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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.
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