Plano de Ensino
As disciplinas de física básica, em particular a disciplina de Física II-Ondas e Termodinâmica, que é ministrada para o Curso de LIcenciatura em Qúímica, é mais uma importante disciplina de física ministrada na universidade. Para a formação de físicos, químicos, matemáticos, engenheiros, geólogos e outros profissionais, representa possivelmente o único contato que terão com os conceitos fundamentais da física e como é a forma de pensar e de abordar problemas dos físicos.
A disciplina de Física II, ministrada neste primeiro semestre de 2023, é destinada ao curso de Licenciatura em Química, mas o material é genérico podendo ser usado por qualquer aluno que curse uma disciplina equivalente (física 2, física B, física geral e experimental B, física IIIE). As aulas serão dadas nas segunda (20-22h ) e quarta (20-22h) na sala 201/202 no bloco de salas de aulas do ICE. Nesta disciplina de física II, abordaremos quatro temas distintos: iniciaremos estudando oscilacões, investigando os aspectos de tipos de movimentos oscilatórios encontrados na natureza. O segundo tópico será o estudo dos sólidos e fluidos, onde analisaremos os aspectos estático e dinâmico destes sistemas. Posteriormente, abordaremos os comportamentos ondulatórios na matéria e a descrição do som. Finalmente, estudaremos a propagação de calor, onde os princípios da termodinâmica e teoria cinética dos gases serão exploradas.
Neste curso de física geral II abordaremos sete (07) tópicos detalhados a seguir:
1. Oscilações
- O que é oscilação
- Movimento Harmônico Simples (MHS)
- Dedução da equação do movimento do MHS
- A energia do MHS
- Superposição do MHS
- Mesma direção e frequência
- Mesma direção e frequânrica diferente (batimentos)
- Discussão física de MHS
- MHS na vertical (efeito da massa da mola)
- Aplicações de MHS
- Pêndulo Simples
- Pêndulo composto
- Pêndulo de torção
- Oscilação amortecida
- Exemplos
- Equação do movimento
- Amortecimento subcrítico
- Balanço energético
- Amortecimento supercrítico
- Amortecimento crítico
- Oscilação forçada
- Exemplos
- Equação do movimento
- Potência
- Ressonância na física
- Fator de amplificação
- Problemas
2. Equilíbrio e Elasticidade (*)
- Condição de equilíbrio
- Centro de gravidade
- Definição de um sólido
- Elasticidade (módulo de Young)
- Cisalhamento
- Problemas
3. Fluidos
- Definição de um fluido
- Densidade e pressão
- Hidrostática
i) Lei de Stevin
ii) Vasos comunicantes
iii) Princípio de Pascal
iv) Princípio de Arquimedes
- Hidrodinâmica
i) Fluido ideal (escoamento laminar)
ii) A equação da continuidade
iii) A equação de Bernoulli
iv) Escoamento viscoso
- Turbulência
- Aplicações
4. Ondas em Meios Materiais
- Tipos de ondas
- Características da onda
- Equação de onda
- Comprimento de onda e frequência
- A velocidade de uma onda progressiva
- Ondas harmônicas
- Velocidade da onda de uma corda esticada
- Energia e potência de uma onda progressiva numa corda
- Reflexão de uma onda
- Princípio da superposição
- Velocidade de grupo
- Intereferência de ondas
- Fasores
- Ondas estacionárias
- Ondas estacionárias e ressonânicia
5. Ondas Sonoras
- Definição
- Velocidade do som
- Equação de onda
- Ondas sonoras progressivas
- Interferência e difração
- Intensidade e nível sonoro
i) Variação da intensidade com a distância
ii) A escala decibéis
- Fontes de sons musicais
- Ondas acústicas estacionárias
- Energia e intensidade das ondas harmônicas
- Batimentos (dispersão)
- O efeito Doppler
- Velocidades supersônicas e ondas de choques
6.Temperatura, Calor e a Primeira Lei da Termodinâmica
- Alcance e objetivos da termodinâmica
- Variáveis macroscópicas de estado
- Temperatura
- A lei zero da termodinâmica
- Medindo a temperatura
- Escalas termométricas
- Processos termodinâmicos
- Dilatação térmica: Coeficiente de dilatação térmica
- Temperatura e calor
- Equivalente mecânico do calor: definição de calor
- A absorção de calor por sólidos e líquidos
i) Capacidade térmica
ii) Calor específico
iii) Calores de transformação
- Calor e trabalho
i) Definição de trabalho
ii) Cálculo de trabalho
- Capacidades caloríficas de um gás ideal
- Expansão quase-estática de um gás ideal
- Mudanças de fases
- Transferência de calor
i) Condução e convecção
ii) Radiação
7. A Teoria Cinética do Gases
- Hipóteses básicas
- O número de Avogadro
- Gases ideais
- Energia cinética de translação média
- Interpretação molecular de pressão e temperatura
- LIvre caminho médio
- A distribuição de velocidades das moléculas
- Teorema da equipartição da energia
- Os calores expecíficos molares de um gás idela
- Graus de liberdade e calores específicos molares
- Efeitos quânticos
- A expansão adiabática de um gás ideal
- Forças intermoleculares
- Gases reais: A equação de Van der Waal
8. Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica
- Máquinas térmicas e refrigerador
- Enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica
- Enunciado de Kelvin-Planck da segunda lei da termodinânica
- Equivalência entre os enunciados de Kelvin-Planck e Clausius
- Reversibilidade
- O ciclo de Carnot
- A escala de temperatura absoluta
- O teorema de Clausius
- Entropia e processos reversíveis
- O princípio do aumento da entropia do universo
- Interpretação estatística da entropia
- Terceira lei da termodinâmica
i) Enunciado de Clausius
ii) Postulado de Planck
(*) Tópico optativo
BIBLIOGRAFIA
- Livro-Texto: Fundamentos de Física, Gravitação, Ondas e Termodinâmica, Halliday & Resnick, Jearl Walker, 9a edição, Volume 2, Editora LTC, 2012
- Livros auxiliares:
1) Física, Paul A. Tipler, Volume 1, segunda edição, Editora Guanabara Dois, 1982
2) Física, Mecânica, Alaor Chaves, Volume 4, primeira edição, Editora Reichmann & Affonso Editores, 2001
3) Curso de Física Básica 2-Ondas e Calor, primeira edição, Moysés, Editora Edgard Blücher LTDA, 1981
4) Física: Fundamentos e Aplicações, Robert M. Eisberg e Lawrence S. Lerner, Volume 2, Editora McGRaw-Hill, 1982.
5) Física 2, Mecânica, Sears & Zemansky, Young & Freedman, 12a edição, Editora Pearson, 2008.
6) Física 2. John P. McKelvey e Howard Grotch, Editora Harper & Row do Brasil LTDA, 1979
METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO
- Serão realizadas três (4) provas parciais (P1, P2, P3) e uma prova final (PF), com nota máxima cada de dez pontos (10,0)
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Prova |
Data |
Assuntos |
Aulas virtuais |
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1 |
28/08/2023 |
Oscilação e Fluidos |
Vídeos 1, 2, 3 6 e 7 |
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2 |
25/9/2023 |
Ondas em meios materiais e acústica |
Vídeos 8, 9, 10, 11, 12 e 13 |
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3 |
1/11/2023 |
Temperatura, calor e 1ª lei da termodinâmica e teoria cinética, Entropia e a 2a lei |
Vídeos 14, 15, 16, 17, 18 e 19 |
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S |
6/11/2023 |
EA escolha do aluno |
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F |
8/11/2023 |
Prova final |
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- O aluno terá direito a ralizar uma prova substitutiva (PS) relativa a uma das três provas parciais.
- Caso o estudante obtenha MP<7,0 terá que fazer a prova final (PF), e com isto computado a média final MF=(2*MP+PF)/3. Caso contrário (MP>=7,0), o estudante estará aprovado por média, com a média final MF=MP. Se MF<5,0, o estudante será reprovado por nota.
CRONOGRAMA DO CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 2017
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No |
Semana |
Segunda |
Quarta |
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1 |
de 24 a 26/07/2023 |
Tópico 1 |
Tópico 1 |
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2 |
de 31/7 a 2/08/2023 |
Tópico 1 |
Tópico 2 |
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3 |
de 9 a 14/08/2023 |
Tópico 3 |
Tópico 3 |
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4 |
de 16 a 21/08/2023 |
Tópico 3 |
Tira-dúvida |
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5 |
23/08/2023 |
Prova 1 |
Tópico 4 |
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6 |
de 28 a 30/08/2023 |
Tópico 4 |
Tópico 4 |
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7 |
de 4 a 6/09/2023 |
Tópico 4 |
Tópico 4 |
|
8 |
de 11 a 13/9/2023 |
Tópico 5 |
Tópico 5 |
|
9 |
de 18 a 20/9/2023 |
Tópico 5 |
Tópico 5 |
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10 |
de 25 a 27/9/2023 |
Prova 2 |
Tópico 6 |
|
11 |
de 2 a 4/10/2023 |
Tópico 6 |
Tópico 7 |
|
12 |
de 9 a 11/10/2023 |
Tópico 7 |
Tópico 7 |
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13 |
de 16 a 18/10/2023 |
Tópico 7 |
Tópico 8 |
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14 |
de 23 a 25/10/2023 |
Tópico 8 |
Tópico 8 |
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15 |
de 30/10 a 1/11/2023 |
Tira-dúvida |
Prova 3 |
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16 |
6 a 8/11/2023 |
Prova substitutiva |
Prova final |
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- Tópico 1: Oscilação
- Tópico 2: Equilíbrio e elasticidade
- Tópico 3: Fluidos
- Tópico 4: Ondas em meios materiais
- Tópico 5: Ondas acústicas
- Tópico 6: Temperatura, calor e primeira lei da termodinâmica
- Tópico 7: Teoria cinética
- Tópico 8: Entropia e a segunda lei da termodinâmica