Avaliação A2 – 22 de Janeiro de 2009

1. (2.0v) Num axónio em repouso, dos iões Na, K e Cl, um deles está praticamente em equilíbrio e outro está muito longe do equilíbrio. Explique esta afirmação e identifique os iões referidos.

Num axónio em repouso, ou seja, quando se estabelece uma diferença potencial de -90mV entre o exterior e interior do axónio, o anião Cl^– está praticamente em equilíbrio, isto é a concentração deste anião é praticamente a mesma dentro e fora do axónio. Já os catiões Na⁺ e K⁺ estão em concentrações muito díspares dentro e fora da célula nervosa. O Na⁺ encontra-se em grande concentração fora da célula e o K⁺ aparece em grande quantidade no seu interior, portanto estão muito longe do equilíbrio. É devido a esta situação que os catiões são responsáveis pelas variações dos potenciais ao longo da passagem da mensagem nervosa.

2. (2.0v) Explique porque é que a introdução de material isolador (dieléctrico) entre as placas de um condensador carregado leva a uma diminuição do campo eléctrico entre as placas.

O campo eléctrico entre duas placas de condensador pode ser dado pela seguinte expressão  [latex] E=4\pi.k\frac{Q}{A}[/latex], em que k é a constante dieléctrica do meio, e é dada por [latex]k=\frac{1}{4\pi\epsilon}[/latex], em que o [latex]\epsilon[/latex] é a permitividade do meio. Como sabemos que a permitividade do papel é de cerca de 2 vezes a permitividade do vácuo ou ar então se aumentarmos o [latex]\epsilon[/latex], o k diminui e na fórmula que traduz o módulo do valor do campo eléctrico, vamos ter uma diminuição do campo eléctrico entre as placas.

3. (2.0v) Explique como é que J.J. Thomson mediu a razão de q/m (sendo q a carga e m a massa do electrão).

Thomson recorreu ao tubo de raios catódicos para determinar a razão entre a carga e a massa do electrão. Basicamente neste tubo temos um gás a baixa pressão que é ionizado por uma tensão elevado, fazendo com que os catiões (cargas positivas) se deslocassem para o cátodo e os electrões (cargas negativas) para o ânodo. Isto faz como que o electrões ganhem velocidade e pudessem passar através de um orifício do ânodo, estes electrões iam depois colidir com um ecrã fluorescente e produziam um ponto luminoso. A este feixe luminoso chamou-se na época “raio catódico” pois pensava-se que provinham do cátodo.

No interior do tubo de raios catódicos temos um condensador de placas paralelas a uma determinada diferença de potencial e que portanto leva a criação de um campo eléctrico entre as placas. Para além disso temos ainda duas bobinas que criam um campo magnético perpendicular ao campo eléctrico. Para a determinação desta razão, inicialmente fazemos passar os electrões com velocidade (v, apenas com componente segundo o eixo dos xx) e o campo eléctrico atua perpendicularmente à velocidade, fazendo com que se exerça uma força e portanto os electrões passam a sofrer uma aceleração segundo o eixo dos yy (a_y). Pela segunda lei de Newton sabemos que F=m.a, como a força eléctrica é F_e=q.E, então temos que F_e=m.a_y e portanto, q.E=m.a_y. Como já vimos os electrões têm velocidade apenas segundo x e portanto v=v_x, pelas equações do movimento sabemos que x=vt e y=0,5a_y.t², considerando que l é o comprimento das placas então l=vt => t=l/v, substituindo temos que [latex]y=\frac{1}{2}\frac{qE}{m}(\frac{l}{v})^2[/latex]. Note-se que anteriormente tínhamos visto que a aceleração era dada pela razão entre qE e m. A distância y pode ser medida através da distância entre os pontos do feixe luminoso. Numa segunda fase liga-se também o campo magnético, e faz-se varia ambos os campos até que a resultante das forças seja nula e portanto os electrões continuam o seu trajeto sem qualquer desvio. Assim podemos determinar a velocidade dos electrões. Porque F_B=q.v.B e F_e=q.E, como a resultante é nula, então F_B=F_E=> q.v.B=qE, logo v=E/B. Substituindo a velocidade na expressão [latex]y=\frac{1}{2}\frac{qE}{m}(\frac{l}{v})^2[/latex] obtemos que [latex]\frac{q}{m}=\frac{2yE}{B^2.l^2}[/latex]. Como podemos medir o y através do desvio do ecrã fluorescente, sabemos o comprimento das placas do condensador e os campos elétrico e magnético foram ajustados e portanto os seus valores são conhecidos, pode assim Thomson determinar a relação da carga/massa do electrão.

4. (2.0v) Explique porque é que os Mu Mesões produzidos pelos raios cósmicos na alta atmosfera conseguem atingir-nos apesar do seu tempo de semi-vida ser tão curto.

Os Mu Mesões são criados a cerca de 10km de altitude e a sua velocidade é de aproximadamente 0,999c. Se estivéssemos no Mesão a viajar à velocidade de 0,999c e sabendo que apenas existem durante 2,2×10^-6 s, estes apenas percorreriam uma distância de 660m. E portanto não nos atingiam á superfície da Terra. No entanto, paa nós (Observadores da Terra), aplicamos a fórmula da dilatação do tempo e portanto na verdade estes passam a viajar durante 4,92×10^-5 s. E multiplicando este tempo pela velocidade do seu movimento (0,999c), percorrem 14,7km até de desintegrarem, o que é suficiente para atingirem a superfície da Terra.

5. (2.0v) As catecolaminas são armazenadas em organelos específicos que se encontram no citoplasma dos axónios. Explique porque é que este armazenamento requer o consumo de ATP.

As catecolaminas são por exemplo a dopamina e adrenalina que são responsáveis por alguns estímulos nervosos e reação a certas situações. Estas são caracterizadas por um grupo amina que pode ou não estar protonado consoante esteja na forma alcalina ou ácida. No entanto, quando no citoplasma da célula estabelece-se um equilíbrio ácido base entre as catecolaminas,

[latex] R-NH_2 + H^+ \rightleftharpoons R-NH_3^+[/latex]

Isto faz com que a concentração de cada uma das formas dependa do pH do meio e portanto o armazenamento para uma vesícula (organelo responsável por armazenar estas catecolaminas) terá de ser feito contra o gradiente, porque se o interior da vesícula e o meio intercelular tiverem aproximadamente o mesmo pH, as concentrações de ambas as espécies são aproximadamente as mesmas e portanto é necessário ATP para que se consiga armazenar todas as catecolaminas na vesícula – Mecanismo de Simporte.