O UNIVERSO E SUA COMPOSIÇÃO FUNDAMENTAL Prof

O UNIVERSO E SUA
COMPOSIÇÃO FUNDAMENTAL
Prof. Robespierre Araújo Silva
Energia
“E”
Tempo
“T”
Espaço
“L”
Matéria
“M”
Do que se
constituem os seres
vivos? E o universo?
Biofísica é o estudo da Matéria,
Energia, Espaço e Tempo nos
sistemas biológicos.
Elementos Fundamentais (GRANDEZAS)
 O que é uma Grandeza?
• Descrição qualiquantitativa das relações entre as propriedades
observadas no estudo da natureza
• Tudo aquilo que envolve medidas → comparações
 Grandezas Fundamentais vs. Derivadas
•Sistema Internacional de Unidades (SI)
Elementos Fundamentais (GRANDEZAS)
Metro
O que
é uma
Grandeza?
• 10-7
vezes
distância
do Equador
ao Pólo Norte;
• Em 1889, distância entre dois traços numa barra de platina irradiada (quilo)
• Descrição qualiquantitativa das relações entre as propriedades
• Em 1969, 1.650.763,73 comprimentos da onda de luz vermelho-alaranjada isótopo
criptônioobservadas
86.
no estudo da natureza
Segundo • Tudo aquilo que envolve medidas → comparações
• Corresponde1/86.400 de um dia solar;
• Em, 1967, tempo necessário para o Césio-133 realizar 9.192.631.770 vibrações
completas.
 Grandezas Fundamentais vs. Derivadas
•Sistema Internacional de Unidades (SI)
Algumas Unidades do SI
UNIDADES BÁSICAS
Grandeza
Unidade
Símbolo
metro
m
Massa
quilograma
kg
Tempo
segundo
s
Temperatura Termodinâmica
kelvin
K
Quantidade de Substância
mole
mol
Comprimento
UNIDADES DERIVADAS
Área
metro quadrado
m²
metro cúbico
m³
Densidade
quilograma por metro cúbico
kg/m³ (kg.m-³)
Velocidade
metro por segundo
m/s (m.s-¹)
Aceleração
metro por segundo quadrado
m/s² (m.s-²)
Volume
Múltiplos das Unidades do SI
Prefixo
Símbolo
Potência de 10
Tera
T
1012
Giga
G
109
Mega
M
106
Quilo
K
103
Centi
c
10-2
Mili
m
10-3
Micro
µ
10-6
Nano
n
10-9
Pico
p
10-12
Femto
f
10-15
Vamos ao estudo das grandezas?????
Massa
 Quantidade de matéria de um corpo (ser vivo).
• Massa: invariável; balança; Kg
• Peso: variável (gravidade); dinamômetro, Newton (N)
• Peso = massa (m) x gravidade (g)
• Se um cavalo tem massa de 420 kg, qual seria o
Peso deste cavalo na Terra (gravidade = 9,8 m/s²)?
• E se este animal fosse enviado à Marte, onde a
gravidade é de aproximadamente 3,70 m/s²?
Comprimento, Área e Volume
 Dimensionar o espaço ocupado pela matéria
Comprimento
Área
Volume
m (cm, mm, µm...)
m² (cm², mm²)
m³ (cm³, L, mL, µL)
Densidade
 Quantidade de matéria dispersa no volume dos corpos
• d = massa / volume (kg/m³); g/cm³ ou g/mL
 Densidade da água = 1,0 kg/m³ ou 1,0 g/cm³
 Urina = 1,005 a 1,035 g/cm³
Densidade
 Quantidade de matéria dispersa no volume dos corpos
• d = massa / volume (kg/m³); g/cm³ ou g/mL
 Densidade da água = 1,0 kg/m³ ou 1,0 g/cm³
 Urina = 1,005 a 1,035 g/cm³
Velocidade
 Mudança de posição no espaço em função do tempo
• v = ΔS / ΔT (m/s); Km/h
10cm
2s
v = 5 cm/s
Velocidade de reação química
O espaço deve ser substituído pela quantidade de matéria transformada
v = ΔM / ΔT
Aceleração
 Mudança de velocidade em função do tempo
• a = ΔV / ΔT (m/s²)
Aceleração Positiva
A aceleração mais utilizada em biologia é a
aceleração da gravidade (9,8 m/s²)
Aceleração
 Mudança de velocidade em função do tempo
• a = ΔV / ΔT (m/s²)
Aceleração Positiva
Aceleração Negativa
A aceleração mais utilizada em biologia é a
aceleração da gravidade (9,8 m/s²)
Praticando...
 Ao caçar, um guepardo, partindo do repouso, atinge uma
velocidade de 72 Km/h em 2 segundos. Qual sua aceleração
nesse intervalo de tempo?
72 km/h = 20 m/s
a = 20m/2s = 10 m/s²
Força
 Quando uma massa sofre ação da aceleração
• F = m x a (N = Newton) → PESO
• Dois bois de carro puxam igualmente uma carroça carregada com massa total de
380 kg. Qual a força exercida por estes animais? (a = 9,8 m/s²)
3724 N
• Se o homem exerce sobre o carro um peso de 784 N, qual a massa desse homem?
80 Kg
Energia (E) ou Trabalho (T)
 Grandezas equivalentes
• T pode gerar E; E pode gerar T
• E ou T = F (N) x deslocamento (m) (J = joule)
• De acordo com o exemplo anterior, os bois
empregaram uma Força de 3724 N. Se eles puxaram
esta carroça por uma distância de 500 m, qual o
Trabalho realizado?
1.862.000 J
Diferentes tipos de Energia
 Energia Potencial
• Ep = m (kg) x a (m/s²) x deslocamento (m)
 Energia Cinética
• Ec = (m x v²)/2
Praticando...
 Pedra = 3,0 Kg / Altura levantada = 1,5 m / Gravidade = 9,8 m/s
 Altura morro = 15 m / Velocidade queda = 8 m/s
1.
Qual o Trabalho realizado em “A” e no percurso “A-C”?
2.
Localize e quantifique a Ep e Ec.
Ta = F x deslocamento
Ta = (m x a) x deslocamento
Ta = (3 kg x 9,8 m/s²) x 1,5 m = 44,1 J
Ta-c = (3 x 9,8) x 15 m = 441 J
Ep = m x a x h
Ep = 3 kg x 9,8 m/s² x 16,5 m = 485,1 J
Ec = (m x v²)/2
Ec = (3 kg x 8² m/s)/2 = 96 J
Potência
 A capacidade de realizar trabalho em função do tempo
• W = E ou T (J) / Tempo (s) (W = watt)
• Considerando que o homem do exemplo
anterior levantou a pedra em 2,1 s, qual a
potencial deste trabalho?
W = T (J) / t (s)
W = 44,1 J / 2,1 s
W = 21 w
Pressão
 Força exercida sobre uma determinada área
• P = F (N) / Área (m²) (Pa = Pascal)
Massa 80 Kg; Gravidade 9,8 m/s²; Área em pé = 0,55 m²; Deitado = 1,75 m²
F = 784 N ; P pé = 1425,45 Pa ; P deitado = 448 Pa
Pressão nos Sistemas Biológicos
Quando a pressão altera o volume de um órgão, temos a realização de T
Pressão nos Sistemas Biológicos
Pressão nos Sistemas Biológicos
Temperatura
 Temperatura¹ vs. Calor²
 ¹grau de agitação da energia cinética das moléculas de um corpo
 ²calor que se transfere de um corpo para o outro em razão da
diferença de temperatura.
 Unidade: Kelvin (K)
Temperatura
Convertendo ºC em K
K = ºC + 273, 15
Então, 37 ºC correspondem a
K = 37 ºC + 273,15
K = 310,5 K
Frequência
 Nº eventos num determinado tempo
 f = n / Δt (s) (Hz = Hertz)
Praticando...
 Se o coração de um bovino bate 103.680 vezes ao dia,
qual a frequência cardíaca deste animal? (bpm)
f=n/t
f = 103.680 / 24 h
f = 103.680 / 1440
f = 72 bpm
“A mente que se abre para uma nova ideia jamais
voltará ao seu tamanho original”
Albert Einstein
OBRIGADO!