¿Sabías que cada vez que te haces una radiografía en Santiago gastas unos $25 000 CLP y recibes una dosis de radiación equivalente a 2 días de sol en la playa? O que en el desierto de Atacama, donde el telescopio ALMA escanea el universo, la radiación ultravioleta es tan intensa que los turistas deben usar protector solar factor 50++? La radiación está en todas partes: en los exámenes médicos que salvan vidas, en los teléfonos que usas para pagar el pasaje del metro, e incluso en los alimentos que compras en el mercado de La Vega. Pero... ¿cómo saber si estamos expuestos a niveles seguros? En estos ejercicios, vamos a calcular dosis reales, comparar riesgos y descubrir cómo Chile —desde las minas de cobre hasta los hospitales de Concepción— maneja este fenómeno invisible pero crucial. ¡Prepárate para ver tu entorno con otros ojos!
Radiación de tu teléfono en el metro de Santiago
Cada vez que envías un mensaje por WhatsApp en el metro de Santiago, tu teléfono emite una pequeña cantidad de radiación no ionizante. Si tu celular tiene una potencia de salida de y lo usas durante en un viaje, calcula la energía total emitida en julios. Luego, compara esta energía con la dosis diaria máxima recomendada para radiación no ionizante según la OMS ( para exposición prolongada).
Datos
| P | Potencia del teléfono | 0.1 | W |
| t | Tiempo de uso | 10 | min |
| D_max | Dosis diaria máxima OMS | 10 | W/kg |
| m_cuerpo | Masa corporal promedio | 70 | kg |
Se busca
- E — Energía total emitida (J)
- D_relativa — Dosis relativa a la máxima diaria
Pistas progresivas
Pista 1
Recuerda que la energía se calcula con . Convierte los minutos a segundos primero.
Pista 2
La dosis relativa se obtiene dividiendo la energía recibida entre la dosis máxima diaria permitida.
Pista 3
Considera que la potencia se distribuye en todo tu cuerpo, no solo en el punto de contacto.
Solución completa
- Conversión de unidades — Convierte el tiempo de minutos a segundos para usar en la fórmula de energía.
- Cálculo de energía — Aplica la fórmula de energía con los valores dados.
- Cálculo de dosis relativa — Divide la energía recibida entre la dosis máxima diaria permitida para un adulto promedio.
→ Energía total emitida: 60 J. Dosis relativa: 0.0857 (8.57% de la dosis máxima diaria).
Radiografía dental vs radiografía de tórax en Concepción
En el Hospital Regional de Concepción, un paciente necesita dos exámenes: una radiografía dental () y una radiografía de tórax (). Si la dosis máxima anual recomendada para el público general es , ¿qué porcentaje de esta dosis representa la suma de ambos exámenes?
Datos
| D_dental | Dosis radiografía dental | 0.005 | mSv |
| D_torax | Dosis radiografía de tórax | 0.1 | mSv |
| D_max_anual | Dosis máxima anual recomendada | 1 | mSv |
Se busca
- D_total — Dosis total de ambos exámenes (mSv)
- P_porcentaje — Porcentaje de la dosis máxima anual (%)
Pistas progresivas
Pista 1
Suma primero las dosis de ambos exámenes.
Pista 2
Para calcular el porcentaje, divide la dosis total entre la dosis máxima anual y multiplica por 100.
Pista 3
Recuerda que 1 mSv = 1000 µSv si necesitas convertir unidades.
Solución completa
- Suma de dosis — Suma las dosis de ambos exámenes para obtener la dosis total.
- Cálculo del porcentaje — Divide la dosis total entre la dosis máxima anual y multiplica por 100 para obtener el porcentaje.
→ Dosis total: 0.105 mSv. Porcentaje de la dosis máxima anual: 10.5%.
Protector solar en el desierto de Atacama: ¿factor suficiente?
En San Pedro de Atacama, la radiación ultravioleta (UV) puede alcanzar niveles de (Índice UV) al mediodía. Si un turista usa protector solar factor 30, que bloquea aproximadamente el 97% de la radiación UVB, ¿qué porcentaje de radiación UVB llega realmente a su piel?
Datos
| UVI | Índice UV en Atacama | 15 | |
| FPS | Factor de protección solar | 30 | |
| B_uvb | Bloqueo UVB del FPS 30 | 97 | % |
Se busca
- R_uvb — Radiación UVB que llega a la piel (%)
Pistas progresivas
Pista 1
El factor de protección solar (FPS) indica cuánto se reduce la radiación UVB que llega a la piel.
Pista 2
Si el FPS 30 bloquea el 97%, entonces el 3% de la radiación UVB llega a la piel.
Pista 3
El índice UV (UVI) es solo un indicador de la intensidad, pero no afecta el cálculo del porcentaje que llega a la piel.
Solución completa
- Cálculo del porcentaje que llega a la piel — Resta el porcentaje bloqueado del 100% para obtener el porcentaje que llega a la piel.
- Interpretación del índice UV — El índice UV de 15 indica una radiación muy alta, pero el porcentaje que llega a la piel depende del FPS usado.
→ Porcentaje de radiación UVB que llega a la piel: 3%.
Dosis de radiación en un vuelo Santiago-Antártica
Un avión comercial realiza un vuelo directo desde Santiago a la Base Presidente Eduardo Frei Montalva en la Antártica (1 400 km de distancia). Durante el vuelo, que dura 3 horas, los pasajeros están expuestos a una dosis adicional de radiación cósmica de aproximadamente . Si un pasajero realiza este viaje una vez al mes durante un año, ¿cuál es la dosis total anual de radiación cósmica recibida?
Datos
| d_vuelo | Dosis por hora de vuelo | 0.005 | mSv/h |
| t_vuelo | Duración del vuelo | 3 | h |
| n_vuelos | Número de vuelos al año | 12 |
Se busca
- D_total_anual — Dosis total anual de radiación cósmica (mSv)
Pistas progresivas
Pista 1
Calcula primero la dosis por vuelo multiplicando la dosis por hora por las horas de vuelo.
Pista 2
Luego multiplica la dosis por vuelo por el número de vuelos al año.
Pista 3
Recuerda que la dosis acumulada por radiación cósmica es aditiva.
Solución completa
- Dosis por vuelo — Multiplica la dosis por hora por la duración del vuelo.
- Dosis total anual — Multiplica la dosis por vuelo por el número de vuelos al año.
→ Dosis total anual de radiación cósmica: 0.18 mSv.
Espesor de protección en un hospital de Antofagasta
En el Hospital Clínico de Antofagasta, un técnico debe proteger una sala de rayos X con una placa de plomo. La dosis de radiación gamma a través de la placa sigue la ley de atenuación exponencial: , donde es la intensidad inicial, es el coeficiente de atenuación del plomo, e es la intensidad transmitida. Si se necesita reducir la intensidad a menos del 1% de la original, ¿cuál es el espesor mínimo de plomo requerido?
Datos
| I_0 | Intensidad inicial de radiación | ||
| I | Intensidad transmitida máxima | 0.01 | |
| mu | Coeficiente de atenuación del plomo | 0.6 | cm^{-1} |
Se busca
- x — Espesor mínimo de plomo (cm)
Pistas progresivas
Pista 1
Usa la ley de atenuación exponencial y despeja el espesor .
Pista 2
La intensidad transmitida debe ser menor al 1% de la inicial, por lo que .
Pista 3
Aplica logaritmo natural a ambos lados de la ecuación para resolver .
Solución completa
- Aplicación de la ley de atenuación — Escribe la ecuación con la condición de atenuación al 1%.
- Simplificación — Divide ambos lados entre y simplifica.
- Aplicación de logaritmo natural — Aplica a ambos lados para resolver .
- Cálculo final — Calcula el valor numérico del espesor.
→ Espesor mínimo de plomo requerido: 7.68 cm.
Radiación en alimentos irradiados del Mercado Central
En el Mercado Central de Santiago, se venden mangos irradiados para prolongar su vida útil. La dosis de radiación aplicada es de (kilogray). Si un consumidor come 200 g de mango irradiado al día durante una semana, y la dosis máxima anual recomendada para alimentos es de , ¿qué porcentaje de esta dosis consume semanalmente?
Datos
| D_irradiacion | Dosis de irradiación del mango | 1 | kGy |
| m_mango | Masa de mango consumida al día | 200 | g |
| D_max_alimentos | Dosis máxima anual para alimentos | 10 | Gy |
| dias | Días en una semana | 7 |
Se busca
- D_semanal — Dosis semanal consumida (Gy)
- P_porcentaje — Porcentaje de la dosis máxima anual (%)
Pistas progresivas
Pista 1
Convierte la dosis de kGy a Gy primero (1 kGy = 1000 Gy).
Pista 2
Calcula la dosis total consumida en una semana multiplicando la dosis por la masa y los días.
Pista 3
Divide la dosis semanal entre la dosis máxima anual y multiplica por 100 para obtener el porcentaje.
Solución completa
- Conversión de unidades — Convierte la dosis de kGy a Gy.
- Cálculo de dosis semanal — Multiplica la dosis por la masa consumida al día y por los días de la semana.
- Cálculo del porcentaje — Divide la dosis semanal entre la dosis máxima anual y multiplica por 100.
→
Radiación en una mina de cobre de Chuquicamata
En la mina de Chuquicamata, los trabajadores están expuestos a radiación gamma proveniente de la desintegración natural de isótopos en el mineral de cobre. La intensidad de la radiación a 1 metro de una roca es de . Si un minero trabaja 8 horas al día a 2 metros de distancia de la roca, y el coeficiente de atenuación del aire es despreciable, ¿cuál es la dosis diaria recibida por el minero? Si la dosis máxima anual permitida para trabajadores es de , ¿cuántos días al año puede trabajar el minero a esa distancia sin exceder el límite?
Datos
| I_1m | Intensidad a 1 metro | 5 | µSv/h |
| d | Distancia de trabajo | 2 | m |
| t_diario | Tiempo de trabajo diario | 8 | h |
| D_max_anual | Dosis máxima anual para trabajadores | 20 | mSv |
| dias_anuales | Días laborables al año | 240 |
Se busca
- D_diaria — Dosis diaria recibida (µSv)
- n_max_dias — Número máximo de días laborables al año
Pistas progresivas
Pista 1
La intensidad de radiación disminuye con el cuadrado de la distancia (ley del inverso del cuadrado).
Pista 2
Calcula primero la intensidad a 2 metros usando .
Pista 3
Multiplica la intensidad a 2 metros por el tiempo de trabajo para obtener la dosis diaria.
Pista 4
Divide la dosis máxima anual entre la dosis diaria para obtener el número máximo de días laborables.
Solución completa
- Cálculo de intensidad a 2 metros — Aplica la ley del inverso del cuadrado para encontrar la intensidad a 2 metros.
- Cálculo de dosis diaria — Multiplica la intensidad a 2 metros por el tiempo de trabajo diario.
- Cálculo del número máximo de días — Divide la dosis máxima anual entre la dosis diaria para obtener el número máximo de días laborables.
→ Dosis diaria recibida: 0.01 mSv. Número máximo de días laborables al año: 2000 días.
Comparación de radiación en Torres del Paine vs Santiago
En Torres del Paine, la altitud media es de 1 000 metros sobre el nivel del mar, mientras que en Santiago la altitud es de 500 metros. La dosis de radiación cósmica aumenta aproximadamente un 12% por cada 1 000 metros de altitud. Si la dosis de radiación cósmica en Santiago es de , calcula la dosis diaria en Torres del Paine. Luego, determina cuántos días de exposición en Torres del Paine equivalen a la dosis anual máxima recomendada para el público general (1 \text{ mSv/año ParseError: Unexpected end of input in a macro argument, expected '}' at end of input: … \text{ mSv/año).
Datos
| D_santiago | Dosis diaria en Santiago | 0.03 | mSv/día |
| alt_santiago | Altitud de Santiago | 500 | m |
| alt_paine | Altitud de Torres del Paine | 1000 | m |
| D_max_anual_publico | Dosis máxima anual para público general | 1 | mSv/año |
| aumento_por_1000m | Aumento de radiación por 1000 m | 12 | % |
Se busca
- D_paine — Dosis diaria en Torres del Paine (mSv/día)
- n_dias_equivalente — Días en Torres del Paine equivalentes a la dosis anual máxima
Pistas progresivas
Pista 1
Calcula primero la diferencia de altitud entre Santiago y Torres del Paine.
Pista 2
Aplica el aumento del 12% por cada 1000 metros de diferencia de altitud.
Pista 3
Multiplica la dosis de Santiago por el factor de aumento para obtener la dosis en Torres del Paine.
Pista 4
Divide la dosis máxima anual entre la dosis diaria en Torres del Paine para obtener el número de días equivalentes.
Solución completa
- Diferencia de altitud — Calcula la diferencia de altitud entre Torres del Paine y Santiago.
- Factor de aumento — Calcula el factor de aumento para 500 metros (la mitad de 1000 metros).
- Dosis diaria en Torres del Paine — Multiplica la dosis de Santiago por el factor de aumento.
- Días equivalentes a la dosis anual máxima — Divide la dosis máxima anual entre la dosis diaria en Torres del Paine.
→ Dosis diaria en Torres del Paine: 0.0318 mSv. Días equivalentes a la dosis anual máxima: 31 días.
Diseño de un escudo contra radiación para un satélite en el espacio
Un satélite chileno que estudiará el sol desde la órbita terrestre necesita un escudo contra radiación cósmica. La intensidad de radiación gamma incidente es de . El material del escudo tiene un coeficiente de atenuación lineal . Si el satélite requiere que la intensidad transmitida sea menor al 0.1% de la incidente, calcula el espesor mínimo del escudo en centímetros. Luego, si el escudo tiene una densidad de , ¿cuál es la masa del escudo si su área es de ?
Datos
| I_0 | Intensidad incidente de radiación gamma | 100 | W/m^2 |
| I_transmitida | Intensidad transmitida máxima | 0.001 | |
| mu | Coeficiente de atenuación lineal | 0.5 | cm^{-1} |
| rho | Densidad del material del escudo | 8 | g/cm^3 |
| A_escudo | Área del escudo | 2 | m^2 |
Se busca
- x — Espesor mínimo del escudo (cm)
- m_escudo — Masa del escudo (kg)
Pistas progresivas
Pista 1
Usa la ley de atenuación exponencial y despeja para la condición .
Pista 2
Para calcular la masa, usa la fórmula , donde (volumen = área × espesor).
Pista 3
Convierte el área de m² a cm² para mantener las unidades consistentes.
Solución completa
- Cálculo del espesor mínimo — Aplica la ley de atenuación exponencial y despeja .
- Aplicación de logaritmo natural — Aplica a ambos lados para resolver .
- Cálculo del volumen del escudo — Convierte el área a cm² y calcula el volumen.
- Cálculo de la masa — Multiplica el volumen por la densidad para obtener la masa.
→ Espesor mínimo del escudo: 13.82 cm. Masa del escudo: 2211 kg.