BIOFISICA AULA 2

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28/02/2024
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ENERGIA e o 
CORPO HUMANO
Curso: BIOMEDICINA
Prof. Clayton Marques
ENERGIA
• O conceito de energia se dá pela realização de um trabalho “esforço”;
• Seja por energia cinética;
• Seja por energia de potencial;
• Tais observações, servirão de base para formas convencionais e não 
convencionais de produção de energia.
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Fonte: Física para Ciências Biológicas e 
Biomédicas, Okuno, E. Ed.Harbra
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ENERGIA
• O trabalho realizado por certa força constante, sobre uma partícula ou um 
corpo em movimento retilíneo no sentido desta força, é definido como o 
produto do módulo da força pelo módulo do deslocamento da partícula;
• Ex.: o deslocamento por arrasto de uma caixa no chão em certa distância.
• Sendo assim, o trabalho ([W] esforço), arrasto ([F] força) atribuída, são 
definidos por força de deslocamento ([d] distância);
expresso pela fórmula W = Fd
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ENERGIA
• Como a grandeza física de trabalho é Joule (J), podemos dizer que 1J = 
1N x 1m;
• Ex.: Se a força de deslocamento for de 10N e a distância de 
deslocamento for de 2m, temos:
W = Fd
W = (10N) (2m)
W = 20J
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W= trabalho realizado
F = força constante
d = deslocamento
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ENERGIA
• O trabalho é uma grandeza física dada por escalas, podendo ser 
positivo e ou negativo;
• Se a força que atua sobre certa partícula tiver um componente oposto 
ao sentido do seu movimento, o trabalho realizado será negativo;
• O inverso da definição será considerado como trabalho realizado e 
será positivo;
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POTÊNCIA
• Define-se potência (P) como a taxa com que o trabalho é
realizado. A potência média (P) é dada pelo quociente do
trabalho total realizado (W) por um intervalo de tempo (∆t)
durante sua execução;
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POTÊNCIA
•Ex.: Duas pessoas fizeram o mesmo trabalho ao
mover caixas, mas uma fez em menor tempo,
diz-se que ambas realizaram trabalhos de
potências diferentes;
(P) Potência - taxa com que o trabalho é realizado.
(W) Quociente do trabalho total realizado.
(∆t) Intervalo de tempo durante sua execução;
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POTÊNCIA
• Para este trabalho aplica-se a expressão:
P = W
∆t
• Sua unidade é representada pelo símbolo W, de watt, sendo 1W = 
1J/s;
• Outra expressão é aplicada quando se multiplica a potência pelo 
tempo, daí o termo quilowatt-hora (kWh), este é o trabalho realizado 
em uma hora a uma taxa constante de 1000W (1kW);
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ENERGIA CINÉTICA
• Sua definição será dada pela saída do estado de
repouso para o estado de movimentação
“deslocamento” com aceleração constante;
• Energia cinética é então o movimento de um corpo
devido a uma força constante;
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FORÇAS CONSERVATIVAS
• São classificadas como forças que agem sobre um
corpo, denomina-se conservativa quando o trabalho
realizado por ela sobre um corpo, descreve uma
trajetória fechada, caso contrário será considerado
não conservativa;
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A B
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FORÇAS CONSERVATIVAS
•Outro aspecto desta diferença entre forças é que caso
desloque do ponto A para o ponto B sem que haja
força gravitacional, ou seja, aberta será considerado
não conservativa;
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A B
ENERGIA POTENCIAL
• Podemos definir energia como capacidade de realizar trabalho; a energia
cinética de um corpo pode ser interpretada como a capacidade que ele tem de
realizar trabalho devido o movimento;
• Se a trajetória for fechada e possuir componente no sentido de direção este
trabalho será positivo;
• Contudo a ação da energia cinética sobre o trabalho positivo observará um
aumento da energia cinética;
• Quando houver componente oposto a direção do trabalho, ocorrerá diminuição
da energia cinética;
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C
g
a
b
c
A B
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FONTES CONVENCIONAIS DE ENERGIA
• São denominados fontes convencionais de energia se
estas possuírem a propriedade de conversão de uma
forma de energia em outra e que, custos são
considerados economicamente aceitáveis, sendo
utilizadas na produção de energia para o consumo
comercial;
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FONTES CONVENCIONAIS DE ENERGIA
•Renovabilidade de dada fonte de energia é a medida
em relação à escala temporal do ser humano que
certa fonte poder ser reabastecida dentro de um
intervalo de tempo significativo às pessoas, por
exemplo: o alimento, a madeira, a água e a radiação
solar;
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FONTES NÃO CONVENCIONAIS DE ENERGIA
• São definidas por sua propriedade de não ser
renováveis, isto as torna esgotáveis, levando a busca
de fontes alternativas de preferência renováveis que
possam ser substituídas;
• Entre as diversas formas de energia não convencionais
podemos citar como: a geotérmica, nuclear, (fissão e
fusão de átomos), sol, eólica, marés entre outras;
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CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
• Podemos encontrar energia em diversas formas:
• Mecânica, elétrica, térmica, química e luminosa;
• Ambas podem ser convertidas em outra;
• Entretanto sempre que houver uma dada perda de energia
em certa forma, haverá o aparecimento na mesma
quantidade mas de outra forma de energia;
• Isto justifica o princípio de conservação de energia onde a energia
do universo é conservada (séc XVIII);
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CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
• Tais processos de transformação de energia em outro
e sua eficiência da conversão de trabalho ou vice-
versa, são questões fundamentais que ocorrem nos
processos físicos, químicos e biológicos;
•Os conceitos estudados na física e química, são
denominados termodinâmica, quando estes envolvem
sistemas particulados;
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CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
•O termo empregado em biologia para estudar essas
transformações em organismos vivos dá-se o nome de
Bioenergético;
• Embora isto possua tamanha complexidade, os
princípios envolvidos são os mesmos da matéria
inanimada;
•O princípio da conservação de energia é conhecido
como Primeira Lei da Termodinâmica;
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ENERGIA TÉRMICA
• A energia de um corpo varia quando há troca de calor, ganho
e ou perda;
• Os movimentos moleculares constantes são denominados de
agitação térmica;
• Quando um corpo recebe calor, ou seja, é aquecido, há um
aumento desta energia sendo indicado pela sua
temperatura;
• Se este processo se intensifica ocorre aumento da
temperatura, o inverso é válido;
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ENERGIA TÉRMICA
• Sendo assim a energia térmica pode ser interpretada
como uma forma de energia cinética que ele possui
em razão do movimento de suas moléculas;
•A variação de energia térmica de um corpo podeser
avaliada por meios de equipamentos denominados de
Termômetros;
• Estes possuem variações graduais para mensurar seus
valores em temperatura;
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ENERGIA TÉRMICA
•As unidades de temperatura são o kelvin (K), que 
expressa a temperatura absoluta (-273,15), e o 
grau Celsius (°C);
•A seguir, alguns tipos de termômetros, suas 
propriedades físicas utilizadas para medir a 
temperatura;
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ENERGIA TÉRMICA
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Tipos de termômetros Propriedade física que varia 
com a temperatura
Termômetro de líquido em um 
tubo capilar (mercúrio e ou álcool)
Volume
Termopar Diferença de potencial elétrico 
entre dois metais
Termômetro de resistência Resistência elétrica de um 
metal
Pirômetro Cor
Cristal líquido Cor
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ENERGIA TÉRMICA
•Nos primórdios das pesquisas sobre calor e energia
mecânica foram desenvolvidos independentemente
sendo definida como calor, denominada de caloria,
diferente de joule;
• Em descobertas posteriores, definiu-se relação entre
estas propriedades. Uma caloria é definida como a
quantidade de calor necessária para aumentar a
temperatura de 1g de água de 14,5°C a 15,5°C;
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ENERGIA TÉRMICA
•Outra particularidade das propriedades térmicas são
empregadas quando se trata de alimentação e
dietética, onde Caloria (Cal) defini-se como:
1 Cal = 10³ cal = 1kcal
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ENERGIA TÉRMICA
Movimento browniano;
•Descoberto pelo botânico Robert Brown em 1827, em
observação no microscópios a agitação térmica de
dado sistema, notou que grãos de pólen suspensos
em água movimentavam-se continuamente de modo
caótico;
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ENERGIA TÉRMICA
• Em 1905, Albert Einstein desenvolvia a teoria do movimento
browniano que dizia:
• De acordo com a teoria atômica, partículas microscópicas em
suspensão deveriam ser dotadas de movimento observável;
• Segundo o pensamento de Einstein, o movimento browniano
resulta do impacto entre as moléculas do fluído e as
partículas suspensas, que adquirem desse modo a mesma
energia cinética que as moléculas;
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ENERGIA TÉRMICA
•Contudo para que haja movimento browniano, é
necessário que as partículas suspensas sejam de
menor tamanho que as moléculas do fluído no qual se
encontram suspensão, estes são continuamente
bombardeados por elas em todas as direções;
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ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
• Toda molécula possui energia potencial elétrica que depende
da posição relativa dos átomos que a formam;
• Os mesmos átomos podem formar diferentes moléculas com
diferentes energias potenciais, ou seja, diferentes energias
químicas devido à absorção ou à emissão de algum tipo de
energia. Isto significa que uma forma de energia pode ser
transformada em outra numa reação química;
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ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
• Toda forma de energia química são basicamente de natureza
elétrica;
• Por exemplo com a queima da gasolina ou na explosão da
dinamite, parte da energia potencial armazenada (energia
química) nessas substâncias é convertidas em calor e em
energia de movimento (mecânica);
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ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
• A manutenção de qualquer forma de vida depende de
transformações moleculares. As plantas armazenam energia
liberadas em reações químicas produzidas pela absorção de
energia solar;
• Posteriormente essa energia pode ser transferida aos
animais na forma de alimento;
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ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
•Uma grande parte desses processos de transferência
de energia é realizada através de algumas reações
químicas básicas, dentre elas está as que envolvem as
moléculas de difosfato de adenosina (ADP) e de
trifosfato de adenosina (ATP);
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Adenosina P P
P P PAdenosina
ADP:
ATP:
ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
•As diferentes ligações entre os grupos de fosfato
(ADP) e (ATP), indicam a grande quantidade de
energia potencial armazenada;
•Motivo pelo qual essas moléculas desempenham
papel importante no processo de transferência de
energia química em sistemas biológicos – energia
biológica;
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ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA
• Exemplo de uma pilha recarregável, onde:
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H2OH2O
Pi
ATP
ADP
+
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA NA 
BIOSFERA
•Num modo generalista, as reações químicas ocorrem
num sistema biológico com liberação ou absorção de
energia, sendo verificada a primeira lei da
Termodinâmica;
•Por exemplo na digestão de um pedaço de carne,
moléculas de proteína são desfeitas dando origem a
outras moléculas de menor energia, neste processo
parte da energia liberada é transformada em calor e
parte em processos que requerem energia;
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TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA NA BIOSFERA
Fermentação alcoólica e glicólise;
• São processos bioquímicos anaeróbicos pelos quais moléculas
orgânicas são convertidas em outras com um conteúdo energético
menor;
• Podemos dividir este processo em duas etapas:
• 1° formação de ATP, comum em ambas, neste processo a glicose é
transformada através de uma sequência de reações (ácido pivúrico e
hidrogênio);
• 2° tais resultantes podem ser transformados em outros produtos finais como
(para o álcool) – etanol e dióxido de carbono; (para a glicólise) – em células
musculares = ácido lático;
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TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA NA 
BIOSFERA
Respiração;
•Na maioria dos animais a produção de ATP se dá
através da respiração, esse é um processo metabólico
no qual há a liberação de energia e formação de ATP, a
partir de uma série de reações entre elementos
básicos da alimentação e oxigênio, produzindo dióxido
de carbono e água;
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TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA NA 
BIOSFERA
Fotossíntese;
• Processo pelo qual plantas e certos organismos convertem
energia luminosa em energia biológica, produzindo
carboidratos;
• Ocorre em cloroplastos, estruturas celulares que contêm
pigmentos de clorofila;
• O processo de transformação de energia luminosa em
energia química é denominado de fotofosforilação;
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FLUXO DE ENERGIA NA BIOSFERA
• Denomina-se ciclos alimentares ou teias alimentares quando
quaisquer animal que provém da hierarquia de organismos
relacionados à cadeia alimentar;
Plantas > larvas > pássaros > animais maiores
• Classificamos como:
• Produtores;
• Consumidores;
• Decompositores;
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FLUXO DEENERGIA NA BIOSFERA
•Produtores são os únicos que conseguem utilizar
compostos de carbono em forma simples, existentes no
meio ambiente como o dióxido de carbono;
•Consumidores se alimentam de produtores e de outros
produtores;
•Decompositores provocam a decomposição dos
consumidores mortos e restituem o solo, são formados
de bactérias e fungos;
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FLUXO DE ENERGIA NA BIOSFERA
• Quanto a alimentação dos organismos vivos podemos dividi-
los em:
• Autróficos, estes podem sintetizar seus compostos
celulares, carboidratos, proteínas, lipídios a partir de
compostos simples de carbono (exemplo: algas e plantas);
• Heterotróficos, necessitam de compostos de carbono em
forma mais complexa, ou seja, de moléculas orgânicas como
carboidratos e proteínas (exemplo: consumidores e
decompositores);
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ENERGIA E O CORPO HUMANO
• Toda atividade física exige certo consumo de energia,
isto envolve trocas de energia;
•A conversão de energia em trabalho representa
apenas uma pequena fração da energia total gasta
pelo corpo, mesmo em repouso, o corpo humano
continua gastando energia, com uma potência de
200W, na manutenção do funcionamento dos órgãos,
tecidos e células;
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ENERGIA E O CORPO HUMANO
• A fonte de energia para o corpo humano é a alimentação,
que não é ingerida numa forma que permita a extração
direta de energia;
• Esta deve ser antes modificada transformando-se em
moléculas que reagem com o oxigênio no interior das células
em reações de oxidação;
• Nestas reações há a liberação de energia necessária à
produção de moléculas de ATP, fonte de energia utilizável
pelo corpo;
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ENERGIA E O CORPO HUMANO
•O corpo usa a energia extraída da alimentação para
sua manutenção e bom funcionamento de órgãos e
sistemas, manutenção da temperatura corpórea
constante e realização de trabalhos, destes somente
5% são eliminados na forma de fezes e urina ficando
qualquer excedente de energia armazenada na forma
de gordura;
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VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA
• A energia utilizada pelo corpo é obtida a partir das reações
de oxidação, pode-se calcular a variação de sua energia
interna medindo-se o seu consumo de oxigênio;
• Durante os diferentes processos de oxidação, há liberação de
uma quantidade de energia que depende da reação em
particular;
• Consumo de energia por: grama de glicose, litro de oxigênio, entre
outras formas;
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VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA
Exemplos de energia liberada em reações de oxidação. Emico Okuno et. Al.
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Substância Energia liberada
por litro de O2 
usado (kcal/l)
Valor calórico 
(kcal/g)
Glicose 5,1 3,8
Carboidratos 5,3 4,1
Proteínas 4,3 4,1
Gorduras 4,7 9,3
Dieta típica 4,8-5,0 -
Gasolina - 11,4
Carvão - 8,0
Madeira (pinheiro) - 4,5
VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA
• Em repouso total, uma pessoa média consome cerca
de 95kcal/h, ou 110W;
• Essa taxa mínima de consumo de energia é
denominada taxa de metabolismo basal indica a
quantidade de energia necessária à manutenção das
atividades indispensáveis do corpo humano em
repouso (respiração sistema vascular);
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VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA
• A energia associada ao metabolismo basal
transforma-se em calor, liberando principalmente
através da pele;
Razão de metabolismo Basal de vários animais. Emico Okuno et. Al.
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Animal Massa Razão de 
Metabolismo Basal
Cavalo 441 11,3
Porco 128 19,1
Homem 64,3 32,1
Cão 15,2 51,5
Camundongo 0,18 212