MAS AFINAL DE CONTAS, O QUE É TOMOGRAFIA?

Olá pessoal!

Espero que todos estejam bem!

Muito tem se falado em um exame, relativamente comum, para auxiliar no diagnóstico da COVID-19, a "TOMOGRAFIA".

A tomografia, como o próprio nome diz ("TOMOS" em grego significa pedaço ou divisão  e "GRAFIA" significa imagem, figura) é uma imagem de uma "fatia" de um corpo. Na verdade a tomografia é um conjunto de sucessivas imagens de várias fatias de uma parte do corpo.

A imagem abaixo apresenta um resultado final de uma tomografia da cabeça. Não se assustem, logo vocês aprenderão a entender o que está sendo mostrado.

    Como assim professor, eles tiram  fatias do corpo para analisar?

    Claro que não! Não é necessário fazer isso pois nós temos a CIÊNCIA ao nosso favor! Para fazer essas imagens, utilizamos os nossos conhecimentos acumulados por anos sobre o comportamento da luz!

    É fascinante!

Como funciona a tomografia?

    Imagine um pão. Agora imagine que você precisa cortar o pão em fatias, como um pão de forma. Cada fatia representa uma parte do pão. No caso do pão, não existem muitas diferenças entre o começo, o meio e o final do pão na sua parte interna, já que basicamente tudo é feito de miolo. 

Agora veja a figura abaixo: 

    No caso da tomografia, a luz (raiosX) atravessa fatias do corpo como se fosse um pão de forma cortado. Cada imagem na tomografia, corresponde a um corte.

   Os cortes podem ser feitos em diferentes planos, revelando diferentes imagens (em ângulos diferentes) de uma mesma estrutura. Olhe na figura abaixo a tomografia de uma cabeça, onde podemos ver os dentes em diferentes cortes (ou ângulos):

    As imagens da tomografia são normalmente muito nítidas, diferente de uma chapa comum de raios X, que acredito, todos já fizeram alguma vez. Na chapa de Raios X, não se vêem lâminas e sim todas as estruturas tridimensionais espremidas  em uma figura bidimensional. 

    Na tomografia, um objeto tridimensional pode ser refeito pela sobreposição das lâminas. É fácil pensar nisso quando pensamos em bustos de MDF de personagens. São várias lâminas de madeira que quando separadas não parecem com nada, mas quando juntamos cada fatia, conseguimos uma imagem 3D.  Cada lâmina funciona como um corte de tomografia:

Raios X: Já ouvi falar...

Aqui começamos a entender como a ciência teórica e a luz estão envolvidas com a tomografia.

O vídeo acima comentou que no exame de tomografia a radiação atravessa o corpo do paciente, é captada e depois transformada em imagens detalhadas. Mas que radiação é essa?  E o que é radiação?

Vamos lá: 

Radiação: Resumidamente, radiação é uma forma de energia transmitida através do ar ou não, como uma onda eletromagnética. Além de existir naturalmente no ambiente, a radiação também vem de fontes artificiais como atividades médicas e industriais.

Onda: Ondas são perturbações que se deslocam no espaço transportando, exclusivamente, energia de um ponto a outro, sem realizar transporte de matéria. Existem ondas de natureza mecânica, eletromagnética e gravitacional.  Veja o vídeo abaixo exemplificando:

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As ondas tem algumas propriedades  que devem ser mencionadas. São a frequência, comprimento de onda, amplitude, velocidade e período. A figura abaixo apresenta uma onda e seus elementos. Observe: 

• Comprimento de onda

O comprimento de onda é representado pelo símbolo λ e equivale a distância entre dois vales consecutivos, duas cristas consecutivas. No Sistema Internacional de Unidades (SI), o comprimento de ondas é definido em metros (m).

• Frequência

A frequência da onda é dada pelo número de oscilações que ela realiza a cada segundo.  Oscilação  consiste no momento em que uma perturbação que gerou uma crista  na onda, gera um vale e retorna até a posição inicial (ou seja oscilação é a soma de uma crista e o vale de uma onda, veja a figura acima).

É  medida em uma unidade conhecida como Hertz (homenagem ao físico Heinrich Hertz, que descobriu a radiação eletromagnética) ou Hz.

Por exemplo: uma onda de 20 Hz realiza vinte oscilações completas a cada segundo. 2 Hz, duas oscilações  por segundo. 20.000 Hz, 20.000 oscilações por segundo e assim por diante. Um exemplo prático de uso é a tecnologia 5G dos celulares. Ela usa uma frequência de 5 GHz, significa que usa ondas eletromagnéticas com frequência de 5.000.000.000 de oscilações por segundo (é muuuuuita oscilação!)

• Período

O período de uma onda é o intervalo de tempo que ela leva para realizar uma oscilação completa. No SI, essa grandeza é medida em segundos (s). 

• Velocidade de propagação

A velocidade da onda depende do meio em que ela se propaga. No Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em metros por segundo (m/s). 

 As ondas eletromagnéticas tem uma velocidade constante no vácuo (300.000.000 m/s) sendo essa a maior velocidade que pode ser conseguida em nosso universo.

• Amplitude

A amplitude da onda está relacionada à sua intensidade. Por exemplo, quando o volume do som está alto, as ondas sonoras estão sendo produzidas com altas amplitudes. A amplitude é medida como a distância da posição de equilíbrio até a altura de uma crista ou de um vale. veja a figura:

Quanto maior a amplitude da onda maior é o volume do som. Quanto maior a amplitude da onda mais luminoso é um ponto de luz. Ou seja quanto maior a amplitude maior a energia carregada pela onda.

Ondas eletromagnéticas

Neste post vamos nos concentrar nas ondas eletromagnéticas!

Ondas eletromagnéticas nada mais são do que LUZ... Isso mesmo, luz, igual a que é produzida pelas lâmpadas em casa. Na verdade a luz que conseguimos enxergar é apenas uma parte do que conhecemos como espectro eletromagnético!

Espectro eletromagnético: é uma escala de radiações eletromagnéticas. Nele estão representados os 7 tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama. O que diferencia cada uma dessas é a frequência. Olhe a figura abaixo: 

Como podemos ver na figura, as ondas eletromagnéticas estão presentes em vários aparelhos, fenômenos e utilidades do dia a dia.

A mesma onda que é utilizada para sintonizarmos em uma estação de rádio, é aquela que produz uma radiação destrutiva como a dos Raios Gama, liberados pelas bombas nucleares. Espantoso! 

Mas já que todas as ondas eletromagnéticas correspondem ao mesmo fenômeno, o que diferencia ondas de rádio, luz visível, raios X e Raios Gama???

A resposta é simples, as propriedades de cada uma, mas especificamente, a frequência e a amplitude das ondas. 

Quanto maior a frequência de uma onda, como já vimos, maior o número de cristas e vales passam por um ponto em um determinado tempo. Ou seja, mais energia essa onda consegue carregar. 

Quanto maior a amplitude (distância entre os picos e os vales), maior a intensidade da radiação, ou seja também maior a quantidade de energia que essa onda poderá carregar

Junte as duas grandezas e você terá uma onda muito destrutiva, carregando muita energia. 

Sobre a destrutividade das ondas eletromagnéticas, podemos dividi-las em 2 tipos: Radiação não ionizante e radiação ionizante. Veja a figura abaixo:

Radiação não-ionizante é aquela que não destrói ou danifica a estrutura molecular dos objetos por ela irradiado. Fazem parte deste tipo de radiação, as ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, e a luz visível e todas as suas cores.

Radiação ionizante é aquela que, mesmo em baixa intensidade, é capaz de destruir ou danificar a estrutura molecular e atômica dos objetos por ela irradiados. Em resumo, causam lesão. Fazem parte deste espectro as luzes ultravioletas, raios-X e raios gama. 

Mas quer dizer que se eu colocar a mão no micro-ondas e ligar, não ocorrerá nenhuma lesão, já que micro-ondas é um tipo de radiação não ionizante?

Claro que vai machucar, e muito. A questão aí está na amplitude das ondas. O forno de micro-ondas produz luz (na frequência das micro-ondas) em alta intensidade, ou seja com muita energia e por isso pode causar uma queimadura. 

Até mesmo a luz visível, que não é ionizante pode causar lesões, por exemplo quando se utiliza um bisturi a laser de alta intensidade. Normalmente a luz produzida está na frequência da cor vermelha, e pela sua intensidade pode facilmente cortar a pele e outros tecidos.  O mesmo laser, na mesma cor, quando a intensidade (amplitude das ondas) é menor, pode ser utilizada como uma caneta apontadora em uma apresentação. Tudo é uma questão da quantidade de energia que a onda carrega

Radiações Eletromagnéticas e seus efeitos 

Como já descrito anteriormente, o espectro eletromagnético diz respeito a toda gama de possíveis frequências que uma onda eletromagnética pode apresentar.

Porém, a distinção entre elas, entretanto, está na forma como essa ondas interagem com a matéria. Por exemplo, apesar de tratarem-se de ondas eletromagnéticas, o raio x e a luz visível são bastante distintos no modo em que interagem com a matéria, sendo que a os raios X, por conterem mais energia, são muito mais destrutivos.

Abaixo, confira quais são os tipos de ondas eletromagnéticas e descubra como elas estão presentes em nosso cotidiano:

• Ondas de rádio: apresentam a menor frequência entre as ondas eletromagnéticas e, consequentemente, o maior comprimento de onda. São comumente usadas para transmissão de sinal de televisão, rádio e celular.

• Micro-ondas: têm frequência um pouco maior que as ondas de rádio, são bastante usadas nas telecomunicações (no wi-fi, por exemplo) e também em radares que captam a velocidade de veículos em movimento. Além disso tem a propriedade de "agitar" moléculas de água, aumentando o calor e por isso são usadas nos fornos de Microondas.

Professor, então se as microondas são usadas no wifi, se eu ficar próximo de um roteador, meu cérebro pode ser assado?

Claro que não! Lembre-se sempre que a ação das ondas depende da quantidade de energia que carregam e isso vai estar relacionado a amplitude das ondas e sua frequência. A frequência usada no forno é totalmente diferente da frequência usada pelos roteadores. Além disso, a amplitude das ondas usadas pelos fornos é muito maior, carregando portanto muito mais energia.

O vídeo abaixo do manual do mundo explica o funcionamento do microondas a partir de um fato insólito... em 2017 foi noticiado que uma garota norte americana tentou secar seu porquinho da índia depois de ter dado banho no bichinho...  Óbvio que não deu certo e o pobre animal acabou morrendo... 

• Infravermelho: apresenta frequência pouco inferior à da luz visível, esse tipo de onda, também conhecido como onda de calor, é capaz de aumentar a agitação térmica de átomos e moléculas. Quando nos aproximamos de uma fogueira e sentimos o seu calor, parte da energia transmitida para nós vem em forma de radiação térmica, transportada pelas ondas de infravermelho.

• Luz visível: é aquela que pode sensibilizar os olhos dos seres humanos, uma vez que existem animais capazes de enxergar diferentes tipos de ondas eletromagnéticas, como o infravermelho e o ultravioleta, por exemplo. A luz visível compreende uma estreita faixa de comprimentos de onda no espectro eletromagnético, entre 700 nm e 400 nm (nanômetros = 10-9 m).

• Ultravioleta: é considerada uma radiação ionizante, isto é, durante a sua interação com a matéria, ela é capaz de arrancar elétrons dos átomos, causando danos a moléculas importantes, como aquelas presentes no DNA das células epiteliais. Devido à sua capacidade ionizante, a radiação ultravioleta é usada na esterilização de utensílios médicos, por exemplo.

• Raios x: são ondas eletromagnéticas ionizantes com grande poder de penetração. Esse tipo de onda é capaz de atravessar diversos tipos de tecidos, graças ao seu pequeno comprimento de onda. São largamente utilizadas em exames de imagens, como radiografia e tomografia.

Raios gama: são as ondas eletromagnéticas de maior frequência em todo o espectro eletromagnético, podem ser obtidas em reações nucleares e durante a aniquilação de pares (quando há contato entre matéria e antimatéria). No entanto a maior parcela de raios gama que incidem sobre a Terra tem origem em estrelas, como o nosso Sol. Esse tipo de radiação é extremamente penetrante e possui grande capacidade de ionização. 

AVALIE O QUE APRENDEU

Agora chegou a hora de avaliar seu aprendizado!

O início do prazo para começarem a fazer essa atividade será no dia 08 de Março com prazo de entrega no dia 22 de Março.

Dúvidas nas atividades poderão ser enviadas pelo e-mail

Professor Rafael

profrafafsn@gmail.com (apenas para o 9 ano A)

Professora Liliana

lilianaliseli123@gmail.com (apenas 9 ano B, C e D)

Quem por qualquer motivo não puder acessar as atividades ou preencher o formulário deverá ligar para a escola às segundas feiras entre 8:00 da manhã até 12:30 da tarde. O telefone de contato é (15) 3233-6219.