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Unidade II
FÍSICA E BIOFÍSICA
Prof. Renato Fernandes
A natureza da luz
 A luz possui energia e a nossa maior fonte dessa energia é o 
Sol, que está a cerca de 150 milhões de quilômetros da Terra.
 Isaac Newton (1643-1727) considerava que a luz era corpuscular, 
explicando a reflexão da luz e a propagação retilínea. 
 Thomas Young e Augustin Fresnel, no século XVIII, 
demonstraram que a interferência e a difração só seriam 
possíveis se à luz fosse onda.
 Foi Albert Einstein quem demonstrou que a luz é formada por 
pequenos pacotes de energia, chamados fótons, explicando 
o fenômeno da emissão fotoelétrica. 
Formação das cores nos objetos
 Quando a luz passa por um prisma – peça de vidro com faces 
opostas não paralelas –, são gerados diversos feixes coloridos. 
 Isaac Newton fez um experimento isolando um dos feixes 
coloridos e o fez passar por um novo prisma. Esse feixe de 
luz não sofreu nenhuma distorção.
 Newton reproduziu essas cores num disco e demonstrou que, 
ao girá-lo em alta velocidade, se enxerga a cor branca.
 Os corpos não possuem luz própria, absorvem-na de algumas 
cores do espectro da luz branca e refletem outras.
 Existe o efeito fisiológico na percepção dessas cores. 
Humanos percebem as cores entre os comprimentos de onda 
de 750 a 400 nm. 
As câmaras fotográficas
 Sistemas óticos biológicos são complexos, mas são 
semelhantes a uma câmera fotográfica simples.
 Não existe um inventor para a câmera fotográfica. Ela é um 
equipamento que foi sendo aperfeiçoado. Os primeiros 
registros são do século V a.C.
 Aristóteles, no século IV a.C., observou um eclipse solar pela 
projeção do fenômeno no chão, provocada por um espaço 
entre folhas de uma árvore. 
 A evolução seguinte foi a câmara escura, feita por Giovanni 
Baptista Della Porta, no século XVI.
 A câmara escura é um recinto fechado, no qual a luz entra 
por um orifício numa das paredes, que é direcionado 
para a paisagem que se deseja retratar. 
As câmaras fotográficas
 Um raio de luz atinge o alto da árvore e é refletido em todas 
as direções, inclusive em direção da câmara escura. O mesmo 
efeito acontece com todos os raios até o ponto mais baixo da 
árvore. A junção de todos os raios resulta em uma imagem 
invertida em relação à imagem original.
 Alguns pintores utilizavam o recurso da câmara escura 
para reproduzir paisagens. 
Fonte: Próprio autor
As câmaras fotográficas
 Quanto menor o orifício, mais nítida é a imagem, porém 
a imagem fica tênue e mais difícil de ser enxergada. 
 Problema que foi resolvido por Girolamo Cardano, em 1550, 
que passou a utilizar uma lente para concentrar os raios de luz. 
Foco da lente
Fonte: Próprio autor
Foco da lente
As câmaras fotográficas
 A câmara fotográfica atual é uma câmara escura que possui 
lentes e a imagem fica registrada ou por meios químicos, no 
caso da câmera analógica, ou por sensores fotoelétricos, como 
nas câmaras digitais, localizados no fundo da câmara escura.
 Um olho humano funciona de uma maneira semelhante a uma 
câmera fotográfica, em que encontraremos estruturas 
semelhantes às lentes convergentes e ao filme.
Interatividade
Durante uma apresentação de teatro, num salão devidamente 
preparado, um artista executava movimentos de dança vestindo 
uma roupa vermelha, que cobria todo o corpo do artista, com 
um esqueleto branco desenhado. Num dado momento, todas 
as luzes foram apagadas e foi acendida apenas uma lâmpada 
monocromática violeta. O que foi visto a partir daí? 
a) Nada, pois as luzes foram apagadas e a luz violeta é fraca.
b) Um esqueleto violeta dançando.
c) O artista de roupa vermelha com um vazio preto no local 
onde estava desenhado o esqueleto.
d) O que era vermelho ficou branco e o que era branco ficou violeta.
e) O que era vermelho continua vermelho e o que era branco 
continua branco.
Resposta
Durante uma apresentação de teatro, num salão devidamente 
preparado, um artista executava movimentos de dança vestindo 
uma roupa vermelha, que cobria todo o corpo do artista, com 
um esqueleto branco desenhado. Num dado momento, todas 
as luzes foram apagadas e foi acendida apenas uma lâmpada 
monocromática violeta. O que foi visto a partir daí? 
a) Nada, pois as luzes foram apagadas e a luz violeta é fraca.
b) Um esqueleto violeta dançando.
c) O artista de roupa vermelha com um vazio preto no local 
onde estava desenhado o esqueleto.
d) O que era vermelho ficou branco e o que era branco ficou violeta.
e) O que era vermelho continua vermelho e o que era branco 
continua branco.
Anatomia do olho simples
 O olho é o órgão sensorial mais complexo dos humanos. 
Fonte: http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_6875/145.gif
Os fotorreceptores
 São as células que convertem o sinal luminoso em impulsos 
nervosos: os bastonetes e os cones. 
 Os bastonetes são células que percebem a presença ou 
ausência de luz. Os cones são as células que percebem as 
cores e são especializados por cor: azul, verde e vermelho. 
 A luz, ao atingir a retina, quebra a rodopsina em opsina e retinal
e ativa uma proteína G da célula fotorreceptora, gerando uma 
alteração de potencial que, por sua vez, é propagada aos neurônios
e ao nervo ótico, que levam a informação ao cérebro. Em seguida, 
a opsina e o retinal se recombinam em rodopsina novamente. 
 A sequência da bioquímica da transdução de sinal luminoso 
em sinal elétrico é semelhante em todos os cones e bastonetes 
da retina do homem e dos demais vertebrados. 
Dispositivos dióptricos e os defeitos da visão
 São dispositivos que combinam a geometria e a refração da luz 
para corrigir a trajetória dos raios luminosos. 
 A maioria dos defeitos de visão é devida a problemas de focalização 
da imagem e o olho não produz imagens nítidas dos objetos. 
 Um olho normal pode focalizar objetos localizados em distâncias 
que variam desde o infinito até aproximadamente 15 cm à sua 
frente, pelo efeito do ajuste do cristalino, feito pelo músculo ciliar. 
 A idade de uma pessoa tem influência na acomodação do olho 
devido à redução da força neste músculo. Esse problema é 
chamado presbitismo ou presbiopia, e o sujeito portador deste 
problema não enxerga bem a pequenas distâncias. 
Miopia e hipermetropia 
 Miopia
 Hipermetropia
Fonte: Próprio autor
Olho composto
 O olho de alguns artrópodes é formado por um grande globo 
de pequenas facetas receptoras da luz. Cada faceta é 
denominada omatídio.
 Um omatídio possui vários componentes, mas o principal é o 
rabdoma, no qual se encontram as células retinulares. 
 O omatídio não forma imagem.
(a) Fotografia de um 
olho composto
(b) Estrutura de um 
olho composto
Fonte:http://online.minhabiblioteca.com.br/books/9788
536323244/page/321.
(c) Estrutura de um 
omatídio
(d) Secção transversal 
de um omatídio
Célula 
retinular
Cone cristalino
Córnea
Fibras nervosas 
aferentes
Omatídio
Córnea
Cone cristalino
Célula retinular
Rabdômero
[microvilosidades
das células 
retinulares]
Microvitosidades
da célula retinular
Olho composto
Existem dois tipos de olhos compostos, adaptados ao meio 
ambiente que o inseto vive: 
 os olhos compostos com aposição, típicos de insetos diurnos, 
apresentam omatídios atuando de forma independente e os 
neurônios destes insetos fazem muitas conexões, o que os 
tornam capazes de gerar uma imagem integrada;
 os olhos compostos com sobreposição, em que os omatídios 
atuam juntos. Este tipo de olho é encontrado em insetos 
e crustáceos de hábito noturno e mostram um bom 
funcionamento em condições de pouca luminosidade. 
Interatividade
O funcionamento dos olhos é como o de uma câmera fotográfica, 
em que os raios de luz penetram pela córnea, que possui um grande 
poder de focalização.A íris regula a quantidade de luz. A luz então 
viaja através do cristalino, que faz o ajuste fino na focalização sobre 
a retina, localizada na parte posterior do olho, atuando como se 
fosse o filme da câmera. A retina transforma a luz em impulsos 
elétricos, que são levados pelo nervo óptico até o cérebro. Para 
enxergarmos bem, os raios de luz necessitam ser precisamente 
focalizados sobre a retina. Segundo o texto, as imagens que 
enxergamos: 
a) são interpretações de impulsos elétricos.
b) são formadas atrás da retina.
c) são diminuídas pela pupila. 
d) são filtradas pela córnea.
e) são raios de luz que caminham pelo nervo óptico.
Resposta
O funcionamento dos olhos é como o de uma câmera fotográfica, 
em que os raios de luz penetram pela córnea, que possui um grande 
poder de focalização. A íris regula a quantidade de luz. A luz então 
viaja através do cristalino, que faz o ajuste fino na focalização sobre 
a retina, localizada na parte posterior do olho, atuando como se 
fosse o filme da câmera. A retina transforma a luz em impulsos 
elétricos, que são levados pelo nervo óptico até o cérebro. Para 
enxergarmos bem, os raios de luz necessitam ser precisamente 
focalizados sobre a retina. Segundo o texto, as imagens que 
enxergamos: 
a) são interpretações de impulsos elétricos.
b) são formadas atrás da retina.
c) são diminuídas pela pupila. 
d) são filtradas pela córnea.
e) são raios de luz que caminham pelo nervo óptico.
Energia
 Toda matéria e toda energia do universo foram criadas no 
momento do surgimento do universo, o Big Bang. 
 O conceito de geração e consumo de energia só é válido 
mediante a análise de dois sistemas físicos em interação. 
 Um sistema é uma porção do universo que é separada 
para facilitar o entendimento de um fenômeno. 
 Damos nomes diferentes para a energia, dependendo da forma 
como ela é encontrada, mas é sempre energia e pode ser 
transformada de uma maneira para outra sem deixar 
de ser energia.
 A energia é medida em J (Joule), segundo o S.I.
 1 J é, aproximadamente, a quantidade de energia necessária 
para tirar um copo com água pela metade e levantar do chão 
até em cima de uma mesa. 
Primeira Lei da Termodinâmica
 Muitos inventores tentaram, ao longo dos séculos, criar 
máquinas que não consumissem energia, ou ainda pior, que 
gerassem mais energia do que consumiam. Mesmo que fosse 
possível eliminar todas as forças que dissipam energia, como 
o atrito, uma máquina desse tipo seria completamente inútil, 
pois, ao retirarmos energia da máquina, ela para. 
 Este é o sentido da Primeira Lei da Termodinâmica: a energia 
se conserva. Ela não surge do nada e não vai para o nada. 
Ela é convertida nos vários sistemas da natureza ou 
das máquinas.
Sistema físico
Energia que entra Energia que sai
Energia que acumula
Energia que entra – Energia que sai = energia que acumula
Trabalho e potência
 Somente percebemos a energia quando ela migra de um sistema 
para outro. Toda vez que se fornece energia para um sistema e ele 
altera o estado que estava, está se fazendo trabalho. 
 Quando uma pessoa movimenta uma carga, aplica uma força. 
Essa aplicação é um fornecimento de energia se houver um 
deslocamento, caso contrário, a força não executará trabalho.
 Imagine dois carregadores de caixas executando o mesmo 
serviço: um homem fraco e um homem muito forte. Qual dos dois 
vai conseguir levantar a caixa a 1 m de altura, primeiro? 
 É claro que o carregador forte vai levantar primeiro, mas por quê, 
se o trabalho a ser executado é exatamente o mesmo? A resposta 
para isso está na potência aplicada. 
 Potência é a medida da rapidez com a qual a energia é transferida.
Formas de energia
 A energia se manifesta sobre diversos aspectos: energia térmica, 
cinética, potencial, elétrica etc. Mas independentemente da forma 
como essa energia se manifesta, é sempre energia. 
 A energia mecânica pode ser encontrada em três formas: cinética, 
potencial gravitacional e potencial de mola. Ex.: salto com vara.
 A energia térmica está relacionada ao grau de agitação das 
moléculas e é proporcional à temperatura. O que chamamos 
de calor é a variação da energia térmica de um sistema.
 A energia química é o somatório de diversas grandezas físicas, 
sendo a principal chamada de entalpia de ligação.
 A forma que os organismos têm de armazenar energia é por meio 
da construção de biomoléculas. Essas moléculas são complexas 
e são formadas, às vezes, por milhares de ligações químicas.
Interatividade
Imagine um liquidificador doméstico com um copo de paredes 
bem grossas, de modo a isolar termicamente o conteúdo do 
copo. Se considerarmos um sistema cujas fronteiras sejam esse 
copo, teremos uma entrada de energia por meio das pás do 
liquidificador, mas não teremos uma saída de energia. Pela 
Primeira Lei da Termodinâmica, a energia que entra no copo e 
não sai, fica acumulada, aumentando a temperatura do copo. Se 
invertermos o sentido de giro das pás do liquidificador, qual será 
o resultado no conteúdo do copo e por quê?
a) Esfria, porque estamos retirando energia do copo.
b) Esquenta, porque continuamos a introduzir energia no copo.
c) Esfria, porque continuamos a introduzir energia no copo.
d) Esquenta, porque retiramos energia no copo.
e) A temperatura permanece a mesma.
Resposta
Imagine um liquidificador doméstico com um copo de paredes 
bem grossas, de modo a isolar termicamente o conteúdo do 
copo. Se considerarmos um sistema cujas fronteiras sejam esse 
copo, teremos uma entrada de energia por meio das pás do 
liquidificador, mas não teremos uma saída de energia. Pela 
Primeira Lei da Termodinâmica, a energia que entra no copo e 
não sai, fica acumulada, aumentando a temperatura do copo. Se 
invertermos o sentido de giro das pás do liquidificador, qual será 
o resultado no conteúdo do copo e por quê?
a) Esfria, porque estamos retirando energia do copo.
b) Esquenta, porque continuamos a introduzir energia no copo.
c) Esfria, porque continuamos a introduzir energia no copo.
d) Esquenta, porque retiramos energia no copo.
e) A temperatura permanece a mesma.
O corpo humano e a energia
 Em todas as atividades do corpo há trocas de energia. Mesmo 
dormindo, um adulto gasta cerca de 100 W no metabolismo basal.
 A única fonte de energia do corpo é a alimentação, mas são 
necessárias diversas reações químicas e físicas para que o 
alimento seja transformado em moléculas que possam ser 
quebradas e aproveitadas na produção de ATP.
 O corpo humano não perde energia somente em atividades 
físicas ou pelo metabolismo basal. Existe também a 
necessidade da manutenção da temperatura do corpo.
 Além disso, existe perda de energia no aquecimento do ar 
na respiração e na ingestão de alimentos.
Fontes convencionais e não convencionais de energia
 Com a industrialização, iniciou-se uma busca da humanidade 
por fontes de energia, gerando impactos ambientais enormes.
 Essa grande discussão levou à popularização de expressões 
técnicas, muitas vezes empregadas de forma errada.
 Fontes convencionais são aquelas cuja técnica esteja dominada
e que seja economicamente viável para seu uso comercial em 
larga escala. 
 São exemplos de fontes convencionais de energia:
 conversão hidromecânica – a roda d’água e o monjolo;
 hidrelétricas – converte a energia potencial da água em 
eletricidade. Essa energia potencial pode ser obtida por meio 
da variações no relevo, como cachoeiras, ou por 
meio da construção de represas;
Fontes convencionais e não convencionais de energia
 São exemplos de fontes convencionais de energia (continuação):
 energia eólica – os ventos são provocados pelo aquecimento 
de massas de ar pela luz do Sol e são usados como força 
motriz para grande geradores; 
 energia nuclear – é a energia gerada por usinas de fissão 
nuclear. Essa tecnologia surgiu no iníciodos anos 1940, 
como um dos resultados do Projeto Manhattan, que 
desenvolveu a primeira bomba atômica.
 Algumas fontes não convencionais de energia possuem usinas 
experimentais, mas sua tecnologia ainda não está totalmente 
desenvolvida. São exemplos:
 energia maremotriz – a usina de La Rance (França). Quando a 
maré sobe, a água invade a foz do rio Rance, movimentando 
diversas turbinas;
Fontes convencionais e não convencionais de energia
 São exemplos de fontes convencionais de energia (continuação):
 energia das ondas – a usina de Pecém, no Ceará, usa 
flutuadores que movimentam pistões hidráulicos e acionam 
os geradores. Em Portugal, na região de Aguçadoura, existe 
uma usina formada por grandes boias cilíndricas acopladas 
a geradores, chamado máquina Pelamis;
 energia geotérmica – é a energia encontrada no interior do 
planeta, onde a crosta terrestre não é espessa, como regiões 
que possuem atividade vulcânica ou gêiseres. Estados 
Unidos, França, Portugal e Rússia são países que possuem 
usinas geotérmicas em operação;
 fusão nuclear – essa fonte é nuclear, porém, é liberada a 
partir da fusão dos núcleos de dois átomos de hidrogênio. 
É a mesma reação que acontece dentro do Sol.
Fontes renováveis e não renováveis de energia
 A capacidade de reposição da energia em comparação à escala 
de tempo humana. 
 São exemplos de fontes renováveis:
 biomassa – álcool de cana de açúcar, o bagaço da cana de 
açúcar, o gás metano de dejetos orgânicos, a lenha de eucalipto; 
 energia solar – é a parcela da energia do Sol que pode ser 
usada diretamente, seja na forma de aquecimento, seja na 
geração de eletricidade por materiais fotorreceptores. 
 São exemplos de fontes não renováveis de energia: 
 energia nuclear – as jazidas de elementos radioativos são 
limitadas e, em algum momento no futuro, irá se esgotar;
 combustíveis fósseis – o carvão mineral, o petróleo, o gás 
natural.
Interatividade
Uma possibilidade de fonte de energia é a biodigestão de resíduos 
de esgoto nas cidades, porém, dada as dificuldades em se evitar 
o envio de outros dejetos para o biodigestor, assim como a 
agressividade química dos dejetos, essa tecnologia ainda não é 
largamente empregada.
Segundo o descrito no texto, o uso de esgoto em biodigestores é:
a) uma fonte de energia convencional e renovável.
b) uma fonte de energia não convencional e renovável.
c) uma fonte de energia convencional e não renovável.
d) uma fonte de energia não convencional e não renovável.
e) não é uma fonte de energia viável.
Resposta
Uma possibilidade de fonte de energia é a biodigestão de resíduos 
de esgoto nas cidades, porém, dada as dificuldades em se evitar 
o envio de outros dejetos para o biodigestor, assim como a 
agressividade química dos dejetos, essa tecnologia ainda não é 
largamente empregada.
Segundo o descrito no texto, o uso de esgoto em biodigestores é:
a) uma fonte de energia convencional e renovável.
b) uma fonte de energia não convencional e renovável.
c) uma fonte de energia convencional e não renovável.
d) uma fonte de energia não convencional e não renovável.
e) não é uma fonte de energia viável.
ATÉ A PRÓXIMA!