Física I – Mecânica

Objetivos

O objetivo deste curso é estudar, investigar e entender o movimento dos corpos. Grande parte do conteúdo já foi visto por vocês no colégio: conceitos de velocidade e aceleração, Leis de Newton, Energia e Trabalho, etc. Esses tópicos serão aprofundados tanto conceitualmente como matematicamente (usando derivadas e integrais). Porém outros assuntos, como o estudo do movimento de objetos sólidos onde consideramos sua extensão serão novidade e de maior dificuldade 🙁

Portanto a idéia é entender o mundo ao nosso redor. Outros objetivos são: desenvolver habilidades para resolver problemas, pensar logicamente, e aplicar conceitos de física para situações encontradas na engenharia.

O objetivo NÃO é decorar um monte de formulas!!!

Tentarei convencer vocês que Física pode (e deve) ser divertida. Algumas coisas que parecem “mágicas” que saberemos explicar:

Estrutura e Avaliação

Vou tentar fujir o máximo possível das tradicionais aulas expositivas. Durante as aulas iremos (eu e VOCÊS) discutir as idéias apresentadas no livro. Para que isso funcione é

ESSENCIAL QUE VOCÊS LEIAM O LIVRO ANTES DA AULA

/* Para incentivar isso haverão pequenos e simples testes de leitura no início de algumas aulas que irão valer nota. O objetivo desses testes é somente verificar se você leu o livro! A média desses testes de leitura irá valer 10% das sua nota final. Ou seja você pode ganhar até 1 ponto somente lendo o livro! */

Como parte da avaliação cada capítulo terá uma lista de exercícios que deverá ser entregue em data determinada NO INÍCIO DA AULA!!!

  • Um ou dois exercícios dessa lista serão corrigidos e valerão nota.
  • Se você entregar a lista incompleta, sua nota será proporcional.
  • Se o exercício corrigido não estiver na sua lista sua nota sera ZERO!
  • A média das listas irá valer 10% da sua nota final.
  • As medidas cabíveis serão adotadas quando houver evidências de que a lista foi copiada.

Além disso haverão três provas e uma verificação suplementar (VS).

A nota final (NF) será composta pela média das provas (90%) e a média das lista (10%). Note que se você tirar 6.7 em todas as provas e não fizer nenhuma lista você irá ficar de VS. Por outro lado se você tirar 5.5 em todas as provas, mas ficar com 10 nas listas você é aprovado sem VS

O critério de aprovação será

  • NF ≥ 6 → Aprovado
  • 4 ≤ NF < 6 → VS
  • NF < 4 → Reprovado
  • VS ≥ 6 → Aprovado, de outro modo reprovado.

Bibliografia

O livro texto base é o Física 1, Resnick, Halliday e Krane. A lista de exercícios está baseada na 4 edição; E A PROVA NELA!!!

Existem centenas de outros livros nesse assunto. A busca e leitura de outros livros e louvável. Mas, procurem primeiro seguir o Halliday, especialmente para as leituras antes da aula. Após isso, os livros que conheço e que podem valer a pena para leitura complementar são:

  • Curso de Física Básica 1- Mecânica, H. Moysés Nussenzveig. Contém um pouco mais de história da física e mais completo, porém mais pesado na descrição matemática. Ah, escrito por uma grande Físico brasileiro, professor da UFRJ!
  • The Feyman Lectures on Physics, Feynman, Leighton, Sands. Considerado a bíblia da Física básica por muitos. É como um romance da física, bem conceitual e descritivo. Vale a pena abrir uma vez!
  • Física, Tipler. Particularmente, prefiro as edições mais antigas

Existe um outro livro que parece bem didático e leva em conta pesquisas em ensino de Física.

  • Física, Randall D. Knight.

Monitoria

Além dos monitores darei uma aulas de exercícios. Elas ocorreram em dois horários todas as sextas-feiras. Das 14 as 16 na sala 401

Os monitores ficarão no terceiro andar numa sala em frente ao bebedouro

Quem comparecer a monitoria e não encontrar o monitor deve me avisar imediatamente

MonitorSegundaTerçaQuartaQuintaSexta
Jean17-19h
Carlos
11-13h e 17-19h
Bruno
11-13h11-13h
Rodrigo
16-18h12-13:45h

Também há monitoria aos sábados com o Bernardo no quarto andar do IF.

Horários da monitoria de sábado

Dia 12 de novembro – 08:00 as 14:00
Dia 19 de novembro – 14:00 as 19:00
Dia 26 de novembro – 08:00 as 14:00
Dia 03 de dezembro – 14:00 as 19:00
Dia 10 de dezembro – 08:00 as 14:00

Listas de Exercícios

As listas devem ser entregues LEGÍVEIS, ORGANIZADAS, COM NOME, TURMA e GRAMPEADAS!!!

Caso a matéria do Cap. não tenha sido dada até o final, entregar somente os exercícios referente a matéria dada em sala. O resto fica para ser entregue na lista seguinte!

Roteiro de como resolver exercícios usando as Leis de Newton estrategia-solucao.pdf
Como eu gostaria de ver uma solução: gab-2-massas-polia.pdf

do cap. 16 do segundo volume do Física (Halliday, 4 ed.)

Provas e Gabaritos

Notas

As notas da VS ESTÃO disponíveis

Aulas

Programação das aulas com a indicação da data de entrega das listas, provas, feriados, etc…calendario.pdf

Aqui você encontra informações extras sobre as aulas, tais como vídeos, simulações e textos complementares:

Conteúdo

site antigo: Conteúdo

Aqui vou tentar colocar links de simulações para vcs brincarem, videos e leituras extras que podem ser de interesse. Bem…coisas que vocês não vão encontrar no Halliday, e acho interessantes.

Se alguém tiver alguma sugestão, por favor, é só me enviar um e-mail!

Para se ter uma ideia do que é física, ou melhor ciência, sugiro a leitura do texto de Marcelo Gleiser sobre o método científico.

sobre-metodo.pdf

Também vale a pena ler o primeiro capítulo do livro de mecânica do Alaor Chaves (a biblioteca tem ele; um de capa vermelha)

Algumas simulações de mecânica podem ser encontradas em:

Alguns vídeos com experiências podem ser encontrados em:

Curso de Mecânica do MIT:

Mecânica antes de Newton

  • Física de Aristóteles
    • Universo é feito de quatro elementos: fogo, ar, terra e água
    • Cada elemento tem seu lugar natural: pedra cai para ocupar seu lugar natural
    • artigo introdutório sobre a Física de Aristóteles:http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/314602.pdf
    • Projéteis não descrevem uma parábola: tem uma trajetória retilínea ascendente até que a ação inicial se esgote, quando em seguida o corpo cai verticalmente. Veja uma ilustração:

Descrição do Movimento e Conceitos envolvidos

Questões conceituas: teste-conceitual-cap2.pdf

  • Introdução aos conceitos de Velocidade e aceleração média e de seus respectivos valores instantâneos
    • Tanto a velocidade como a aceleração instantânea são definidos com o uso de limites, derivadas e integrais.
    • Note que a introdução desses conceitos perturbou muitos gregos e do ponto de vista filosófico pode gerar uma boa(?) discussão: como definir a velocidade de uma partícula num dado instante de tempo se neste instante ela não está se movendo.
    • Parte destes paradoxos foram introduzidos por Zenão, o qual argumentava ser o movimento uma impossibilidade lógica; ou seja o movimento é uma ilusão: http://www.fflch.usp.br/df/opessoa/FiFi-09-Cap02.pdf
  • O conceito de vetor aceleração não é exatamente equivalente a idéia intuitiva que temos de “acelerar” e “frear” um carro: podemos estar freando o carro, mas ter a>0 ou estar “acelerando” o carro, mas ter a<0. Veja essa figura do livro do Moyses: grafico-pos-veloc-acel.pdf
  • Foto estroboscópica da queda livre: http://www.youtube.com/watch?v=xQ4znShlK5A&feature=PlayList&p=860B6886A47E5490&index=15
  • Vetores
    • conceito matemático que descreve a posição de objetos. Pode-se pensar que as regras de adição tem como origem o movimento dos objetos: elas foram feitas para descrever o movimento. Você poderia inventar um outra regra para somar dois vetores, mas ela serviria para alguma coisa?
    • Existem definições mais “rigorosas” do que é um vetor, além de: uma seta com magnitude, direção e sentido (curso de álgebra linear).

Movimento em 2 e 3 dimensões

Questões conceituas: teste-conceitual-cap4.pdf

  • Descrição do movimento em 2 e 3 dimensões utilizando vetores: derivação de vetores
    • Descrever o movimento é obter a função r(t) (o negrito indica que é um vetor). Conhecer r(t) é ter toda a informação disponível sobre o objeto
    • Conhecer r(t) é conhecer as suas componentes: temos três equações e não uma
  • Quando a(t) é constante o movimento ocorre numa plano definido por a e v0. Escolhendo um bom referencial podemos ter somente duas equações ao invés de três!
  • O vetor velocidade é tangente a trajetória
  • Pode-se decompor a em componentes paralelas e perpendiculares a v
    • A componente paralela é responsável por alterar a magnitude de v
    • A componente perpendicular é responsável por alterar a direção de v
Movimento de Projéteis
Movimento Circular
Movimento Relativo
  • Como referências distintos descrevem os movimentos?
  • Referênciais Inerciais

Leis de Newton

Aplicações das Leis de Newton

  • Força de Atrito
    • Leonardo da Vinci (1452 – 1519): um dos primeiros a reconhecer a importância do atrito no funcionamento das máquinas.
    • Guillaume Amontons (1663 – 1705): redescoberta das leis de da Vinci
    • Charles August Coulomb (1736 – 1806): atrito proporcional à força normal, não depende da área e independente da velocidade (aproximações!!!)
    • Apesar de as leis básicas da força de atrito serem conhecidas a muito tempo, é extremamente difícil explicar suas origens microscópicas (em termos das forças entre os átomos da superfície). Isso é pesquisa em andamento. Para saber mais de uma olhada nesse artigo: friction.pdf
    • Medida Microscópica das forças de atrito: atrito-microscopico.pdf
    • Atrito cinético é menor que o estático. Isso explica o porque dos freios ABS que evitam o travamento da roda: http://pt.wikipedia.org/wiki/Freio_ABS
    • Pneus possuem ranhuras não para aumentar o atrito, mas para remover a água entre o pneu e a superfície da rodovia.
    • Se a força não depende da área, porque usar pneus mais largos?
      • A princípio a ideia principal de pneus mais largos é diminuir o aquecimento e desgaste.
      • Porém, a não dependência com a área só é uma boa aproximação para superfícies rígidas: blocos de madeira descendo um plano inclinado. Para superfícies que podem se deformar e sofrer ranhuras, como a borracha, essa lei não é valida.
      • De qualquer modo existem, muitas outras questões técnicas que devem ser levadas em conta no projeto de um pneu.
  • Como puxar e cortar o papel higiênico só com uma mão: http://physics.wfu.edu/demolabs/demos/avimov/mechanics/toilet_paper_inertia/tpaper.mpg
  • Como puxar e toalha da mesa: http://physics.wfu.edu/demolabs/demos/avimov/mechanics/table_cloth_inertia/tablecloth.MPG

Gravitação

Trabalho e Energia

Conservação da Energia

Sistemas de Partículas

Colisões

Rotações

Oscilações