UIVERSIDADE CATÓLICA PORTUGUESA F A C U L D A D E D E E G E H A R IA Disciplina de FÍSICA I Contexto da Disciplina Horas de Trabalho do Aluno Curso(s): Licenciaturas em Engenharia (1º ciclo) Aulas Teóricas 30h Ano Curricular Semestre: 1º ano 2º semestre Aulas Teórico-Práticas 60h Ano Académico: em vigor Aulas de Laboratório 15h ECTS: 7 créditos Total de horas de Contacto 105h Tipo de Aulas: Teóricas, Teórico-Práticas e Laboratório Total de horas sem Contacto Total de horas de Trabalho do Aluno 91h 196h Descrição e Objectivos da Disciplina A disciplina de Física I é uma introdução às noções fundamentais da Física, e incide sobretudo no estudo da Mecânica. Pretende-se que o aluno compreenda os princípios fundamentais, saiba interpretar os fenómenos básicos e conheça as suas aplicações nas várias áreas de engenharia ministradas na Faculdade. 1
Programa 1. Introdução à Física: Grandezas físicas e unidades. Sistema Internacional de Unidades. Incerteza e algarismos significativos. Cálculo vectorial: soma, diferença, produto interno e produto externo de dois vectores. 2. Movimento unidimensional: Deslocamento, tempo e velocidade média. Velocidade instantânea. Movimento rectilíneo uniforme. Aceleração média e instantânea. Movimento rectilíneo uniformemente acelerado. Queda de graves e movimento de projécteis. 3. Movimento a duas e três dimensões: Vectores posição, velocidade e aceleração. Movimento de projécteis. Movimento circular. Velocidade Relativa. 4. Leis de ewton: Forças e interacções. 1ª lei de ewton. 2ª lei de ewton. Massa e peso. 3ª lei de ewton. 5. Aplicações das leis de ewton: Sistema de partículas em equilíbrio. Dinâmica de um sistema de partículas. Forças de atrito. Dinâmica do movimento circular. 6. Trabalho e energia cinética: Trabalho. Relação entre o trabalho e a energia cinética. Trabalho e energia na presença de forças variáveis. Potência. 7. Energia potencial e conservação de energia: Energia potencial gravítica. Energia potencial elástica. Forças conservativas e não conservativas. Força e energia potencial. Diagramas de energia. 8. Momento linear, impulso e colisões: Momento Linear e impulso. Conservação do momento linear. Colisões inelásticas. Colisões elásticas. Centro de massa. 9. Rotação de Corpos Rígidos: Velocidade angular e aceleração angular. Rotação com velocidade angular constante. Relação entre cinemática linear e angular. Momento de inércia e energia de rotação. Teorema do eixo paralelo. 10. Dinâmica do Corpo Rígido: Momento de uma força. Momento das forças aplicadas e aceleração angular do corpo rígido. Rotação de um corpo rígido em torno de um eixo em movimento. Trabalho e potência no movimento de rotação. Momento angular. Conservação do momento angular. 11. Equilíbrio: Condição de equilíbrio. Centro de gravidade. Equilíbrio do corpo rígido. 12. Movimento periódico: Movimento oscilatório. Movimento harmónico simples. Energia no movimento harmónico simples. O pêndulo simples. O pêndulo físico. Oscilações amortecidas. Oscilações forçadas e ressonância. 13. Ondas mecânicas: Tipos de ondas mecânicas. Ondas periódicas. Descrição matemática de uma onda. Velocidade de uma onda transversal. Energia associada a uma onda. Sobreposição e interferência de ondas. Ondas estacionárias. Modos normais de uma onda. 2
Equipa Docente José Braga REGETE josebraga@fe.lisboa.ucp.pt Professor auxiliar da Universidade Católica Portuguesa e doutorado em Biofísica pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Licenciou-se em Engenharia Física Tecnológica pelo Instituto Superior Técnico em 1999. Após a conclusão do doutoramento em Março de 2007, iniciou a sua investigação de pós-doutoramento no Instituto de Medicina Molecular da Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa. Os seus principais interesses de investigação situam-se na confluência entre a Biologia molecular e a Física Jorge Rebelo jrebelo@fe.lisboa.ucp.pt Professor Auxiliar da Faculdade de Engenharia da Universidade Católica Portuguesa. Licenciou-se em Engenharia Física Tecnológica pelo Instituto Superior Técnico (UTL) e doutorou-se em Bioquímica Estrutural em 2004 na Universidade Técnica de Munique (TUM). Frequentou um mestrado em Física Médica/Eng. Biomédica na Faculdade de Ciências de Lisboa. Desenvolveu várias actividades em diversas áreas das quais se destacam os trabalhos como investigador em Cristalografia de raios-x e Bioquímica-Física de Proteínas no Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), no Centro de Química Fina e Biotecnologia (CQFB) da Universidade ova de Lisboa e também no Instituto Max-Planck (MPI) para a Bioquímica (em Munique, Alemanha). Tem ainda formação técnica e experiência nas áreas da Programação, Bioinformática e Tecnologias da Informação onde desenvolveu actividades de consultoria. A experiência de ensino superior inclui também vários semestres entre 1997 e 2000 como Monitor de Física no Instituto Superior Técnico. Paulo Simões psimoes@fe.lisboa.ucp.pt Assistente da Faculdade de Engenharia da Universidade Católica Portuguesa. Doutorando em Engenharia e Infra-estruturas dos Transportes na Universidade Politécnica de Madrid. Mestre em Transportes (IST- UTL) em 1997. Licenciado em Engenharia Civil (IST-UTL) em 1991. Responsável Técnico por diversas Obras de Construção Civil de Edifícios. Consultor e Especialista em Transportes.. 3
Metodologia de Ensino O ensino da disciplina assenta em aulas teóricas, aulas teórico-práticas e em aulas de laboratório. O objectivo das aulas teóricas é apresentar os conceitos e resultados fundamentais da Física, realçando a sua relevância para aplicações em Engenharia. As aulas teórico-práticas, visam sobretudo a resolução de exercícios pelos alunos proporcionando-lhes uma visão mais prática dos conceitos teóricos, fomentandose ainda a iniciativa e a participação. As aulas de laborarório permitem aos alunos observar e fazer experiências em alguns sistemas físicos, fazendo com que procurem explicações para os fenómenos observados à luz dos conhecimentos adquiridos e, simultaneamente, desenvolvam um sentido crítico face às metodologias usadas e aos resultados obtidos. Recomenda-se aos alunos que invistam em média 5 horas semanais de estudo individual durante o decurso do semestre Metodologia de Avaliação O tipo de avaliação da disciplina é o designado por Avaliação Contínua e Exame. O peso na ota Final da Avaliação Contínua é de 40% e do Exame é de 60%. Todas as notas parciais (AC e Exame) são arredondadas às décimas. AVALIAÇÃO COTÍUA. 25% da nota da AC corresponde à média das notas dos dois melhores testes (nota mínima: 6.0 valores). 25% da nota da AC corresponde à média das 3 melhores notas obtidas em exercícios realizados no final das aulas teórico-práticas (sem nota mínima). 50% da nota da AC, corresponde à avaliação na componente laboratorial (nota mínima: 10.0 valores). A nota final na avaliação contínua tem de ser superior a 8.0 valores. EXAME. A nota do exame terá de ser superior ou igual a 10.0 valores. OTA FIAL. A nota final é então calculada usando as seguintes fórmulas: AC Final = 0.25 = 0.6 Testes Exame + 0.25 + 0.4 Exercícios AC + 0.5 Laboratório A nota final é arredondada às unidades. Se a nota final for superior a 16 valores, o aluno será chamado a um exame oral. Caso não compareça, ou não demonstre conhecimentos à altura dessa nota, a nota final será de 16 valores. 4
Bibliografia Bibliografia obrigatória: University Physics with Modern Physics, 12 th Edition H. Young e R. Freedman Pearson Education, 2008 Bibliografia complementar: Physics for Scientists and Engineers, 5 th Edition P. Tipler e G. Mosca Freeman and Company, 2004 Fundamentals of Physics, 7 th Edition D. Halliday, R. Resnick e J. Walker Wiley, 2005 Physics for Scientists and Engineers, 6 th Edition R. Serway e J. Jewett Thomson Brooks/Cole, 2004 The Feynman Lectures on Physics, Vol. 1 R. Feynman, R. Leighton e M. Sands Addison-Wesley, 1970 5