Universidade Do Estado De Santa Catarina Centro De Ciências Tecnológicas Depto. de Física. Professor Luciano Camargo Martins PLANO DE ENSINO

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1 UDESC Joinville Universidade Do Estado De Santa Catarina Centro De Ciências Tecnológicas Depto. de Física Grupo de Dinâmica Não-Linear Professor Luciano Camargo Martins PLANO DE ENSINO 1 Identificação Disciplina Física Geral I Sigla FGE1001-J Cursos Lic. em Física, Química e Matemática Ano 2015 Semestre letivo 2015/01 Carga horária total 108 hora-aula Aulas teóricas 108 hora-aula Aulas práticas 000 hora-aula 2 Ementa Grandezas físicas. Representação vetorial. Sistemas de unidades. Cinemática e dinâmica da partícula. Trabalho e energia. Conservação de energia. Sistemas de partículas. Colisões. Cinemática e dinâmica de rotações. Equilíbrio de corpos rígidos. Gravitação. 3 Conteúdo Programático 1. Unidades, Grandezas Físicas e Vetores 1.1. Introdução A natureza da Física Modelos idealizados Padrões e unidades Coerência e conversão de unidades Incertezas e algarismos significativos Estimativa e ordens de grandeza Vetores e soma vetorial Componentes de vetores Vetores unitários Produtos de vetores. 2. Movimento Retilíneo 2.1. Introdução Deslocamento, tempo e velocidade média Velocidade instantânea Aceleração instantânea e aceleração média Movimento e aceleração constante Queda livre dos corpos. 3. Movimento em Duas e Três Dimensões 3.1. Introdução Vetor posição e vetor velocidade Vetor aceleração Movimento de um projétil Movimento Circular.

2 3 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Velocidade relativa. 4. Leis de Newton do Movimento 4.1. Introdução Força e interações Primeira Lei de Newton Segunda Lei de Newton Massa e peso Terceira Lei de Newton. 5. Aplicações das Leis de Newton 5.1. Introdução Partículas em equilíbrio Dinâmica das partículas Forças de atrito Dinâmica do movimento circular Movimento de projéteis. 6. Trabalho e Energia Cinética 6.1. Introdução Trabalho Trabalho e energia cinética Trabalho e energia com forças variáveis Potência. 7. Energia Potencial e Conservação da Energia 7.1. Introdução Energia potencial gravitacional Energia potencial elástica Forças conservativas e não-conservativas Força e energia potencial Diagramas de energia. 8. Momento Linear, Impulso e Colisões 8.1. Introdução Momento linear e impulso Conservação do momento linear Colisões inelásticas Colisões elásticas Centro de massa. 9. Rotação de Corpos Rígidos 9.1. Introdução Velocidade angular e aceleração angular Rotação com aceleração angular constante Relações entre a cinemática angular e a cinemática linear Energia no movimento de rotação Teorema dos Eixos Paralelos. 10. Dinâmica do Movimento de Rotação Introdução Torque Torque e aceleração angular de um corpo rígido.

3 4 OBJETIVO GERAL Rotação de um corpo rígido em torno de um eixo fixo Trabalho e potência no movimento de rotação Momento angular Conservação de momento angular Precessão. 11. Equilíbrio e Elasticidade Introdução Condições de equilíbrio Centro de gravidade Equilíbrio de corpos rígidos Tensão, deformação e módulos de elasticidade Tensão e deformação volumétrica Tensão e deformação de cisalhamento Elasticidade e plasticidade. 12. Gravitação Introdução Lei de Newton para a gravitação Peso Energia potencial gravitacional Movimento de satélites Leis de Kepler Movimento de planetas. 4 Objetivo Geral Estudar e aplicar conceitos e métodos básicos da Mecânica, através do uso dos métodos algébricos, do cálculo vetorial, diferencial e integral em aplicações físicas de interesse didático ou prático. 5 Objetivos Específicos UNIDADE I: Definir e estudar as grandezas físicas fundamentais, escalares e vetoriais, padrões e unidades de medida. Verificar a coerência dimensional na conversão de unidades. Uso correto de múltiplos e submúltiplos de unidades, incertezas e algarismos significativos. Estimar ordens de grandeza. Introduzir o aluno ao uso básico de vetores na Física. Estudar o movimento, definir posição, deslocamento, tempo, velocidades média e instantânea. Definir a aceleração e estudar a cinemática do movimento uniformemente acelerado, e a queda livre dos corpos. Obter a posição e a velocidade de um corpo por integração algébrica; UNIDADE II: Estudar o movimento da partícula em duas e três dimensões. Definir vetor posição, velocidade e aceleração. Estudar o movimento de um projétil, movimento circular e velocidade relativa. Enunciar e aplicar as leis de Newton, determinar as forças sobre um corpo. Definição de inércia, massa e peso. Desenho de diagramas de corpo livre; UNIDADE III: Aplicar as leis de Newton para partículas em equilíbrio ou movimento. Conceito de força de atrito. Estudar o movimento circular. Classificar as forças fundamentais da natureza. Conceito de trabalho mecânico, energia cinética e potência; UNIDADE IV: Definição e tipos de energia potencial, conservação da energia. Sistemas conservativos e dissipativos. Diagramas de energia. Momento Linear, impulso e colisões. Conservação do momento linear. Definição e cálculo do centro de massa e suas aplicações. UNIDADE V: Estudo da rotação de corpos rígidos. Definição da velocidade angular e aceleração angular. Relações

4 6 CALENDÁRIO DE PROVAS E EXAMES 4 entre a cinemática angular e a cinemática linear. Cálculo da energia no movimento de rotação. Teorema dos eixos paralelos. Cálculo de momentos de inércia. Dinâmica do movimento de rotação, torque e aceleração angular de um corpo rígido. Rotação de um corpo rígido em torno de um eixo fixo. Trabalho e potência no movimento de rotação. Momento angular. Conservação de momento angular. UNIDADE VI: Estudo do equilíbrio de corpos rígidos e da elasticidade de corpos deformáveis. Condições de equilíbrio. Centro de gravidade. Tensão, deformação e módulos de elasticidade, deformação volumétrica, deformação de cisalhamento. Elasticidade e plasticidade. Lei de Newton para a gravitação. Peso. Energia potencial gravitacional. Movimento de satélites. Leis de Kepler e movimento de planetas. Distribuição esférica de massa. Peso aparente e rotação da Terra. Conceitos modernos e colapsos gravitacionais: anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. 6 Calendário de Provas e Exames Unidade Conteúdo Programático 1 Carga Horária Data da Prova Dia da Semana I Capítulos 1 e 2 16 hora-aula 06/03/2015 sexta-feira II Capítulos 3 e 4 18 hora-aula 30/03/2015 segunda-feira III Capítulos 5 e 6 18 hora-aula 24/04/2015 sexta-feira IV Capítulos 7 e 8 24 hora-aula 25/05/2015 segunda-feira V Capítulos 9 e hora-aula 15/06/2015 segunda-feira VI Capítulos 11 e hora-aula 06/07/2015 segunda-feira EXAME Capítulos 1 a 12 08/07/2015 quarta-feira 1 Conforme o livro texto adotado na disciplina, referência bibliográfica [1]. Recomenda-se fortemente que cada aluno reveja a suas provas (e exame) logo após a publicação da nota, a fim de rever suas soluções e conferir os comentários anotados na prova pelo professor. 7 Sistema de Aulas Sendo um curso teórico, a metodologia utilizada será a da aula expositiva e, eventualmente, a da demonstração prática feita através de experimentos ilustrativos realizados pelo professor em sala de aula. Durante as aulas, os alunos terão total liberdade para fazer perguntas e levantar questões pertinentes aos conteúdos programados ou correlatos, a serem abordados em cada aula, conforme o cronograma de atividades acima. A presença pontual e participação do aluno às aulas e horários de atendimento extra-classe é de fundamental importância para o cumprimento dos objetivos da disciplina. 8 Atendimento aos Alunos Fora da sala de aula, o aluno terá à sua disposição a assistência individual do professor para elucidar suas eventuais dúvidas e também para conferência das suas soluções para os problemas e exercícios do livro texto. Para esta atividade extra-classe específica serão destinadas várias horas semanais de atividade do professor, e o atendimento ao aluno será feito no Departamento de Física, na sala do professor. Como forma complementar de atendimento aos alunos, o Departamento de Física conta, em geral, com o apoio de um(a) monitor(a) de Física Geral I. Informe-se sobre isso no departamento de Física. 9 Sistema de Avaliação A avaliação do aluno será feita através da sua média semestral (MS), que é a média aritmética das notas obtidas nas avaliações escritas, individuais e sem consulta, a serem realizadas em sala de aula, e em horários de aula, conforme o calendário de atividades. As condições para a aprovação ou reprovação do aluno são as previstas no regimento desta Universidade.

5 10 OBSERVAÇÕES IMPORTANTES PARA AS PROVAS E O EXAME 5 10 Observações Importantes para as Provas e o Exame 1. Não será permitido o uso de celulares ou similares, ou calculadoras com memória alfa-numérica e ou programáveis do tipo HP, CASIO, etc., durante as provas e exames, podendo o aluno fazer uso apenas de calculadoras científicas (com funções trigonométricas e transcendentes); 2. Não será permitida a troca, o empréstimo ou o uso compartilhado de materiais ou calculadoras, entre os alunos, durante as provas e exames; 3. Não será permitida a ausência do aluno, por qualquer motivo, da sala de prova ou exames antes da entrega de todo o material recebido; bem como o uso de câmeras ou telefones celulares, sem-fio ou similares; 4. Revisões informais de uma dada prova podem ser feitas até a realização da prova seguinte ou do exame final. Pedidos oficiais de Revisão de Prova só pode ser requeridos dentro do prazo regimental; 5. Pedidos de Segunda Chamada de provas e exames só podem ser requeridos em casos comprovados de doença, e dentro do prazo regimental. Tendo sido deferido pelo coordenador do curso, a prova requerida será realizada logo a seguir, em data, sala e horário e local indicado com antecedência pelo professor. 11 Dicas de como resolver os exercícios e problemas Para a completa e correta solução dos problemas propostos, o aluno deverá: 1. ler com cuidado o enunciado de cada exercício ou problema proposto; 2. associar o conteúdo teórico estudado com o problema a resolver; 3. traçar um desenho ou esquema simplificado e grande (com tamanho mínimo de 10 cm 10 cm) identificando o sistema, medidas e corpos e forças fundamentais do problema; 4. formular as hipóteses necessárias e suficientes para desenvolver seus cálculos a partir de primeiros princípios, ou seja, dos princípios e das leis físicas básicas envolvidas em cada tipo de problema; 5. tentar obter algebricamente uma solução geral, se possível, verificar a homogeneidade dimensional dos resultados obtidos, analisar as possíveis soluções e casos triviais e limites conhecidos antes de substituir dados numéricos; 6. No caso de resultados numéricos, é imprescindível que o aluno observe as unidades das medidas e grandezas a serem determinadas/utilizadas, a sua correta representação em um sistema de medidas, preferencialmente o Sistema Internacional (SI), as dimensões destas grandezas e a sua representação com o número correto de algarismos significativos. A fim de minimizar a propagação de erros numéricos sugerimos que o aluno use, sempre que possível, pelo menos três algarismos significativos para o módulo das grandezas numéricas e arredonde os resultados coerentemente; 7. Recomenda-se o uso de algum software livre para visualização de gráficos 2D/3D, como por exemplo, o excelente programa multiplataforma Gnuplot (ver no site: Observação importante: Os livros de Física, em geral, fazem o uso de letras em negrito para representar grandezas vetoriais. Por exemplo, a segunda lei de Newton é escrita na forma F = ma, que é completamente equivalente à forma clássica F = m a, preferida por alguns autores. Quando alguma fórmula vetorial for manuscrita, devemos fazer uso da segunda forma, para que fique claro o caráter vetorial ou escalar de cada grandeza, já que normalmente não escrevemos em negrito.

6 12 SUGESTÕES DE EXERCÍCIOS E PROBLEMAS DO LIVRO TEXTO, 12A. EDIÇÃO 6 12 Sugestões de Exercícios e Problemas do Livro Texto, 12a. edição De cada capítulo do livro, sugere-se 15 exercícios e problemas típicos, para atividades de casa: Cap , 08, 11, 15, 21, 25, 32, 38, 42, 50, 56, 60, 66, 80, 94. Cap , 09, 11, 12, 16, 21, 23, 26, 33, 49, 60, 62, 65, 80, 88. Cap , 17, 25, 30, 35, 37, 39, 42, 46, 47, 49, 51, 54, 55, 56. Cap , 10, 13, 15, 19, 25, 29, 39, 44, 48, 50, 54, 56, 59, 61. Cap , 09, 16, 30, 34, 66, 74, 92, 95, 96, 100, 102, 105, 115, 119. Cap , 07, 12, 15, 18, 22, 26, 30, 32, 41, 47, 70, 82, 85, 93. Cap , 09, 15, 18, 29, 36, 39, 41, 43, 56, 62, 65, 66, 69, 83. Cap , 09, 12, 18, 21, 25, 34, 40, 44, 51, 53, 56, 57, 70, 76. Cap , 06, 17, 24, 27, 30, 34, 40, 43, 50, 52, 54, 68, 83, 90. Cap , 05, 07, 14, 17, 21, 26, 29, 34, 57, 64, 86, 92, 94, 99. Cap , 07, 10, 14, 19, 24, 30, 37, 40, 41, 50, 54, 60, 90, 92. Cap , 05, 12, 14, 16, 21, 24, 26, 34, 37, 40, 43, 47, 68, 70. Após a solução escrita de alguns exercícios, sugerimos que o aluno apresente ao professor a solução proposta, para análise e correção. Com essa prática, o aluno já poderá observar o que será cobrado quanto à solução de problemas pelo professor. 13 Referências Bibliográficas [1] SEARS e ZEMANSKY YOUNG e FREEDMAN, Física I: Mecânica, 10a. ed., São Paulo: Editora Pearson Education do Brasil, [2] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Mecânica, vols. 1, ed. 4, Rio de Janeiro: LTC, [3] NUSSENSZVEIG, H. M. Curso de Física Básica, v. 2, 4a. ed., São Paulo: Edgard Blücher, Bibliografia Complementar [4] SERWAY, RAYMOND A. E JEWETT JR., JOHN W. Princípios de Física, vol. 1. Pioneira Thomson Learning, São Paulo, [5] ALONSO, M. e FINN, E. Física: um curso universitário, vol. 1, São Paulo: Editora Edgard Blücher, [6] KITTEL, C. e KNIGHT, W. D. R. Curso de Física de Berkeley, vol. 1, São Paulo: Ed. Edgard Blücher, [7] TIPLER, P. A. Física. 3a. edição, vols. 1 e 2. Rio de Janeiro, Rio de janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Joinville-SC, 19 de fevereiro de 2015 Professor Luciano Camargo Martins dfi2lcm@joinville.udesc.br Arquivo: fge1001-pe.tex v.2.3 de 19/02/2015 e cronograma gerado por CRON v.5.0 de 19/02/2015

7 14 CRONOGRAMA DAS AULAS DE FGE1001-J PARA 2015/ Cronograma das Aulas de FGE1001-J para 2015/01 Aula Data Tópicos / Seções DO Livro Texto [1] Un. Cap. 1 21/02 qua Apesentação do Plano de Ensino de FGE1001-J Capítulo 1. Unidades, Grandezas Físicas e Vetores 1.1. A Natureza da Física Modelos Idealizados Padrões e Unidades. 2 23/02 seg 1.4. Coerência e Conversão de Unidades Incertezas e Algarismos Significativos Estimativa e Ordens de Grandeza. 3 25/02 qua 1.7. Vetores e Soma Vetorial Componentes de Vetores. 4 27/02 sex 1.9. Vetores Unitários Produtos de Vetores. 5 02/03 seg Capítulo 2. Movimento Retilíneo 2.1. Deslocamento, Tempo e Velocidade Média Velocidade Instantânea Aceleração Instantânea e Aceleração Média. 6 04/03 qua 2.4. Movimento e Aceleração Constante Queda Livre dos Corpos Velocidade e Posição por Integração. 7 06/03 sex PROVA I 09/03 seg *** Feriado Municipal - Joinville *** 8 11/03 qua Capítulo 3. Movimento em Duas e Três Dimensões 3.1. Vetor Posição e Vetor Velocidade Vetor Aceleração. 9 13/03 sex 3.3. Movimento de um Projétil /03 seg 3.4. Movimento Circular /03 qua 3.5. Velocidade Relativa /03 sex Capítulo 4. Leis de Newton do Movimento 4.1. Força e Interações Primeira Lei de Newton /03 seg 4.3. Segunda Lei de Newton Massa e Peso /03 qua 4.5. Terceira Lei de Newton Exemplos de Diagramas de Corpo Livre /03 sex Aula de Resivão e Exercícios 16 30/03 seg PROVA II 17 01/04 qua Capítulo 5. Aplicações das Leis de Newton 5.1. Uso da 1a. Lei de Newton: Partículas em Equilíbrio. 03/04 sex *** Feriado Nacional Sem. Santa *** 18 06/04 seg 5.2. Uso da 2a. Lei de Newton: Dinâmica das Partículas /04 qua 5.3. Forças de Atrito /04 sex 5.4. Dinâmica do Movimento Circular /04 seg Capítulo 6. Trabalho e Energia Cinética 6.1. Trabalho /04 qua 6.2. Trabalho e energia cinética /04 sex 6.3. Trabalho e energia com forças variáveis Potência. 20/04 seg *** Feriado Escolar *** 24 22/04 qua Aula de Resivão e Exercícios 25 24/04 sex PROVA III

8 14 CRONOGRAMA DAS AULAS DE FGE1001-J PARA 2015/01 8 Aula Data Tópicos / Seções DO Livro Texto [1] Un. Cap /04 seg Capítulo 7. Energia Potencial e Conservação da Energia 7.1. Energia potencial gravitacional /04 qua 7.2. Energia potencial elástica. 01/05 sex *** Feriado Nac. Dia DO Trabalho *** 28 04/05 seg 7.3. Forças conservativas e não-conservativas /05 qua 7.4. Força e energia potencial /05 sex 7.5. Diagramas de energia /05 seg Capítulo 8. Momento Linear, Impulso e Colisões 8.1. Momento linear e impulso /05 qua 8.2. Conservação do Momento Linear Conservação do Momento Linear e Colisões Inelásticas /05 sex 8.4. Colisões Elásticas /05 seg 8.5. Centro de massa /05 qua 8.6. Propulsão de um Foguete /05 sex Aula de Resivão e Exercícios 37 25/05 seg PROVA IV 38 27/05 qua Capítulo 9. Rotação de Corpos Rígidos 9.1. Velocidade angular e aceleração angular Rotação com aceleração angular constante Relações entre a cinemática angular e a cinemática linear /05 sex 9.4. Energia no movimento de rotação Teorema dos Eixos Paralelos /06 seg 9.6. Cálculos de Momentos de Inércia /06 qua Capítulo 10. Dinâmica do Movimento de Rotação Torque Torque e aceleração angular de um corpo rígido. 05/06 sex *** Feriado Escolar *** 42 08/06 seg Rotação de um corpo rígido em torno de um eixo fixo Trabalho e potência no movimento de rotação /06 qua Momento angular Conservação de momento angular /06 sex Aula de Resivão e Exercícios 45 15/06 seg PROVA V 46 17/06 qua Capítulo 11. Equilíbrio e Elasticidade Condições de equilíbrio /06 sex Centro de gravidade Soluções de Problemas de Equilíbrio de corpos rígidos /06 seg Tensão, deformação e módulos de elasticidade Elasticidade e plasticidade /06 qua Capítulo 12. Gravitação Lei de Newton para a gravitação Peso /06 sex Energia potencial gravitacional Movimento de satélites /06 seg Leis de Kepler e Movimento de planetas /07 qua Distribuição Esférica de Massa Peso Aparente e Rotação da Terra /07 sex Aula de Resivão e Exercícios 54 06/07 seg PROVA VI 55 08/07 qua EXAME FINAL