O universo e sua composição fundamental.pptx

O universo e sua
composição fundamental
GOVERNO DO ESTADO DE MATO GROSSO
SECRETARIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO EUGÊNIO CARLOS STIELER DE TANGARÁ DA SERRA
Profª: Msc.: Paula Pinheiro de Carvalho
E-mail: paulapinheiro692@gmail.com

O universo e sua composição fundamental
Conceito
Biofísica
2
 É uma ciência interdisciplinar que aplica as teorias, a
metodologia, conhecimentos e tecnologias da matemática,
química e física para resolver questões de Biologia;
 É uma área de conhecimento cujo objetivo é o estudo de
fenômenos físico-biológicos que envolvem organismos
vivos e comportamentos resultantes dos vários processos
da vida.

De que matéria são feitos os seres vivos?
Como os seres vivos utilizam energia?
E quais formas de energia?
Por que partes da matéria se atraem ou se repelem?
Por que fenômenos levam um determinado tempo para
acontecer?
Como os seres interagem (no tempo e espaço) entre si
no universo natural?
Biofísica
3

 É o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos
sistemas biológicos;
 Esses componentes fundamentais do universo podem ser
qualificados e quantificados, sendo denominados de
Grandezas Físicas;
Biofísica
4
Busca enxergar o ser vivo como um corpo, que
ocupando lugar no espaço, e transformando energia,
existe num meio ambiente o qual interage com este ser.
• Matéria: pode ser reconhecida pelos objetos, pelos corpos;
• Energia: pelo calor, pela luz, pelo som, pelo trabalho físico;
• Espaço: pode ser reconhecido pelas áreas, volume e
distâncias;
• Tempo: reconhece-se pela sucessão dos dias e das noites;
pela espera dos acontecimentos e pela duração da vida.

5
Biofísica
O universo e sua composição fundamental:
GRANDEZA FÍSICA
 É tudo aquilo que pode ser medido e associado um valor
numérico e a uma unidade;
 Sistema Internacional de Unidades;
 Ex: tempo, comprimento, velocidade, aceleração, força,
energia, trabalho, temperatura e pressão;

6
Biofísica
GRANDEZA FÍSICA
 É tudo aquilo que pode ser medido e associado um valor
numérico e a uma unidade;
 Estão relacionadas aos ritmos biológicos circadianos;
 Ex: Determinar os ritmos da termo regulação, ritmos
no sistema respiratório e ritmos no sistema
cardiovascular a partir de unidade de medidas.

7
Biofísica
 Ritmos da termo regulação:
 Verificamos a partir da temperatura corpórea;
 Determinada em graus centígrado (37,5ºC);
 O indivíduo a temperatura corpórea
 Processos metabólicos reduzidos;
 Temperatura corpórea
 Desnaturação das proteínas.
 Exemplos onde a grandeza física está associada ao
processo metabólico do corpo humano.

8
Biofísica
 Ritmos no sistema respiratório;
 Verificado a partir da quantidade da respiração por
minuto (Rpm);
 Quantas vezes o tórax se movimenta;
 Eupneia: Adulto em repouso: 12 a 16 Rpm
 Dispneia: é a respiração difícil, trabalhosa ou curta.
É sintoma comum de várias doenças pulmonares e
cardíacas; pode ser súbita ou lenta e gradativa.

9
Biofísica
 Ritmos no sistema cardiovascular.
 Dentro do S.C. temos a pressão arterial
sanguínea;
 Determinada pela força que o sangue exerce nas
paredes das artérias;
 Essa força é que vai determinar a quantidade da
pressão arterial de uma pessoa.

10
Biofísica
Sistema Internacional de Unidades (SI)

11
Biofísica
Sistema Internacional de Unidades (SI)

12
Biofísica
GRANDEZAS FUNDAMENTAIS
 São compostos de MATÉRIA (massa);
 Utilizam e produzem ENERGIA;
 Ocupam lugar no espaço próprio (VOLUME);
 Vivem na dimensão TEMPO;
• Na vida comum, o tempo pode ser avaliado por
qualquer fenômeno periódico como os batimentos
cardíacos ou as estações do ano.

13
Biofísica
GRANDEZAS DERIVADAS
 Na biologia, a depender do sistema ou fenômeno
estudado, utiliza-se unidades derivadas ou fracionadas.
 Tamanho dos micro-organismos;

14
Biofísica
MATÉRIA
 Matéria (M): representada pela massa, são os objetos,
corpos.
 MASSA: É a medida da quantidade de matéria de um ser
vivo. Sob ação da gravidade a massa exerce uma força
que é o peso (kg);
 Estados físicos da matéria: sólido, liquido ou gasoso. Ex:
papel, madeira, ar, água, pedra.
 Indicador do estado de saúde do indivíduo.

15
Biofísica
De que é feito o átomo?
 Núcleo= denso, carga +; contém
prótons e nêutrons e várias
subpartículas; contém a maior massa
do átomo;
 Órbita: mais leve, carregados
negativamente, contém elétrons,
ocupam o espaço ao redor do núcleo.
“ Qualquer um que pretenda
entender a vida, precisa
entender primeiramente os
átomos e as moléculas”.

Massa x Peso
 Sob ação da gravidade a massa exerce
uma força, que é o peso.
 O peso é a força de atração
gravitacional que o planeta exerce
sobre o objeto.
 Não confunda massa com peso!!
 Peso é força
 Fg= m x g
 m= massa (g)
 g= aceleração gravidade
16

17
Biofísica
 COMPRIMENTO, ÁREA E VOLUME: superfície corporal é
medida pela área (L2);
 A relação massa/volume= densidade que é a quantidade de
matéria existente na unidade de volume de um corpo.
 A área está relacionada com diversos fenômenos e fatores
fisiológicos, como o metabolismo, à perda de plasma em casos
de queimaduras, a desidratação, superfície de contato,
homeostase, pressão interna etc.
ESPAÇO

18
Biofísica
ESPAÇO
 Pode-se trabalhar 1 dimensão (linear);
 Pode-se trabalhar duas dimensões (Área) ou 3 dimensões
(volume);
10 m
m= metro- m2 ou m
cm= centímetro- cm2 ou cm3
volume: m3, cm3, litro (L) ou mililitro (mL)

19
Biofísica
ESPAÇO
Área de superfície de trocas gasosas

Densidade (grandeza derivada)
 Densidade (d): relaciona a massa de um objeto e o
volume ocupado por ele.
 d= m/v
Biofísica
20
Unidade: kg/m3
g/cm3

Densidade (grandeza derivada)
 Densitometria óssea
 Exame para diagnóstico de osteoporose ou doenças
que afetam os ossos;
• O exame de imagem permite
identificar precocemente a diminuição
da massa óssea do corpo,
determinando o risco de faturas;
• O aparelho emite doses baixas de
radiação ionizantes que interagem
com tecidos moles (músculos,
gorduras), duros ( ósseo).
Biofísica
21

22
Biofísica
TEMPO
 Tempo (T): duração do fenômeno
 Sucessão do dia e noite, duração de minutos,
segundos, milissegundos, um ciclo de vida, estágio de
desenvolvimento.

Ritmo Biológico
 Algumas funções fisiológicas variam ao longo do tempo
de maneira previsível= ritmo biológico ou circadiano;
 Ex: pressão sanguínea, temperatura do corpo,
processos metabólicos, ritmos no sistema respiratório,
cardiovascular, termo regulação.
Biofísica
23

24
Biofísica
GRANDEZAS DERIVADAS
 Velocidade (V)
 Os seres vivos, suas partes,
seus componentes (Sangue),
estão sempre em movimento
(mudança de posição no
espaço);
 Esse movimento é medido pela
velocidade (espaço percorrido
em determinada unidade de
tempo);

25
Biofísica
GRANDEZAS DERIVADAS
 Velocidade (V): relaciona a mudança de posição de um
objeto num dado espaço num dado tempo.
 V= Espaço (L) m/s
Tempo (T) km/h
 A velocidade dos impulsos nervosos, da corrente sanguínea,
dos deslocamentos musculares
Unidade: m/s

Velocidade da hemácia no vaso sanguíneo
T= 2s
 Qual é a velocidade da hemácia em cm/s e m/s
V= Espaço (L) m/s
Tempo (T) km/h
Biofísica
26
V= 10 = 5 cm/s
2
Ou V= 0,05m/s

Velocidade de propagação do sistema nervoso
 Velocidade de propagação
do impulso nervoso de um
neurônio mielinizado pode
atingir velocidades de até
200m/s (720km/h)
Biofísica
27

Grandezas derivadas
 Aceleração: relaciona a mudança de velocidade em um
intervalo de tempo.
V= Espaço (L)
Tempo (T)
a= Δ V
ΔT
m/s2
m/s
Biofísica
28

Aceleração da hemácia no vaso sanguíneo
 Aceleração: relaciona a mudança de velocidade em um
intervalo de tempo.
 Aceleração do ar nas vias aéreas, do sangue na ejeção
cardíaca.
3 cm 6 cm 9 cm
1s 1s 1s
T1 T2 T3
Biofísica
29

 Força: Produto da massa x aceleração. Medida em
Newtons (N);
 Moléculas interagem entre si por meio de forças de
atração e repulsão
 Força de contração muscular, força gravitacional
Biofísica
ENERGIA
GRANDEZAS DERIVADAS
30

 Ao redor da terra atua um campo gravitacional que atrai todos
os objetos para o centro da terra por meio da Força
gravitacional
 g= 9,81 m/s2
Biofísica
ENERGIA
GRANDEZAS DERIVADAS
31

 Trabalho: Força exercida por um objeto relacionada ao
seu deslocamento (distância percorrida);
 Se o trabalho de uma força for paralela e de mesmo
sentido do deslocamento. O trabalho é calculado por:
 t = F x d
 Joule
Biofísica
ENERGIA
GRANDEZAS DERIVADAS
32

33
Biofísica
ENERGIA
 FORÇA E TRABALHO: Energia= Força(f) x Distância (d)
percorrida pela força.
 São grandezas que possuem equivalência dimensional:
 Trabalho pode produzir energia;
 Energia pode produzir trabalho;
 Ex: Contração muscular (Energia elétrica dos músculos), a
síntese de proteínas (Energia química dos alimentos).
GRANDEZAS DERIVADAS
E= f.d

34
Biofísica
ENERGIA
 FORÇA E TRABALHO: Energia= Força(f) x Distância (d)
percorrida pela força.
 Trabalho ou energia são medidos pelo Joule;
 1J é obtido quando a força de 1N se desloca 1m;
 Levantar um objeto de 100g (0,1kg) a 1 metro de altura é
realizar trabalho de 1J;
 Se a massa for de 1kg é realizar trabalho de 10J.
GRANDEZAS DERIVADAS
E= f.d

35
Biofísica
ENERGIA
 Trabalho da força peso:
 Todos os corpos nas proximidades da superfície da Terra, sofrem a
atuação de uma força devido ao campo gravitacional terrestre;
 Quando um corpo é abandonado de uma determinada altura, ele
sofre um deslocamento provocado por esta força, chamada
de força peso;
 A força peso é calculada por P = m.g
 Trabalho da força peso: T = m . g . h

36
Biofísica
ENERGIA
 EX: Um corpo de um cadáver de massa igual a 65 kg é jogado do
alto de um prédio a uma altura de 12 m. Considerando o valor da
aceleração da gravidade local igual a 9,8 m/s2, determine o
trabalho produzido pela força peso no deslocamento do corpo até o
chão.
 T = m . g . h

 Potência: Capacidade de realizar (ou produzir energia) em
função do tempo;
 Se a massa for levantada em 1s, a potência será de 1watt;
 1watt corresponde a levantar massa de 0,1 kg a 1metro de
altura em 1s.
 W = trabalho Joule/s ou Watt
tempo
Biofísica
ENERGIA
GRANDEZAS DERIVADAS
37

38
Biofísica
 PRESSÃO: A pressão é definida como uma força agindo numa
área delimitada.
 A pressão osmótica é a força exercida pelas moléculas da
solução nas paredes celulares, a pressão sanguínea é a força
que o sangue exerce sobre as paredes dos vasos.
GRANDEZAS DERIVADAS
P= F/A

39
Biofísica
 Ex: Uma determinada força de módulo F= 800N é aplicada
normalmente a uma superfície dos vasos sanguíneos,
cujas medidas são: 10 cm de largura e 20 cm de
comprimento. Calcule o valor da pressão exercida sobre
toda a superfície.
 P= F/A
p=
800N
10cm x 20cm
p= 800N
200cm2
p= 4N.cm2

40
Biofísica
p=
800N
10cm x 20cm
p= 800N
200cm2
p= 4N/cm2
 Mas, no sistema internacional de unidades (S.I):
p=
800N
0,1m x 0,2m
p= 800N
0,02 m2
p= 40000N/m2 = 4.104 Pa
O pascal, símbolo Pa, é a unidade padrão de pressão e de tensão
no Sistema Internacional de Unidades. Equivale à força de 1N
sendo aplicada uniformemente sobre uma superfície de 1m2.
Portanto: 1Pa= 1N/m2

Pressão Arterial
 Quando impulsionado pelo coração o sangue exerce uma
pressão contra as paredes das artérias= pressão arterial
Pressão máxima e mínima
Ex: 120 x 80 mmHg
12/8
Biofísica
41

42
Biofísica
 VISCOSIDADE: Atrito interno visível no escoamento de um
líquido.
 Ex: A viscosidade do sangue humano, a 37ºC, varia entre 0,21 a
0,32 x 10 poise.
 A viscosidade é a força que deve ser feita durante certo tempo,
para deslocar uma área unitária de um fluido.
 Escoamento de líquidos, como na circulação sanguínea, na
lubrificação de articulações e na preparação de fluidos para uso
biológico.
GRANDEZAS DERIVADAS
Temperatura viscosidade
n= Força x Tempo
área

43
Biofísica
 TEMPERATURA: É medida da intensidade da energia térmica
(ET) e calor é a quantidade de ET. A temperatura é a
concentração térmica por volume de matéria.
 Importância da temperatura x viscosidade:
 Indivíduo que entra em estado de choque devido a acidente, a
temperatura do corpo cai e aumenta a viscosidade do sangue=
queda do fluxo sanguíneo;
 Solução: Manter o paciente aquecido!

44
Biofísica
 TENSÃO SUPERFICIAL: É a força que deve ser feita para a
penetração de objetos em uma superfície líquida.
 Representada pela letra grega sigma (σ);
 É a força dividida pela distância ou o trabalho dividido pela área
de penetração.
GRANDEZAS DERIVADAS
n= Força x Tempo
área

45
Biofísica
 FREQUÊNCIA: Fenômenos biológicos repetitivos em
função do tempo. Unidade de medida é o Hertz (um evento
por segundo);
 F= 1 bpm
T
 Ex: Podemos medir a frequência cardíaca, os ciclos
respiratórios, ondas cerebrais, movimentos peristálticos.
GRANDEZAS DERIVADAS

46
Biofísica
 É uma grandeza que é determinada apenas por um valor
numérico chamado de módulo.
 Por exemplo:
 A temperatura, tempo, área, volume, são também grandezas
escalares.
GRANDEZA ESCALAR
A temperatura da sala de aula é de 23ºC

47
Biofísica
 É uma grandeza que, além do módulo, é determinada por uma
direção e um sentido.
 Ex:
 Nesse caso, o movimento do carro é tratado como uma
grandeza vetorial, com módulo direção e sentido.
 Tudo que está relacionado a movimento é vetorial.
 Ex: Deslocamento, velocidade, aceleração, força. etc
GRANDEZA VETORIAL
Um carro se MOVE na direção horizontal, da esquerda
para a direita e a 100km/h

48
Biofísica
Exercícios
 1) Um indivíduo levanta um objeto de 5kg a 1,20m de altura em
1,3s. Na repetição do teste, ele consegue tempo de 0,92 s.
Calcular o trabalho realizado e a potência demonstrada em cada
caso.
 2) Um atleta suporta sua massa corporal 70kg suspenso em
uma barra. Qual é a força que ele faz?

49
Biofísica
Exercícios
 3) Uma hemácia marcada com radioisótopo se desloca entre
dois pontos de um vaso sanguíneo. A distância entre os pontos
é 0,2m e o tempo gasto foi de 0,01 s. Calcule a velocidade da
corrente sanguínea na S.I.
 4) Uma hemácia é acelerada pela contração ventricular. No
primeiro 0,1 s, ela percorre 10mm, no segundo 20mm e no
terceiro, 30mm. Calcular a aceleração em cm/s e m/s.
 5) Para empurrar massa de sangue de 100g com aceleração de
0,012 m/s, quanto de força é necessário?

50
Biofísica
Exercícios
 6) Um atleta (70kg) salta sobre um obstáculo 1,20m de altura.
Qual foi o trabalho físico realizado?
 7) Distinguir massa e peso.
 8) Um coração pulsa 6480000 vezes em 24 horas. Calcular sua
frequência.
 9) Uma substância radioativa emite 3000 pulsos por minuto.
Qual a frequência em eventos/segundo.
 10) Qual é a diferença entre grandeza escalar e grandeza
vetorial? Cite exemplos dentre as grandezas estudadas.

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