Fisica 2

FÍSICA DE LAS ONDAS N

Las cosas mas simples vistas a traves de la física, un mundo lleno de innovaciones y la exploracion del cuerpo humano a través de la percepcion de ondas sonoras

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Editorial

El mundo esta lleno de sucesos tanto simples como complejos que pueden ser explicados de forma sencilla a través de la física.

EL cuerpo humano es una maquina que opera a la perfección sin embargo la gran mayoria de las personas no entienden la complejidad de su funcionamiento por lo cual en esta ultima entrega de la revista “La física de las ondas” estudiaremos la optica y el sonido y como estas dos ramas de la ciencia intervienen en la vida del hombre.

Espero que el conocimiento que reciban sea de su interes y que cada uno de los temas logre serle util.

Valeria Díaz Rosas Directora de la revista “La física de las ondas”

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CONTENIDO LAS ONDAS El sonido 6

El oido humano

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Enfermedades del oido humano

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El eco

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El sonar

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Instrumentos musicales

La optica 16 18

El ojo humano Enfermedades visuales

Biografias

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Galileo Galilei

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Isaac Newton

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¿EL SONIDO? Es

una onda longitudinal y mecánica que se propaga a través del aire que en ciertos rangos puede ser captada por nuestro oído. La onda sonora es producida por la vibración de algún objeto que al llegar a nuestros oídos se transforman en impulso nervioso produciendo el sonido.

El oido humano

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8

9 El eco

Enfermedades del oido

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El sonar

Instrumentos musicales

EL SONIDO

El oído humano:

Es uno de los cinco sentidos del ser humano, encargado de la percepción del sonido y el equilibrio. El oído humano convierte las ondas sonoras en impulsos eléctricos que son enviados al cerebro en donde el sonido es interpretado.

El oído se divide en 3 partes: Oído externo: conformado por el pabellón auditivo (oreja), el conducto auditivo externo y el tímpano.

Las ondas sonoras ingresar por la oreja llegando al conducto auditivo que luego las lleva hacia la membrana del tímpano.

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EL SONIDO

Oído medio: es una cavidad limitada por el tímpano y por la base de la cóclea, conformado por tres huesos martillo, yunque, y estribo. La parte superior del martillo se apoya en el tímpano y transmite vibraciones a través del yunque al estribo.

Oído interno: se encuentra lleno de un líquido llamado linfa, allí se encuentra la cóclea que convierte el sonido en un impulso nervioso hasta que llega al cerebro.

La postura y el equilibrio: Aunque la principal función del oído es la audición, dentro del oído interno se encuentran órganos como el vestíbulo y los canales semicirculares que se encargan del equilibrio. En el interior del vestíbulo y los canales semicirculares se encuentra un líquido llamado endolinfa que a su vez contiene unos cristales de calcio llamados otolitos, son estos dos los responsables de dar la información al cerebro acerca de la posición del cuerpo. Cuando una persona se mueve, la endolinfa y los otolitos también se mueven, tocando células nerviosas que indican al ser humano la postura en la que se encuentra.

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Los umbrales o límites de la audición humana corresponden a 0 dB (decibeles) umbral de audición, a 120 dB umbral de dolor, los cuales pasan de ser considerados sonido a ser considerados ruido.

Mientras mayor sea la frecuencia del sonido, será más agudo y si su frecuencia es más baja será un sonido grave. Si un sonido genera más de 20.000 vibraciones por segundo es llamado ultrasonido (sonido producido por los murciélagos), y aquellos que generan menos de 16 vibraciones por segundo reciben el nombre de infrasonido

EL SONIDO

Enfermedades del oído:

Sordera: es la pérdida total o parcial de la capacidad de oír, esto sucede cuando una persona se expone constantemente a sonidos que superan los 120 dB.

Otitis: Inflamación del oído.

Cerumen: es la excesiva de cera auditivo.

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acumulación en el canal

EL SONIDO

El eco: El eco es el fenómeno que se produce cuando una onda sonora o electromagnética choca con un obstáculo y regresa a su emisor.

El oído humano tiene la capacidad de distinguir dos sonidos si llegan separados por 0,1 segundos o más tiempo (sonidos musicales); es decir si producimos un sonido frente a un obstáculo y el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido original y su reflejo es exactamente de 0,1 segundos o mas percibiremos dos sonidos diferentes, este fenómeno es el eco. En el caso de las palabras el oído humano distingue dos sonidos si estos se encuentran separados por 0,07 segundos El sonido viaja en el aire a una velocidad de 340 m/s por lo cual en 0,1 segundos recorre 34 metros, para poder que el oído humano perciba el eco es necesario que el obstáculo se encuentre como mínimo a 17 metros del emisor, de modo que la onda sonora recorra 17 metros, choque con el obstáculo y regrese habiendo recorrido la misma distancia. En sonidos secos (palabra) la distancia que recorre la onda sonora en 0,07 segundos es de 22.68 metros por lo cual el obstáculo debe encontrarse mínimo a 11.34 metros del emisor para que el eco se produzca.

Cuando el tiempo de separación entre el sonido emitido y el reflejado es menor a 0,1 o 0,07 segundos, el 9

oído humano solo lograra percibir un sonido prolongado denominado reverberación. Este fenómeno es utilizado para mejorar las condiciones acústicas de salas como teatros, salas de concierto, salones de clase, etc. La reverberación se consigue mediante materiales absorbentes de las ondas sonoras como alfombras, cortinas, sillas tapizadas y paredes recubiertas de corcho.

Usos del eco: La ecografía: se emplean los ecos de una emisión de ultrasonidos dirigidos sobre un cuerpo u objeto con el objetivo de formar una imagen de los órganos internos o masa interna.

La ecolocalizacion: los animales en su mayoría con baja capacidad visual, o que poseen sonares emiten sonidos de alta frecuencia que al chocar con un obstáculo generan el eco proporcionándoles una imagen de lo que tienen cercano a ellos.

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Existen 3 tipos de eco: El eco monosílabo, eco bisilábico, eco monosílabo, y el Flutter eco que consiste en el choque con varios obstáculos repetidas veces

EL SONIDO

El sonar:

Significa navegación por sonido, el sonar es un aparato que se encarga de emitir impulsos u ondas sonoras bajo el agua consiguiendo detectar submarinos, minas, bancos de peces, el fondo marino, etc. El barco que posea sonar emite ondas cortas de ultrasonido cada cierto tiempo, y al chocar con un obstáculo generan el eco que regresa al barco para ser transformado en una imagen.

Tipos de sonar: Sonar activo: el sonar emite una onda que al encontrar un obstáculo choca y regresa al emisor, este mide la longitud de tiempo que tardo la onda en reflejarse (landa) y al saber la velocidad con la que viaja la onda en el medio el sonar activo puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo y generar una imagen. Sin embargo la reverberación puede generar interferencia en la imagen Sonar pasivo: este tipo de sonar solo se usa para escuchar el sonido que proviene de los objetos sumergidos, estos sonares reciben el ruido producido por el objeto y la distancia que recorre la onda entre la emisión y la recepción de la misma.

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Aplicaciones del sonar: Torpedo y mina sonar: los torpedos y las minas suelen incluir un sonar activo o pasivo que se usa para localizar el blanco.

Sonar aéreo: en los helicópteros se instalan sonoboyas (sonar y boya) se son lanzados desde este con el fin de detectar submarinos.

Dentro de las aplicaciones del sonar también se encuentran: localización de redes, cálculo de la velocidad del buque, localización de aeronaves, estimación de la biomasa, etiquetas acústicas (sonar instalado en un animal submarino para seguir su movimiento), medida de las olas, medida de la velocidad del agua, determinación del tipo de fondo, cálculo de la topografía del fondo marino, características del subsuelo marino, arqueología subacuática.

Efectos negativos del sonar: los sonares activos de muy baja frecuencia puede causar efectos perjudiciales en los animales que utilizan el sonar natural para su ubicación como lo son las ballenas y los delfines, pues causa daños a la capacidad del mamífero para detectar el sonido lo que lleva a encallamientos de ballenas y su asenso anticipado a la superficie provocándoles enfermedades mortales por descompensación.

Las ondas sonoras viajan en el agua a 1400 m/s

EL SONIDO

Instrumentos musicales:

Se pueden definir como un sistema para producir sonidos en el marco de la creación de musical. Un instrumento musical consiste en la combinación de uno o más sistemas que produzcan ondas sonoras con uno o más tonos y los medios para excitar estos sistemas. Las ondas sonoras son mecánicas y dependiendo del instrumento pueden ser transversales o longitudinales La intensidad del sonido, el tono, y el timbre de un instrumento dependen de muchos factores que se diferencia de acuerdo al tipo de instrumento que se esté tocando.

Clasificación de los instrumentos: Cuerda: el cuerpo sonoro es una cuerda, la frecuencia (fundamental) que produce una onda es directamente proporcional a la tensión que tiene e inversamente proporcional a la longitud y la densidad de la cuerda. El timbre de un instrumento de cuerda depende del material en que fue construido, y del modo y el punto en el que se excite la cuerda.

El tono de una nota dependerá de la longitud de la cuerda (más larga, mas grave),

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el grosor de la cuerda ya que una frecuencia más baja genera un sonido grave y de la tensión de la cuerda dado que entre mayor o menor tensión tenga la onda viajara más rápido o más despacio generando un sonido agudo y grave respectivamente.

EL SONIDO Viento: el sonido se produce mediante la excitación de una masa de aire, son aquellos instrumentos contienen aire capaz de producir sonido al ser convenientemente excitado. La onda producida por un instrumento de viento es longitudinal.

La frecuencia es inversamente proporcional a la longitud del tubo, el timbre de un instrumento de viento depende de la relación ente el largo y el ancho del tubo y de la forma interior del instrumento.

Instrumentos electrónicos: se pueden dividir en dos: Con amplificación eléctrica: el sonido que se produce en algún generador natural, se amplifica por medio de la electricidad.

Sintetizadores: la electricidad produce la vibración inicial, la amplificación final, y también produce las notas.

Percusión: son aquellos que producen sonido cuando son excitados por percusión. La frecuencia de un instrumento de percusión es directamente proporcional a la tensión a la que esté sometida la membrana e inversamente proporcional a su radio y la densidad de su superficie. El timbre dependerá del material en que fue construido el instrumento, el punto donde se excite y la forma en que sea tocado (mano o baqueta). En el caso de los platillos la única diferencia a la del resto de los instrumentos de percusión es su sonido no depende de la tensión ya que no están sujetos a nada.

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La voz: la voz humana es producida en la laringe, el aire que procede de los pulmones pasa por la laringe haciendo vibrar las cuerdas vocales para producir el sonido. La frecuencia de la voz humana es inversamente proporcional a su laringe.

EL SONIDO Frecuencia de los instrumentos musicales: Instrumento Fundamental Flauta 261-2349 Oboe 261-1568 Clarinete 165-1568 Fagot 62-587 Trompeta 165-988 Trombón 73-587 Tuba 49-587 Tambor 100-200 Bombo 30-147 Platillos 300-587 Violín 196-3136 Viola 131-1175 Cello 65-698 Bajo acústico 41-294 Bajo eléctrico 41-300 Guitarra acústica 82-988 Guitarra eléctrica (amplif.)

82-1319 Guitarra eléctrica (directa) 82-1319 Piano 28-4196 Saxo Soprano 247-1175 Saxo alto 175-698 Saxo tenor 131-494 Cantante 87-392

La intensidad sonora es la cantidad de sonido que puede ser captada por un receptor

El timbre permite diferenciar entre 2 frecuencias iguales

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Armónicos 3-8 KHz 2-12 KHz 2-10 KHz 1-7 KHz 1-7.5 KHz 1-4 KHz 1-4 KHz 1-20 KHz 1-6 KHz 1-15 KHz 4-15 KHz 2-8.5 KHz 1-6.5 KHz 1-5KHz 1-7 KHz 1-15 KHz 1-3.5 KHz 1-15 KHz 5-8 KHz 2-12 KHz 2-12 KHz 1-12 KHz 1-12 KHz

El tono fundamental se determina por medio de las ondas estacionarias

El tono está relacionado con la frecuencia de las ondas, para ondas de longitudes largas se tienen sonidos graves y para las ondas cortas se tienen sonidos agudos

¿Óptica?

En física la óptica es la rama encargada de estudiar todo lo que respecta a la luz, la manera en que es emitida por los cuerpos luminosos, la forma en que se propaga a través de un medio transparente, y como es absorbida por otros cuerpos.

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El ojo humano Enfermedades de la vista

ÓPTICA

¿Qué es la luz?

Definida científicamente la luz es una onda electromagnética, pero dentro de la concepción de la óptica y el ojo humano la luz es la radiación que penetra el ojo y produce una sensación visual.

El ojo humano:

El ojo humano es un órgano que percibe la luz y es la base del sentido de la vista.

En realidad el órgano que efectúa el proceso de la visión es el cerebro, pero el ojo es el medio por el cual las ondas electromagnéticas de la luz ingresan al cuerpo y son transformadas en impulsos nerviosos que más tarde se transmiten al cerebro.

El ojo humano está constituido por una lente (formado por la cornea y el cristalino) y una superficie fotosensible (la retina). La luz ingresa al ojo a través de la pupila y la cantidad que entra en él depende de la expansión o contracción del iris.

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El enfoque del ojo depende de la forma del cristalino ya sea aplanada o redondeada, este proceso se conoce como acomodación y se logra por medio de los músculos extrínsecos encargados de acomodar el ojo hacia el punto en que está enfocando. Un niño puede ver con claridad a una distancia tan corta como 6,3 cm, sin embargo a medida que aumenta la edad esta distancia aumenta, en un adulto sano el enfoque se encuentra a 25 cm y en la vejes la distancia puede aumentar hasta los 200cm.

ÓPTICA Formación de la imagen en el ojo: La luz que produce un objeto ingresa en el ojo y atraviesa la cornea, el humor acuoso, el cristalino y el humor vítreo (considerados como un lente convexo) cuya imagen (es real, menor e invertida) se forma en la retina por lo cual se activan las células receptoras enviado un impulso nervioso al cerebro por medio del nervio óptico.

Estructura del ojo humano:

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ÓPTICA

Enfermedades vista:

Un

de

ojo

normal

la

se

denomina

emétrope mientras que un ojo con una anormalidad se denomina amétrope. Las enfermedades más comunes del ojo son:

Miopía: el ojo no enfoca bien en la distancia lo que genera una imagen borrosa esto se produce debido a que la imagen de los objetos lejanos se forma en la parte delantera de la retina.

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ÓPTICA

Hipermetropía: el ojo no tiene la capacidad de enfocar las imágenes cercanas, esto se produce debido a que el ojo forma la imagen detrás de la retina por lo que se ve borroso.

Astigmatismo: se produce cuando la cornea es más curva en una dirección que en otro, por lo cual la imagen se torna borrosa en ciertas direcciones.

Conjuntivitis: es una inflamación de la conjuntiva (membrana mucosa del ojo) genera enrojecimiento, inflamación y exceso de sensibilidad a la luz.

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ÓPTICA

Presbicia: “vista cansada” se genera por la fatiga de los músculos ciliares, por lo que la capacidad de enfoque se deteriora generando que se pierda la visión de los objetos cercanos.

Glaucoma: se genera por un aumento de la presión intraocular a causa de la falla en el drenaje del humor acuoso las consecuencias son la perdida de la visión periférica y si es descuidada puede provocar ceguera

Cataratas: consiste en la pérdida de la transparencia del cristalino, oscureciendo o nublando la vista.

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ÓPTICA Daltonismo: es un defecto de la retina u otra zona del nervio óptico, se presenta con mayor frecuencia en los hombres y es la dificultad para diferenciar los colores.

Ambliopía: síndrome del ojo perezoso o vago se trata de la pérdida de visión de un ojo, es generado por cataratas congénitas o la presencia de estrabismo.

Estrabismo: enfermedad de ojos bizcos, se caracteriza por la pérdida del paralelismo de los ojos provocando el desvió de uno de los ojos hacia otro lado mientras el otro está centrado en una dirección especifica.

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Biografias: Historia y vida de Galileo Galilei e Isaac Newton nacimiento, obras, aportes y muerte de dos de las mas importantes figuras de la física moderna.

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Biografía de Galileo Biografía de Isaac Newton

BIOGRAFIAS

Galileo Galilei: (Pisa, actual Italia, 1564-Arcetri, id., 1642) Físico y astrónomo italiano. Fue el primogénito del florentino Vincenzo Galilei, músico por vocación aunque obligado a dedicarse al comercio para sobrevivir. En 1581, su padre lo matriculó como estudiante de medicina en la Universidad de Pisa. Pero en 1585, tras haberse iniciado en las matemáticas fuera de las aulas, abandonó los estudios universitarios sin obtener ningún título, aunque sí había adquirido gusto por la filosofía y la literatura.

En 1589 consiguió una plaza, mal remunerada, en el Estudio de Pisa. Allí escribió un texto sobre el movimiento, que mantuvo inédito, en el cual criticaba los puntos de vista de Aristóteles acerca de la caída libre de los graves y el movimiento de los proyectiles; una tradición apócrifa, pero muy divulgada, le atribuye haber ilustrado sus críticas con una serie de experimentos públicos realizados desde lo alto del Campanile de Pisa.

En julio de 1609 visitó Venecia y tuvo noticia de la fabricación del anteojo, a cuyo perfeccionamiento se dedicó, y con el cual realizó las primeras observaciones de la Luna; descubrió también cuatro satélites de Júpiter y observó las fases de Venus, fenómeno que sólo podía explicarse si se aceptaba la hipótesis heliocéntrica de Copérnico. Galileo publicó sus descubrimientos en un breve texto, El mensajero sideral, que le dio fama en toda Europa y le valió la concesión de una cátedra honoraria en Pisa.

En 1611 viajó a Roma, donde el príncipe Federico Cesi lo hizo primer miembro de la Accademia dei Lincei, fundada por él, y luego patrocinó la publicación (1612) de las observaciones de Galileo sobre las manchas solares. en 1616, tras la inclusión en el Índice de libros prohibidos de la obra de Copérnico, Galileo fue advertido de que no debía exponer públicamente las tesis condenadas. Su silencio no se rompió hasta que, en 1623, alentado a raíz de la elección del nuevo papa Urbano VIII, publicó El ensayador, donde expuso sus criterios metodológicos y, en particular, su concepción de las matemáticas como lenguaje de la naturaleza. La benévola acogida del libro por parte del pontífice lo animó a completar la gran obra con la que pretendía poner punto final a la controversia sobre los sistemas astronómicos, y en 1632 apareció, finalmente, su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo; la crítica a la distinción aristotélica entre física terrestre y física celeste, la enunciación del principio de la relatividad del 23

BIOGRAFIA movimiento, así como el argumento del flujo y el reflujo del mar presentado (erróneamente) como prueba del movimiento de la Tierra, hicieron del texto un verdadero manifiesto copernicano.

El Santo Oficio abrió un proceso a Galileo que terminó con su condena a prisión perpetua, pena suavizada al permitírsele que la cumpliera en su villa de Arcetri.

Consiguió, con todo, acabar la última de sus obras, los Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, donde, demostró las leyes de caída de los cuerpos en el vacío y elaboró una teoría completa sobre el movimiento de los proyectiles. El análisis galileano del movimiento sentó las bases físicas y matemáticas sobre las que los científicos de la siguiente generación edificaron la mecánica física.

Isaac newton: Isaac Newton científico ingles (Woolsthorpe, Lincolnshire, 1642 - Londres, 1727). Hijo póstumo y prematuro, estudio a la Universidad de Cambridge. Allí Newton no destacó especialmente, pero asimiló los conocimientos y principios científicos de mediados del siglo XVII, con las innovaciones introducidas por Galileo, Bacon, Descartes, Kepler y otros.

Tras su graduación en 1665, Isaac Newton se orientó hacia la investigación en Física y Matemáticas, con tal acierto que a los 29 años ya había formulado teorías que señalarían el camino de la ciencia moderna hasta el siglo XX; por entonces ya había obtenido una cátedra en su universidad (1669).

Suele considerarse a Isaac Newton uno de los protagonistas principales de la llamada «Revolución científica» del siglo XVII y, en cualquier caso, el padre de la mecánica moderna.

Newton coincidió con Leibniz en el descubrimiento del cálculo integral, que contribuiría a una profunda renovación de las Matemáticas; también formuló el teorema del binomio (binomio de Newton). Pero sus aportaciones esenciales se produjeron en el terreno de la Física. Sus primeras investigaciones giraron en torno a la óptica: explicando la composición de la luz blanca como mezcla de los colores del arco iris, Isaac Newton formuló una teoría sobre la naturaleza corpuscular de la luz y diseñó en 1668 el primer telescopio de reflector, del tipo de

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BIOGRAFIAS los que se usan actualmente en la mayoría de los observatorios astronómicos; más tarde recogió su visión de esta materia en la obra Óptica (1703).

Su lugar en la historia de la ciencia se lo debe sobre todo a su refundación de la mecánica. En su obra más importante, Principios matemáticos de la filosofía natural (1687), formuló rigurosamente las tres leyes fundamentales del movimiento: la primera ley de Newton o ley de la inercia, según la cual todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme si no actúa sobre él ninguna fuerza; la segunda o principio fundamental de la dinámica, según el cual la aceleración que experimenta un cuerpo es igual a la fuerza ejercida sobre él dividida por su masa; y la tercera, que explica que por cada fuerza o acción ejercida sobre un cuerpo existe una reacción igual de sentido contrario. De estas tres leyes dedujo una cuarta, que es la más conocida: la ley de la gravedad.

Descubrió que la fuerza de atracción entre la Tierra y la Luna era directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, calculándose dicha fuerza mediante el producto de ese cociente por una constante G; al extender ese principio general a todos los cuerpos del Universo lo convirtió en la ley de gravitación universal.

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María Camila Giraldo Valeria Díaz Rosas Alexandra Sanmartín 11° B

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