Biofísica - azevedolab.netlente até o foco é a distância focal. A incidência de um feixe de luz...
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Biofísica
Visão e Audição
Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr.
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r. W
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F.
de
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
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 >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
X =0
)2
Asen( y(x) x
Eixo x
5
Representação Matemática das Ondas
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
Representação Matemática das Ondas
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 >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
)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
Representação Matemática das Ondas
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
Representação Matemática das Ondas
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 .
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
Breve Revisão de Ótica Geométrica
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
Breve Revisão de Ótica Geométrica
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
Breve Revisão de Ótica Geométrica
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
Breve Revisão de Ótica Geométrica
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
Estrutura do Olho Humano
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
Estrutura do Olho Humano
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
Nervo ótico e vasos retinais
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
Nervo ótico e vasos retinais
CórneaPupila
Cristalino
Humor vítreo
Íris
Zônula
Esclerótica
Coroide
Pupila
Defeitos da Visão (Moscas Volantes)
Humor aquoso
Disco ótico
Fóvea
Retina
Músculo ciliar
Câmara posterior
Nervo ótico e vasos retinais
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
Nervo ótico e vasos retinais
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
Mecanismo Molecular da Visão
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
GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo)
GDP: Guanosina diosfatonucleotídeo)31
Mecanismo Molecular da Visão
GMPc GMPc
Na+
PDE
Rodopsina
Canal de Na+
Transducina GTP
4. A transducina, na forma ativa, atua
ativando várias moléculas de
fosfodiesterase (PDE).32
Mecanismo Molecular da Visão
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
Mecanismo Molecular da Visão
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
Mecanismo Molecular da Visão
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 >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
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.
Portal da retina. Disponível em: <
http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
Portal da retina. Disponível em: <
http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
Portal da retina. Disponível em: <
http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
Portal da retina. Disponível em: <
http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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
Portal da retina. Disponível em: <
http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
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 >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
Audição
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 >
Acesso em: 23 de setembro de 2015.
Audição
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
http://www.moillusions.com
Este site traz uma riqueza de imagens de
ilusão de ótica.
52
Material Adicional (Site Indicado)
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
GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo)
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