Este blog fue diseñado como proyecto para compartir información sobre algunas ramas de la física, como la dinámica, la hidráulica y la termodinámica, todas éstas aplicadas a la odontología moderna. De esta forma nosotros nos planteamos como objetivo difundir conocimientos recopilados y propios para facilitar el aprendizaje de esta materia y promover la innovación.
En odontología hay un punto donde las fuerzas, los movimientos y otros factores de la dinámica confluyen: tratamientos de ortodoncia
La ortodoncia es una ciencia que se encarga del estudio, prevención, diagnóstico y tratamiento de las anomalías de forma, posición, relación y función de las estructuras dentomaxilares mediante el uso y control de diferentes tipos de fuerzas.
Los elásticos intermaxilares son unas gomas elásticas que tienen como función mejorar la coordinación entre la arcada dental superior y inferior. En ocasiones también se pueden usar para mover algún diente en concreto. Sus posibilidades són múltiples dependiendo del caso, por ello existen gran variedad de elásticos de diferente diametros y grosor
Elementos de una fuerza
La magnitud: es la cantidad de fuerza producida por las ansas, los resortes o los elásticos.
La dirección: es al recta que sigue o tiende a seguir la recta, y va desde mesial, distal, vestibular, lingual, gingival o oclusal.
El sentido: las fuerzas pueden ser positivas o negativas y van de izquierda a derecha de arriba hacia abajo.
El punto de aplicación: punto del cuerpo en donde se aplica la fuerza, en el caso de la ortodoncia son los brackets que están adheridos a las caras vestibulares de los dientes
Principio de la transmisibilidad de fuerzas
El punto de la aplicación de una fuerza es independiente de su posición a lo largo de su línea de acción, el efecto de la fuerza que actúa sobre un diente es independiente de dónde se aplique esta, a lo lar go de su línea de acción.
El punto de aplicación y la dirección de la fuerza describe en la línea de acción y se puede aplicar la fuerza en cualquier punto de esta línea, para lograr el mismo efecto.
Tipos de fuerza según su efecto
La fuerza puede ser definida como una función en su modo de acción.
Las fuerzas tensiles: producen la elongación o estiramiento de un cuerpo dependen de si estos son rígidos o flexibles
Las fuerzas de compresión: producen el acortamiento de un cuerpo, dependen de si estos son rígidos o flexibles
Los momentos de torsión: se presentan cuando la fueras se usan para torcer el cuerpo alrededor de su eje
Es importante en ortodoncia conocer la diferencia entre un momento de torsión de un alambre redondo, uno rectangular y uno cuadrado, ya que éste dará lugar la torque.
Los cuerpos rígidos: Son aquellos que no cambian su forma bajo la acción de una fuerza de tracción o de compresión y tiene masa y peso. Los dientes se pueden considerar como cuerpos rígidos
Fuerzas de activación y desactivación
Las fuerzas en ortodoncia pueden ser analizadas en relación con los dientes o en relación con los alambres.
Las fuerzas que se aplican con los alambres: se definen como fuerzas de activación y representan a las fuerzas necesarias para llevar el alambre de un estado pasivo a un estado activo. El ejemplo más común son las ansas o resortes que se diseñan para mover los dientes
Las fuerzas que se transfieren a los dientes: son las fuerzas que se transfieren por lo alambres a los dientes y se definen como fuerzas de desactivación. Son iguales y opuestas a las fuerzas de activación.
Las fuerzas en ortodoncia se pueden expresar con respecto a:
Un sistema de aparatos instalados en el paciente que siempre está en equilibrio
Fuerzas aplicadas sobre los brackets con respecto a otras fuerzas que son iguales y opuestas, pero producidas por los alambres.
Estudia las causas por las cuales se modifica la velocidad de un cuerpo y establece la relación entre la causa y la variación de velocidad experimentada.
Mientras que la cinética estudia el movimiento de los cuerpos una vez establecidas las ecuaciones del móvil es posible determinar su velocidad y/o posición en cualquier instante.
Fuerzas
Una fuerza es una magnitud vectorial (magnitud, sentido y dirección) y se define como todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.
Leyes de Newton
Principio de inercia
"Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme, a menos que actúe sobre él una fuerza resultante no nula. Dicho en otras palabras: para que un cuerpo posea una aceleración debe actuar sobre él una fuerza no equilibrada"
Principio de la fuerza
"Una fuerza no equilibrada aplicada a un cuerpo le comunica una aceleración, de la misma dirección y sentido que la fuerza, directamente proporcional a ella e inversamente proporcional a la masa, del cuerpo"
Principio de acción y reacción
"A toda fuerza [acción] se le opone otra [reacción] igual y opuesta. Es decir, si un cuerpo ejerce una acción sobre otro, este último ejerce también una acción, del mismo módulo y dirección, pero de sentido contrario, sobre el primero. Estas dos fuerzas, aunque opuesta, no se equilibran mutuamente, ya que no están aplicadas sobre el mismo cuerpo. Las fuerzas de acción y reacción siempre están aplicadas a cuerpos distintos"
Roce
Las fuerzas de rozamiento se oponen al movimiento de los cuerpos, surgen cuando a un cuerpo en reposo se le aplica una fuerza. Si no se inicia el desplazamiento: fuerza de roce estático.
Por otro lado, la fuerza de roce cinético es cuando si hubo un desplazamiento del cuerpo.
Si bien, existen muchos procedimientos odontológicos asociados con la física, uno de los más emblemáticos y asociado específicamente con la termodinámica son las obturaciones de amalgama.
La fabricación tanto de la amalgama como de otros materiales utilizados en odontología y su utilización en los distintos procedimientos clínicos se realiza en función de procesos termoquímicos y termodinámicos. Son procesos que requieren transmisión de calor de carácter endotérmico, es decir, que involucran una absorción de calor por parte del sistema desde el universo. Estos procesos serán aplicados en odontología para derretir algún material dental e integrarlo a las imperfecciones de las cúspides de los dientes con distintos objetivos de por medio
La amalgama, denotativamente, es una mezcla de cosas, de cualquier índole, pero términos odontológicos, lo entenderemos como un material de restauración que resulta de la aleación de cualquier metal como argón, estaño, cobre, cinc u oro, con mercurio. Esta aleación, es de un color plateado, lo que genera un problema en la compatibilidad óptica del material con la superficie a veces muy blanca del diente, es poco estético. También, la amalgama presenta una relación calidad-precio incomparable, puesto que su desempeño y seguridad supera a otros materiales restauradores como las resinas compuestas, las que son mucho más costosas.
La amalgama posee las propiedades físicas características de los materiales metálicos. Es opaca y conduce muy bien la electricidad y el calor. Esto último puede hacer que sea necesario recurrir, en algunas situaciones, a la protección del órgano dentino-pulpar con materiales aislantes antes de proceder a la inserción de la amalgama. Se produce también contracción y expansión al aplicar la obturación con este material.
G.V. Black
Aproximadamente, la amalgama según Black, tiene los siguientes porcentajes de metales en su mezcla (de masa)
- Plata (Ag): 67% - Estaño (Sn): 25-27% - Cobre (Cu): 6% (si se excede, excedente no reacciona quedando como cuerpo inerte.) - Zinc (Zn)
¿Cómo se unen los metales?
Fácil, con un proceso denominado amalgamación, donde se unen los metales sólidos con el mercurio, pero antes, es necesario fabricar las aleaciones para amalgama dental. La ADA (American Dental Association) exige que las aleaciones de amalgama tengan principalmente plata y estaño. (Especificación No. 1)
¿Para qué sirve la amalgama?
Se habla concretamente de “amalgama de plata” para referirse a esta aleación. Se utiliza para obturar las cavidades que aparecen como consecuencia de las caries y así restablecer la función masticatoria, devolviendo la estabilidad a través de la restauración de los tejidos óseos ( dentales) perdidos.
Pero, ¿son seguras las amalgamas?
“la FDA considera que son seguras para adultos y niños mayores de 6 años”
Se dejó de utilizar. Posibles riesgos? Correcto, contiene mercurio elemental, un metal altamente tóxico, que puede liberar los bajos niveles de vapor de mercurio que pueden ser inhalados, los que se asocian con problemas del sistema nervioso, neuromotor, del cerebro y riñones. La FDA (Food and Drug Administration: Agencia de Alimentos y Medicamentos o Agencia de Drogas y Alimentos) revisa la evidencia científica, y considera que las amalgamas son seguras para niños de 6 años en adelante y adultos. Existe poca información clínica sobre los potenciales efectos nocivos de la amalgama en mujeres embarazadas y sus efectos en desarrollo embrio-fetal, y en niños menores de 6 años de edad, incluyendo a lactantes. Sin embargo, la cantidad estimada de mercurio en la leche materna atribuible a la amalgama dental está muy por debajo de los niveles generales de consumo oral que la Agencia de Protección Ambiental (EPA) considera seguros.
Existen pacientes con alergia a algún metal perteneciente a la aleación, produciendo irritaciones en tejidos blandos, desarrollando lesiones orales u otras reacciones de contacto, pero nunca provocados por los efectos “nocivos” del metal acuoso.
"Todo método consiste en el orden y disposición de aquellas cosas hacia las cuales es preciso dirigir la agudeza de la mente" René Descartes. Filósofo y científico francés.
Desde hace siglos, se vienen realizando procesos dentales de toda índole, ocupando las propiedades de la naturaleza para ser llevadas a cabo. Un claro ejemplo de esto son los movimientos a partir del torque, la rotación y el desplazamiento, utilizados como base para la ortodoncia.
Procesos tanto químicos como físicos (como la fusión), son evidenciados en la carrera de odontología para la construcción y fabricación de materiales dentales. Entre ellos reconocemos la amalgama (en términos odontológicos lo entenderemos como cualquier metal en aleación con mercurio) que revisaremos posteriormente, y otros procesos dentales que también aplican en algunas de sus técnicas las propiedades de la termodinámica para ser llevados a cabo.
¿Qué es la termodinámica?
Etimológicamente, termo (del griego termos), significa calor, y dinámica (del griego dinamis) significa fuerza. Entendemos entonces, que la termodinámica es la fuerza aplicada con respecto al calor.
Una fuerza, es cualquier empuje o tracción que se ejerce sobre un objeto, como se observa en un ciclista cuesta abajo, la fuerza de gravedad “tira de” la bicicleta para hacer que baje de la cresta a la base. La fuerza electrostática “tira de” cargas distintas para juntarlas o “empuja” cargas iguales para separarlas. La energía que se usa para hacer que un objeto se mueva contra otra fuerza se denomina Trabajo (w; w = F x d), que es producto de la fuerza aplicada con la distancia que se logró mover el objeto
Así, se desarrolla trabajo cuando se levanta algo en contra de la fuerza de gravedad o cuando juntamos dos cargas del mismo signo. Si definimos el objeto como el “sistema”, entonces nosotros, siendo parte del entorno, estamos efectuando un trabajo sobre ese sistema: le estamos transfiriendo energía.
La termodinámica juega con variables. El Trabajo (w) y el Calor (Q) son la manera en la que se transfiere la energía. La energía es el alimento que necesita una fuerza para ejecutarse.
Otra forma de transferir energía, como ya dijimos, es el calor (Q). El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo más caliente a otro más frio. Una reacción de combustión como la quema de gas natural, libera la energía química almacenada en las moléculas del combustible, en forma de calor. El calor recibido por el cuerpo, produce un aumento en su temperatura. Si definimos como sistema a la reacción que se está efectuando, y todo lo demás como universo, se está transfiriendo energía en forma de calor del sistema al universo. Ahora es el momento de dar una definición más precisa de energía: Energía, entonces, es la capacidad para realizar trabajo o una transferencia de calor. Esta está en el ambiente como energía potencial (Epot=mgh) y cinética (Ecin= ½ mv).
Primera ley de la termodinámica.
Entendemos que la energía puede ir de potencial a cinética y viceversa, entendemos que la energía puede ir del entorno a un sistema y viceversa. Lo que no entendemos aun es como se dan esos intercambios de energía como calor o energía.
Partiremos por una de las mas grandes observaciones que se han hecho hasta hoy en la ciencia, la energía no se crea ni se destruye. Esta ley universal es conocida como la primera ley de la termodinámica, puede resumirse en una sola frase: la energía se conserva. Por consiguiente, cualquier perdida de energía, es absorbida por el sistema o el universo, y viceversa.
Para aplicar esta ley, y llevarla a los números, necesitamos definir energía del sistema de manera más precisa.
Usaremos la ley para ver los cambios de energía en sistemas. La energía interna es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales de todas sus partes componentes. En una compresión hidrogeno y oxigeno gaseoso, la energía interna incluye no solo los movimientos e interacciones de las moléculas respectivas, sino que también las energías del núcleo de cada átomo y electrones que lo constituyen. - representaremos la energía interna con la letra E (no se conoce el valor numérico) entonces, el cambio de energía (E) se denomina delta de energía interna, representado con un delta de E.
Cuando el delta es positivo, indica que el sistema gano energía, ósea, que fue una reacción endotérmica; por el contrario, si el delta es negativo, se induce que el sistema perdió energía, por lo que es un reacción exotérmica.
Cuando un sistema sufre cualquier cambio físico o químico, el cambio que acompaña en su energía interna (delta E) está dado por el calor agregado a l sistema o que se desprende del (Q), más el trabajo (w)
Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional
Segunda ley de la termodinámica
Esta ley expresa una variación en la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, le imposibilidad en que estos se hagan en sentido contrario. (una mancha de tinta en una blusa pueda volver a contraerse a un volumen pequeño)
También explica la imposibilidad de realizar un conversión de energía completa tener una fuga de energía.
De esta forma la segunda ley impone restricciones para las transferencia de energía que en hipótesis pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta el primero principio. Esta ley se apoya aceptando la existencia de la entropía, la que debe ser siempre mayor a cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
Se contemplan también las variaciones de entalpia, pero eso es hablar de especificidades de química, lo que no nos incumbe tanto para este fin.
"Dar ejemplo no es la principal manera de influir sobre los demás; es la única manera". Albert Einstein (1879-1955) Científico alemán.
