Biofísica da Visão e Audição

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Biofísica
Visão e audição
Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr.
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Índice de Refração
A refração ocorre quando um feixe luminoso incide sobre um meio material
transparente e sofre um desvio. Considerando-se um meio transparente, como o vidro,
a luz ao incidir sobre este meio sofre uma diminuição da sua velocidade de
propagação, quando comparada com a velocidade de propagação do feixe luminoso
no ar. Além da mudança da velocidade de propagação, há um desvio da direção de
propagação, como podemos ver na figura abaixo.
Vidro
Ar
Feixes luminosos
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Índice de Refração
Índice de refração do vidro
Uma forma de quantificar a refração de um meio material é por meio do índice de
refração. O índice de refração é determinado pela divisão da velocidade de
propagação da luz no ar (vAr), pela velocidade da luz no vidro (vVidro), conforme a
equação abaixo. Quanto maior a redução da velocidade de propagação da luz, ao
entrar no vidro, maior será seu índice de refração. O índice de refração pode ser
usado para caracterizar qualquer sistema ótico, tais como, lentes, instrumentos óticos
e o olho.
Velocidade de propagação da luz no vidro
Velocidade de propagação da luz no ar
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vidro
Ar
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n 
Se a velocidade de propagação da luz no vidro passa para 200.000 km/s, temos
que o índice de refração do vidro (n) é de 1,5, como mostrado abaixo. Observe que
o índice de refração é uma grandeza física adimensional.
km/s 200000
km/s 300000
v
v
n 
vidro
Ar
Lente Convexa
A lente convexa focaliza os feixes
luminosos de uma fonte distante,
do lado esquerdo da figura,
focalizando-o sobre um ponto, no
outro lado da lente. Esse ponto é
chamado de foco e a distância da
lente até o foco de distância focal. A
incidência de um feixe de luz de um
lado da lente convexa gera um
ponto focal, onde os feixes
convergem, do outro lado da lente.
Foco
Lente convexa
Feixes luminosos
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Lente Côncova
A lente côncova diverge os feixes
luminosos de uma fonte distante,
ao contrário da lente convexa a
lente côncova não apresenta ponto
focal.
Lente côncova
Feixes luminosos
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Poder de Refração
Podemos medir o poder de
refração de uma lente a partir do
conceito de dioptria. Definimos
dioptria como a razão entre 1 metro
e a distância focal da lente, assim
uma lente com distância focal de 1
metro apresenta poder de refração
de 1 dioptria, se a distância focal
for de 0,5 m o poder de refração é
de 2 dioptrias, com uma distância
focal de 10 cm (0,1 m) temos 10
dioptrias.
1m
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 refração de Poder 
Humor aquoso (n=1,33)
Disco ótico
Fóvea
Retina
Músculo ciliar
Câmara posterior
Nervo ótico e vasos retinais
Córnea (n=1,38)
Pupila
Índice de Refração do Olho
Cristalino
(n=1,40)
Humor vítreo (n=1,34)
Íris
Zônula
Ar (n=1,0)
Esclerótica
Coróide
O olho humano é um sistema ótimo
extremamente complexo, com
componentes diversos
apresentando diferentes índices de
refração. A luz, ao chegar no olho,
encontra a córnea e em seguida o
humor aquoso, na passagem da
córnea para o humor aquoso há
uma redução do índice de refração.
Depois a luz chega ao cristalino
que apresenta o maior índice de
refração (n = 1,40). A luz antes de
chegar às células fotossensíveis
atravessa o humor vítreo, que
apresenta aproximadamente o
mesmo índice de refração do
aquoso.
Mecanismo de Acomodação
O olho é capaz de aumentar o poder
de refração do cristalino, de 20 para
até 34 dioptrias em crianças e
jovens. Para isso, o cristalino
modifica sua forma, de ligeiramente
convexa, para uma forma com alta
convexidade. Nos jovens, o
cristalino é formado por uma
cápsula elástica, repleta de fibras
viscosas, de origem protéica e
transparente. Quando o cristalino
está relaxado, o mesmo assume
forma quase esférica, devido à
elasticidade da cápsula do cristalino
(figura 2), com maior poder de
refração.
Humor aquoso
Cristalino
Córnea Íris
Músculo ciliar
A contração do músculo ciliar leva as
inserções periféricas dos ligamentos do
cristalino a tracionarem para frente,
relaxando um pouco a tensão sobre o
cristalino. Há uma redução do diâmetro
do círculo das fixações de ligamento,
permitindo uma menor tensão sobre o
cristalino (figura 2).
Humor vítreo
1) Menor refração 2) Maior refração
(músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído)
Zônulas
Assim, quando ocorre a contração
das fibras musculares lisas no
músculo ciliar, o mesmo relaxa os
ligamentos da cápsula do cristalino,
que toma uma forma mais esférica,
aumentando o poder dióptrico do
cristalino (figura 2). Com o músculo
ciliar relaxado, o poder dióptrico do
cristalino é mínimo (figura 1).
Resumindo, com o músculo ciliar
contraído, temos máximo poder de
refração. Com o músculo ciliar
relaxado, o cristalino é tensionado,
diminuindo o poder de refração do
cristalino.
Humor aquoso
Cristalino
Córnea Íris
Músculo ciliar
Humor vítreo
Zônulas
1) Menor refração 2) Maior refração
(músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído)
Mecanismo de Acomodação
Miopia e Hipermetropia
O olho normal, ou emétrope, é mostrado na
figura A. No olho normal objetos situados à
distância são focalizados sobre a retina. No
olho míope, a imagem é formada antes da
retina, como mostrado na figura B. Na maioria
das vezes, um globo ocular mais longo é a
causa da miopia, ou, em outras vezes, o poder
de refração muito grande do sistema de lentes
do olho é a causa. No olho com hipermetropia
a imagem é formada após a retina, como
destacado na figura C. A hipermetropia é em
geral devida a um globo ocular mais curto, ou,
algumas vezes, devida a um poder de refração
menor do sistema de lentes do olho, quando o
músculo ciliar está relaxado.
B) Miopia
C) Hipermetropia
A) Emetropia
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A correção da miopia se faz com a
colocação de lentes côncavas, que leva a
imagem a se formar mais longe. Com o
poder de refração adequado, a imagem se
formará sobre a retina. Para determinar o
grau adequado da lente côncova o
procedimento de tentativa e erro é
adotado, até determinar-se a lente que
coloca a imagem sobre a retina, como
mostrado na figura ao lado, nesta situação
o usuário da lente terá uma sensação de
vista em foco, corrigindo sua visão míope.
Correção da Miopia
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A correção da hipermetropia se faz com a
colocação de lentes convexas, que leva a
imagem a se formar mais perto. Com o
poder de refração adequado, a imagem se
formará sobre a retina. Para determinar o
grau adequado da lenteconvexa o
procedimento de tentativa e erro e também
é adotado. A figura ao lado mostra a
correção de hipermetropia, com a imagem
formando-se sobre a retina.
Correção da Hipermetropia
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Astigmatismo
O astigmatismo ocorre quando existe mais
de um ponto focal (como mostrado na
figura ao lado). Isto acontece porque a
córnea não é perfeitamente esférica, mas
sim ovalada. A córnea (ou mais raramente
o cristalino) de um olho astigmático
apresenta um formato da parede lateral de
um ovo deitado, ou como bola de futebol
americano. Para corrigir essa anomalia é
necessário o uso de lentes cilíndricas. Tais
lentes tem a capacidade de mudar a
distância focal do olho, na direção onde o
raio de curvatura da córnea difere de suas
demais partes.
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Humor aquoso
Disco ótico
Fóvea
Retina
Músculo ciliar
Câmara posterior
Nervo ótico e vasos retinais
Córnea
Pupila
Cristalino
Humor vítreo
Íris
Zônula
Esclerótica
Coróide
São manchas ou pontos escuros no
campo de visão.
Em geral, são pequenas opacidades
dentro de uma gelatina que temos
dentro do olho, chamada humor vítreo.
O vítreo preenche toda a cavidade
posterior do globo ocular.
Embora esses corpos flutuantes
pareçam estar na frente do olho, eles
estão realmente flutuando dentro da
gelatina e a sombra deles é projetada
sobre a retina, conforme a
movimentação dos olhos.
Moscas Volantes
Humor aquoso
Disco ótico
Fóvea
Retina
Músculo ciliar
Câmara posterior
Nervo ótico e vasos retinais
Córnea
Pupila
Cristalino
Humor vítreo
Íris
Zônula
Esclerótica
Coróide
São causadas por alterações que
ocorrem no vítreo, o gel que
preenche o olho, em decorrência da
idade ou doenças oculares.
Geralmente é acompanhado por um
encolhimento ou condensação,
chamado de descolamento do vítreo
posterior, sendo essa uma causa
bastante comum de moscas volantes.
Elas podem resultar também de
inflamações dentro dos olhos ou por
depósitos de cristais que se
depositam na gelatina do vítreo.
Causas das Moscas Volantes
Ilusão de Ótica
As ilusões de ótica indicam uma segmentação entre a percepção de algo e da
concepção desta outra realidade, a ordem de percepção não influencia a
compreensão de algumas imagens. Principalmente nos últimos 20 anos, os cientistas
mostraram um progresso na área óptica. As ilusões causam surpresa quando são
percebidas de formas diferentes e até um certo tipo de divertimento.
As ondas de luz penetram no olho, então entram em células fotorreceptivas na retina.
A imagem formada na retina é plana, contudo, percebemos forma, cor, profundidade
e movimento. Isso ocorre porque nossas imagens de retina, se em uma imagem 2D
ou 3D, são representações planas em uma superfície encurvada. Para qualquer
determinada imagem na retina, há uma variedade infinita de possíveis estruturas
tridimensionais.
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Algumas ilusões trabalham exatamente no fato de sermos, juntamente como outros
primatas, os únicos seres que percebem a noção de largura, altura e profundidade;
uma das explicações para este fato é que temos os olhos na frente da cabeça e não
dos lados como na maioria dos animais.
A percepção que uma pessoa tem do mundo exterior de seu olho não depende
apenas do órgão da visão, mas também de suas emoções, seus motivos, suas
adaptações, etc. A Psicofísica estuda estas percepções e mostra que o mesmo
estímulo físico pode produzir percepções muito variadas.
Ilusão de Ótica
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Tipos de Ilusão de Ótica
Ambíguas
As imagens ambíguas, sempre contém
mais de uma cena na mesma imagem.
Seu sistema visual interpreta a imagem
em mais de um modo. Embora a imagem
em sua retina permaneça constante,
você nunca vê uma mistura estranha das
duas percepções sempre é uma ou a
outra.
A ilusão do vaso Rubim é uma ambígua
ilusão figura/fundo. Isto porque podem
ser percebida duas faces brancas
olhando uma para a outra, num fundo
preto ou um vaso preto num fundo
branco.
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Escondidas
São imagens que à primeira vista não
apresentam nenhum significado, mas
depois de observar você irá se
surpreender.
Na figura ao lado focalize seu olhar no
pontinho preto no centro do círculo...
Agora movimente-se para frente e para
trás... (ainda olhando para o pontinho).
Tipos de Ilusão de Ótica
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Letras
Nossos olhos realmente nos enganam, aqui você descobrirá várias formas e tipos de
letras que enganam nossa vista.
Olhe abaixo e diga as CORES, não as palavras...
Conflito no cérebro: o lado direito do seu cérebro tenta dizer a cor,
enquanto o lado esquerdo insiste em ler a palavra.
Tipos de Ilusão de Ótica
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Arte
São obras publicadas de artistas
consagrados com maravilhosas
ilusões de óptica.
Preste atenção: nesta imagem
existem 9 pessoas. Tente encontrá-
las...
Tipos de Ilusão de Ótica
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Estrutura da Retina
As células sensíveis à luz localizam-se na camada mais interna da retina, a luz
incidente nas células fotorreceptoras atravessam diversas camadas, antes de
sensibilizá-las.
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Seção da retina
Luz
Luz
Após atravessar o sistema de lentes
do olho e o humor vítreo, a luz atinge
a retina na sua superfície interna,
atravessando diversas estruturas,
tais como, as células ganglionares,
as camadas plexiformes e nucleares,
até atingir a camada dos bastonetes
e cones.
Estrutura da Retina
Camada pigmentar
Camada de cones e 
bastonetes
Camada nuclear 
externa
Camada plexiforme 
externa
Camada nuclear 
interna
Camada plexiforme 
interna
Camada de células 
gaglionares
Camada da fibra 
nervosa
Luz
Luz
A acuidade visual é reduzida, pois o
sinal luminoso tem que atravessar
um sistema de camadas, antes de
chegar nas células fotossensíveis.
Os cones são responsáveis pela
visão de cores e os bastonetes são
responsáveis, principalmente, pela
visão no escuro.
Estrutura da Retina
Seção da retina
Camada pigmentar
Camada de cones e 
bastonetes
Camada nuclear 
externa
Camada plexiformeexterna
Camada nuclear 
interna
Camada plexiforme 
interna
Camada de células 
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Camada da fibra 
nervosa
Estrutura da Retina
Luz
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Seção da retina
Camada pigmentar
Camada de cones e 
bastonetes
Camada nuclear 
externa
Camada plexiforme 
externa
Camada nuclear 
interna
Camada plexiforme 
interna
Camada de células 
gaglionares
Camada da fibra 
nervosa
Na região central da retina, (região
foveal), as camadas iniciais são
afastadas lateralmente, evitando
parte da perda da acuidade visual.
A camada pigmentar contém
melanina, que tem função similar
ao interior negro das câmaras
fotográficas.
A retina apresenta dois tipos de fotorreceptores: os
cones e os bastonetes. Os cones são encontrados
em maior concentração na fovea centralis e são
responsáveis pela visão detalhada, precisa e
colorida. Os bastonetes são encontrados em toda
a retina periférica, sendo receptores muito
sensíveis à luz, por isso, deles depende a visão
em baixa intensidade luminosa. Os bastonetes
possuem um pigmento fotossensível chamado
rodopsina. O cromóforo da rodopsina é o 11-cis-
retinal (Vitamina A). Esse cromóforo liga-se à
opsina para formar o complexo binário rodopsina.
Os fotopigmentos existentes nos cones são
chamados de iodopsinas. Os cones possuem
iodopsinas, que combinadas com o retinal formam
três pigmentos distintos: Um sensível ao azul,
outro ao verde e outro ao vermelho. Assim temos
cones sensíveis a cada umas destas cores.
Fotorreceptores
Estrutura do 11-cis-retinal
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Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
Na figura ao lado temos um diagrama do
bastonete e do cone. Os bastonetes são
geralmente mais longos e estreitos que
os cones, apresentam diâmetro entre 2 a
5 m, enquanto os cones apresentam
diâmetro variando de 5 a 8 m, com
exceção da região foveal, onde os cones
apresentam diâmetro de 1,5 m. No
segmento externo do bastonete e do
cone está localizada a substância
sensível à luz. Para o bastonete é a
rodopsina, e para o cone a iodopsina.
Observa-se a presença de diversos
discos nas estruturas de ambas células,
tais discos nos cones são invaginações
na membrana celular.
A) Bastonete B) Cone
Discos
Espaço 
Citoplasmático
Membrana
Plasmática
Cílio
Mitocôndrias
Núcleo
Vesículas
sinápticas
Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
Bastonete e Cone
Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
O terminal sináptico, mostrado no
diagrama ao lado, é responsável pela
comunicação com as células neuronais
subseqüentes, chamadas células
horizontais e bipolares. Essas células
representam os estágios seguintes da
visão.
A) Bastonete B) Cone
Discos
Espaço 
Citoplasmático
Membrana
Plasmática
Cílio
Mitocôndrias
Núcleo
Vesículas
sinápticas
Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
Bastonete e Cone
Na escuridão, a membrana dos bastonetes
apresenta canais iônicos abertos, permitindo a
passagens de íons. É possível detectar um
corrente elétrica (I) entre os dois segmentos do
bastonete (corrente de escuro). O influxo iônico
poder ser devido aos íons de Na+(em 90% dos
casos), ou aos íons de Ca++ (em 10% dos
casos). A corrente de escuro (I) mantém o
bastonete a -40 mV, liberando um
neurotransmissor, muito provavelmente
glutamato, no nível de células bipolares e
horizontais.
Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
Excitação dos Fotorreceptores
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A rodopsina é uma proteína transmembranar do bastonete. A absorção do fóton pelo
11-cis-retinal modifica sua estrutura tridimensional, resultando no isômero, trans-
retinal. Tal mudança acarreta uma variação conformacional na estrutura da opsina,
indicando que houve absorção da energia luminosa.
Rodopsina
GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina
Absorção da Luz pela Rodopsina
1. Inicialmente a célula está no escuro,
liberando glutamato para a célula pós-
sináptica.
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PDE: fosfodiesterase (enzima)
GMPc: Guanosina monofosfato cíclica (nucleotídeo)
GTP GDP
GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina
LUZ
2. Um fóton ativa um elétron no 11-cis-retinal,
levando à ativação da rodopsina.
Absorção da Luz pela Rodopsina
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GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo)
GDP: Guanosina diosfato cíclico(nucleotídeo)
GTP GDP
GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina
LUZ
3. A rodopsina ativa aproximadamente
500 moléculas de transducina, um tipo
de proteína G, que converte GTP em
GDP.
Absorção da Luz pela Rodopsina
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GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo)
GDP: Guanosina diosfato cíclico(nucleotídeo)
GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina GTP
4. A transducina, na forma ativa, atua
ativando várias moléculas de
fosfodiesterase (PDE).
Absorção da Luz pela Rodopsina
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GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina GTP
5. A PDE ativada catalisa a hidrólise de GMPc, formando 5’-GMP (outro nuleotídeo),
podendo catalisar a hidrólise de até 4000 moléculas de GMPc. A diminuição da
concentração de GMPc leva ao fechamento dos canais de Na+. O GMPc, antes
de ser hidrolisado, estava ligado aos canais de Na+ e Ca++, o que deixava esses
canais abertos, em condições de escuridão. A hidrólise de GMPc provoca o
fechamento dos canais de Na+ e Ca++.
Absorção da Luz pela Rodopsina
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GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina GTP
6. A absorção de um fóton é capaz de fechar milhares de canais de Na+. Com o
fechamento desses canais iônicos a membrana hiperpolariza. A diminuição do
potencial de membrana inibe a formação de glutamato, passando a informação
da excitação luminosa para as células bipolares e horinzontais.
Absorção da Luz pela Rodopsina
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A figura ao lado mostra um diagrama
esquemático de um cone, destacando-
se os discos do segmento externo e, em
seguida, sucessivas ampliações,
indicando como as proteínas iodopsinas
que estão inseridas na estrutura do
cone. As iodopsinas são proteínas
trasnsmembranas, como as rodopsinas,
sendo que existem três tipos de
iodopsina, uma para a cor vermelha,
outra para o verde e uma para o azul.
Estrutura do Cone
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Fenômenos ondulatóriossão comuns,
desde de exemplos bucólicos, como uma
onda formada num lago, a fenômenos não
tão óbvios, como as ondas
eletromagnéticas, que compõem a luz
visível. A representação gráfica de ondas,
normalmente satisfatória para os
propósitos da biofísica, faz uso de
funções periódicas, como a função seno,
ao lado. A figura ao lado é a
representação gráfica da função
amplitude, A(x)= sen (x), com x variando
de 0 a 2  unidades de distância (ud).
Nesta representação a amplitude está em
função da posição e varia de -1 a 1
unidades de amplitude (ua).
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Ondas
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Podemos expressar a amplitude em
função do tempo, para caracterizar a
variação temporal, o gráfico ao lado é
uma representação da função A(t)=sen(t),
com t variando de 0 a 2 unidades de
tempo (ut). A amplitude pode representar
diversas grandezas físicas, tais como,
amplitude de vibração, campo elétrico,
pressão entre outras. O eixo x pode
representar a variação em função do
tempo ou da posição.
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Caracterizamos as ondas mecânicas periódicas, ou ondas periódicas, pela oscilação
dos átomos e moléculas que compõem o meio onde a onda se propaga. A freqüência
da onda (f) é a freqüência de oscilação dos átomos e moléculas do meio. O período, T
= 1 / f, é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar por um ciclo
completo do movimento de oscilação. O comprimento de onda () é a distância, entre
dois átomos, que oscilam em fase, ao longo da direção de propagação da onda
mecânica. Na representação abaixo temos a variação da amplitude (A) em função da
posição x.

A
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A amplitude de uma onda caracteriza a grandeza física que varia com o tempo de
forma periódica, normalmente representada graficamente no eixo y do gráfico. A
amplitude pode ser qualquer grandeza física que apresente comportamento
ondulatório. O período da onda abaixo é de 6,283 ms, o que representa uma onda de
freqüência f = 1/T = 159,2 Hz, a amplitude da onda é 1. Na representação abaixo
temos a variação da amplitude em função do tempo t.
T=6,283 ms
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Temos uma relação simples entre o comprimento de onda (), velocidade de
propagação da onda (v) e a freqüência da onda (f), que é dada por:
v = f.
Por exemplo: Consideremos uma onda sonora com velocidade de 334 m/s e um
comprimento de onda de 10 cm. Qual freqüência da onda ?
Solução:
O Hertz é a unidade de medida de freqüência, e é representado por Hz.
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Hz 3340
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1
3340
m 0,1
m/s 334
cm 10
m/s 334
λ
v
f 
Vamos considerar outro exemplo. A figura abaixo mostra uma onda. Qual é o seu
comprimento de onda? Se a frequência for de 12 Hz, qual é a sua velocidade de
propagação?
Solução: Vemos claramente na figura que num total de 12,56 m a onda repete-se
duas vezes. Com  = 6,28 m, temos que a velocidade de propagação (v) é dada
como segue:
v = f. = 12 Hz. 6,28 m = 75,36 m/s .
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Podemos representar matematicamente ondas e, consequentemente, fenômenos
ondulatórios, por meios de funções periódicas como seno e coseno, ou combinações
dessas funções. A onda abaixo pode ser representada pela seguinte função:
E1 (t) = A . sen ( .t) ,
onde A indica a amplitude da onda,  é a freqüência angular (  = 2.f ), onde f é a
freqüência. A amplitude E é expressa em unidades de campo (uc) e o tempo em
unidades de tempo(ut).
A
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As figuras abaixo mostram os gráficos de duas ondas, sendo que a segunda
apresenta o dobro da frequência da primeira. Vemos claramente que dobramos o
número de ondas completas no mesmo período.
E1 = 2.sen(.t);  = 2.f, com f = 0,159 Hz
E2 = 2.sen(.t);  = 2.f, com f = 0,318 Hz
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Arquivo fonte para gerar a figura no Mathematica: diffraction_figure10.nb
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Abaixo temos a representação gráfica de 6 ondas, com a frequência variando de 0,159
Hz até 15,9 Hz.
f = 0,159 Hz f = 1,59 Hz f = 2,385 Hz
f = 3,18 Hz f = 3,975 Hz f = 15,9 Hz
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Vamos considerar agora a influência da amplitude na representação gráfica das
ondas. Temos abaixo a representação gráfica de 3 ondas, com amplitudes 1, 2 e 4. A
representação matemática de cada onda está colocada abaixo. Todas as ondas têm a
mesma frequência (f = 0,159 Hz).
E1 = 1.sen(.t);  = 2.f, com f = 0,159 Hz
E2 = 2.sen(.t);  = 2.f, com f = 0,159 Hz
E3 = 4.sen(.t);  = 2.f, com f = 0,159 HzE1
E2
E3
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Vamos considerar a soma de duas ondas (E1 e E2), ambas com mesma freqüência, mas
com amplitudes 2 uc e 4 uc, respectivamente, como representado abaixo, uc é unidade
de campo, para deixarmos de uma forma geral.
E1 (t) = 2.sen(.t) 
E2 (t) = 4.sen(.t)
E(t) =E1(t) + E2(t) =
E(t) =2.sen(.t ) + 4.sen(.t) = 6. sen(.t)
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Quando o deslocamento dos átomos ou moléculas for perpendicular à direção em que
a onda está viajando, chamamos a onda de transversal, como na animação abaixo.
Para o deslocamento dos átomos ou moléculas coincidente com a direção de
propagação, temos ondas longitudinais ou de compressão. Nas animações
abaixo temos dois exemplos de onda longitudinal.
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Ondas
Ondas Sonoras
As ondas sonoras são produzidas pela deformação de um meio, causadas por
diferenças de pressão. Para propagação das ondas sonoras necessitamos de um
meio material, líquido, sólido ou gasoso. Não há propagação de ondas sonoras no
vácuo. Os sons são, na sua maioria, produzidos pela vibração de objetos sólidos,
como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se
movimenta para fora da caixa acústica cria uma região de alta pressão, devido à
compressão do ar que está próximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma
rarefação, quando o diafragma se volta para dentro da caixa.A figura abaixo ilustra
a produção de som pelo alto-falante.
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Ondas Sonoras
Quando as variações de pressão chegam às nossas orelhas, os tímpanos são levados
a vibrar, causando a sensação fisiológica do som. Uma pessoa com audição normal
consegue ouvir uma faixa de freqüências que varia aproximadamente entre 20 e
20.000 Hz. Ondas que apresentam freqüências abaixo de 20 Hz são chamadas de
infra-sônicas. Ondas com freqüências acima de 20.000 Hz são chamadas ultra-
sônicas.
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Decibel
Para medimos a intensidade de um som usamos uma escala logarítmica chamada de
decibel. Ela é uma razão entre valores, com um valor de referência. A intensidade do
som no limiar da audibilidade, I0, é 10
-12 W/m2. A intensidade som indica o fluxo da
potência acústica sobre uma dada área. A equação para decibel é da seguinte forma:
Como exemplo vamos determinar a intensidade de um ruído na escala de decibéis.
Consideremos o ruído de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2.
Solução: Valor em dB é dado por:
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  db 606.101010.log
10
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log.10log.10I 6
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db 

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
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
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
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

I
I
Sistema Auditivo
Os sistemas auditivos usam mecanorreceptores para converter ondas sonoras em
potenciais de ação. Na audição humana as ondas sonoras são captadas pelo pavilhão
da orelha, que as direciona para o interior do meato auditivo externo (canal), que
então, as conduz para a orelha média e interna.
orelha
externa
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interna
orelha
média
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auditiva
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Sistema Auditivo
A membrana timpânica, ou simplesmente tímpano, recobre a extremidade proximal do
meato auditivo externo. As ondas sonoras, ao atingir a membrana timpânica, levam-na
a vibrar. Seguindo-se o tímpano temos a orelha média, que apresenta ligação com a
nasofaringe por meio da tuba auditiva.
orelha
externa
orelha
interna
orelha
média
tuba
auditiva
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Sistema Auditivo
Na orelha média encontram-se os ossos auditivos: estribo, bigorna e martelo. Esses
ossos transmitem a vibração sonora para uma membrana flexível, chamada janela
oval. Atrás da janela oval temos a orelha interna. A vibração da janela oval resulta em
variações de pressão no líquido encontrado no interior da orelha interna.
orelha
externa
orelha
interna
orelha
média
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auditiva
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As ondas mecânicas,
que propagam-se no
líquido no interior da
cóclea, serão
convertidas em
potenciais de ação,
que levarão a
informação auditiva ao
cérebro.
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Sistema Auditivo
Sistema Auditivo
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(p
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2
).Sons de diferentes frequências são
registrados em diferentes regiões da
cóclea, o que causa a ativação do
nervo coclear em diferentes
posições, propiciando a
diferenciação entre os sons. Na
figura ao lado temos sons de
frequências baixas (400 Hz), médias
( 3000 Hz) e altas 22000 Hz.
Sistema Auditivo
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PURVES, W. K., SADAVA, D., ORIANS, G. H. HELLER, H. G. Vida. A 
Ciência da Biologia, 6a ed. Artmed editora.2002.
GARCIA, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000.
Referências
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