Universidade Do Estado De Santa Catarina Centro De Ciências Tecnológicas CCT Departamento de Física Professor Luciano Camargo Martins PLANO DE ENSINO 1 Identificação Curso Licenciatura Plena em Física Ano 2005 Disciplina Física B Sigla FGE-B Semestre letivo 2005/1 Carga horária total 90 hora-aula Aulas teóricas 90 hora-aula Aulas práticas 00 hora-aula 2 Ementa Movimento oscilatório. Gravitação. Ondas mecânicas. Acústica. Hidrostática e Hidrodinâmica. Temperatura e calor. Leis da Termodinâmica. Entropia. 3 Objetivo Geral Estudar e aplicar conceitos e métodos básicos da Gravitação, de Ondas e da Termodinâmica Clássica, através do uso dos métodos algébricos, do cálculo vetorial, diferencial e integral em aplicações físicas de interesse didático e ou prático. 4 Objetivos Específicos UNIDADE I: Estudar o movimento harmônico simples, a partir das leis de Newton e Hooke, sua descrição matemática e sua relação com o movimento circular uniforme. Definir e calcular a energia cinética e potencial associada a um oscilador simples. Estudar os diferentes tipos de pêndulos e osciladores. Estudar a lei de Gravitação de Newton e suas aplicações. Estudar as leis de Kepler e sua demonstrações a partir das leis de Newton, em alguns casos simples. UNIDADE II: Definir os conceitos de pressão e densidade para um fluido ideal em equilíbrio hidrostático. Estudar os princípios básicos da Hidrostática, ou seja, de Pascal e de Arquimedes. Estudar o escoamento de um fluido ideal newtoniano, e a equação de Bernoulli. Definir e estudar o escoamento laminar e tubo de corrente. Obter noções de escoamento de fluidos reais. Estudar a propagação de ondas transversais em meios contínuos. Descrever uma onda progressiva na corda. Obter a velocidade, a energia e a potência de uma onda progressiva. Estabelecer o princípio de superposição e estudar a interferência de ondas. Descreve
5 CALENDÁRIO DE PROVAS E EXAMES 2 UNIDADE III: Definir e calcular a velocidade de propagação de ondas sonoras. Definir e calcular intensidade e nível sonoro. Comparar as sonoras musicais. Estudar o batimento e o efeito Doppler para ondas sonoras e para a luz. Definir temperatura, estudar as escalas térmicas e sua medição. Definir a lei zero da Termodinâmica e o equilíbrio térmico. Estudar a dilatação térmica, suas conseqüências e suas aplicações tecnológicas. Estudar e comparar a dilatação linear, superficial e volumétrica dos sólidos e líquidos. UNIDADE IV: Definir o calor e o trabalho associados a um processo termodinâmico. Estabelecer e aplicar a primeira lei da Termodinâmica. Estudas os casos especiais desta lei e suas aplicações. Modelar e estudar a condução do calor. Definir fluxo térmico estacionário. Estudar a Teoria Cinética dos Gases e descrever microscopicamente a sua pressão e temperatura. Obter a energia cinética, o livre caminho médio e a distribuição de velocidades de um gás ideal. UNIDADE V: Definir e calcular os calores específicos molares a pressão e a volume constantes, para um gás ideal. Estudar o princípio de equipartição de energia e suas implicações. Analisar um gás ideal no limite de baixas temperaturas. Estudar expansão adiabática de um gás e calcular o trabalho. Definir a eficiência de máquinas térmicas ideais e reais. Definir a performance de um refrigerador. Estabelecer e estudar a segunda lei da Termodinâmica e o ciclo de Carnot. Definir e calcular a Entropia. Estudar os processos reversíveis e irreversíveis. Discutir as leis da Física. 5 Calendário de Provas e Exames Unidade Conteúdo Programático 1 Carga Horária Data da Prova 2 a Chamada I Capítulos 14 e 15 18 hora-aula 28/03/2005 (seg) 14/04/2005 (qui) II Capítulos 16 e 17 20 hora-aula 20/04/2005 (qua) 05/05/2005 (qui) III Capítulos 18 e 19 16 hora-aula 11/05/2005 (qua) 02/06/2005 (qui) IV Capítulos 20 e 21 (parte) 20 hora-aula 06/06/2005 (seg) 23/06/2005 (qui) V Capítulos 21 (parte) e 22 16 hora-aula 27/06/2005 (seg) 30/06/2005 (qui) EXAME Capítulos 14 a 22 08/07/2005 (sex) 14/07/2005 (qui) 2a. Época Capítulos 14 a 22 15/07/2005 (sex) 19/07/2005 (ter) 1 Conforme o livro texto adotado na disciplina, referência bibliográfica [1]. 6 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, o alunos terão total liberdade para fazer perguntas e levantar questões pertinentes aos conteúdos programáticos, 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. 7 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.
8 SISTEMA DE AVALIAÇÃO 3 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 B. 8 Sistema de Avaliação Ao final do semestre, após a realização das provas previstas e antes do exame final, o aluno poderá refazer a prova em que tirou a menor nota, a título de recuperação, permanecendo com a melhor nota obtida. Considera-se recuperado o aluno que obtiver nota 7, 0 na prova de recuperação, e neste caso, havendo tempo e mérito, o aluno poderá recuperar outra nota baixa e assim sucessivamente, a combinar com o professor. 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. 9 Observações Importantes 1. Não será permitido o uso de calculadoras com memória alfa-numérica e ou programáveis do tipo HP48xx, CASIO, etc., durante as provas e exames, podendo o aluno fazer uso apenas de calculadoras simples (com as operações elementares) ou 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 telefones celulares, sem-fio ou similares. 4. 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 o pedido, a prova de segunda chamada será realizada antes da prova seguinte, sempre na quinta-feira imediatamente anterior, as 13:30h, na sala do professor. Veja os dias na tabela da página 2. 10 Lista de Exercícios? Sugerimos ao aluno que, durante o curso, escolha por si próprio algumas questões, exercícios e problemas de cada capítulo estudado para que possa praticar e testar os conceitos e métodos estudados, quantos julgar necessário. Muitos dos exercícios e problemas do final de cada capítulo do livro texto do curso (ref. [1]), são bastante similares, de modo que o aluno deve escolher apenas um de cada tipo para atividade de casa. Sugerimos ao aluno, ler sempre a parte teórica e os exemplos feitos no livro texto, antes de tentar resolver os problemas escolhidos, relativos a uma determinada seção do livro texto, ou capítulo. A discussão
11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 4 e estudo em grupo de alunos pode ser feita, porém cada aluno deve finalmente ser capaz de responder por escrito a cada um dos problemas estudados, com suas próprias palavras. Para a completa e correta solução dos problemas propostos, o aluno deverá formular as hipóteses necessárias e suficientes para desenvolver seus cálculos a partir de primeiros princípios, ou seja, dos princípios fundamentais e das leis físicas básicas envolvidas em cada tipo de problema. Neste processo de desenvolvimento e solução de problemas, 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 de medidas (SI), as dimensões destas grandezas e a sua representação com o número correto de algarismos significativos, isto quando tratarse de problemas com resultados numéricos a serem obtidos. A fim de minimizar a propagação de erros numéricos sugerimos que o aluno use, sempre que possível, pelo menos três algarismos significativos para as grandezas medidas e resultados obtidos nos problemas que envolvam cálculos numéricos. Nos problemas cuja solução é puramente algébrica analítica, o aluno deve fazer uso da análise dimensional para verificar a homogeneidade dimensional das expressões e resultados obtidos, testando sempre que possível os limites conhecidos destas expressões, e comparando seus resultados com outros resultados gerais já estudados. O uso de exercícios já resolvidos em cursos anteriores por outros alunos da FEJ, ou pelo próprio aluno, não é recomendado. Caso haja interesse em exercícios resolvidos, recomenda-se os bons sites da rede que apresentam as soluções de exercícios, como em www.if.ufrgs.br/~jgallas/jg ensino.html, por exemplo. Observação: 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. 11 Referências Bibliográficas [1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica vols. 1 e 2, ed. 4, Rio de Janeiro: LTC, 1996. [2] MCKELVEY, J.; GROTCH, H. Física v. 2, São Paulo: Harper & Row do Brasil, 1978. [3] EISBERG, R.; LERNER, L. Física: fundamentos e aplicações v. 2, São Paulo: McGraw-Hill, 1982. [4] SEARS, F.; ZEMANSKI, M. W.; YOUNG, H. D. Física v. 2, São Paulo: LTC, 1984. Joinville-SC, 28 de junho de 2005 Professor Luciano Camargo Martins e-mail: dfi2lcm@joinville.udesc.br home page: www.lccmmm.hpg.com.br
12 CRONOGRAMA DAS AULAS DE FGE-B PARA 2005/1 5 12 Cronograma das Aulas de FGE-B para 2005/1 Aula Data Tópicos / Seções do Livro Texto [1] Cap. Un. 1 02/03 qua Apesentação do Plano de Ensino de FGE-B Revisão Básica 2 04/03 sex 14-1 Oscilações 14-2 Movimento harmônico simples 14-3 Movimento harmônico simples: a lei da força 3 07/03 seg 14-4 Movimento harmônico simples: considerações sobre energia 14-5 Movimento harmônico simples angular 09/03 qua *** Feriado. Não haverá aula! *** 4 11/03 sex 14-6 Pêndulos 14-7 Movimento harmônico simples e movimento circular uniforme 5 14/03 seg 14-8 Movimento harmônico simples amortecido 14-9 Oscilações forçadas e ressonância 6 16/03 qua 15-1 O universo e a força gravitacional 15-2 A lei da gravitação de Newton 15-3 Gravitação e princípio da superposição 15-4 Gravitação próximo à superfície da Terra 7 18/03 sex 15-5 Medida da constante gravitacional G 15-6 Gravitação no interior da Terra 15-7 Energia potencial gravitacional 8 21/03 seg 15-8 Planetas e satélites: leis de Kepler 15-9 Órbitas de satélites e energia 15-10 Uma visão mais profunda da gravitação 9 23/03 qua Aula de Revisão e Exercícios 25/03 sex *** Feriado. Não haverá aula! *** 10 28/03 seg PROVA I 11 30/03 qua 16-1 Fluidos e o mundo ao nosso redor 16-2 O que é um fluido? 16-3 Densidade e pressão 16-4 Fluidos em repouso 16-5 Medindo a pressão 12 01/04 sex 16-6 O princípio de Pascal 16-7 O Princípio de Arquimedes 13 04/04 seg 16-8 Fluidos ideais em movimento 16-9 Linhas de corrente e equação da continuidade 16-10 A equação de Bernoulli 14 06/04 qua 16-11 Algumas aplicações da equação de Bernoulli 16-12 O escoamento de fluidos Reais 15 08/04 sex 17-1 Ondas e partículas 17-2 Ondas 17-3 Ondas numa corda esticada 17-4 Comprimento de onda e freqüência 17-5 A velocidade escalar de propagação de uma onda 17-6 Velocidade escalar de uma onda numa carda esticada 16 11/04 seg 17-7 Velocidade da luz 17-8 Energia e potência numa onda progressiva 17-9 O princípio da superposição 17 13/04 qua 17-10 Dispersão 17-11 Interferência de Ondas 18 15/04 sex 17-12 Ondas estacionárias 17-13 Ondas estacionárias e ressonância 19 18/04 seg Aula de Revisão e Exercícios 20 20/04 qua PROVA II
12 CRONOGRAMA DAS AULAS DE FGE-B PARA 2005/1 6 Aula Data Tópicos / Seções do Livro Texto [1] Cap. Un. 22/04 sex *** Feriado. Não haverá aula! *** 21 25/04 seg 18-1 Ondas sonoras 18-2 A velocidade do som 18-3 Propagação de ondas sonoras 18-4 Intensidade e nível do som 22 27/04 qua 18-5 Fontes sonoras musicais 18-6 Batimentos 23 29/04 sex 18-7 Efeito Doppler 18-8 O efeito Doppler para a luz 24 02/05 seg 19-1 Termodinâmica: um novo conceito 19-2 Temperatura 19-3 A lei zero da Termodinâmica 25 04/05 qua 19-4 Medindo a temperatura 19-5 A escala internacional de temperatura 19-6 As escalas Celsius e Fahrenheit 26 06/05 sex 19-7 Expansão térmica 27 09/05 seg Aula de Revisão e Exercícios 28 11/05 qua PROVA III 29 13/05 sex 20-1 Calor 20-2 Medindo o calor: unidades 20-3 Absorção de calor por sólidos e líquidos 30 16/05 seg 20-4 Uma observação mais detalhada de calor e trabalho 20-5 A primeira lei da Termodinâmica 31 18/05 qua 20-6 Alguns casos especiais da primeira lei da Termodinâmica 32 20/05 sex 20-7 A transmissão de calor 33 23/05 seg 21-1 Uma nova maneira de ver os gases 21-2 Número de Avogadro 21-3 Gases ideias 34 25/05 qua 21-4 Pressão e temperatura: uma visão molecular 27/05 sex *** Feriado. Não haverá aula! *** 35 30/05 seg 21-5 Energia cinética de translação 21-6 Livre caminho médio 36 01/06 qua 21-7 Distribuição de velocidades moleculares 37 03/06 sex Aula de Revisão e Exercícios 38 06/06 seg PROVA IV 39 08/06 qua 21-8 Calores específicos molares de um gás ideal 21-9 A equipartição da energia 40 10/06 sex 22-10 Uma sugestão da Teoria Quântica 22-11 Expansão adiabática de um gás ideal 41 13/06 seg 22-1 Algumas coisas que não acontecem 22-2 Máquinas 42 15/06 qua 22-3 Refrigeradores 22-4 A segunda lei da Termodinâmica 43 17/06 sex 22-5 Uma máquina ideal 22-6 O ciclo de Carnot 22-7 A eficiência das máquinas reais 44 20/06 seg 22-8 Entropia: uma nova variável 22-9 Variações de entropia para processos irreversíveis 45 22/06 qua 22-10 Entropia e a segunda lei da Termodinâmica 22-11 O que é entropia afinal de contas? 22-12 A natureza das leis da Física: uma digressão 46 24/06 sex Aula de Revisão e Exercícios 47 27/06 seg PROVA V 48 08/07 sex EXAME 49 15/07 sex EXAME DE SEGUNDA ÉPOCA