SLIDE QUESTAO - Aplicações da Física na Medicina - Biologia Total

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Aplicações 
da Física
na Medicina
Prof. Grego
Semana Interdisciplinar de Medicina
Radiação e radioatividade
• Radiação é um nome dado a propagações de energia. Essa
propagação pode se dar tanto através de ondas
eletromagnéticas quanto através de partículas.
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA RADIAÇÃO NUCLEAR
Onda eletromagnética
Partícula
Ondas eletromagnéticas
• Não necessitam de um meio material para se propagar;
• Se propagam através de campos elétricos e de campos
magnéticos.
Frequência e comprimento de onda
• No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas têm a mesma
velocidade, a famosa velocidade da luz. Seu valor é
representado por c e vale cerca de 300.000.000 m/s.
Equação Fundamental da 
Ondulatória
𝑣 = 𝜆 $ 𝑓
𝒕
Espectro eletromagnético
Exercício
(UNISINOS 2017) Supondo-se que o meio de propagação seja o mesmo para todas as ondas
(o vácuo, por exemplo), então, no espectro eletromagnético, tem-se
a) o ultravioleta com velocidade de propagação 
maior que a da luz visível. 
b) o infravermelho com frequência maior que a do 
ultravioleta. 
c) o ultravioleta com comprimento de onda maior 
que o da luz visível. 
d) o infravermelho com comprimento de onda 
maior que o do ultravioleta. 
e) o ultravioleta com velocidade de propagação 
menor que a do infravermelho. 
Infravermelho
• Corpos com temperatura acima do zero absoluto emitem
energia na forma de infravermelho.
• Uma aplicação interessante é o termômetro infravermelho, que
mede a temperatura sem estar em contato com o corpo.
Radiação ionizante
• É a radiação capaz de ionizar átomos ao remover elétrons dos
mesmos.
• Esse tipo de radiação é perigoso, pois pode provocar a
ionização de átomos mesmo em intensidades baixas.
Exemplos de radiação ionizante
• No espectro eletromagnético,
as radiações ionizantes são as
de maior frequência:
• As maiores frequências do
ultravioleta;
• Os raios-X;
• A radiação gama.
Os riscos da radiação ionizante
• Os problemas que a radiação ionizante pode nos causar
dependem da quantidade de radiação recebida e do tempo de
exposição a ela.
• Alguns desses problemas incluem câncer, danos ao DNA e às
células e até mesmo óbito.
• Somos expostos a radiação ionizante o tempo inteiro, mas boa
parte dela é de baixa intensidade, de fontes como alimentos e
até o nosso próprio corpo.
Radiografia
• Utilização de raios-X em exames de diagnóstico por imagem.
• Nesses exames, somos expostos por um curto período de
tempo a baixas quantidade de radiação.
O médico: não se preocupe, os
raios-X são seguros!
O mesmo médico ao ligar o
equipamento:
Tomografia computadorizada
• Exame de diagnóstico por imagem que utiliza raios-X para
gerar imagens detalhadas de órgãos, estruturas e tecidos.
• Os níveis de radiação são maiores dos que o de uma radiografia
comum, sendo um exame feito somente quando muito
necessário.
Radioatividade
• Processo em que núcleos atômicos instáveis emitem radiação
na forma de ondas e/ou de partículas.
• Partículas nucleares (α, β e γ) são consideradas radiação
ionizante.
Quer saber tudo sobre RADIAÇÃO NUCLEAR?
Tomografia por emissão de pósitrons (PET-SCAN)
• Exame de diagnóstico por imagem que utiliza materiais
radioativos associados a tomografia computadorizada.
• Através da indicação do funcionamento de tecidos, pode
detectar cânceres (inclusive em fase inicial), infecções e
doenças neurológicas.
Força magnética
• Podemos calcular o módulo da força magnética sobre uma
carga da seguinte forma:
𝐹! = 𝑞 $ 𝑣 $ 𝐵 $ 𝑠𝑒𝑛(𝜃)
𝐵
�⃗�
�⃗�
𝐵𝜃
𝑞 +
Força magnética
𝐵
�⃗�
𝜃
�⃗�
𝐵
𝑞 −
Força magnética
�⃗�
𝐵
�⃗�
�⃗�
𝐵
�⃗�
Imagem por ressonância magnética (MRI)
• Utilização de campos magnéticos muito intensos, bem como
ondas de rádio, para obtenção de imagens para diagnóstico.
• Não há emissão de radiação ionizante.
• Aplicada no diagnóstico de esclerose múltipla, derrame em
estágio inicial, tumor cerebral...
Exercício
(IMED 2018) Uma máquina de ressonância magnética necessita criar um
campo magnético para gerar as imagens utilizadas para diagnósticos
médicos. Isso nos mostra a relação entre medicina e tecnologia e o grande
avanço que essa parceria proporciona. Uma forma de gerar campo
magnético de intensidade constante de 2T é utilizando supercondutores
resfriados a temperaturas inferiores a – 200 ºC. Entretanto, esses
supercondutores, são muito bem isolados por vácuo, não atrapalhando e
causando desconforto aos pacientes em exame.
Qual seria a intensidade da força magnética sobre um elétron que incidisse
perpendicularmente nesse campo magnético a uma velocidade de 300 m/s?
(Considere a carga elementar 1,6 ∙ 10-19 C).
a) 0 N.
b) 9,6 ∙ 107 N.
c) 9,6 ∙ 10-17 N.
d) 9,6 ∙ 1019 N.
e) 9,6 ∙ 10-19 N.
Radioterapia
• Utilização de radiação para tratamento de câncer através da
destruição de células tumorais.
• Ao contrário da quimioterapia, é um tratamento localizado.
Ultrassom
• O som é uma onda mecânica (precisa de um meio material para
se propagar) e longitudinal (se propaga na mesma direção em
que o meio vibra).
• Chamamos de som a faixa de ondas sonoras de 20 Hz a 20.000
Hz (audíveis pelo ouvido humano).
• Abaixo de 20 Hz, temos infrassom. Acima de 20.000 Hz, temos
ultrassom.
Ultrassonografia (ecografia)
• Exame que não utiliza radiação ionizante, e sim ondas sonoras
de alta frequência (ultrassom).
• Se baseia no fenômeno da reflexão.
• Muito utilizado para diagnósticos e acompanhamento de
gestação.
Exercício
(USF 2017) Uma das aplicações possíveis do ultrassom na medicina, além da
sua utilização em exames de imagens importantes, conhecidos como
ecografia, é a destruição de células cancerígenas. Camadas de tecidos
humanos podem ser seletivamente destruídas com um feixe de ultrassom de
103 W/cm2 de intensidade. A energia transferida em 1 minuto por uma onda,
com essa intensidade, em uma superfície de 1 mm2 equivale a
a) 600 J.
b) 60 J.
c) 10 J.
d) 6 J.
e) 1 J.
Ultrassonografia com Efeito Doppler
• A ultrassonografia também pode ser feita com uma técnica
que se baseia no Efeito Doppler.
• Esse tipo de ultrassonografia é útil para avaliar precisamente o
fluxo sanguíneo no corpo.
Exercício (Fac. Albert Einstein - Medicina 2020) Entre as
diversas aplicações das ondas sonoras na
medicina, destaca-se a medição da velocidade do
fluxo sanguíneo pelas veias e artérias do
organismo. O medidor Doppler de escoamento
mede essa velocidade usando um elemento
transmissor e um receptor colocados sobre a
pele. O transmissor emite um ultrassom, que é
refletido nos glóbulos vermelhos e captado pelo
receptor. Como os glóbulos vermelhos estão se
movendo, a frequência e o comprimento de onda
aparentes do ultrassom refletido e captado pelo
receptor não são iguais aos do emitido. Dessa
forma, a velocidade do fluxo sanguíneo pode ser
determinada.
Considerando que em determinado momento desse exame o glóbulo
vermelho representado na figura esteja se afastando do receptor, a
frequência e o comprimento de onda aparentes captados pelo receptor, em
relação aos valores reais dessas grandezas, são, respectivamente,
a) menor e maior.
b) maior e menor.
c) menor e menor.
d) maior e maior.
e) maior e igual.
Fibras ópticas
• Se baseiam na reflexão total da luz.
• Na medicina, são utilizadas em endoscopias e laparoscopias.
Exercício
(UFJF 2019) As fibras ópticas podem ser usadas em telecomunicações,
quando uma única fibra, da espessura de um fio de cabelo, transmite
informação de vídeo equivalente a muitas imagens simultaneamente.
Também são largamente aplicadas em medicina, permitindo transmitir luz
para visualizar vários órgãos internos, sem cirurgias. Um feixe de luz pode
incidir na extremidade de uma fibra óptica de modo que nenhuma ou muito
pouca energia luminosa será perdida através das paredes da fibra. O princípio
ou fenômeno que explica o funcionamento das fibras ópticas é denominado:
a) reflexão interna total da luz.
b) refração total da luz.
c) independência da velocidade daluz.
d) reflexão especular da luz.
e) dispersão da luz.
Principais problemas de visão
• Olho “normal”:
Cristalino alongado
0,25 m
Objeto no infinito
Objeto no ponto próximo
Miopia
• A imagem é formada antes da retina.
• Dificuldade em enxergar de longe.
Miopia
• A correção da miopia é feita com lentes divergentes.
Hipermetropia
• A imagem é formada depois da retina.
• Dificuldade em enxergar de perto.
Hipermetropia
• A correção da hipermetropia é feita com lentes convergentes.
Presbiopia
• Condição semelhante à da hipermetropia, mas provocada pelo
avanço da idade.
• O olho sofre uma redução na capacidade de focar a imagem de
objetos próximos devido a um desgaste no cristalino.
• É recomendado o uso de lentes bifocais (ou multifocais).
Astigmatismo
• Dificuldade do olho humano em formar imagens com nitidez.
• Há uma distorção na imagem tanto de objetos próximos quanto
de objetos distantes.
• Resultado de uma curvatura irregular na córnea.
• É corrigido com lentes cilíndricas.
Outras formas de corrigir problemas de visão
Lentes de contato Cirurgia
Exercício
(G1 - CFTMG 2019) “Bopp abaixou a cabeça até perto do jornal, como se tivesse 
dificuldade para enxergar as pequenas letras impressas”.
STIGGER, Veronica. Opisanie Świata. São Paulo: SESI-SP, 2018, p. 37.
A dificuldade visual para enxergar de longe o jornal, encenada pelo personagem
Bopp, é decorrente de
a) astigmatismo, pela falta de alinhamento dos olhos. 
b) miopia, quando a imagem é formada antes da retina. 
c) hipermetropia, devido à alta pressão ocular, gerando visão embaçada. 
d) estrabismo, visão distorcida da imagem, por sua formação após a retina.
SEMANA INTERDISCIPLINAR
DE MEDICINA
Aplicações da Física na Medicina
2
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: 
Na opinião de especialistas, a descoberta do mecanismo da 
autofagia, que levou ao Prêmio Nobel de Medicina 2016, 
pode contribuir para uma melhor compreensão de patologias, 
como as vinculadas ao envelhecimento. Na maioria das 
patologias, a autofagia deve ser estimulada, como nas doenças 
neurodegenerativas, para eliminar os aglomerados de proteínas 
que se acumulam nas células enfermas. 
A tabela mostra, aproximadamente, as faixas de frequência de 
radiações eletromagnéticas e a figura da escala nanométrica 
mostra, entre outras, as dimensões de proteínas e de células do 
sangue.
Faixas de frequência de radiações eletromagnéticas
Radiação Micro-ondas Infravermelho Ultravioleta Raios X Raios gama
Faixas de 
frequências
8 1110 10− 12 1410 10− 15 1610 10− 17 1910 10− 20 2210 10−
 
1. (EBMSP 2017) Considerando-se essas informações e 
sabendo-se que a velocidade de propagação da luz no ar é igual a 
83,0 10 m s,⋅ para que se observem proteínas e células sanguíneas, 
podem-se utilizar, respectivamente, as radiações 
a) raios X e raios gama. 
b) micro-ondas e raios X. 
c) raios gama e micro-ondas. 
d) ultravioleta e infravermelho. 
e) infravermelho e micro-ondas. 
 
2. (USF 2017) A tomografia, por emissão de pósitrons ou PET-
SCAN, é um exame de imagem que utiliza uma substância 
radioativa (18-Fluordesoxiglicose) para rastrear células tumorais 
no organismo. A técnica ou exame mais utilizado em oncologia é 
o chamado PET/CT, que consiste na fusão de imagens geradas 
pelo PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons) com as imagens 
geradas pela Tomografia Computadorizada. Diferentemente de 
uma radiografia ou tomografia que analisa uma estrutura ou órgão 
do corpo de uma forma estática, o PET é um exame funcional, ou 
seja, tem a capacidade de mostrar o funcionamento de um tecido 
em nível molecular. 
Disponível em: http:<//www.oncomedbh.com.br/site/?menu=Informa%E7%F5es&submenu= 
Fique%20por%20dentro&i=73&pagina=O%20que%20%E9%20PET-SCAN?%A0>. Acesso em: 
15/05/2017.
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3
O pósitron usado nesse exame é a antipartícula do elétron e 
apresenta a mesma massa do elétron, porém carga elétrica 
positiva. Ele foi descoberto por Paul Dirac em 1928, mas a sua 
existência foi observada por Andersen em 1936. As partículas 
eletrizadas como o pósitron interagem com campos magnéticos 
e isso resulta em várias aplicações práticas importantes, como a 
descrita no texto acima.
Ao se lançar, com velocidades iguais, um próton, um elétron e um 
pósitron perpendicularmente a um campo magnético uniforme, 
essas partículas 
a) ficam sujeitas a forças magnéticas de intensidades 
diferentes, com direção paralela ao campo magnético a que 
elas estão submetidas. 
b) apresentam movimento circular uniforme, sendo todas as 
partículas com trajetórias de raios com valores distintos. 
c) alteram a sua energia cinética enquanto estiverem no 
interior do campo magnético. 
d) descrevem trajetórias circulares, e o próton apresentará a 
menor frequência no movimento circular, quando comparado 
com as outras partículas. 
e) não terão qualquer variação nos seus respectivos momentos 
lineares, ou seja, o vetor quantidade de movimento de cada 
uma das partículas permanecerá inalterado. 
 
3. (ACAFE 2018) As ondas de ultrassom são muito utilizadas 
em um exame denominado ultrassonografia (USG). O exame é 
realizado passando-se um transdutor que emite uma onda de 
ultrassom, com frequências entre 1MHz e 10 MHz, numa velocidade 
das ondas de ultrassom nos tecidos humanos da ordem de 
1.500 m s, que é refletida pelo órgão de acordo com sua densidade, 
sendo captado a onda refletida enviada ao computador que forma 
as imagens em função da densidade do órgão estudado.
Com base no exposto a respeito do ultrassom, analise as 
proposições a seguir, marque com V as verdadeiras e com F as 
falsas e assinale a alternativa com a sequência correta.
( ) O comprimento de onda dessas ondas de ultrassom 
nesse exame varia de 1,5 mm a 0,15 mm.
( ) A realização do diagnóstico por imagem tem como base 
os fenômenos de reflexão e refração de ondas longitudinais.
( ) Também por ser uma onda pode-se usar o efeito Doppler 
para avaliar a velocidade do fluxo sanguíneo, por exemplo.
( ) O ultrassom é uma onda eletromagnética, por esse fato 
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4
pode penetrar nos órgãos e tecidos.
( ) O exame é comum para acompanhar as gestações, pois 
não utiliza radiações ionizantes. 
a) F - F - F - V - V 
b) V - F - V - F - F 
c) F - V - F - F - V 
d) V - V - V - F - V 
 
4. (FUVEST 2021) O olho humano constitui uma complexa 
estrutura capaz de controlar a luz recebida e produzir imagens 
nítidas. Em pessoas com visão normal, o olho é capaz de acomodar 
o cristalino para focalizar sobre a retina a luz que vem dos objetos, 
desde que não estejam muito próximos. Pessoas míopes, por outro 
lado, apresentam dificuldades em enxergar de longe. Ao focalizar 
objetos situados além do chamado ponto remoto (PR), a imagem 
forma-se à frente da retina, conforme ilustrado na figura.
Neste caso, lentes corretivas são necessárias a fim de que o 
indivíduo observe o objeto de forma nítida. 
Qual arranjo esquemático melhor descreve a correção realizada 
por uma lente receitada por um oftalmologista no caso de um 
indivíduo míope?
a)
b)
c)
d)
e)
 
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5
5. (G1 - UTFPR 2016) Quando aplicada na medicina, a 
ultrassonografia permite a obtenção de imagens de estruturas 
internas do corpo humano. Ondas de ultrassom são transmitidas 
ao interior do corpo. As ondas que retornam ao aparelho são 
transformadas em sinais elétricos, amplificadas, processadas 
por computadores e visualizadas no monitor de vídeo. Essa 
modalidade de diagnóstico por imagem baseia-se no fenômeno 
físico denominado: 
a) ressonância. 
b) reverberação. 
c) reflexão. 
d) polarização. 
e) dispersão. 
ANOTAÇÕES
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6
Gabarito: 
1: [D]
8 9
8 8
9 8
16
8 4 9
8 8
4 9 5
13
v f
3 10 10 10 f
3 10 3 10f f
10 10 10
f 3 10 ultravioleta
v f
3 10 6 10 10 f
3 10 3 10f f
6 10 10 6 10
f 0,5 10 infravermelho
λ
λ
−
− −−
− −
=
⋅ = ⋅ ⋅
⋅ ⋅
= ⇒ = ⇒
⋅
= ⋅ →
=
⋅ = ⋅ ⋅ ⋅
⋅ ⋅
= ⇒ = ⇒
⋅ ⋅ ⋅
= ⋅ →
2: [D]
[A] Falsa. As forças magnéticas para cargas lançadas 
perpendicularmente ao campo magnético são perpendiculares.
[B] Falsa. Como as velocidades de lançamento das partículas são 
idênticas, o raio do movimento circular depende diretamente das 
massas. O próton tem maior raio, pósitron e elétron por terem a 
mesma massa tem o mesmo raio.
[C] Falsa. As partículas não alteram sua energia cinética ao 
efetuarem o movimento circular dentro do campo magnético, pois 
o módulo das velocidades é constante.
[D] Verdadeira. Como o próton tem mais massa seu raio será maior 
e demorará mais tempo para realizar uma volta no movimento 
circular, portanto terá frequência menor.
[E] Falsa. Os momentos lineares dependem da velocidade, que 
varia sua direção e sentido, portanto, apesar do módulo da 
velocidade ser constante, seus momentos lineares variam. 
3: [D]
[V] O comprimento de onda é dado pela razão entre a velocidade 
de propagação da onda e a frequência da mesma, portanto temos:
v
f
λ = 
Para a menor frequência: 
3
1 1 161
v 1500 m s 1,5 10 m 1,5 mm
f 10 Hz
λ λ λ −= ⇒ = ∴ = ⋅ =
Para a maior frequência:
3
2 1 162
v 1500 m s 0,15 10 m 0,15 mm
f 10 10 Hz
λ λ λ −= ⇒ = ∴ = ⋅ =
⋅
[V] O ultrassom é uma onda longitudinal e os fenômenos do 
exame são baseados em refração e reflexão das ondas com a 
formação de imagem através das ondas refletidas pelos órgãos 
internos com o auxílio da computação.
[V] Usando-se o efeito Doppler pode-se também registrar a 
velocidade do fluxo sanguíneo nas artérias identificando doenças 
relacionadas a depósito de gordura ou cálcio acumulado nas 
artérias, devido ao efeito Venturi, pois o fluxo quando passa por 
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7
uma restrição aumenta sua velocidade. Atualmente, existem 
exames como a tomografia de contraste que realiza essa tarefa 
de maneira bastante eficaz.
[F] O ultrassom não é uma onda eletromagnética, mas uma onda 
mecânica longitudinal.
[V] O ultrassom não representa perigo, pois não utiliza radiação 
ionizante como o raio X e tomografia. 
4: [B]
Dado que a lente é mais refringente que o meio, dentro dela os 
raios convergem, sendo estes divergidos após a sua saída como 
no esquema a seguir:
 
5: [C]
O fato da onda sonora bater em um obstáculo e retornar caracteriza 
a reflexão.
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