Física Computacional Prof. Luiz Claudio F. de Souza Luizclaudiofs.blogspot.com
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
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
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
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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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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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
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Endereço para download http://modellus.co/index.php?lang=pt Física Computacional 27
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Ferramentas do Software Física Computacional 29
Modelo Matemático Nesta janela teremos as funções matemáticas que representam o modelo. Física Computacional 30
Vamos fazer um exemplo de uso Vamos fazer um Modelo Computacional para O Movimento Retilíneo Uniforme (MRU). Física Computacional 31
Agora vamos para a Janela Gráfico Nesta janela o software plota o gráfico da função descrita na janela Modelo Física Computacional 32
Clique na setinha verde localizada no canto inferior à esquerda. Física Computacional 33
O Gráfico será Mostrado Física Computacional 34
Janela Tabela Física Computacional 35
Vamos acrescentar uma animação 1. Clique na paleta animação 2. Clique em Partícula Física Computacional 36
3. De um Clique na região mostrada abaixo Física Computacional 37
Ficando assim! Física Computacional 38
Agora Clique no Objeto Abaixo e escolha o Cachorro, clicando nas setas Física Computacional 39
Dê um Clique no Objeto (Cachorro) Vamos configurar as propriedades da seguinte forma Clique em: Física Computacional 40
Atividade 1 Faça a Modelagem com o Modellus dos gráficos abaixo. (3,0 Pts) Física Computacional 41
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MRUV Física Computacional 43
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MRUV Física Computacional 46
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Segundo Exemplo Física Computacional 51
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Vamos adicionar Imagens! Vamos Clicar na Paleta Animação Agora dê um clique no objeto Imagem Física Computacional 57
Clique na área onde você deseja inserir a imagem e escolha um arquivo de uma pasta Física Computacional 58
Posicione a imagem no local correto Física Computacional 59
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
Adicione esse objeto na área de trabalho Física Computacional 61
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
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
Clique em: Física Computacional 64
Notas Utilizamos o Quadro Notas para anotações em geral Física Computacional 65
Para o exemplo Anterior: Física Computacional 66
Produto Final Física Computacional 67
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
http://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobreequacao-torricelli.htm Física Computacional 69
Solução Física Computacional 70
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Envio das Atividades E-Mail: luizclaudioblm@hotmail.com Assunto: Atividade 1 Nome dos alunos Física Computacional 72
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 E-mail: luizclaudioblm@hotmail.com (2Pts) * Grupos com no máximo 3 alunos Física Computacional 73
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
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
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Refinamento do Algoritmo anterior Física Computacional 78
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Refinamento do Algoritmo Anterior Física Computacional 83
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Função S=S0+VT Física Computacional 88
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Arduino Física Computacional 90
Arquitetura Modular Inteligente (Shields) Física Computacional 91
Vamos aprendendo praticando! Experiência Pisca LED Física Computacional 92
Hardware Física Computacional 93
Software Física Computacional 94
Conecte o Circuito montado no Computador pela Porta USB! Vamos compilar e transferir o Programa para o Arduino Física Computacional 95
Explicação sobre o programa: Física Computacional 96
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
Experimento Iluminação Pública Materiais necessários: Arduino Protoboard Fios de conexão LDR Resistor de 10k Física Computacional 98
Hardware do Experimento: Física Computacional 99
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
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Experimento Poste de Iluminação pública Materiais necessários: Arduino Protoboard Fios de conexão LDR Resistor de 10k LED Resistor de 220 Ohm Física Computacional 102
Hardware Física Computacional 103
Software Física Computacional 104
Circuitos Elétricos Descrição e uso dos mais conhecidos dispositivos Elétricos. Física Computacional 105
Resistores Física Computacional 106
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Exemplos de Leitura dos Resistores Física Computacional 108
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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
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