Física para Biotecnología

I Parte: Aspectos relativos al plan de estudios¶

1. Datos generales¶

Nombre del curso: Física para Biotecnología
Código: FI1105
Tipo de curso: Teórico
Carácter: Obligatorio
Créditos: 3
Horas de clase por semana: 4
Horas extraclase por semana: 5
Ubicación: 1er semestre, carrera de Ingeniería en Biotecnología
Requisitos: No tiene
Correquisitos: No tiene
El curso es requisito de:
- IBXXXX Fisiología y Anatomía Vegetal
- IB4805 Fundamentos de Anatomía y Desarrollo Animal
Asistencia: Obligatoria
Suficiencia: Sí
Posibilidad de reconocimiento: Sí

2. Descripción general¶

Este curso está diseñado para estudiantes de la carrera de Licenciatura en Ingeniería en Biotecnología y ofrece una introducción a los fundamentos de algunos campos de acción de la Física, con un enfoque específico en su aplicabilidad a los sistemas biológicos.

A lo largo del curso, se desarrollan habilidades para aplicar principios físicos en la resolución de problemas relacionados con procesos biotecnológicos, fomentando la capacidad de análisis, modelado y razonamiento cuantitativo. El curso contribuye al perfil académico-profesional al fortalecer destrezas científicas y analíticas, fundamentales en la formación de futuras personas ingenieras en biotecnología.

Las habilidades desarrolladas incluyen la interpretación de modelos físicos, la comunicación científica, el trabajo colaborativo, y el uso ético y reflexivo del conocimiento. El curso se articula con otras asignaturas de la carrera como Fisiología y Anatomía Vegetal y Fundamentos de Anatomía y Desarrollo Animal.

3. Objetivos¶

Objetivo General¶

Al finalizar el curso, el estudiantado será capaz de:

Aplicar principios fundamentales de la física y la biofísica para analizar y modelar fenómenos relevantes en biotecnología, incluyendo sistemas mecánicos, eléctricos, ópticos y de fluidos, con atención a su comprensión conceptual, cuantitativa y su conexión con procesos biológicos.

Objetivos Específicos¶

Al finalizar el curso, el estudiantado será capaz de:

Aplicar herramientas fundamentales de análisis propias de la física como el sistema internacional de unidades, el análisis dimensional y la representación gráfica para resolver problemas científicos en biotecnología.
Analizar el comportamiento mecánico de cuerpos en contextos biológicos, abarcando su movimiento lineal y rotacional y sus condiciones de equilibrio y estabilidad, mediante vectores, leyes de Newton, trabajo y energía, movimiento circular y angular, así como estática y momentos de fuerza.
Explicar el comportamiento de fluidos en condiciones reales incluyendo fenómenos como presión, flotación, viscosidad, flujo laminar, turbulencia y transporte a través de membranas biológicas.
Interpretar fenómenos eléctricos y magnéticos presentes en sistemas vivos, aplicando conceptos de campo eléctrico, potencial, circuitos equivalentes, fuerzas magnéticas y magnetismo en organismos.
Describir fenómenos ópticos relevantes en biotecnología, tales como la reflexión, refracción, bioluminiscencia y fundamentos de espectroscopía, así como el funcionamiento y aplicaciones de diversos tipos de microscopía óptica y electrónica.

4. Contenidos¶

Unidad I¶

Unidades y conversión de unidades (4 h)
1. Unidades del SI
2. Análisis dimensional
3. Conversión de unidades
Cinemática lineal (4 h)
1. Cantidades escalares: distancia, rapidez.
2. Cantidades vectoriales: desplazamiento, velocidad, aceleración.
3. Ecuaciones de cinemática.
Operaciones vectoriales y dinámica (8 h)
1. Componentes y operaciones vectoriales
2. Concepto de fuerza y fuerza neta
3. Fuerzas: tensión, peso, normal, fricción
4. Leyes de Newton
5. Diagrama de Cuerpo Libre
Energía mecánica (4 h)
1. Trabajo de una fuerza constante
2. Energía cinética y trabajo
3. Energía potencial
4. Conservación de la energía
5. Potencia
Cantidades angulares, movimiento circular uniforme y aceleración centrípeta (4 h)
1. Posición y desplazamiento angular
2. Rapidez, velocidad y aceleración angular
3. Movimiento circular uniforme
4. Aplicación: la centrífuga
Estática: equilibrio (4 h)
1. Cuerpo rígido
2. Momento de fuerza
3. Equilibrio y estabilidad con aplicación en sistemas biológicos

Unidad II¶

Fundamentos de estática de fluidos (4 h)
1. Densidad
2. Presión y profundidad
3. Principio de Arquímedes (flotación)
4. Principio de Pascal
5. Tensión superficial y capilaridad
Dinámica de fluidos ideales (4 h)
1. Fluido ideal
2. Ecuación de continuidad
3. Ecuación de Bernoulli
Fluidos reales: viscosidad, turbulencia y aplicaciones (8 h)
1. Viscosidad y viscosidad aparente
2. Comportamiento reológico: fluidos newtonianos y no newtonianos
3. Ley de Poiseuille
4. Flujo laminar y turbulencia
5. Número de Reynolds
6. Fuerza de arrastre
7. Transporte a través de membrana biológica

Unidad III¶

Electricidad (8 h)
1. Interacción entre cargas, ley de Coulomb, potencial
2. Dipolo eléctrico
3. Condensadores
4. Circuitos eléctricos y ley de Ohm
5. Circuitos complicados (ejemplo biológico)
6. Descarga de condensador
7. Circuito eléctrico equivalente a la membrana
8. Transporte de iones a través de membrana
9. Transmisión de impulso nervioso
Magnetismo (4 h)
1. Magnetismo
2. Fuerza magnética sobre una partícula
3. Fuerza magnética sobre una corriente
4. Campo producido por una corriente
5. Magnetograma
6. Magnetismo en los seres vivos
Óptica y fenómenos luminosos (4 h)
1. Naturaleza de la luz
2. Reflexión y refracción
3. Refracción total interna
4. Espectroscopía
5. Bioluminiscencia
6. Efecto Emerson
Microscopios (4 h)
1. Lentes
2. Aumento angular
3. Microscopio óptico
4. Resolución del microscopio
5. Técnicas especiales de microscopía óptica
6. Microscopio electrónico de transmisión
7. Microscopio electrónico de barrido
8. Microscopio de efecto túnel

II Parte: Aspectos operativos¶

5. Metodología¶

El curso se imparte en modalidad semipresencial, donde se alternan sesiones presenciales y virtuales (50% cada una). La estrategia metodológica se fundamenta en el modelo pedagógico del Tecnológico de Costa Rica, promoviendo la construcción activa del conocimiento, el aprendizaje basado en la resolución de problemas, el razonamiento científico y la colaboración entre pares.

Durante las sesiones se desarrollarán actividades como discusiones dirigidas, resolución guiada de problemas, ejercicios individuales o en grupo, y aplicaciones contextualizadas. En horas de trabajo independiente, se espera que el estudiantado revise lecturas, investigue, resuelva tareas, interactúe con simulaciones y resuelva evaluaciones.

Se utilizarán recursos como presentaciones, simulaciones interactivas, material de lectura, videos educativos y la plataforma TecDigital.

6. Evaluación¶

La evaluación del curso se fundamenta en el modelo pedagógico del Tecnológico de Costa Rica, promoviendo la participación del estudiantado, el aprendizaje autónomo y colaborativo, y la resolución de problemas contextualizados.

Se utilizarán tanto estrategias formativas (para monitorear el progreso y realimentar el aprendizaje) como estrategias sumativas (para valorar el nivel de logro alcanzado). Las comprobaciones de lectura tienen como propósito relacionar los contenidos con su aplicación directa en el campo de la biotecnología.

Disposiciones generales¶

La nota mínima de aprobación del curso es setenta (70%).
El examen de reposición se aplicará según lo establecido en el artículo 78 del Reglamento del Régimen Enseñanza-Aprendizaje.
La justificación de ausencias a pruebas de evaluación sigue lo estipulado en el Reglamento del Régimen de Enseñanza y Aprendizaje.
Estudiantes con necesidades específicas o próximas a graduarse pueden solicitar apoyos educativos ante el Departamento de Orientación y Psicología (DOP) dentro de las tres primeras semanas del curso.

7. Bibliografía¶

Wilson, J., Buffa, A., & Lou, B. (2007). Física (6.ª ed.). Pearson-Prentice Hall.
Cromer, A. (1996). Física para las ciencias de la vida (2.ª ed.). Reverté.
Ortuño, M. (2019). Física para las ciencias de la vida. Editorial Tébar Flores. Disponible en eLibro

8. Persona docente¶

Para más detalle del profesorado puede ingresar al directorio de contactos de la Escuela de Física: https://www.tec.ac.cr/escuela-fisica/directorio

Anexo: Cronograma y Sesiones¶

Tabla de sesiones y resultados de aprendizaje¶

Semana	Título	Resultados de aprendizaje
1	Unidades y conversión de unidades	Distinguir entre unidades estándar y sistemas de unidades. Enumerar las unidades fundamentales del Sistema Internacional de Unidades. Emplear múltiplos y prefijos de unidades métricas. Utilizar factores de conversión para convertir unidades dentro de un sistema o de un sistema de unidades a otro.
2	Cinemática lineal	Definir distancia y calcular rapidez. Explicar qué es una cantidad escalar. Definir desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración. Explicar las ecuaciones de cinemática para aceleración constante.
3	Operaciones vectoriales	Descomponer un vector en sus componentes Realizar operaciones vectoriales (suma, resta, producto por escalar).
4	Dinámica y Leyes de Newton	Explicar el concepto de fuerza y calcular la fuerza neta sobre un objeto. Identificar y representar las fuerzas comunes: tensión, peso, fuerza normal y fricción. Enunciar y aplicar las Leyes de Newton en situaciones físicas relevantes. Construir diagramas de cuerpo libre para analizar sistemas físicos
5	Cantidades angulares, movimiento circular uniforme y aceleración centrípeta	Definir las unidades de medida angulares Describir y calcular la rapidez y la velocidad angulares y su relación con la rapidez tangencial Describir el movimiento circular uniforme Calcular la aceleración centrípeta
6	Energía mecánica	Calcular el trabajo realizado por una fuerza constante en un desplazamiento. Relacionar el trabajo con el cambio en la energía cinética. Explicar el concepto de energía potencial y sus diferentes formas. Aplicar el principio de conservación de la energía mecánica a sistemas físicos. Definir y calcular la potencia mecánica en procesos físicos.
7	Estática: equilibrio	Distinguir entre los movimientos traslacionales puros y rotacionales puros de los cuerpos rígidos Definir momento de fuerza Describir la relación entre la ubicación del centro de gravedad y la estabilidad.
8	Fundamentos de estática de fluidos	Definir los conceptos de esfuerzo y esfuerzo de deformación Explicar la relación profundidad y presión Describir el principio de Pascal y su uso en aplicaciones prácticas Relacionar la fuerza de flotabilidad con el principio de Arquímedes Describir el origen de la tensión superficial
9	Dinámica de fluidos ideales	Usar la ecuación de continuidad y la ecuación de Bernoulli para explicar los efectos comunes de flujo de fluido ideal.
10	Fluidos reales: viscosidad, turbulencia y aplicaciones	Describir la viscosidad de un fluido real Describir el comportamiento de un fluido viscoso con base en la Ley de Poiseuille.
11	Fluidos reales: viscosidad, turbulencia y aplicaciones	Describir los tipos de flujo laminar y turbulento, por medio del número de Reynols. Explicar el concepto de fuerza de arrastre y su relación con el transporte a través de membrana biológica
12	Electricidad	Describir la interacción entre cargas eléctricas mediante la Ley de Coulomb. Explicar el concepto de potencial eléctrico y dipolo eléctrico. Definir la función de un condensador en un circuito.
13	Electricidad	Analizar circuitos eléctricos básicos utilizando la Ley de Ohm. Relacionar los circuitos RC con la membrana celular y el transporte de iones. Describir el modelo eléctrico equivalente de una membrana biológica.
14	Magnetismo	Describir la fuerza magnética sobre partículas cargadas y corrientes. Explicar el origen del campo magnético producido por corrientes. Discutir ejemplos de magnetismo en sistemas biológicos.
15	Óptica y fenómenos luminosos	Distinguir las propiedades ondulatorias y corpusculares de la luz. Aplicar las leyes de reflexión y refracción a fenómenos ópticos. Relacionar fenómenos luminosos con aplicaciones biológicas como la bioluminiscencia.
16	Microscopios	Explicar la formación de imágenes mediante lentes y el aumento angular. Comparar el funcionamiento y resolución del microscopio óptico frente al electrónico. Describir técnicas especiales de microscopía y sus aplicaciones.