PLANO DE ENSINO IMPLANTAÇÃO: VERSÃO: PRÉ-REQUISITOS: FGE1001

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1 - CCT EMENTA: Oscilações mecânicas. Estática e dinâmica de fluidos. Ondas mecânicas e acústicas. Temperatura. Calor. Teoria cinética dos gases. Leis da termodinâmica. Máquinas térmicas. Refrigeradores. Entropia. OBJETIVOS GERAIS: Estudar e aplicar conceitos e métodos básicos de Ondas e da Termodinâmica Clássica, mediante o uso dos métodos algébricos, do cálculo vetorial, diferencial e integral em aplicações físicas de interesse didático e/ou prático. Relacionar as descrições teórico-conceituais a contextos históricos, tecnológicos e cotidianos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Estudar o movimento harmônico simples, a partir das leis de Newton e Hooke, sua descrição matemática e sua relação com o movimento circular uniforme. Definir e calcular as energias cinética e potencial associadas a um oscilador harmônico simples. Estudar diferentes tipos de pêndulos e osciladores. Apresentar e discutir os conceitos de pressão e densidade para um fluido ideal em equilíbrio hidrostático. Estudar os princípios básicos da Hidrostática (de Pascal e de Arquimedes). Estudar o escoamento de um fluido ideal newtoniano, e a equação de Bernoulli. Definir e estudar o escoamento laminar e tubo de corrente. Obter noções de escoamento de fluidos reais. Estudar a propagação de ondas transversais em meios contínuos. Descrever uma onda progressiva em ordas. Descrever formas de determinar a velocidade, a energia e a potência de uma onda progressiva. Apresentar o princípio de superposição e estudar a interferência de ondas. Definir e calcular a velocidade de propagação de ondas sonoras. Definir e calcular intensidade e nível sonoro. Estudar o batimento e o efeito Doppler em ondas sonoras. Definir temperatura, estudar as escalas termométricas. Apresentar e discutir a lei zero da Termodinâmica e definir equilíbrio térmico. Estudar a dilatação térmica, suas consequências e suas aplicações tecnológicas. Estudar e comparar as dilatações linear, superficial e volumétrica dos sólidos e líquidos. Pág. 1 de 7

2 - CCT Definir calor e trabalho associados a um processo termodinâmico. Apresentar a primeira lei da Termodinâmica. Estudar os casos especiais desta lei e suas aplicações. Modelar e estudar a condução de energia na forma de calor. Definir fluxo térmico estacionário. Estudar a teoria cinética dos gases e descrever microscopicamente pressão e temperatura. Descrever a energia cinética, o livre caminho médio e a distribuição de velocidades de um gás ideal. Definir e calcular os calores específicos molares a pressão e a volume constantes, para um gás ideal. Estudar o princípio de equipartição de energia e suas implicações. Analisar um gás ideal no limite de baixas temperaturas. Estudar expansão adiabática de um gás e calcular o trabalho. Definir a eficiência de máquinas térmicas ideais e reais. Definir a performance de um refrigerador. Estabelecer e estudar a segunda lei da Termodinâmica, o ciclo de Carnot e outros ciclos termodinâmicos. Definir e calcular a Entropia. Estudar processos reversíveis e irreversíveis. PROGRAMA DA DISCIPLINA: 1. Oscilações 1.1. Cinemática e dinâmica do movimento harmônico simples Energia associada ao movimento harmônico simples A equação diferencial característica Pêndulos: simples, físico e de torção Oscilações amortecidas Oscilações forcadas Ressonância. 2. Fluidos 2.1. Densidade e Pressão Lei de Stevin Princípio de Pascal e de Arquimedes Fluidos ideais em movimento Equação da Continuidade e de Bernoulli. Pág. 2 de 7

3 - CCT 2.6. Noções de escoamento de fluidos reais. 3. Movimento Ondulatório 3.1. Tipos de ondas Ondas transversais e longitudinais Descrição matemática do movimento ondulatório Energia e potência associadas à onda Princípio de superposição Interferência Ondas estacionárias Ressonância Ondas sonoras Velocidade do Som A onda sonora progressiva Potência e intensidade de onda Fontes sonoras Interferência de ondas sonoras Efeito Doppler Batimentos. 4. Termodinâmica Clássica I 4.1. Aspectos introdutórios e gerais sobre termodinâmica A temperatura e as sensações de quente e frio A lei zero da termodinâmica. Medidas de temperatura Escalas de temperatura. Dilatação térmica Calor Quantidade de calor e mudanças de fase Calor e trabalho Primeira lei da termodinâmica Transferência de energia na forma de calor. Pág. 3 de 7

4 - CCT 5. Termodinâmica Clássica II 5.1. Hipóteses da teoria cinética de gases Gás ideal Pressão, energia cinética e livre caminho médio Calores específicos de um gás ideal Equipartição de energia Expansão adiabática Processos reversíveis e irreversíveis O ciclo de Carnot O teorema de Carnot Máquinas térmicas e refrigeradores Segunda lei da termodinâmica Processos e ciclos termodinâmicos (ciclo Stirling, Otto e Diesel) Entropia e a segunda lei da termodinâmica. METODOLOGIA: As aulas serão desenvolvidas majoritariamente por meio de exposições (aulas expositivas), visando a apresentação e a explicação do conteúdo programático. Em algumas aulas poderão ser utilizados recursos experimentais (experimentos demonstrativos) e visuais (simulações e ilustrações). Os estudantes poderão buscar auxílio extraclasse junto ao monitor (horários de monitoria), bem como, junto ao professor, no horário de atendimento ao aluno. Este atendimento será feito no Departamento de Física, na sala do professor (horário publicado na porta da sala do professor). SISTEMA DE AVALIAÇÃO: A avaliação do aluno será feita através da sua média semestral, que é a média ponderada das notas obtidas nas quatro avaliações realizadas ao longo do semestre. Todas as avaliações terão peso 25% e serão compostas por 04 (quatro) ou 05 (cinco) questões. Média semestral maior ou igual a sete implica em Pág. 4 de 7

5 - CCT aprovação. Caso contrário, o estudante deverá prestar um exame final. Neste último caso o exame final, com peso quatro, e a média semestral, com peso seis, comporão a média final. Para a aprovação, a média final deverá ser maior ou igual a cinco. Durante as aulas será cobrada a presença. Vale lembrar que frequência inferior a 75% o estudante fica reprovado por falta. BIBLIOGRAFIA BÁSICA: [1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica vol. 2 (qualquer edição), Rio de Janeiro: LTC. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: [2] TIPER, P. A.; MOSCA, G. Física: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica, v. 1, 5ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, [3] YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física II: Termodinâmica e Ondas. v. 2, 10ª. Ed. São Paulo: Addison Wesley, [4] EISBERG, R.; LERNER, L. Física: fundamentos e aplicações v. 2, São Paulo: McGraw-Hill, CRONOGRAMA DE ATIVIDADES: N Data Dia N/ A Assunto 01 04/08 Ter 02 Apresentação do plano de ensino de FGE2001. Aspectos gerais sobre o conteúdo programático da disciplina Qui 02 Fluídos. Introdução ao estudo de fluidos. Densidade e Pressão. Lei de Stevin Ter 02 Princípio de Pascal Qui 02 Princípio de Arquimedes Ter 02 Fluidos ideais em movimento. Equação da Continuidade e de Bernoulli Qui 02 Noções de escoamento de fluidos reais. Exercícios Ter 02 Oscilações. Movimento oscilatório. Cinemática e dinâmica do movimento harmônico simples. Energia associada ao movimento harmônico simples. A equação diferencial característica Qui Pêndulos: simples, físico e de torção. Pág. 5 de 7

6 - CCT 09 01/09 Ter 02 Oscilações amortecidas. Oscilações forcadas Qui 02 Ressonância Ter 02 Exercícios. Dúvidas Qui 02 1ª Avaliação! Ter 02 Movimento ondulatório. Aspectos introdutórios. Tipos de ondas. Ondas transversais e longitudinais. Descrição matemática do movimento ondulatório. Energia e potência associadas à onda Qui 02 Princípio de superposição. Interferência. Ondas estacionárias. Ressonância Ter 02 Ondas sonoras. Velocidade do Som. A onda sonora progressiva. Potência e intensidade de onda Qui 02 Fontes sonoras tubos abertos e fechados. Interferência de ondas sonoras Ter 02 Efeito Doppler /10 Qui 02 Batimentos Ter 02 Exercícios. Dúvidas Qui 02 2ª Avaliação! Ter 02 Termodinâmica I. Introdução à termodinâmica. A temperatura e as sensações de quente e frio. A lei zero da termodinâmica. Medidas de temperatura Qui 02 Escalas de temperatura. Dilatação térmica Ter 02 Calor. Quantidade de calor e mudanças de fase. Calor e trabalho Qui 02 Primeira lei da termodinâmica Ter 02 Casos Especiais da Primeira Lei da Termodinâmica Qui 02 Transferência de energia na forma de calor /11 Ter 02 Exercícios. Dúvidas Qui 02 3ª Avaliação! Ter 02 Termodinâmica II. Hipóteses da teoria cinética de gases. Gás ideal. Pressão Qui 02 Energia cinética e livre caminho médio Ter 02 Calores específicos de um gás ideal Qui 02 Equipartição de energia. Expansão adiabática. Processos reversíveis e irreversíveis. O ciclo de Carnot. O teorema de Carnot Ter 02 Máquinas térmicas e refrigeradores. Segunda lei da termodinâmica Qui 02 Processos e ciclos termodinâmicos (ciclo Stirling, Otto e Diesel). Entropia e a segunda lei da termodinâmica /12 Ter 02 Exercícios. Dúvidas /12 Qui 02 4ª Avaliação! 10/12 Qui EXAME! Pág. 6 de 7

7 - CCT FREQUÊNCIA: O aluno será reprovado por frequência se esta for inferior a 75% das aulas lecionadas. CONSIDERAÇÕES FINAIS: O atendimento ao aluno será feito no Departamento de Física, na Sala do professor (Sala 04- DFIS). O horário de atendimento do professor encontra-se disponível no Departamento de Física e na página pessoal do professor. Está previsto monitora nesta disciplina. Prova de 2ª chamada será realizada somente após o professor receber o requerimento de segunda chamada, que deverá ser solicitado junto à direção de ensino do Centro. Será feita sempre antes da realização da próxima prova. A data é definida pelo professor e comunicada ao estudante. Não será realizada a prova sem o requerimento de segunda chamada. As listas de exercício serão organizadas com base nos livros textos da bibliografia básica da disciplina. A lista não será recolhida pelo professor. Seu objetivo é preparar o estudante para cada uma das quatro avaliações parciais e se for o caso para o exame final. As datas das provas e do exame já estão definidas no Cronograma de atividades. A sugestão do professor é que os estudantes discutam entre si a resolução da lista e com o professor, mas cada um apresente a sua solução para cada exercício. Pág. 7 de 7