Unifeb – Física Médica - Física do Corpo Humano II – Avaliação 01

Aluno 1 __________________________________

Aluno 2 __________________________________

Aluno 3 __________________________________

Aluno 4 __________________________________

Aluno 5 __________________________________

Formulário

, µ massa por unidade de comprimento e T

tensão na corda

, B é o módulo volumétrico e é a densidade

, Y é o módulo de Young e é a densidade

Material

Água 1,00 14,8 1,48

Cérebro 1,02 15,3 1,56

Músculo 1,04 15,8 1,64

Gordura 0,92 14,5 1,33

Osso 1,90 40,4 7,68

Questão 01: Explique fisicamente a audição e fonação humanas. Se necessário, utilize as figuras abaixo.

Questão 02: Um aluno murmura a resposta da segunda questão da prova de modo que o som chega ao ouvido de

seu colega a 0,78 m de distância, com intensidade de 10-9

W/m2. Considerando que o limiar de detecção do ouvido

humano é de 10-12

W/m2e que o professor estava a 5 m deste aluno, pergunta-se:

Qual é a intensidade (dB) do som ouvido pelo colega?

O professor conseguirá ouvir este murmúrio? Se sim, com qual intensidade?

Questão 03: Demonstre a lei do inverso do quadrado da distância.

Questão 04: Uma corda de violão possui 0,015 kg/m. Se for aplicada uma tensão de 30 N, qual será a velocidade da

onda nesta corda? Para que a velocidade seja mantida em uma segunda corda, cuja densidade linear é o dobro da

corda tratada anteriormente, o que se pode fazer com a tensão da corda?

Questão 05 (0,25 pontos): Calcule o coeficiente de transmissão e reflexão da intensidade do ultra-som nas

interfaces abaixo:

a) Ar-músculo

b) Gordura-osso

c) Água-músculo

d) Cérebro-água

Questão 06: Uma onda sonora atravessa uma amostra composta por dois tecidos hipotéticos: A (Z=1,48x106

kg/m2s, α=0,6 cm

-1) e B (Z=1,25x10

6 kg/m

2s, α=0,35 cm

-1). Qual é a intensidade do som transmitido ao final da

amostra (na saída de B)? Pare estes casos despreze os efeitos de atenuação do feixe.

Tecido A

Tecido B

Questão 07: Uma onda ultra-sônica de 3,5 MHz incide sobre o músculo bíceps, no qual o coeficiente de atenuação é

α=0,6 cm-1

. Qual é a fração do feixe que chega a 1 cm, 2,5 cm e 10 cm de profundidade?

Questão 08: As ondas ultra-sônicas têm muitas aplicações tecnológicas e médicas, pelo fato de altas intensidades

poderem ser usadas sem dano ao ouvido. Considere uma onda de ultra-som com intensidade de 10 W/m2. Calcule:

a) O nível de intensidade dessa onda (dB)

b) Energia transmitida numa superfície de 1 cm2 em 1 minuto e em 45 minutos

c) A amplitude de pressão dessa onda no ar

d) Intensidade na água de uma onda ultra-sônica com amplitude de pressão encontrada em c

São dados:

densidade do ar: 1,2 kg/m3

densidade da água: 1000 kg/m3

velocidade do som no ar = 340 m/s a 20º

velocidade do som na água = 1,5 km/s

Questão 09: Deseja-se medir a velocidade do fluxo sangüíneo na aorta de uma pessoa. Para isso, usa-se a técnica

Doppler de ultra-som. Coloca-se um transdutor fazendo um ângulo de 45 graus com a direção do fluxo sangüíneo. A

freqüência do ultra-som é de 5 MHz. A diferença máxima entre a freqüência emitida e a recebida, devido ao efeito

Doppler é de 3,5 kHz. Sabendo-se que a velocidade do ultra-som no sangue é de 1500 m/s, calcule a velocidade

máxima do fluxo na aorta.

Caso a freqüência do som seja de 500 kHz, mantendo a mesma diferença de freqüência, qual seria a velocidade

máxima do fluxo?

Questão 10 (1,0 ponto): Descreva detalhadamente a formação de imagens em ultra-som, especificando inclusive a

diferença entre modos A, B e M.

Questão 11 (1,0 ponto): Como funciona o modo Doppler do ultra-som? Por que não se pode utilizar modo Doppler

para estruturas profundas?

Questão 12: Considere uma onda ultra-sônica de 1 MHz, utilizada na diagnose. Ela atravessa 1 cm de músculo e a

seguir 1 cm de gordura até atingir o osso. A Intensidade inicial do feixe incidente no músculo é de 10 mW/cm2. Para

esta freqüência o coeficiente de atenuação no músculo, na gordura e no osso são, respectivamente: 0,13 cm-1

; 0,05

cm-1

e 1,2 cm-1

. Calcule a intensidade inicial transmitida na gordura e no osso e a intensidade do eco que atinge o

transdutor proveniente da interface gordura-osso.

Questão 13: O efeito Doppler é usado para examinar o movimento das paredes do coração, principalmente. Para

isso, ondas de comprimento de onda de 0,3 mm são emitidas, na direção do movimento da parede cardíaca. Se as

velocidades de movimento dessa parede e do ultra-som no corpo-humano forem respectivamente 7,5 cm/s e 1500

m/s, calcule a variação de freqüência observada devida ao efeito Doppler.

Questão 14: Com base nas figuras abaixo, comente sobre a sensibilidade do ouvido humano à fala e música e

também seus limites de detecção.

Questão 15: Exercício bônus. Os ossos da orelha, a saber, martelo, bigorna e estribo, podem ser tratados

fisicamente como um sistema de alavancas. Considerando a figura “b” abaixo calcule a vantagem mecânica do

sistema composto por esses ossos. Para isso, considere as reais dimensões dos mesmos, disponíveis nos livros de

anatomia.

(figura extraída de http://www.musicaeadoracao.com.br/audicao/ouvido_humano.htm)

Considerando que há também diferença de área entre o tímpano e a janela oval, de quanto é a amplificação total

entre o tímpano e a janela oval?