O Universo e Composição Fundamental

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1 1 O Universo e Composição Fundamental I) Componentes Fundamentais do Universo São aqueles que não podem ser substituídos por outros. Matéria (M): representada pela massa, são os objetos, corpos, alimentos. Energia (E): calor, luz, som, trabalho físico. Espaço (L): distâncias, áreas, volume dos objetos. Tempo (T): sucessão do dia e noite, espera dos acontecimentos, duração de vida. A combinação das grandezas fundamentais origina as grandezas derivadas. Por exemplo: Área = espaço ao quadrado (L 2 ) e Volume = espaço ao cubo (L 3 ). Densidade = Massa/volume Velocidade = Espaço/Tempo. Biofísica é o estudo da Matéria, Energia, Espaço e Tempo nos Sistemas Biológicos. Os seres vivos, como partes do Universo, são compostos por Matéria, utilizam e produzem Energia, ocupam Espaço próprio, e vivem durante um Tempo. Sistemas de medidas: SI: oficialmente recomendado. MKS (Metro, Kilograma, Segundo) CGS (Centímetro, Grama, Segundo)

2 2 Exemplos: MASSA 1Kg é a massa de 1 litro de água que ocupa o volume de um cubo de 1000 cm 3. 1g = 1/1000 Kg ou 10-3 Kg, ou seja, um grama é mil vezes menor que o kilograma. 1mg = 1/ Kg ou 10-6 Kg, ou seja, um MG é um milhão de vezes menor que o kilograma e milvezes menor que o grama. ESPAÇO 1m = 100 cm, ou seja, um centímetro é 100 vezes menor que o metro. 1m = 1000 mm, ou seja, um milímetro é 1000 vezes menor que o metro e 10 vezes menor que o centímetro. TEMPO Múltiplos do segundo (s): minuto (60 s), hora (60 min ou 3600 s), II) Grandezas Fundamentais e Derivadas mais importantes nos Sistemas Biológicos: Massa: quantidade de matéria de um ser vivo. Sob ação da gravidade exerce uma força que é o peso. Larga variação de massa entre os seres vivos: vírus Kg, baleias 10 3 Kg. Área (L2): área ou superfície corporal em m 2 ou em cm 2. Volume (L3): expressa em m 3 ou cm 3 ou ainda em l ou ml. Densidade (d): representa a quantidade de matéria existente na unidade de volume dos corpos. d = massa/volume. A densidade dos tecidos biológicos é próxima da densidade da água.

3 3 Exemplo: densidade do sangue humano é 1,057 x 10 3 Kg/m 3 e da água é 1,0x 10 3 Kg/m 3. Velocidade (v): é o espaço percorrido em um determinado tempo. V = L/T = LT -1. Exemplo: velocidade da corrente sangüínea, impulsos nervosos, movimentos musculares, deslocamento de íons pelas membranas. Aceleração (a): mudança de velocidade em função do tempo. Pode ser positiva ou negativa. A = LT -1 /T = LT -2 Exemplo: a aceleração da corrente do ar inspirado. Força (F): produto da Massa pela Aceleração. É medida em Newtons (N). F = M x LT -2 = MLT -2. Exemplo: força da contração muscular. Energia e Trabalho: produto da Força vezes a distância percorrida pela força. Energia pode produzir Trabalho e viceversa. São medidos em Joule (J). E ou T = Força x Distância = MLT -2 x L = ML 2 T -2. Potência (W): é a capacidade de realizar trabalho (ou produzir energia) em função do tempo. É medida em watt. W = ML 2 T -2 /T = ML 2 T -3 W = Joule /segundo.

4 4 Pressão (P): força atuando sobre uma área. É medida em pascal (Pa). P = força/área = MLT -2 /L 2 = ML -1 T -2 Pa = N/m 2. Exemplos: Pressão sangüínea é a força que o sangue exerce sobre a parede do vaso sangüíneo. A pressão osmótica é a força que as moléculas de uma solução exercem sobre as paredes celulares. Quando a pressão modifica o volume do sistema, aparece trabalho ou energia. ML -1 T -2 x L 3 = ML 2 T -2 Pressão x Volume = Trabalho Exemplo: este tipo de trabalho ocorre na contração de órgãos cavitários como coração, bexiga, pulmão, tubo digestivo. Viscosidade (η): é a resistência interna de um fluido ou gás. É visível no escoamento de fluidos, bastando comparar o escoamento da água (viscosidade menor) com o do mel (viscosidade maior), por exemplo. η = (Força x Tempo) / Área = (MLT -2 xt)/l 2 = ML -1 T -1 Exemplos: viscosidade sangüínea (desidratação), lubrificação das articulações. Tensão superficial (σ): força que deve ser exercida para a penetração de um objeto em uma superfície líquida. É medida em Newton/metro ou Joule/metro. Força / Distância = MLT -2 / L = MT -2 ou

5 5 Trabalho / Área = ML 2 T -2 / L 2 = MT -2 Temperatura (θ)= é uma medida de intensidade de energia térmica. Deve ser diferenciada de Calor que é medida da quantidade de energia térmica. É medida em graus centígrados. Freqüência (f): fenômenos que se repetem ao longo do tempo. É medida em Hertz (Hz) que corresponde ao evento por segundo. F = 1/T = T-1 Exemplos: freqüências cardíaca, respiratória.