Física Aplicada - EU-IPP

ECTS - Escola Superior de Saúde
Curso: Licenciatura em Cardiopneumologia
Unidade Curricular: Física Aplicada
Ano Lectivo: 2012/2013
Ano curricular: 1
Período Lectivo: Semestral
Frequência: Obrigatória
Nº créditos (ECTS): 3.5
Horas teóricas: 15.0 h
Horas práticas e laboratoriais: 30.0 h
Docente Responsável: Manuel Santos
Objectivos:
- Resolver operações com grandezas vectoriais.
- Resolver e analisar problemas que envolvam cálculo vectorial com aplicação nas subsequentes disciplinas do curso.
- Identificar e descrever movimentos harmónicos simples.
- Resolver e analisar problemas que envolvam movimentos harmónicos simples.
- Resolver e analisar problemas que envolvam movimentos periódicos manipulando os princípios e conceitos que lhes são
subjacentes de modo a os poder aplicar a situações concretas de áreas da biologia e da medicina e de áreas tecnológicas com
aplicação nas subsequentes disciplinas do curso.
- Descrever as leis, as teorias e os conceitos fundamentais da electricidade e do electromagnetismo, no quadro da física clássica.
- Analisar e resolver problemas de electricidade e electromagnetismo (no quadro da física clássica).
- Identificar e descrever movimentos ondulatórios, em particular os sons e os ultra-sons.
- Descrever a natureza dos ultra-sons e os princípios Físicos subjacentes à sua produção, propagação (dando ênfase à
propagação em meios e tecidos biológicos) e detecção.
- Descrever a interacção dos ultra-sons com a matéria (em particular, com materiais e tecidos biológicos).
- Resolver e analisar problemas que envolvam movimentos ondulatórios, em particular os sons e os ultra-sons.
Programa:
CONTEÚDOS TEÓRICOS
Aspectos Gerais:
1. Cálculo vectorial (2 Horas):
Grandezas escalares e grandezas vectoriais. Vectores unitários. Sistemas de coordenadas e sistemas de referência. Ângulo entre
dois vectores. Produto de um vector por um escalar. Adição e subtracção de vectores. Projecção de vectores. Componentes de um
vector. Produto escalar e produto vectorial. Produto escalar e a projecção de vectores. Vectores cardíacos. Triângulo de Einthoven.
Eixos de derivação.
2. Movimento Harmónico Simples (MHS) (1 Hora e 30 Minutos)
Forças elásticas e MHS; lei de Hooke. Equação diferencial e lei do movimento. Amplitude,
período, frequência, frequência angular e fase. Velocidade e aceleração de um corpo
animado de um MHS. Considerações energéticas relativamente ao MHS.
3. Introdução à análise e síntese de Fourier (30 Minutos)
Séries de Fourier e Teorema de Fourier; espectros de frequência (amplitude e fase).
4. Electricidade e electromagnetismo (7 Horas)
Noções de carga eléctrica e de campo de forças.
Electrostática
Interacção electrostática e lei de Coulomb. Campo eléctrico e lei de definição de
campo eléctrico. Campo Coulombiano. Linhas de força no campo eléctrico. Energia
potencial eléctrica. Potencial eléctrico. Potencial Coulombiano. Superfícies
equipotenciais num campo eléctrico. Campos e potenciais eléctricos criados por
distribuições contínuas e descontínuas de carga, e.g. dipolo eléctrico, distribuição
uniforme de cargas plana e infinita.
Corrente eléctrica e electromagnetismo
Condutores e isoladores. Materiais dieleéctricos. Condutores electrolíticos.
Distribuição de electrólitos no corpo humano. Corrente eléctrica, sua intensidade e
sentido. Campo magnético criado por uma corrente eléctrica: lei de Biot-Savart,
correntes rectilíneas e infinitas, espiras de corrente e solenóides. Campo magnético
criado por uma carga eléctrica pontual em movimento. Linhas de campo magnético.
Dipolos magnéticos. Acção de campos magnéticos sobre correntes eléctricas ¿ lei de
Laplace. Acção de um campo magnético sobre uma carga eléctrica pontual em
movimento. Campos electromagnéticos. Acção de um campo electromagnético
sobre uma carga eléctrica pontual em movimento ¿ força de Lorentz.
Condensadores
Capacidade de um condensador. Condensadores com dielectricos. A membrana
celular: potencial de membrana; capacidade da membrana celular.
5. Ultra-Sons (4 Horas)
Introdução aos fenómenos ondulatórios
Conceito de onda e de meio elástico. Ondas mecânicas e ondas electromagnéticas.
Propagação de ondas mecânicas. Velocidade de propagação de onda mecânicas.
Ondas transversais e ondas longitudinais. Ondas harmónicas progressivas: função de
onda; período; comprimento de onda; frequência; velocidade de propagação.
Frentes de onda. Energia transportada por uma onda -intensidade da onda.
Ondas Sonoras
Natureza das ondas sonoras. Função de onda de uma onda sonora harmónica.
Energia transportada por ondas sonoras - intensidade de uma onda sonora
harmónica.
Classificação das ondas sonoras: sons, infra-sons e ultra-sons.
Ultra-sons
Aplicações de ultra-sons em diagnóstico e terapêutica. Natureza dos ultra-sons.
Ultra-sons de alta e de baixa frequência. Produção de ultra-sons: efeito
piezoeléctrico, materiais piezoeléctricos. Transdutores piezoeléctricos (sondas).
Velocidade de propagação dos ultra-sons sólidos, líquidos, gases e em vários
materiais e tecidos biológicos. Impedância acústica. Interacção dos ultra-sons com a
matéria (em particular, com materiais e tecidos biológicos): reflexão e refracção de
ultra-sons em interfaces, coeficientes de reflexão e de transmissão, reflexão
especular e não especular, absorção e atenuação dos ultra-sons, nível de intensidade
de uma onda sonora em decibel, coeficiente de atenuação e sua variação com a
frequência dos ultra-sons.
Efeito Doppler
CONTEÚDOS PRÁTICOS
1. Cálculo vectorial (5 Horas)
2. Movimento Harmónico Simples (MHS) (5 Horas)
4. Electricidade e electromagnetismo (14 Horas)
5. Ultra-sons (6 Horas)
Metodologias de Ensino:
Aulas teóricas: apresentação e discussão das matérias constantes nos conteúdos programático.
Aulas práticas: exemplificação, por parte do docente, da aplicação das matérias leccionadas nas aulas teóricas a problemas
específicos e sua resolução; resolução de fichas de aprendizagem, por parte dos alunos, com a supervisão do docente.
Métodos de Avaliação:
Por avaliação periódica:
A1 - Dois testes escritos individuais (80% da nota final).
A2 - Portefólio a elaborar pelos alunos ao longo do semestre com a supervisão do docente (20% da nota final).
Classificação final = (0,80*A1)+(0,20*A2)
* A nota da componente A2 será válida até o final do ano lectivo seguinte.
Os alunos devem optar até 26-10-2012, pelo tipo de avaliação.
A nota da Avaliação final será a nota do Exame.
Bibliografia:
BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA
- Alan H. Cromer, "Física para las ciencias de la vida", 2ª edição, Editorial Reverté S.A, 1992.
- Paul A. Tipler, ¿Física para cientistas e engenheiros¿, 4ª edição, 1999.
- J. W. Kane, M. M. Sternheim, "Physics", 3ª edição, John Wiley & Sons, 1988.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
- Jerry B. Marion, ¿General Physics with Bioscience Essays¿, John Wiley & Sons, Inc, 1979.
- Russell K. Hobbie, Bradley J. Roth, ¿Intermediate Physics for Medicine and Biology¿, 4ª edição, Springer, 2007.
- Notas de aula da autoria do regente da disciplina.
Observações:
Docente: Filomena Clemencio e Nuno Oliveira
Manuel Santos
Vila Nova de Gaia, 19 de Novembro de 2012