Introdução ao estudo de biofísica

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Biofísica
Prof. Me. Victor Rennan S. Ferreira – victor.re@yahoo.com 
3º Fase - Licenciatura Plena em Ciências Biológicas
O Universo e sua composição
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Grandezas Fundamentais – Tudo aquilo que podemos mensurar!
Matéria (M) – Objetos, corpos, alimentos;
Energia (E) – Calor, luz, som, trabalho;
Espaço (L) – Distâncias, áreas e volume;
Tempo (T) – intervalo da aula, sucessão de
 dia e noite, duração da vida.
Matéria!
MATÉRIA
Qualquer objeto que tenha existência física ou real é matéria. 
Massa é a quantidade de matéria que constitui um corpo.
Peso é a força gravitacional que atua sobre a massa de um corpo.
PESO Massa
Grandezas Fundamentais e suas derivadas
Qual a diferença entre massa e peso?
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Peso massa
 P = m.g
Sobre a superfície da Terra, onde a gravidade é = a 10 m/s², um astronauta possui peso igual a 700N. Em uma expedição à Lua, onde g = 1,6 m/s² a massa desse astronauta será igual a ?
Newton (1 N = 1 kg . m/s2).
( P= peso; m= massa e g= gravidade)
+ peso
+ gravidade
Peso é um tipo de força... Por isso é vetorial, pois possui valor numérico (eq.) direção (sempre vertical) e sentido (para baixo em função da gravidade)
P = 700N massa = 70 kg peso na lua = 112
Gt – 10
Gl – 1.6
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O QUE É GRAVIDADE? 
A mais de 300 anos atrás... uma maçã caiu na cabeça de 
Ele percebeu a partir daí, que o mesmo fenômeno que explica a queda de uma maçã explica a órbita da Terra em volta do sol...
Explique com suas palavaras o que é gravidade
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A gravidade não é uma força, mas sim uma consequência da curvatura do espaço-tempo que regula o movimento de objetos inertes
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Voltando a matéria...
Matéria
Massa atômica
Massa atômica é a massa de um átomo em relação a 1/12 da massa de um átomo de carbono-12.
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Massa molecular
2 x 1 + 1 x 16 = 18u
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Energia! 
Energia e Trabalho: representam dois aspectos de uma mesma grandeza:
Energia pode produzir Trabalho e Trabalho pode produzir Energia
Portanto, energia é a capacidade de realizar trabalho.
Toda manifestação biológica se faz por meio de Trabalho/Energia.
Trabalho também pode produzir energia... 
1º lei da termodinâmica
Dois tipos fundamentais de energia
Potencial é a energia que um objeto possui em virtude da posição relativa que encontra-se dentro do sistema (energia armazenada). Um martelo levantado, uma mola comprimida ou um arco tensionado, todos possuem energia potencial!
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Cinética é a energia que um corpo em movimento possui devido à sua velocidade
Dois tipos básicos de energia
Mas professor, eu já ouvi falar que massa é igual a energia e vice-versa... E agora?
O que significa essa fórmula? Isto é, o que A. Einstein queria mostrar com ela?
Qual foi a história de Einstein até chegar a essa fórmula?
De fato, energia é igual a massa? Justifique sua resposta! 
Em quais situações podemos observar essa teoria (fórmula) em ação?
Espaço
É o campo onde ocorre todos os eventos, sejam eles observáveis ou não;
A região compreendida entre dois pontos consecutivos.
Tradicionalmente, considera-se que existam 3 dimensões do espaço: altura, largura e comprimento.
espaço
Espaço
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Perímetro, área e volume: as dimensões dos seres vivos variam no espaço e podem ser quantificadas a partir dessas grandezas derivadas:
 
Perímetro = soma do contorno do espaço;
Área = espaço ao quadrado (L²); 
Volume = espaço ao cubo (L³);
Para que mensuremos o espaço, existe algumas medias padrões como centímetros, metros, milhas, polegadas, entre outros.
Densidade - Representa a quantidade de matéria existente em um dado espaço. D = Massa/Volume.
Velocidade (m/s; Km/h): Os seres vivos e seus componentes (e.g. sangue) estão em constante movimento, que nada mais é que a mudança de posição no Espaço. Esse fenômeno é medido pela velocidade, definida como o Espaço percorrido dividido pelo tempo decorrido.
 V=espaço/tempo
v=10cm/2s
v= 5cm/s
10cm
T = 2s
Tempo é a grandeza física diretamente associada ao correto sequenciamento, mediante ordem de ocorrência, dos eventos naturais.
 O tempo tem importância para os seres vivos, pois um urso precisa saber o momento certo de hibernar; uma árvore o instante certo de abrir seus botões ou cair suas folhas...
"É o jeito que a natureza deu para não deixar que tudo acontecesse de uma vez só." (John Wheeler)
"Uma ilusão. A distinção entre passado, presente e futuro não passa de uma firme e persistente ilusão." (Albert Einstein)
O que é um ser vivo sob a ótica da Física? 
Os seres vivos, fazendo parte do Universo, são compostos de matéria, utilizam e produzem energia, ocupam espaço próprio e vivem na dimensão do tempo.
O que é Biofísica? 
 A Biofísica é o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos sistemas biológicos, empregando para isso, as metodologias e conhecimentos da física.
Histórico
O termo biofísica é relativamente novo. Contudo, o conteúdo científico é bem antigo, segue alguns exemplos: 
Leonardo Da Vince (1452 – 1519)
Estudou a mecânica do voo dos pássaros para construir sua máquina voadora;
Alexander Graham Bell 1847 - 1922
 
Foi um cientista inventor e fundador da companhia telefónica Bell  
Luigi Galvani 1737 - 1798
Foi um médico, físico e filósofo italiano e descobridor da bioeletricidade;
Hermann von Helmholtz  1821 - 1894
Thomas Young  1773 - 1829
Helmholtz - foi um matemático, médico e físico alemão.
Young - físico e médico britânico;
Teorias da visão e percepção visual, percepção espacial, visão a cores;
Robert Brown (1796 – 1862)
Descobriu o movimento browniano em meios biológicos e o núcleo celular.
Hoje, em função da área da biofísica, é comum:
 Detectarem e analisarem os potenciais elétricos gerados no coração e no cérebro;
Fazer uso de Laser;
Ultrassom;
Raios-X;
Ecografia.
Importância da Biofísica
Importância da biofísica
Na biomedicina: 
Sistemas auxiliares de audição;
Válvulas cardíacas e cerebrais;
Marca-passo;
 
Medidores de pressão;
entre outros.
Aspectos elétricos, gravitacionais, magnéticos e até mesmo radiológicos, estão na fundamentação de vários fenômenos biológicos, e portanto, podem ser tratados pelos conhecimentos das ciências físicas. 
Importância da biofísica
Foco da nossa disciplina:
O que é luz? Quais aparatos biológicos usamos para fazer uso da luz? Como enxergamos colorido? Qual a relação entre um globo ocular e uma câmera fotográfica?
O que é som? Quais são os mecanismos utilizados pelo nosso corpo para poder ouvir? De que forma os animais utilizam o som para a comunicação? 
Qual a importância da respiração para nós seres vivos? Como a leis dos gases influência nosso dia-a-dia? Para que serve a ventilação pulmonar? 
O que é eletricidade? Qual a influência dessa energia no nosso organismo? Como os peixes elétricos produzem energia?