Objetivos da Unidade Curricular

Abordar com os alunos os conceitos principais de algumas áreas da Física, para que os possam utilizar no seu trabalho futuro. Pretende-se que o aluno compreenda os conceitos e seja capaz de resolver problemas práticos que os envolvam.

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Pré-requisitos

Sem pré-requisitos

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Conteúdos

1. Mecânica
2. Sólidos e Fluídos
3. Vibrações e Ondas
4. Electricidade
5. Magnetismo
6. Física Contemporânea

 

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Descrição detalhada dos conteúdos programáticos

Componente Teórica

I. Introdução

1.1 Dimensões e unidades: Dimensão (física). O sistema de unidades

SI e outros sistemas de unidades, cálculos com unidades, conversão de unidades, algarismos significativos, análise dimensional.

1.2 Vectores: escalares e vectores, soma de vectores, componentes de um vector e vectores unitários, módulo de um vector, produto interno e produto externo de dois vectores, sistemas de coordenadas, coordenadas cartesianas e coordenadas polares.

II. Mecânica

2.1 Movimento rectilíneo: os conceitos de coordenada e vector

deslocamento, velocidade média e velocidade instantânea. Aceleração média e aceleração instantânea. Dedução das equações do movimento a partir das ferramentas do Cálculo Infinitesimal. Dois casos particulares: movimento com velocidade constante e movimento com aceleração constante. A aceleração da gravidade e o corpo em queda livre.

2.2 Movimento no plano: Vector posição, vector deslocamento, velocidade média, velocidade instantânea, aceleração média e aceleração instantânea. Forma geral das equações do movimento no plano e equações do movimento no plano com aceleração constante. As equações do movimento no plano com aceleração constante. Case study 1: Estudo do movimento do projéctil. Movimento circular uniforme. Velocidade média e instantânea. Velocidade angular. Argumentos geométrico e analítico para a determinação da direcção da velocidade. A aceleração radial ou centrípeta. Equações do movimento a partir da definição de velocidade angular; Período e frequência do movimento circular uniforme. Movimento curvilíneo: aceleração normal e tangencial.

2.3 Dinâmica (1a parte): O conceito de força. Principio da sobreposição. Primeira e segunda lei de Newton. Momento linear. Força e momento linear. Terceira Lei de Newton. Conservação do momento linear em sistemas isolados. Lei de Newton da gravitação Universal, força gravítica e peso. Força normal e força de atrito. Coeficiente de atrito estático e coeficiente de atrito cinético. Força elástica e Lei de Hooke. Força de tensão. Dinâmica do movimento circular e a força centrípeta. O conceito de momento angular. Momento de uma força. Conservação do momento angular.

2.4 Dinâmica (2a parte): O conceito de energia e o conceito de trabalho. Teorema trabalho-energia cinética. Forças conservativas. Trabalho e energia potencial. Energia potencial gravítica e elástica. Relação entre energia potencial e força conservativa. Teorema trabalho-energia para forças conservativas. Energia mecânica. Forças não conservativas. Variação de energia para forças conservativas e não conservativas. Colisões elásticas e não elásticas. Sistemas de muitas partículas. O conceito de centro de massa. Dinâmica do corpo rígido. Momento de inércia (facultativo).

III. Oscilações e Ondas

3.1 Sistemas oscilatórios. Oscilações. Dinâmica e energia do

movimento harmónico simples. Dinâmica e energia do movimento harmónico amortecido. Oscilações forçadas e ressonância. Correspondência entre o movimento harmónico simples e o movimento circular uniforme.

3.2 Ondas. O conceito de onda e tipos de ondas. Ondas mecânicas. Análise do movimento da onda mecânica. Função de onda. Ondas sinusoidais. Função de onda sinusoidal e equação de onda. Reflexão de ondas. Transmissão de ondas. Sobreposição de ondas. Onda estacionária. Ondas estacionárias em cordas com os extremos fixos. Modos normais. Ondas de som e efeito Doppler. Ondas de choque.

IV. Electrostática

4.1 Carga e campo eléctrico. Introdução à electrostática. Carga

eléctrica e propriedades da carga eléctrica. Materiais condutores e isolantes. Fricção e indução. Força electrostática e Lei de Coulomb. Estudo comparativo da força gravítica e da força electrostática. Pprincipio de sobreposição revisitado: o caso da força electrostática. O conceito de campo eléctrico. Linhas de campo. Campo eléctrico criado por uma distribuição discreta de cargas. O conceito de densidade de carga. Campo eléctrico criado por uma distribuição continua de cargas (Três modelos simples: campo eléctrico criado por uma barra, por um anel e por um disco). Estudo do movimento de uma partícula carregada num campo eléctrico uniforme. Fluxo do campo eléctrico. Lei de Gauss.

4.2 Potencial eléctrico. Os conceitos de potencial eléctrico e energia potencial eléctrica. Diferença de potencial. Diferença de potencial num campo eléctrico uniforme. Superfícies equipotenciais. Potencial eléctrico e energia potencial eléctrica para uma carga pontual e para uma distribuição discreta de cargas. Energia potencial de um conjunto de duas cargas e de um sistema de cargas. Potencial eléctrico devido a uma distribuição continua de cargas. Relação entre o potencial e o campo eléctrico.

4.3 Aplicações da electrostática. Capacitância e energia acumulada num condensador. Tipos de condensadores: O condensador cilíndrico e esférico. Circuitos de condensadores. Condutores. Corrente eléctrica e resistência. Lei de Ohm. Leis de Kirchhoff. Associação de resistências em serie e em paralelo.

 

Componente Teórica-Prática

Resolução de problemas e exercícios sobre os tópicos do programa

 

Componente Prática

n/a

 

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Bibliografia

Recomendada

 

Outros elementos de estudo

Páginas Web recomendadas

1 Fundamentals of Physics (Open Yale courses)

http://oyc.yale.edu/physics/phys-200

2 Prof. Walter Lewin’s lectures on classical physics

http://videolectures.net/mit801f99_physics_classical_mechanics/

3 Prof. Walter Lewin’s lectures on electricity and magnetism

http://videolectures.net/mit802s02_electricity_magnetism/

 

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Métodos de Ensino

Aulas teóricas, que se dedicam à exposição da matéria, e aulas teórico-práticas, que são utilizadas para resolver problemas.

 

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Métodos de Avaliação

Exame final escrito - 100%

 

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Língua de ensino

português