Física Computacional. Prof. Luiz Claudio F. de Souza Luizclaudiofs.blogspot.com

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1 Física Computacional Prof. Luiz Claudio F. de Souza Luizclaudiofs.blogspot.com

2 O que é Física? A Física é uma ciência que estuda a natureza e seus fenômenos. Ela se baseia no método científico, na lógica e na matemática. A palavra método vem do grego méthodos, que quer dizer caminho para chegar a um fim. O método científico é definido como um conjunto de regras básicas para desenvolver uma experiência a fim de produzir novo conhecimento, bem como corrigir e integrar conhecimentos pré-existentes. Física Computacional 2

3 Ramos da Física Um conhecimento tão vasto precisa ser dividido em áreas para que aqueles que se interessam por seu estudo encontrem uma organização didática que favoreça uma melhor compreensão de seus conceitos, princípios e leis. É importante ressaltar que essa divisão é apenas didáticopedagógica e que não existe ruptura de uma área para outra, pois os fenômenos estão interligados e a Física é uma só. Física Computacional 3

4 Os estudos da Física estão divididos da seguinte forma: Mecânica: é a parte da Física que estuda os movimentos dos corpos; Termologia: estuda os fenômenos relacionados com a temperatura e o calor; Óptica: estuda os fenômenos relacionados com a luz; Ondulatória: trata dos fenômenos ligados às ondas, suas características, propriedades e comportamentos; Eletricidade e magnetismo: Estuda os fenômenos elétricos e magnéticos; Física moderna: Trata da física desenvolvida no século XX, em que podemos incluir a relatividade, a física quântica e a física nuclear. Física Computacional 4

5 Mecânica 1 - CINEMÁTICA: Na cinemática estudaremos o movimento dos corpos, sem considerarmos a sua causa, e sim a determinação das posições, velocidades e das acelerações dos móveis em função do tempo. Física Computacional 5

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13 Física Computacional 13

14 Espaço percorrido mede todo o comprimento do percurso do corpo. Por exemplo, se um corpo for do ponto A ao ponto B (que distam entre si de 5 metros), e depois voltar ao ponto A, o espaço percorrido será 10 Física Computacional 14

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25 Modellus O Modellus é usado para introduzir a modelagem computacional, que nos permiti elaborar de maneira fácil e intuitiva modelos matemáticos usando a notação matemática padrão. Possibilita, também, criar animações com objetos interativos relacionados às expressões matemáticas descritas no modelo. Desta forma, propicia explorar as múltiplas representações e analisar dados experimentais em forma de imagens, animações, gráficos e tabelas. Física Computacional 25

26 Física Computacional 26

27 Endereço para download Física Computacional 27

28 Física Computacional 28

29 Ferramentas do Software Física Computacional 29

30 Modelo Matemático Nesta janela teremos as funções matemáticas que representam o modelo. Física Computacional 30

31 Vamos fazer um exemplo de uso Vamos fazer um Modelo Computacional para O Movimento Retilíneo Uniforme (MRU). Física Computacional 31

32 Agora vamos para a Janela Gráfico Nesta janela o software plota o gráfico da função descrita na janela Modelo Física Computacional 32

33 Clique na setinha verde localizada no canto inferior à esquerda. Física Computacional 33

34 O Gráfico será Mostrado Física Computacional 34

35 Janela Tabela Física Computacional 35

36 Vamos acrescentar uma animação 1. Clique na paleta animação 2. Clique em Partícula Física Computacional 36

37 3. De um Clique na região mostrada abaixo Física Computacional 37

38 Ficando assim! Física Computacional 38

39 Agora Clique no Objeto Abaixo e escolha o Cachorro, clicando nas setas Física Computacional 39

40 Dê um Clique no Objeto (Cachorro) Vamos configurar as propriedades da seguinte forma Clique em: Física Computacional 40

41 Atividade 1 Faça a Modelagem com o Modellus dos gráficos abaixo. (3,0 Pts) Física Computacional 41

42 Física Computacional 42

43 MRUV Física Computacional 43

44 Física Computacional 44

45 Física Computacional 45

46 MRUV Física Computacional 46

47 Física Computacional 47

48 Física Computacional 48

49 Física Computacional 49

50 Física Computacional 50

51 Segundo Exemplo Física Computacional 51

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53 Física Computacional 53

54 Física Computacional 54

55 Física Computacional 55

56 Física Computacional 56

57 Vamos adicionar Imagens! Vamos Clicar na Paleta Animação Agora dê um clique no objeto Imagem Física Computacional 57

58 Clique na área onde você deseja inserir a imagem e escolha um arquivo de uma pasta Física Computacional 58

59 Posicione a imagem no local correto Física Computacional 59

60 Vamos adicionar um veiculo na animação! Vamos Clicar na Paleta Animação Agora dê um clique em Partícula e selecione u objeto (Fusca): Física Computacional 60

61 Adicione esse objeto na área de trabalho Física Computacional 61

62 Selecione a partícula (Fusca) e coloque zero no eixo Y No eixo X Selecione a variável a ser demonstrada, no caso a variável S Física Computacional 62

63 Selecione, com um clique, a partícula (Fusca) e vá em ligar e selecione a imagem que está na área de trabalho colocada anteriormente. Física Computacional 63

64 Clique em: Física Computacional 64

65 Notas Utilizamos o Quadro Notas para anotações em geral Física Computacional 65

66 Para o exemplo Anterior: Física Computacional 66

67 Produto Final Física Computacional 67

68 Atividade 2 Faça a Modelagem com o software Modellus da função horaria e da equação de Torricelli através de exemplos, como na questão anterior. Quando terminar, mostre ao professor. (2,0 Pts) Grupos com no máximo 3 alunos Física Computacional 68

69 Física Computacional 69

70 Solução Física Computacional 70

71 Física Computacional 71

72 Envio das Atividades Assunto: Atividade 1 Nome dos alunos Física Computacional 72

73 Atividade 3 Você está lotado como professor de Informática numa escola. A escola irá adotar o Software de Modelagem Modellus, você deverá desenvolver um tutorial para que os professores de qualquer disciplina e alunos tenham na biblioteca o material para uso de tal ferramenta pedagógica. Após terminar, envie para o luizclaudioblm@hotmail.com (2Pts) * Grupos com no máximo 3 alunos Física Computacional 73

74 Atividade 4 Elabore uma aula a ser ministrada no Laboratório de Informática para alunos do Eja de qualquer série do Ensino Médio, o Tema da Aula fica livre para a escolha, com assuntos contidos na apostila da disciplina. A Aula deverá utilizar algum instrumento software pedagógico de Modelagem. (10 Pts) Obs: Física Computacional 74

75 Obs: Plano de Aula (Deverá ser entregue ao Professor) Equipes com no máximo 4 alunos Tempo de aula de no máximo 40 minutos e mínimo 30 minutos. Física Computacional 75

76 Física Computacional 76

77 Física Computacional 77

78 Refinamento do Algoritmo anterior Física Computacional 78

79 Física Computacional 79

80 Física Computacional 80

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83 Refinamento do Algoritmo Anterior Física Computacional 83

84 Física Computacional 84

85 Física Computacional 85

86 Física Computacional 86

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88 Função S=S0+VT Física Computacional 88

89 Física Computacional 89

90 Arduino Física Computacional 90

91 Arquitetura Modular Inteligente (Shields) Física Computacional 91

92 Vamos aprendendo praticando! Experiência Pisca LED Física Computacional 92

93 Hardware Física Computacional 93

94 Software Física Computacional 94

95 Conecte o Circuito montado no Computador pela Porta USB! Vamos compilar e transferir o Programa para o Arduino Física Computacional 95

96 Explicação sobre o programa: Física Computacional 96

97 Atividade 1 Faça o Led Piscar lento, lento, rápido, rápido Atividade 2 Faça o Led Piscar lento, rápido, lento, rápido Atividade 3 (Experiência 2) Você já viu um sinalizador de entrada e saída de veículos? Utilizando o Arduino, construa um sinalizador desses. Física Computacional 97

98 Experimento Iluminação Pública Materiais necessários: Arduino Protoboard Fios de conexão LDR Resistor de 10k Física Computacional 98

99 Hardware do Experimento: Física Computacional 99

100 Software do experimento void setup() { Serial.begin(9600); // inicia comunicação com computador } void loop() { int luz = analogread(5); // faz leitura da luminosidade Serial.println(luz); // envia valor da luminosidade ao computador delay(500); } Física Computacional 100

101 Física Computacional 101

102 Experimento Poste de Iluminação pública Materiais necessários: Arduino Protoboard Fios de conexão LDR Resistor de 10k LED Resistor de 220 Ohm Física Computacional 102

103 Hardware Física Computacional 103

104 Software Física Computacional 104

105 Circuitos Elétricos Descrição e uso dos mais conhecidos dispositivos Elétricos. Física Computacional 105

106 Resistores Física Computacional 106

107 Física Computacional 107

108 Exemplos de Leitura dos Resistores Física Computacional 108

109 Física Computacional 109

110 Física Computacional 110

111 Física Computacional 111

112 Transistor Os transistores realizam inúmeras funções, sendo que as mais importantes são como amplificadores de tensão e amplificadores de corrente. Por exemplo, o sinal elétrico gerado por um microfone é tão fraco que não tem condições de gerar som quando é aplicado a um alto falante. Física Computacional 112

113 Física Computacional 113