Aulas 1 e 2 Biofísica

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Biofísica
	Prof. Dr. Miguel Angelo da Silva Medeiros
Biofísica
É uma ciência interdisciplinar que aplica as teorias e os métodos da física para resolver questões de biologia. A biofísica busca enxergar o ser vivo com um corpo, que ocupando lugar no espaço, e transformando energia, existe num meio ambiente o qual interage com este ser.
O que é ciência?
Atividade humana em constante mudança
Representa as descobertas, os saberes.
O esforço da humanidade em reunir conhecimentos sobre a natureza
Conjunto de conhecimentos que descreve a organização natureza, e a origem desta organização.
CIÊNCIA – FÍSICA
Descrever e explicar os fenômenos naturais
IMPORTÂNCIA DA FÍSICA
Responsável por grande parte do desenvolvimento científico alcançado pela humanidade
Objetivo das tecnologias: Bem estar social
Medicina: Raio x, ultrasonografia, medicina nuclear.
Transportes:motores a explosão, aviação, trens de levitação magnética
Geração de energia
Notação científica
No estudo da física e das demais ciências aparecem às vezes números muito grandes ou muito pequenos. Em ambos os casos, o número de algarismos a escrever é muito grande.
Por exemplo, sabemos que a velocidade da luz no vácuo é de aproximadamente 300.000 Km/s. Exprimindo este mesmo valor no SI, temos 300.000.000 m/s, e existem números muito maiores.
Existe um modo simples e prático de escrever tais números, sem ter que escrever muitos zeros. O método consiste em desdobrar o número em dois fatores, um dos quais seja uma potência de dez.
Por exemplo: 300.000.000 = 3 x 100.000.000
Ora, o segundo fator pode ser escrito sob a forma 108, e então o número passa a ser representado da seguinte maneiro: 3 x 108
Analogamente, escrevemos:
70.000 = 7 x 10.000 = 7 x 104
500.000 = 5 x 100.000 = 5 x 105 
O número a representar poderá ter o segundo e mesmo o terceiro algarismo diferente de zero. Neste caso, procederemos da seguinte maneira:
Vejamos uma regra prática muito simples. 
	Por exemplo, se quisermos representar 17.500.000.000. Escrevemos o número, colocando uma marcar imediatamente à direita do primeiro algarismo. 
Assim: 1 7.500.000.000
Agora escrevemos os algarismos iniciais do número, colocando uma vírgula no lugar assinalado, e escreva em seguida a potência de dez. Assim:
	1,75 x 1010 
Analogamente, o número 83.000.000 seria reescrito da seguinte maneira:
8 3.000.000
	8,3 x 107
Exercícios de aplicação
1) 8.000 = 
2) 40.000 = 
3) 45.000 = 
4) 458.000 =
5) 61.000.000.000= 
6) 15.000 =
7) 602.300.000.000.000.000.000.000 = 
8) 9.000.000.000 = 
Para números pequenos, isto é, números fracionados decimais com muitos zeros a direita da vírgula, vamos analisar o seguinte caso prático.
Considerando o número:
0,000.000.000.000.135
Reescreva o número, colocando uma segunda vírgula, à direita do primeiro algarismo diferente de zero:
1,35 x 10-13
Exercício de aplicação
1) 0,01 = 1 x 10-2
2) 0,001 = 1 x 10-3
3)0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.662 = 
Universo x Composição
De que se compõem os seres vivos?
Qual a composição do universo?
	Composição Fundamental do Universo
Matéria (M) / Massa
Energia (E)
Espaço (L)
Tempo (T)
↓
Grandezas / qualidades / Dimensões fundamentais
Grandezas / qualidades / Dimensões fundamentais
↓
Matéria → objetos, corpos, alimentos
Energia → calor, luz, som, trabalho físico
Espaço → distância, área e volumes de objetos
Tempo → sucessão do dia e da noite, espera dos acontecimentos, duração da vida
↓
Grandezas derivadas
↓
Área, Volume, Densidade e Velocidade
Área → espaço ao quadrado (L2)
Volume → espaço ao cubo (L3)
Densidade (d) → relação entre a quantidade de massa (M), e o volume (L3)
↓
d = massa/volume = M/ L3
Velocidade (V) → relação entre o espaço percorrido (L) e o tempo decorrido (T)
↓
v = Espaço/Tempo = L/T
Obs: Essas Grandezas Naturais definem a composição e os fenômenos que ocorrem no universo.
Biofísica é o estudo da matéria, espaço, energia e tempo que ocorrem nos Sistemas Biológicos.
Os seres vivos e as composição do universo
Seres vivos
 ↓ integram
Universo
↓
Matéria
↓
Utilizam e produzem energia
↓
Ocupam espaço
↓
Vivem dimensão tempo
Sua composição, estrutura e função qualitativa, é quantitativamente definida por números adequados, com o uso das grandezas Fundamentais e Derivadas.
Grandezas, Unidades e Dimensões
Medidas
Uma grandeza física é uma propriedade de um corpo, ou particularmente de um fenômeno, susceptível de ser medida, i.e á qual se pode atribuir um valor numérico.
A medição de uma grandeza pode ser efetuada por comparação direta com um padrão ou com um aparelho de medida (medição direta), ou ser calculada, através de uma expressão conhecida, à custa das medições de outras grandezas (medição indireta). Contudo mesmo este último caso engloba medidas diretas, pelo que é importante ter alguns conhecimentos básicos sobre este tipo de medições.
A medição de uma grandeza é então a comparação dessa grandeza com outra da mesma espécie, um padrão, a que chamamos unidade por convenção.
Obs: As Grandezas Fundamentais e Derivadas são convenientemente agrupadas em Sistemas coerentes de medidas. O uso desses sistemas é indispensável, porque racionaliza o uso das grandezas.
	
	* O SI (Sistema Internacional) é oficialmente recomendado.
Biologia
↓
MKS
↓
Metro, Kilograma, Segundo
↓
CGS
↓
Centímetro, Grama, Segundo
Submúltiplos
↓
Kilograma
↓
Grama → mil vezes menos
↓
Miligrama → um milhão de vezes menor
↓
Miligrama → mil vezes menor que o grama
Metro
↓
Centímetro (cm, 10-2 do metro)
↓
Milimetro (mm, 10-3 do metro)
MASSA (M)
É medida da quantidade de matéria de um ser vivo. Sob ação da gravidade a massa exerce uma força que é o PESO.
Indicador do estado de higidez do individuo. 
Os seres vivos variam largamente na escala de massa:
Vírus → massa da ordem 10-20 kg
Baleias → massa da ordem 103 kg
Observações
A densidade dos tecidos biológicos é peculiarmente próxima da água, com exceção do tecido ósseo, que é muito mais denso.
A densidade do sangue humano é pouco mais densa que a água.
A densidade dos tecidos e fluidos biológicos é caracteristicamente constante, variando dentro de estreitos limites. Variações além, ou aquém, desses limites, significam alterações que podem ser patológicas.
ACELERAÇÃO
Mede a aceleração do sangue na ejeção cardíaca, a aceleração da corrente aérea na respiração.
Se o espaço percorrido aumenta em função do tempo, a aceleração é positiva, se diminui é negativa.
Velocidade
Mede a velocidade constatante
Corrente sanguínea
Impulsos nervosos
Deslocamento dos íons nos compartimentos
V = Espaço/Tempo = L/T
t
Mudança da velocidade em função de Tempo
Aceleração do sangue na ejeção cardiáca
Aceleração da corrente aérea na respiração
a = ∆ V / tempo
Pressão
A pressão sanguínea é a força que o sangue exerce sobre as paredes dos vasos sanguíneos.
A pressão intraglomerular é a força que o plasma exerce dentro dos glomérulos, e produz o filtrado para a formação da urina.
A pressão osmótico é a força que moléculas de uma solução exercem sobre paredes celulares.
OBS: Quando a pressão exercida modifica o volume do sistema, aparece o trabalho (Energia).
Pressão x Volume = trabalho
Esse tipo de trabalho originado do produto Pressão x Volume resulta da contração de cavidades, como no coração, pulmão, artérias, bexiga, tubo digestivo, etc
Força
F = Massa x Aceleração = MLT
Presente em todas as estruturas e processos biológicos.
As moléculas biológicas são formadas através de forças de atração e também de repulsão, e essas forças são atuantes nas reações moleculares.
São forças de atração que respondem pela manutenção de estruturas supramoleculares, como células, tecidos e órgãos.
A unidade de medida da força é o Newton.
Energia (E) e Trabalho (T)
Energia pode produzir trabalho
Trabalho também pode produzir energia
E ou T = Força x Distância = MLT-2 xL = ML2T-2 
Ou seja, o produto
da Força vezes a distância percorrida pela Força. Medido pelo Jole.
OBS: o trabalho representa a principal, se não a única, atividade do ser vivo. Toda manifestação biológica se faz através de trabalho ou energia.
A síntese de proteína é trabalho retirado da energia elétrica dos alimentos.