FIS215 - Física Clássica da Matéria e da Luz - EAD

PROGRAMA DE DISCIPLINA
CÓDIGO
FIS215
DISCIPLINA:
FÍSICA CLÁSSICA DA MATÉRIA E DA
LUZ
Carga Horária
Teórica
60h
Prática
30h
Total
90h
Créditos
4
2
6
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS
Curso(s) Atendido(s)
APLICADAS
Pré-Requisitos
Licenciatura em Física
Licenciatura em Matemática
MAT220, FIS210
EMENTA
Ótica geométrica. Reflexão e refração da luz. Lei de Snell. Espelhos e lentes. Formação de imagens. Instrumentos
óticos. Sólidos e fluidos. Densidade. Elasticidade. Estática e dinâmica dos fluidos. Princípios de Arquimedes e de
Pascal. Equação de Bernoulli. Escoamento viscoso. Termologia e termodinâmica. Termometria. Calorimetria.
Calor sensível e calor latente. Transições de fase. Gás ideal. Gás de van der Waals. Teoria cinética. Primeira lei da
Termodinâmica. Máquina de Watt. Processos quasi-estáticos. Processos reversíveis. Ciclos numa máquina
térmica. Calor e trabalho num processo quasi-estático. Máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor.
Segunda lei da Termodinâmica. Rendimento e coeficiente de rendimento. Entropia. Atividades de laboratório.
OBJETIVOS
Estudar aplicações simples de teorias ou leis físicas que permitem a explicação e o controle de fenômenos
naturais, mesmo na ausência de uma teoria fundamental por trás do fenômeno.
Isso ocorre com a ótica geométrica que, independentemente da controvérsia clássica corpúsculo x onda, fundou
uma tecnologia importantíssima para o desenvolvimento da ciência, e com a termologia clássica, fundada no
conceito de calórico. Também as propriedades mecânicas da matéria considerada como um contínuo podem ser
estudadas por simples aplicações da mecânica newtoniana que resultam na Hidrostática e na Hidrodinâmica
elementares, sem ser necessário conhecer a estrutura fundamental da matéria e dos seus constituintes.
Essas aplicações são casos exemplares da aplicação do método da física e esta disciplina busca levar os alunos ao
aprendizado dos seus conceitos, em unidade com os conceitos fundamentais da física, e a conhecer e aplicar o
método geral da física.
Habilitar os alunos a transpor o conhecimento científico da disciplina para atividades compreensíveis no nível
médio de ensino.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
Teoria
Natureza da luz e a ótica geométrica. Panorama histórico da ciência da luz. Controvérsia corpúsculo ou onda e
o raio de luz. Ótica geométrica: leis de propagação, reflexão e refração dos raios luminosos. Compreensão atual
dos fenômenos luminosos como onda e partícula. Luz e visão. Luz visível e espectro eletromagnético.
Formação de imagens por reflexão. Formação de imagens em espelhos planos. Imagem virtual direta, simetria
da reflexão. Combinações de espelhos planos. Formação de imagens em espelho esférico côncavo na
aproximação para-axial. Aberração esférica. Demonstração da equação do espelho para objeto além e objeto
aquém do foco. Imagem real e imagem virtual. Espelho esférico convexo. Equação dos espelhos esféricos e
convenção de sinais. Construção de diagramas de raios de espelhos esféricos em escala.
Formação de imagens por refração. Lei de Snell. Refração em uma superfície esférica entre dois meios.
Imagens reais e virtuais e convenção de sinais. Refração em uma segunda superfície esférica. Método geral:
imagem de um elemento ótico é o objeto para o elemento seguinte. Lentes finas.
Instrumentos óticos. Formação de imagens por combinações de lentes e espelhos. Olho e lupa. Microscópio.
Luneta ou telescópio.
Estados físicos e constituição microscópica da matéria. Descrição macroscópica da matéria como um meio
mecânico contínuo. Densidade. Elasticidade de sólidos, compressibilidade de líquidos e gases. Tensão e pressão.
Hidrostática. Lei de Stevin, princípio de Pascal. Pressão em função da altura num líquido incompressível e num
gás ideal. Manômetros e barômetros. Paradoxo hidrostático. Princípio de Arquimedes e flutuação dos corpos.
Tensão Superficial. Meniscos e capilaridade.
Hidrodinâmica. Escoamento de um fluido ideal num regime permanente, linhas e tubo de corrente. Equação da
continuidade e conservação da vazão. Conservação da energia num fluido e a equação de Bernoulli. Aplicações
da equação de Bernoulli: lei de Torricelli, efeito Venturi e efeito Magnus. Escoamento Viscoso em fluxo laminar
e definição de viscosidade. Lei de Poiseuille. Turbulência e número de Reynolds.
Temperatura e Termometria. Expansão e dilatação térmica, propriedades termométricas. Termômetros e
escalas de temperatura. Termômetro de gás ideal e escala absoluta de temperatura.
Calorimetria. Quantidade de calor e capacidades caloríficas, calor sensível e calor latente. Transições de fase.
Transferência de Calor: condução, convecção e radiação.
A Teoria Cinética e o Gás Ideal. Pressão e movimento microscópico das moléculas. Equação de estado de um
gás ideal. Energia cinética média e temperatura. Distribuição de Maxwell-Boltzmann das velocidades
moleculares. Equação de van der Waals e os gases reais. Modelo de gás real e equação de van der Waals.
Construção de Maxwel, isotermas de van der Waals e transição líquido-gás. Ponto crítico.
A Primeira Lei da Termodinâmica. Energia interna, trabalho e calor. Processos quasi-estáticos numa máquina
de Watt. Variação de energia, trabalho e calor em processos adiabáticos, isocóricos, isotérmicos e isobáricos.
Forma diferencial da Primeira Lei da Termodinâmica.
A Segunda Lei da Termodinâmica. Irreversibilidade e variação da entropia: dissipação mecânica e troca de
calor espontâneas. Máquinas térmicas e refrigeradores e bombas de calor. Variação da entropia em processos
quasi-estáticos numa máquina de Watt. Eficiência e Segunda Lei da Termodinâmica. O ciclo de Carnot e a escala
termodinâmica de temperatura.
Prática
- Demonstrações de ótica.
- Lei de Snell.
- Ótica de raios e objetos de refração.
- Distância focal de uma lente convergente.
- Princípio de Arquimedes.
- Demonstrações de hidrostática.
- Efeito Venturi e dissipação viscosa.
- Calorímetro.
- Bomba de calor e máquina térmica (efeito termoelétrico).
- Ciclos Otto e Diesel.
ESTRATÉGIAS DE ENSINO E AVALIAÇÃO
Aulas expositivas, discussões dirigidas, aulas de resolução de exercícios, realização de experimentos e
demonstrações, elaboração de relatórios dos experimentos, resolução de listas de exercícios. Disponibilização de
objetos de aprendizagem com exposições ou atividades interativas relacionadas aos conteúdos das aulas teóricas e
práticas.
A avaliação é feita por meio de provas, listas de exercícios, relatórios, debates e produções textuais realizados
pelos alunos, considerando a participação e o envolvimento do aluno nas atividades de ensino-aprendizagem.
RECURSOS UTILIZADOS
Quadro branco e marcadores, computador e projetor, material impresso (apostilas, listas de exercícios etc.) para
aulas presenciais.
Sala virtual da disciplina no AVA do IFBA (MOODLE) para disponibilização de material didático e
acompanhamento das atividades de ensino-aprendizagem e interação entre os participantes do curso.
Laboratório didático de física para realização de atividades práticas e experimentos.
PRÁTICA DE ENSINO
A prática de ensino está presente nesta disciplina em atividades executadas pelos alunos sob a orientação do professor envolvendo
i) a observação e a crítica de materiais didáticos relacionados aos conceitos discutidos na disciplina (leitura e crítica de livros-texto
do ensino médio; coleta, investigação e crítica de objetos de aprendizagem).
ii) a elaboração de material didático ou roteiros de atividades práticas e experimentos ou banco de questões sobre os temas da
disciplina para aplicação na Educação Básica e contextualizando-os no universo do educando.
iii) a elaboração e apresentação de seminários e mini-aulas sobre os temas da disciplina.
A dedicação do aluno à atuação e reflexão sobre a prática docente corresponde nesta disciplina à carga de 30 horas semestrais
em aulas e outras atividades.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert e KRANE, Keneth. Fundamentos de Física. vol. 2. 4ª edição LTC.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert e KRANE, Keneth. Fundamentos de Física. vol. 4. 4ª edição LTC.
KELLER, Frederick J., GETTYS, W. Edwards & SKOVE, Malcolm J. FÍSICA - Volume 1. São Paulo: Makron Books do
Brasil, 1997.
KELLER, Frederick J., GETTYS, W. Edwards & SKOVE, Malcolm J. FÍSICA - Volume 2. São Paulo: Makron Books do
Brasil, 1997.
YOUNG, Hugh D. e FREEDMAN, Roger A. Sears & Zemansky Física II – Termodinâmica e Ondas. São Paulo:
Addison Wesley, 2008.
YOUNG, Hugh D. e FREEDMAN, Roger A. Sears & Zemansky Física IV – Ótica e Física Moderna. São Paulo:
Addison Wesley, 2008.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
BARTHEM, Ricardo. A Luz - Coleção Temas Atuais de Física, SBF. São Paulo: Editora Livraria da Física.
CAMPOS, A. A., ALVES, E. S. e SPEZIALI, N. L. Física Experimental Básica na Universidade. Belo Horizonte:
Editora UFMG.
FIGUEIREDO, Aníbal e PIETROCOLA, Maurício. Calor e Temperatura. São Paulo: FTD.
HELENE, Otaviano A. M. e VANIN, Vito. Tratamento Estatístico de Dados em Física Experimental. Edgard
Blücher, 1981.
NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica - 2 Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor. São Paulo: Edgard Blücher.
NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica – 4: Ótica, Relatividade e Física Quântica. São Paulo: Edgard
Blücher.
VALADARES, Eduardo C. Física Mais do que Divertida!. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2012.
Aprovado pelo Departamento
Data
Chefe do Departamento