Aulas Biofisica

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BIOFÍSICA
Unidades e Grandezas
Unidades e Grandezas
De que se compõem os seres vivos? 
Qual é a composição do Universo?
Contemplar o universo é trazer um banquete aos sentidos, podemos contemplar objetos, luzes, cores, sons, por fim a espantosa presença dos seres vivos.
A primeira vista, a composição deste universo parece muito complexa, entretanto podemos nos ater a alguns elementos fundamentais 
Unidades e Grandezas
Os elementos fundamentais que compões o universo são:
Matéria, energia, espaço e tempo.
Esses componentes, são considerados fundamentais simplesmente porque não podem ser substituídos por outros, 
São também denominados Grandezas, Qualidades ou Dimensões fundamentais. 
Unidades e Grandezas
Todos nós temos noção, subjetiva e objetiva, desses componentes:
Matéria – através dos objetos, corpos, alimentos, etc.
Energia – Através do calor, luz, som, wifi, etc.
Espaço - Através das distâncias, áreas, volume dos objetos, etc.
Tempo – Pela sucessão dos dias, da espera dos acontecimentos, etc.
Unidades e Grandezas
Massa
Massa é a quantidade de matéria que compõe um ser vivo ou objeto, sub a ação da gravidade a massa exerce uma força, esta força é conhecida como peso.
Quilograma
A unidade fundamental de massa chama-se quilograma.
O quilograma (kg) é a massa de 1dm3 de água destilada à temperatura de 4ºC.
Unidades e Grandezas
Apesar de o quilograma ser a unidade fundamental de massa, utilizamos na prática o grama (g) como unidade principal de massa
Observe que cada unidade de volume é dez vezes maior que a unidade imediatamente inferior.
Múltiplos
Unidade principal
Submúltiplos
quilograma
hectograma
decagrama
grama
decigrama
centigrama
miligrama
kg
hg
dag
g
dg
cg
mg
1.000g
100g
10g
1g
0,1g
0,01g
0,001g
Unidades e Grandezas
Nos seres vivos a escala de massa é amplamente variável, podemos citar os vírus que possuem uma massa aproximada de 10 -20 Kg a uma baleia que pode chegar a 10 3Kg
Quantos mg há em 2g de um determinado reagente?
Se tivéssemos que trabalhar com kg qual seria o valor?
Unidades e Grandezas
Tempo
 O tempo tem dois aspectos. No dia-a-dia e para alguns fins científicos queremos saber a hora do dia para podermos ordenar eventos em sequência.
A escala mais utilizada de tempo se enquadra Anos, dias, horas, minutos e segundos. 
Unidades e Grandezas
 Em muitos trabalhos científico estamos interessados em conhecer a duração de um evento. Assim, qualquer padrão deve ser capaz de responder as duas perguntas: “Quando isso aconteceu?” e “Quanto tempo isso durou?” Sua unidade no sistema internacional é o segundo.
Unidades e Grandezas
Área
O cálculo de áreas é uma parte da Geometria que possui uma variedade de aplicações no cotidiano.
 A área pode ser calculada através do produto entre duas dimensões do plano: comprimento x largura ou base x altura. 
Unidades e Grandezas
Existem algumas expressões algébricas matemáticas que são associadas a figuras geométricas, possibilitando o cálculo de suas áreas.
 As unidades usuais de áreas, de acordo com o SI (sistema internacional de unidades) são:
Unidades e Grandezas
km² = quilômetro quadrado
hm² = hectômetro quadrado
dam² = decâmetro quadrado
m² = metro quadrado
dm² = decímetro quadrado
cm² = centímetro quadrado (Bastante usado em saúde)
mm² = milímetro quadrado 
Unidades e Grandezas
O procedimento para o cálculo da área de uma região plana exige que todas as dimensões estejam numa mesma unidade de comprimento.
As unidades de comprimento e de área podem ser transformadas de acordo com as seguintes tabelas de conversões de medidas
Unidades e Grandezas
Exemplo 1
Um muro com as seguintes medidas: 20m de comprimento e 2m de altura foi construído com tijolos de dimensões 20cm de comprimento e 20cm de altura. Quantos tijolos foram gastos na construção desse muro, descartando a hipótese de desperdício?
Unidades e Grandezas
Pedro deseja colocar cerâmica na área de lazer de sua casa, que possui 9 m de comprimento por 6 m de largura. Se forem usadas cerâmicas quadradas com lado medindo 100cm, quantas serão gastas?
Unidades e Grandezas
Metro
O que é o metro?
Sempre que medimos uma grandeza, estamos comparando-a com outro padrão de referência.
De forma geral, tudo que se mede refere-se a padrões estabelecidos instituições internacionalmente reconhecidos.
No Brasil, temos o Instituto Nacional de Metrologia, Normatização e Qualidade Industrial (Inmetro) 
Unidades e Grandezas
Quando o sistema métrico decimal foi estabelecido o metro foi definido como 10 -7 vezes a distância do Equador ao Polo Norte medida ao longo do meridiano que passo por Paris.
Em 1969 foi utilizada uma unidade natural de comprimento baseada na radiação atômica.
1 metro passa a ser 1650763,73 comprimentos de onda da luz vermelho alaranjada emitidas pelos átomos excitados de criptônio 86
Ondas
Comprimento de onda é a distância entre valores repetidos num padrão de onda.
λ = Comprimento de Onda.
Υ = Amplitude de Onda.
Frequência indica o número de execuções (oscilações) por unidade de tempo.
F=1/T
F(Hz)- Frequência em Hertz
T(s)- Tempo em Segundo
Unidades e Grandezas
Escala métrica
Unidades e Grandezas
Exercício de conversão de medidas
5km ___m
10m ___dm
2,5cm ___mm
3,5m ___cm
Quanto vale em metros:
3,6km + 500m
2,5km + 30hm + 200cm
Unidades e Grandezas
Volume 
Volume é a quantidade de espaço que um corpo ocupa, o volume não esta relacionado com o peso e sim como a forma que a matéria está distribuída em um corpo.
O volume tem sua unidade expressa em tamanhos cúbicos, M3, Cm3, etc
Unidades e Grandezas
Unidades e Grandezas
Volume
Capacidade
metro cúbico
1 quilolitro/ 1000L
decímetro cúbico
1litro
centímetro cúbico
Mililitro /0,001L
Unidades e Grandezas
Um aquário possui o formato de um paralelepípedo com as seguintes dimensões:
Determine quantos litros de água são necessários para encher o aquário
Unidades e Grandezas
Se relacionarmos o volume com a massa de um corpo iremos obter sua densidade 
A densidade representa a quantidade de massa presente em um determinado volume
Para alcançar a densidade de um corpo devemos dividir sua massa pelo volume
Unidades e Grandezas
Os tecidos biológicos possuem uma densidade muito similar a da água.
Se compararmos, a densidade do sangue é de 1.057 g/cm3
A densidade da água é de 1.0 g/cm3
Com exceção dos ossos, qualquer alteração nesses valores de densidade podem indicar uma patologia 
Unidades e Grandezas
Energia e trabalho
Essas são duas grandezas que possuem a mesma expressão dimensional 
Elas representam dois aspectos de uma mesma grandeza
Energia pode produzir trabalho
Trabalho pode produzir energia
Unidades e Grandezas
Energia e trabalho são definidos como produto da força vezes a distância percorrida pela força
E ou T = força X distância 
Toda manifestação biológica se faz através do trabalho ou energia 
Unidades e Grandezas
Unidades e Grandezas
O trabalho/energia são medidos pelo joule
1 joule é obtido quando a força de 1 newton se desloca por 1 metro
Se levantarmos 100g de massa a 1 metro de altura iremos realizar trabalho de 1 joule 
Unidades e Grandezas
Força e pressão
Podemos definir qualquer agente externo que modifica o movimento de um corpo livre ou a deformação em um corpo fixo como força
A força está presente em todos os sistemas biológicos desde moléculas até sistemas complexos, as forças de atração e repulsão estão presentes nas reações moleculares
Unidades e Grandezas
Usamos até mesmo a medida da força de contração musculas para identificar patologias
A unidade de medida da força é o newton
A distribuição da força em uma determinada área é definida como pressão 
A pressão tem como unidade o pascal (Pa)
Unidades e Grandezas
A todo momento nosso corpo sofre interações relativa a pressão, a mais conhecida é a pressão que o sangue exerce sobre as paredes dos vasos.Também podemos citar a força que moléculas em uma solução exerce sobre as paredes celulares (pressão osmótica)
Unidades e Grandezas
Quando a pressão exercida modifica o volume, surge algo diferente (trabalho/energia)
Esse tipo de trabalho originado da pressão x volume resulta da contração de cavidades 
Ex: Coração, diafragma/pulmão, bexiga, vasos sanguíneos, bexiga, etc.
Unidades e Grandezas
Força = massa multiplicada pela aceleração
Pressão = força dividida pela área
ACELERAÇÃO
A mudança de velocidade em função do tempo é a aceleração 
A aceleração pode ser obtida dividindo a velocidade dividida pelo tempo
Unidades e Grandezas
Teoria dos erros
As medidas nunca são feitas de maneira absoluta
Uma medida só tem significado quando se pode avaliar o erro pelo qual está afetada
Água
A água (H2O), uma das substâncias mais comuns do planeta, é encontrada no estado líquido, sólido e gasoso.
A água compõe a maior parte da massa dos seres vivos, 
Mais de 70% da massa do corpo.
 Sua porcentagem pode variar nos tecidos do nosso organismo (20% nos ossos e até 85% no cérebro).
Água
A molécula de água (H2O) é formada por uma ligação covalente entre um átomo de oxigênio (O) e dois átomos de hidrogênio (H)
Graças à alta eletronegatividade do oxigênio, quando comparado aos hidrogênios, a molécula da água é polarizada, ou seja, apesar de ter carga total igual a zero, possui carga parcial negativa na região do oxigênio e positiva na região dos hidrogênios.
Água
Água
As moléculas de água unem-se por ligações de hidrogênio. Essas ligações acontecem em virtude da atração exercida pelos átomos de oxigênio aos átomos de hidrogênio das moléculas vizinhas.
As ligações do tipo pontes de hidrogênio realizadas pelas moléculas da água as mantêm unidas umas as outras, fenômeno conhecido como coesão.
Água
Graças à coesão, a superfície de uma massa de água pode formar uma película relativamente resistente, o que chamamos de tensão superficial.
Água
Graças ao fato de a molécula de água ser polar, essa tende a se aderir a superfícies constituídas por substâncias polares, essa polaridade também é conhecida como adesão.
 A coesão e a adesão são responsáveis pela capilaridade, ou seja, a tendência que a água tem de subir pelas paredes de tubos ou se deslocar por espaços estreitos em materiais porosos.
Água
Quando um tubo fino de parede hidrofílica é mergulhado na água, essa adere à parede do tubo e sobe em seu interior. As moléculas de água aderidas as paredes puxam, graças à coesão, as demais moléculas da coluna de água, fazendo-a se deslocar.
Água
A elevação da água em tubos capilares é inversamente proporcional ao diâmetro do tubo ( quanto mais fino, mais a água sobe no capilar). A capilaridade contribui para o deslocamento de seiva bruta pelos microscópicos vasos lenhosos das plantas (das raízes as folhas
Água
A água no estado sólido apresenta ligações mais duráveis. Já no estado líquido, as ligações de hidrogênio são desfeitas e refeitas rapidamente, o que garante a fluidez da água.
A água possui grande capacidade de dissolver substâncias, o que a torna um “solvente universal”. 
Para agir como solvente, a água deve interagir com o soluto, promovendo a separação das substâncias ou realizando novas ligações.
Água
Quando substâncias iônicas são colocadas na água, por exemplo, esse solvente consegue separar os íons do soluto em um processo conhecido como hidratação.
As moléculas de água são capazes de associar-se tanto a moléculas com carga elétrica positiva quanto negativa (moléculas polares). Os sais, açúcares, proteínas etc.
Água
são substâncias que apresentam afinidade pela água, dissolvendo-se nela.
 Essas substâncias são chamadas de hidrofílicas.
O que acontece quando adicionamos moléculas apolares a água?
gorduras e outras substâncias que não apresentam carga (moléculas apolares), não se dissolvem em água e por isso são chamadas de hidrofóbicas.
Água
Os íons de sal são atraídos pelas moléculas de água, separam-se e misturam-se com elas. Forma-se uma solução de sal (soluto) e água (solvente)
As moléculas de água não consegue interagir com moléculas apolares como óleo, que tende a ficar agregado sem se misturar coma água.
Água
Nos seres vivos, a água desempenha variadas funções. Veja a seguir as principais delas:
 Transporte de substâncias pelo corpo;
 Eliminação de substâncias tóxicas ou em excesso;
 Regulação térmica do organismo;
 Diminuição de atrito por meio da lubrificação de superfícies;
 Dissolução de substâncias para a realização de reações metabólicas;
Água
A água é essencial à manutenção da vida, pois ajuda a evitar variações bruscas na temperatura dos organismos. 
A água pode desempenhar esse papel, pois apresenta altos valores de calor específico, calor latente de vaporização e calor latente de fusão.
O que é calor específico?
Água
Calor específico: quantidade de calor que um grama de uma substância precisa absorver para aumentar sua temperatura em 1°C, sem que haja mudança de estado físico.
A água é capaz de absorver e perder grandes quantidades de calor sem esquentar nem esfriar muito.  
Água
Calor latente de vaporização: a quantidade de calor absorvida durante a vaporização de uma substância em seu ponto de ebulição.
A quantidade de calor necessária para provocar a vaporização da água é muito alta.
 Cada vez que certa quantidade de água evapora, leva consigo muito calor. 
Água
A água contida no suor evapora e leva consigo o calor da pele e do sangue abaixo dela, o que impede que a temperatura do corpo se eleve muito.
Água
Calor latente de fusão: é a quantidade de calor necessária para transformar um grama de uma substância em estado sólido para o estado líquido, na temperatura de fusão.
A água apresenta alto calor latente de fusão, isso significa que, para tornar-se gelo, ela precisa liberar muito calor (requer exposição a temperaturas inferiores a 0ºC por tempo prolongado)
Água
A água apresenta características que permitem classificá-la em diferentes tipos.
Uma das principais classificações é baseada na salinidade da água
Água salgada
Água salobra
Água doce
Água
A água salgada é aquela que apresenta alta concentração de sal, principalmente cloreto de sódio, e salinidade igual ou superior a 30%.
Ela é o principal tipo de água encontrado no planeta, representando cerca de 97,5% do total.
Água
A água salobra é aquela que não apresenta uma quantidade de sal elevada como a água salgada, mas não possui a mesma quantidade de sal da água doce.
Essa água, que possui salinidade entre 0,5% e 30,5%, poderia ser considerada um meio-termo entre a água salgada e a doce. Esse tipo é encontrado principalmente em mangues.
Água
Água doce, é a que possui salinidade inferior ou igual a 0,5%. Apesar do termo fazer alusão ao açúcar, na realidade, ele refere-se apenas a uma presença pequena de sal. É o tipo de água que usamos para beber e realizar nossas atividades diárias.
Água destilada, além das águas encontradas naturalmente, alguns tipos são produzidos em laboratório para que haja a pureza necessária para a realização de alguns estudos, produção de medicamentos e limpeza de alguns materiais
Água
Esse é o caso da água destilada, que sofre o processo de destilação para a retirada de todas as substâncias e sais minerais nela presentes.
A água deionizada também é um tipo produzido em laboratório, entretanto, diferentemente da água destilada, ela não pode ser considerada pura. 
Ela caracteriza-se por não possuir apenas substâncias iônicas, não sendo livre de substâncias moleculares. Os processos para chegar à água deionizada são a troca iônica ou a osmose reversa
Água
O (Ph) percentual hidrogeniônico, contido em uma água possui uma escala que mede o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade do líquido, influenciando na qualidade da água.
A escala do pH da água pode variar de 1 a 14, indicando a concentração de íons H+ presentes na água
É essa concentração de íons H+ que determina o caráter ácido da água.Todo o pH inferior a 6 é ácido.
Água
Quanto menor o número, mais ácida é a água. 
Por exemplo, o pH de um refrigerante é 2,5, extremamente ácido. 
O pH ideal para a nossa saúde é acima de 7. O pH de 7 a 10 significa que a água é alcalina, ou seja, a água ideal para a nossa saúde. A água com pH alcalino possui um poder de hidratação superior às demais águas.
Água
 O pH é medido em escala logarítmica, o que significa que com a diminuição de 1 ponto no pH torna a solução 10 vezes mais ácida.
Ou seja uma solução com pH 3 é 10 vezes mais ácida que uma solução de pH 4 e 100x mais ácidaque uma solução de pH 5, 1000 x mais ácida que uma solução de pH 6 e 10.000 x mais ácida que uma solução com pH 7.
Água
Quando o pH é maior que 7 a solução é chamada de alcalina. Uma solução com pH 10 é 10x mais alcalina que uma solução com pH 9
Para o nosso corpo é muito importante que os líquidos que ingerimos sejam alcalinos e ricos em minerais. O nosso corpo, quando gera energia, consome elétrons, gerando um resíduo ácido (excesso de prótons H+). O nosso corpo precisa eliminar este excesso de ácido.
Água
Solução tampão
São misturas de soluções de eletrólitos que resistem a variações de pH quando pequenas quantidades de ácidos ou base são adicionadas ao sistema.
As soluções tampão sofrem pequenas variações 
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