Física dos Processos Biológicos

Código:

FIS1006

Sigla:

FIS1006

Nível:

100

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2016/2017 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Biologia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:B	266	Plano de Estudos Oficial	1	-	6	48	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

• Conhecer as unidades e dimensões de grandezas físicas essenciais no âmbito da Física dos processos biológicos.
• Reconhecer a importância de relações de escala em biologia e aplicá-las em alguns casos simples.
• Efectuar medições e respectivo registo com rigor.
• Utilizar técnicas básicas de tratamento de dados.
• Conhecer os principais resultados da mecânica do corpo rígido, do corpo deformável e de fluidos, princípios esses que são aplicáveis à biologia (animal e/ou vegetal).
• Reconhecer a importância da utilização de modelos de Física na compreensão e nas análises qualitativa e quantitativa de processos biológicos.
• Identificar os modelos de Física que permitem analisar e modelizar alguns processos biológicos.
• Descrever e analisar alguns processos biológicos utilizando os resultados principais da Física.
• Resolver problemas simples de biomecânica (principalmente humana, mas em alguns casos animal e vegetal).

Resultados de aprendizagem e competências

Os indicados na rubrica "objetivos"

Modo de trabalho

Presencial

Programa

PROGRAMA PORMENORIZADO

Capítulo I

Introdução - Porquê a Física nas Ciências da Vida?

1. Medições e tamanhos
1.1. Unidades padrão
1.2. Unidades SI e tamanhos
1.3. Números. Precisão e exactidão. Gráficos.
2. Terminologia do corpo humano
2.1. Movimento na máquina humana
2.2. Corpo humano padrão
3. Relações de escala
3.1. Isometria e alometria - relações só com um parâmetro
3.1.1. Isometria
3.1.1. Alometria
3.2. Relações de escala com mais do que um parâmetro
3.3. Relações de escala estímulo-resposta nos sentidos
4. Estabilidade mecânica.

Capítulo II (mecânica do sólido rígido e deformável)

1. Estática do corpo rígido
1.1. Forças e equilíbrio translacional
1.2. Equilíbrio rotacional
1.3. Estática do corpo humano e animal – exemplos de articulações: cabeça, cotovelo, tornozelo, coxo-femural (e respectivas implicações clínicas e anatómicas no uso de bengala), sacro-lombar e têmporo-mandibular (mamífero versus réptil)
2. Estática de corpos deformáveis
2.1. Componentes materiais do corpo (matriz e alguns tipos de tecido conjuntivo)
2.2. Tracção-compressão. Lei de Hooke
2.3. Outras relações tensão/deformação no regime hookiano
2.4. Energia de deformação elástica
2.5. Flexão. Buckling
2.6. Torção
2.7. Comportamento dependente do tempo (fadiga; viscoelesticidade)

Capítulo III (mecânica de fluidos)

1. Densidade
2. Pressões características no corpo humano
2.1. Unidades e definições
2.2. Medição da pressão (atmosférica e sanguínea)
2.3. Física básica da pressão e do fluxo em fluidos
2.3.1. Lei de Laplace (tensão superficial em vasos sanguíneos e alvéolos pulmunares)
2.3.2. Fluidos em movimento – atributos: laminar/turbulento; compressível/incompressível; viscoso/não viscoso; rotacional/irrotacional;estacionário/pulsante
2.3.3. Equação de continuidade
2.3.4. Equação de Bernoulli
2.3.5. Interacção entre parâmetros de fluxo
2.3.6. Fluxo viscoso e lei de Poiseuille (regime Newtoniano e não-Newtoniano)
3. Viscosidade no sangue
3.1. Determinadores da resistência ao fluxo sanguíneo
3.2. Factores determinantes da viscosidade do sangue (taxa de corte, temperatura,deformabilidade celular dos RBCs, taxa de fluxo, diâmetro do vaso – efeito Fahareus-Lindquist)
3.3. Análise de alguns casos de processos biológicos na circulação sanguínea (veias varicoas; vantagem do exercícios físico regular; aneurismas; tromboses; ataques cardíacos)

PROGRAMA RESUMIDO

Unidades físicas em biologia. Tamanhos em biologia. Preparação básica de análise de dados em ciências experimentais. Relações de escalas nas ciências da vida. Mecânica do sólido rígido e do sólido deformável. Análise do funcionamento de articulações. Postura e respectivas consequências patológicas; utilização de apoios artificiais (bengala e muletas). Elasticidade em meios isotrópicos - compressão, tracção, flexão, buckling, torção. Fractura. Relevância dos vários componentes materiais do corpo no respectivo comportamento mecânico (osso, cartilagem, tendão, ligamento, vaso sanguíneo, intestino). Mecânica de fluidos e aplicações à circulação sanguínea: varizes, aneurisma, trombose, ataque cardíaco, efeitos da realização ou não de exercício físico regular.

Bibliografia Obrigatória

Manuela Lopes dos Santos; "Física dos Processos Biológicos"

Bibliografia Complementar

Sealey, Stephens, Tate ; "Anatomia e Fisiologia"
Russell K. Hobbie, Bradley Roth ; "Intermediate Physics for Medicine and Biology"
José Enrique Durán ; "Biofísica" – Fundamentos e Aplicações
Kane Sternheim ; "Physics"
Thomas F. Colton ; "Size and shape in Biology"
Irving. P. Herman ; "Physics of the Human Body"
Benedek George B.; Physics with illustrative examples from medicine and biology. ISBN: 0-387-98769-X Vol. 1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

TEÓRICAS: Exposição da matéria em aulas teóricas, por meio de
(i)Slides em Powerpoint,
(ii) discussão dos temas com os alunos e
(iii) eventual escrita no quadro.
TEÓRICO-PRÁTICAS:
(i) Explicação e aplicação directa de medições em física e respectiva análise de dados (teoria de erros e ajuste linear com o "proj.lin/Lin.Est". do MicrosoftExcel)
(ii) Discussão/explicação dos exercícios de aplicação dos temas apresentados nas aulas teóricas. Esses exercícios são distribuídos aos alunos com uma antecedência de pelo menos uma semana.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	80,00
Trabalho de campo	10,00
Trabalho laboratorial	10,00
Total:	100,00

Obtenção de frequência

Presenças em Teóricas e Teórico-práticas em número igual a 75% das aulas previstas correspondentes.
Será concedida dispensa aos alunos que tiverem obtido frequência num dos dois anos anteriores.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação da disciplina tem três componentes:
(i) Uma prova de análise numérica e gráfica (ANG), individual
(ii) Apresentação dum relatório de um trabalho de campo em relações de escala (R) - trabalho de grupo.
(ii) Uma prova global individual (PG) sobre teoria e que inclui exercícios, composta por 3 provas parciais realizadas ao longo do semestre (mini testes). Qualquer uma destas provas parciais pode ser feita em regime exame na época normal, em alternativa ao correspondente mini teste. Na época normal cada uma das provas parciais só pode ser realizada uma vez (ou em regime de mini teste ou em regime exame). Na época de recurso/melhoria qualquer uma das provas parciais, duas delas ou as três, podem ser realizadas.
A avaliação final (AF) calcula-se pela fórmula seguinte

AF = ANG * (2/20) + R * (2,1/20) + PG * ((3 x 5,3)/20).

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A avaliação é feita da mesma forma que a referida nas secções anteriores mas o(a) aluno(a) pode optar por não fazer o trabalho de campo e respectivo relatório sendo a avaliação final dada então por

AF = ANG * (2/20) + PG * (18/20).

Essa opção tem que ser comunicada por e-mail ao docente no início do semestre, aquando da apresentação, na teórica, do método de avaliação da disciplina ou até uma semana depois disso.

Melhoria de classificação

Apenas a componente PG pode ser melhorada, em época apropriada.