INTRODUÇÃO À BIOFÍSICA

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INTRODUÇÃO À 
BIOFÍSICA 
Universo e sua composição fundamental 
Composição fundamental do Universo: 
• Matéria (M) Objetos, corpos, alimentos 
• Energia (E) Calor, luz, som, trabalho físico 
• Espaço (L) Distâncias, áreas e volumes dos objetos 
• Tempo (T) Sucessão do dia e da noite, espera dos 
acontecimentos, duração da vida, etc. 
O QUE É A 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.” 
Biofísica - Definição 
Estudo da Matéria, Energia, Espaço e Tempo nos 
Sistemas Biológicos 
Grandezas Fundamentais X Grandezas Derivadas 
• Grandezas Fundamentais : 
 
 
 
• Grandezas Derivadas: Fruto da combinação das grandezas fundamentais. 
 
 Ex: 
Matéria, 
Energia, 
Espaço, 
Tempo. 
Volume (L3), 
 
Velocidade (L/T) 
Grandezas Fundamentais : Qualitativa 
Números: Quantitativa 
Grandezas Físicas 
• Toda grandeza física é identificada pelo fato de apresentar 
medidas. Observe que a medida compreende duas partes: um 
número e uma unidade. 
 
2 Kg 
5 m 
Grandeza física: massa 
Número da medida: 2 
Unidade da medida: Kilograma 
Grandeza física: comprimento 
Número da medida:5 
Unidade da medida: metro 
Um pouco de história... 
Para medir, o homem tomava a 
si próprio como referencial !!! 
Sistema Internacional de Unidades (SI) 
 
Unidades base 
Sistema Internacional de Unidades (SI) 
 
Unidades derivadas 
Matéria ou Massa (M) 
• É a medida da quantidade de matéria de um ser vivo. 
 
• Sob a ação da gravidade exerce uma força, que é o Peso. 
Área, comprimento e volume 
• Comprimento: L (unidade: m) 
 
 
• Área ou superfície corporal: L2 (unidades: m2, cm2) 
 
 
• Volume : L3 (unidades: m3, cm3, l, ml) 
 
Densidade 
• Quantidade de matéria existente na unidade de volume dos 
corpos. 
Massa 
Volume 
d = 
Velocidade 
• Espaço percorrido dividido pelo tempo decorrido 
Espaço 
Tempo 
v = 
Aceleração 
• Mudança de velocidade em função do tempo. 
ΔV 
Tempo 
a = 
• Tipos de aceleração: 
- Positiva 
- Negativa 
Aceleração 
g = 9,8 m/s² 
• Produto da massa pela aceleração 
 
• Está presente em todos os sistemas biológicos 
 Ex: Forças de atração, forças de repulsão, força de 
contração muscular, etc. 
 
 
Força 
Massa X Aceleração a = 
Unidade: Newton 
• Representam dois aspectos de uma mesma grandeza 
Energia e Trabalho 
Trabalho 
Energia 
Energia 
Trabalho 
Toda manifestação biológica se faz 
através de Trabalho ou Energia 
Energia e Trabalho 
Unidade: Newton 1 Joule: É obtido quando a força de 1 
Newton se desloca 1 metro 
Força X Distância E ou T = 
Energia (ou Trabalho) 
W = 
Tempo 
Potência 
• Capacidade de realizar trabalho (ou produzir energia) em 
função do tempo 
Unidade: Watt 
(Joule/seg) 
• Força agindo sobre uma área. 
Pressão 
Força 
P = 
Área 
Unidade: Pascal (Pa) (1 N/m²) 
Trabalho Pressão X Volume = 
• É a resistência interna de um fluido, líquido ou gás. 
 
• Força que deve ser feita durante certo tempo para deslocar uma 
área unitária de fluido 
Viscosidade 
Força X Tempo 
Ƞ = 
Área 
Unidade: Poise 
(10 Poise = 1 Pa.s) 
• Representa a força que deve ser feita para penetração de 
objetos em uma superfície líquida. 
Tensão superficial 
Força 
σ = 
Distância 
Trabalho 
σ = 
Área 
ou 
• É uma medida de intensidade de energia térmica 
 
• CALOR: medida da quantidade de energia térmica (Kcal) 
Temperatura 
A temperatura é uma expressão da energia cinética das 
moléculas 
• Número de eventos quaisquer por unidade de tempo. 
Frequência 
1 
f = 
T 
Unidade: Hertz 
(1 evento por segundo) 
Teoria do Campo X Biologia 
Matéria 
• Teoria do Campo: Toda matéria emite um Campo, que é energia. 
Essa energia se manifesta como uma Força, que pelo seu 
deslocamento é capaz de produzir Trabalho. 
Energia Força Trabalho ↔ ↔ ↔ 
Gravitacional 
G 
Eletromagnético 
EM 
Elétrico 
Campos e suas Propriedades 
Campo Propriedades 
Gravitacional Somente forças de atração 
α 1/d² 
Age a longas distâncias 
Eletromagnético (com carga) Forças de atração e repulsão 
Elétrico: Cargas + e – 
α 1/d² 
Age a pequenas distâncias 
Magnético: Pólos norte e sul 
α 1/d 
Age a distâncias médias 
Eletromagnético (sem carga) 
 
Campo elétrico e Magnético 
combinados 
UV, IV, luz visível, ondas de rádio 
Nuclear Forças principais de atração e 
repulsão muito fortes 
Age a distâncias muito curtas 
Campo Gravitacional 
• É emitido por toda e qualquer matéria e fornece somente forças 
de atração. 
 
• Campo gravitacional provocado é muito utilizado em Biologia . 
Ex: 
Como o Campo G está envolvido com os sistemas biológicos? 
• Movimento, especialmente o de origem muscular, que, por sua 
vez, constitui-se em Trabalho (expressão de todos os processos 
vitais); 
 
• Introdução de fluidos; 
• Drenagem venosa; 
• Atividade Física; 
• Ação sobre massa sanguínea; 
• Ação sobre vísceras; 
• Ação sobre as curvaturas da coluna. 
 
 
 
Campo Eletromagnético 
• Forças de atração e repulsão do campo Eletromagnético . 
• Campo elétrico: 
 EGC, EEC, EMG, Impulso nervoso. 
 
 
 
 
 
• Campo Magnético: 
 Propriedades de certas moléculas :Hgb, Ferredoxina, citocromo, 
etc. 
 
• Campo eletromagnético: Calor 
Como o Campo EM está envolvido com os sistemas 
biológicos? 
Campo Nuclear 
• Existe somente dentro dos limites do núcleo; 
 
• Mantém a coesão entre as estruturas subatômicas e, por isso, é 
responsável por sustentar todas as estruturas derivadas do 
átomo. 
Formas de Energia nos Campos 
• Energia Potencial (Ep): em repouso, armazenada. 
 
• Energia Cinética (Ec): em movimento, trabalhando. 
 
Ep ↔ Ec 
• Trabalho Ativo Sistema gasta energia. 
 
• Trabalho Passivo Sistema não gasta 
 energia. 
Trabalho Ativo X Trabalho Passivo 
Transporte Biológico 
• Um dos tipos de trabalho biológico mais importante é o 
TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS. 
Transporte Ativo Transporte Passivo 
Trabalho físico X Trabalho Biológico 
Um indivíduo, fazendo exercício, 
levanta um objeto de 3Kg a 1,2m 
de altura. Seu rendimento 
muscular é de apenas 25%. 
Calcular TF e TB 
Campo Gravitacional 
• 1. Força gravitacional: 
 
 
• 2. Energia gravitacional: 
 
 
 
 
mg F= 
mgh Ep= 
Exemplo: 
 Calcular a força de atração exercida sobre a 
massa de sangue de 100g na cabeça de um 
indivíduo. 
 
 Calcular a energia potencial da massa de sangue 
na cabeça de um indivíduo de 1,70m em pé, e 
deitado, com a cabeça a 5 cm (0,05m) do chão. 
Pressão atmosférica 
• Representa a força que as moléculas que compõem os gases 
atmosféricos exercem sobre a superfície da Terra, em função da 
ação da gravidade. 
Alavancas 
• Instrumentos para modificar a Força ou a Velocidade dos 
movimentos. São braços onde se aplicam: 
a. Um ponto de apoio 
b. Duas forças em oposição 
F x dF = R x dR 
Exemplos de alavancas e movimentos musculares 
Interfixa Interresistente Interpotente 
Atrito 
• Tipo de força que se opõe ao movimento dos corpos 
 
• Atrito de deslizamento 
• Atrito de imobilidade 
 
• Ex: Introdução de sondas, catéteres, endoscópio, etc. 
Atritoentre a sola do pé e o solo. 
F = µ x f 
 A matéria, de um modo geral, é neutra; ou seja, tem distribuição 
equivalente de cargas positivas e negativas. 
Campo Eletromagnético 
• Coulomb: É a quantidade ou número de cargas. 
 
• No Campo Elétrico, o Coulomb é o análogo da quantidade de 
Matéria, ou Massa, no campo Gravitacional. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
1,6 x 1018 
cargas (+) 
1 coulomb 
1,6 x 1018 
cargas (-) 
1 coulomb 
• Voltagem: É a diferença de energia entre dois pontos. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
1C 1C 
A B 
Unidade: volt 
Quanto maior a voltagem, 
maior a energia elétrica 
• Amperagem: A movimentação de cargas em função do tempo é 
a corrente elétrica. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
Unidade: Ampère (I) 
1C 1C 
A B 
Em 1 segundo 
1 Joule 
COULOMB 
AMPÈRE = 
SEGUNDO 
• Potência: Capacidade de realizar Trabalho em função do tempo. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
Unidade: Watt (W) 
1C 1C 
A B 
Entre A e B, V = 1 volt 
I =1 Ampère 
WATT = VOLT x AMPÈRE 
• Resistência Elétrica: É a medida de oposição à passagem de 
corrente elétrica. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
Unidade: Ohm (Ω) 
1C 1C 
A B 
V = 1 volt 
I =1 Ampère 
VOLT 
OHM = 
AMPÈRE 
• Resistividade: Resistência por comprimento e área do material. 
 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
↓ Resistividade 
Isolantes ou Dielétricos ↑ Resistividade 
Condutores 
CONDUTÂNCIA x CONDUTIVIDADE 
• Capacitância: É um fenômeno relacionado ao acúmulo de cargas 
opostas em condutores separados por um meio isolante. 
Campo Eletromagnético – Conceitos importantes 
AMPÉRE x SEGUNDO 
FARAD = 
VOLT 
Unidade: FARAD 
Capacitor