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 FÍSICA Curso(s) Atendido(s) Licenciatura em Física Licenciatura em Matemática Pré-Requisitos 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. IFBA – Câmpus Salvador. Programa da disciplina FIS215. 1/4 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. escalas de temperatura. Termômetro de gás ideal e escala absoluta de temperatura. Termômetros e 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 IFBA – Câmpus Salvador. Programa da disciplina FIS215. 2/4 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. METODOLOGIA DE ENSINO E AVALIAÇÃO Aulas expositivas interativas e atividades teóricas e práticas, individuais ou em grupo, como leitura e discussão de textos, estudos dirigidos, exercícios e aplicações, produção de textos, elaboração e apresentação de seminários, debates, atividades práticas, pesquisas de campo, observação de ambientes educacionais, análise de filmes e outras atividades que visam desenvolver o aluno como sujeito de sua aprendizagem. A parte prática em laboratório consiste na realização de experimentos e demonstrações e na elaboração de relatórios e trabalhos. Disponibilização de objetos de aprendizagem com exposições ou atividades interativas relacionadas aos conteúdos das aulas teóricas e práticas. Considerando a avaliação um processo formativo, ela será processual, levando em conta a participação, o envolvimento e o aproveitamento do aluno nas atividades de ensino-aprendizagem. De acordo com as Normas Acadêmicas do IFBA, a avaliação em cada disciplina compreende a apuração da frequência às aulas e a verificação do aproveitamento através da atribuição de três notas (de zero a dez) a avaliações parciais e a um exame final, nas formas definidas pelo professor no plano de curso. Será aprovado o aluno que tiver frequência maior ou igual a 75% e média final maior ou igual a 5,0. A média final é calculada atribuindo-se peso 2 para a média (aritmética ou ponderada) das avaliações parciais e peso 1 para o exame final. O aluno que obtiver nota maior ou igual a 7,0 nas avaliações parciais estará dispensado do exame final. RECURSOS UTILIZADOS Quadro branco e marcadores, computador e projetor, material impresso (apostilas, listas de exercícios etc.) para aulas presenciais. Sala virtual da disciplina no Ambiente Virtual de Aprendizagem 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 IFBA – Câmpus Salvador. Programa da disciplina FIS215. 3/4 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 Chefe do Departamento Data IFBA – Câmpus Salvador. Programa da disciplina FIS215. 4/4