Física I B
Código
3082
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Física
Créditos
9.0
Professor responsável
Célia Maria Reis Henriques, Mário António Basto Forjaz Secca
Horas semanais
6
Total de horas
89
Língua de ensino
Português
Objectivos
O objectivo da Física 1 B é o de proporcionar aos alunos do 1º ano do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica o aprofundamento dos conhecimentos previamente adquiridos (nos ensinos básico e secundário e na disciplina de Biofísica) nas áreas da Mecânica e da Termodinâmica.
Conteúdo
Parte 1 - Introdução
1.1 - Unidades, Grandezas Físicas e Vectores
- A Natureza da Física
- A Resolução de Problemas em Física; Modelos Idealizados
- Padrões e Unidades
- Coerência e Conversão de Unidades
- Estimativas e Ordens de Grandeza
- Vectores e Adição de Vectores
- Componentes de Vectores
- Vectores Unitários
- Multiplicação de Vectores
(Nota: A secção "Incertezas e Algarismos Significativos" usa uma terminologia ultrapassada: este assunto deve ser estudado no "Manual de Elaboração de Relatórios e Tratamento de Resultados Experimentais")
Parte 2 - Mecânica
2.1 - Movimento Rectilíneo
- Deslocamento, Tempo e Velocidade Média
- Velocidade Instantânea
- Aceleração Média e Aceleração Instantânea
- Movimento com Aceleração Constante
- Corpos em Queda Livre
- Velocidade e Posição por Integração
2.2 - Movimento a Duas e Três Dimensões
- Vector Posição e Vector Velocidade
- O Vector Aceleração
- Movimento de um Projéctil
- Movimento Circular
- Velocidade Relativa
2.3 - Leis de Newton do Movimento
- Forças e Interacções
- A Primeira Lei de Newton
- A Segunda Lei de Newton
- Massa e Peso
- A Terceira Lei de Newton
- Diagramas de Corpo Livre
2.4 - Aplicações das Leis de Newton
- O Uso da 1ª Lei de Newton: Partículas em Equilíbrio
- O Uso da 2ª Lei de Newton: Dinâmica das Partículas
- Forças de Atrito
- Dinâmica do Movimento Circular
- As Forças Fundamentais da Natureza
- Movimento de um Projéctil com Resistência do Ar
2.5 - Trabalho e Energia Cinética
- Trabalho
- Trabalho e Energia Cinética
- Trabalho e Energia com Forças Variáveis
- Potência
2.6 - Energia Potencial e Conservação de Energia
- Energia Potencial Gravitacional
- Energia Potencial Elástica
- Forças Conservativas e Forças Não Conservativas
- Força e Energia Potencial
- Diagramas de Energia
2.7 - Momento Linear, Impulso e Colisões
- Momento Linear e Impulso
- Conservação do Momento Linear
- Colisões Inelásticas
- Colisões Elásticas
- Centro de Massa
2.8 - Rotação de Corpos Rígidos
- Velocidade Angular e Aceleração Angular
- Rotação com Aceleração Angular Constante
- Relações entre a Cinemática Linear e a Cinemática Angular
- Energia no Movimento de Rotação
- Teorema dos Eixos Paralelos
- Cálculo de Momentos de Inércia
2.9 - Dinâmica do Movimento Rotacional
- Torque
- Torque e Aceleração Angular de um Corpo Rígido
- Rotação de um Corpo Rígido em Torno de um Eixo Móvel
- Trabalho e Potência no Movimento de Rotação
- Momento Angular
- Conservação do Momento Angular
- Giroscópios e Precessão
2.10 - Equilíbrio e Elasticidade
- Condições de Equilíbrio
- Centro de Gravidade
- Resolução de Problemas de Equilíbrio de Corpos Rígidos
- Tensão, Deformação e Módulos de Elasticidade
- Tensão e Deformação Volumétrica
- Tensão e Deformação de Corte (ou Cisalhamento)
- Elasticidade e Plasticidade
2.11 - Gravitação
- Lei de Newton da Gravitação
- O Peso
- Energia Potencial Gravitacional
- Movimento de Satélites
- Leis de Kepler e o Movimento de Planetas
2.12 - Movimento Periódico
- Descrição do Movimento Oscilatório
- Movimento Harmónico Simples
- Energia no Movimento Harmónico Simples
- Aplicações do Movimento Harmónico Simples
- O Pêndulo Simples
- O Pêndulo Físico
Parte 3 - Termodinâmica
3.1 - Temperatura e Calor
- Temperatura e Equilíbrio Térmico
- Termómetros e Escalas de Temperatura
- Termómetro de Gás e a Escala Kelvin
- Expansão Térmica
- Quantidade de Calor
- Calorimetria e Mudanças de Fase
- Mecanismos de Transferência de Calor
3.2 - Propriedades Térmicas da Matéria
- Equações de Estado
- Propriedades Moleculares da Matéria
- Modelo Cinético-Molecular de um Gás Ideal
- Capacidades Caloríficas
- Velocidades Moleculares
- Fases da Matéria
3.3 - Primeira Lei da Termodinâmica
- Sistemas Termodinâmicos
- Trabalho Realizado Durante Variações de Volume
- Trajectórias Entre Estados Termodinâmicos
- Energia Interna e Primeira Lei da Termodinâmica
- Tipos de Processos Termodinâmicos
- Energia Interna de um Gás Ideal
- Capacidade Calorífica de um Gás Ideal
- Processo Adiabático de um Gás Ideal
3.4 - Segunda Lei da Termodinâmica
- Sentido de um Processo Termodinâmico
- Máquinas Térmicas
- Máquinas de Combustão Interna
- Refrigeradores
- Segunda Lei da Termodinâmica
- O Ciclo de Carnot
- A Escala Kelvin de Temperatura
- Entropia
- Interpretação Microscópica da Entropia
Bibliografia
1 - "University Physics", 11ª ed., Hugh Young e Roger Freedman, Pearson/Addison Wesley, 2004 (QC 21.3 Y). Este é o livro de texto principal que cobre cerca de 90% do programa de Física 1 B. Também existe em versão portuguesa, tradução da 10ª ed. efectuada pela editora Pearson do Brasil.
2 - “Physics With Illustrative Examples From Medicine and Biology: Mechanics ” 2ª ed., George B. Benedek e Felix M. H. Villars, Springer-Verlag, 2000 (QC 23 BEN). Este é um livro excelente, mais avançado do que o anterior, com numerosos exemplos de aplicação à Medicina. Recomendado como leitura complementar para quem tenha gosto pela Física e sua aplicação à Medicina.
3 - “Physics for Scientists and Engineers”, 4ª ed., Paul A. Tipler, W.H. Freeman and Company, 1999 (QC 21.2 TIP). Este livro é uma alternativa ao livro de texto principal. Também existe em português.
4 - "Fundamentals of Physics", Halliday, Resnick e Walker, 6ª ed., Wiley, 2001 (QC 21.2 HAL). Tal como o anterior, este livro também é uma alternativa ao livro de texto principal e também existe em português.
Método de avaliação
Preâmbulo
Os métodos de avaliação da disciplina seguem as regras gerais definidas no regulamento de avaliação de conhecimentos da FCT/UNL disponível em:
http://www.fct.unl.pt/sites/default/files/documentos/estudante/Regulamentos/Regulamento_Aval_fev_2013.pdf
Os alunos que tenham obtido frequência em anos anteriores são considerados alunos com frequência. Não podem inscrever-se nos turnos práticos nem nos turnos teórico-práticos criados no Clip (ver ponto 2 abaixo).
Todos os alunos que não tenham obtido frequência em anos anteriores têm de estar inscritos:
- numa turma teórico-prática criada no Clip através dos procedimentos normais na FCT/UNL,
- numa turma prática criada no Clip através dos procedimentos normais na FCT/UNL,
- no sítio da disciplina na plataforma moodle. A palavra chave e os preceitos desta inscrição serão comunicados por e-mail enviado através do Clip a todos os alunos inscritos na disciplina.
Funcionamento da disciplina e componentes de avaliação
1 Aulas teóricas
1.1 Nas aulas teóricas serão efectuadas exposições da matéria, realizados alguns exercícios exemplificativos da aplicação dos conteúdos e realizadas ou visionadas demonstrações experimentais dos fenómenos em estudo.
1.2 Os alunos devem trazer os materiais de apoio às aulas que forem previamente indicados pela docente.
1.3 Os alunos que não tenham obtido frequência em anos anteriores (e apenas estes) terão uma componente de avaliação contínua sumativa constituída pelos seguintes elementos de avaliação:
1.3.1 Semanalmente numa das aulas teóricas (ver calendarização das aulas em "Documentos de Apoio -> Outros -> Aulas.pdf") será efectuado, em grupo, um teste de aplicação dos conteúdos previamente leccionados. Estes testes serão disponibilizados e submetidos durante a aula na plataforma moodle. A média dos resultados destes testes dará lugar à avaliação NTG.
Os grupos a que se refere o parágrafo anterior serão constituídos por 6 elementos determinados pela docente. Será da responsabilidade de cada grupo trazer um computador portátil para as aulas em que decorrerão os testes.
1.3.2 Após a realização de cada teste em grupo e até à véspera da aula teórica seguinte, estará disponível no moodle um teste de realização individual sobre os mesmos conteúdos. A média dos resultados dos testes individuais conduzirá à avaliação NTI.
2 Aulas teórico-práticas
2.1 Nas aulas teórico-práticas os alunos resolverão exercícios propostos pela docente e sob a sua orientação. Os enunciados destes exercícios devem ser trazidos para as aulas e estão disponíveis em "Documentos de Apoio -> Outros -> Problemas.pdf".
2.2 Em datas pré-estabelecidas e durante as aulas teórico-práticas serão realizados 3 testes de avaliação de conhecimentos das matérias lecionadas até ao final da semana anterior ao teste (ver calendarização das aulas em "Documentos de Apoio -> Outros -> Aulas.pdf"). Os alunos só poderão realizar os testes dentro da turma teórico-prática em que se encontram inscritos.
2.3 A avaliação resultante dos testes, NTP, será a média ponderada dos resultados dos 3 testes: o peso do primeiro teste será de 20% e os pesos dos dois restantes de 40%.
A nota NTP poderá ainda ser obtida, de acordo com as normas de avaliação em vigor, em exame de recurso.
3 Aulas laboratoriais
3.1 Apenas os alunos sem frequência são sujeitos a avaliação prática nas aulas laboratoriais. Obtêm frequência no presente ano lectivo todos os alunos com avaliação laboratorial, NLab, positiva.
3.2 As aulas laboratoriais têm a duração de 2h e nelas os alunos, distribuídos por grupos de dois ou três, conforme determinado pela docente, terão oportunidade de realizar 9 trabalhos experimentais. A atribuição dos trabalhos aos vários grupos segue a calendarização disponibilizada em "Documentos de apoio -> Outros -> Laboratório.pdf".
3.3 Os trabalhos são realizados de acordo com um guião previamente disponibilizado em "Documentos de apoio -> Outros -> Trabalho1.pdf" e "Documentos de apoio -> Outros -> Guioes.pdf".
3.4 Os registos dos resultados obtidos por cada grupo devem ser efectuados em duplicado. No final de cada sessão de laboratório, cada grupo entrega à docente uma das folhas de registos. A outra folha de registos fica na posse dos alunos para que efectuem em casa a análise dos resultados obtidos.
3.5 Todos os alunos estão admitidos ao primeiro trabalho de laboratório. O relatório do mesmo é efectuado em casa pelo grupo. O relatório e tratamento de resultados deve seguir os métodos descritos no "Manual de elaboração de relatórios e tratamento de resultados experimentais" disponível em "Documentos de apoio -> Outros -> Manual.pdf". Adicionalmente os alunos deverão responder, após a realização deste trabalho, a um teste a realizar individualmente no moodle. A entrega do relatório é feita na aula seguinte à realização do trabalho e o período de realização do teste será comunicada por e-mail aos alunos inscritos em cada uma das turmas. A avaliação de cada aluno no que diz respeito ao primeiro trabalho, NP1, terá uma contribuição de 30% do teste individual e 70% do relatório de grupo.
3.6 A realização dos restantes 8 trabalhos laboratoriais está condicionada à certificação obtida individualmente pelos alunos. A certificação é obtida através de um teste a realizar na plataforma moodle até às 24 h do dia anterior à aula onde o aluno poderá vir a realizar o trabalho.
3.7 Após os períodos disponíveis para a realização de 4 trabalhos (dos 8 acima referidos) decorrerão em períodos de aula momentos de avaliação (ver planificação disponibilizada em "Documentos de apoio -> Outros -> Laboratório.pdf"). Durante cada um dos dois momentos de avaliação, os alunos realizam em tempo estipulado e em grupo uma parte de um dos trabalhos que lhes tenha sido atribuído para realização no respectivo período. A análise dos resultados obtidos durante os momentos de avaliação é feita individualmente após o tempo estipulado para a realização do trabalho experimental. A média aritmética dos resultados obtidos por um aluno nos dois momentos de avaliação dará origem à avaliação NMA.
3.8 A avaliação de laboratório será dada por NLab= 0,2 * NP1 + 0,8 * NMA
4 Avaliação final
A avaliação final, NF, da disciplina é construída da seguinte forma:
Para os alunos com frequência de anos anteriores, NF = NTP.
Para alunos sem frequência de anos anteriores
Se NLab < 10 ou NTP < 9, Aluno sem frequência
Se NLab ≥ 10 e NTP ≥ 9, NF = 0,15 * NTG + 0,15* NTI + 0,4 * NTP + 0,3 * NLab
5 Melhoria de classificação final
O exame de melhoria de nota poderá vir a alterar apenas a componente NTP da nota final.