BIOFISICA AULA 1

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20/02/2024
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Prof Clayton Marques
BIOFÍSICA APLICADA
À BIOMEDICINA
COMPREENSÃO
• Física é uma ciência que estuda os fenômenos da
natureza, portanto é uma ciência natural.
• Fenômeno, é qualquer fato que podemos
observar.
• Física clássica: Fenômenos macroscópicos como a
mecânica, eletricidade, ondulatória, óptica,
termodinâmica, isto até meados do séc XIX.
• Física moderna: Fenômenos microscópicos,
dividida em relatividade e mecânica quântica.
Atualmente séc XX e XXI.
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• Grandezas: Tudo que se pode medir:
• Medir uma grandeza é compará-la com outra da
mesma espécie, ex. tempo com tempo, Volt com
Volt.
G = n . m
Onde: G = grandeza física;
n = nº de valor da medida  R;
m = unidade de medida.
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NOÇÕES DE POTENCIAÇÃO
• Potência de base 10
Dado:
103 = 1.000
105 = 100.000
10-3 = 0,001
10-5 = 0,00001
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Note a quantidade de zeros que 
estão escritos depois do 1 é 
igual ao expoente, o mesmo 
ocorre quando se é negativo.
Valores grandes
Valores pequenos
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GRE NO SISTEMA INTERNACIONAL
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0,1
• Exemplos de grandezas:
• Comprimento l = 10m;
• Massa m = 10kg;
• Tempo t = 50min;
• Temperatura  = 21ºC;
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• Grandezas especiais:
• F - N (Newton) força;
• v - m/s velocidade;
• E - J (Joule) energia;
• i - A (Ampere) Qtde de energia elétrica;
• U - V (Volt) tensão;
• P - W (Watt) Potência;
• Q - C (Coulomb) Qtde de carga;
• R - Ω (Ohm) Resistência
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I.Evolução do Modelo Atômico
1. Primeiras noções do Átomo
Desde a antiguidade o homem se preocupa em saber
como era constituída a matéria. Coube aos Gregos
por volta de 400AC dar o nome de Átomo a menor
partícula da matéria, daí: A=não e
TOMO=divisível
2. Modelo Atômico de Dalton (1766-1844)
Para Dalton a matéria era constituída por pequenas
partículas chamadas Átomo, e estes eram
considerados como esfera maciças homogêneas
indivisíveis e indestrutíveis. Átomos com a mesma
propriedade são do mesmo tipo (mesmo elemento
químico)
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I.Evolução do Modelo Atômico
3. O experimento de Crookes(1856)
Crookes observou que ao se aplicar uma alta voltagem
entre os eletrodos na ampola provocava-se uma
descarga elétrica no gás contido dentro da mesma e
observava-se um fluxo luminoso partindo do cátodo
e dirigindo-se a parede oposta da ampola, este fluxo
luminoso fora denominado RAIOS CATÓDICOS estes,
tinham massa e caminhavam em linha reta,
observando experimentos. Possuindo carga
negativa, denominando os raios catódicos,
indiferente do gás contido – Elétrons
Concluiu-se raios catódicos = Elétrons.
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I.Evolução do Modelo Atômico
4. Experimento de Millikan (1903-1913)
Após a experiência de gotículas de óleo dentro de uma
câmara concluiu-se que uma gotícula poderia captar
apenas um número inteiro de elétrons, segunda
conclusão, cada gotícula era carregada com um
múltiplo inteiro de,
-1,6 . 10-19C, determinou-se assim,
carga de elétron Q = -1,6 . 10-19C e
massa M = 9,108 . 10-31Kg então
todos os elétrons são idênticos em massa e carga.
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I.Evolução do Modelo Atômico
5. Goldstein (1866)
Identificou partículas positivas no Átomo as quais
possuíam a mesma carga do Elétron porem
com massa maior.
6. Modelo Atômico de Thompson (1898)
O Átomo é maciço formado de massa positiva e
impregnado de partículas que são os elétrons ,
Portanto é levado em conta a existência de
carga elétrica. (Pudim de passas)
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I.Evolução do Modelo Atômico
7. Modelo Atômico de Rutherford (1871-1937)
Notou que a matéria é descontínua isto é
apresenta espaços vazios pois a maioria das
partículas alfa () conseguiu atravessar a
lamina de ouro. As poucas partículas que
desviaram mostraram que existem regiões
positivas que provocaram repulsão das
partículas alfa () foram denominadas
núcleos e estes núcleos por sua vez são
carregados positivamente.
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I.Evolução do Modelo Atômico
8. O átomo de Bohr (1937)
Para Bohr, um elétron em um átomo pode ser somente
certas quantidades de energia.
A Região extra nuclear (fora do núcleo) é formado por um
conjunto de níveis de energia disponíveis para seus
elétrons.
Somente um certo número de elétrons pode ter energia
particular, isto é cada nível de energia tem uma
população máxima de elétrons.
O estado no qual todos os seus elétrons estão nos níveis
de energia mais baixos são chamados ESTADO
FUNDAMENTAL.
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I.Evolução do Modelo Atômico
Quando um átomo absorve energia Eletro-
magnética alguns elétrons ganham energia e
são elevados a um nível maior. O átomo está no
estado excitado.
Quando um átomo está no estado excitado os
níveis de energia mais baixos ficam livres e
assim um elétron pode cair de um nível mais
alto para um nível mais baixo. A diferença de
energia entre dois níveis do átomo é liberado na
forma de FOTON de RADIAÇÃO
ELETROMAGNÉTICA.
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I.Evolução do Modelo Atômico
9. Modelo Atômico Atual
As partículas fundamentais que entram na
constituição do átomo são: Prótons,
Nêutrons e Elétrons.
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Átomo = Núcleo = Prótons e Nêutrons
eletrosfera = Elétrons
+
-
+
+ +
-
-
-
-
- -
MODELO ATÔMICO ATUAL
• Segundo Niels Borh e Ernest Rutherford, as
partículas fundamentais que entram na
constituição do Átomo são: Prótons com cargas
positivas, neutrons com cargas nulas e elétrons
com cargas negativas, portanto:
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Átomo
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MODELO ATÔMICO ATUAL
PARTÍCULA MASSA 
RELATIVA
CARGA 
RELATIVA
CARGA EM (C) MASSA EM (kg)
Prótons P 1 +1 1,6 . 10-19C 1,672 . 10-27kg
Neutrons n 1 0 0 1,675 . 10-27kg
Elétrons e 1/1840 -1 -1,6 . 10-19C 9,108 . 10-31kg
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MODELO ATÔMICO ATUAL
• Número Atômico: (Z) é o número de Prótons 
presentes num átomo (Z=P);
• Número de Massa: (A) é a soma dos números 
de Prótons e Neutrons presentes num átomo 
(A=[P,Z,e]+n)
• Notação: A e
X
Z, P
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ELEMENTO QUÍMICO
• Denomina-se elemento químico aos conjuntos
de átomos de mesmo número de Prótons.
• Um elemento químico é caracterizado pelo
número de prótons em seu núcleo:
1H, 2He, 3Li, 4Be, 6C, 8O, 82Pb
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SIMILARIDADE DE PARTÍCULA
• Isótopos: são átomos que possuem o mesmo 
nº Z e diferentes nº A e nº n.
1 2
1H, 1H
Portanto:
Mesmo nº de Z, mas  A
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SIMILARIDADE DE PARTÍCULA
• Isóbaros: são átomos de diferentes elementos
químicos, portanto diferentes nº Z, mas possuem
o mesmo nº A .
40 40 40
20Ca , 19K , 18Ar
Portanto:
Mesmo nº de A, mas  Z, P,e
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SIMILARIDADE DE PARTÍCULA
• Isótonos: são átomos de diferentes elementos químicos,
possuem Z e A diferentes, mas possuem o mesmo nº n .
14 16
6 C, 8 O 
n=8 (14-6), n=8 (16-8)
n=A-Z
Portanto:
Mesmo nº de n, mas  A, Z, P
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PARTÍCULAS CARREGADAS
• Íons são átomos que possuem diferentes
quantidades de cargas, sendo este maior
concentração de cargas elétricas, positivas e ou
negativas.
Portanto:
Íons = nº P  nº e
Esta mensuração é dada pela UEC, ou seja Unidade 
Elétrica de Carga, que refere
-1,6 . 10-19C
Prótons = +1UEC e Elétrons = -1UEC
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CLASSIFICAÇÃO IÔNICA
• Átomos que ganham elétrons são denominados
de Ânions, pois quando este recebe elétrons, fica
com excesso de carga negativa, ou seja Íons
negativo ou Ânion;
• Átomos que perdem elétrons são denominados
de Cátions, pois quando este perde elétrons, fica
com falta de carga negativa e se torna um Íon
positivo ou Cátion. C á + i o n
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CLASSIFICAÇÃO IÔNICA
• Íons, são todos átomos carregados eletricamente,isto é
que não é neutro.
nº P  n º e
• Cátions, são íons carregados positivamente. Formam-se
quando um átomo perde elétrons.
nº P  n º e
• Ânions, são íons carregados negativamente. Formam-se
quando um átomo ganha elétrons.
nº P  n º e
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CLASSIFICAÇÃO IÔNICA
• Entidades químicas isoeletrônicas, são aquelas 
que possuem o mesmo nº de elétrons.
3+ 2+ 1+ 1- 2- 3-
Al, Mg, Na, Ne, F , O , N
13 12 11 10 9 8 7 
Cátions Neutro Ânions
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P (+) 
n (0)
NÚCLEO
RADIOATIVIDADE NATURAL
OU DO ELEMENTO RADIOATIVO
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Exemplos: Alguns tipos de Tc, Th, U, Pu, Sm, entre outros.
RADIAÇÃO 
ELÉTROMAGNÉTICA
ARTIFICIAL
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Exemplos: Luz visível, 
micro-ondas, ondas de AM-
FM-TV, laser, celulares 
entre outros meios.
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ENERGIA ELETROMAGNÉTICA
• Ondas periódicas
– (Onda) É toda propagação de energia entre dois 
pontos de um meio sem que haja transporte de 
matéria entre ambos.
– (Pulso) É uma perturbação que se propaga por um 
meio mas de curta duração.
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ENERGIA ELETROMAGNÉTICA
• Elementos de uma Onda
– Crista – Parte elevada da onda;
– Vale – É a cavidade entre duas cristas;
– Amplitude (a) - É a medida desde o nível de
equilíbrio até o ponto mais elevado da crista ou do
nível de equilíbrio até o ponto mas baixo do vale;
– Lambda () – Significa comprimento da onda,
distância entre duas cristas ou dois vales
consecutivos, ou pode ser também a medida que
compreende uma crista e um vale.
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TIPOS DE ONDAS
• (Mecânica) São ondas que necessitam de um
meio material, (sólido, líquido ou gasoso) para
se propagar. Na propagação de uma onda
mecânica, não há transporte de matéria, mas
apenas de energia.
Ex.: Ondas de uma corda, ondas sonoras,
ondas do mar, entre outros.
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TIPOS DE ONDAS
• (Eletromagnética) São ondas geradas por
cargas elétricas oscilantes e não necessitam de
um meio material para se propagar, podendo
propagar-se no vácuo.
Ex.: ondas de rádio, ondas de TV, de luz, lazer,
raios-X, entre outros.
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PERÍODO (T)
• Denomina-se período ao tempo necessário
para que duas cristas consecutivas passem
pelo mesmo ponto, ou seja, intervalo de
tempo (∆t) para que ocorra a primeira
repetição da onda.
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FREQUÊNCIA (f)
• Frequência (f) sua fórmula para mecânica,
f = 1_
T
• É o número de repetição da onda por segundo,
ou melhor, número de oscilações efetuadas por
um ponto vibrante na unidade de tempo (s).
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FREQUÊNCIA (f)
• Não é comum empregar o termo oscilações por
segundo preferindo-se usar a unidade de
frequência no sistema internacional que é o (Hz)
hertz.
Ex.: 
• 1 hertz = 1Hz > m/s
• 1 KHz = 1.10³ Hz > 1000 > kilo
• 1 MHz = 1.106 Hz > 1000000 > mega
• 1 GHz = 1.109 Hz > 1000000000 > giga
• 1 THz = 1.1012 Hz > 1000000000000 > tera
• 1 PHz = 1.1015 Hz > 1000000000000000 > peta
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VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO
• A energia de uma onda qualquer está
diretamente relacionada com a frequência da
mesma.
• Quanto maior a frequência, maior será a energia
da onda. As ondas não possuem massa nem
carga, apenas energia.
• Obs.:
– Maior comprimento de onda = menor energia
– Menor comprimento de onda = maior energia
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ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
• São todas as ondas que possuem oscilações
elétricas e magnéticas e se propagam no
vácuo com a velocidade da luz = 3.108 m/s.
Diferindo somente no seu comprimento de
onda ou frequência.
• Fazendo uso conjunto de dois planos ao
mesmo tempo.
Ex.: X e Y, Z e X, Y e Z.
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ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
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Ex.: X e Y, Z e X, Y e Z.
X
Y
Z
+
+
+
+
-
-
-
N
N
N
N
S
S
S
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Luz e Ondas Eletromagnéticas 
(Dualidade Partícula Onda)
• Duas teorias básicas se apresentam para explicar a natureza
da luz:
– Teoria corpuscular da luz que afirmava ser a luz formada por
partículas
– Teoria ondulatória da luz que considerava a luz como se fosse
uma onda.
• Newton defendia a idéia que a luz era formada por
partículas onde objetos luminosos emitiriam partículas de
luz que ao atingir nossos olhos causariam sensação
luminosa. (Séc XVII)
• Ao calcular a velocidade de propagação de uma onda
eletromagnética no vácuo Maxwell encontrou um resultado
igual ao da velocidade da luz. Este fato levou a suspeita que
a luz fosse uma onda eletromagnética. (1831-1879).
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Luz e Ondas Eletromagnéticas 
(Dualidade Partícula Onda)
• Experiências posteriores entre elas a de Hertz
(1888) mostravam que as idéias de Maxwell eram
corretos.
• Hoje sabemos que a luz assim como a radiação
infravermelha, ultravioleta, gama, ondas de rádio,
etc. São radiações eletromagnéticas.
• O conjunto de toda as ondas eletromagnéticas é
denominado espectro eletromagnético.
• Todas as ondas que constituem espectro
eletromagnético, propagam-se no vácuo com a
velocidade da luz, isto é 3,108 m/s e podem se
originadas pela aceleração de uma carga elétrica.
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Luz (onda eletromagnética) e interação 
com a matéria
• A produção reflexão, transmissão e absorção da
luz são processos que envolvem apenas interação
com os elétrons na eletrosfera dos átomos.
• Nota: Perda de energia = liberação de fóton.
A interação luz matéria (onda eletromagnética)
pode ser interpretada como um processo de
transferência de energia onde cada cor
corresponde a certa quantidade de energia assim
segundo este modelo as diferentes cores da luz
distinguem-se pelos diferentes pacotes de
energia (fóton).
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Luz (onda eletromagnética) e interação 
com a matéria
• Dependendo da sua energia o fóton emitido pode ser
classificado de visível (quando é capaz de impressionar
as células sensíveis dos olhos), de baixa energia (menor
que a visível) e de alta energia (maior que o visível).
Acima do violeta= ultravioleta
Fótons >>>>>Luz visível
Abaixo do vermelho= infravermelho
A emissão de fótons pelos materiais é denominada de 
radiação.
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ELETRIZAÇÃO
• Fenômeno através do qual um corpo neutro 
passa a eletrizar, sendo:
• Positivamente---------------perde elétrons;
• Negativamente--------------ganha elétrons.
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ELETRIZAÇÃO
• Processo de eletrização
– Atrito, na eletrização por atrito os dois corpos
ficam carregados com cargas iguais porem de
sinais contrários;
– Contato, na eletrização por contato ambos os
corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo
sinal;
– Indução, neste caso ocorre apenas uma separação
entre algumas cargas positivas e negativas do
corpo. Desta forma não há contato.
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Não deve haver nenhuma barreira à liberdade de investigação. Não há
lugar para o dogma na ciência. O cientista é livre, e deve ser livre de
fazer qualquer pergunta, de duvidar de qualquer asserção, de procurar
toda a evidência, de corrigir quaisquer erros.
Robert Oppenheimer
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O importante é não parar de questionar; a
curiosidade tem sua própria razão de existir.
Albert Einstein