Física dos Processos Biológicos

Código:

FIS1006

Sigla:

FIS1006

Nível:

100

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2022/2023 - 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	189	Plano de Estudos Oficial	1	-	6	48	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

• Ficar com uma visão geral das técnicas experimentais usadas em Biologia, assim como os princípios básicos da físia eles inerentes
•.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

I A - Técnicas Experimentais Essenciais na Biologia

I B - 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 animal. Corpo 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 animal – exemplos de articulações.
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 nos corpos humano e animal
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 (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 na análise de: funcionamento de articulações; postura e respectivas consequências patológicas. Mecânica do sólido deformável (elasticidade em meios isotrópicos - compressão, tracção, flexão, buckling, torção; fractura) na 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: aneurisma, trombose, deposição de placa na parede de vasos sanguíneos, 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.
(iii) A resolução dos exercícios pode ser feita individualmente ou em grupo.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	35,00
Trabalho de campo	25,00
Teste	35,00
Trabalho escrito	5,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	104,00
Frequência das aulas	48,00
Trabalho de campo	10,00
Trabalho escrito	5,00
Total:	167,00

Obtenção de frequência

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

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação da disciplina tem 4 componentes:
(i) Entrega de exercícios propostos (E)
(ii) Apresentação dum relatório de um trabalho de campo em relações de escala (TRE) - trabalho de grupo.
(iii) Uma prova global individual sobre teoria (PT), composta por questões apresentadas ao longo do semestre (mini testes). Esta componente só pode ser feita em regime de avaliação contínua e não em exame.
(iv) Uma prova global individual (PTP) sobre teórico-prática, que inclui a resolução de um conjunto de exercícios, a realizar apenas em época de exame, normal e/ou recurso (melhoria).
A avaliação final (AF) calcula-se pela fórmula seguinte

AF = (0.35 * PT + 0.35 * PTP + 0.25 * TRE + 0.05 * E) * 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 = (0.45 * PT + 0.45 * PTP + 0.05 * E) * 20

Essa opção tem que ser comunicada por resposta a um inquérito via Moodle, apresentado no início do semestre.

Melhoria de classificação

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

Observações

A responsabilidade desta UC está atribuída à Doutora Manuela Lopes dos Santos, docente do Departamento de Física e Astronomia.
As aulas teóricas poderão ser pontualmente dadas por vídeo-conferência, por limitações de saúde. A respetiva avaliação (da componente teórica será dada via remota e online, usando o Moodle).
A prova de avaliação PTP será presencial.