Física Geral e Experimental 1- Aula 07-2022.1-Vetor em Mecânica Clássica, teoria e exercícios, conteúdo programático da disciplina, professor Rafael, nesta quinta, 20

Na aula 07, nesta quinta-feira, 20 de outubro, da disciplina de Física 1B, corresponde a Live 04 de introdução à Física, ministrada pelo Professor Rafael (UFCG, campus Cuité), dentro da programação do período 2020.2 da UFCG, dando continuidade ao estudo da cinemática, após introduziremos os conceitos de vetores, veremos as aplicações para o movimento em queda libre(desprezando a resistência do ar) e o lançamento de oblíquo de projétil.

Faremos uma introdução a Trigonometria, definindo as funções trigonométricas cosseno, seno, tangente, cotangente, cossecante e secante.

Será demonstrado também a equação de Torricelli, discípulo de Galileu. Este morreu em 1642 e deixou a sua teoria da cinemática escrita, servindo para o cientista inglês Isaac Newton formular as equações da dinâmica. Esta será estudada na próxima semana. 

Na próxima aula 08, iremos  planejar  um kit experimental  da cinemática vetorial.

 

Cinemática vetorial.

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Tabela de valores para as funções trigonométricas seno e cosseno.

 

Segue o conteúdo programático da disciplina

PLANO DE CURSO

EMENTA . Cinemática da Partícula: movimento no plano e no espaço. Dinânica da partícula: as leis de Newton. Trabalho e energia. Leis de conservação: energia, momento linear e momento angular Prática experimental em mecânica. Número de créditos: quatro.

I - OBJETIVOS OBJETIVO GERAL

Analisar os conteúdos de Física relacionados ao movimento de corpos visíveis (sistemas macroscópicos).

OBJETIVOS: Identificar as grandezas Físicas escalares e vetoriais; Interpretar as leis do movimento; descrever o movimento de translação ao de uma partícula em várias dimensões; estudar a rotação em torno de um eixo; distinguir o formalismo newtoniano que governa a dinâmica de uma partícula não relativística; realizar experiências de Física com materiais de baixo custo e equipamentos do Laboratório Didático do CES. Aprender a resolver problemas em mecânica clássica, para sistemas macroscópicos.

II - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

I.CINEMÁTICA ESCALAR: MOVIMENTO EM UMA DIMENSÃO

I.1) Repouso e Movimento

I.2) deslocamento e velocidade média

I.3) derivada: velocidade instantânea

I.4) aceleração

I.5) determinação de x(t) a partir de v (t): o problema da condição inicial

I.6) integral de uma função na reta

I.7) movimento uniformemente acelerado

I.8) a evolução histórica da cinemática

Lista I (12 exercícios sobre cinemática parcialmente resolvidos);

Lista II (exercícios propostos)

I Experiência: verificação experimental do Movimento Retilíne Uniformemente Variado (MRUV)Medir a aceleração através do coeficiente angular da reta do gráfico de x versus t2. I Avaliação (P1) sem consulta. ´

II. VETOR

II.1) definição de vetor em matemática

II.2) representação geométrica

II.3) propriedades: soma de dois vetores e produto de um escalar por um vetor resultam em outros vetores

II.4) representação analítica: vetor 2D

II.5) vetor 3D em termos de vetores unitários

II.6) produto escalar

II.7) aplicações em Física

II.8) definição de grandezas Físicas escalar e vetorial Lista III (10 exercícios sobre vetores)

III.CINEMÁTICA VETORIAL: MOVIMENTO EM 2D E 3D

III.1) o vetor deslocamento e a trajetória

III.2) componentes do vetor posição no sistema de coordenadas cartesianas tridimensional (3D)

III.3) invariância da posição sob uma rotação

III.4) a velocidade e seu significado físico

III.5) o vetor aceleração

III.6) lançamento de um projétil

III.7) movimento circular: vetores unitários radial e tangencial

III.8) relatividade: transformações de Galileo

Lista IV (10 exercícios) e II Experiência: lançamento horizontal

II Avaliação (P2)

IV. DINÂMICA: AS LEIS DE NEWTON

IV.1) força: variação de velocidade

IV.2) massa

IV.3) a primeira e a Segunda leis de Newton

IV.4) peso, unidades de força e de massa

IV.5) a terceira lei de Newton e a conservação do momento linear

IV.6) referenciais em Física

IV.7) o conceito de força: da idade antiga até Newton

III Experiência: medida do coeficiente de atrito.

V. APLICAÇÕES DAS LEIS DE NEWTON

V.1) movimento linear com forças constantes

V.2) movimento circular: cinemática da rotação

V.3) IV Experiência: Verificação experimental do princípio fundamental da dinâmica

V.4) força de atrito: movimento com força retardadora proporcional a velocidade

V.5) Empuxo

V.6) leis Físicas.

Lista V (10 exercícios sobre dinâmica).

III Avaliação (P3)

VI.TRABALHO E ENERGIA

VI.1) trabalho em uma dimensão: integral, área abaixo da curva

VI.2) trabalho realizado pela força resultante; energia cinemática

VI.3) trabalho e energia em três dimensões

VI.4) energia potencial

VI.5) teorema do trabalho-energia

VI.6) definição de força conservativa, elementos de análise: gradiente, divergente, rotacional.

VI.7) teorema do trabalho-energia potencia e o princípio de conservação da energia.

Lista VI(10 exercícios), parcialmente resolvidos em sala de aula.

V Experiência: Período do pêndulo simples.

VI Experiência: Período do oscilador massa-mola

VII. LEIS DE CONSERVAÇÃO

VII.1) definição e propriedades de produto vetorial

VII.2) o torque como um produto vetorial

VII.3) rotação e o momento angular

VII.4) torque e o momento angular num sistema Exemplos.

VII.5) conservação da energia mecânica

VII.6) conservação do momento angular

VII.7) conservação do momento linear Exemplos.

VII Experiência: verificação experimental da conservação do momento linear, para choque elástico. Lista VII(10 exercícios), parcialmente resolvidos em sala de aula.

IV Avaliação (P4).

III - METODOLOGIA

1) Práticas Pedagógicas e como relatar um experimento. 2) Análise crítica do livro didático. 3) Consulta a artigos da Revista Brasileira de Ensino de Física e Física na Escola, em www.sbfisica.org.br. 4) Avaliação de processo ensino-aprendizagem, função e modalidade. 5) Análise e preparação de Material didático. Exposição dialogada. Algumas aulas remotas.

IV - AVALIAÇÃO

Serão colocadas duas notas no diário de classe: N_1=(7P+3L)/10, onde P=prova escrita sem consulta, L será a média das notas dos trabalhos (mini-projetos) associados; N_2=(7P2+3L_2)/10, com L_2=(L2+L3+R1+R2)/4

N_3=(7P3+3L_3)/10, com L_2=(L4+L5+R3+R4+R5)/5 .

N_4=(7P4+3L_4)/10, com L_4=(L6+L7+R6+R7)/4

Será eliminada a menor nota entre N_3 e N_4. Será aprovado o aluno que obter média final (MF) maior ou igual a cinco, ou seja, MF=(6MA + 4PF)/10, onde PF é a nota da prova Final e MA é a média aritmética das notas N_1, N_2. e N_3 ou N_4. Será aprovado por média se MA ≥ 7,0.

V - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

R. de Lima Rodrigues, Introdução a Mecânica Clássica (Notas de aula, em extensão pdf e ps). NUSSENZVEIG H. M. Curso de física básica: mecânica. São Paulo: Edgard Blücher, 2002. v. 01. (17) RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; WALKER, J. Fundamentos de física: mecânica. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2003. v. 01. YOUNG, H. D. et al. Sears e Zemansky Física I: mecânica. São Paulo: Addison Wesley, 2004. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR TIPLER, P. A. Física para cientistas e engenheiros: mecânica. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 1995. v. 01. KELLER, F. J.; GETTYS, W. E.; SKOVE, M. J. Física. São Paulo: Makron Books, 1997. v. 01. Alonso & Finn, Física vol.I; o Curso de Física do Berkeley, vol. I.