Grandezas_Físicas_e_Biofísicas

Prévia do material em texto

CONCEITOS BÁSICOS DE 
BIOFÍSICA
Profa. Deise Felício
   
 GRANDEZAS FÍSICAS 
E 
BIOFÍSICAS
   
Biofísica
• A  ciência  que  usa  técnicas  e  métodos  físicos  para  estudo  de  problemas 
biológicos. 
• Diversas técnicas desenvolvidas pelos físicos são de grande utilidade para 
o estudo de problemas biológicos:
– Microscopia, ótica e eletrônica.
– Difração de raios X.
– Ressonância magnética nuclear.
– Espectroscopia. 
• Do ponto de vista metodológico, a abordagem de problemas biológicos, na 
escala  molecular,  precisa  de  conhecimentos  de  mecânica  quântica,  da 
termodinâmica  e  da  física  estatística  que  ajudam  a  entender  os 
fundamentos das trocas energéticas em sistemas biológicos. 
• A Biofísica  apresenta  as  bases  físicas  de  diversos  fenômenos  biológicos, 
tais como:
– Impulsos nervosos.
– Contração muscular.
– Visão.
– Audição.
– Etc. 
   
“Biofísica é o estudo da Matéria, Energia, Biofísica é o estudo da Matéria, Energia, 
Espaço e Tempo nos Sistemas Biológicos”Espaço e Tempo nos Sistemas Biológicos”
(Ibrahim Felippe Heneine – Biofísica Básica. (Ibrahim Felippe Heneine – Biofísica Básica. 
São Paulo: Ed Atheneu, 2006, p.3)São Paulo: Ed Atheneu, 2006, p.3)
   
Grandezas ou Dimensões 
fundamentais
• MATÉRIA  –  Tudo  que  ocupa  lugar  no  espaço  e  possui  massa 
(objetos, corpos, alimentos.
• ENERGIA  –  Tudo  que  não  ocupa  lugar  no  espaço,  não  possui 
massa    e  é  capaz  de  realizar  trabalho  (calor,  luz,  som,  trabalho 
físico).
• ESPAÇO – pelas distâncias, áreas e volume dos objetos.
• TEMPO  –  pela  sucessão  do  dia  e  noite,  pela  espera  dos 
acontecimentos e pela duração da vida.
A  combinação  dessas  Grandezas  Fundamentais  dá  origem  a  uma 
série de Grandezas Derivadas.
   
• Os  seres  vivos,  fazendo  parte  do  Universo  são 
compostos  de  Matéria,  utilizam  e  produzem  Energia, 
ocupam Espaço próprio, e vivem na Dimensão Tempo.
•   Sua  composição,  estrutura  e  função  qualitativa  é 
quantitativamente  definida  por  Números  adequados, 
com o uso das Grandezas Fundamentais e Derivadas.
   
• As  Grandezas  Fundamentais  e  Derivadas  são 
convenientemente  agrupadas  em  Sistemas  coerentes  de 
medida.  O  uso  desses  sistemas  é  indispensável,  porque 
racionaliza o uso das Grandezas.
• O  SI  (Sistema  Internacional)  é  oficialmente  recomendado, 
mas em Biologia, usa­se também o MKS  (Metro, Kilograma, 
Segundo) e o CGS (Centímetro, Grama, Segundo), e também 
sistemas incoerentes de unidades.
   
Massa
• É a medida da quantidade de Matéria de um ser 
vivo.
• Sob a ação da gravidade, a massa exerce uma 
Força, que é o peso.
• Os seres vivos variam largamente na escala de 
massa, indo desde vírus , com massas da 
ordem de 10-20 Kg, até baleias com massas de 
103 Kg.
• A unidade de massa molecular é o dalton.
   
Área 
• A área é o espaço ao quadrado (L2). A 
unidade de área do SI é o m2, mas em 
biologia, usa-se ainda o cm2.
   
Volume
O  volume  é  o  espaço  ao  cubo  (L3).  A 
unidade SI de volume é o m3, mas usa­se 
ainda o cm3, o litro (l) e o mililitro (ml).
   
Densidade; é a relação entre a quantidade 
de massa (M) e o Volume (L3).
d =d =   MASSA     MASSA  =  =  MM  = ML  = ML­3­3
              VOLUME     LVOLUME     L33
Grandezas Derivadas
   
Velocidade; é a relação entre o espaço 
percorrido (L) e o Tempo decorrido (T).
v =v =   ESPAÇO     ESPAÇO  ==  L   L  = LT = LT­1­1
                  TEMPO       TTEMPO       T
Velocidade constante, aproximada, da corrente sanguínea, dos impulsos 
nervosos, dos movimentos musculares, do deslocamento de íons entre dois 
compartimentos.
   
• Aceleração; é a mudança de velocidade 
em função do tempo, que é definida como 
a variação de velocidade (∆V) dividida 
pelo Tempo:
a =a =        ∆∆V     V     = =   LT  LT    ­1­1   = LT = LT­2­2
          TEMPO        TTEMPO        T
Aceleração do sangue na ejeção cardíaca, a aceleração da corrente aérea na 
respiração, a aceleração de objetos pela contração muscular.
   
• Se o espaço percorrido aumenta em função 
do tempo, a aceleração é positiva, se 
diminui, é negativa. Quando o aumento da 
velocidade é constante, a aceleração é 
uniforme.
• A aceleração da gravidade (g) tem 
indispensável uso em biologia, e seu valor é:
g = 9,8 m.sg = 9,8 m.s­2­2
   
• Força; é o produto da Massa pela Aceleração.
F = Massa x Aceleração = MLTF = Massa x Aceleração = MLT­2­2
• Unidade de medida: Newton.
• Segurar um objeto de 100 gramas (0,1 Kg) corresponde a 
fazer uma força equivalente a 1 newton. 
Presente em todas estruturas e processos biológicos, 
desde moléculas até sistemas mais complexos 
   
• Energia  (E)    ou  trabalho  (T),  são  duas  grandezas  que 
possuem  a  mesma  expressão  dimensional,  porque  elas 
representam dois aspectos de uma mesma Grandeza:
• Energia pode produzir Trabalho e vice­versa.
• Energia  e  Trabalho  são  o  produto  da  Força  vezes  a 
Distância percorrida pela Força. 
E ou T = Força x Distância = MLTE ou T = Força x Distância = MLT­2 ­2 x L = MLx L = ML22TT­2 ­2 
• Unidade de medida: joule.
Um joule é obtido quando Força de 1 Newton se 
desloca 1 metro.
   
• A potência (W) é a capacidade de realizar Trabalho (ou 
produzir Energia), em função do Tempo: 
                          EnergiaEnergia
W = W = (ou Trabalho)(ou Trabalho) =  = MLML  22TT    ­2­2  = ML= ML22TT­3 ­3 
T T       T     T
• Unidade de medida: watts. 
Um watt corresponde a levantar massa de 0,1 Kg a 1 m 
de altura em 1 s. Esta potência é joule por segundo:
                          W = watt =   Joule W = watt =   Joule 
          SegundoSegundo  
   
• A Pressão (P) é definida como uma Força 
agindo sobre uma área. 
  P = P = ForçaForça =  = MLTMLT    ­2­2  = ML= ML­1­1TT­2 ­2 
                        ÁreaÁrea        L       L22
• Unidade de medida: pascal (Pa). 
1 Pa = 1 N.m1 Pa = 1 N.m­2­2
• Corresponde à pressão que uma placa leve de plástico, 
de 10 g, exerce sobre a palma da mão (100 cm2). 
   
• Quando a pressão exercida modifica o 
volume do sistema, aparece Trabalho (ou 
Energia): 
  Pressão x Volume = TrabalhoPressão x Volume = Trabalho
• Contração de cavidades, como no coração, pulmão, 
artérias, bexiga, tubo digestivo, etc. 
   
• A viscosidade (η - eta), é a Força que se deve 
ser feita durante certo Tempo, para deslocar 
uma área unitária de um fluido.
  ηη  = = Força x TempoForça x Tempo =  = MLTMLT      ­2 ­2 x Tx T = ML = ML­1­1TT­1­1
                                          Área                     LÁrea                     L22
1 Pa.s = 10 poise1 Pa.s = 10 poise
• No SI, a unidade de viscosidade é o N.m-2s, e denomina-se 
Pascal x segundo (Pa.s). A equivalência é:
   
• A viscosidade dinâmica é a resistência interna de 
um fluido, líquido ou gás. Esses atrito interno é visível 
no escoamento de fluidos.
• Importante tanto no escoamento de líquidos como na 
circulação, na lubrificação de articulações e na 
preparação de fluidos para uso biológico. 
• Em biologia, é medida em unidades do CGS, o poise, 
que vale dine x s/cm2. 
– A água a 37°C, tem 0,7 x 10-2 poise, 
– o sangue humano, aproximadamente 2,8 x 10-2
poise. 
• A 20°C esses valores são 0,01 e 0,04 poises, 
respectivamente.
   
• A análise dimensional mostra que a 
viscosidade pode ser considerada como 
Trabalho x Tempo gastos em mover um 
Volume do fluido. 
   
• A tensão superficial representa a Força que 
deve ser feita para a penetração de objetos 
em uma superfície líquida. A tensão 
superficial é representada pela letra grega δ
 (sigma).
• Dimensionalmente, é a Forçadividida pela 
Distância, ou o Trabalho dividido pela área de 
penetração, e as equações são:
  δδ   ==   Força       Força    =  =  MLTMLT    ­2­2 = MT = MT­2­2
            Distância        LDistância        L                                
  δδ   ==  Trabalho      Trabalho    =  =  MLML  22TT    ­2­2 = MT = MT­2­2
                      Área                LÁrea                L                                
   
• As unidades do SI são o newton.metro-1 ou 
joule.metro-2. Em biologia, usa-se ainda o 
CGS, como dine.cm-1.
• A tensão superficial da água é de 71 
dine.cm-1, aproximadamente 0,07 gramas por 
cm-2.
• Insetos que exercem peso menor que este 
pousam facilmente sobre a água, mesmo que 
sejam mais densos. 
• A tensão superficial tem importância 
primordial na troca de gases no pulmão. 
   
• Temperatura é diferente de Calor.
• A temperatura é uma medida de intensidade
de energia térmica.
• O calor é medida de quantidade de energia 
térmica.
• A dimensão da temperatura é o θ (teta). Na 
prática, a temperatura é medida em graus. Três 
escalas podem ser usadas: °C, °F e K.
• A quantidade de calor é medida em 
quilocalorias, mas essa unidade deve ser 
abandonada em favor do Joule. 
Observação:
0°C = 273°K
100°C = 373°K
   
• Diversos fenômenos biológicos são repetitivos 
em função do Tempo: batimentos cardíacos, 
movimentos respiratórios, ondas elétricas 
cerebrais, e são medidos pela Freqüência, 
que é representada pela letra f.
• A freqüência é o número de eventos 
quaisquer num intervalo de Tempo. Por isso 
representa-se apenas como o inverso do 
Tempo:   ff = =  1     1   =  T=  T­1­1
              TT
• A unidade de freqüência é o Hertz (Hz) que 
corresponde a um evento por segundo (s-1). 
   
O que são algarismos significativos?
• São, como o próprio nome diz, algarismos que 
têm significado
• Ex:
– (2,746 + 0,050) cm
– 2 tem significado (eu tenho certeza dele). O 
mesmo com 7
– 4 é um número incerto mas é uma 
estimativa plausível, sendo assim, também 
tem significado
– 6 não faz sentido, pois se o 4 já é um 
“chute”, qual a importância do 6? Então ele 
não tem significado.
   
Regras para algarísmos significativos
• Algarismos significativos são todos aqueles que 
temos certeza na medida mais o primeiro 
algarismo incerto (chute)
– Pode-se utilizar dois algarismos incertos 
quando o primeiro algarismo correspondente 
na incerteza é 1 ou 2
• Ex: (1,452 + 0,018) cm
• Zeros à esquerda não são significativos 
enquanto à direita podem ser.
– Ex: 0,000043 tem apenas 6 algarismos 
significativos 
– Ex: 2,3500 tem 3 algarismos significativos
   
Alguns exemplos
• Forma correta
– (2,74 + 0,05) cm
– 2,74(5) cm
– (123,4 + 1,2) kg ou (123 + 1) kg
• Forma incorreta
– (2,746 + 0,053) cm (dois algarismos na 
incerteza e primeiro algarismo é >2)
– (2,7455 + 0,0532) cm (incerteza com muitos 
algarismos)
– (2,7 + 0,05) cm (a representação da medida 
não é compatível com a incerteza)
   
Como fazer no caso (1345 + 132) ml?
• A incerteza deve sempre apresentar 1 (ou 2, em 
alguns casos) algarismo significativo.
– 132 possui 3 algarismos significativos
– 130 também (zero à direita É significativo  )
• Uso de potências
– 1345 = 1,345 x 103
– 132 = 0,132 x 103
• A forma correta é (1,34 + 0,13) x 103 ml ou 
ainda (1,34 + 0,13) l (troca de unidades)
– O importante é representar com o número 
correto de algarismos significativos
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30