Biofísica · 2 Notícia Relacionada Um grupo de pesquisadores usou células tronco para gerar...

Biofísica

Visão e Audição

Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr.

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F.

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Aze

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do

Jr.

1

2

Notícia Relacionada

Um grupo de pesquisadores usou células

tronco para gerar células da retina,

responsáveis pela visão. A pesquisa foi

publicada no conceituado periódico

científico Nature Communications. Essa

pesquisa representa uma esperança para

pessoas que perderam a visão por

problemas na retina.

Bastonetes indicados em verde numa miniretina obtida

de células tronco.

Imagem disponível em:

<http://www.kurzweilai.net/researchers-create-

miniature-human-retina-in-a-dish >.

Acesso em: 23 de setembro de 2015.

O que é uma ilusão de ótica?

Como vemos as cores?

Quais são os defeitos mais comuns da visão?

Como funciona a audição?

Fonte: http://www.kurzweilai.net/

3

Fenômenos ondulatórios são comuns,

desde de exemplos bucólicos, como uma

onda formada num lago, a fenômenos não

tão óbvios, como as ondas

eletromagnéticas que compõem a luz. A

representação gráfica de ondas,

normalmente satisfatória para os

propósitos da biofísica, faz uso de

funções periódicas, como a função seno.

Na figura ao lado, temos uma gota d’água

que caiu sobre uma superfície calma de

um reservatório de água. O impacto da

gota deforma a superfície, criando uma

“cratera” temporária na água. A fluidez da

água faz com que a cratera formada seja

rapidamente preenchida, gerando um

padrão de ondas. A foto é um instante

congelado do fenômeno, onde vemos as

ondas que se formaram a uma certa

distância de onde a gota incidiu.

Foto de alta velocidade de uma gota incidindo sobre a

superfície d’ água.

Disponível em: <

http://www.sciencephoto.com/media/75567/view >

Acesso em: 23 de setembro de 2015. 4

Ondas

http://www.sciencephoto.com/media/75567/view

Para representarmos o instante

congelado da figura, temos que

considerar a variação senoidal da

amplitude (altura da onda) em função da

posição (x). A origem é o ponto x = 0,

indicado na figura. Picos sucessivos de

amplitude máxima (A) têm uma distância

fixa entre eles, indicada na figura, tal

distância é o comprimento de onda ().

Como o instante está congelado no

tempo, o fenômeno não apresenta

variação com o tempo. A amplitude (y),

varia com a posição (x), ou seja, y(x).

Assim, a representação da variação da

amplitude (y(x)) em função da posição (x)

da onda ao lado, com amplitude máxima

(A) e comprimento de onda () tem a

seguinte forma:Imagem que se forma devido à queda de uma gota

d´água sobre a superfície.

Disponível em: <

http://www.sciencephoto.com/media/75566/view >


X =0

)2

Asen( y(x) x

Eixo x

5

Representação Matemática das Ondas

http://www.sciencephoto.com/media/75566/view

Vamos considerar a onda mostrada na

foto ao lado (parte superior). A onda

apresenta um comprimento de onda ()

de 1,5 cm e a amplitude máxima (A) é 0,5

cm. Assim, sua representação matemática

é dada por:

O gráfico de y(x) está mostrado na figura

abaixo, onde vemos claramente a relação

entre o fenômeno físico (figura superior) e

a representação gráfica (figura inferior).

As linhas tracejadas verticais indicam a

equivalência entre os picos da onda na

água (fenômeno físico) e os picos da

função seno da representação

matemática.

x)1,5cm

2πcm)sen( (0,5 y(x)

x)λ

2π Asen( y(x)

Fonte da imagem: http://www.sciencephoto.com/media/2470/enlarge

6


Temos duas formas principais de

representarmos a variação da amplitude

(y) de uma onda. Em função da posição

(x),

Onde é o comprimento de onda.

Ou em função do tempo (t):

Onde f é a frequência. A igualdade 2f

aparece rotineiramente no estudo das

ondas, e recebe o nome de frequência

angular ().Disponível em: <

http://www.sciencephoto.com/media/2302/enlarge >


)2

Asen( y(x) x

f.t) Asen(2 y(t)

A variação da amplitude da onda pode ser representada em

função do tempo (y(t) ou em função da posição (y(x)), como

indicado nas equações ao lado.

7


http://www.sciencephoto.com/media/2302/enlarge

Caracterizamos as ondas mecânicas periódicas, ou ondas periódicas, pela oscilação

dos átomos e moléculas que compõem o meio onde a onda se propaga. A frequência

da onda (f) é a frequência de oscilação dos átomos e moléculas do meio. O período, T

= 1 / f, é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar por um ciclo

completo do movimento de oscilação. O comprimento de onda () é a distância, entre

dois átomos (ou moléculas), que oscilam em fase, ao longo da direção de propagação

da onda mecânica. Na representação abaixo temos a variação da amplitude (A) em

função da posição x.

A

8


ua: unidades de amplitude (m por exemplo)

ud: unidades de distância (cm por exemplo)

Quando o deslocamento dos átomos ou moléculas for perpendicular à direção em que

a onda está viajando, chamamos a onda de transversal, como na figura abaixo.

Para o deslocamento dos átomos ou moléculas coincidente com a direção de

propagação, temos ondas longitudinais ou de compressão. Nas figuras abaixo

temos dois exemplos de onda longitudinal.

Fonte

: http://w

ww

.if.ufr

j.br/

teachin

g/fis

2/o

ndas1/o

ndula

torio.h

tml

9

Propagação das Ondas

A luz que vemos (visível) é uma

radiação eletromagnética,

como também são as

radiações ultravioleta,

infravermelha, ondas de rádio,

raios X e gama. Essas últimas

não são visíveis por humanos.

A figura ao lado mostra todas

as radiações eletromagnéticas,

onde vemos que a parte visível

é uma porção minoritária no

espectro de radiações. O que

vemos do Universo é essa

pequena janela, resultado da

história evolutiva da nossa

espécie. Outras espécies têm

sensibilidade a outras faixas de

radiação.

10

Espectro Visível

Fre

quência

(Hz)

Com

prim

ento

de o

nda

Raios gama

Raios X

Ultravioleta

Infravermelho

Microondas

Visível

Imagem disponível em:

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum#

mediaviewer/File:Electromagnetic-Spectrum.svg .


http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum#mediaviewer/File:Electromagnetic-Spectrum.svg

A luz tem um papel fundamental no estudo da biologia, seja como fonte de energia, no

estudo da fotossíntese, ou como informação sobre o ambiente por meio da visão.

Estudaremos aspectos relacionados à biofísica da visão. Para isto precisamos de

alguns conceitos de ótica geométrica, entre eles o conceito de refração. A refração

ocorre quando um feixe luminoso incide sobre um meio material transparente e sofre

um desvio na direção de propagação. Considerando-se um meio transparente como o

vidro, a luz ao incidir sobre esse meio sofre uma diminuição da sua velocidade de

propagação, quando comparada com a velocidade de propagação do feixe luminoso

no ar.

Vidro

Ar

Feixes luminosos

11

Breve Revisão de Ótica Geométrica

Índice de refração do vidro

Uma forma de quantificar a refração de um meio material é por meio do índice de

refração. O índice de refração é determinado pela divisão da velocidade de

propagação da luz no ar (var), pela velocidade da luz no vidro (vvidro), conforme a

equação abaixo. Quanto maior a redução da velocidade de propagação da luz, ao

entrar no vidro, maior será seu índice de refração. O índice de refração pode ser

usado para caracterizar qualquer sistema ótico, tais como, lentes, instrumentos óticos

e o olho.

Velocidade de propagação da luz no vidro

Velocidade de propagação da luz no ar

vidro

ar

v

vn

Se a velocidade de propagação da luz no vidro passa para 200.000 km/s, temos

que o índice de refração do vidro (n) é de 1,5, como mostrado abaixo. Observe que

o índice de refração é uma grandeza física adimensional.

51,km/s 200000

km/s 300000

v

vn

vidro

ar

12


A lente convexa focaliza os feixes

luminosos de uma fonte distante. Na

figura ao lado temos feixes luminosos

paralelos ( lado esquerdo da figura),

que incidem sobre a lente convexa.

Os feixes são focalizados sobre um

ponto, no outro lado da lente,

chamado de foco e a distância da

lente até o foco é a distância focal. A

incidência de um feixe de luz de um

lado da lente convexa gera um ponto

focal, onde os feixes convergem do

outro lado da lente. Se colocarmos

uma lente convexa contra o sol o

ponto focal gerado concentra os raios

solares, com energia luminosa

suficiente para queimar papel.

Foco

Lente convexa

Feixes luminosos

13


A lente côncava afasta os feixes

luminosos de uma fonte distante,

ao contrário da lente convexa a

lente côncava não apresenta ponto

focal.

Lente côncava

Feixes luminosos

14


Podemos medir o poder de

refração de uma lente a partir do

conceito de dioptria. Definimos

dioptria como a razão entre 1 metro

e a distância focal da lente, assim

uma lente com distância focal de 1

metro apresenta poder de refração

de 1 dioptria, se a distância focal

for de 0,5 m o poder de refração é

de 2 dioptrias, com uma distância

focal de 10 cm (0,1 m) temos 10

dioptrias.

1m

f

f

m 1 refração de Poder

15


Humor aquoso (n=1,33)

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior

Nervo ótico e vasos retinais

Córnea (n=1,38)Pupila

Cristalino

(n=1,40)

Humor vítreo (n=1,34)

Íris

Zônula

Ar (n=1,0)

Esclerótica

Coroide

O olho humano é um sistema ótico

extremamente complexo, com

componentes diversos

apresentando diferentes índices de

refração. A luz, ao chegar no olho,

encontra a córnea e em seguida o

humor aquoso, na passagem da

córnea para o humor aquoso há

uma redução do índice de refração.

Depois a luz chega ao cristalino,

que apresenta o maior índice de

refração (n = 1,40) do olho. A luz

antes de chegar às células

fotossensíveis atravessa o humor

vítreo, que apresenta

aproximadamente o mesmo índice

de refração do aquoso.

16

Estrutura do Olho Humano

O olho é capaz de aumentar o poder

de refração do cristalino, de 20 para

até 34 dioptrias em crianças e

jovens. Para isso, o cristalino

modifica sua forma, de ligeiramente

convexa, para uma forma com alta

convexidade. Nos jovens, o

cristalino é formado por uma

cápsula elástica, repleta de fibras

viscosas, de origem proteica e

transparente. Quando o cristalino

está relaxado, o mesmo assume

forma quase esférica, devido à

elasticidade da cápsula do cristalino

(figura 2), com maior poder de

refração.

Humor aquoso

Cristalino

Córnea Íris

Músculo ciliar

A contração do músculo ciliar leva as

inserções periféricas dos ligamentos do

cristalino a tracionarem para frente,

relaxando um pouco a tensão sobre o

cristalino. Há uma redução do diâmetro

do círculo das fixações de ligamento,

permitindo uma menor tensão sobre o

cristalino (figura 2).

Humor vítreo

1) Menor refração 2) Maior refração

(músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído)

Zônulas

17


Assim, quando ocorre a contração

das fibras musculares lisas no

músculo ciliar, o mesmo relaxa os

ligamentos da cápsula do cristalino,

que toma uma forma mais esférica,

aumentando o poder dióptrico do

cristalino (figura 2). Com o músculo

ciliar relaxado, o poder dióptrico do

cristalino é mínimo (figura 1).

Resumindo, com o músculo ciliar

contraído, temos máximo poder de

refração. Com o músculo ciliar

relaxado, o cristalino é tensionado,

diminuindo o poder de refração do

cristalino.

Humor aquoso

Cristalino

Córnea Íris

Músculo ciliar

Humor vítreo

Zônulas

1) Menor refração 2) Maior refração

(músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído)

18


O olho com visão perfeita, ou emétrope, é

mostrado na figura A. No olho emétrope

objetos situados à distância são focalizados

sobre a retina. No olho míope, a imagem é

formada antes da retina, como mostrado na

figura B. Na maioria das vezes, um globo

ocular mais longo é a causa da miopia, ou, em

outras vezes, o poder de refração muito

grande do sistema de lentes do olho é a

causa. No olho com hipermetropia a imagem é

formada após a retina, como destacado na

figura C. A hipermetropia é, em geral, devida a

um globo ocular mais curto, ou, algumas

vezes, devida a um poder de refração menor

do sistema de lentes do olho.

B) Miopia

C) Hipermetropia

A) Emetropia

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.ocu

larla

se

r.co

m/p

agin

as/a

metr

opia

s/a

metr

opia

s.h

tml

19

Defeitos da Visão

A correção da miopia se faz com a

colocação de lentes côncavas, que leva a

imagem a se formar mais longe. Com o

poder de refração adequado, a imagem se

formará sobre a retina. Para determinar o

grau adequado da lente côncava, o

procedimento de tentativa e erro é

adotado, até determinar-se a lente que

coloca a imagem sobre a retina, como

indicado na figura ao lado.

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.ocu

larla

se

r.co

m/p

agin

as/a

metr

opia

s/a

metr

opia

s.h

tml

20

Defeitos da Visão (Miopia)

A correção da hipermetropia se faz com

a colocação de lentes convexas, que leva

a imagem a se formar mais perto. Com o

poder de refração adequado, a imagem se

formará sobre a retina. Para determinar o

grau adequado da lente convexa o

procedimento de tentativa e erro também é

adotado. A figura ao lado mostra a

correção de hipermetropia, com a imagem

formando-se sobre a retina.

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.ocu

larla

se

r.co

m/p

agin

as/a

metr

opia

s/a

metr

opia

s.h

tml

21

Defeitos da Visão (Hipermetropia)

O astigmatismo ocorre quando existe

mais de um ponto focal (como mostrado

na figura ao lado). O defeito ocorre porque

a córnea não é perfeitamente esférica,

mas sim ovalada. A córnea (ou mais

raramente o cristalino) de um olho

astigmático apresenta um formato da

parede lateral de um ovo deitado, ou como

bola de futebol americano. Para corrigir tal

anomalia é necessário o uso de lentes

cilíndricas. Uma lente cilíndrica tem a

capacidade de mudar a distância focal do

olho, na direção onde o raio de curvatura

da córnea difere de suas demais partes.

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.ocu

larla

se

r.co

m/p

agin

as/a

metr

opia

s/a

metr

opia

s.h

tml

22

Defeitos da Visão (Astigmatismo)

Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


CórneaPupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coroide

Moscas volantes são manchas ou

pontos escuros no campo de visão. Em

geral, são pequenas opacidades dentro

do humor vítreo. O vítreo preenche toda

a cavidade posterior do globo ocular.

Embora esses corpos flutuantes

pareçam estar na frente do olho, eles

estão realmente flutuando dentro da

gelatina e a sombra deles é projetada

sobre a retina, conforme a

movimentação dos olhos.

23

Defeitos da Visão (Moscas Volantes)

As moscas volantes são causadas

por alterações que ocorrem no vítreo,

o gel que preenche o olho, em

decorrência da idade ou doenças

oculares. Geralmente é

acompanhado por um encolhimento

ou condensação, chamado de

descolamento do vítreo posterior,

sendo essa uma causa bastante

comum de moscas volantes. Elas

podem resultar também de

inflamações dentro dos olhos ou por

depósitos de cristais na gelatina do

vítreo.

24

Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


CórneaPupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coroide

Pupila

Defeitos da Visão (Moscas Volantes)

Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


CórneaPupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coróide

Uma das principais causas da

cegueira é o glaucoma. O glaucoma

ocorre devido ao aumento da pressão

interna ocular (intraocular) que leva a

uma pressão no nervo ótico, podendo

causar uma lesão. O aumento da

pressão intraocular pode ocorrer

devido à obstrução do escoamento

do humor aquoso do olho.

O humor aquoso é composto por uma

solução salina, majoritariamente

cloreto de sódio. Sua produção é

contínua, numa média de 3 mL por

dia. O humor aquoso é produzido

pelo corpo ciliar e transportado para

região entre a íris e a córnea.

25

Defeitos da Visão (Glaucoma)

Pupila

Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


CórneaPupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coroide

A catarata é a opacidade do

cristalino, pode ser causada por

diabetes, traumatismo,

envelhecimento e uso de certos

medicamentos. Atualmente,

indivíduos com catarata são

submetidos à cirurgia, onde ocorre a

remoção do cristalino por

microfragmentação e aspiração do

núcleo, e implante de uma lente

intraocular.

26

Defeitos da Visão (Catarata)

A retina apresenta dois tipos de

fotorreceptores: os cones e os

bastonetes. Os cones são responsáveis

pela visão detalhada, precisa e colorida.

Os bastonetes são muito sensíveis à luz,

por isso, deles depende a visão em baixa

intensidade luminosa. Os bastonetes

possuem um pigmento fotossensível

chamado rodopsina. O cromóforo da

rodopsina é o 11-cis-retinal (Vitamina A).

Este cromóforo liga-se à opsina para

formar o complexo binário rodopsina. Os

fotopigmentos existentes nos cones são

chamados de iodopsinas. Os cones

possuem iodopsinas, que combinadas

com o retinal formam três pigmentos

distintos: Um sensível ao azul, outro ao

verde e outro ao vermelho. Assim temos

cones sensíveis a cada umas destas

cores.

Estrutura do 11-cis-retinal

27

Fotorreceptores

Fonte

: http://w

ww

.scie

nceofs

pectr

oscopy.info

/

A rodopsina é uma proteína transmembranar localizada no bastonete. A absorção de

um fóton (partícula da luz) pelo 11-cis-retinal modifica sua estrutura tridimensional,

resultando no isômero, trans-retinal. Tal mudança acarreta uma variação

conformacional na estrutura da proteína, indicando que houve absorção da energia

luminosa do fóton. A rodopsina é um receptor metabotrópico.

Rodopsina 28

Fotorreceptores

GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina Canal de Na+

Transducina

1. Inicialmente a célula está no escuro,

liberando neurotransmissor (glutamato) para

a célula pós-sináptica. O potencial de

membrana é da ordem de – 40 mV.

PDE: fosfodiesterase (enzima)

GMPc: Guanosina monofosfato cíclica (nucleotídeo)29

Mecanismo Molecular da Visão

GTP

GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina

LUZ

2. Um fóton (partícula de luz) ativa um elétron

no 11-cis-retinal, levando à ativação da

rodopsina.

GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo)

GDP: Guanosina di-fosfato (nucleotídeo)30


GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina

LUZ

3. A rodopsina ativa aproximadamente

500 moléculas de transducina, um tipo

de proteína G, que converte GTP em

GDP.

GTP


GDP: Guanosina diosfatonucleotídeo)31


GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina GTP

4. A transducina, na forma ativa, atua

ativando várias moléculas de

fosfodiesterase (PDE).32


GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina GTP

5. A PDE ativada catalisa a hidrólise de GMPc, formando 5’-GMP (outro

nucleotídeo), podendo catalisar a hidrólise de até 4000 moléculas de GMPc. A

diminuição da concentração de GMPc leva ao fechamento dos canais de Na+. O

GMPc, antes de ser hidrolisado, estava ligado aos canais de Na+ e Ca++, o que

deixava esses canais abertos, em condições de escuridão. A hidrólise de GMPc

provoca o fechamento dos canais de Na+ e Ca++.33


GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina GTP

6. A absorção de um fóton é capaz de fechar milhares de canais de Na+. Com o

fechamento desses canais iônicos a membrana hiperpolariza, pois cessa a

entrada de carga positiva. A diminuição do potencial de membrana inibe a

liberação de glutamato, passando a informação da excitação luminosa para as

células pós-sinápticas.34


Daltonismo é problema de visão

relacionado com a percepção das cores.

Ao lado temos um teste comum usado

para avaliar se a pessoa apresenta

problemas com a visão de cores. Há um

número dentro de cada círculo, se tiver

dificuldade em identificar os números

procure seu oculista.

O Daltonismo tem diversas causas, sendo

a mais comum a genética. Uma mutação

pode levar à problemas com a percepção

das cores, principalmente a diferença

entre verde e vermelho.

35

Daltonismo

Portal da retina. Disponível em: <

http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >


http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp

As ilusões de ótica indicam uma

segmentação entre a percepção de algo e

da concepção dessa outra realidade, a

ordem de percepção não influencia a

compreensão de algumas imagens.

Principalmente nos últimos 20 anos, os

cientistas mostraram um progresso na

área ótica. As ilusões causam surpresa

quando são percebidas de formas

diferentes e até um certo tipo de

divertimento. Algumas ilusões trabalham

exatamente no fato de sermos,

juntamente como outros primatas, os

únicos seres que percebem a noção de

largura, altura e profundidade; uma das

explicações para tal fato é que temos os

olhos na frente da cabeça e não dos lados

como na maioria dos animais.

Imagem disponível em: < http://www.moillusions.com/2012/04/stepping-feet-optical-illusion.html/0_11191103azu3che

>.

Acesso em: 23 de setembro de 2015.36

Ilusões de Ótica

http://www.moillusions.com/2012/04/stepping-feet-optical-illusion.html/0_11191103azu3che

Arte

Há diversas obras de arte que nos

levam a um ilusão. A mais conhecida é a

Mona Lisa de Leonardo da Vinci, com

seu sorriso sujeito a um jogo de

sombras. Ao lado temos um exemplo de

uma pintura com imagens escondidas.

Preste atenção: na imagem temos 9

pessoas. Tente encontrá-las... Esqueça

o cachorro.




37

Ilusões de Ótica


Ambíguas

As imagens ambíguas, sempre

apresentam mais de uma cena na

mesma imagem. Seu sistema visual

interpreta a imagem em mais de um

modo. Embora a imagem em sua retina

permaneça constante, você nunca vê

uma mistura estranha das duas

percepções, sempre é uma ou a outra.

A ilusão do vaso de Rubin é uma ilusão

ambígua figura/fundo. Isto porque

podem ser percebida duas faces

brancas olhando uma para a outra, num

fundo preto ou um vaso preto num fundo

branco.

38




Ilusões de Ótica


Escondidas

São imagens que à primeira vista não

apresentam nenhum significado, mas

depois de observar você irá se

surpreender.

Na figura ao lado focalize seu olhar no

pontinho preto no centro do círculo...

Agora movimente-se para frente e para

trás... (ainda olhando para o pontinho).

39




Ilusões de Ótica


Quanto pontos pretos tem na figura?

A figura ao lado não tem nenhum

pontinho preto, mas nossa visão tenta

nos enganar, nos iludindo com a

percepção de pontos pretos.

40




Ilusões de Ótica


Letras

Nossos olhos realmente nos enganam,

aqui você descobrirá várias formas e tipos

de letras que enganam nossa vista.

Olhe ao lado e diga as CORES, não as

palavras...

Conflito no cérebro: o lado direito do seu

cérebro tenta dizer a cor,

enquanto o lado esquerdo insiste em ler a

palavra.

41




Ilusões de Ótica


As ondas sonoras são produzidas pela deformação de um meio, causadas por

diferenças de pressão. Para propagação das ondas sonoras necessitamos de um

meio material, líquido, sólido ou gasoso. Não há propagação de ondas sonoras no

vácuo. Os sons são, na sua maioria, produzidos pela vibração de objetos sólidos,

como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se

movimenta cria uma região de alta pressão, devido à compressão do ar que está

próximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma rarefação, quando o diafragma

se retorna o movimento. A figura abaixo ilustra a produção de som pelo alto-falante.

42

Diafragma do alto-falante

Ondas de compressão e rarefação

Animação do diafragma de um alto-falante.

Disponível em: < http://www.afh.bio.br/sentidos/Sentidos4.asp >


Audição

http://www.afh.bio.br/sentidos/Sentidos4.asp

Quando as variações de pressão chegam às nossas orelhas, os tímpanos são levados

a vibrar, causando a sensação fisiológica do som. Uma pessoa com audição padrão

consegue ouvir uma faixa de frequências que varia aproximadamente entre 20 e

20.000 Hz. Ondas que apresentam frequências abaixo de 20 Hz são chamadas de

infrassônicas. Ondas com frequências acima de 20.000 Hz são chamadas

ultrassônicas.

43

Diafragma do alto-falante

Ondas de compressão e rarefação

Animação do diafragma de um alto-falante.

Disponível em: < http://www.afh.bio.br/sentidos/Sentidos4.asp >


Audição

http://www.afh.bio.br/sentidos/Sentidos4.asp

Os sistemas auditivos usam mecanorreceptores para converter ondas sonoras em

potenciais de ação. Na audição humana as ondas sonoras são captadas pelo pavilhão

da orelha, que as direciona para o interior do meato auditivo externo (canal), que

então, as conduz para a orelha média e interna.

orelha

externa

orelha

internaorelha

média

tuba

auditiva

´

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.if.ufr

j.br/

teachin

g/fis

2/o

ndas2/o

ndas2.h

tml

44

Audição

A membrana timpânica, ou simplesmente tímpano, recobre a extremidade proximal do

meato auditivo externo. As ondas sonoras, ao atingir a membrana timpânica, levam-na

a vibrar. Seguindo-se o tímpano temos a orelha média, que apresenta ligação com a

nasofaringe por meio da tuba auditiva.

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.if.ufr

j.br/

teachin

g/fis

2/o

ndas2/o

ndas2.h

tml

orelha

externa

orelha

internaorelha

média

tuba

auditiva

´

45

Audição

Na orelha média encontram-se os ossos auditivos: martelo, bigorna e estribo. Esses

ossos transmitem a vibração sonora para uma membrana flexível, chamada janela

oval. Atrás da janela oval temos a orelha interna. A vibração da janela oval resulta em

variações de pressão no líquido encontrado no interior da orelha interna.

Fo

nte

: h

ttp

://w

ww

.if.ufr

j.br/

teachin

g/fis

2/o

ndas2/o

ndas2.h

tml

orelha

externa

orelha

internaorelha

média

tuba

auditiva

´

As ondas mecânicas, que propagam-se no

líquido no interior da cóclea, serão

convertidas em potenciais de ação, que

levarão a informação auditiva ao cérebro. 46

Audição

Fonte

:P

urv

es

etal.,

Vid

aA

ciê

ncia

da

Bio

logia

.6a.E

d.

Art

med

editora

,2002

(pg

.803).

47

Audição

Fonte

:P

urv

es

etal.,

Vid

aA

ciê

ncia

da

Bio

logia

.6a.E

d.

Art

med

editora

,2002

(pg

.804).

48

Audição

Fonte

:P

urv

es

etal.,

Vid

aA

ciê

ncia

da

Bio

logia

.6a.E

d.

Art

med

editora

,2002

(pg

.802).

Sons de diferentes frequências são

registrados em diferentes regiões da

cóclea, o que causa a ativação do

nervo coclear em diferentes

posições, propiciando a

diferenciação entre os sons. Na

figura ao lado temos sons de

frequências baixas (400 Hz), médias

( 3000 Hz) e altas 22000 Hz.

49

Audição

Para medimos a intensidade de um som usamos uma escala logarítmica chamada de

decibel. Ela é uma razão entre valores, com um valor de referência. A intensidade do

som no limiar da audibilidade, I0, é 10 -12 W/m2. A intensidade som indica o fluxo da

potência acústica sobre uma dada área. A equação para decibel é da seguinte forma:

Como exemplo vamos determinar a intensidade de um ruído na escala de decibéis.

Consideremos o ruído de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2.

Solução: Valor em dB é dado por:

0

db log.10II

I

db 606.101010.log10

10log.10log.10I 6

12

6

0

db

I

I

50

Audição

Na aula de hoje estudamos as bases

físicas do movimento ondulatório, bem

como á ótica geométrica aplicada à visão,

assuntos relacionados à Física. As bases

moleculares do funcionamento dos

fotorreceptores são de interesse da

Bioquímica Estrutural e Química. A

estrutura da retina é de interesse da

Biologia Celular e Tecidual.Aula de

hoje

QuímicaBioquímica

Estrutural

Biologia

Celular e

TecidualFísica

51

Relação com Outras Disciplinas

Segue uma breve descrição de um site

relacionado à aula de hoje. Se você tiver

alguma sugestão envie-me

([email protected] ).

http://www.moillusions.com

Este site traz uma riqueza de imagens de

ilusão de ótica.

52

Material Adicional (Site Indicado)

mailto:[email protected]

http://www.moillusions.com/

Descreva as bases moleculares do processo de

contração do músculo esquelético.

53

Questão

Miosina

Miosina

Miosina com

atividade

ATPase

ATPCa2+

Troponina

Tropomiosina

Filamento de actina

Mg2+ADP

GMPc GMPc

Na+

PDE

Rodopsina

Canal de Na+

Transducina

LUZ

GTP


GDP: Guanosina diosfatonucleotídeo)54

Questão

Descreva as bases moleculares da visão.

OLIVEIRA, Jarbas Rodrigues de; WACHTER, Paulo Harald; AZAMBUJA, Alan Arrieira.

Biofísica para ciências biomédicas. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2002. 313 p.

PURVES, W. K., SADAVA, D., ORIANS, G. H., HELLER, H. G. Vida. A Ciência da

Biologia. 6a ed. Artmed editora. 2002.

PURVES, D., AUGUSTINE, G. J., FITZPATRICK, D., KATZ, L.C., LaMANTIA, A. S.,

McNAMARA, J. O. WILLIAMS, S. M. Neurociências. 2ª ed. Artmed editora. 2005.

55

Referências

Biofísica · 2 Notícia Relacionada Um grupo de pesquisadores usou células tronco para gerar...

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