FÍSICA Ciências Biomédicas 1º ano, 1º ciclo, 3º bloco 2009/2010 Rui Guerra, (Curso preparado pela Professora Carla Quintão Silva)

Transcrição

1 O Keeffe FÍSICA Ciências Biomédicas 1º ano, 1º ciclo, 3º bloco 2009/2010 Rui Guerra, (Curso preparado pela Professora Carla Quintão Silva)

2 Programa Complementos de mecânica Complementos de mecânica de fluidos Movimento oscilatório e propagação de ondas Radioactividade Aplicações lasers à medicina Alguns elementos de electromagnetismo e aplicações aos sistemas biológicos Elementos de termodinâmica Os sentidos da audição e da visão

3 Avaliação A nota final será uma média ponderada entre o exame (0.7) e a componente prática (0.3). Os elementos de avaliação da componente prática são: as folhas de resultados devidamente preenchidas, um relatório do trabalho prático: Lei da Hidrostática e Medição da Pressão Arterial, comportamento e autonomia observados no decorrer das aulas. Os coeficientes de ponderação de cada um destes elementos serão, respectivamente: 0.5, 0.3 e 0.2. Os alunos serão automaticamente reprovados se faltarem a mais do que uma sessão prática. Se faltarem a uma sessão prática, a nota da componente prática será calculada considerando zero a nota referente aos trabalhos a que o(a) aluno(a) faltou, à excepção de casos devidamente justificados. Da componente associada ao exame constarão perguntas teóricas, resolução de exercícios e resposta a questões relacionadas com os trabalhos práticos realizados.

4 Recuperação de doentes com dificuldades motoras Mecânica Desempenho de atletas Construção de prótese e outros dispositivos CORPOS EM EQUILÍBRIO A primeira condição de equilíbrio de um corpo corresponde à Primeira Lei de Newton e escreve se através da expressão vectorial: i F i = 0

5 A segunda condição depende não apenas das forças que estão aplicadas, mas também do ponto de aplicação das mesmas. Se pensarmos num corpo em que as únicas forças presentes são o seu peso e a força normal ao plano onde este se encontra. Verifica se que, para que o corpo se mantenha em repouso, é necessário que a vertical que passa sobre o seu centro de massa se encontre sobre a sua base de sustentação. Ou seja, enquanto que na situação c) o corpo movimentar se á, nas situações a) e b) os corpos manter se ão em repouso.

6 A grandeza que permite estabelecer a segunda condição de equilíbrio num corpo rígido é o momento da força. Que é também uma grandeza vectorial, cujo módulo é dado por: L=F. d. senα onde: F é o valor da força, d é a distância do ponto de aplicação da força ao ponto de rotação e α é o ângulo formado pela força e pelo vector que liga o ponto de aplicação da mesma ao ponto de rotação. No caso da figura L = F 1.d.senα+F 2.d.senβ Convenção: rotação no sentido horário sinal negativo

7 Relação entre os momentos das forças aplicadas a um corpo e o sentido do seu movimento de rotação. Assim, para que haja equilíbrio é necessário cumprir se também a segunda condição de equilíbrio: i L i = 0

8 EQUILÍBRIO DO CORPO HUMANO Exemplos de corpos em equilíbrio:

9 O MECANISMO DAS ALAVANCAS Uma alavanca é uma máquina simples formada por uma barra rígida que pode rodar em torno de um ponto fixo, ao qual se chama fulcro. As alavancas podem ser classificadas em três classes:

10 Aplicando a segunda condição de equilíbrio a uma alavanca verifica se que: F= Pd 1 d 2 Se definirmos como amplificação mecânica a razão entre a amplitude do peso e a força efectuada, F, obtém se: η m P F = d 2 d 1

11 Aplicando a equação anterior às alavancas da classe 3 (aquela às quais o nosso braço pertence), verificamos que a amplificação mecânica é menor que 1!!! Então porque utilizará o nosso corpo esta classe de alavancas? Para responder a esta questão, atente se na seguinte figura (a letra v representa velocidade e a letra L representa distância):

12 e conclui se que: d 1 d 2 = v 1 v 2 = L 1 L 2 A título de exemplo, estude se o caso do braço, aplicando este formalismo. Verificar se á que a força necessária para içar um corpo cujo peso é P é aproximadamente 10P.

13 ELASTICIDADE E COMPRESSÃO Ir se á estudar a deformação de corpos sob a acção de forças de distensão e de compressão. A deformação de um corpo é definida através da razão: ε Δl l onde: l é o seu comprimento e Δl a variação desse comprimento.

14 O comportamento típico de um corpo sujeito a este tipo de forças pode ser descrito através de um gráfico da tensão que lhe está aplicada em função da deformação a que fica sujeito: metal dúctil tecido ósseo

15 Na região elástica, o material pode ser caracterizado através do seu Módulo de Young: Y = P ε

16 Uma discussão interessante é aquela que deriva da análise do Módulo de Young do tecido ósseo e das suas componentes em separado: Compressão Módulo de Young (10 10 N m 2 ) osso compacto 1.02 componente mineral 0.64 componente proteica <0.001 Distensão osso compacto 2.24 componente mineral 1.66 componente proteica 0.02 tensão Osso compacto Componente mineral Componente proteica deformação

17 Quanto aos tecidos moles, formados maioritariamente por moléculas que se cruzam e que manifestam uma grande elasticidade (por este motivo, estes tecidos são, muitas vezes, denominados elastómeros), apresentam Módulos de Young na ordem de 10 5 a 10 6 N m 2.

18 FORÇAS IMPULSIVAS E RUPTURA DOS TECIDOS O comportamento dos tecidos face às forças que lhe estão aplicadas depende, não apenas da intensidade da força, como também do intervalo de tempo durante o qual ela lhe está aplicada. As forças impulsivas são caracterizadas por serem forças muito intensas, mas de curta duração. O valor médio de uma força impulsiva relaciona se com a variação da quantidade de movimento de um corpo através do teorema do impulso: I=Δp F med Δt=mv f mv i F med = mv f mv i Δt

19 Com base nesta expressão, porque será que os efeitos causados por uma queda num solo mole são muito diferentes daqueles que ocorrem quando a queda é sobre um solo duro? Qual é a altura máxima a que um indivíduo se pode atirar sem que haja fractura das pernas? (Considere que a queda é feita no cimento Δt = 10 2 s; que a pressão máxima permitida pelos ossos é P = 108 N m 2; que a área dos calcanhares é A = 2 cm2 e que a massa do indivíduo é m = 70 kg). (Resposta: aproximadamente 42 cm). (Sugestão: O que acontecerá se o chão for menos duro? Pense que, nesse caso, o tempo de colisão poderá ser cerca de oito vezes superior )