A física na medicina

A física na medicina

Física Médica (ou Física em medicina) é o uso dos conhecimentos da física para a medicina. Geralmente, sua aplicação é utilizada para imagens médicas e radioterapia, embora um físico médico possa trabalhar também em outras áreas da saúde. Esse ramo da física multidisciplinar - pois trabalha com conceitos e técnicas básicas e específicas de física, biologia e medicina - possui um grande campo de atuação. Aplica os fundamentos físicos de múltiplas técnicas terapêuticas, proporcionando bases e compreensão para as modernas tecnologias médicas e estabelecendo critérios de utilização dos agentes físicos na área de saúde. A física médica também participa, em conjunto com outras profissões, na elaboração das bases necessárias de medida das variáveis biomédicas, desde calibração de equipamentos e medições de controle de proteção radiológica até controle de qualidade nos equipamentos físicos empregados na área da saúde e pesquisa. A física médica foi criada quando avanços da física puderam ser incorporados à área médica. Leonardo da Vinci, no século XVI, pode ser considerado como o primeiro físico médico pelos seus estudos de biomecânica como a locomoção humana e o movimento do coração e do sangue no sistema cardiovascular. Os conhecimentos físicos de óptica possibilitaram a invenção do microscópio, que por sua vez ajudou os médicos a compreenderem melhor as estruturas biológicas assim como a descobrir a existência dos microrganismos no século XVII.

Atualmente, a demanda pela qualidade de imagens, desempenho dos equipamentos e estruturas dos serviços radiológicos, bem como a evolução dos sistemas de aquisições de imagens (sistemas híbridos), e as exigências das agências regulatórias, tornaram a presença desse profissional indispensável em qualquer serviço de radiologia.

Com a rápida evolução da medicina, o físico é cada vez mais atuante em áreas que envolvam Radiação, Laser e Campos Eletromagnéticos. Em áreas como Medicina Nuclear e Radiodiagnóstico, o físico atua como pesquisador e no controle de qualidade dos diversos equipamentos. Na Radioterapia, além da pesquisa e controle de qualidade, o físico médico é o responsável pela dosimetria clínica (cálculos que envolvam o paciente) e pela radioproteção dos funcionários e do público.

Os físicos médicos trabalham também em muitas outras áreas da saúde. Um departamento de física médica pode ser baseado ou em um hospital ou em uma universidade e seus trabalhos prováveis incluem a pesquisa, o desenvolvimento técnico e as consultas clínicas. Em muitos casos, o físico médico desenvolve suas atividades em conjunto com outros profissionais, tais como biomédicos e engenheiros.

Hoje a CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear) e a Vigilância Sanitária exigem a figura de um físico médico especialista para estes estabelecimentos médicos.

Questão 1 – Resposta C

Pergunta

5

Questão 2 – Resposta E

Pergunta

Dados

Raciocínio

𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅

Questão 3 – Resposta C

Pergunta

𝐹 𝑥 ?

Dados

Raciocínio

𝐹𝑐 = 𝑚 ∗ 𝑣2 𝑅 𝑅 = 𝑎 ∗ 𝑥 𝑘 =𝑚 ∗ 𝑣 2 𝑎 𝐹 𝑥 = 𝑘 𝑥

7

Questão 4 – Resposta C

Pergunta

Dados

Questão 5 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝑚 = 1 𝑘𝑔 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2 𝑟 = 1 𝑚 𝑣 = 4 𝑚/𝑠

Raciocínio

Cálculo

𝐹_𝑐 = 𝑇 − 𝑃 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 𝑇 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 + 𝑃 𝑇 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 + 𝑚 ∗ 𝑔 𝑇 = 𝑚 ∗ 𝑣 2 𝑅 + 𝑔 𝑇 = 1 ∗ 4 2 1 + 10 = 26 𝑁

𝑇

𝑃

9

Questão 6 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝑚 = 1 𝑘𝑔 𝑘 = 2000 𝑁/𝑚 𝑣 = 10 𝑚/𝑠 𝑟 = 0,5 𝑚

Raciocínio

Cálculo

𝐹𝑐 = 𝐹𝑒𝑙 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 = 𝑘 ∗ 𝑥 𝑥 =𝑚 ∗ 𝑣 2 𝑘 ∗ 𝑅 𝑥 = 1 ∗ 10 2 2000 ∗ 0,5= 0,1 𝑚 = 10 𝑐𝑚 𝑙0= 𝑟 − 𝑥 = 0,5 − 0,1 = 0,4 𝑚 = 40 𝑐𝑚

Questão 7 – Resposta C

Pergunta

Dados

𝑃 = 3 𝑁 𝐿 = 2,5 𝑚 𝑟 = 2 𝑚 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2

Raciocínio

Cálculo

ℎ = 2,52_{− 2}2 _{= 1,5 𝑚} ቊ𝑇𝑦 = 𝑃 𝑇𝑟 = 𝐹𝑐 = ቊ 𝑇 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑃 𝑇 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝐹𝑐 𝑇 = 𝑃 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑃 𝑠𝑒𝑛𝜃∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝐹𝑐 𝑇_𝑦 𝑃 𝑇𝑟 𝜃 ℎ

11

Questão 8 – Resposta A

Pergunta

Dados

𝑟 = 4 𝑚 𝑇𝑚á𝑥 = 20 𝑁 𝑚 = 0,8 𝑘𝑔

Raciocínio

Cálculo

𝐹𝑐 = 𝑇𝑚á𝑥 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 = 𝑇𝑚á𝑥 𝑣 = 𝑅 ∗ 𝑇𝑚á𝑥 𝑚 𝑣 = 4 ∗ 20 0,8 = 10 𝑚/𝑠

Questão 9 – Resposta 54

Pergunta

Dados

𝜔 = 60 𝑟𝑝𝑚 𝑣_𝑟 = 0,15 𝑚/𝑠 𝑟 = 15 𝑐𝑚

Raciocínio

Δ𝑡1 𝑇 𝑎𝑐= 𝑣2 𝑅 = 𝜔 2_{∗ 𝑅}

Cálculo

𝜔 = 60 𝑟𝑝𝑚 = 1 𝑟𝑝𝑠 = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑/𝑠 Δ𝑡1 = 𝑟 𝑣𝑟 =0,15 0,15= 1 𝑠 𝑇 =2𝜋 𝜔 = 2𝜋 2𝜋= 1 𝑠 𝐹𝑐 = 𝑚 ∗ 𝑣2 𝑅 𝑣 = 𝜔 ∗ 𝑅 𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗ 𝜔 ∗ 𝑅 2 𝑅 = 𝑚 ∗ 𝜔 2_{∗ 𝑅} ቊ𝜃 𝑡 = 𝜔 ∗ 𝑡 𝑟 𝑡 = 𝑣 ∗ 𝑡

13

Questão 10 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝑚 = 10 𝑡 = 104𝑘𝑔 𝑟 = 100 𝑚 𝑣 = 30 𝑚/𝑠

Raciocínio

Cálculo

𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 = 10 4_∗302 100= 9 ∗ 10 4_𝑁

Questão 11 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝑅 = 40 𝑚 𝑔 = 10𝑚 𝑠2 𝑓𝑎𝑡 = 30% 𝑑𝑒 𝑃

Raciocínio

Cálculo

𝑓𝑎𝑡 = 0,1 ∗ 𝑃 𝐹𝑐 = 0,1 ∗ 𝑚 ∗ 𝑔 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 = 0,1 ∗ 𝑚 ∗ 𝑔 𝑣 = 0,1 ∗ 𝑅 ∗ 𝑔 𝑣 = 0,3 ∗ 40 ∗ 10 ≅ 11𝑚 𝑠 ≅ 40 𝑘𝑚 ℎ

15

Questão 12 – Resposta A

Pergunta

Dados

𝜇 = 0,4 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2 𝑟 = 4 𝑚

Raciocínio

https://www.youtube.com/watch?v=KniI DFdyQnE

Cálculo

൞ 𝑓𝑎𝑡 = 𝑃 𝑁 = 𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 𝜇 ∗ 𝑁 = 𝑃 → 𝑁 =𝑃 𝜇 = 𝑚 ∗ 𝑔 𝜇 𝑚 ∗ 𝑔 𝜇 = 𝑚 ∗ 𝑣2 𝑅 𝑣 = 𝑅 ∗ 𝑔 𝜇 = 4 ∗ 10 0,4 = 10 𝑚/𝑠 𝑓𝑎𝑡 𝑃 𝑁

Questão 13 – Resposta E

Pergunta

Dados

17

Questão 14 – Resposta B

Pergunta

Dados

𝑚 = 60 𝑘𝑔 𝑅 = 4 ∗ 1 𝑚 = 4 𝑚 𝒯 = 4 𝑠

Raciocínio

𝒯 𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗ 𝜔2_{∗ 𝑅}

Cálculo

𝜔 =2𝜋 𝒯 𝐹𝑐 = 𝑚 ∗ 2𝜋 𝒯 2 ∗ 𝑅 𝐹𝑐 = 60 ∗ 2𝜋 4 2 ∗ 4 = 592 𝑁

Questão 15 – Resposta A

Pergunta

Raciocínio

𝐹_𝑐 = 𝑚 ∗ 𝜔2_{∗ 𝑅} 𝑑 =𝑚 𝑉 → 𝑚 = 𝑑 ∗ 𝑉 𝐹𝑐 = 𝑑 ∗ 𝑉 ∗ 𝜔2∗ 𝑅

19

Questão 16 – Resposta E

Pergunta

Dados

Questão 17 – Resposta D

Pergunta

21

Questão 18 – Resposta B

Pergunta

Dados

𝑅 = 2,5 𝑚

Raciocínio

Cálculo

𝐹𝑐= 𝑃 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 = 𝑚 ∗ 𝑔 𝑣 = 𝑅 ∗ 𝑔 𝑣 = 2,5 ∗ 10 = 5 𝑚/𝑠

Questão 19 – Resposta B

Pergunta

Dados

𝑅 = 100 𝑚 𝜇 = 0,75 𝑚 = 600 𝑘𝑔 𝑣 = 30 𝑚/𝑠

Raciocínio

https://www.youtube.com/watch?v=f6Ay KgzuCu8&list=PL1Dg4Oxxk_RK6PfpWLKis ymx20Xw1aALd&index=10

Cálculo

ቊ 𝑓𝑎𝑡 = 𝐹𝑐 𝑁 = 𝐹𝑠+ 𝑃 𝐹𝑠 = 𝑁 − 𝑃 𝜇 ∗ 𝑁 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 → 𝑁 = 𝑚 ∗ 𝑣2 𝜇 ∗ 𝑅 𝐹_𝑠 = 𝑚 ∗ 𝑣 2 𝜇 ∗ 𝑅 − 𝑚 ∗ 𝑔 = 𝑚 ∗ 𝑣2 𝜇 ∗ 𝑅 − 𝑔 𝑓𝑎𝑡 𝑁 𝐹_𝑠 𝑃Ԧ

23

Questão 20 – Resposta B

Pergunta

Dados

𝑣 = 20 𝑚/𝑠 𝑅 = 200 𝑚

Raciocínio

Cálculo

ቊ𝑁_𝑁𝑥 = 𝐹𝑐 𝑦 = 𝑃 → ൞ 𝑁 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑚 ∗𝑣 2 𝑅 𝑁 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑚 ∗ 𝑔 𝑁 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑁 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑚 ∗𝑣_𝑅2 𝑚 ∗ 𝑔 𝑡𝑔𝜃 = 𝑣 2 𝑅 ∗ 𝑔 𝑡𝑔𝜃 = 20 2 200 ∗ 10 = 0,2 𝑁_𝑦 Ԧ 𝑃 𝑁_𝑥

Comentário

R = 160 𝑚 𝑡𝑔𝜃 = 0,25 → 𝜃 = 14° 𝑅 = 200 𝑚 𝑡𝑔𝜃 = 0,2

Questão 1 – Resposta C

Pergunta

Dados

𝛼_𝐿𝑎 > 𝛼_𝐴ç𝑜

25

Questão 2 – Resposta E

Pergunta

Questão 3 – Resposta A

Pergunta

𝛼_𝐴 𝛼_𝐵

Dados

Raciocínio

𝐿0𝐴 = 20 𝑐𝑚 𝐿0𝐵 = 15 𝑐𝑚 𝐿_𝑓𝐴= 23 𝑐𝑚 𝐿_0𝐵 = 18 𝑐𝑚 𝛼

Cálculo

𝐿_𝑓 = 𝐿₀+ 𝐿₀∗ 𝛼 ∗ Δ𝜃 23 = 20 + 20 ∗ 𝛼𝐴∗ 5 𝛼_𝐴= 0,03/°𝐶 18 = 15 + 15 ∗ 𝛼𝐴∗ 5 𝛼𝐵 = 0,04/°𝐶 𝛼_𝐴 𝛼𝐵 =0,03 0,04= 0,75

27

Questão 4 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝛽 = 1,6 ∗ 10−4°𝐶−1

Raciocínio

Δ% =𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Cálculo

Δ𝐴% = 𝐴𝑓− 𝐴0 𝐴₀ = Δ𝐴 𝐴₀ = 𝐴₀∗ 𝛽 ∗ Δ𝜃 𝐴₀ = 𝛽 ∗ Δ𝜃 Δ𝜃 =Δ𝐴% 𝛽 = 0,1 1,6 ∗ 10−4 = 625 °𝐶

Questão 5 – Resposta A

Pergunta

Dados

Raciocínio

𝐿0 = 100 𝑐𝑚 𝐿_𝑓 = 100,2 𝑐𝑚 Δ𝜃 = 50 − 0 = 50 °𝐶 𝛼

Cálculo

𝐿_𝑓 = 𝐿₀+ 𝐿₀∗ 𝛼 ∗ Δ𝜃 𝐿_𝑓− 𝐿₀= Δ𝐿 = 𝐿₀+ 𝐿₀∗ 𝛼 ∗ Δ𝜃 0,2 = 100 ∗ 𝛼 ∗ 50 𝛼 = 4 ∗ 10−5/°𝐶

29

Questão 6 – Resposta A

Pergunta

Dados

𝜃_𝑖 = 20 °𝐶 𝛼𝐴 = 3 ∗ 10−5°𝐶−1 𝛼𝐵 = 1 ∗ 10−5°𝐶−1 𝐿_0𝐴 = 1000 mm 𝐿0𝐵 = 1001 𝑚𝑚

Raciocínio

Cálculo

Δ𝐿𝐴= Δ𝐿𝐵+ 1 𝑚𝑚 𝐿0𝐴∗ 𝛼𝐴∗ Δ𝜃 = 𝐿0𝐴∗ 𝛼𝐴∗ Δ𝜃 + 1 𝑚𝑚 1000 ∗ 3 ∗ 10−5∗ Δ𝜃 = 1001 ∗ 1 ∗ 10−5∗ Δ𝜃 + 1 Δ𝜃 = 50 °𝐶 𝜃_𝑓 = 𝜃_𝑖+ Δ𝜃 = 20 + 50 = 70 °C

Questão 7 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝐴 = 50 𝑐𝑚2 𝐴𝑓𝑢𝑟𝑜 = 10 𝑐𝑚2 𝛼 = 2 ∗ 10−5°𝐶−1 Δ𝜃 = 100 °𝐶

Raciocínio

Cálculo

Δ𝐴 = 𝐴0∗ 𝛽 ∗ Δ𝜃 𝛽 = 2𝛼 Δ𝐴 = 𝐴₀∗ 2𝛼 ∗ Δ𝜃 Δ𝐴 = 10 ∗ 2 ∗ 2 ∗ 10−5∗ 100 Δ𝐴 = 0,04 𝑐𝑚2

31

Questão 8 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝜃_𝑖 = 15 °𝐶 𝐿0𝐼 = 2 𝑐𝑚 𝐿_0𝐼𝐼 = 1 𝑐𝑚 𝑑 = 5 ∗ 10−3𝑐𝑚 𝛼𝐼 = 3 ∗ 10−5°𝐶−1 𝛼𝐼𝐼 = 4 ∗ 10−5°𝐶−1

Raciocínio

5 ∗ 10−3𝑐𝑚 5 ∗ 10−3𝑐𝑚

Cálculo

Δ𝐿𝐼+ Δ𝐿𝐼𝐼 = 𝑑 𝐿0𝐼∗ 𝛼𝐼∗ Δ𝜃 + 𝐿0𝐼𝐼∗ 𝛼𝐼𝐼 ∗ Δ𝜃 = 𝑑 2 ∗ 3 ∗ 10−5∗ Δ𝜃 + 1 ∗ 4 ∗ 10−5∗ Δ𝜃 = 5 ∗ 10−3 Δ𝜃 = 50 °𝐶 𝜃_𝑓 = 𝜃_𝑖+ Δ𝜃 = 15 + 50 = 65 °C

Questão 9 – Resposta D

Pergunta

Dados

Δ𝜃 = 40 °𝐶 𝛼𝑣 = 27 ∗ 10−6°𝐶−1 𝛾_𝑔 = 5 ∗ 10−4_°𝐶−1

Raciocínio

Cálculo

𝛾𝑔= 5 ∗ 10−4°𝐶−1 𝛾𝑣 = 3 ∗ 𝛼𝑣 𝛾𝑣 = 3 ∗ 27 ∗ 10−6°𝐶−1 𝛾𝑣 = 71 ∗ 10−6°𝐶−1 𝛾𝑔 > 𝛾𝑣

33

Questão 10 – Resposta B

Pergunta

Dados

𝑉_𝑟 = 500 𝑐𝑚3 𝑉𝐻𝑔 = 200 𝑐𝑚3 𝜃𝑖 = 0 °𝐶 𝛾

Raciocínio

Cálculo

Δ𝑉_𝑟 = Δ𝑉_𝐻𝑔 𝑉_𝑟 ∗ 3 ∗ 𝛼 ∗ Δ𝜃 = 𝑉_𝐻𝑔∗ 𝛾 ∗ Δ𝜃 𝛼 =𝑉𝐻𝑔∗ 𝛾 𝑉𝑟∗ 3 = 200𝛾 500 ∗ 3= 2𝛾 15

Questão 11 – Resposta C

Pergunta

𝑓 = 𝑉 𝑉′

Dados

Δ𝜃 = 25 °𝐶

Raciocínio

𝑉_𝑓.

Cálculo

𝑉_𝑓 = 𝑉_𝑓 𝑉 ∗ 1 + 𝛾𝑔∗ Δ𝜃 = 𝑉′∗ (1 + 𝛾𝑡∗ Δ𝜃) 𝑉 𝑉′= 1 + 𝛾𝑡∗ Δ𝜃 1 + 𝛾_𝑔∗ Δ𝜃 𝑓 =1 + 1 ∗ 10 −5_{∗ 25} 1 + 9 ∗ 10−4_{∗ 25} = 0,978 = 97,8 %

35

Questão 12 – Resposta C

Pergunta

Dados

𝐿₀= 99,98 𝑚 𝐿_𝑓 = 100 𝑚 𝛼 = 4 ∗ 10−5°𝐶−1

Raciocínio

Cálculo

Δ𝐿 = 𝐿0∗ 𝛼 ∗ Δ𝜃 Δ𝜃 = Δ𝐿 𝐿0∗ 𝛼 = 0,02 99,98 ∗ 4 ∗ 10−5 Δ𝜃 = 5 °𝐶

Questão 13 – Resposta B

Pergunta

37

Questão 14 – Resposta D

Pergunta

Questão 15 – Resposta C

Pergunta

39

Questão 16 – Resposta D

Pergunta

Questão 17 – Resposta C

Pergunta

Dados

Raciocínio

41

Questão 18 – Resposta C

Pergunta

Questão 19 – Resposta D

Pergunta

Dados

𝜃_𝑖 = 5 °𝐶 𝜃_𝑓 = 35 °𝐶 𝑅$ 0,50 𝑅$ 1,60 𝛾 = 1 ∗ 10−3°𝐶−1

Raciocínio

Cálculo

Δ𝑉 = 𝑉0∗ 𝛾 ∗ Δ𝜃 Δ𝑉 = 20000 ∗ 1 ∗ 10−3∗ 35 − 5 Δ𝑉 = 600 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 600 ∗ 1,6 = 960 𝑟𝑒𝑎𝑖𝑠 por dia 960 ∗ 7 = 6720 𝑟𝑒𝑎𝑖𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎

43

Questão 20 – Resposta E

Pergunta

Dados: