Biofísica_Fluidos

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Centro Universitário do Planalto Central Apparecido dos Santos - UNICEPLAC Curso de Enfermagem
Trabalho de Biofísica
Biofísica dos fluidos e das soluções  propriedades dos fluidos biológicos. Biofísica dos sistemas: sistema cardiovascular, respiratório e renal
Gama-DF 2020
Aluna: Herlen Bruna Diógenes de Sousa
Matricula: 0010416
Introdução
A biofísica é uma física aplicada, alguns conceitos são úteis para a compreensão da fisiologia e de outras disciplinas da área da saúde. Mourão Júnior e Dimitri Marques apresentam uma proposta diferente de ensino de biofísica em seu livro Biofísica Essencial (2017, reimpr.). Nessa obra, os textos são concisos e fluentes, foram escritos em uma linguagem acessível e autoexplicativa, tornando possível que o aluno tenha um bom aproveitamento ao ler, sozinho, os capítulos, exercitando sua qualidade de autodidata. A lista de conceitos-chave é fundamental para a compreensão dos capítulos. As questões colocadas ao final da lista desses conceitos podem ser facilmente encontradas no texto.
Biofísica dos fluidos e das soluções  propriedades dos fluidos biológicos. Biofísica dos sistemas: sistema cardiovascular, respiratório e renal
Conceitos-chave (ordem alfabética) 
	Conceitos-chave
	Aceleração
	Elasticidade
	Inércia
	Atrito
	Energia dissipada
	Pressão
	Capilar
	Esfíncter
	Pressão hidrostática
	Circuito
	Fluido
	Pressão positiva e negativa
	Circuito aberto e fechado
	Fluidodinâmica
	Pressão sistólica e diastólica
	Complacência ou capacitância
	Fluxo
	Princípio de Pascal
	Conteúdo e continente
	Força
	Resultante
	Densidade
	Força de atrito
	Sístole e diástole
	Diálise
	Força motriz
	Tensão
	Difusão
	Grandeza escalar e vetorial
	Velocidade
	
	Grau de fluidez
	Viscosidade
Questões 
1) Aponte as diferenças entre energia cinética, energia potencial e energia mecânica.
Energia Cinética
A energia que um corpo adquire quando está em movimento chama-se energia cinética. A energia cinética depende de dois fatores: da massa e da velocidade do corpo em movimento.
Qualquer corpo que possuir velocidade terá energia cinética. A equação matemática que a expressa é:
Teorema da  energia cinética
O trabalho realizado pela resultante de todas as forças aplicadas a uma partícula durante certo intervalo de tempo é igual à variação de sua energia cinética, nesse intervalo de tempo.
Supondo uma força F constante, aplicada sobre um corpo de massa m com velocidade vA, no início do deslocamento d e velocidade vB no final desse mesmo deslocamento.
Energia Potencial
É um tipo de energia que o corpo armazena, quando está a uma certa distância de um referencial de atração gravitacional ou associado a uma mola.
Existe uma forma de energia que está associada a posição, ou melhor, uma energia que fica armazenada, pronta para se manifestar quando exigida, esta forma de energia recebe o nome de Potencial.
Quando discutimos o conceito de trabalho, falamos sobre dois casos especiais: o trabalho do peso e da força elástica. Esses trabalhos independem da trajetória e conduzem ao conceito de uma nova forma de energia – Energia Potencial.
Energia Potencial  Gravitacional (EPG)
Devido ao campo gravitacional um corpo nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía. Esta energia é chamada Potencial Gravitacional.
Para Calcular: Epg = m . g . h
Energia Potencial  Elástica (EPE)
Ao esticarmos ou comprimirmos uma mola ou um elástico, sabemos que quando soltarmos esta mola ela tenderá a retornar a sua posição natural (original). Essa tendência de retornar a posição natural é devido a algo que fica armazenado na mola a medida que ela é esticada ou comprimida. Este algo é a energia potencial elástica.
Para Calcular: 
Energia Mecânica
Chamamos de Energia Mecânica a todas as formas de energia relacionadas com o movimento de corpos ou com a capacidade de colocá-los em movimento ou deformá-los.
Conservação da energia mecânica
A energia mecânica (Emec) de um sistema é a soma da energia cinética e da energia potencial.
Quando um objeto está a uma altura h, ele possui energia potencial; à medida que está caindo, desprezando a resistência do ar, a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui no topo da trajetória vai se transformando em energia cinética e quando atinge o nível de referência a energia potencial é totalmente transformada em energia cinética. Este é um exemplo de conservação de energia mecânica.
Na ausência de forças disssipativas, a energia mecânica total do sistema se conserva, ocorrendo transformação de energia potencial em cinética e vice-versa.
2) O que são fluidos?
Os fluidos são definidos como substâncias que apresentam capacidade de fluir ou escoar, por não poderem resistir a uma força que é paralela à sua superfície (tensão de cisalhamento), e sempre assumem o formato do recipiente onde são confinados. Algumas substâncias, como o mel e o piche, levam um certo tempo para adquirir a forma do recipiente, mas um fluido sempre assumirá o mesmo formato que o recipiente onde está inserido.
Líquidos e gases são considerados fluidos porque não possuem seus átomos organizados de forma simétrica e rígida, formando uma rede cristalina, como acontece com os sólidos cristalinos.
Existem duas grandezas que caracterizam os fluidos: massa específica e pressão.
Massa específica: A massa específica (ρ) é fruto da razão entre a massa de um fluido e o volume ocupado por ele:
ρ = m
      V
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida para massa específica é o Kg/m3.
Por serem mais compressíveis, a massa específica dos gases varia muito com a pressão, o que não ocorre com os líquidos
Pressão:A pressão é fruto da ação do líquido sobre as paredes de um recipiente e pode ser definida a partir da razão entre a força aplicada pelo fluido e a área de aplicação dessa força:
P = F
       A
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de pressão é o N/m2, também chamado de pascal (Pa). Outras unidades usadas para essa grandeza são o atm, que corresponde à pressão exercida pelo ar atmosférico a nível do mar, e o Torr, nome dado em homenagem ao Evangelista Torricelli por causa da invenção do barômetro. 1 Torr corresponde à pressão gerada por uma coluna de 760 mm de mercúrio.
1 atm = 1,01 x 105 Pa = 760 Torr
A lei de Stevin determina a pressão exercida por um fluido em repouso:
P = patm + ρ.g.h
Patm = Pressão atmosférica;
ρ = Massa específica do líquido;
g = gravidade;
h = Altura da coluna de líquido considerada.
3) Sobre os conceitos de densidade e viscosidade: há alguma relação entre eles?
A viscosidade de um líquido (inverso da fluidez) mede a resistência interna oferecida ao movimento relativo de diferentes partes desse líquido. A viscosidade mede a resistência de um líquido em fluir (escoar) e não está diretamente relacionada com a densidade do líquido, que é a relação massa/volume. Por exemplo, o óleo de soja utilizado para cozinhar é mais viscoso que a água, embora seja menos denso. Apesar da nítida diferença entre viscosidade e densidade, é comum ouvir a frase “este líquido é muito denso” para se referir a um líquido que tem dificuldade em escoar. A frase correta deveria ser “este líquido é muito viscoso”.
4) Diferencie o conceito de velocidade do de aceleração.
Pode-se afirmar que a diferença entre velocidade e aceleração é que uma depende da outra para existir.
Como sabemos, a velocidade pode ser definida como sendo uma grandeza vetorial que pode ser definida mediante razão entre a variação da posição de um determinado corpo no espaço e o tempo gasto durante esse trajeto, sendo assim, a velocidade mede o movimento de um corpo. 
Em contrapartida, podemos dizer que a aceleração também se trata de uma grandeza vetorial e através dela pode-se medir a taxa de variação entre a velocidade em relação ao tempo. Com a aceleração podemos verificar se um corpo está realizando um movimento uniformemente acelerado ou movimento uniformemente retardado. Ouseja a velocidade é uma grandeza vetorial e pode ser definida pela razão entre a variação da posição de um corpo no espaço e o tempo gasto neste trajeto, ela portanto mede o movimento de determinado corpo. Enquanto isso a aceleração também é uma grandeza vetorial e determina a taxa de variação entre a velocidade em relação ao tempo. Através dela podemos dizer se um corpo está realizando um movimento é uniformemente acelerado ou movimento uniformemente retardado.
5) Relacione o conceito de força com o de inércia.
Todos, alguma vez, já experimentamos os efeitos da inércia. Dentro de um ônibus, por exemplo, estamos nos deslocando com a mesma velocidade que ele. Sempre que o ônibus faz uma curva, arranca ou freia, ele sofre uma variação de velocidade, seja no módulo ou na direção. Quando isso ocorre, precisamos nos segurar para evitar a queda, pois a tendência do nosso corpo é manter a velocidade. É como se nosso corpo, de alguma forma, estivesse se opondo à mudança de velocidade. Entretanto, quando o ônibus viaja em linha reta, com velocidade constante, não é preciso fazer esforço para ficar parado dentro dele.
- Inércia é a propriedade que os objetos têm de opor resistência à aceleração, diferente da força que Intuitivamente, associamos o conceito de força à ação de puxar ou de empurrar objetos. Quando levantamos uma mala do chão, estamos exercendo uma força sobre ela. Quando empurramos um carro, também estamos fazendo uma força. Quando uma bola de futebol rola sobre a grama e para, isso significa que a grama exerceu uma força sobre a bola. Em situações práticas, sempre teremos vários objetos com várias forças agindo sobre cada um deles.
A correta identificação das forças que atuam em cada objeto é o primeiro passo para descrever o que ocorre com ele. Força é o que causa uma mudança de velocidade ou deformação em um objeto.
Características de uma força
 - Sempre ocorre entre dois objetos
 - Causa mudança na velocidade ou causa uma deformação
 - É uma grandeza vetorial: para caracterizá-la é necessário conhecer sua intensidade, direção e sentido.
No Sistema Internacional de Unidades, a força é medida em newtons, que se abrevia por N.
1N = 1kg.m/s2
6) Diferencie grandeza escalar de grandeza vetorial.
Diariamente nos deparamos com muitas grandezas físicas. Algumas dessas grandezas ficam perfeitamente definidas com um valor numérico e sua unidade de medida. É o caso, por exemplo, da temperatura. Quando dizemos que a temperatura ambiente é de 23º C, não precisamos de mais nenhuma informação para explicar esse fenômeno.
No entanto, existem grandezas que, além do valor numérico e da unidade de medida, necessitam de uma direção e um sentido para que fiquem perfeitamente definidas. Por exemplo, a distância entre Goiânia (GO) e Brasília (DF) é de aproximadamente 170 km. Para chegarmos a Brasília, partindo de Goiânia, devemos percorrer cerca de 170 km, na direção nordeste e sentido Goiânia-Brasília.
As grandezas que são definidas apenas pelo seu valor numérico e sua unidade de medida são chamadas de grandezas escalares.
São grandezas escalares: Tempo, Temperatura, Volume, Massa, Trabalho de uma Força, etc.
Aquelas que necessitam de uma direção e um sentido, além do valor numérico e da unidade de medida, são chamadas de grandezas vetoriais. As grandezas vetoriais são representadas por vetores.
Vetor é um ente matemático caracterizado por possuir um sentido, uma direção e um módulo (intensidade). Graficamente, vetor é representado por uma reta orientada, indicado por uma letra sobre a qual colocamos uma seta. vetor força vetor aceleração vetor velocidade
 São grandezas vetoriais: Velocidade, Aceleração, Força, Deslocamento, Empuxo, Campo elétrico, Campo magnético, Força peso, etc.
7) Qual é o agente físico capaz de alterar o estado de inércia de um fluido?
Força é um conceito fundamental da mecânica clássica usado para designar o agente que altera o estado de repouso ou de movimento de um determinado corpo, além de provocar deformações. 
8) Diferencie pressão de tensão.
Pressão é uma grandeza que avalia a distribuição de uma força numa certa área.
Pressão= Força/Área
Tensão é uma grandeza também que associa força sobre área, porém se diferencia no seguinte conceito: Ela é caracterizada por ser um infinitésimo de força aplicada sobre infinitésimo de área, ou seja, é uma força bem pequena aplicado a área muito pequena(tende a zero)
Tensão=lim df/da, da-->0: Tensão é o limite de um diferencial de força aplicado num diferencial de área, este tendendo a zero.
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9) Enuncie as leis de Laplace e de Boyle.
A lei de Boyle Essa lei foi formulada pelo químico irlandês Robert Boyle (1627-1691) e descreve o comportamento do gás ideal quando se mantém sua temperatura constante (transformação isotérmica). Considere um recipiente com tampa móvel que contem certa quantidade de gás. Aplica-se lentamente uma força sobre essa tampa, pois desse modo não alteraremos a temperatura do gás.Observaremos um aumento de pressão junto com uma diminuição do volume do gás, ou seja, quando a temperatura do gás é mantida constante, pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais. 
 lei de Laplace as vezes chamada lei de Laplace-Young ou equação de Young–Laplace é uma lei da física que relaciona a variação de pressão na superfície que separa dois fluidos de distinta natureza com as forças de ligação molecular.
10) Explique fisicamente como ocorre o processo de ventilação pulmonar.
A ventilação pulmonar é a renovação do ar da via condutora de ar para os pulmões e do ar do espaço alveolar que ocorre durante a inspiração e expiração pulmonar. A via condutora de ar e o espaço alveolar forma a via condutora-alveolar.
A inspiração, que promove a entrada de ar nos pulmões, é dada pela contração da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma abaixa e as costelas se elevam, promovendo o aumento da caixa torácica, com consequente redução da pressão interna (em relação à externa), forçando o ar a entrar nos pulmões.
A expiração, que promove a saída de ar dos pulmões, é dada pelo relaxamento da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma se eleva e as costelas abaixam, o que diminui o volume da caixa torácica, com consequente aumento da pressão interna, forçando o ar a sair dos pulmões
11) Diferencie circuito fechado de circuito aberto.
No circuito fechado o fluido que está contido nesse circuito movimenta-se sem contato direto com os outros sistemas, já no circuito aberto, o fluido contido nesse sistema estabelece contato direto com os outros sistemas.
12) Explique o papel que a pressão desempenha na aceleração dos fluidos.
Só ocorrera aceleração de um fluido se houver diferença de pressão entre os dois pontos do circuito, porém, ao ter sua inercia rompida pela diferença de pressão, o movimento do fluido em velocidade constante é mantido pela própria inercia. 
13) O que significa o termo “pressão negativa”? E “pressão positiva”?
Pressão Negativa: É quando diminuímos a pressão de um continente, ou seja, essa pressão de sucção ‘ aspira’ um fluido para seu interior. Pressão negativa não é um termo da física, uma vez que a pressão é uma grandeza escalar, ou seja, existe ou não.
A pressão positiva expiratória final, também conhecida como PEEP é uma forma de aplicação de resistência a fase expiratória objetivando a abertura de unidades pulmonares mal ventiladas ou mesmo a manutenção desta abertura por mais tempo visando melhorar a oxigenação por implementar a troca gasosa.
Para se obter Pressão Positiva, injeta-se ar com pressão controlada em determinado ambiente estanque , de forma que este ar não "escape" totalmente.
De maneira inversa, para se obter Pressão Negativa, retira-se ar com pressão controlada em determinado ambiente estanque ,de forma que este ar não "escape" totalmente.
Diferencie fluxo de velocidade de escoamento.
Fluxo é a grandeza física que exprime o volume do fluido que escoa por uma unidade de tempo. A diferença do fluxo para a velocidade de escoamentoé que a velocidade de escoamento é a velocidade com o que o fluxo flui
14) Quais os fatores que determinam a resistência ao fluxo no sistema circulatório?
- Raio do vaso: quanto maior o raio do vaso, menor a resistência e maior o fluxo.
- Esfincter pré- capilar: vai alterar o raio do vaso, a resistência e assim, a pressão do sistema.
- Viscosidade do fluido: quanto mais viscoso, mais força para movimentar o fluido.
15) Nos capilares do sistema circulatório humano, tanto a pressão quanto a velocidade do sangue são muito baixas. Explique, à luz da termodinâmica, por que isso ocorre.
Isso ocorre devido a parede dos vasos serem finas demais e uma velocidade e pressão altas acabariam por romper os vasos.
16) Qual é a vantagem fisiológica do sangue passar lentamente e sob baixa pressão nos
capilares? A vantagem é que os capilares vao levar nutrientes e oxigênio aos tecidos, passando lentamente ele irá suprir a necessidade dos tecidos.
17) Explique o papel da pressão na fisiologia cardiovascular.
Sua parede é mais fina que a das artérias e, portanto, o transporte do sangue é mais lento. Assim, a pressão do sangue no interior das veias é baixa, o que dificulta o seu retorno ao coração. A existência de válvulas nesses vasos, faz com que o sangue se desloque sempre em direção ao coração.
18) Explique de maneira sucinta como se dá a dinâmica de filtração glomerular.
É na cápsula glomerular que ocorre a filtração glomerular, que consiste no extravasamento de parte do plasma sanguíneo do glomérulo renal para a cápsula glomerular. O líquido extravasado é chamado filtrado. Esse filtrado contém substâncias úteis ao organismo, como água, glicose, vitaminas, aminoácidos e sais minerais diversos. Mas contém também substâncias tóxicas ou inúteis ao organismo, como a uréia e o ácido úrico. Da cápsula glomerular, o filtrado passa para os túbulos renais.
Referência
MOURÃO Jr., C. A.; ABRAMOV, D. M. Biofísica Essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Livro eletrônico Minha Biblioteca. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2127-1/pageid/0