lo que involucra transformar nuestra práctca en varios sentdos. Partr de una pregunta en el quehacer educatvo es partr sabiendo que como maestras y maestros no tenemos el “CONTROL” de todo el proceso educatvo y sus resultados es decir que como la pregunta es inédita nosotros como maestras y maestros al igual que las y los estudiantes no conocemos las res- puestas a priori y tampoco las encontraremos en referencias bibliográfcas o en Internet como un con - tenido defnido. Partr de la pregunta nos lleva a arrojarnos a la búsqueda de respuestas es decir que en el proceso educatvo que promovemos también nos corresponde aprender. En un proceso de estas característcas también las relaciones establecidas con las y los estudiantes se reconfguran ya que como estamos partendo de la realidad del contexto es decir de los problemas/necesidades/potencialidades de la comunidad barrio ciudad hay que tomar en cuenta que las y los estudiantes tenen saberes y conocimientos profundos de la realidad donde viven y por tanto a nosotras como maestras y maestros nos tocará también abrirnos a escuchar y aprender de las y los estudiantes de la misma manera con madres padres de familia y la comunidad en general.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 17 Partr de preguntas de la realidad implica desarrollar procesos educatvos “creatvos” es decir que es un proceso que involucra la producción de conocimiento y la producción de una nueva realidad lo que implica superar una reproducción acrítca de los contenidos y perflar su desarrollo pertnente y útl para la vida. Actvidad 7 A partr de las preguntas que problematzan los contenidos realizadas en la actvidad anterior planteamos orientaciones y/o actvidades que posibiliten dar respuestas pertnentes y viables a las mismas. Las orientaciones que se planteen deberán tomar en cuenta que este proceso de búsqueda de respuestas a las preguntas que estamos formulando tendrán que ser resueltas con la partcipación de las y los es- tudiantes y si fuera necesario/viable con la comunidad en un proceso educatvo por lo tanto se deberá procurar proponer actvidades que permitan trabajar los cuatro momentos metodológicos: Práctca Teoría Valoración y Producción. A contnuación elaboramos las orientaciones metodológicas que permitan lograr plantear respuestas pertnentes y viables a las preguntas formuladas en la anterior actvidad: Ár ea de saber es y c onocimien t os Contenido se- leccionado de los Pr ogr amas de Estudio “ Ac on t ecimien t o” o pr oblema de la r ealidad Pr oblema tz ación del c on t enido en función del pr oble - ma de la r ealidad Orien t aciones Me t odoló - gic as que permit an logr ar plan t ear r espues t as pert- nen t es a las pr egun t as Actvidad 8 2da. plenaria Después de trabajar los puntos 2 3 y 4 se expondrán los resultados conclusiones y dudas de las actvi - dades en plenaria. Lectura complementaria sugerida: Malg osa Assu mpció. 2012. Aplic aciones de t écnic as fsic o-químic as en An tr opología F or ense. Cua- derno Médic o F or ense. Univ er sidad de Sassari It alia. Public ada en R e vis t a SciEL O . En línea htp:// scielo.isciii.es/pdf/cmf/v18n1/special.pdf Aplic aciones de t écnic as fsic o-químic as en An tr opología F or ense Introducción El estudio de los restos humanos quemados es de gran importancia en la arqueología las ciencias fo- renses la antropología forense y la investgación de la escena del crimen. En el campo de las ciencias

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18 forenses existe una gran variedad de situaciones que pueden conllevar la cremación de restos óseos incluyendo los accidentes de aviación los bombardeos las explosiones y terremotos. También los homicidios suicidios y muertes accidentales pueden implicar el uso de fuego con resultados variables sobre los restos humanos. El fuego es un método común para tratar de ocultar la evidencia de la actvidad criminal infigida sobre víctmas humanas. El fuego puede ser utlizado por el autor para: 1 destruir totalmente el cuerpo 2 destruir las característcas que permiten la identfcación de víctmas rasgos faciales huellas dactlares o 3 destruir pruebas relacionadas con las circunstancias que rodean la muerte. El deterioro o la desaparición de los tejidos blandos por el fuego difculta notablemente o impide to - talmente el análisis por otros especialistas como los médicos forenses y por tanto el análisis de los restos humanos quemados es una tarea comúnmente atribuida a los antropólogos forenses. Por otro lado también las muestras arqueológicas pueden presentar evidencias de incineración y su análisis proporciona datos relevantes para reconstruir el ritual funerario y por tanto para entender cuestones trascendentales de las poblaciones del pasado. Así pues la comprensión de los cambios que el cuerpo ha sufrido como consecuencia de su exposición al fuego puede proporcionar información importante sobre el contexto y las condiciones del evento de cremación. Dicha información puede incluir la escena del crimen la temperatura del fuego y la pre- sencia de acelerantes. En este sentdo se dispone de información sobre la temperatura que alcanzan algunos combustbles al arder al aire libre: por ejemplo la grasa animal a 800 ºC-900ºC el queroseno a 990ºC la gasolina a 1.026ºC la madera a 1.027ºC y el metanol a 1.200ºC. Puesto que la cremación puede conducir a la fragmentación extrema del hueso se requiere una especial atención durante el análisis de la escena. Los escenarios de incendios mortales suelen ser mucho más complejos no sólo porque el cuerpo y los elementos de identfcación son drástcamente modifcados por el fuego sino porque todo el entorno todo el contexto también se modifca en la misma manera resultando en una coloración homogénea y en la mezcla de todos los materiales. Idealmente los antropólogos forenses deberían partcipar en la recuperación ya que están capacitados para reconocer los restos humanos fragmentados. Aún así puede ser un reto incluso para antropólogos entrenados el distnguir pequeños fragmentos de huesos quemados y dientes a partr de fragmentos carbonizados de materiales de construcción y otros. Por otro lado la capacidad de discriminar entre restos humanos quemados cenizas y polvo de otros materiales de apariencia si- milar puede ser de gran importancia en una variedad de situaciones. El incidente de Tri- State en Noble Georgia Estados Unidos es el ejemplo más conocido. A principios de 2002 se descubrió que en lugar de realizar las in - cineraciones contratadas el propietario de Cadáver que fue sometido a incineración afec- tando de forma parcial el cuerpo A. La parte inferior fue reducida a cenizas B mientras que la calota craneal permaneció intacta C fotos por cortesía del Dr. Ignasi Galtès.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 19 Tri-State enterraba los cuerpos alrededor de su propiedad sin ningún tpo de ceremonia. Con el tempo se recuperaron más de 330 cuerpos mientras que las urnas que habían recibido muchas familias a menudo contenían polvo de cemento sílice piedra y otros materiales. La confusión fue enorme ya que la mayoría de los cuerpos recibidos antes de cierta fecha fueron realmente inci - nerados y más tarde algunos cuerpos podrían haber sido enviados a otras instalaciones para una incineración apropiada. Cientos de familias no estaban seguros del contenido de las urnas en su poder. Así pues incluso las cremaciones comerciales presentan problemas para el médico forense y las disputas sobre las cremaciones comerciales pueden desembocar en un litgio civil que puede implicar el análisis forense de los materiales recuperados. El análisis de los restos resultantes de la cremación comercial incluye también la evaluación del nú- mero mínimo de individuos y de las posibles mezclas así como la identfcación. Frecuentemente la recuperación y el análisis de inclusiones tales como placas metálicas de identfcación restauraciones dentales y los materiales quirúrgicos facilitan las identfcaciones. Por desgracia el acto de quemar aunque no llegue a la incineración total provoca una serie de cambios sustanciales en el cuerpo y en el esqueleto que a su vez puede afectar los intentos de proporcionar la identfcación de los fallecidos. La investgación ha demostrado que tanto los métodos morfológicos y métricos de evaluación antropológica como los métodos de datación elementos traza y análisis de isótopos estables se ven afectados. Tradicionalmente se ha utlizado la inspección visual de los restos para discriminar si los huesos han sido sometdos al fuego y más allá de esto asociaciones entre el color del hueso y el tpo de fractura con la temperatura del fuego o con la presencia o ausencia de tejidos blandos en el momento de la exposición. Sin embargo estas asociaciones son complejas no totalmente biunívocas y los vínculos espurios. Por ejemplo en algunos casos de homicidio en los que el fuego fue usado para encubrir las pruebas los cuerpos fueron sometdos a diversos grados de combustón Figuras A y B la observación del color de las diversas partes del esqueleto como única referencia podría haber proporcionado una información inexacta o incompleta en la que incluso se puede excluir la presencia de fuego en alguna parte del esqueleto Figura C. También se ha demostrado experimental y estadístcamente que los cambios más importantes en el hueso que pueden predecir el contexto de una cremación implican cambios en la microestructura ósea. Por ello se ha argumentado que la mejor forma y la más confable para abordar los problemas relacionados con la exposición al fuego es la utlización de métodos fsico-químicos posiblemente en combinación con otros tpos de métodos microscópicos dedicando una atención especial a la fase mineral de la hidroxiapatta HA que es el principal componente inorgánico del esqueleto. Las técnicas de difracción de rayos X XRD y la espectroscopia de infrarrojos FT-IR se pueden utlizar para distnguir los materiales óseos de otros tpos de materiales cuando el contexto forense no está claro y para evaluar la estructura cristalina del hueso quemado lo que a su vez se puede relacionar con la temperatura y la intensidad de la cremación. Mé t odos químic os- fsic os par a el análisis de cr emaciones La medida del índice de cristalinidad IC se ha utlizado para estudiar los cambios en la microestructura del hueso. El IC es una medida del orden existente dentro del cristal de la deformación y la organiza- ción en el hueso. Cuando el hueso es fresco la estructura química es poco cristalina en parte como resultado de la susttución de carbonatos por fosfatos causando un desorden del cristal.

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20 La cristalinidad no es uniforme en todo el esqueleto y varía entre los diferentes tejidos mineralizados del cuerpo humano. También se ha demostrado que la edad afecta la cristalinidad ya que a menor edad el hueso es menos cristalino que un hueso maduro. Como resultado de la acción del calor sobre el hueso y su posterior cremación la estructura cristalina de hueso se vuelve más ordenada y se caracteriza por cristales más grandes con lo que aumenta el valor del IC. Por ello el IC ha sido utlizado para estudiar el mineral óseo calentado en un gran número de contextos diversos ejemplos incluyen el uso del índice de cristalinidad para determinar si el hueso fue quemado o no y para observar la existencia de diferencias en las práctcas funerarias. El cálculo del IC se puede realizar tanto mediante la difracción de rayos X DRX como con la espec- troscopia infrarroja con transformada de Fourier FTIR aunque los cálculos específcos y los valores serán diferentes entre ambos. Difracción de rayos X DRX La espectrometría de Difracción de rayos X DRX es una de las herramientas analítcas más potentes para la identfcación de sustancias cristalinas desconocidas. Tiene varias ventajas sobre otras técnicas analítcas para la identfcación de los restos cremados ya que no es destructva requiere cantdades relatvamente pequeñas de material aproximadamente 05 gr no se ve afectado por las variaciones elementales presentes en la bioapatta y se puede utlizar para el cálculo semicuanttatvo de los componentes de una mezcla determinando así el nivel relatvo de contaminación de una muestra. El método se basa en el hecho de que todos los cristales están compuestos por planos regulares y repettvos de átomos que forman un retculo. Cuando los rayos X coherentes se dirigen a un cristal los rayos X interactúan con cada átomo en el cristal excitando los electrones y haciéndolos vibrar con la frecuencia de la radiación incidente. Los electrones se convierten en fuentes secundarias de rayos X re-irradiando esta energía en todas las direcciones en la misma longitud de onda del haz incidente un fenómeno conocido como dispersión coherente. Estos rayos X difractados se pueden comparar con las ondas que viajan en todas direcciones y forman patrones de interferencia muy similares a las interferencias que se forman cuando se dejan caer dos piedras en el agua. Esta interferencia puede ser constructva formando olas mayores o destructva anulando totalmente las olas. El patrón de interferencia creado depende de la distancia entre las capas atómicas la composición química y el ángulo en que los rayos X difractan lejos de los átomos por lo que indirectamente revela la estructura de los cristales. En el espectrómetro de difracción de rayos X el tubo de rayos X y el detector se hacen girar alrededor de la muestra. El espectro de difracción creado por interferencia constructva es registrado por el detector del haz. La relación entre el ángulo en el que se producen los picos de difracción y la distancia entre los átomos de una red cristalina distancia interplanar d se expresa por la ley de Bragg: nl 2d sinq. Por razones históricas los difractogramas se expresan en grados dos theta 2θ. Los espectros de difracción se recogen en el rango angular de 9° a 140° en 2θ y se analizan con un sofware llamado MAUD Material Analysis Using Difracton que permite corregir los datos para la función instrumental y evaluar cuanttatvamente las fases mineralógicas presentes en los huesos junto con los parámetros retculares y microestructurales. Se requieren de 12 a 24 horas para recoger un espectro. Puesto que cada sustancia tene una estructura cristalina única fase cristalográfca los ángulos de interferencia constructva forman un patrón único. Al comparar las posiciones e intensidades de los

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 21 picos de difracción con una biblioteca de materiales cristalinos conocidos se puede identfcar la com- posición de las muestras de la fase desconocida como si fuera la huella digital de la substancia. Esto es cierto también para una mezcla de sustancias. En la práctca la mezcla de 5-6 fases cristalográfcas se pueden resolver con un grado de confanza aceptable. En 1975 se demostró que las altas temperaturas que se consiguen con el tratamiento con fuego indu- cen un aumento de las dimensiones medias de los microcristales de la apatta que se puede medir a partr del alargamiento/restricción de los picos de difracción. A fn de afrontar la problemátca relatva al estudio de restos humanos arqueológicos quemados o presuntamente quemados en nuestro laboratorio efectuamos la calibración de una muestra de hueso que se utlizó como referencia. Para ello se simuló la exposición al fuego real en función de distntas temperaturas de tratamiento controlado 200-1100° C tomando en consideración la dependencia del tempo 0 18 y 60 minutos. En partcular se analizó el comportamiento del hueso de referencia a determinadas temperaturas intermedias 650 750 775 825 850°C a fn de monitorizar y explicar el doble régimen de crecimien- to en los cristales de la hidroxiapatta en el que se aprecia un aumento súbito entorno a los 700°C acercándose luego a un valor constante más alto siguiendo un comportamiento sigmoidal con un tpo de función logístca. Este intervalo de temperatura es importante porque durante esta transición el tamaño de los cristales de los huesos se altera a un grado estadístcamente signifcatvo. Asimismo se puede cuantfcar la cinétca del crecimiento de los cristales en relación a la temperatura y al tempo de tratamiento para disponer de un punto inmediato de referencia en la aplicación de la calibración de los restos presuntamente quemados. De esta forma se puede no sólo determinar con más exact- tud la temperatura alcanzada por los restos sino que también es posible hacer una aproximación al tempo de cremación. Estos datos tenen sus limitaciones ya que debe tenerse en cuenta que se ha trabajado sobre hueso seco. A pesar de ello Bohnert y colaboradores han observado que para la total incineración de un cuerpo a través de la cremación se precisan cerca de dos horas a una temperatura de 800°C mientras que para la destrucción de las partes blandas son necesarios al menos 50 minutos. Así pues los tempos de estudio programados en nuestro laboratorio son coherentes con una cremación real. La Figura 2 muestra el espectro de difracción del hueso humano no quemado usado como referencia. Los puntos se referen a los datos experimentales mientras la línea contnua es la aproximación ft conseguida con el método de Rietveld después del ajuste iteratvo de los parámetros estructurales y microestructurales. Los picos de difracción de la hidroxiapatta resultan extremadamente alargados debido a la naturaleza nanocristalina del material óseo que comporta dimensiones medias de los cris- tales extremamente reducidas y una elevada concentración de desorden retcular. Después de haber tenido en cuenta los efectos instrumentales el método de Rietveld es capaz de distnguir y separar el alargamiento de los picos de difracción en términos de dimensiones medias de los cristales y de densidad del desorden retcular expresadas en Angstroms 1 Å 10-8 cm. En partcular la dimensión media de los cristales resulta ser de 170 ±5 Å. Así pues estos valores pueden ser considerados representatvos de un hueso no quemado. Las temperaturas de 200 hasta a 600°C 0 minutos muestran procesos de crecimiento de los cristales muy débiles. El calentamiento isocrono de la muestra velocidad 20°C/min seguida de un calenta- miento isotermo a las temperaturas establecidas 18 36 e 60 minutos parece tener efectos limitantes

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22 sobre el crecimiento de los cristales debido a una relatva estabilidad del sistema. Contrariamente es evidente un efecto de crecimiento rápido de los cristales a temperaturas superiores a 700°C 60 min ulteriormente distnguible en el intervalo de temperatura entre 750°C y 850°C y observable en todos los tempos en los que se ha actuado 0 18 36 y 60 min. En lo concerniente a los huesos tratados a temperaturas mayores de 850°C y que han permanecido largamente en el horno las dimensiones de los cristales son superiores a 1.500 Å aunque la deter- minación de su valor medio es bastante difcil ya que se sitúa en el límite instrumental de la técnica. Para temperaturas superiores a 1.000°C las dimensiones medias de los cristales parecen aproximarse a los valores máximos asintótcos siguiendo un proceso de crecimiento de tpo sigmoidal Tabla 1. Tabla 1. Tamaño medio de cristales de la fase mineral hidroxiapatta 1 Å 10-8 cm de Piga et al 2009. T emper a tur a/ °C 0 Minutos 18 Minutos 36 Minutos 60 Minutos No quemado 170 200 175 175 175 175 300 180 184 186 188 400 195 203 204 205 500 202 202 205 210 600 204 226 230 256 650 213 240 250 258 700 229 294 463 486 750 268 611 712 800 775 350 836 880 920 800 432 1030 1160 1200 825 732 1120 1140 1254 850 923 1380 1450 1500 900 1.351 1.500 1616 1.500 1680 1.500 2621 1000 1.551 1569 1.500 2195 1.500 2600 1.500 2950

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 23 Figura 4a. Espectro de FT-IR de un hueso no quemado mostrado en la gama de 500-700 cm-1 correspondiente al grupo PO43- característico de la hidroxiapatita. El factor de dimensiones SF se calcula numéricamente en este grupo de picos. Figura 4b. Espectro de la banda de los fosfatos de un hueso que- mado. La anchura de las dos bandas en 565 y 605 cm-1 disminuye a medida que aumenta la tempera- tura con la aparición simultánea de un tercer pico a aproximadamente 630 cm-1. Fig. 2 Fig. 3 Figura 2. Patrón de DRX de hueso humano no tratado usado como patrón de referencia. La línea con puntos muestra los datos experimentales la línea continua es el ajuste de Rietveld en base a la estructura de la hydroxiapatita y la calcita. La línea inferior se refere a los valores residuales es decir la diferencia entre la raíz cuadrada de las intensidades calculadas y obtenidas la cual es indicativa de la bondad de los resultados. Figura 3. Difractogramas de dos huesos tratados a elevadas temperaturas 1.000°C en los que es evidente una considerable agudización y estrechamiento de los picos de rayos X. Fig. 4

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24 En las dos muestras incineradas mostradas en la Figura 3 se puede observar la notable reducción de los picos de difracción debido al notable crecimiento de los microcristales y a la reducción del desorden retcular inducido por el considerable tratamiento térmico 1000 °C al que fueron sometdos. FTIR Para apoyar e integrar los resultados obtenidos también se ha utlizado la técnica de espectroscopia de Infrarrojos por transformada de Fourier FT-IR un diagnóstco ampliamente utlizado en la quími - cafsica que permite reconocer la presencia de grupos o especies moleculares característcos de las muestras sometdas a examen. Contrariamente a la difracción de rayos X esta medida tene la ventaja de usar cantdades de muestra del orden de unos pocos miligramos aproximadamente 0003 gr y requerir tempos de adquisición del espectro muy cortos aproximadamente 50 segundos. El espectro característco de los grupos moleculares está determinado por las frecuencias de absorción específcas de los movimientos de rotación fexión o “estramiento” que consiste en la contracción y expansión de las distancias entre los átomos. Con respecto al material óseo humano y animal por lo general se analizan las característcas de la banda de fosfatos PO 4 3- detectables en la gama de frecuencias entre 500 cm -1 y 700 cm -1 . Como puede verse en la Figura 4a la banda de fosfatos en el material óseo no quemado está com - puesto de al menos dos componentes que son lo sufcientemente grandes pero que disminuyen a medida que aumenta la temperatura con la consiguiente aparición de otro pico a aproximadamente 630 cm -1 Figura 4b. El estrechamiento de estos dos componentes se puede medir numéricamente con una buena precisión utlizando un índice de cristalinidad llamado Splitng factor SF “factor de división“. El índice de cristalinidad SF se calcula por A + C / B donde A B y C representan la distancia a la línea de base. Así pues en la línea de base del espectro se suman las alturas de las absorciones en aproxi- madamente 605 y 565 cm -1 y se divide por la altura mínima entre ellos en 595 cm -1 . Esta fórmula fue propuesta por primera vez por Shemesh y Weiner y Bar-Yosef y ha sido habitualmente utlizado desde entonces. Las longitudes de onda en 565 cm -1 y 605 cm -1 corresponden a las bandas de vibración de fexión de fosfatos y se incrementan con el aumento de la cristalinidad. La longitud de onda en 595cm -1 disminuye provocando así un aumento global en el valor de SF. Nótese que aunque el aumento de temperatura provoca un aumento del SF la relación no es lineal sino que sigmoidal. Las bandas con mayor frecuencia indican la presencia de grupos carbonatos CO 3 2 que proporcionan informaciones adicionales útles de característcas químico-fsicas sobre el hueso. Una estmación del contenido de carbonato viene dada por la relación de la absorción del pico a 1428 cm -1 CO 3 2- y del pico a 1042 cm -1 PO 4 3- se indica como C/P . El valor de este índice disminuye cuando aumenta la temperatura. El uso combinado de ambas técnicas DRX y FITR consttuye una poderosa herramienta para evaluar si los huesos se han sometdo al fuego y a qué temperatura con una gran fabilidad.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 25 Aplic aciones Existen casos en los que un tratamiento térmico no es partcularmente evidente lo que comportaría quizás una línea errónea en la investgación de los hechos. Para ilustrar estos casos utlizamos el caso arqueológico de la necrópolis fenicia y púnica de Monte Sirai Carbonia Cerdeña-Italia en la que la cremación se utlizó como rito funerario durante la época fenicia mientras que la época púnica se caracteriza por la inhumación de los cadáveres. Sin embargo algunos esqueletos de época púnica mostraron algunas trazas oscuras sobre los hue- sos aunque el conjunto esquelétco se presentaba completo y en posición anatómica Figura 5. Los antecedentes de cremación en la población fenicia nos indujeron a realizar un análisis fsico-químico sobre los restos. Mientras el espectro DRX relatvo al esqueleto de la Tumba 252 Figura 6 muestra inequívocamente las característcas de una incineración -rito en uso por parte de la población fenicia hasta el siglo VI a.C. los datos relatvos a los individuos de la tumba 8 12 e 255 muestran también una exposición al fuego aunque de menor intensidad. Este hecho está en principio en desacuerdo con lo que se podría esperar en el caso de tumbas púnicas época posterior a la fenicia y cuyo rito generalizado es la inhumación. Los resultados obtenidos con ambas técnicas se muestran en la Tabla 2. Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Figura 5. Restos esquelético de la tumba nº 8 de época púnica del yacimiento sardo de Monte Sirai. Figura 6. Patrones de los espectros de DRX de 5 mues- tras procedentes del yacimiento sardo de Monte Sirai. Figura 7. Reconstrucción en el laboratorio del esqueleto procedente de la tumba 252 conservado de manera excepcional.

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26 Tabla 2. Tamaño de los microcristales de hidroxiapatita SF y estimaciones de las temperaturas calculadas mediante las dos técnicas de espectrometría. Ambas técnicas ofrecen resultados concordantes. P art e del cuerpo Tamaño medio de los cris t ales/ Å T emper a tur a/ DRX Pig a e t al. 2009/°C Splitng F act or SF-FTIR T emper a tur a/ FTIR Pig a el al. 2010/°C Tumba 252 1500 2297 1000 618 900 Tumba 8-1 251 650 420 695 Tumba 8-2 248 650 445 715 Tumba 12 220 600T 700 359 610 Tumba 255 205 400 327 520 Tabla 3. Tamaño de los microcristales de hidroxiapatita Splitting Factor y la estimación de las temperaturas calcula- das con las dos técnicas de espectrometría. Ambas técnicas ofrecen resultados concordantes. P art e del cuerpo Tamaño medio de los cris t ales/ Å T emper a tur a/ DRX Pig a e t al. 2009/°C Splitng F act or SF-FTIR T emper a tur a/ FTIR Pig a el al. 2010/°C Cráneo 1500 1520 900T1000 732 1000 Mandíbula 1500 2297 1000 618 900 Mandíbula azul 230 700 432 700T800 Costlla 1500 2306 1000 693 1000 Costlla azul 240 700 430 700T800 Vértebra 1 1500 2200 1000 666 Circa 900 Vértebra 2 1500 1940 1000 652 800T900 Vértebra 3 1500 1900 1000 721 1000 Vértebra 4 1500 2248 1000 808 1000 Vértebra 5 1500 2303 1000 691 1000 Cúbito derecho 1500 2079 1000 708 1000 Cúbito izquierdo 1500 1724 1000 667 900 Fémur derecho 1500 2316 1000 686 900 Fémur izquierdo 1500 1418 900T100 558 800T900 Tibia iquierda 1500 1364 900 608 800 Tibia derecha 1500 1412 900 668 900 La Tabla 2 muestra en detalle los resultados obtenidos mediante las técnicas de difracción de rayos X / FT-IR que muestran un acuerdo sustancial entre ellos. Las diferencias que no superan los 120° C no son tan importantes como afectar a la validez de las dos técnicas teniendo en cuenta las diferencias en la base químico-fsica de las teorías elaboradas. Del análisis de estos resultados se puede evidenciar la posibilidad de que los ritos funerarios púni- cos de inhumación del Monte Sirai fueran precedidos de una combustón parcial de los cuerpos que pretendería quizás eliminar de forma rápida las partes blandas. Con toda probabilidad el fuego se interrumpiría después de pocos minutos 18 minutos máximo 36 y los cuerpos normalmente 2 por tumba aún íntegros eran depositados en posición primaria uno encima del otro. También podría inter- pretarse como una combustón superfcial mediante la quema de materiales vegetales sobre el mismo cuerpo lo cual estaría en consonancia con la posición primaria de los cuerpos y la mayor temperatura alcanzada en la parte superior del hueso.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 27 Sin embargo el ritual en cuestón supone no pocos problemas puesto que a pesar de que los cuer - pos se encontraron en posición primaria la fosa que los contenía practcada en el tufo volcánico no conservaba la más mínima traza de combustón. Merece la pena destacar que en el mismo yacimiento se identfcó la zona dedicada al “ustrinum” o zona dedicada a la cremación de los cuerpos pero es preciso añadir que a menudo en el interior de la misma sepultura se han encontrado dos cuerpos superpuestos ambos en idéntco estado de semicombustón. Así pues en el caso de Monte Sirai pa- rece que se trata de un ritual nuevo cuya práctca fue limitada en el tempo y practcada quizás sólo alrededor del año 500 a.C. En la literatura antropológica no se han encontrado ejemplos similares en las necrópolis del mundo fenicio ni púnico. Del mismo modo la aplicación de estos mismos métodos a casos como el del cráneo mostrado en la Figura 1 indicaría sin lugar a dudas su exposición al fuego a pesar de su apariencia no alterada. Otra aplicación importante se refere a la tumba de incineración 252. El descubrimiento excepcional de casi todas las partes del esqueleto nos ha permitdo de realizar un análisis detallado para analizar la homogeneidad de la temperatura y la intensidad del fuego en diversas partes representante de todo el cuerpo. Este tpo de análisis no es habitual pues es práctcamente imposible en tales contextos recuperar restos “in situ” de todo el esqueleto. Dado el excepcional estado de conservación de los diversos fragmentos Figura 7 fue posible evaluar la eventual uniformidad de la temperatura en muestras representatvas de todo el cuerpo. La Tabla 3 muestra en detalle los resultados obtenidos mediante las técnicas de DRX/FT-IR. Los datos obtenidos con las dos técnicas son práctcamente concordantes salvo en unos pocos casos vértebras 1 y 2 cúbito izquierdo y ambos fémures en los que las temperaturas obtenidas con el análisis de difracción de rayos X son ligeramente más elevados. Estas diferencias no exceden los 100°C y no son signifcatvas. Los cambios de coloración y textura de los huesos así como los análisis de DRX/FT-IR sugieren una cre- mación a elevada temperatura aproximadamente a 1000ºC aunque algunos fragmentos de coloración azulada sufrieron una temperatura menor entre 700 y 800ºC. De ambos tpos de análisis sobresale además el hecho que el calor debió afectar de forma bastante homogénea a lo largo del esqueleto con lo que la pira debió ser alimentada en su conjunto sin que existera un centro principal. Conclusiones En las últmas décadas la investgación y la experiencia de casos han aumentado en gran medida la capacidad de reconocer e interpretar los restos óseos quemados. Sin embargo son necesarios nuevos métodos experimentales para aclarar la variedad de factores que conducen la gran cantdad de efectos térmicos. La difracción de rayos X y análisis de FT-IR tenen varias ventajas signifcatvas para la identfcación de una cremación y para la estmación de la temperatura y la duración de un evento de cremación forense centrándose en los cambios microscópicos en el hueso. Los importantes avances en hardware han mejorado mucho la velocidad y la accesibilidad de DRX. Sin duda estas técnicas de análisis tendrán un papel cada vez más importante en el campo de la ciencia forense en el futuro.

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28 Actividades sugeridas: Con base en la lectura anterior elaboramos una propuesta de desarrollo curricular en la que se expliciten los cuatro momentos metodológicos Práctca-Teoría-Valoración-Producción. • Asumimos el papel del forense para determinar el grado de lesiones fsicas biológicas y psicológi - cas causadas por violencia. • Sociodrama con temas afnes a la lectura • Entrevista a expertos conocedores de la temátca de violencia • Investgar sobre biomecánica del movimiento • Procesos de descomposición de los tejido biorgánicos • Coloración de la piel y tejidos del cuerpo humano producto del tpo de impactos fsicos recibidos. • Otras. Momento 2 Sesiones de construcción crítica y concreción educativa 138 horas En este momento de formación es importante trabajar en las Comunidades de Producción y Transforma- ción Educatva - CPTEs. A él corresponden las actvidades de Autoformación Formación Comunitaria y las de Concreción Educatva. I. Actividades de autoformación En la autoformación cada maestra o maestro desarrolla procesos de refexión sobre su formación debe realizar acciones que vayan en favor de ese cometdo para ello se proponen las siguientes actvidades: 1. Preguntas problematzadoras por Tema. 2. Lecturas de trabajo de nuestra Área de Saberes y Conocimientos. 3. Actvidades de análisis y refexión de la problematzación de las lecturas de trabajo y otros. En las unidades educatvas donde haya la posibilidad de hacer un trabajo entre varios docentes de la misma área estas actvidades deberán ser desarrolladas de forma colectva. Tema 1 Los avances de la termodinámica y sus aportes en la educación socioproductiva Actvidad 1 Leer y r e fe xionar en la CP T en siguien t e r ela t o: La señora Rosa muy afigida acudió al consultorio del médico de emergencias del Hospital San Juan con su hijo Jorge de doce años a raíz de unas contusiones que le provocaron hematomas e infamaciones en partes de su cuerpo que fueron el producto de una riña en el colegio. La Sra. Rosa no pudo explicar en detalle el nivel de violencia al que fue sometdo su hijo explicó que él es constantemente golpeado y amedrentado por los miembros de la pandilla existente en el colegio pero esta vez las cosas fueron muy

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 29 graves. Jorge no podía ni caminar tenía una infamación en la cabeza que le causaba un dolor insoportable por lo cual no paraba de llorar y al mismo tempo su pierna derecha presentaba un hematoma bastante grande que le imposibilitaba movilizarse con normalidad. El médico observó que al ingresar Jorge en el consultorio llevaba una bolsa llena de hielo encima de la infamación que había en su cabeza felicitó a la mamá por este proceso inicial que aplicó y posteriormente procedió a examinar la cabeza y luego la pierna de Jorge. Una vez concluido el diagnóstco exigió que en el menor tempo posible se realizara un examen de resonancia magnétca por imagen tomografa para descartar lesiones en la cabeza así mismo solicitó que de inmediato se realice un estudio de Rayos X de la pierna afectada. El resultado de los Rayos X mostró que la pierna de Jorge no tenía fractura y que sólo se trataba de una contusión aguda motvo por el cual le recetó un antinfamatorio y analgésicos para tratar el hematoma de la pierna además que solicitó a la madre de Jorge que en casa prepare un bañador con agua caliente y bastante sal y sumerja la pierna del paciente por espacio de 10 minutos repitendo esta acción varias veces en el día esto para ayudar con el proceso de sanación. Seguidamente concertó una cita con el paciente para hacer una tomografa al día siguiente después de mediodía recomendando que debía asistr en ayunas. El médico luego de observar los resultados del estudio que dieron negatvos los probables daños cere - brales procedió con la medicación para tratar el problema de salud de la cabeza del paciente… Actvidad 2 R esponde a las siguien t es pr egun t as a partr del r ela t o 1. ¿Qué procedimiento realizan para tratar los hematomas e infamaciones corporales en tu comuni - dad

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30 2. ¿Qué recomendaciones caseras sugiere el médico para ayudar a desinfamar y tratar la pierna de Jor - ge ¿Qué otra manera conocemos para desinfamar partes del cuerpo que hayan sufrido contusiones y/o traumatsmos 3. ¿Qué principios termodinámicos y termoquímicos están presentes en estas acciones ¿Cuáles 4. ¿Por qué el estudiante de secundaria debe desarrollar conocimientos sobre termodinámica y termo- química

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 31 5. ¿Qué principios fsico-químicos se aplican en la obtención de imágenes por rayos X 6. ¿Cómo funciona un tomógrafo para obtener imágenes internas del cuerpo 7. ¿Cómo se relaciona la fsica cuántca y la nanotecnología con el funcionamiento de los equipos de diagnóstco clínico

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32 8. ¿Qué saberes y conocimientos de ingeniería biomédica biología fsica química matemátca e infor - mátca se requieren para construir equipos de diagnóstco y tratamiento de problemas de salud de las personas Actvidad 3 R ec or damos lo s principios t ermodinámic os a partr de las r espues t as que se den a las siguien t es act- vidades e xperimen t ales: • Preparación de un café maicena api etc. ¿Cuál de ellos se enfría más rápido suponiendo que tenen una misma temperatura y volumen inicial ¿Por qué ¿Cuáles serían las leyes y/o razones termodinámicas que expliquen el o los fenómenos que intervienen • Suponiendo que tuviéramos preparadas dos tazas iguales de café y que en una de ellas dejaría- mos una cucharilla metálica ¿cuál de las tazas enfriaría más rápido y por qué ¿qué principios termodinámicos pueden explicar ese fenómeno • Hervir y cocer alimentos en olla de presión. ¿Cuál es la explicación termodinámica que describa en por qué los alimentos cuecen en menor tempo • ¿Cuál es la explicación termodinámica que explique el porqué se puede traspasar un trozo de hilo metálico con contrapesas a través de un bloque de hielo y que éste no se parta en dos mitades • ¿Cuáles son los principios termodinámicos presentes en los motores a explosión interna • ¿Cuáles son los principios termodinámicos presentes en un motor Strling ¿En qué se diferencia éste con relación a los anteriores Actvidad 4 Aplicamos saberes y conocimientos termodinámicos en la construcción de un motor Strling 5 . 1. Los saber es y c onocimien t os necesarios par a lle v ar ad elan t e la c ons trucción del Mot or Strling son: Cambios de estado termodinámicos magnitudes de estado ciclos energía entropía gas ideal máquina térmica motriz máquina motriz térmica efciencias. 2. Pr egun t as necesarias par a r ecuper ar saber es y c onocimien t os an t es dur an t e y lueg o de la c ons - trucción del Mot or Strling. 1. ¿Cuál es la ecuación de estado para un gas “ideal” y para un gas “real” Fundamente las diferen- cias. 5 Facultad de Física. Laboratorio de Termodinámica FIZ 0211. Universidad Católica de Chile.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 33 2. ¿Qué es entropía ¿De qué dependen la entropía y la energía interna de un gas ideal 3. Describa el primer principio de la termodinámica y aplíquelo a una expansión isotérmica isocóri- ca y adiabátca en un gas ideal. 4. ¿Qué cambios de estado se desarrollan espontáneamente en la naturaleza Formule el segundo principio de la termodinámica. 5. ¿Qué formas de energía se presentan en el experimento de motor Sterling ¿Cómo se miden 6. ¿Qué es un ciclo reversible ¿Por qué las máquinas termodinámicas pasan por ciclos 7. Bosqueje el diagrama T-S de una máquina Carnot y de una máquina Strling. ¿Qué signifcado te - ne el regenerador en el motor Strling en este cuadro 8. ¿Cómo se defne con sentdo en general la efciencia de una máquina ¿Cuál es la diferencia entre la efciencia “termodinámica” y la efciencia “efectva” de una máquina 9. Bosqueje los diagramas p-V para un motor de aire caliente la bomba de calor y la máquina enfria- dora. Explique ¿cómo se calculan gráfcamente a partr de los diagramas las respectvas efcien - cias termodinámicas 10. ¿Qué ventajas y desventajas presenta el motor Strling frente a otros motores 3. Ma t eriales y herr amien t as P ar a el mot or : • Planos para la construcción para ello enviar un correo electrónico a myfordboy yahoo.co.uk • Un envase de lata de chocolates o dulces con un diámetro de 120 mm y un alto de 50 mm aproxi- madamente. • 150 mm x 150 mm x 3 mm de madera contrachapada de buena calidad. • 32 mm x 6 mm de largo remaches de acero inoxidable paquete de 10 unidades. Los de aluminio no son adecuados. • Alambre de acero fno aproximadamente 1 mm de diámetro alambre de foristas. • 1 guante de látex. • 1 disco compacto colorido que se ve mejor. • 100 x 200 mm x 9 mm de madera balsa se puede utlizar en su reemplazo cartón que se forrará luego con papel aluminio • 4 tornillos pequeños éstos se pueden obtener de juguetes o calculadoras rotos. • 2 tornillos y tuercas pequeñas 8BA o 2-56 o M2. • Pegamento de cianoacrilato. • Sellador de silicona. • Adhesivo de PVA. • Adhesivo epoxídico. • Cable eléctrico pieza corta. • Cinta adhesiva. • Pintura en aerosol. – Sierra de calar. – Lija fna. – Brocha pequeña o pincel grueso. – Tijeras. – Taladro con brocas de 2 mm y 10 mm. – Compás. – Destornillador. – Alicate punta fna y de corte.

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34 P ar a el quemador se necesit a: Botella pequeña de cristal con tapa de metal para que sirva de mechero. Pabilo de algodón. Un envase de lata de conservas. Alambre de cobre. Tapa de la botella de plástco. 3 tornillos para madera. 3 tornillos y tuercas. Algunas imágenes para orientar la construcción ver video en htp://myfordboy.blogspot.com/

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36 4. Fundamen t os t eóric os qu e e xplic an el funcionamien t o del mot or La termodinámica es la ciencia general de la energía. Estudia las diversas manifestaciones de la energía y la transformación de un tpo de energía en otro. La termodinámica es una de las áreas básicas de la fsica dado que práctcamente no existe un proceso fsico sin transformación de energía. En el proceso Strling observamos cambios de energía en un medio gaseoso. El contenido energétco de un gas está determinado por las magnitudes fsicas mesurables de volumen V presión p y temperatura T. Para no tener que limitarse al concepto de energía también puede observarse el estado de un gas determinado por las magnitudes de estado p V y T. En el caso del gas ideal éstas se relacionan mediante la ecuación de estado pV nRT 1 en que n corresponde al número de moles del gas en el volumen V y R 8314J/mol K la constante de los gases. Si el gas se encuentra en un cilindro que en un lado está cerrado por un pistón émbolo móvil ilustración 1 la magnitud del volumen V está determinada por la posición del pistón. Un dispositvo que convierte el movimiento del pistón con un cambio periódico del volumen del gas mediante una excéntrica en mo- vimiento rotatorio se denomina máquina de pistón. En ello los cambios de volumen pueden originarse por diversos procesos fsicos por ejemplo combustón aporte de vapor o calor accionamiento mecánico del volante. Durante un ciclo el gas en el cilindro experimenta diferentes cambios de estado y vuelve al estado inicial. Este proceso se denomina ciclo.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 37 Ilustración 1: Máquina de pistón 1: cilindro 2: pistón 3: excéntrica Uno de los objetvos del experimento de práctca es comprender en el manejo con la máquina Strling los conceptos de sistema termodinámico cambio de estado y ciclo. En ello la máquina se opera como máquina térmica motriz motor de aire caliente máquina de refrigeración y bomba de calor. 5. Sis t ema t ermodinámic o c ambio de es t ado Se denomina sistema termodinámico abreviado sistema un volumen lleno de materia cuyas magnitudes termodinámicas se desean observar. En el caso de la máquina Strling es el volumen de gas en el cilindro limitado por el pistón. El límite del sistema se bosqueja en la ilustración 2. A través de este límite puede aportarse calor +Q al sistema desde afuera o liberarse calor -Q. En ello se establece por convención que toda energía aportada al sistema se denomina positva y que toda energía liberada desde el sistema se denomina negatva. Ilustración 2: Sistemas cerrados y convención de signos para la conversión de calor y trabajo. Si el gas cambia su volumen contra la presión p externa se produce trabajo. En ello rige la siguiente defnición respecto de los signos: el trabajo que realiza el gas con aumento de volumen es negatvo vale decir -W. El trabajo ejercido sobre el gas reducción de volumen es positvo vale decir +W. Para el trabajo dW mediante un cambio de volumen dV se tene:

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38 dW - pdV 2 Para expresar el trabajo como función de temperatura y volumen se elimina p de la ecuación 2 con ayuda de la ecuación 1. De ello resulta dW - RTdV/V 3 Por el intercambio de calor con el ambiente y el movimiento del pistón el estado de un sistema cambia con el tempo. La descripción del cambio de estado puede simplifcarse considerablemente si se observa el cambio de energía en el paso de un estado de equilibrio a otro estado de equilibrio. Del estado inicial al estado fnal también puede llegarse gradualmente a través de pasos intermedios. Con este método se describen a contnuación los procesos termodinámicos en el motor Strling. 6. Ciclo de la máquina Strling Ahora explicamos el diagrama de estado del ciclo de operación de la máquina Strling como máquina térmica motriz motor de aire caliente con ayuda de las ilustraciones 3 4 y 5. El aire como medio de trabajo gaseoso se mueve dentro de un volumen cerrado limitado por el pistón de trabajo 1. El pistón desplazador 2 divide el volumen de trabajo en dos áreas. En ello el gas en el subvolumen sobre el desplazador se mantene a la temperatura T 1 mediante una fuente de calor 8. En el subvolumen inferior el gas está en contacto por la camisa de agua refrigerante 4 con un reservorio térmico de temperatura T 2 T 1 . El desplazador puede desplazar el gas entre los dos volúmenes de un lado a otro. En ello el gas de trabajo fuye a través del regenerador 7 con el que puede intercambiar calor. Ilustración 3: Máquina Stirling de Leybold: 1: pistón de trabajo 2: pistón desplazador 3: parte superior del cilindro 4: tubo de camisa de agua refrigerante 5: entrada de agua refrigerante 6: salida de agua refrigerante 7: regenerador lana de Cu 8: fuente de calor 9: volante 10: varillas de pistón con accionamiento romboidal 11: manguera con manómetro presión interior del cilindro 12. cuplas de entrada y salida del agua refrigerante.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 39 El cambio del volumen de trabajo entre los valores extremos V 1 y V 2 se convierte en un movimiento rotatorio a través de la excéntrica 10. El movimiento del desplazador relatvo al pistón de trabajo se conduce mediante un accionamiento romboidal. Durante una revolución de motor se desarrolla el siguiente proceso termodinámico ideal representado en la ilustración 5. Comencemos con la fase 1 del proceso cuando el pistón de trabajo se ubica en el punto de inversión superior V V 1 . Supongamos que el desplazador se encuentra tan cerca del pistón que todo el gas se ubica en la parte “caliente” del cilindro con la temperatura T 1 . Ilustración 4: posiciones del pistón con a expansión isotérmica b enfriamiento isocórico c compresión isotérmica y d calentamiento isocórico del gas de trabajo. Ilustración 5: diagrama p-V del motor Stirling

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40 7. Expansión i sot érmic a 1-2 : Al aportar la cantdad de calor Q 12 el gas se expande en forma isotérmica del volumen V 1 al V 2 ilustra- ción 4a. La presión dentro del cilindro se reduce de acuerdo con la ecuación 1. Dado que con cambios de estado isotérmicos no cambia la energía interna U del sistema dU 0 del primer principio de la termodinámica resulta dW -dQ vale decir el calor aportado se convierte completamente en trabajo mecánico. De la ecuación 3 se obtene 8. En friamien t o isoc óric o 2-3: El pistón de trabajo se ubica en el punto de inversión inferior V V 2 V 3 . Ahora el desplazador se mueve hacia arriba ilustración 4b y el gas caliente fuye a través del regenerador “frío” a la zona enfriada inferior del cilindro. En ello el gas es enfriado por el regenerador de la temperatura T 1 a la temperatura T 2 y reduce su energía interna en δ U 23 C V T 2 - T 1 . Dado que en cambios de estado isocóricos no se realiza trabajo mecánico W 23 0 se obtiene del primer principio que el calor Q 23 δ U 23 0 se trans - fere al regenerador calentándolo y luego vuelve a quedar disponible para el calentamiento isocórico del gas. Por decirlo así sin regenerador el Q 23 se “derrocharía” entregándolo al agua refrigerante. 9. Compr esión isot érmic a 3-4: Mediante el volante el pistón de trabajo vuelve al punto de inversión superior ilustración 4c. En ello el gas en la parte “fría” del cilindro se comprime a temperatura T 2 pasando del volumen V 3 al volumen V 4 . En ello aumenta la presión del gas de acuerdo con la ecuación 1. El trabajo mecánico realizado por el volante se entrega en este proceso al refrigerante como calor Q 34 . 10. Calen t amien t o isoc óric o 4-1: El pistón de trabajo se ubica en el punto de inversión superior V V 4 V 1 . Ahora el desplazador se mueve hacia abajo ilustración 4d y el gas frío fuye a través del regenerador “caliente” a la zona ca- lentada superior del cilindro. En ello el gas es calentado por el regenerador de la temperatura T 2 a la temperaturaT 1 y aumenta su energía interna en U 41 C V T 1 T 2 . El calor requerido para ello Q 41 U 41 Q 23 es extraído del regenerador y éste vuelve a enfriarse. Sin regenerador el Q 41 tendría que ser compensado por la fuente de calor. Al fnal se realizó el siguiente trabajo neto: 4 5 6

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 41 Gráfcamente este trabajo corresponde al área encerrada por las dos líneas isocóricas e isotérmicas de la ilustración 5. La efciencia térmica ideal de este proceso Strling está defnido por la relación entre la energía convertda con una revolución en trabajo mecánico ∫ p dV y el total de la energía térmica inver- tda vale decir Q 12 . Si se consideran las ecuaciones 4 y 6 resulta En términos muy generales para el trabajo neto de ciclos rige lo siguiente: si la curva es recorrida en sentdo horario máquina térmica motriz el sistema entrega trabajo W O. En el sentdo contrario máquina de refrigeración o bomba de calor se absorbe trabajo W O. La ilustración 6 muestra esquemátcamen- te el proceso de conversión de energía en el motor de prueba pero también rige en general para procesos en sentdo horario : conversión de energía térmica en energía mecánica procesos en sentdo anthorario: conversión de energía mecánica en energía térmica 11. Con v er sión de ener gía y e fciencia e f ectv a del mot or de air e c alien t e Por radiación térmica convección y fric- ción se producen pérdidas en el motor Str - ling “real” que reducen la efciencia termo - dinámica ideal th. La ilustración 7 muestra el proceso completo de la conversión de la potencia térmica eléctrica en potencia mecánicamente disponible del motor Str - ling resultando las siguientes potencias y efciencias parciales con la frecuencia de revoluciones del motor dada ƒ: 7 Ilustración 6: Transformación de energía en máquinas térmicas motrices y motrices térmicas

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42 Lo que realmente importa para el empleo técnico del motor es qué parte de la potencia térmica eléctrica aplicada P QH puede convertrse fnalmente en potencia mecánica obtenible y utlizable P E . Así resulta la siguiente efciencia efectva del motor de aire caliente Para el cálculo de las efciencias parciales pueden medirse en el experimento la potencia térmica eléctrica P QH la frecuencia de revoluciones del motor ƒ capítulo 5.5 y la potencia mecánica P E capítulo 5.7. Los respectvos diagramas pV también permiten determinar por integración la potencia P w entregada por el gas de trabajo y Q 12 . Además de la ilustración 7 se obtenen experimentalmente las siguientes potencias: • La potencia térmica extraída del agua refrigerante: P Q C W W Φ W ∆ T W calor específco del agua: c w densidad del agua: ρ W fujo de agua refrigerante: Φ W ∆V/∆t diferencia de temperatura del agua refrigerante de entrada y de salida: ∆T W . • La potencia térmica entregada al agua refrigerante por fricción del pistón: P K f W K en que W k es el trabajo de fricción por ciclo que debe determinarse en el ejercicio 1d. El mot or Strling c omo máquina de r e frig er ación y bomba de c alor Hasta ahora el motor Strling se representó como máquina térmica motriz: por el fujo de energía tér - mica de un reservorio caliente a uno frío se generó trabajo mecánico. En cambio si se aporta trabajo mecánico accionando la máquina desde afuera se genera a la inversa un fujo de calor del reservorio de menor temperatura al de mayor temperatura. Ahora si el reservorio de mayor temperatura se mantene a temperatura ambiente puede enfriarse así el otro reservorio con lo que se obtene una máquina de refrigeración. En cambio si el reservorio de menor temperatura se encuentra a temperatura ambiente el otro reservorio se calienta con lo que se obtene una bomba de calor. Ilustración 7: Diagrama de fujo de energía con pérdidas en el motor Stirling “real” 6

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 43 En ambos casos el diagrama pV - a diferencia del motor de aire caliente - se desarrollará en sentdo anthorario. Vale decir la expansión isotérmica se produce a la temperatura inferior T 2 . La energía tér- mica necesaria para ello se extrae del reservorio más frío y se libera en la compresión a la temperatura superior T 1 véase ilustración 6. Para estos tpos de operación también pueden defnirse efciencias termodinámicas. En ambos casos se compara la energía útl con el trabajo mecánico W ∫ pdV entregado al proceso. Así se obtene para la máquina de refrigeración la efciencia y para la bomba de calor la efciencia Las efciencias efectvas de estas máquinas resultan de manera análoga al motor de aire caliente de la potencia refrigerante o térmica mesurable P K/W relatva a la potencia consumida para el accionamiento de la máquina P motor UI Tema 2 La física cuántica aplicada en productos tecnológicos de la vida cotidiana. Actvidad 1: Refexionamos con relación a la aplicación de la fsica cuántca y su necesidad de estudios y/o profundización en educación secundaria. Para ello nos guiamos con las siguientes preguntas: • ¿En qué momento de la vida cotdiana se aplica la fsica cuántca • ¿Cómo se relaciona la fsica cuántca con la medicina • ¿Cuál es la importancia de abordar contenidos de fsica cuántca en el MESCP • ¿Cómo se puede explicar la dualidad de la onda-partcula • ¿Cuáles serán los benefcios y las consecuencias del estudio y aplicación de la fsica cuántca en la vida productva del Estado Plurinacional de Bolivia • ¿Se dice que los pueblos y naciones del Abya Yala son pueblos cuántcos por qué Actvidad 2 Leemos el siguiente texto y a la conclusión planteamos preguntas problematzadoras que nos permitan profundizar el tema. 9 10 11

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44 Medina Javier. 2010. Mirar con los dos ojos. Gobernar con los dos cetros. Insumos para profundizar el proceso de cambio como un diálogo de matrices civilizatorias. Editorial Garza-Azul. La Paz-Bolivia. pp. 127-142 P ar adigma cuán tc o Veíamos que el paradigma newtoniano basado en el modelo galileano de la ciencia sólo reconocía como objeto de la misma lo tangible medible no contradictorio objetvo racional abstracto: no relacional el resto: lo intangible cualitatvo contradictorio psíquico emocional concreto… caía fuera de su perímetro. Eso signifca que el modelo animista basado justamente en lo intangible cualitatvo contradictorio psíquico emocional interactvo relatvo energétco: relacional no podía ser procesado sencillamente por su sofware. Pues bien el nuevo paradigma cientfco técnico de Occidente gracias a la tecnología desarrollada a partr de la fsica cuántca puede ahora procesar esa data hasta hace poco negligida. Eso signifca que se ha abierto la posibilidad de un diálogo fecundo entre el Occidente cientfco-técnico y la Indianidad a través de nosotros: bolivianos occidentales y bolivianos amerindios. Voy a dar un pantallazo a los desarrollos más interesantes del nuevo paradigma siguiendo a Danah Zohar e Iam Marshall La sociedad cuántca. Plaza Janes Barcelona 1994. Del “modelo mecanicista o/o” al “modelo cuántco ambos/y” La cosmología newtoniana nos ha acostumbrado a pensar que las cosas tenen una posición bien defnida. Esta visión se expresa lógicamente en el “modelo o/o”. Así por ejemplo se pensaba que el electrón tenía una posición y un momentum bien defnidos por tanto o estaba dentro del alcance de un aparato de medida o no lo estaba. Ahora bien cuando nos las habemos con la realidad cuántca los nuevos fsicos nos dicen que se debe aprender esta otra forma de pensar: el “modelo ambos/y” es decir ser capaces de ir más allá de las contradicciones aparentes. Para los que se han formado en el estlo o/o: o una cosa o la otra esto puede llegar a ser difcil. Una de las ideas más revolucionarias que ha lanzado la realidad cuántca es que la luz es “ondas y partculas al mismo tempo”. A este hecho es que se le llama la “dualidad onda/partcula”. Esto quiere decir que ningún aspecto de la paridad ni las propiedades tpo onda ni las propiedades tpo partcula es más primaria o más real. Los dos se complementan entre sí y ambas son necesarias para cualquier descripción completa de lo que es la luz. A esto por cierto es que se llama el Principio de Complementariedad. Sin embargo estamos condenados a ver sólo uno por vez. Veamos el ejemplo de la Respiración que está compuesto por la in- spiración y la ex-piración. Cuando inspiramos no podemos expirar al mismo tempo y viceversa. Algo así. En efecto los fsicos han elaborado experimentos en los que la luz actúa como una serie de ondas y otros en los que actúa como una corriente de partculas pero hasta ahora no ha sido posible contemplar la paridad. De acuerdo al Principio de Incertdumbre no se puede por así decir sujetar la luz y ordenarle: “Muéstrate como realmente eres”. No se pueden medir todas sus propiedades exactamente. Si se la trata como una partcula y se mide su posición exacta se obtendrá una lectura muy borrosa de su momentum. Si se la trata como una onda y se mide su momentum exacto se tendrá una lectura igualmente confusa de su posición. Así pues el problema de medir la identdad exacta de un fotón o de un electrón es parecido al de des- cribir a qué se parece partcipar en un concierto de rock o en una fnal de un campeonato de fútbol. Si partcipamos como actores sabemos qué se siente conocemos la sensación de pertenecer a un grupo o

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 45 experimentamos la sensación de ser arrastrado más allá de nosotros mismos pero entonces sólo podemos tener una imagen borrosa de qué lugar ocupamos en la totalidad del ritual: qué parte somos realmente. Por otra parte si nos mantenemos fuera del evento digamos como un periodista entonces podemos ser capaces de ver la totalidad de relatar detalladamente lo que está haciendo la multtud pero sólo podremos tener una idea muy vaga de lo que se puede sentr siendo parte de esos acontecimientos. En tanto que observadores no podemos sumergirnos en el rito en tanto que actores no podemos tener una visión exterior de la globalidad. Una experiencia completa del ritual requeriría de ambas perspectvas: la partcipación y la descripción pero eso es imposible simultáneamente. Esta incertdumbre inherente a la realidad cuántca su carácter “ambos/y” es lo que viene a reemplazar la visión fja del cosmos mecanicista. Pero aquí no termina la cosa los fsicos nos dicen que un fotón o cualquier otra partcula elemental se encuentra en un diálogo creatvo permanente con su entorno o para utlizar una metáfora de la lingüís - tca con su contexto. Lo mismo que los homónimos palabras que parecen iguales pero tenen diferente sentdo según el contexto en el que estén usadas la realidad cuántca cambia su naturaleza de acuerdo a su entorno. La realidad cuántca se comporta como los camaleones. Este principio se demuestra en el conocido “experimento de dos cortes”. La cosa es así si he entendido bien. Se emite una corriente de fotones a partr de una fuente. Frente a la fuente de fotones el experi- mentador erige una barrera con dos cortes abiertos que permite que los fotones pasen a través de esos cortes. Más allá coloca dos detectores de partculas tubos fotomultplicadores o un detector de ondas una pantalla para observar a los fotones cuando golpeen en esas barreras. Si elige el detector de part - culas mide separadamente los fotones éstas pasan a través de uno de los cortes y hacen un chasquido en uno de los detectores. Si eligen el detector de ondas mide los fotones colectvamente las partculas pasan a través de ambos cortes y dejan una indicación de interferencia de onda en la pantalla. Figur a 1 Este experimento de los dos cortes es citado frecuentemente para ilustrar la relación creatva entre el observador y lo observado en la realidad cuántca. Dicen los fsicos sólo nos cabe creerles que antes de que los fotones sean “observados” eso quiere decir técnicamente “medidos” no hay ningún sistema que nos permita afrmar que existen ondas reales o partculas reales. Existe la potencialidad para que haya ambas. Pero cuando se observan es decir cuando se montan recursos de detección de partculas o de detección de ondas el tpo de observación que se utlice provoca una u otra de las posibilidades subyacentes. Con otras palabras el fsico cuántco ve lo que busca. El contexto general de la situación incluida la expectatva del experimentador infuye sobre qué parte del potencial cuántco de la luz que está subyacente puede aparecer. El contexto pues por así decir ayuda a la realidad a expresarse. Como podrá darse cuenta el lector estamos ya bien lejos del mundo newtoniano de leyes fjas e inmutables.

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46 Ilustraré lo dicho con un ejemplo conocido que trabajó Xavier Albó. Para unos los aymaras son comu- nitaristas ven la función onda solamente Para otros son unos individualisas faccionalistas ven sólo la función partcula. La verdad es que latentemente son las dos cosas ahora bien según el contexto una vez aparecerán como comunitaristas y otra como individualistas. Así pues todas las proposiciones excluyentes que se han hecho al respecto son en realidad falsas por unilaterales. Así pues al tratar la realidad cuántca los fsicos aconsejan considerar toda la situación. No se puede como en el sistema mecanicista aislar partes de la realidad y analizarlas independientemente. Tampoco es posible y he aquí la herejía cuántca en todo su esplendor aislarnos nosotros mismos de la situa - ción. En el contexto cuántco el observador es parte de la totalidad es más juega un papel crucial en la provocación de la situación que observa. Su presencia y su expectatva interactúa y altera lo que ve. No otra cosa por cierto sucede en un ritual chamánico o en una mesa ritual andina. El ritual suscita al Dios lo hace presente el resto del tempo está latente. En cambio el Dios cristano existe newtonianamente tanto si hay misa como si no tanto si se le ora como si no. Esto se llama Objetvidad como veíamos. En el Experimento de los dos cortes ocurre que si el fsico busca una partcula usando un detector de partculas encontrará una partcula. Si busca una onda usando una pantalla verá una onda. El fsico actúa como una suerte de partera de la realidad como un homo mayeutcus. En cierta medida la flosofa actual para no remitrnos a los griegos ha intuido algo de esto. Es conocida la frase de Ortega en sus Meditaciones del Quijote “Yo soy yo y mis circunstancias”. O el dictum de Merleau-Ponty “Sólo podemos defnir una verdad dentro de una situación”. Sin embargo estos flósofos suelen argumentar que la verdad o los valores no tenen fundamento en la realidad no tenen existencia más allá del contexto en el que aparecen. Esto ha llevado a un relatvismo que no refeja la relación entre la realidad y el contexto desde una perspectva cuántca. En fsica cuántca si interpreto adecuadamente la verdad que se muestra a sí misma en una situación dada es sólo un aspecto visible de una posibilidad subyacente más profunda y muy real. De hecho el conjunto de la realidad cuántca es un amplio mar de potencialidades. Esta pues es la no - vedad radical del cosmos cuántco. Es el entorno del ser donde rige la regla “ambos/y”. Pongamos un ejemplo para decirlo de otra manera. Todos los niños nacen con el potencial de hablar una o varias de las lenguas del mundo pero cada uno desarrollará sus habilidades en la lengua de sus padres o de los que le rodeen. Así pues en el entorno cuántco la paridad onda/partcula y el diálogo creatvo entre el potencial cuántco y las circunstancias experimentales nos demuestran que siempre hay más en la realidad que lo que se puede experimentar o expresar en cualquier momento. Una mayor sensibilidad al potencial latente de las situaciones asumida como un paradigma social más amplio puede estmularnos a pensar sobre las cosas no sólo como son ahora en el paradigma newtoniano sino a dónde están yendo qué pueden llegar a ser. T r ans f ormación cuán tc a La fsica clásica se caracteriza como hemos visto por la simplicidad con que supone que acaecen los hechos no es un mundo estátco cierto pero tampoco es sorprendente en realidad es muy previsible. Si se conoce la posición inicial de un sistema mecánico y los destalles de sus interacciones durante su transcurso entonces las leyes mecánicas dirán exactamente dónde está yendo y cómo llegará a su destno. Las cosas son muy distntas como espero haber mostrado en la realidad cuántca. Aquí la indeterminación se construye dentro de la realidad. Es una característca inherente a la realidad.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 47 Al comienzo Max Planck demostró que toda energía se irradia de estas pequeñas unidades llamadas cuantum. Mostró que son algo “grumosas” en lugar de “suaves y contnuas” como había sostenido la fsica clásica. Obsérvese el lenguaje metafórico de los fsicos. Años más tarde Niels Bohr demostró a su vez que en los átomos los electrones “saltan” de un estado de energía a otro en justamente “saltos cuántcos” discontnuos dependiendo el tamaño del salto de la cantdad de energía que absorbieron o cedieron. Bohr describió el átomo como un “sistema solar minúsculo” con un pesado núcleo de partculas en el centro y anillos de niveles de energía electrónica rodeándolo. Los electrones individuales zumban alre- dedor del núcleo en esos anillos de manera similar a como los planetas giran alrededor del sol. Figur a 2 En un átomo estable cada uno de los electrones está “en casa” en una órbita partcular dependiendo de la energía con la cual está asociado su giro. Pero cuando el átomo se hace inestable en el momento en que sus pautas internas de energía empiezan a cambiar entonces comienzan a suceder cosas extrañas. En principio el átomo puede tornarse inestable sin ninguna razón aparente. En la realidad cuántca hay que irse acostumbrando a saber que no hay necesariamente motvos o causas especiales para que algo suceda. Lo bello es que las cosas pueden pasar porque sí. De modo que de pronto los electrones de un átomo previamente estable pueden comenzar a moverse en diferentes órbitas de energía y no hay forma de saber por qué camino puede viajar un electrón partcular ni por qué fnalmente elige establecerse en alguna órbita. Todo lo que atnan a decirnos los fsicos hasta donde he leído es que su camino se reali - zará en saltos cuántcos por consiguiente de modo discontnuo y que la distancia es decir la diferencia energétca que recorre será medida en cuantums totales o trozos de energía. Cada viaje posible y cada destno eventual está asociado con una probabilidad pero nada nos asegura que algo esté determinado. La indeterminación pues caracteriza al entorno cuántco. Los electrones en efecto pueden ir al estado siguiente más bajo o pueden ir al estado siguiente más alto o pueden saltar varios estados intermedios o incluso pueden doblarse sobre sí mismos. La fsica cuántca demuestra que el electrón sigue realmente todos esos posibles caminos y a saber al mismo tempo. Actúa como si estuviera disperso por todo el espacio y el tempo y se hallase en todas partes a la vez. Los autores que he leído comparan estas exploraciones “electrónicas” con “sondeos” hacia el futuro para ver qué camino le resulta mejor en últmo término. Dicen que los fsicos llaman a estos sondeos “transiciones virtuales”. Son por así decir los posibles viajes que hace el electrón antes de que algo real es decir medible suceda. El viaje real aquel del que resulta el encuentro del electrón con una nueva casa donde instalarse es llamado por los fsicos “transición real”. Pero he aquí que la distnción entre lo virtual y lo real es confusa como tenen la amabilidad de avisarnos no quiere decir nada de lo que signifcaría en el mundo del sentdo común.

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48 Danah Zohar tuvo la amabilidad de poner el ejemplo de los Sondeos de opinión para explicar este asunto. En los sondeos de opinión como en la mecánica cuántca hay dice muchas transiciones virtuales posibles y contradictorias que suceden todas al mismo tempo con frecuencia añade se ven varios sondeos de opinión cada uno con un resultado supuestamente diferente. Y aunque un sondeo de opinión es una elección que nunca sucede realmente termina teniendo efecto en el mundo real. Los votantes como sabemos con frecuencia cambian su intención de voto como resultado de los sondeos. Así pues la existencia de estados virtuales demuestra que se puede experimentar más de una realidad al mismo tempo cada una de ellas interpretando su drama individual simultáneamente con otras. Esas realidades múltples se conocen como “superposiciones” en el lenguaje cuántco. Es más por todo lo que he averiguado en el entorno cuántco estas “superposiciones” son la norma no la excepción como había creído al comienzo. La función cuántca onda siempre contene una plétora de posibilidades todas igualmente reales y muchas contradictorias entre sí. Para dramatzar las muy curiosas multrrealidades de las superposiciones cuántcas y su eventual “colapso” en una única actualidad Erwin Schrödinger introdujo su famoso “Gato cuántco” que expongo siguiendo a John Gribin. Este gato está colocado dentro de una caja opaca fuera de toda posibilidad de observa- ción. Y con él también hay un complejo sistema que decide al azar si alimenta al gato con comida o le da veneno. Ahora bien según la lógica mecanicista del “modelo o/o: o lo uno o lo otro” cabe esperar que el gato esté muerto si se le da veneno o que esté vivo si se le da alimento. Pero he aquí como ya nos podemos imaginar que esa caja es un pequeño mundo cuántco en el que todo es posible. Dado que no puede ser observado el gato existe en una superposición es decir está vivo y muerto al mismo tempo. Sólo cuando se abre la caja para observarlo es cuando el estado del gato puede “colapsarse” en una opción: ora está vivo ora está muerto. Figur a 3 Dentro de la caja no visible un gato Schrödinger está vivo y muerto. Si abrimos la caja y los miramos el gato está muerto

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 49 En el lenguaje cuántco el momento de la observación es decir cuando la realidad cuántca pletórica de posibilidades se condensa en una actualidad única a este instante se le conoce como el “colapso de la función onda”. Los fsicos según entendo aún no saben explicar por qué se colapsan las funciones onda se intuye que este hecho parece estar conectado con la acción de ser observadas es decir medidas. Cómo se r elacionan los sis t emas cuán tc os En la fsica cuántca la naturaleza del ser entendido como una paridad dinámica onda/partcula y la noción de transformación entendida como un proceso a través del cual elementos como los electrones y los fotones están dispersos por todo el espacio y el tempo tenen enormes implicaciones para los tpos de relación que se encuentran entre los sistemas cuántcos. Si he entendido bien es justamente aquí en el terreno de la relación donde la realidad cuántca es verdaderamente más impactante. Por su condición de sólidas las partculas newtonianas que se encuentran deben chocar y seguir caminos separados los frentes de ondas que van juntos tenden a superponerse y combinar: la realidad de cada una es tomada y dirigida dentro de la otra. Los sistemas cuántcos con su potencial para ser tanto ondas como partculas tenen la capacidad de relacionarse en ambos términos. Cuando se encuentran dos sistemas cuántcos sus “aspectos partcula” tenden a estar algo separados y a mantener visos de sus identdades originales mientras sus “aspectos onda” se fusionan dando lugar a un sistema enteramente nuevo que envuelve el original. Los dos sistemas se relacionan internamente entran uno en otro y evolucionan juntos. El nuevo sistema al que da lugar su superposición tene su propio aspecto de partculas y ondas y su nueva identdad combinada. Figur a 4 No es reducible a la suma de las partes. No podemos decir como en la fsica clásica que el nuevo sistema está compuesto de A más B más las interacciones entre ellas. Es algo nuevo: una realidad emergente. En el mundo fsico esa emergencia se produce sólo en la realidad cuántca. Podemos visualizar de manera simple lo que signifca “encontrarse” para dos sistemas cuántcos man- teniendo la individualidad de sus “aspectos partcula” y fusionando al mismo tempo sus “aspectos onda” por medio de un experimento que propone Donah Zohar con dos clips metálicos. A pesar de su tamaño los clips son ejemplos cotdianos de sistemas cuántcos. Es imposible describir adecuadamente las propiedades eléctricas de los metales con la vieja fsica clásica. Se puede captar la naturaleza cuántca del clip enfocando la estructura atómica de su metal. Dentro de cada clip los átomos de cobre están Cuando los átomos newtonianos se encuen- tran chocan y toman caminos separados. Cuando se encuentran los sistemas cuánticos sus aspectos onda se superponen y se combi- nan para convertirse en un nuevo sistema.

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50 ordenados de manera que la masa de cada átomo el ion del núcleo y los electrones más interiores tene propiedades de partculas y los electrones del anillo más externo tenen propiedades de ondas. Si se hace pasar una corriente eléctrica por el clip los iones tpo partculas estarán en su lugar pero los electrones tpo ondas se extenderán a lo largo del alambre llenando todo su espacio y su tempo. Figur a 5 Cada partícula tiene un aspecto tipo partícula y uno tipo onda. Por este motvo dicen los fsicos las corrientes eléctricas se desplazan en la mitad del tempo que la luz mucho más rápido de lo que los electrones tpo partcula se pueden mover por un metal. Ahora se pueden coger dos clips y unirlos doblando uno dentro del otro. Es muy útl tener dos clips en la mano y unirlos mientras se piensa en el experimento. Cuando dos clips están unidos las propiedades “tpo partcula” se mantenen separadas y mantenen su identdad original. En este momento todavía son dos distntos y sólidos clips cada uno con sus propios límites marcados. Pero los electrones “tpo onda” que reúnen las corrientes eléctricas de los clips se fusionarán y se convertrán en una corriente eléctrica con una longitud de onda ligeramente modifcada. De modo que los dos clips doblados juntos representan un nuevo sistema cuántco con propiedades de partculas similares a los sistemas consttuyentes pero con propiedades de onda enteramente nuevas. Figur a 6

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 51 Los sistemas cuántcos superpuestos son una forma de relación interna que se halla en la realidad cuán - tca pero sin duda son los más extraños e importantes. Cuando se consideran las implicaciones de los electrones y los fotones dispersos por todo el espacio y el tempo se descubre un tpo de “relación” que zafa a la palabra “separado” de su sentdo habitual y por consiguiente provoca la refexión acerca de lo que por ventura se entende por “partes” y por “todos”. Pero si todas las cosas potenciales están dispersas y a saber en todas las direcciones ¿cómo se puede hablar de alguna distancia entre ellas o concebir alguna separación Si todas las cosas y todos los mo- mentos se tocan entre sí en todos los puntos la unidad del sistema total es de un tpo no imaginado hasta ahora. Al describir esa extrema falta de conexión los fsicos cuántcos han revivido la noción de “acción a distancia” donde una cosa puede ser relacionada con otra instantáneamente sin un aparente intercambio de fuerza o de señal entre ellas. Conocida como “no-localidad” o “correlación en ausencia de cualquier fuerza local” esta misteriosa interconexión es uno de los mayores desafos conceptuales lanzados por la realidad cuántca. Fue Einstein quien demostró que las ecuaciones de la mecánica cuántca implicaban un tpo de conexión instantánea entre cosas aparentemente separadas. Esto parecía plantear problemas al Principio más básico de la Teoría de la Relatvidad que sostene que “nada puede desplazarse más rápido que la velocidad de la luz”. Esta teoría sostene que no puede haber una cosa como esa como infuencia causal instantánea. Pero Einstein argumentaba que sin “causas” e “infuencias” la no ubicación era fantasmal y absurda y que su predicción era una prueba clara de que la Teoría cuántca estaba incompleta. El trató de probar tal afrmación sugiriendo una paradoja: la famosa paradoja EPR: Einstein Podolsky Rosen. Lo esencial de la paradoja EPR se puede ilustrar por un par de fotones que han sido introducidos uno en otro y luego lanzados en diferentes direcciones. Cuando se mide la polarización de uno se encuentra instantáneamente la polarización del otro que es exactamente la opuesta. Siempre están correlacionados negatvamente. Los dos fotones pueden estar teóricamente en los lados opuestos del universo. Están empero tan extrañamente vinculados que a pesar de su separación aparente se comportan como si no hubiera espacio entre ellos. Son partes de un todo más amplio y ese todo parece componer sus movi- mientos simultáneos como una misteriosa red de conexión que los envuelve en su infuencia. Este mismo fenómeno de correlación cuántca ha sido observado a través del tempo y se han hecho experimentos con rayos láser. En uno de estos experimentos dos diferentes fotones de dos láser sepa- rados fueron lanzados hacia una barrera a través de dos cortes en diferentes momentos. Aunque sólo un fotón puede impactar la pantalla de detección en cada momento el experimentador observó una interferencia en la pantalla que indica que ambos están presentes simultáneamente. Figur a 7

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52 Es decir la pauta tpo onda que indica la presencia del primer fotón se entrecruza con la pauta tpo onda del segundo. Esto es imposible dicen los fsicos a menos que el primer fotón haya cruzado a través del tempo para estar allí simultáneamente con el segundo fotón. En un experimento más reciente que relata Hofstadter en Godel Escher Bach se arrojó un solo fotón a un espejo cubierto con una capa de plata por lo que el fotón tenía el 50 por ciento de posibilidades de pasar por el espejo como si fuera vidrio plano y 50 por ciento de posibilidades de ser refejado por él. Si el fotón pasaba recto seguía una línea corta directa a la pantalla distante. Si era refejado la ruta era más larga circular y llegaba más tarde a la pantalla. Tendría que ser o/o. Pero lo que realmente se vio en la pantalla es una pauta de interferencia indicando que el fotón se había “interferido” o “enredado” valgan las metáforas con su propia posibilidad de llegar tarde o temprano. La mera posibilidad del fotón llegando más temprano o más tarde tene un tpo de realidad temporal que se extende a través del tempo. Figur a 8 Así pues hasta cierto punto el Todo de la realidad cuántca es una red entera de relaciones internas superpuestas o correlacionadas. Lo que David Bohm llama un tpo de “integridad indivisa”. Por eso es que se dice que la fsica cuántca es holístca. Es decir el nuevo todo tene cualidades y una identdad propia que aparecen sólo a través de la relación de sus partes previamente indefnidas o indeterminadas. Así pues la “Caos-cosmo-con-vivencia” andina se puede explicar y entender mejor a partr de este pa- radigma como una ejemplifcación social polítca económica… de este funcionamiento subatómico y noosférico. La principal razón de ello es que la civilización andina se construye en el Contnuo animista naturaleza-sociedad no en la Separación monoteísta entre naturaleza y sociedad como Occidente. He aquí lo fascinante de esta civilización para una era tecnológica de tpo simbionómico como la que he- mos empezado a gatear. Los Andes tenen el know how operatvo de cómo funciona una sociedad en el contnuo biosférico. Espero que más de un interesado se aventure en este camino. Este es el horizonte que debe seguir a nuestro actual “Estado Unitario Plurinacional” que sigue nomás bajo la hégira del monoteísmo católico: Un Dios y 36 nacionalidades. A contnuación esbozaré los conceptos opuestos a “Objetvidad Razón y Ley” que confguraron la mo- dernidad.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 53 Tema 3: Nanociencia y nanotecnología en la solución de algunas necesidades humanas Actvidad 1 En grupo r e fe xionamos sobr e las siguien t es pr egun t as: • ¿Por qué la humanidad tene la necesidad de desarrollar nanociencia y nanotecnología • ¿Pueden ser el ADN y las macromoléculas presentes en plantas y animales productos nanobioló- gicos ¿Por qué • ¿En qué productos naturales y artfciales de la vida cotdiana está presente la nanociencia y na - notecnología • ¿Cuáles son los saberes y conocimientos que tenen los pueblos y naciones sobre nanotecnología • ¿Cómo podemos abordar contenidos que posibiliten la producción de saberes y conocimientos sobre nanociencia y nanotecnología • ¿Cuáles serán los benefcios y las problemátcas producto de la nanociencia y la nanotecnología Actvidad 2 Lectur a del t e xt o par a iniciar en el en t endimien t o de la nanociencia y nanot ecnología. Fundación de la Innovación Bankinter. 2006. Nanotecnología: la revolución industrial del siglo XXI. Pp. 10-13 18-52 CAPÍTUL O 1 La pr omesa de la nanot ecnología El campo de la nanotecnología se enmarca dentro de las ciencias y la ingeniería. Las estructuras con las que se lidia en este campo miden en al menos una de las tres dimensiones menos de 100 nanómetros es decir la milmillonésima parte de un metro. La prueba viviente de cuán importantes son las nanoes- tructuras está en los sistemas orgánicos complejos ensamblajes de componentes en la escala nano: macromoléculas complejos proteínicos orgánulos sistemas cuasi inorgánicos como las cáscaras o los huesos etc. Las maravillosas funciones que los sistemas orgánicos son capaces de realizar la lógica la memoria la moción la síntesis química la conversión de energía o incluso la conciencia del yo son consecuencia directa de la complejidad estructural en la nanoescala. Los millones de transistores que conforman los chips que hacen funcionar nuestros ordenadores y móvi- les son obviamente nanoestructuras. Como se puede ver el campo de la nanotecnología es amplísimo. Abarca desde la biología molecular hasta la electrónica hasta el infnito. La investgación y desarrollo sobre nanoestructuras existe desde hace décadas. Los productos comerciales basados en nanoestructu- ras han estado disponibles para el público desde hace décadas sin embargo el interés por este campo últmamente ha crecido de manera exponencial tanto por parte de los círculos cientfcos como por parte de los organismos gubernamentales y la comunidad de inversores.

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54 Este renovado interés por la ciencia y la ingeniería en la nanoescala se debe a la conjunción de varios factores: las mejoras en los nanoproductos y las nanoherramientas microscopía el descubrimiento de que las nanoestructuras sintétcas se caracterizan por propiedades inusitadas la expectación ante la revolución comercial y social que se avecina parecida a la provocada en su momento por la industria de los semiconductores el resultado de la investgación en nanotecnología y por últmo un mayor apoyo gubernamental de la ciencia y la ingeniería en la nanoescala. La Historia nos enseña que los frutos de la investgación son impredecibles. No obstante la Historia también nos ha enseñado que ciertas áreas de investgación dejan ver su potencial desde el primer momento. Un ejemplo: la biología molecular nacía hace treinta años y hoy los esfuerzos en investgación están dando sus frutos en forma de mejora de los cuidados sanitarios y un mayor entendimiento de las enfermedades genétcas por mencionar sólo dos impactos. Otro ejemplo: en los albores de las tecnologías de la información estaba claro que invertr en investgación cientfca relacionada con este campo daría buenos frutos. Sin embargo ningún pionero en tecnologías de la información se antcipó a la World Wide Web. En los comienzos de la fbra óptca nadie pudo an- tcipar la extensa red de comunicaciones óptcas que existe hoy. En 1947 se inventó el transistor y todo el mundo coincidió en la importancia de fomentar la investgación en el campo de los semiconductores pero nadie habría podido imaginar ni remotamente los miles de millones de transistores existentes en los ordenadores baratos que los niños utlizan en la escuela normalmente. Por tanto con el libro de Historia en la mano todo indica que la investgación en nanotecnología siempre y cuando se apoye y realice de forma inteligente dará unos frutos que justfcarán de sobra el entusiasmo de hoy. Henry I. Smith Profesor de Ingeniería Eléctrica Instituto Tecnológico de Massa- chussets MIT Cambridge MA 02139 Estados Unidos CAPÍTUL O 2 Pr esen t e y c on t e xt o de la nanot ecnología Algunos ya hablan de una nueva revolución industrial mientras que otros apenas han oído hablar de nanotecnología. Esta nueva ciencia si es que se puede califcar de esta forma es una gran desconocida. De hecho hace décadas que estamos utlizando algunos nanomateriales y la mayoría de nosotros no somos conscientes de ello. El presente capítulo tene como objetvo sentar las bases para poder entender qué es la nanotecnología cuándo podemos califcar un avance de nanotecnológico y en qué contexto nos movemos actualmente. Para ello se van a abordar en primer lugar la defnición y los antecedentes históricos además de mostrar la realidad actual de las cuatro principales áreas de aplicación en las que se está investgando: materia- les electrónica medicina y energía. A contnuación se presenta el papel de los poderes públicos en esta nueva aventura tecnológica. De fnición y an t eceden t es Las nanociencias y las nanotecnologías son nuevas áreas de investgación y desarrollo cuyo objetvo es el control tanto del comportamiento como de la estructura fundamental de la materia a escala atómica y molecular.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 55 Estas disciplinas abren las puertas a la comprensión de nuevos fenómenos y al descubrimiento de nuevas propiedades susceptbles de ser aplicadas a escala macroscópica y microscópica. Las aplicaciones de las nanotecnologías son cada vez más visibles y su impacto empieza a sentrse y pronto abarcará muchos aspectos de la vida cotdiana. Primero lo primero Defnir la nanotecnología no es una tarea fácil. Se pueden encontrar muchas defniciones parecidas aunque con diferentes matces sobre todo a la hora de poner en práctca la ciencia de lo pequeño. Por eso vamos a ir paso a paso. El prefjo nano proviene del griego y signifca ‘enano’ y en ciencia y tecnología quiere decir 10 -9 0000000001. Un nanómetro nm es una milmillonésima parte de un metro es decir decenas de miles de veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano. En la ilustración 1 podemos ver un gráfco con ejemplos de estructuras generadas por la naturaleza o desarrollos realizados por el hombre que son cada vez más pequeños hasta llegar a nanómetros. Ilustración 1: Estructuras naturales y artifciales Fuente: http://todosigueigual.wordpress.com/page/6/ En primer lugar se puede defnir la nanociencia como el estudio del comportamiento y la manipulación de materiales a escala atómica o molecular para entender y explotar sus propiedades que son signifca- tvamente distntas de aquellas propiedades a mayor escala. En la comunicación de la Comisión Europea ttulada Hacia una estrategia europea para las nanotecno- logías se recoge la siguiente defnición: “La nanotecnología es una ciencia multdisciplinar que se refere a las actvidades cientfcas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular así como a los principios cientfcos y a las nuevas propie - dades que pueden ser comprendidos y controlados cuando se interviene a dicha escala”. Vamos a dividir esta defnición en tres aspectos diferentes que merecen una mención especial: “La nanotecnología es una ciencia multdisciplinar que se refere a las actvidades cientfcas y tecnoló- gicas...”

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56 A menudo se hace alusión a la nanotecnología como una ciencia “horizontal”. La nanotecnología es ver- daderamente multdisciplinar. Colaboran especialistas en materiales con ingenieros mecánicos y electró - nicos pero también con investgadores médicos biólogos fsicos y químicos. Un nexo común une a toda la investgación nanoescalar: la necesidad de compartr saberes sobre métodos y técnicas combinándolos con saberes sobre las interacciones atómicas y moleculares en este nuevo territorio de la ciencia. “... actvidades ... llevadas a cabo a escala atómica y molecular...” El término nanotecnología describe el conjunto de tecnologías que se enfocan hacia la producción y aplicación de distntos sistemas en una escala que va desde el nivel atómico o molecular hasta alrededor de 100 nanómetros. Como ejemplo ilustratvo el punto de esta “i” puede contener hasta un millón de nanopartculas. “... así como a los principios cientfcos y a las nuevas propiedades que pueden ser comprendidos y con- trolados cuando se interviene a dicha escala”. La diferencia entre los materiales a nanoescala en comparación con esos mismos materiales a escala macroscópica es que la superfcie de los primeros en relación con su masa es relatvamente mayor lo que permite que sean químicamente más reactvos y por tanto que haya cambios en sus propiedades básicas. Más aún por debajo de pocos nanómetros las leyes clásicas de la fsica dejan paso a la fsica cuántca que regula con diferentes leyes los comportamientos óptcos eléctricos y magnétcos. Corrientes de investgación en nanotecnología Si relacionamos la defnición realizada de nanotecnología y los aspectos que la componen con las invest - gaciones que se están llevando a cabo podemos hablar de tres corrientes distntas de investgación que pueden circunscribirse al campo de la nanotecnología: Nanotecnología por tamaño: se persigue la construcción de estructuras y dispositvos cada vez más pe- queños llegando a escalas nanométricas. Nanotecnología por operación: se investga sobre nuevas característcas de los materiales mediante su manipulación a escala atómica o molecular. Nanotecnología por método de fabricación: se refere al botom-up assembly o molecular self-assembly es decir la unión o conjugación de átomos y moléculas para crear una estructura nueva y más compleja. El inicio de las investgaciones fue la nanotecnología por tamaño es decir la miniaturización de los pro - ductos. En este ámbito se está llegando actualmente a unos límites fsicos en los que se hace necesaria la investgación en las nuevas característcas de los materiales por su manipulación a escala atómica o molecular nanotecnología por operación. Estas dos corrientes por tanto han ido de la mano durante estos años aunque parece que la primera va a dejar espacio para un mayor desarrollo de la segunda en un futuro próximo. La tercera corriente de investgación por método de fabricación según los expertos genera algo más de incertdumbre ya que aún no se ve próximo el despegue de esta tecnología. La posibilidad de crear estructuras nuevas podría ser una gran revolución pero parece que habrá que esperar algunos años más para verla.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 57 Un poco de historia El término nanotecnología fue acuñado por Norio Taniguchi 3 de la Universidad de Tokio en 1974 con el objetvo de distnguir entre la ingeniería llevada a cabo a escala micro 10 -6 y la llevada a cabo a escala nano 10 -9 una diferencia nada desdeñable. Gracias a Eric Drexler del MIT Massachusets Insttute of Technology este término se popularizó a raíz de su libro Engines of Creaton publicado en 1986. Sin embargo los orígenes de la nanotecnología se remontan a diciembre de 1959 cuando Richard Feyn- man premio Nobel de Física se dirigió a la American Physical Society con una conferencia ttulada “Hay mucho sito por debajo” 4 . En aquella disertación Feynman destacó los benefcios que supondría para la sociedad la capacidad de atrapar y situar átomos y moléculas en posiciones determinadas y fabricar artefactos con una precisión de unos pocos átomos. Sin embargo cuanto más pequeña era la escala utlizada en las investgaciones más complicado era ver qué estaba ocurriendo. En 1981 se produjo un gran avance en la carrera por “lo enano” cuando las investgaciones llevadas a cabo por IBM lograron crear un instrumento llamado “microscopio de barrido de efecto túnel” STM 5 que permita captar una imagen de la estructura atómica de la materia. Todo empezó en el año 400 a.C. cuando los griegos crearon los términos elemento y átomo para describir los componentes más diminutos de la materia. 1940 Años cuarenta Von Neuman estudia la posibilidad de crear sistemas que se autorreproducen para así reducir costes. 1959 Richard Feynman da el pistoletazo de salida con la charla “There is plenty of room at the botom”. 1966 Se realiza la película Viaje alucinante que cuenta la travesía de unos cientfcos a través del cuerpo humano. Los cientfcos reducen su tamaño al de una partcula y se introducen en el interior del cuerpo de un investgador para destrozar el tumor que le está matando. Por primera vez en la historia se considera esto como una verdadera posibilidad cientfca. 1974 Norio Taniguchi acuña el término nanotecnología para diferenciar entre nanoescala y mi- croescala con 1.000 unidades de diferencia de escala. 1981 • Se inventa el microscopio de efecto túnel STM que permite observar una molécula con resolución atómica. Los investgadores Heinrich Rohrer y Gerd Karl Binnig de IBM recibie- ron el Nobel de Física en 1986 por ello. • El primer artculo cientfco sobre nanotecnología “Protein Design as a Pathway to Mo - lecular Manufacturing” del Dr. K. Eric Drexler sugiere que se pueden construir máquinas complejas y funcionales. 1985 Nuevo hito: se descubre la estructura de los fullerenes o buckyballs. 1986 Se inventa el microscopio de fuerza atómica AFM un nuevo microscopio de proximidad para manipular átomos uno a uno mediante el contacto fsico del sensor y el átomo. Cuadr o: Principales a v ances de la nanot ecnología

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58 1989 IBM deletrea IBM con un microscopio de efecto túnel. Se desplazaron 35 átomos de Xenon. 1991 Sumo Iijima de la sede de NEC en Jap ón descubre los nanotubos de carbono. 1993 • El equipo del Weizmann Insttute of Science en Israel crea las primeras nanoestructuras con propiedades sorprendentes lo cual lleva a la creación de las “cuerdas” de nanotubos se despierta así el interés internacional por las propiedades fsicas y químicas de los nanotu - bos de carbono. • Warren Robinet UNC y R. Stanley Williams UCLA crean un nanomanipulador un aparato conectado a un STM que permite a los investgadores no sólo ver los átomos sino también sentrlos. 1996 • Richard Smalley es galardonado con el Nobel de Química por colaborar en el descubrimien- to en 1985 de los fullerenes C-60. • George Whitesides diseña circuitos de chips para ordenadores de 30 nanómetros de ancho. En dichos circuitos cada chip tene el potencial de operar a una velocidad superior a un terafop es decir 4.000 veces más rápido que un PC. 1998 El equipo de Cees Dekker en la Universidad Tecnológica de Delf Holanda construye un transistor con un nanotubo de carbono. Se logra convertr un nanotubo de carbono en un nanolápiz que se puede utlizar para escribir. 1999 James Tour Rice y Mark Reed Yale crean el interruptor molecular validando así la teoría de que los aparatos informátcos a escala nano pueden construirse a partr de una sola molécula. 2000 • El presidente Clinton lanza la Natonal Nanotechnology Initatve con un presupuesto de 422 millones de dólares. • Don Eigler y sus colegas de IBM crean un “corral cuántco”. 2001 • El cientfco de IBM Phaedon Avouris crea la primera puerta lógica de una molécula. • Cees Dekker construye un transistor en un nanotubo de carbono que puede encenderse y apagarse con sólo un electrón. • Charles Lieber de Harvard utliza distntas agrupaciones de nanocables y las combina para crear el diodo emisor de luz LED más pequeño que existe. • Los investgadores de IBM en Zurich desarrollan la tarjeta de memoria “Millipede”. Tiene un potencial de 1 terabit/pulgada. La Unión Europea destna un presupuesto de 1.300 millones de euros entre 2002-2006 para inves - tgación en nanotecnología dentro del Sexto Programa Marco. Fuen t e: Elabor ación pr opia

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 59 Una curiosidad Feynman ofreció dos premios de 1.000 dólares: uno para la primera persona capaz de crear un motor con forma cúbica de 04 mm en cada dirección el otro sería para quien fuera capaz de reducir la página de un libro unas 25.000 veces su tamaño esto es 100 nanómetros de largo. El primero de los premios fue reclamado en menos de un año tras su discurso. El segundo premio ha necesitado 26 años para ser reclamado. Simultáneamente un grupo de investgadores de la Universidad de Rice llamó la atención por el descu- brimiento de una molécula de carbono que tenía forma de balón de fútbol fullerene o buckyball. Esta estructura de un nanómetro de diámetro es capaz de conducir la electricidad y el calor además de ser más dura que el acero y a la vez más ligera que el plástco. Ilustración 2: ‘Buckyball’. Fuente: http://homepage.mac.com/ jhgowen/research/nanotube_page/ C60.jpg En los años noventa la historia sigue avanzando gracias al descubrimiento accidental de los nanotubos de carbono consistentes en estructuras similares a las buckyballs pero alargadas. Éstas muestran propieda- des similares a las anteriores en cuanto a su extremada dureza en combinación con un peso muy ligero. En los últmos años el ritmo constante de las investgaciones en nanotecnología ha sufrido una gran aceleración gracias a algunos descubrimientos como los corrales cuántcos los puntos cuántcos o los transistores de un solo electrón. El entusiasmo por la nanotecnología parece contagioso. En 1999 el presidente Bill Clinton anunció una Iniciatva Nacional para la Nanotecnología con el objetvo de acelerar el ritmo de investgación desarrollo y comercialización de las aplicaciones en este campo. La iniciatva tuvo repercusión en otros países y en 2001 la Unión Europea aprobó un presupuesto de 1.300 millones de euros para investgación en nano - tecnología en su Sexto Programa Marco. Japón Taiwán Singapur y China han empezado a desarrollar medidas similares para acelerar el desarrollo de esta nueva ciencia. ¿La nanotecnología ya está aquí Tan sólo como un pequeño avance del resto del documento hay que decir que la nanotecnología es ya una realidad y que actualmente se está usando en algunos productos que ya están comercializados:

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60 Gafas de sol que usan tejidos de polímeros ultrafnos con propiedades protectoras y ant-refejantes. Raquetas de tenis que incrementan su fexibilidad y su resistencia gracias a nanotubos de carbono. Cera para esquíes de alto rendimiento que incrementa la velocidad de deslizamiento. Catalizadores para algunos coches que ayudan a cuidar el medio ambiente. Sin embargo la segunda gran revolución industrial está por venir y según los sectores en los que se ponga la vista los plazos pueden variar por razones tecnológicas nanoenergía o por razones legales nanomedicina. Principales ár eas de aplic ación Esta sección se va a centrar en cuatro áreas de aplicación en las que se está investgando principalmente y en las que se están viendo los primeros avances: El diseño de nuevos materiales con propiedades hasta ahora no explotadas –y a veces incluso desco- nocidas– es probablemente el campo más desarrollado y de mayor impacto. La nanotecnología está permitendo desde el desarrollo de aplicaciones cotdianas como materiales más resistentes y fexibles para una raqueta de tenis hasta cuestones que todavía suenan a ciencia fcción como el control del comportamiento individual de los electrones. La aplicación de la nanotecnología en la electrónica permite reducir el tamaño de los chips y ampliar las memorias. Se está trabajando en semiconductores y hasta en los llamados ordenadores “orgánicos” que permitrían almacenar información y procesarla sin intervención de otros elementos electrónicos a imagen y semejanza de la actuación del cerebro humano. La medicina es un terreno que ya ha comenzado a trabajar con la nanotecnología pero sus verdaderos resultados se verán a más largo plazo puesto que por ejemplo el ensayo de nuevos fármacos requiere sus propios tempos. Se está investgando en fármacos dirigidos específcamente a la zona enferma del cuerpo o en el desarrollo de “tejidos” artfciales que funcionen como los orgánicos. En energía el cuarto campo de acción se trabaja en el desarrollo de nuevas fuentes menos contaminantes y más efcientes así como en nuevas formas de almacenamiento de la energía. Ma t eriales Es necesario poner la primera piedra La nanotecnología es un nuevo campo de investgación con una infuencia creciente. Sin embargo se puede afrmar que desde hace décadas existen algunos productos que ya se vienen comercializando ma- sivamente– que utlizan nanomateriales. Así existe ropa de esquí que contene nanofbras que repelen el agua o bolas de tenis que usan polímeros de barro que prolongan su duración hasta dos veces más que las tradicionales. Además de estos avances tangibles se ha seguido investgando con un enfoque botom-up de abajo arriba que permite la construcción de bloques de materiales o estructuras que son diseñados y ensamblados de forma controlada consiguiendo propiedades específcas diferentes a las que hasta ahora se conocían. Así los nanotubos las nanopartculas o los puntos cuántcos son algunos de los principales materiales que ya se están produciendo pero que aún deben superar algunas difcultades para ser fabricados a gran escala.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 61 Clasifcados como una de las cuatro áreas de aplicación que se van a estudiar es necesario realizar una apreciación sobre los nanomateriales antes de ahondar más en ellos. En realidad consttuyen la base para el desarrollo del resto de las áreas: las investgaciones con puntos cuántcos permitrán un despegue en nanoelectrónica el desarrollo de biosensores puede revolucionar la nanobiología o la creación de nuevas cerámicas más resistentes para almacenar hidrógeno puede suponer un punto de infexión en la industria energétca. Por todo ello se va a exponer en primer lugar esta área de aplicación que a pesar de ser un poco más abstracta que las siguientes consttuye el punto de partda para el desarrollo del resto. Ya existen nanomateriales en el mercado Al igual que el usuario no necesita saber cómo están construidos los ordenadores para aprovechar los avances tecnológicos que hacen la vida un poco más fácil tampoco es necesario conocer la composición de todas las prendas de vestr o productos cosmétcos que se utlizan diariamente para aprovecharse de las mejoras que se producen gracias a la nanotecnología. A contnuación se presentan algunos de los productos que ya están en el mercado y que incluyen mejoras fruto del desarrollo de nanomateriales: Gafas que no se rayan: existen tejidos de polímeros ultrafnos con propiedades protectoras y ant- refejantes. Actualmente se están comercializando gafas con cristales resistentes a arañazos para uso cotdiano a un precio razonable. Parabrisas que se limpian solos: se están utlizando cristales recubiertos de nanopartculas de óxido de ttanio que en contacto con la luz solar pueden eliminar la suciedad. Su base está en que los rayos ultra - violeta de la luz reaccionan con las nanopartculas de óxido de ttanio generando radicales que oxidan la materia orgánica y eliminan las incrustaciones de suciedad. Así al verter agua sobre el parabrisas en lugar de formarse gotas se extende uniformemente por la superfcie del cristal llevándose a su paso la suciedad. Prendas de vestr que no se arrugan ni se manchan: ya es posible ahorrar dinero en la tntorería gracias a las corbatas que repelen la suciedad o a las camisas que no necesitan plancha. Además se puede comprar un anorak para esquiar que gracias al uso de unas nanofbras está diseñado a prueba de agua y de viento. Equipamiento deportvo que ayuda a ser más compettvo: raquetas de tenis más fexibles pero también más resistentes gracias a los nanotubos de carbono que son ya una realidad. También está disponible actualmente una nueva cera para esquíes que mejora el rendimiento gracias al endurecimiento de la superfcie y a la mayor capacidad de deslizamiento que aporta. Productos cosmétcos más efcaces y protectores: L’Oreal comercializa unas lociones que están granuladas por debajo de 50 nm con lo que permiten que pase la luz y por tanto aportan una mayor sensación de pureza y limpieza. También existen cremas ant-arrugas que gracias a nanocápsulas de polímeros son capaces de distribuir efcientemente agentes actvos como las vitaminas. Algunas cremas solares usan nanopartculas de dióxido de ttanio que aportan la misma protección que las tradicionales frente a los rayos UVA pero que al extenderlas sobre la piel no se quedan blancas. Nanotubos de carbono Los nanotubos son básicamente estructuras moleculares consttuidas por redes hexagonales curvadas y cerradas que normalmente están cerradas en los extremos con una forma semiesférica aunque los extremos se pueden eliminar.

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62 Estas terminaciones en forma de gorra se construyen a base de combinaciones de pentágonos y hexágo- nos. Por esta razón los nanotubos son considerados los primos hermanos de las buckyballs o fullerenes que son moléculas esféricas hechas con 60 átomos de carbono que parecen una pelota de fútbol. Algunas de las aplicaciones de los nanotubos que se están investgando actualmente son las siguientes: Susttutos de huesos: los nanotubos gracias a su fuerza fexibilidad y poco peso podrían servir como andamios capaces de soportar los huesos y ayudar a los pacientes de osteoporosis. Aparatos basados en campos de emisión: se están desarrollando pantallas para televisores u ordenado- res basadas en nanotubos gracias a sus propiedades como por ejemplo brillante emisión de campos. También se podrían usar como fuentes de rayos X para aplicaciones médicas. Supercondensadores: son estructuras de nanotubos perfectamente ordenados que permiten un alma- cenamiento más efciente de la energía. Nanosensores: los nanotubos semiconductores cambian su resistencia eléctrica cuando son expuestos a alcalinos halógenos u otros gases a temperatura ambiente lo que permite pensar en una posible pro- ducción de sensores químicos mucho más potentes que los actuales. Almacenamiento de hidrógeno e iones: los nanotubos podrían almacenar hidrógeno en su interior e ir dispensándolo gradualmente en pequeñas células de combustble. Igualmente podrían contener iones de lito que podrían dar lugar a baterías de larga duración. Molinos de viento más potentes: se está explorando la utlización de nanotubos incrustados en la resina con la que se fabrican las palas de los molinos de viento de los parques eólicos para así poder reducir el peso de las palas y aumentar su longitud de manera que sea posible fabricar molinos de mayor tamaño y potencia. Materiales superduros: los nanotubos incrustados en otros compuestos pueden proporcionar a los mate- riales una fortaleza que puede mejorar considerablemente la seguridad para las personas. Por ejemplo se podrían usar en la fabricación de coches de forma que podrían absorber el impacto en una colisión o en la construcción de vigas que fueran más fexibles ante los efectos de un terremoto. Nanopartculas Las nanopartculas al igual que sucede con los nanotubos engloban una gran variedad de conceptos que en ocasiones podrían ser descritos con otros términos como es el caso de los puntos cuántcos que veremos más adelante. Desde antguo las nanopartculas han sido utlizadas por los ceramistas chinos. Además durante décadas se han estado produciendo 15 millones de toneladas de negro de carbón que es una de las nanopartculas más abundantes si bien es cierto que el uso de estos materiales naturales se hacía de modo inconsciente y sin entender sus propiedades como nanomateriales. Una curiosidad En 1885 la compañía de neumátcos B.F. Goodrich decidió fabricar ruedas negras para evitar que se notara la suciedad hasta ese momento eran de color blanquecino debido al caucho. Para ello añadió negro de carbón un material de carbón que tñe el caucho y le da un color negro. Para sorpresa de esta compañía se descubrió que las ruedas así fabricadas eran hasta cinco veces más resistentes que las ruedas no coloreadas.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 63 Los neumátcos de hoy día son más sofstcados con docenas de capas y refuerzos de acero pero el negro de carbón sigue siendo uno de sus componentes principales. Los dos principales factores que infuyen en el paso de las micropartculas a las nanopartculas y que por tanto proporcionan propiedades especiales son los siguientes: La disminución del tamaño de las partculas hace que actúen preferentemente los efectos cuántcos. Esta transición de la fsica clásica a la fsica cuántca no es muy gradual sino que una vez que las partculas alcanzan un determinado tamaño por disminución comienzan a comportarse según la mecánica cuántca véanse más adelante los puntos cuántcos. Incremento de la relación de superfcie/volumen. Tener una superfcie muy amplia en un volumen reduci - do es un factor crítco en el funcionamiento de los catalizadores u otras estructuras como los electrodos que permiten la mejora del rendimiento de baterías u otras células de combustble. Algunos nanocom- puestos generados con interacciones entre nanopartculas y otros materiales presentan propiedades especiales que incrementan la resistencia de estos compuestos o su resistencia al calor. Sin embargo algunas de las propiedades de las nanopartculas no se pueden predecir teniendo en cuenta sólo estos dos factores. Por ejemplo existen unas nanoesferas de silicio perfectamente formadas que no sólo son más duras que el silicio sino que además se consideran uno de los materiales más duros que se conocen entre el zafro y el diamante. Las nanopartculas están avanzando con descubrimientos casi diarios en muchos frentes. Es el caso de los biosensores o las partculas con base de hierro contra tejidos cancerosos. La biomedicina es uno de los campos más prometedores de potenciales aplicaciones. En la industria medioambiental existen también muchas expectatvas puesto que ya se está trabajando con nanopartculas capaces de limpiar sitos contaminados y eliminar elementos tóxicos contaminantes. A mitad de camino entre la medicina preventva y la industria textl está a las puer tas de ser comerciali - zado un tejido en el que se ha adherido una miríada de nanopartculas que forman una barrera entre el polen y los huecos de la tela con lo que ayudan a impedir que el polen se pegue a ésta. Adicionalmente el hecho de que las nanopartculas tengan una dimensión por debajo de la longitud de onda de la luz hace que sean transparentes y por tanto puedan tener distntas aplicaciones en el campo de la cosmétca. Puntos cuántcos El punto cuántco se podría defnir como una partcula de materia tan pequeña que la adición de un único electrón produce cambios en sus propiedades. El atributo cuántco sirve para recordar que el comporta- miento del electrón en tales estructuras debe ser descrito en términos de teoría cuántca. Los puntos cuántcos Quantum Dots son denominados así porque su tamaño nanométrico provoca un confnamiento cuántco de los electrones en su estructura. Fabricados de material semiconductor y con sólo unos cientos de átomos cuando son excitados los puntos cuántcos emiten luz en diferentes lon - gitudes de onda dependiendo de su tamaño por lo que son extremadamente útles como marcadores biológicos de la actvidad celular. La estructuración de la materia en puntos cuántcos provoca la aparición de algunas propiedades que pueden ser controladas a voluntad. A contnuación se describen algunas de esas propiedades y sus po- sibles aplicaciones:

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64 Emisores de luz: al ser iluminados los puntos cuántcos emiten luz en una longitud de onda muy específca que depende del tamaño del punto cuántco. Actualmente algunas moléculas son “fotografadas” gracias a moléculas fuorescentes con tntes orgánicos pero que tenen la limitación de no poder usar más de tres tntes simultáneamente porque se solapan. El uso de puntos cuántcos supondría un gran avance ya que permitría imágenes a todo color poniendo puntos cuántcos de distntos tamaños a partr de una fuente de luz con una longitud de onda única. La optoelectrónica es otra aplicación inmediata: con los puntos cuántcos de materiales semiconductores como el arseniuro de indio y fosfuro de indio se fabrican diodos láser emisores de luz más efcientes que los actuales lectores de CD o de códigos de barras. Criptografa cuántca: se pueden embeber puntos cuántcos invisibles a simple vista en billetes o docu - mentos que expuestos a una luz ultravioleta hagan visible alguna marca. Ésta es una de las aplicaciones en la industria de la seguridad. Informátca cuántca: éste es el concepto más ligado a los puntos cuántcos y donde se están realizando grandes esfuerzos en investgación y búsqueda de aplicaciones. Los ordenadores cuántcos si algún día se logra descubrir la forma de no destruir la información almacenada en los bits cuántcos al interactuar con ellos serán un gran salto en cuanto a la velocidad de proceso ya que incrementan exponencialmente la capacidad actual de los ordenadores. F ormación in t er disciplinar e inno v ación en la t ecnología Electr ónic a La miniaturización necesita otro enfoque La industria de la electrónica lleva muchos años inmersa en un proceso de miniaturización. En 1965 se formuló la Ley de Moore según la cual el número de transistores en un ordenador se duplica aproximada- mente cada 18 meses. Esta ley se sigue cumpliendo hoy día pero parece que los límites de las tecnologías basadas en el silicio están cada vez más cerca. En este mundo de miniatura comienzan a tener importancia las leyes de la fsica cuántca según las cua- les el comportamiento de los electrones se basa en probabilidades. Esto es algo muy difcil de controlar para los ingenieros a los que no les gusta encontrar un 0 cuando debería haber un 1 sin hablar de las difcultades que presenta la manipulación de los átomos. Así como la nanotecnología aún está en una etapa temprana la nanoelectrónica todavía se sustenta sobre su inmediato antecesor: la microelectrónica. La microelectrónica que se puede defnir como el desarrollo de componentes electrónicos de tamaño microscópico ha alcanzado una sofstcación tecnológica y un desarrollo industrial de gran dimensión a lo largo de la últma década del siglo XX. En la actualidad debido a la extrema miniaturización que se está consiguiendo en los componentes se puede empezar a hablar de nanoelectrónica. Sin embargo la nanoelectrónica va más allá. Se defne como la investgación fabricación caracterización y aplicación de dispositvos de electrones funcionales con una dimensión por debajo de los 100 nanó - metros. Esto permitría utlizar las propiedades cuántcas que en el momento en el que se controlen podrían proporcionar benefcios como el incremento de la velocidad de procesamiento el aumento de la capacidad de almacenamiento y la disminución ostensible del tamaño de cualquier componente o equipo tecnológico.

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 65 Según la Comisión Europea 6 “el mercado mundial de la nanoelectrónica representa hoy miles de millo- nes de euros y es el motor de todo lo que se hace hoy en nanotecnología”. Se estma un desarrollo que conlleve múltples aplicaciones que posiblemente desemboquen en una revolución industrial. Así el tempo de procesamiento y el tamaño de los dispositvos disminuirán considerablemente mientras que la potencia de los ordenadores y los transistores para uso en teléfonos coches aparatos doméstcos y maquinaria industrial controlados por microprocesadores aumentará. En la actualidad la nanoelectrónica ya empieza a ver resultados en aplicaciones diver sas que se pueden encontrar en etapas avanzadas de industrialización o ya comercializadas en el mercado. La nanoelectrónica en nuestras vidas Hoy día la nanoelectrónica está en proceso de inmersión en nuestra sociedad aunque no somos ple- namente conscientes del uso que podríamos estar haciendo de ella en dispositvos de uso cotdiano. A contnuación se muestran diferentes tecnologías desarrolladas que ilustran en qué estado se encuentra actualmente la nanoelectrónica. Pantallas más brillantes más ligeras y que ahorran energía: ya está en el mercado la tecnología OLED Organic Light-Emitng Diode que permite conseguir imágenes más brillantes en dispositvos más ligeros con menor consumo energétco y ángulos de visión más amplios. Se aplica en pantallas de orde- nadores portátles cine teléfonos móviles salpicadero de automóviles sistemas de localización GPS o cámaras digitales. Se espera que esta tecnología susttuya a las pantallas de cristal líquido LCD gracias a su superior calidad de imagen. ¿Adiós a las baterías: Toshiba presentó en septembre de 2005 dos modelos de reproductores MP3 revolucionarios. Se trataba de los primeros reproductores capaces de funcionar sin pilas y sin baterías gracias a las nanocélulas de combustble. Mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno las células de combustble pueden producir sufciente energía eléctrica emitendo únicamente agua pura como re- siduo. Ahí reside su gran atractvo ya que producen una energía limpia que no daña el medio ambiente. Esta nueva tecnología llamada DMFC Direct Metanol Fuel Cell se aplica también en teléfonos móviles u ordenadores portátles. Tinta que cambia de color según nuestras preferencias: “la tnta electrónica” es un avance basado en una serie de cápsulas que contenen partculas blancas y partculas negras cargadas con distnta polaridad. Me - diante la aplicación de una corriente electromagnétca estas partculas se colocan en una u otra posición mostrando un color u otro. El invento tene toda clase de aplicaciones desde vallas de publicidad o señales de tráfco hasta papel de pared para decorar la casa cuyo diseño podría variar según la voluntad de su propietario. Incluso sería posible su utlización en ropa de camufaje cuyo diseño se podría transformar según el contexto. En comparación con las ya existentes esta nueva tecnología presenta grandes venta- jas en términos de nitdez de lectura bajo consumo de energía y versatlidad del material de aplicación. Chips mucho más rápidos: en mayo de 2002 IBM anunció la creación de transistores de nanotubos de carbono que mejoran el rendimiento de los mejores prototpos de transistores disponibles. Los transis - tores son los elementos a partr de los cuales se construyen los chips informátcos. La nueva tecnología supone una gran ventaja al eliminar el problema de la producción excesiva de calor que presentan los actuales chips cuando superan cierta velocidad además proporciona una mayor velocidad al ser mucho menor la distancia que la información tene que recorrer. Tarjetas de memoria del tamaño de un sello que pueden contener 25 DVD: el proyecto Millipede Milpiés llevado a cabo por cientfcos de IBM consiguió crear un sistema que logra una densidad de almacenamiento

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66 de un billón de bits un terabit en una pulgada cuadrada. Esta asombrosa densidad de almacenamiento capaz de acumular 25 millones de páginas de texto impresas en una superfcie similar a la de un sello de correos utliza menos energía que los sistemas tradicionales de almacenamiento y permite reescribir. Medicina/biología En el año 1900 la esperanza media de vida era de 3385 años para los hombres y de 3570 para las mu- jeres 7 . La tasa de mortandad infantl era igualmente elevada con un índice del 30‰ en 1994 esta tasa se situaba en el 62 8 . Las mejoras en la dieta y los desarrollos de nuevos tratamientos consiguieron ampliar la visita de las personas al planeta Tierra. Médicos investgadores cientfcos y eruditos siguieron trabajando. Una lista cuasi interminable de expertos como el persistente Fleming el revolucionario Pasteur y el genial Ramón y Cajal allanaron el camino facilitando la comprensión y el estudio del cuerpo en una escala cada vez más reducida. El siguiente hito lo marca la nanotecnología. Como siempre pasará a los anales de la Historia una serie de nombres gloriosos y loados pero esta vez más que nunca el mérito será de todos. Una revolución silenciosa En la nanobiomedicina la revolución ha despertado silenciosamente. A pesar de su tamaño dará mucho que hablar. Medicina y biología son dos campos muy relacionados. Según el Diccionario de la Lengua Española de la Real Academia Española se defnen como sigue: Medicina: “Ciencia y arte de precaver y curar las enfermedades del cuerpo humano”. Biología: “Ciencia que trata de los seres vivos”. Es obvio y previsible que dos campos tan interrelacionados sigan colaborando conforme evolucionan hacia dimensiones atómicas. De hecho la Unión Europea asevera que “la nanotecnología en los sistemas médico y sanitario forma parte de la ‘nanobiotecnología’” 9 . Dentro de la nanotecnología el sector de la medicina brinda una propuesta de valor añadido partcular. El ofrecimiento de un futuro sin graves enfermedades con curaciones que no contemplan agujas ni bisturíes es muy prometedor. Ése es su atractvo y principal gancho del que tendrá que servirse para su desarrollo. El gran obstáculo con el que puede encontrarse la nanomedicina no es como pueda ser en el resto la fnanciación sino la regulación. Leyes directvas normas y regulaciones tenen en sus manos la posibilidad de impulsar o retrasar su despegue y por consiguiente la obtención de benefcios. Los avances van poco a poco La nanomedicina tene muchas aplicaciones y los avances que se han logrado hasta ahora tenen impac- tos muy diferentes en nuestra vida cotdiana. De hecho hay muchas industrias involucradas como la farmacéutca la médica la medioambiental o la alimentaria pero todas persiguen un objetvo común: conseguir una mayor calidad de vida para todos sin olvidar la consecución de benefcios para la empresa y la sociedad. El área de aplicación de la nanomedicina que actualmente tene más fuerza es la administración de medicamentos. Su rápida evolución y salida al mercado se debe a dos razones: la primera es que no son

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 67 aplicaciones muy confictvas desde el punto de vista legal la segunda su gran demanda. ¿Quién recha- zaría un medicamento con sabor a fresa o una jeringuilla que no hace daño Algunas de las aplicaciones que actualmente están iniciando su proceso de comercialización son las siguientes: La jeringuilla invisible: gracias a un sensor de diagnóstco o a un nanoenvase para el medicamento es posible llegar hasta los fuidos para administrar un medicamento o para recoger una muestra. ¡Y no hace daño La píldora intangible: la idea es antgua y conocida con el inhalador de dosis medida MDI en sus siglas en inglés para la administración de medicamentos en aerosol que en 1956 supuso un gran avance para los asmátcos. Sesenta años más tarde se ha comercializado un inhalador que suministra desde cortcoides y esteroides hasta glucosa por ejemplo. Es un método antguo pero mejorado e indoloro. Igualmente se están llevando a cabo avances muy signifcatvos en el campo de la regeneración de tejidos: Reconstrucción muscular: el objetvo es susttuir tejidos que ya no funcionan por otros artfciales que lleven a cabo la misma función. Gracias a la nanotecnología se ha mejorado la técnica sobremanera de forma que “se añaden vasos sanguíneos a tejido muscular cultvado in vitro aumentando así las oportu - nidades de ‘reparar’ el tejido con éxito” 10 . Conocer un poc o más Las fases de regeneración de un tejido son las siguientes: • Regeneración in vitro: creación de biomateriales susttutvos compuestos por células y material artfcial. “Crecen” en un molde antes de introducirlos en el cuerpo. • Generación in vivo: el nuevo tejido puede ser implantado en el cuerpo siempre y cuando el siste- ma inmunológico no lo rechace. En otras especialidades aunque de manera más incipiente también se están desarrollando aplicaciones con esta técnica para regenerar estructuras óseas cartlagos o el páncreas. Por ejemplo se pretenden utlizar nanotubos de carbono para fortalecer los huesos en personas con osteoporosis. Otro campo de investgación en el que ya hay avances en el mercado o en proceso de comercialización es el relacionado con el diagnóstco y la mejora de técnicas para la curación de enfermedades. Así podemos hablar de los siguientes aspectos: Marcador fuorescente para las células enfermas: se trata de un material fuorescente que se actva al interactuar con las células enfermas al estar unido a un biomarcador capaz de reconocer de forma selec- tva proteínas asociadas con determinadas enfermedades como el cáncer. La unión de un nanomaterial a esa proteína puede “diagnostcar” a corto plazo su grado de alcance. Fármacos quirales: el Insttuto de Ciencia de Materiales de Aragón ayuda a entender este concepto a tra- vés de la explicación de que “Si nos miramos a un espejo descubriremos que en apariencia tenemos un plano de simetría que relaciona las dos mitades de nuestro cuerpo con dos ojos dos brazos dos piernas una nariz bien colocada en medio etc. Esta simetría da lugar a una propiedad que se pone de manifesto si observamos nuestras manos. Ésta consiste en que aunque son simétricas –una es la imagen especular de la otra– no son idéntcas lo que se puede comprobar al superponerlas o al ver que los guantes no son intercambiables. Esta propiedad se llama quiralidad”.

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68 La quiralidad disminuye la efcacia de los fármacos ya que aunque las moléculas son químicamente iguales no lo son biológicamente. El hecho de que sean asimétricas hace que su efecto sea distnto. De esta forma el derecho suele ser el positvo y el izquierdo el negatvo. Ilustración 6: Moléculas quirales. Fuente: Presentación FTF de Brent Segal. Gracias a la nanotecnología esta barrera ha desaparecido. El polímero provoca una reacción estereose- lectva del fármaco de manera que el cuerpo humano recibe sólo los componentes “positvos”. La industria de los fármacos quirales produce miles de millones al año por lo que aunque sea un término desconocido para el gran público los laboratorios dedican importantes esfuerzos a la mejora de los pro- cesos. Entre otros se centran en la reducción de los procesos inefcientes que provocan los ingredientes quirales que reducen la efcacia del medicamento. II. Actividades de formación comunitaria Lectura obligatoria común. Paulo Freire. Pedagogía de la autonomía. Saberes necesarios para la práctca educatva. Siglo XXI. 2008. Leer de manera antcipada el texto y reunidos en nuestras CPTEs con el aporte de maestras y maestros elabo- ramos un ensayo crítco que exprese la problematzación de las lecturas a partr de nuestra práctca educatva. El ensayo crítco-refexivo se desarrollara bajo las siguientes característcas: Nº Aspect os Especifc aciones 1 Extensión del ensayo – De 2 a 4 páginas 2 Estructura del ensayo – Introducción – Un desarrollo temátco de sus argumentos y refexiones – Conclusiones – Referencias bibliográfcas 3 Papel – Tamaño carta – Impreso en una sola cara de la hoja 4 Márgenes – Izquierda 35 cm – Derecha 25 cm – Arriba 25 cm – Abajo 25 cm 5 Tipo y tamaño de letra – Tahoma 11 pts. 6 Párrafos – Interlineado 15 7 Sistemas de cita – APA o MLA 8 Carátula – Con los datos de quienes partciparon en la elaboración del ensayo

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Física - Química - La física-química fisiológica en la salud comunitaria 69 III. Actividades de concreción educativa A partr de la metodología desarrollada en la sesión presencial realizamos la artculación de la Áreas cumpliendo nuestra planifcación anual bimestralizada. Este proceso de artculación de las Áreas se rea - liza en relación al PSP . Es importante tomar en cuenta que este proceso debe ser llevado a cabo con la partcipación de las y los colegas de nuestro nivel aunque no sean parte de nuestra CPTE. La experiencia desarrollada en el proceso de artculación de las áreas en nuestra unidad educatva deberá ser sistematzada para lo cual se podrán tomar en cuenta los siguientes ámbitos o aspectos para dicha tarea: Elementos curriculares: • Elabor ación de ma t eriales educ a tv os: Uno de los elementos curriculares a recuperar de las con- creciones de la planifcación curricular pueden ser los materiales educatvos por ejemplo cómo la elaboración y aplicación de estos materiales han permitdo el desarrollo de un currículo artculado puede suceder que el uso de determinados materiales educatvos sea el elemento que permita la artculación de las áreas. • Diseño de es tr a t egias me t odológic as: Aquí se podrían haber diseñado e implementado metodo- logías específcas que siguiendo las orientaciones metodológicas sirvan para abordar un currículo artculado. Es probable que ciertas actvidades permitan una mayor artculación de contenidos de diferentes áreas o por otra parte puede refexionarse –en la sistematzación– sobre problemát- cas sociales por ejemplo si la problemátca es la violencia basada en género se puede requerir refexionar sobre cómo la didáctca tradicional ha ayudado a menospreciar los aportes realizados por las estudiantes y proponer didáctcas transformadoras en el sentdo que sean despatriarcali - zadoras. • Pr oceso de e v aluación. La evaluación también es un elemento curricular que se concreta en el desarrollo curricular artculado por ejemplo será importante refexionar cómo evaluar el desarrollo de las dimensiones en el desarrollo de un currículo artculado probablemente pueda abrirse a ser evaluados por varias maestras y maestros a la vez etc. • Pr oducción de c onocimien t os y r ecuper ación de saber es. Al partr de la problematzación de la realidad o problematzación de los contenidos se tene muchas posibilidades de abrir espacios de producción de conocimientos por otra parte las metodologías investgatvas también pueden proyectar la artculación de contenidos tanto como la profundización de una especialidad. Por ejemplo la didáctca del estudio de caso en ella se investga un problema social desde varias cien- cias partcipan estudiantes de un mismo curso con maestros de diferentes materias investgando un problema del contexto o recuperando saberes del contexto pero desde varios puntos de vista que en este caso son los propios de cada área de saberes y conocimientos. Las y los partcipantes elegirán una o más de estas opciones que están presentes en la planifcación y desa - rrollo curricular. La importancia de sistematzar uno de estos ámbitos está en que se mostrará cómo estos elementos curriculares permiten o coadyuvan en la planifcación y desarrollo de un currículo artculado.

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70 Momento 3 Sesión presencial de socialización 4 horas Para la socialización presentaremos los productos de la Unidad de Formación 14. Pr oduct o de la unidad de f ormación Informe de sistematzación del proceso de artculación de las Áreas de Saberes y Conocimientos en el ámbito o aspecto elegido. Ensayo elaborado por la CPTE a partr de la lectura obligatoria común. Informe de la realización de las actvidades propuestas en la Autoformación en el Segundo Momento.

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