Universidade do Algarve Faculdade de Ciências e Tecnologia Ficha

Universidade do Algarve
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Ficha de Unidade Curricular
Disciplina: Mecânica e Ondas
Ano lectivo: 2008/09
Curso(s): Engenharia Electrónica e Telecomunicações
Ano: 1º
Módulo: 4º
ECTS: 5
Tempo de trabalho total do aluno (em horas): 140
Tempo de contacto do aluno (em horas): T: 30, TP: 20, PL: 15, OT: 5
Professor responsável: Paulo Sá
Professores que participaram na leccionação da disciplina: Paulo Sá (T, TP e OT) , Rui
Guerra (PL)
Resumo descritivo:
A disciplina de Mecânica e Ondas é a primeira de um conjunto de três disciplinas de
física geral leccionadas no curso de Engenharia Electrónica e Telecomunicações. Debruça-se
sobre o estudo da Mecânica Clássica ou Newtoniana. Inclui uma componente teórica/teóricoprática e uma componente laboratorial.
Competências a desenvolver:
Pretende-se que os alunos dominem os conceitos teóricos básicos de Mecânica
Clássica, compreendendo-os e relacionando-os entre si, que sejam capazes de aplicar estes
conceitos à resolução de problemas concretos, incluindo aqueles que requerem conhecimentos
de áreas distintas da mecânica, e que desenvolvam a capacidade de realizar trabalhos
laboratoriais, tratando e analisando os dados obtidos de forma adequada.
Espera-se também que nesta disciplina os alunos aprofundem competências adquiridas
noutras disciplinas universitárias e no ensino básico e secundário, tais como, por exemplo,
desenvolvimento da autonomia e sentido de responsabilidade, hábitos de estudo, capacidade
de reflexão crítica, valorização do trabalho de equipa e de entreajuda mútua, desenvolvimento
da capacidade de pesquisar fontes bibliográficas e elaborar, pelas suas próprias palavras, um
resumo dessa pesquisa, de tomar apontamentos nas aulas, distinguindo o essencial do
acessório, de preparar um relatório de uma actividade experimental, etc.
Conteúdos programáticos:
1) Introdução. Grandezas físicas. Sistemas de unidades. Análise dimensional.
2) Cinemática do ponto material. Introdução. Deslocamento e velocidade de um ponto
material. Aceleração de um ponto material. Determinação da velocidade conhecida a
aceleração e da posição conhecida a velocidade. Movimento no campo gravitacional da
Terra (movimento rectilíneo e movimento no plano). Movimento circular. Velocidade e
aceleração relativas.
3) Dinâmica do ponto material. Leis do movimento de Newton. Peso e força normal, força
elástica, força de atrito (estática e cinética). Dinâmica do movimento circular. Forças
fictícias ou forças de inércia.
4) Trabalho e energia. Trabalho realizado por uma força constante a uma dimensão.
Trabalho realizado por uma força variável a uma dimensão. Trabalho realizado por uma
força variável a três dimensões. Teorema do trabalho-energia. Potência.
5) Conservação da energia. Forças conservativas e forças dissipativas. Energia potencial e
energia mecânica. Conservação da energia mecânica. Energia potencial gravítica. Energia
potencial elástica.
6) Conservação do momento linear. Momento linear de um ponto material. Centro de
massa e momento linear total de um sistema de pontos materiais. Conservação do
momento linear.
7) Colisões. Introdução. Conservação do momento linear total durante uma colisão. Colisões
elásticas frontais e laterais. Colisões inelásticas.
8) Conservação do momento angular. Momento angular de um ponto material. Equação
dos momentos. Momento angular de um sistema de pontos materiais. Conservação do
momento angular total de um sistema isolado. Cinemática do corpo rígido. Momentos de
inércia. Energia cinética e momento angular de um corpo rígido com movimento de
translação puro, de um corpo rígido em rotação em torno de um eixo fixo, e de um corpo
rígido com movimento de translação e rotação. Dinâmica do corpo rígido. Equação para o
centro de massa e equação dos momentos. Estática do corpo rígido.
9) Oscilações. Oscilador harmónico simples. Energia de um oscilador harmónico simples.
Movimento oscilatório amortecido. Oscilador sujeito a uma força exterior.
10) Movimentos ondulatórios. Descrição de uma onda. Equação de onda. Ondas transversais
e ondas longitudinais. Sobreposição de ondas. Ondas progressivas e estacionárias. Efeito
Doppler. Propriedades das ondas – dispersão, reflexão, refracção, difracção.
Estratégias/Métodos de ensino-aprendizagem:
As aulas teóricas são expositivas, incluindo exemplos ilustrativos de aplicação dos
conceitos. Os alunos são incentivados a participar activamente nesta aulas, colocando
questões, fazendo comentários e discutindo os temas abordados. Depois das aulas teóricas são
disponibilizadas aos alunos fichas de exercícios de aplicação dos conceitos teóricos. Os
alunos devem, antes da aula teórico-prática, tentar resolver os exercícios propostos,
identificando as dúvidas quer sobre os conceitos teóricos, quer sobre a sua aplicação a
situações concretas. Nas aulas teórico-práticas, estas dúvidas são esclarecidas, sendo colocada
maior ênfase nos exercícios em que os alunos tiveram mais dificuldade ou que não
conseguiram resolver sozinhos. As aulas teórico-práticas estão centradas nos alunos,
esperando-se que eles participem activamente.
Nas aulas práticas, laboratoriais, os protocolos das experiências são disponibilizados
antecipadamente, devendo os alunos estudar a introdução teórica e procedimento
experimental. No início da aula laboratorial os aspectos teóricos são revistos e o procedimento
experimental é exemplificado pelo docente antes dos alunos iniciarem o trabalho de recolha
de dados. É também discutido o método de tratamento de dados mais adequado à experiência
em questão. Após a aula laboratorial, os alunos elaboram um relatório, que deve ser entregue
na aula seguinte.
As aulas tutoriais têm formato livre e variável. Podem ser discutidos os conceitos
teóricos e sua inter-relação, a aplicação destes conceitos a situações concretas, podem ser
aprofundados os temas abordados nas aulas teóricas e teórico-práticas, etc. Os alunos podem
ainda solicitar nestas aulas aconselhamento para os seus estudos ou discutir outros assuntos
que considerem relevantes. As aulas de contacto representam apenas 50% do total de horas de
trabalho do aluno na disciplina. Assim, os alunos deverão também estudar autonomamente,
recorrendo a fontes bibliográficas disponíveis na biblioteca da universidade ou na internet.
Resultados esperados de aprendizagem:
Após a conclusão da disciplina, os alunos deverão compreender que a Física é uma
ciência experimental, que o critério de verdade em Ciência é a experimentação/observação,
que os modelos físicos não descrevem exactamente a realidade, mas são apenas uma
aproximação, que na elaboração dos modelos apenas temos em conta as propriedades mais
relevantes, distinguindo o essencial do acessório, que as teorias físicas têm limites de
aplicabilidade e que as suas previsões só são válidas dentro desses limites, e que as medidas
em física têm sempre um certo grau de imprecisão.
Deverão dominar os conceitos básicos de Mecânica e Ondas, tais como, ponto
material, referencial, sistema de coordenadas, vector-posição, velocidade média e instantânea,
aceleração média e instantânea, movimento rectilíneo e curvilíneo no seio do campo
gravitacional, movimento circular, velocidade angular, aceleração centrípeta e tangencial,
velocidade relativa, aceleração relativa, 1ª, 2ª e 3ª leis de Newton, massa, lei da gravitação de
Newton, peso, força normal, força elástica, forças de atrito, estático e cinético, forças de
inércia, trabalho realizado por forças constantes e variáveis, a uma ou várias dimensões,
teorema do trabalho-energia, potência, forças conservativas e dissipativas, energia cinética e
potencial, conservação da energia mecânica, momento linear, centro de massa, conservação
do momento linear, conservação do momento linear total durante colisões, colisões elásticas
frontais e laterais, colisões inelásticas, momento angular, equação dos momentos,
conservação do momento angular, corpo rígido, momento de inércia, teorema de Steiner,
momento angular total de um corpo rígido, momento da força, condições de equilíbrio de um
corpo rígido, oscilador harmónico simples, energia de um oscilador harmónico simples,
oscilador amortecido, oscilador forçado, onda, equação de onda, ondas transversais, ondas
longitudinais, sobreposição de ondas, ondas progressivas, ondas estacionárias, efeito Doppler,
propriedades das ondas. Os alunos deverão ser capazes de relacionar estes conceitos e aplicálos à resolução de problemas concretos.
Deverão ainda, na componente laboratorial, desenvolver a capacidade de tratar os
dados recolhidos, com uma análise estatística básica, envolvendo os conceitos de média,
desvio padrão, desvio padrão da média e regressão linear. Deverão ainda saber apresentar os
resultados sob a forma de tabelas e gráficos, fazer uma descrição sucinta do trabalho
experimental realizado e uma análise crítica dos resultados, relacionando-os com os conceitos
adquiridos nas aulas teóricas.
Métodos de avaliação, respectiva ponderação e cálculo da classificação final:
A frequência das aulas teóricas, teórico-práticas e tutoriais é facultativa; no entanto,
serão registadas as presenças para fins meramente estatísticos.
A frequência das aulas práticas é obrigatória. Se a assiduidade nas aulas práticas for
inferior a 80%, o estudante não é admitido a exame, reprovando.
Os estudantes realizam nas 5 aulas práticas um conjunto de trabalhos pelos quais são
avaliados, com uma classificação entre 0 e 20 valores. Se o estudante faltar a uma aula
prática, a nota final da componente prática será calculada considerando zero a nota referente
aos trabalhos a que o estudante faltou. São admitidos a exame os estudantes que obtenham nas
aulas práticas uma classificação igual ou superior a 10 valores.
Os estudantes que no ano lectivo de 2007/08 tenham sido admitidos a exame, por
terem obtido aprovação na componente prática da disciplina, estão dispensados das aulas
práticas, sendo a classificação obtida nessa altura nas aulas práticas utilizada para o cálculo da
classificação final da disciplina.
No final da disciplina realizar-se-á, em data a definir pelo Conselho Pedagógico, um
exame escrito individual (com três épocas: normal, de recurso, especial), ao qual é atribuída
uma classificação entre 0 e 20 valores.
A classificação final da disciplina é a média ponderada das classificações obtidas nas
aulas práticas (30%) no exame (70%).
Não há provas complementares para os estudantes que no exame obtenham uma
classificação entre 8 e 9.4 valores e acima de 16 valores.
Bibliografia básica:
R. M. Eisberg e L. S. Lerner, Física – Fundamentos e Aplicações, Vol. 1, Editora McGrawHill.
R. Reswick e D. Halliday, Física, Vol. 1, Editora Livros Técnicos e Científicos.
J. Dias de Deus, M. Pimenta, A. Noronha, T. Peña e P. Brogueira, Introdução à Física,
Editora McGraw- Hill.
R. A. Serway, Physics for Scientists and Engineers, Editora Saunders.