Programa da cadeira Física I Cursos: Matemática, Engenharia
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Programa da cadeira Física I Cursos: Matemática, Engenharia Informática, Engenharia de Telecomunicações e Redes Ano lectivo 2005-2006, 1º semestre Docentes: Prof. Dr. Mikhail Benilov (aulas teóricas, regência da cadeira), Dr.ª Maria José Faria e Dr. Nelson Almeida (aulas teórico-práticas) Carga horária semanal: 2T + 2TP 1. Introdução a. O que é a física? b. Métodos de física: o método experimental, métodos teóricos de níveis diferentes 1ª parte: Mecânica 2. Introdução a. O que é a mecânica? b. Conceitos básicos • Sistemas de referência • Movimento de translação • Corpos e partículas 3. Cinemática da partícula a. Vectores de deslocamento e da velocidade • Vector de deslocamento • Vector de velocidade média • Vector de velocidade instantânea • Movimento uniforme b. Velocidade de movimento rectilíneo • Velocidades média e instantânea no caso de um movimento rectilíneo e sua interpretação gráfica • Cálculo da velocidade vx(t) a partir da posição x(t) • Cálculo da posição x(t) a partir da velocidade vx(t) c. Aceleração • Vector de aceleração média • Vector de aceleração instantânea • Movimento uniformemente acelerado • Aceleração num movimento rectilíneo. Movimento rectilíneo uniformemente acelerado d. Exemplos de movimentos com aceleração constante • Queda livre • Movimento de uma bola atirada para cima • Movimento de um projéctil e. Componentes tangencial e normal da aceleração 1 • Aceleração num movimento circular uniforme • Exemplo: 1ª velocidade cósmica • Aceleração num movimento circular não-uniforme • Aceleração num movimento não-circular f. Velocidade e aceleração relativas 4. Dinâmica da partícula a. Primeira lei de Newton • Primeira lei de Newton • Primeira lei como afirmação de existência de referenciais inerciais b. Segunda lei de Newton • Força • Massa • Segunda lei de Newton • Sistemas de unidades mecânicas c. Terceira lei de Newton d. Leis de força • Lei de Hooke • Força de atracção gravitacional • Forças de atrito de escorregamento e de rolamento 5. Trabalho e energia a. Trabalho de uma força • Trabalho de uma força constante • Trabalho de uma força variável • Potência b. Energia cinética e teorema do trabalho-energia c. Forças conservativas e energia potencial • Forças conservativas e não conservativas • Energia potencial d. Conservação da energia • Lei de conservação da energia mecânica • Princípio de conservação da energia 6. Momento linear a. Centro de massa • Média ponderada • Centro de massa de sistema de partículas • Centro de massa de um corpo • Movimento do centro de massa b. Momento linear • Definições do momento linear de uma partícula e de um sistema de partículas • 2ª lei de Newton em função do momento linear c. Conservação do momento linear d. Teoria de colisões binárias • Colisões elásticas 2 • Colisões perfeitamente inelásticas 7. Movimento rotacional a. Cinemática da rotação • Velocidade angular média • Velocidade angular instantânea • Período e frequência do movimento circular uniforme b. Dinâmica da rotação • Momento da força • Momento angular de uma partícula e de um sistema de partículas • Conservação do momento angular c. Rotação do corpo rígido em torno do eixo fixo 2ª parte: Termodinâmica 8. Introdução a. O que é a termodinâmica? • Termodinâmica e física molecular • Áreas de utilização b. Conceitos básicos • Equilíbrio termodinâmico • Equação de estado 9. Primeira lei da termodinâmica a. Trabalho macroscópico • Processos quase estáticos • Trabalho macroscópico num processo elementar • Trabalho macroscópico num processo finito b. Primeira lei da termodinâmica • Calor como forma da energia • Primeira lei da termodinâmica: princípio da conservação da energia para processos de calor • Energia interna • Primeira lei para alguns processos especiais • Processo cíclico • Processo adiabático • Processo isocórico • Processo isobárico c. Capacidade térmica • Unidade do calor • Capacidade térmica • Capacidades térmicas para alguns processos especiais • Processo adiabático • Processo isotérmico • Processo isocórico • Processo isobárico • Calor específico 3 • Capacidade térmica molar • Quantidade do calor num processo finito d. Energia interna e capacidade térmica de gás ideal • Energia interna de gás ideal • Capacidade térmica ao volume constante de gás ideal • Equação de Mayer. Capacidade térmica à pressão constante de gás ideal • Gás ideal num processo adiabático 10. Segunda lei da termodinâmica a. Processos reversíveis e irreversíveis • Definição • Exemplo • Processo quase estático não é necessariamente reversível b. Ciclo de Carnot • Ciclo • Ciclo de Carnot • Ciclo de Carnot para gás ideal c. Segunda lei da termodinâmica • Enunciado de Clausius • Enunciado de Kelvin e Planck d. Teorema de Carnot • Teorema de Carnot • Rendimento das máquinas térmicas 11. Entropia e outras funções termodinâmicas a. Desigualdade de Clausius • Desigualdade de Clausius para ciclo de Carnot • Desigualdade de Clausius para caso geral b. Entropia • Entropia como função de estado • Exemplo: entropia do gás ideal • Variação da entropia em processos reversíveis finitos • Processo adiabático • Processo isotérmico • Processo com capacidade térmica constante • Variação da entropia em processos irreversíveis c. Lei do aumento da entropia • Lei do aumento da entropia • Exemplo: expansão livre de gás ideal • Exemplo: condução do calor d. Funções termodinâmicas • Funções termodinâmicas • Método de funções termodinâmicas Literatura 4 1. R. Resnick e D. Halliday, Física 1, Física 2 (Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1990). 2. M. Alonso e E. J. Finn, Física (Addison-Wesley Iberoamericana España, S. A., 1999). 3. R. A. Serway, Física 1, Física 2 (LTC – Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1996). 4. E. Fermi, Termodinâmica (Livraria Almendina, Coimbra, 1973). Modo de Avaliação A avaliação terá duas componentes: • Exame (sem consulta; as calculadoras gráficas e programáveis não são permitidas) • Testes (sem consulta; terão lugar de duas em duas aulas teórico-práticas a partir da 3ª; a participação em testes não é obrigatória; as calculadoras gráficas e programáveis não são permitidas) A nota final da cadeira será lançada com base na nota do exame. Se a nota do exame não for inferior a 7,5 valores, a nota final poderá ser lançada com base na nota do exame e na nota média dos testes, as quais vão contar com pesos de 60% e 40%, respectivamente. (A nota média dos testes será calculada como uma média aritmética de notas tiradas em todos os testes excluindo a nota mais baixa.) 5
