Conteúdo Programático
A Fisica é uma atividade essencialmente experimental. Desde a gênese do método científico e o surgimento da ciência moderna com Galileu Galilei no século XVI, a dinâmica quotidiana do Fisico consiste num diálogo franco com a realidade, no confronto entre hipótese e verificação experimental, onde a liberdade criativa do gênio científico é convidada a submeter-se e realizar-se plenamente na descoberta da realidade.
O modo no entanto como a Física é normalmente apresentada no currículo das escolas do Ensino Médio, frequentemente leva os estudantes a terem a impressão de que o progresso científico seja um processo autônomo, teórico e em certa medida auto-referencial, onde os resultados são obtidos de maneira mecânica dentro da inevitabilidade das derivações matemáticas. Muito pelo contrário, o método científico existe exatamente para investigar e revelar a maravilhosa e imprevista contingência do mundo.
As disciplinas de física básica, em particular a disciplina de Física 1E (Mecânica), que é ministrada no primeiro ano dos Cursos de Engenharias e ciências exatas (fisica, quimica, matemática) é uma das mais importante das disciplinas de física ministradas na universidade. Para a formação de químicos, matemáticos, engenheiros, geólogos e outros profissionais, representa possivelmente o único contato que terão com os conceitos fundamentais da física e como é a forma de pensar e de abordar problemas dos físicos.
A disciplina de Física 1E será ministrada neste primeiro semestre de 2020 ao curso de Ciencia da Computacao, mas o material é genérico podendo ser usado por qualquer aluno que curse uma disciplina equivalente (física 1, fisica A, física para computação, física geral e experimental A, física geral 1). As aulas serão ministradas nas segunda (8-10h) e quarta (8-10h)-feiras, no bloco do de salas de aulas da FT (Faculdade de tecnologia).
Todos os conteudos abordados nesta disciplinas, estarao disponiveis em videos-aulas neste site. Aconselhamos fortemente que os estudantes visitem esta parte do site, assistam as aulas antes e depois para um melhor apreendizado.
Nesta disciplina estudarmos os fundamentos da mecânica, que tem o objetivo de entender os princípios físicos envolvidos no movimento dos coprpos na natureza, restringindo a velocidades pequenas (muito menor do que a velocidade da luz c=300.000.000 m/s) e corpos macroscópicos (muito maior do que as massas dos corpos atômicos, da ordem de m=0,00000000000000000000000000000091kg), e será distribuído em doze (12) tópicos detalhados a seguir:
1. Introdução: Medição na Física
- O que é a física? para que serve? por que estudá-la?
- Relação da física e outras ciências. Ramos da física
- Galileu e o método científico
- Os domínios da física
- Medindo grandezas
i) Comprimento
ii) Tempo
iii) Massa
- Análise dimensional
2. Cinemática Unidimensional
- Mecânica
- Referencial. Posição e deslocamento
- Velocidade média
- Velocidade instantânea
- Diferenciação
- Aceleração
- Movimento retilíneo uniforme (MRU)
- Movimento retilíneo uniformemente variado
- Movimento relativo. Transformação de Galileu
- Galileu e a queda dos corpos
3. Análise Vetorial
- Definições. Escalar e vetor
- Adição de vetores
i) Método geométrico
ii) Método analítico
- Multiplicação de vetores
i) Produto escalar
ii) Produto vetorial
- Derivadas de vetores
- Transformações de Galileu (mudança de referencial)
4. Movimento em Duas e Três Dimensões
- Referencial
- Vetor deslocamento
- Velocidade vetorial
- Aceleração vetorial
- Movimento uniformemente variado
- Movimento de projéteis
- Movimento circular
i) Aceleração radial
ii) Aceleração tangencial
- Aplicações
5. Dinâmica da Partícula
- Introdução. Definição de força
- Leis do movimento (Newton)
i) Primeira lei (Inércia)
ii) Segunda lei (momento linear)
iii) Terceira lei (ação e reação)
- Leis de força
i) Força gravitacional (peso)
ii) Forças de contato (normal e atrito)
iii) Forças moleculares (elástica e cabos)
iv) Resistência do ar
- Movimento relativo (referencial inercial)
- Movimento circular ("força" centrípta)
- Forças inerciais
- Forças não-inerciais
i) Força centrífuga
ii) Força de coriolis
- Limites da mecânica Newtoniana (clássica)
- Aplicações
6. Trabalho e Energia Cinética
- O que é energia
- Trabalho de uma força constante unidimensional
i) Gravitacional
ii) Força de contato
- Trabalho de uma força variável unidimensional (integração)
i) Força elástica
ii) Força genérica F(x)
- Teorema trabalho e energia cinética
- Trabalho e energia cinética em três dimensões
- Potência
- Aplicações
7. Energia Potencial e Conservação da Energia Mecânica
- Trabalho e energia potencial
i) Energia potencial graviatacional
ii) Energia potencial elástica
- Forças conservativas e não-conservativas
- Cálculo da força conservativa a partir da energia potencial
- Conservação da energia mecânica
- Energia potencial e condição de equilíbrio mecânico
- Massa e energia (relatividade especial)
- Aplicações
8. Centro de Massa e Momento Linear
- Definição de centro de massa e gravidade
i) Sistema discreto de partículas
ii) Sistema contínuo de partículas
- Simetria
- Momento linear de sistemas de partículas
- O referencial do centro de massa
- Sistema de partículas e a segunda lei de Newton
- Conservação do momento linear
- Energia de um sistema de partículas
- Sistemas com massa variável: Movimento dos foquetes
- Aplicações
9. Colisões
- O que é colisão
- Impulso de uma força
- Leis de conservação e colisões
- Colisões elásticas e inelásticas
- Colisões elásticas unidimensionais
- Colisões unidimensionais totalmente inelásticas
- Colisões elásticas bidimensionais
- Aplicações
10. Rotação de Corpos Rígidos
- Graus de liberdade de um corpo rígido
- Descrição vetorial das rotações
i) 'Vetor" deslocamento angular
ii) Vetor velocidade angular
iii) Vetor aceleração vetorial
- Momento de inércia
i) Teorema dos três eixos (Steiner)
ii) Teorema dos eixos paralelos
iii) Cálculos de momento de inércia
a) Sistemas discretos
b) Sistemas contínuos
- Relações entre variáveis lineares e angulares
- Energia cinética de rotação
- Torque: A segunda lei de Newton para rotação
- Trabalho e energia cinética de rotação
- Equilíbrio de corpos rígidos
- Aplicações
11. Rolamento, Torque e Momento Angular
- Torque como produto vetorial
- Definição de momento angular e velocidade angular
i) Uma partícula
ii) Sistemas de partículas
- Momento angular e a segunda lei de Newton para rotação
- Conservação do momento angular e a segunda lei de Kepler
- Rotação em torno de um eixo fixo
- Rolamento como uma combinação de translação e rotação
- As forças do rolamento
- Generalização da lei da conservação da energia mecânica (translação e rotação)
- Movimento de um giroscópio
- Aplicações
12. Gravitação
- Introdução Histórica
- A lei de Gravitação Universal
- A constante de Atração Gravitacional
- Massa inercial e Massa Gravitacional
- Variações de Aceleração da Gravidade
- Efeito Gravitacional de uma Distribuição Esférica de Massa
- Os movimentos dos Planetas e Satélites
- O Campo Gravitacional
- Energia Potencial Gravitacional
- Energia Potencial para sistemas de muitas particulas
- A Terra com Referencial Inercial
- Considerações de Energia no Movimento de Planetas e Satélites
- O Príncipio de Equivalência
BIBLIOGRAFIA
- Livro-Texto: Fundamentos de Física, Mecânica, Halliday & Resnick, Jearl Walker, 9a edição, Volume 1, Editora LTC, 2012
- Livros auxiliares:
1) Física, Paul A. Tipler, Volume 1, segunda edição, Editora Guanabara Dois, 1982
2) Física, Mecânica, Alaor Chaves, Volume 1, primeira edição, Editora Reichmann & Affonso Editores, 2001
3) Curso de Física Básica 1-Mecânica, primeira edição, Editora Edgard Blücher LTDA, 1981
4) Física: Fundamentos e Aplicações, Robert M. Eisberg e Lawrence S. Lerner, Volume 1, Editora McGRaw-Hill, 1982.
5) Física I, Mecânica, Sears & Zemansky, Young & Freedman, 12a edição, Editora Pearson, 2008.
6) Física 1. John P. McKelvey e Howard Grotch, Editora Harper & Row do Brasil LTDA, 1979
METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO
- Serão realizadas quatro (4) provas parciais (P1, P2, P3, P4), uma prova substitutiva e uma prova final (PF), com nota máxima cada dez pontos (10,0)
Prova 1 (P1): Tópicos 1, 2, 3 e 4 (dia 30/3/2020), Capítulos 2 e 4 do Livro-Texto
Prova 2 (P2): Tópico 5 e 6 (dia 22/4/2020), Capítulos 5, 6 e 7 do Livro-Rexto
Prova 3 (P3): Tópicos 7 e 8 (dia 18/5/2020), Capítulos 8 e 9 do LIvro-Texto
Prova 4 (P4): Tópicos 9, 10 e 11 (29/6/2020, Capítulos 10 e 11 do Livro-Texto
Prova Substitutiva (PS): (6/7/2020)
Prova Final (PF): Todos os tópicos (dia 8/7/2020).
- Colocamos no site propostas de nove (09) listas de exercícios (L1, L2, .....L9) associadas a cada tópico exposto acima. Para cada unidade (prova), teremos: duas (2) listas (L1 e L2) associadas a prova 1, duas (2) listas (L3 e L4) associadas a prova 2, duas (2) listas (L5 e L6) associadas a prova 3 e tres (3) listas (L7, L8 e L9) associadas a prova 4.
- No decorrer de cada prova aplicaremos, antecipadamente e virtualmente, diversos simulados com o objetivo de ver a performance dos alunos. Este simulado deve ser feito individualmente por cada aluno, como se fosse a realização de uma prova real, sem consulta, num tempo de duas (02) horas. Serão colocadas as respectivas soluções dos simulados para que possa ser feita as devidas correções e isto sirva de preparativo da prova.
- Para cada prova parcial será retirada duas (2) questões (um verdadeiro CRTL C... CTRL V) dos respectivos conjuntos de listas associadas as provas parciais. Portanto, caso o estudante faça estas listas com sucesso, terá garantido uma nota cinco (5,0) no mínimo. Desta maneira, não deixe de exercitar, pois parte do seu sucesso está diretamente associado a realização destas tarefas
- O aluno que tiver menos do que 75% de presença em sala de aula, será automaticamente reprovado, conforme o regimento da UFAM
- Eliminaremos as menores notas das provas parciais+substitutiva e calcularemos a média artimética das três (03) maiores notas (MP)
- Caso o estudante obtenha MP<7,0 terá que fazer a prova final (PF), e com isto computado a média final MF=(2*MP+PF)/3. Caso contrário, o estudante estará facultado a fazer com a média final MF=MP. Se MF<5,0, o estudante será reprovado por nota.
CRONOGRAMA DO CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
No |
Semana |
Segunda |
Quarta |
1 |
de 9 a 11/3/20202 |
Tópico 1 |
Tópico 2 |
2 |
de 16 a 18/3/2020 |
Tópico 2 |
Tópico 3 |
3 |
de 23 a 25/3/2020 |
Tópico 4 |
Tópico 4 |
4 |
de 30/3 a 1/4/2020 |
Prova 1 |
Tópico 5 |
5 |
de 6 a 8/4/2020 |
Tópico 5 |
Tópico 5 |
6 |
de 13 a 15/4/2020 |
Tópico 6 |
Tópico 6 |
7 |
de 20 a 22/4/2020 |
Tópico 6 |
Prova 2 |
8 |
de 27 a 29/4/2020 |
Tópico 7 |
Tópico 7 |
9 |
de 4 a 6/5/2020 |
Tópico 7 |
Tópico 8 |
10 |
de 11 a 13/5/2020 |
Tópico 8 |
Tópico 8 |
11 |
de 18 a 20/5/2020 |
Prova 3 |
Tópico 9 |
12 |
de 25 a 27/5/2020 |
Topico 9 |
Tópico 9 |
13 |
de 1 a 3/6/2020 |
Tópico 10 |
Tópico 10 |
14 |
de 8 a 10/6/2020 |
Tópico 10 |
Tópico 10 |
15 |
de 15 a 17/6/2020 |
Tópico 11 |
Tópico 11 |
16 |
de 22 a 24/2020 |
Tópico 11 |
Tópico 11 |
17 |
de 29/6 a 1/7/2020 |
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Revisao |
18 |
de 6 a 8/7/2020 |
Prova Substitutiva |
Prova Final
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- Tópico 1: Introdução: Medição na Física
- Tópico 2: Cinemática Unidimensional
- Tópico 3: Análise Vetorial
- Tópico 4: Movimento em Duas e Três Dimensões
- Tópico 5: Dinâmica da Partícula
- Tópico 6: Trabalho e Energia Cinética
- Tópico 7: Energia Potencial e Conservação da Energia Mecânica
- Tópico 8: Centro de Massa e Momento Linear
- Tópico 9: Colisões
- Tópico 10: Rotação de Corpos Rígidos
- Tópico 11: Rolamento, Torque e Momento Angular
- Tópico 12: Gravitação (**)