Programa da cadeira Física I Cursos: Matemática, Engenharia Informática, Engenharia de Telecomunicações e Redes Ano lectivo 2005-2006, 1º semestre Docentes: Prof. Dr. Mikhail Benilov (aulas teóricas, regência da cadeira), Dr.ª Maria José Faria e Dr. Nelson Almeida (aulas teórico-práticas) Carga horária semanal: 2T + 2TP 1. Introdução a. O que é a física? b. Métodos de física: o método experimental, métodos teóricos de níveis diferentes 1ª parte: Mecânica 2. Introdução a. O que é a mecânica? b. Conceitos básicos Sistemas de referência Movimento de translação Corpos e partículas 3. Cinemática da partícula a. Vectores de deslocamento e da velocidade Vector de deslocamento Vector de velocidade média Vector de velocidade instantânea Movimento uniforme b. Velocidade de movimento rectilíneo Velocidades média e instantânea no caso de um movimento rectilíneo e sua interpretação gráfica Cálculo da velocidade v x (t) a partir da posição x(t) Cálculo da posição x(t) a partir da velocidade v x (t) c. Aceleração Vector de aceleração média Vector de aceleração instantânea Movimento uniformemente acelerado Aceleração num movimento rectilíneo. Movimento rectilíneo uniformemente acelerado d. Exemplos de movimentos com aceleração constante Queda livre Movimento de uma bola atirada para cima Movimento de um projéctil e. Componentes tangencial e normal da aceleração 1
Aceleração num movimento circular uniforme Exemplo: 1ª velocidade cósmica Aceleração num movimento circular não-uniforme Aceleração num movimento não-circular f. Velocidade e aceleração relativas 4. Dinâmica da partícula a. Primeira lei de Newton Primeira lei de Newton Primeira lei como afirmação de existência de referenciais inerciais b. Segunda lei de Newton Força Massa Segunda lei de Newton Sistemas de unidades mecânicas c. Terceira lei de Newton d. Leis de força Lei de Hooke Força de atracção gravitacional Forças de atrito de escorregamento e de rolamento 5. Trabalho e energia a. Trabalho de uma força Trabalho de uma força constante Trabalho de uma força variável Potência b. Energia cinética e teorema do trabalho-energia c. Forças conservativas e energia potencial Forças conservativas e não conservativas Energia potencial d. Conservação da energia Lei de conservação da energia mecânica Princípio de conservação da energia 6. Momento linear a. Centro de massa Média ponderada Centro de massa de sistema de partículas Centro de massa de um corpo Movimento do centro de massa b. Momento linear Definições do momento linear de uma partícula e de um sistema de partículas 2ª lei de Newton em função do momento linear c. Conservação do momento linear d. Teoria de colisões binárias Colisões elásticas 2
Colisões perfeitamente inelásticas 7. Movimento rotacional a. Cinemática da rotação Velocidade angular média Velocidade angular instantânea Período e frequência do movimento circular uniforme b. Dinâmica da rotação Momento da força Momento angular de uma partícula e de um sistema de partículas Conservação do momento angular c. Rotação do corpo rígido em torno do eixo fixo 2ª parte: Termodinâmica 8. Introdução a. O que é a termodinâmica? Termodinâmica e física molecular Áreas de utilização b. Conceitos básicos Equilíbrio termodinâmico Equação de estado 9. Primeira lei da termodinâmica a. Trabalho macroscópico Processos quase estáticos Trabalho macroscópico num processo elementar Trabalho macroscópico num processo finito b. Primeira lei da termodinâmica Calor como forma da energia Primeira lei da termodinâmica: princípio da conservação da energia para processos de calor Energia interna Primeira lei para alguns processos especiais Processo cíclico Processo isocórico Processo isobárico c. Capacidade térmica Unidade do calor Capacidade térmica Capacidades térmicas para alguns processos especiais Processo isotérmico Processo isocórico Processo isobárico Calor específico 3
Capacidade térmica molar Quantidade do calor num processo finito d. Energia interna e capacidade térmica de gás ideal Energia interna de gás ideal Capacidade térmica ao volume constante de gás ideal Equação de Mayer. Capacidade térmica à pressão constante de gás ideal Gás ideal num processo adiabático 10. Segunda lei da termodinâmica a. Processos reversíveis e irreversíveis Definição Exemplo Processo quase estático não é necessariamente reversível b. Ciclo de Carnot Ciclo Ciclo de Carnot Ciclo de Carnot para gás ideal c. Segunda lei da termodinâmica Enunciado de Clausius Enunciado de Kelvin e Planck d. Teorema de Carnot Teorema de Carnot Rendimento das máquinas térmicas 11. Entropia e outras funções termodinâmicas a. Desigualdade de Clausius Desigualdade de Clausius para ciclo de Carnot Desigualdade de Clausius para caso geral b. Entropia Entropia como função de estado Exemplo: entropia do gás ideal Variação da entropia em processos reversíveis finitos Processo isotérmico Processo com capacidade térmica constante Variação da entropia em processos irreversíveis c. Lei do aumento da entropia Lei do aumento da entropia Exemplo: expansão livre de gás ideal Exemplo: condução do calor d. Funções termodinâmicas Funções termodinâmicas Método de funções termodinâmicas Literatura 4
1. R. Resnick e D. Halliday, Física 1, Física 2 (Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1990). 2. M. Alonso e E. J. Finn, Física (Addison-Wesley Iberoamericana España, S. A., 1999). 3. R. A. Serway, Física 1, Física 2 (LTC Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1996). 4. E. Fermi, Termodinâmica (Livraria Almendina, Coimbra, 1973). A avaliação terá duas componentes: Modo de Avaliação Exame (sem consulta; as calculadoras gráficas e programáveis não são permitidas) Testes (sem consulta; terão lugar de duas em duas aulas teórico-práticas a partir da 3ª; a participação em testes não é obrigatória; as calculadoras gráficas e programáveis não são permitidas) A nota final da cadeira será lançada com base na nota do exame. Se a nota do exame não for inferior a 7,5 valores, a nota final poderá ser lançada com base na nota do exame e na nota média dos testes, as quais vão contar com pesos de 60% e 40%, respectivamente. (A nota média dos testes será calculada como uma média aritmética de notas tiradas em todos os testes excluindo a nota mais baixa.) 5