El cuerpo humano es una asombrosa máquina formada por diferentes órganos que trabajan en conjunto para mantener el equilibrio fisiológico. La unidad más pequeña de cualquier organismo vivo es la célula. Las células se agrupan para formar tejidos específicos, y éstos, a su vez, se organizan para formar diferentes órganos. Todos los cuerpos vivos cumplen tres funciones: nutrición, relación y reproducción.
El metabolismo es el conjunto de pasos que el cuerpo realiza para mantener la energía necesaria para repararse, crecer y realizar actividades físicas.
Integración de funciones de nutrición
Los seres vivos interactúan con el medio, toman las sustancias nutritivas y la energía necesaria para vivir, y arrojan las sustancias de desecho. Para que esta función de nutrición se cumpla, deben realizarse distintos procesos llevados a cabo por el sistema digestivo, el sistema respiratorio, el sistema circulatorio y el sistema excretor.
En el estómago humano caben aproximadamente entre 1/2 y 2 litros de alimento.
Salud y alimentación: problemáticas humanas
Cuando el organismo no recibe las sustancias nutritivas suficientes o cuando las recibe en exceso, se producen alteraciones o trastornos alimenticios que alteran no sólo la vida social sino también la personal de quienes los padecen. Comprenden un conjunto de enfermedades tales como la hipertensión arterial, la enfermedad cardiovascular, la obesidad y sobrepeso, la bulimia, la anorexia y el colesterol alto.
Enfermedades como la anorexia y la bulimia se originan dentro de la mente.
Sistema urinario
El sistema urinario es el responsable de eliminar del organismo las sustancias tóxicas que se forman en las células y de contribuir a mantener la reacción alcalina de la sangre. Consta principalmente de dos riñones que vuelcan cada uno su contenido en la vejiga a través de tubos llamados uréteres. La vejiga evacua su contenido al exterior por medio de un conducto llamado uretra.
La vejiga humana puede almacenar aproximadamente medio litro de orina de 2 a 5 horas.
Integración de funciones de relación y locomoción
La función de relación es una de las tres funciones vitales de todo organismo vivo, permite captar información de los cambios ocurridos en el medio, procesarlos y finalmente elaborar una respuesta para sobrevivir. Su funcionamiento depende de los órganos de los sentidos, el sistema nervioso, el sistema endocrino y finalmente el aparato locomotor, que se encarga de realizar los movimientos.
Al correr se utilizan cerca de 200 músculos diferentes.
Sistema de defensas
La inmunidad es el sistema biológico de defensa y está compuesto por múltiples células ubicadas en la piel, la médula ósea, la sangre, el timo, el sistema linfático, el bazo y la mucosa. Todas estas células se trasladan por medio de la sangre y el sistema linfático hacia los órganos del cuerpo. Las frutas, los vegetales, los cereales integrales, la miel, el ajo y el pescado son sólo algunos de los alimentos que mejoran nuestro sistema inmune.
Los glóbulos blancos actúan ante alguna señal de problema, cuando detectan una bacteria o virus producen anticuerpos como respuesta. Estos anticuerpos destruyen las sustancias dañinas.
Al momento de estudiar la materia, por lo general analizamos una porción de ésta a la que llamamos sistema material. Todo sistema material tiene propiedades generales o extensivas y propiedades específicas o intensivas.
Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia, por ejemplo: el peso, la masa y el volumen. Todas las sustancias de manera general presentan estas propiedades, pero no son tan útiles para identificar un material respecto de otro. Sin embargo, sirven para saber cuánta sustancia presente hay. Se trata de una identificación cuantitativa.
Con las propiedades extensivas no se puede describir un material de manera cualitativa.
Propiedades intensivas: no cambian al variar la cantidad de materia analizada. Por ejemplo: la densidad, el punto de ebullición, el punto de fusión y el índice de refracción, entre otras propiedades. En general, las propiedades intensivas brindan mucha información sobre los materiales y sirven para identificar un material respecto de otro.
El punto de fusión es una propiedad útil para identificar los metales.
¿QUÉ SON LOS SISTEMAS MATERIALES?
Un sistema material es una porción de materia que se aísla para ser estudiada. Hablamos de fase cuando nos referimos a todas aquellas porciones del sistema material que tienen propiedades intensivas iguales. Por otro lado, los componentes son las sustancias que conforman el sistema material.
Tipos de fase
Las fases que pueden estar presentes en un sistema son: sólida, líquida y gaseosa.
La fase sólida, representada con la letra “s” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(s)), es aquella en donde los átomos y las moléculas se encuentran unidos fuertemente, por lo que se trata de una estructura muy ordenada.
La fase líquida, representada con la letra “l” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(l)), es aquella fase en donde los átomos y las moléculas no se encuentran unidos tan fuertemente, como en el caso de los sólidos. Por lo tanto, se trata de una sustancia capaz de mantener cierto orden y libertad de movimiento.
La fase gaseosa, representada con la letra “g” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(g)), es aquella fase en donde los átomos y las moléculas no se encuentran unidos fuertemente, es decir, son uniones muy débiles, por lo que las partículas se mueven libremente y en forma aleatoria.
Fases del agua
El agua es la sustancia más versátil del planeta. En la vida cotidiana la podemos encontrar en sus tres fases: sólida, líquida y gaseosa.
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE FASES DEL SISTEMA
Sistema homogéneo: cuando un sistema posee las mismas propiedades intensivas en toda su masa, significa que es un sistema homogéneo. Un sistema homogéneo cuenta con una sola fase.
Sistema heterogéneo: cuando un sistema material cuenta con distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus puntos, se trata de un sistema heterogéneo. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases.
El medioambiente
Si salimos al patio o vamos a un parque nos daremos cuenta que el suelo que pisamos es un sistema heterogéneo de distintos componentes de sólidos. Tierra, pequeñas piedras, y partículas con distintos tamaños y características son sólo algunas de las fases que podemos encontrar.
Por otro lado, no podemos ver a nuestro alrededor el aire que respiramos. Sin embargo, éste es una mezcla de compuestos gaseosos que da como resultado un sistema homogéneo.
CLASIFICACIÓN SEGÚN SU RELACIÓN CON EL MEDIO
Sistema abierto: es el caso más común; es un sistema que permite el intercambio de energía y masa con el medioambiente.
Sistema cerrado: no permite el intercambio de masa con el medioambiente, pero sí la transferencia de energía con el medio.
Sistema aislado: no permite ni la transferencia de energía, ni de masa con el medioambiente.
Sistemas según su relación con el medio
Un lago y el ciclo del agua son un ejemplo de sistema abierto.
Una botella de gaseosa en el refrigerador es un ejemplo de sistema cerrado.
Un termo de café es un ejemplo de sistema aislado.
SUSTANCIAS PURAS
Las sustancias puras son aquellas cuyos componentes no pueden separarse mediante procesos físicos; en algunos casos solo es posible mediante procesos químicos. El agua es una sustancia pura. Si la analizamos en forma sólida, líquida o gaseosa, descubriríamos que su composición es la misma en todos los estados. Si la calentamos, la enfriamos o la congelamos (todos estos son procesos físicos) siempre tendremos los mismos componentes.
El diamante es una sustancia pura, ya que está conformado por moléculas de carbono muy unidas entre sí.
MEZCLAS
Una mezcla está compuesta por la unión de distintas sustancias puras que mantienen propiedades independientes. Pueden ser:
Mezclas homogéneas
Son aquellas producidas de manera directa entre moléculas, en las cuales no se diferencias los componentes. En este caso, mantienen las propiedades constantes. Otro nombre por el cual se conoce a esta mezcla es disolución. Se diferencia de una sustancia pura debido a que sus componente poseen distintas temperaturas de fusión o ebullición. Es partir de esta diferencia que se pueden separar los componente a través de la aplicación de calor, que permite modificar el estado de la sustancia que se busca aislar del resto. La acción de separar los componentes de una disolución implica medios más sofisticados y un gasto energético mayor en relación a la separación de componentes en el caso de una mezcla heterogénea.
Los jugos son un ejemplo de disolución.
Si bien está formada por dos o más componentes, a simple vista sólo podemos ver un componente. Por ejemplo, el agua con sal es un sistema material de dos sustancias, pero sólo vemos una. En cualquier porción de la muestra homogénea que tomemos veríamos que presenta las mismas propiedades e igual composición química.
El agua de mar
Si decidimos investigar sobre la composición del agua de mar, veríamos que también hay sal. Esto nos indica que el agua de mar no es una sustancia pura, pues es una mezcla de agua y sal que se puede separar mediante un proceso físico (evaporación).
Mezclas heterogéneas
Sus componentes se pueden diferenciar ópticamente. A su vez, estos se pueden aislar de manera simple, por ejemplo, mediante el uso de herramientas que posibilitan su separación mecánica. Algunos modos de separación de este tipo de mezclas son sistemas como el filtrado, que permite quitar partículas sólidas de un líquido o de un gas, y la decantación, a partir de la cual se pueden separar líquidos con distinta densidad.
Un ejemplo de mezcla heterogénea es el agua y el aceite. Es decir, no es una sustancia uniforme. Además, si tomáramos distintos puntos de esta mezcla veríamos que presentan composición y propiedades distintas.
El agua y el aceite conforman una mezcla heterogénea.
RECURSOS PARA DOCENTES
Infografía “Mezclas homogéneas y heterogéneas”
Material visual con mayor información de los tipos de mezclas en los sistemas materiales.
Cuando un sistema material cuenta con distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus puntos, estamos hablando de un sistema heterogéneo. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases. Generalmente, para su separación se utilizan mecanismos físicos y de menor consumo de energía.
TIPOS DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS
Se pueden estudiar dos tipos de mezclas heterogéneas: las mezclas groseras y las mezclas finas o suspensiones.
¿Sabías qué?
El antiácido conocido como leche magnesia es una suspensión.
Mezclas groseras
Son mezclas heterogéneas cuyos componentes se diferencian fácilmente debido a su gran tamaño.
EL GRANITO
El piso de granito es un ejemplo de mezcla grosera, ya que a simple vista se pueden notar las partículas que lo conforman en sus diversos colores.
Suspensiones
Están formadas por una fase sólida con baja solubilidad que se encuentra dispersa en la fase liquida. Las fases son más difíciles de diferenciar debido al ínfimo tamaño de la partícula.
RÍO NEGRO
El río más importante de la región amazónica, conocido como río Negro, es un ejemplo de suspensión. Al llegar a zonas donde el caudal y la velocidad de la corriente disminuyen, se depositan los sedimentos que estaban dispersos en el agua.
SEPARACIÓN DE MEZCLAS
Por medio de diferentes métodos de separación de fases se puede separar una mezcla heterogénea. Algunos de ellos son: la decantación, la tamización, la filtración y la imantación. Se llaman métodos mecánicos a aquellos que no producen transformaciones en los componentes de la mezcla, es decir, que no provocan cambios de estado ni de tamaño de las partículas de cada fase.
Utilizar uno u otro método de separación depende de las propiedades físicas de los componentes de la mezcla, como la diferencia de tamaño entre sus partículas, la capacidad de ser atraídos por un imán y la densidad, entre otras.
Decantación
Cuando en una mezcla hay componentes líquidos que no se disuelven entre sí, por lo que sus fases se pueden distinguir, se usa un instrumento denominado embudo de decantación. Se deja la mezcla en reposo dentro del mismo y la sustancia más densa queda en el fondo del recipiente, luego podemos quitarla y dejar la menos densa.
Ampolla de decantación.
Filtración
Se recurre a este método para separar un sólido suspendido en un líquido, como el agua y la arcilla. Para esto hay que utilizar una barrera, que puede ser un material poroso como el papel de filtro, por ejemplo. Se hace pasar la mezcla por la placa que tiene poros para que el líquido se escurra y el sólido quede retenido.
Los automóviles usan el filtrado. El filtro de aceite y el de la gasolina evitan que la mecánica del vehículo se deteriore con rapidez.
Centrifugación
Es una técnica que se emplea para precipitar un sólido suspendido en un líquido. Se necesita una centrífuga, que es un instrumento que al girar genera una fuerza, la cual empuja el sólido al fondo del tubo. Al cabo de un tiempo se retiran los tubos y el líquido se puede volcar o tomar con un gotero.
PLASMA
Para obtener el plasma rico en plaquetas se usa el centrifugado. Generalmente es usado en terapias para la recuperación de fracturas y problemas en el sistema óseo.
Tamizado
Cuando las partículas de una mezcla de sólidos tienen distintos tamaños, se puede usar este método para separarlas. Se utiliza un tamiz a través del cual se pasa la mezcla. Las partículas más grandes quedarán sobre el mismo, mientras que las más pequeñas pasarán al otro lado.
El tamiz es una rejilla metálica que deja pasar los componentes más pequeños y atrapa los más grandes.
Levigación
Es el famoso procedimiento que emplean los buscadores de oro. Consiste en hacer pasar una corriente de agua por una mezcla de diferentes sólidos no solubles en ella, así, son arrastrados los componentes más livianos y quedan en el plato los de mayor peso. Una variante de esta técnica es la de utilizar viento en vez de agua, en este caso el método se denomina ventilación.
Imantación
Es usado un imán cuando una de las fases de la mezcla está compuesta por sustancias con propiedades magnéticas, con el fin de separarlo del resto. Por ejemplo, se pueden extraer limaduras de hierro mezcladas con arena, procedimiento muy utilizado para reciclar el acero.
La imantación es muy útil para reciclar materiales ferrosos.
MEZCLAS HETEROGÉNEAS EN LA VIDA COTIDIANA
En la cocina podemos destacar numerosas mezclas heterogéneas: la leche y el cereal, el agua y el aceite, el agua y la pasta, y los componentes de una ensalada. Con realizar un proceso físico podemos separar sus componentes de manera sencilla.
LA COCINA
Leche con cereal: una típica mezcla heterogénea para desayunar.
Al lavar los utensilios de cocina se mezclan el agua y los aceites.
Para la preparación del café tradicional se realiza una mezcla usando el filtrado.
Al tamizar la harina se obtienen mejores resultados en la preparación.
RECURSOS PARA DOCENTES
Artículo destacado “Mezclas y soluciones”
Información complementaria para identificar los tipos de mezclas y las técnicas de separación de las mismas.
En nuestra vida cotidiana entramos en contacto con diversidad de elementos; algunos son sólidos, otros líquidos y otros gaseosos. Si bien parece que todos son diferentes, podemos decir que hay algo que tienen en común: todos están formados por materia. Para estudiar la materia solemos analizar una porción a la que llamamos sistema material. Todo sistema material tiene propiedades generales o extensivas y propiedades específicas o intensivas. Hablamos de “fase” cuando nos referimos a todas aquellas porciones del sistema material que tienen las mismas propiedades intensivas. Por otro lado, los componentes son las sustancias que conforman el sistema material.
Todo el universo visible está formado de materia.
Sistemas homogéneos
Hablamos de sistema homogéneo cuando un sistema material posee las mismas propiedades intensivas en toda su masa. Éste cuenta con una sola fase. Las soluciones son sistemas materiales homogéneos compuestos por uno o más solutos disueltos en un solvente determinado. El soluto es el componente de la solución que se encuentra en menor proporción y se disuelve en el solvente, en tanto, el solvente es el que se encuentra en mayor proporción y tiene la capacidad de disolver el soluto. Las soluciones se pueden clasificar en función de la concentración en insaturadas, saturadas y sobresaturadas. Su concentración puede expresarse cuantitativamente, se establecen diferentes relaciones porcentuales entre las cantidades de sustancias a través de unidades químicas y físicas conocidas como masa (m), volumen (v) y cantidad de sustancia (n).
El agua es el solvente universal.
Sistemas heterogéneos
Un sistema homogéneo cuenta con distintas propiedades intensivas en al menos dos de sus puntos. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases. Generalmente, para su separación se utilizan mecanismos físicos y de menor consumo de energía. Existen las mezclas groseras y las mezclas finas o suspensiones. En las primeras los componentes se diferencian fácilmente debido a su gran tamaño, y las suspensiones se forman por una fasesólida con baja solubilidad que se encuentra dispersa en la fase liquida. Las fases son más difíciles de diferenciar debido al ínfimo tamaño de la partícula. Existen diversos métodos de separación de fases, algunos de ellos son: la decantación, la tamización, la filtración y la imantación. Los métodos mecánicos no producen transformaciones en los componentes de la mezcla.
Un sistema heterogéneo fácil de identificar es el del el agua y el aceite.
Agua
El agua es un compuesto químico de vital importancia para los seres vivos. Es la sustancia universal más abundante en la Tierra. Está compuesta por hidrógeno y oxígeno. Nuestro planeta está cubierto en un 70 % por agua. Por otra parte, todas las especies dependen de este líquido vital para la supervivencia. Al igual que el oxígeno, el agua es un elemento de la naturaleza esencial para que todas las formas de vida puedan existir. El agua cuenta con diferentes propiedades que se clasifican en organolépticas y fisicoquímicas. Las primeras son las que percibimos con nuestros sentidos, y las segundas tienen relación con la composición química. El agua es un regulador de temperatura para la mayoría de los seres vivientes, así como también tiene un papel esencial en la regulación de la temperatura atmosférica.
El 70 % de nuestro cuerpo está formado por agua.
Contaminación del agua
La contaminación del agua se produce cuando se introduce un material que altera sus características naturales. El agua contaminada deja de ser apta para el desarrollo de los seres vivos. El mercurio es una fuente natural de contaminación y también los hidrocarburos. Otro agente natural contaminante es el arsénico producido por las actividades volcánicas. El ser humano ha vivido con este tipo de contaminación desde hace miles de años y no es posible evitarla; sin embargo, la contaminación debido a las actividades humanas es mucho mayor. El uso de los fertilizantes en la agricultura, metales pesados en la minería, las aguas residuales de las industrias y los desechos arrojados por el ser humano, ponen en riesgo sanitario al ecosistema del planeta que depende de este importante líquido.
A lo largo de la historia se mostrado el interés de las naciones y grupos sociales en mejorar las condiciones del ser humano. Esto ha originado distintas formas de gobierno y organización socioeconómica, entre las que destaca el capitalismo, el socialismo y el comunismo.
Capitalismo
Socialismo
Comunismo
Definición (RAE)
“Sistema económico basado en la propiedad privada de los medios de producción y en la libertad de mercado”.
“Sistema de organización social y económico basado en la propiedad y administración colectiva o estatal de los medios de producción y distribución de los bienes”.
“Movimiento y sistema político, desarrollados desde el siglo XIX, basados en la lucha de clases y en la supresión de la propiedad privada de los medios de producción”.
Ideas
Se opone a la intervención del gobierno en la economía.
Un mercado libre produce mejores resultados económicos para la sociedad.
Los medios de producción son de propiedad privada.
Da importancia al lucro individual.
Todos deben tener acceso a bienes públicos y artículos básicos.
Las industrias a gran escala son bienes colectivos.
Las propiedades y riquezas deben distribuirse equilibradamente en la sociedad, lo que disminuye la diferencia entre ricos y pobres.
Se eliminan las clases sociales.
Se suprime la propiedad privada de los medios de producción.
La propiedad privada de los medios de producción debe pertenecer al proletariado por ser su fuente de riqueza y producción.
El material económico debe distribuirse equitativamente.
Principales defensores
Richard Cantillon.
Adam Smith.
John Locke.
David Ricardo.
Thomas Malthus.
Karl Marx.
Friedrich Engels.
Lenin.
Henri de Saint-Simon.
Ferdinand Lasalle.
Karl Marx.
Friedrich Engels.
Lenin.
Stalin.
Mao Zedong.
Política
Puede coexistir con una variedad de sistemas políticos. Muchos capitalistas defienden la república democrática.
Puede coexistir con distintos sistemas políticos. Muchos socialistas defienden la democracia participativa.
Se basa en la dictadura del proletariado.
Economía
Economía de libre mercado.
Planificación democrática.
Planificación totalitaria.
Estructura social
Existen clases de acuerdo a su relación con el capital.
Las diferencias de clase disminuyen y el estatus radica en las distinciones políticas.
La única clase social legitimada es el proletariado.
Estructura de propiedad
La forma predominante de propiedad es la propiedad privada del capital y de otros bienes.
Predominan dos tipos de propiedad: la personal y la pública.
Los sistemas son elementos o unidades que se caracterizan por estar interrelacionados y tener un propósito en común. Los sistemas generalmente se clasifican en dos tipos: sistemas abiertos y sistemas cerrados, de acuerdo al intercambio de energía y materia.
Sistemas abiertos
Sistemas cerrados
Definición
Son aquellos en los que una cantidad o una serie de cantidades de materia y energía puede entrar o salir del sistema en un grado significativo.
Son aquellos en los que una cantidad o una serie de cantidades de energía puede entrar o salir del sistema en un grado significativo.
Intercambio de energía
Sí.
Sí.
Intercambio de materia
Sí.
No.
Ejemplos
El cuerpo humano, la Tierra y muchos ecosistemas.
Una olla de presión, el motor de un auto y el televisor, entre otros.
La unidad más pequeña de los seres vivos es la célula, estas células en los organismos superiores se agrupan para formar tejidos, estos tejidos se agrupan para formar órganos y los órganos, que trabajan en forma conjunta y coordinada, dan origen a los sistemas que nos permiten recibir los nutrientes, respirar y movernos, entre otros.
Sistema circulatorio
Sistema nervioso
Sistema digestivo
Función
– Recoger y transportar el oxígeno, los nutrientes y las hormonas necesarias para realizar las distintas funciones del cuerpo.
– Llevar las sustancias de desecho hasta los órganos de excreción.
– Participar en la defensa del cuerpo y en la regulación de la temperatura corporal.
– Coordinar el funcionamiento del cuerpo de acuerdo con sus funciones sensitivas, integradoras y motoras.
-Transformar los alimentos durante el proceso de digestión para que puedan ser utilizados por el cuerpo.
Órganos y componentes asociados
Corazón, venas y arterias.
Encéfalo, médula espinal, órganos sensoriales y nervios.
Boca, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso, recto, ano, hígado y páncreas.
Órgano representativo
Corazón.
Cerebro.
Estómago.
Células representativas
Glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.
Neuronas.
Células somáticas.
Se produce transporte de nutrientes
Sí
No
Sí
Se produce sinapsis
No
Sí
No
Enfermedades asociadas
Enfermedad de las arterias coronarias, afecciones del pericardio, afecciones del miocardio, infarto al miocardio, angina del pecho y arritmia, entre otras.
Epilepsia, esclerosis, neuropatias, infecciones, demencia, traumatismos, enfermedades autoinmunes y neuraglias, entre otras.
Problemas intestinales, pólipos, cáncer, enfermedad celiaca, enfermedad de Crohn, diverticulosis, colitis, síndrome del intestino corto e isquemia intestinal y hernia de hiato, entre otras.
La termodinámica se refiere al estudio de la transferencia de energía. Dentro de esta rama, la materia es un elemento fundamental ya que es la que conforma, junto con el entorno, sistemas claves que permiten el entendimiento de muchos procesos que se dan en nuestro planeta.
¿Qué es un sistema?
Un sistema se define como un grupo de unidades interactivas o elementos que tienen un propósito común. Estas unidades o elementos pueden ser engranajes, cables, personas, animales y computadoras, entre otros. Los sistemas generalmente se clasifican como sistemas abiertos y sistemas cerrados, y pueden tomar la forma de sistemas mecánicos, biológicos o sociales.
Sistemas y subsistemas
Algunos grandes sistemas son divididos (para poder ser estudiados por el hombre) en subsistemas, como por ejemplo la Tierra, un gran sistema abierto que cuenta con 4 subsistemas que corresponden con sus capas: atmósfera, biosfera, hidrósfera y geósfera.
Como todo en el mundo físico, la energía está sujeta a las leyes de la física. Las leyes de la termodinámica rigen la transferencia de energía en y entre todos los sistemas.
Un sistema puede ser conceptual o real, por ejemplo, un sistema conceptual incluye definiciones, símbolos e instrumentos del pensamiento, como por ejemplo, sistemas matemáticos o sistemas lógicos. En cambio, los sistemas reales incluyen la transferencia de materia, energía o información con su entorno; las células y la biósfera son ejemplos perfectos de sistemas reales, ya que ellos están en constante intercambio de energía y materia con el entorno (abierto), por supuesto, existen sistemas reales en los que solo se intercambia energía (cerrados) o sistemas en los que no existe ningún tipo de intercambio (aislados).
En el campo de la informática es concepto de sistemas es muy aplicado. Un sistema informático incluye el hardware, el software y el soporte humano.
¿Qué es la teoría de los sistemas?
La teoría de sistemas es una teoría interdisciplinaria sobre la naturaleza de los sistemas complejos en la naturaleza, la sociedad y la ciencia, y es un marco por el cual uno puede investigar y/o describir cualquier grupo de objetos que trabajen juntos para producir algún resultado. Esto podría ser un solo organismo, cualquier organización o sociedad, o cualquier artefacto electromecánico o informativo. Fue propuesta por el biólogo austriaco Ludwig von Bertalanffy en 1950 y su objetivo final era estudiar la aplicabilidad de los sistemas en las distintas ramas de estudio.
¿Cuáles son los tipos de sistemas?
Un sistema abierto es aquel en el que una cantidad o serie de cantidades puede entrar o salir del sistema en un grado significativo. En los sistemas abiertos intervienen seres vivos que tienen una relación íntima con el ambiente que los rodea de la misma manera, el ambiente interacciona con dichos seres vivos. ambos se benefician y dependen el uno del otro.
Los organismos biológicos son sistemas abiertos, la energía se intercambia entre ellos y su entorno, ya que consumen moléculas que almacenan energía y liberan energía al medio ambiente al hacer el trabajo. El cuerpo humano es un ejemplo muy común de sistema abierto, ya que está en constante intercambio de materia y energía y siempre necesita insumos orgánicos que obtiene del ambiente. Por otro lado, el cuerpo también expulsa sustancias de desecho de vuelta al medio ambiente. Si alguna de estas dos interacciones falla, el sistema, es decir, el cuerpo, fallece.
Las plantas también son sistemas abiertos, ellas necesitan la materia (agua y nutrientes) y la energía del Sol para realizar sus funciones metabólicas.
¿Qué son los sistemas cerrados?
Un sistema cerrado es aquel donde una cantidad o serie de cantidades de materia no puede entrar o salir del sistema. Por ejemplo, un termo de vacío hace un buen trabajo para evitar que la materia salga del sistema y mantiene la bebida caliente, por lo tanto, podría tener sentido tratarlo como un sistema cerrado, pero ningún sistema en el mundo real está perfectamente cerrado, por lo que solo será una aproximación.
Las ollas de presión son otro ejemplo común, en ellas existe un intercambio de energía, pero la materia no es liberada, las ollas impiden que los gases que se generan en su interior para cocinar la comida escapen. Sin embargo, la energía en forma de calor sí escapa y la energía necesaria para iniciar la cocción también proviene del medio exterior.
Las ollas a pesar de dejar escapar la energía no dejan escapar la materia.
¿Qué son los sistemas aislados?
Son aquellos en los que no existe ningún cambio, ni de materia, ni de energía, esto no ocurre tan estrictamente, y en muchos de los sistemas considerados aislados hay pequeños intercambios con el entorno a lo largo del tiempo. Los ejemplos clásicos de sistemas aislados son los termos o los conservadores de hielo.
Los sistemas nunca permanecen completamente aislados ya que con el tiempo alguna perturbación puede provocar alguna liberación de materia o energía.
¿Sabías qué...?
La Tierra es considerada un sistema material ya que está en constante intercambio con el espacio, recibe micrometeoritos y otros tipos de materia e intercambia moléculas al exterior.
El reino Animalia está formado por un grupo de organismos eucariotas, heterotróficos y multicelulares que carecen de pared celular y dependen directa o indirectamente de las plantas para su alimento. Son sumamente variados y pueden clasificarse en vertebrados e invertebrados.
Sistemas biológicos de los invertebrados
Sistema digestivo
El tracto digestivo en invertebrados varía de acuerdo al grado de complejidad del organismo, va desde estar completamente ausente a estar parcial o totalmente formado. En el caso de que esté presente, se encuentra dorsal al cordón nervioso, y se extiende desde la boca hasta el ano.
Por otro lado, la digestión puede ocurrir dentro de la célula (digestión intracelular) o fuera de ella (digestión extracelular). En las esponjas, por ejemplo, la digestión la llevan a cabo unas células conocidas como coanocitos, que se encuentran localizados en la pared de dichos organismos.
El reino Animalia está formado por un grupo de organismos eucariotas, heterotróficos y multicelulares que carecen de pared celular y dependen directa o indirectamente de las plantas para su alimento. Son sumamente variados y pueden clasificarse en vertebrados e invertebrados.
La mayoría de los invertebrados exhiben digestión extracelular y en los más desarrollados incluso tienen un intestino bien definido.
Sistema circulatorio
El sistema vascular va desde muy simple hasta muy desarrollado, en algunos grupos, como el de los artrópodos y los moluscos, el sistema circulatorio es abierto o lagunar, es decir, la sangre no siempre está encerrada, es transportada por vasos abiertos que desembocan en algún lugar del cuerpo. El corazón se encuentra siempre dorsal al intestino y el sistema portal hepático, que transporta sangre del intestino al hígado, está ausente.
Sistema respiratorio
El intercambio gaseoso se realiza a través de la piel en muchos invertebrados inferiores, en grupos superiores como los moluscos y los artrópodos acuáticos las branquias son más comunes. Sin embargo, también existen grupos que pueden respirar a través de tráqueas e incluso pulmones.
Pulmones en libro
También conocidos como pulmones laminares o filotráqueas, son los órganos respiratorios de los escorpiones y las arañas, reciben ese nombre porque están formados por cavidades de tejido que se organizan como la página de un libro.
Los protozoarios, las esponjas y muchos gusanos tienen respiración cutánea.
La respiración pulmonar es uno de los tipos más raros de intercambio gaseoso dentro de los invertebrados y sólo se da en pocos organismos, principalmente moluscos.
En los insectos, el sistema traqueal está adaptado para la respiración aérea.
Sistema excretor
La mayoría de los invertebrados no cuenta con estructuras que le permitan excretar los desechos, por lo que realizan la difusión a través de las membranas celulares, sin embargo, otros poseen estructuras más complejas como protonefridios (platelmintos), metanefridios (anélidos), glándulas verdes (crustáceos) o túbulos de Malpighi (insectos).
Sistema nervioso
En invertebrados con simetría radial como los equinodermos, la cabeza está ausente y el sistema nervioso central está representado por un anillo de tejido nervioso que rodea el cuerpo.
En los invertebrados con simetría bilateral, como los moluscos, anélidos o artrópodos, el sistema nervioso central está formado por un par de cuerdas nerviosas que se extienden a lo largo de la línea media ventral del cuerpo.
El anillo nervioso y las cuerdas nerviosas tienen ganglios, en los invertebrados más complejos, los ganglios de la cabeza forman el cerebro.
Sistemas biológicos de los vertebrados
Sistema digestivo
De manera general, el sistema digestivo de los vertebrados tiene la misma secuencia, el alimento entra a través de la boca y se rompe generalmente en pedazos más pequeños por los dientes. Muchos vertebrados tienen una lengua que ayuda a manipular los alimentos en la boca y glándulas salivales que los lubrican.
El sistema digestivo de los vertebrados tiene la misma estructura general, sin embargo, presenta adaptaciones de acuerdo al tipo de alimentación.
Poseen un esófago que conecta la faringe y el estómago, también intestinos donde se produce la absorción de los nutrientes y además tienen glándulas digestivas accesorias como el hígado o el páncreas.
Tienen dientes adaptados a su dieta, por ejemplo, los herbívoros tienen dientes cortantes para morder y cortar las hojas y tallos. Los carnívoros tienen incisivos caninos para rasgar y triturar, mientras que los omnívoros tienen características compartidas entre los herbívoros y carnívoros.
Sistema circulatorio
Es de tipo cerrado, es decir, la sangre siempre circula por una red de vasos sanguíneos que conecta con todas las partes del cuerpo.
Todos los vertebrados tienen un corazón muscular que varía en el número de aurículas y ventrículos, por ejemplo, los peces poseen un corazón con dos cámaras con una aurícula y un ventrículo; mientras que los cocodrilos, aves y mamíferos tienen un corazón de cuatro cámaras con dos aurículas y dos ventrículos.
La circulación puede ser simple, doble incompleta o doble, esto va a depender de si la sangre oxigenada y la desoxigenada están completamente separadas o no.
Sistema respiratorio
Tienen dos tipos de respiración: unidireccional y bidireccional. En la unidireccional, el oxígeno se mueve a través de los tejidos en una dirección, los peces y las aves tienen este tipo de respiración.
¿Sabías qué...?
Los cetáceos a pesar de vivir en el agua respiran a través de pulmones, por lo que cada cierto tiempo necesitan subir a la superficie para tomar oxígeno, sin embargo, no deben sacar todo su cuerpo ya que para eso tienen el espiráculo.
El segundo tipo es la respiración bidireccional, lo que implica que el medio (aire) entra y sale por el mismo canal. En este caso, el medio contiene más residuos porque el aire que se inhala y se exhala entra y sale por el mismo canal.
La respiración bidireccional es característica de los mamíferos.
La respiración cutánea también es posible y se produce a través de la piel. La respiración cutánea es única porque puede ocurrir en el aire o en el agua.
Los anfibios utilizan la respiración cutánea para obtener oxígeno.
Sistema excretor
Presentan órganos específicos para la eliminación de sustancias cargadas de nitrógeno, además de la regulación de otras sustancias que podrían ser dañinas para el cuerpo. El órgano encargado de llevar a cabo estas funciones es el riñón, en total son dos, formados por túbulos renales y estructuras filtradoras (pronefros, mesonefros y metanefros).
Sistema nervioso
En los vertebrados, el tejido nervioso se concentra en el extremo anterior del cuerpo, dando origen al cerebro. El sistema nervioso de los vertebrados se caracteriza por esta centralización bien marcada y por la presencia de grandes cantidades de tejido nervioso, los cuales controlan los típicos patrones de comportamiento de los vertebrados.
En matemáticas y en otras disciplinas, el empleo de ecuaciones para calcular variables es frecuente y de gran ayuda. El conjunto de dos o más ecuaciones se conoce como sistema de ecuaciones, y según sea el caso, puede tener o no solución.
¿Qué es una ecuación?
Una ecuación es una igualdad matemática entre dos expresiones que contienen una o más variables. Se encuentran formadas por dos miembros separados por el signo igual.
El símbolo igual “=” fue inventado por Robert Recorde en 1557. Su forma hace alusión a dos rectas paralelas del mismo tamaño que representan la igualdad.
Estas expresiones matemáticas presentan valores conocidos o datos, además de elementos desconocidos denominados incógnitas y que son usualmente representados por letras del alfabeto.
El conjunto de valores que satisfacen a una ecuación se denomina solución. De este modo, una ecuación puede también definirse como una igualdad condicionada en la que sólo algunos valores de las incógnitas la hacen cierta.
Un ejemplo es la siguiente ecuación:
2x-1=3
La solución de la ecuación es 2, ya que es el único valor que puede tomar la incógnita para hacer cumplir la igualdad:
Cuando una ecuación incluye únicamente sumas y restas con una variable elevada a la primera potencia (sin presentar productos entre éstas) se denomina ecuación lineal.
Desde la Antigüedad
Sorprendentemente, muchos fundamentos básicos del álgebra que hoy en día usamos ya eran conocidos en el Antiguo Egipto y eran empleados para calcular problemas matemáticos en los cuales existía un valor desconocido.
El conocimiento avanzado de los egipcios en las matemáticas les permitió realizar cálculos que otras culturas desconocían.
Ecuaciones lineales
Las ecuaciones matemáticas pueden ser tan diversas como los números mismos. Se clasifican de acuerdo al máximo exponente al cual se encuentre elevada la incógnita o variable en lo que se denomina grado de la ecuación. Por ejemplo, 2x-3=4-x es una ecuación de primer grado porque el máximo exponente al cual se encuentra elevada la es 1. Por otro lado, una ecuación del tipo: 5x²-3x+1=0 es de segundo grado, por ser 2 el máximo exponente de la incógnita.
Adicionalmente, existen ecuaciones que incluyen funciones matemáticas como las trigonométricas, logarítmicas y exponenciales, entre otras. En estos casos se utiliza una metodología diferente para su resolución de acuerdo a las características de las funciones involucradas.
Las ecuaciones de segundo grado presentan la forma ax2 + bx + c y pueden resolverse con la fórmula mostrada.
Sistema de ecuación
Es un conjunto formado por dos o más ecuaciones que contienen varias incógnitas. Un sistema puede tener o no solución, en caso de tenerla consistirá en el valor o conjunto de valores que al ser sustituidos en las ecuaciones del sistema cumplen con la igualdad del sistema.
Las ecuaciones con una sola incógnita se resuelven a través de despejes. Para ecuaciones con dos o más incógnitas se recurre a los sistemas de ecuaciones.
Clasificación de los sistemas de ecuaciones
Los sistemas de ecuaciones pueden ser clasificados en compatibles o incompatibles de acuerdo a si tienen o no solución.
Sistemas compatibles: son aquellos que admiten solución, se subdividen en sistemas compatibles determinados y sistemas compatibles indeterminados. Los primeros se caracterizan por presentar un conjunto finito de valores que satisfacen la igualdad del sistema, es decir, tienen una sola solución. Los segundos por su parte, presentan un número infinito de soluciones.
Sistemas incompatibles: son aquellos que no admiten ninguna solución posible.
Métodos para resolver sistemas de ecuaciones lineales
Como se explicó anteriormente, las ecuaciones pueden presentar varios tipos de grado e incluir muchas funciones matemáticas. En este caso, el artículo se centrará en explicar los métodos principales para resolver sistemas de ecuaciones de primer grado, específicamente en ecuaciones lineales.
Los tres métodos más conocidos para su resolución son:
Método de reducción
Método de sustitución
Método de igualación
Sin embargo, existen otros métodos que hacen uso de matrices para resolver sistemas de ecuaciones lineales.
Método de reducción
A través de este método se trata de cancelar una de las variables para calcular la otra por medio de despejes. Para lograrlo se multiplica una de las ecuaciones de manera que al sumar todos los términos semejantes de todas las ecuaciones se elimine una de las incógnitas.
Por ejemplo:
Calcule la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de reducción.
En la primera ecuación el coeficiente de la variable es 2, mientras que en la segunda es 1. Una forma de eliminar a la variable es multiplicar la segunda ecuación por -2, de esta forma al sumar los términos semejantes que incluyen dicha variable darán como resultado al número cero y de esta forma se cancela la incógnita.
De esta forma el sistema de ecuaciones queda:
Se suman los términos semejantes
De esta forma, se tiene la ecuación:
Con el valor de conocido se sustituye en cualquiera de las dos ecuaciones del sistema y se despeja . Para este caso se seleccionará la primera ecuación del sistema:
De esta forma, el conjunto solución del sistema es x= -1 y y=2 .
En el caso de sistemas con una sola solución, si se sustituyen los valores solución en las ecuaciones se cumple la igualdad en todos los casos.
Método de sustitución
En este método se busca despejar una variable en una ecuación para luego sustituirla en otra de manera de reducir el número de incógnitas.
Por ejemplo:
Calcule la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución.
Se despeja cualquiera de las variables de cualquiera de las dos ecuaciones. En este caso se despejará la variable de la primera ecuación:
Se sustituye la variable despejada en la otra ecuación. En este punto, se debe tener cuidado de no sustituir la ecuación despejada en la misma ecuación de la cual se obtuvo.
Se resuelven los cálculos hasta despejar la variable
Se sustituye la incógnita y en cualquiera de las ecuaciones iniciales y se calcula el valor de x. En este método como se despejó dicha incógnita en el primer paso, se puede sustituir directamente en dicha ecuación:
Método de igualación
Este método consiste en despejar una misma incógnita de dos ecuaciones y luego igualarlas para calcular el valor de otra incógnita.
Por ejemplo:
Calcule la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación.
Se despeja en ambas ecuaciones:
-Primera ecuación
-Segunda ecuación
Se igualan ambas ecuaciones despejadas:
Se despeja el valor de y:
Se sustituye el valor de en cualquiera de las ecuaciones, preferiblemente en cualquiera de las ecuaciones ya despejadas.
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