Universidade Federal de Pernambuco
Departamento de F´ısica – CCEN
F´ısica Experimental 1 - 2020.1
Plano de Ensino e Princ´ıpios Gerais do
Curso
Conte´
udo
1 Apresenta¸c˜ao 1
2 Turmas / Labs / Docentes 2
3 Ementa 2
4 Objetivos 3
5 Metodologia de Ensino 3
6 Conte´udo program´atico 4
7 Avisos importantes 5
8 Avalia¸c˜ao 5
9 Cronograma 6
10 Material did´atico 6
1
Apresenta¸
c˜
ao
O curso de F´ısica Experimental 1 ´e uma disciplina obrigat´oria que possui carga hor´aria de 45 horas e ´
e oferecida semestralmente pelo Departamento de F´ısica da UFPE. No curso de F´ısica Experimental 1 ser˜ao ministradas aulas em laborat´orio nas quais o estudante ser´a apresentado aos fundamentos de instrumenta¸c˜ao e realizar´a experimentos referentes aos conceitos f´ısicos vistos nos cursos te´oricos de F´ısica B´asica. Com isso, o aluno aprender´a as ferramentas fundamentais da atividade de f´ısica experimental, em particular, algumas t´ecnicas b´asicas de medi¸c˜oes e an´alise de dados. Al´em disso, o curso deve permitir o estudante identificar e compreender as limita¸c˜oes de modelos ou idealiza¸c˜oes te´oricas, assim como estabelecer conex˜oes destas com o mundo real. Em suma, a disciplina de F´ısica Experimental 1 aborda os fundamentos da pr´atica em laborat´orio e fornecer´a ferramentas b´asicas para a forma¸c˜ao acadˆemica de profissionais que trabalhar˜ao nas ´areas de Ciˆencias Naturais e Engenharia.
2
Turmas / Labs / Docentes
Turma
Dia
Lab
Docente
V3
segunda 1 e 2
Daniel Felinto
Z0
terça
1
Daniel Felinto
Z6
terça
2
Sérgio Apolinário
Z3
terça
3
Paulo Campos
Z4
terça
4
Marília Santos
Z5
terça
5
Juliana Carneiro
Y1
quarta
1
Rios Leite
Y6
quarta
2
Sérgio Apolinário
Y3
quarta
3
Marília Santos
Y4
quarta
4
Júlio César
Z7
quinta
1
Sérgio Coutinho
Z8
quinta
2
Paulo Campos
Z9
quinta
3
Marília Santos
ZW
quinta
4
Juliana Carneiro
ZZ
quinta
5
Júlio César
Y7
sexta
1
Marcelo Leite
YZ
sexta
2
Sérgio Apolinário
Y9
sexta
3
Marília Santos
Y0
sexta
4
Júlio César
YW
sexta
5
Juliana Carneiro
Coordena¸c˜ao: Prof. Daniel Felinto, e-mail: [email protected]
3
Ementa
• Medi¸c˜oes experimentais;
• Estimativa de incertezas em medi¸c˜oes experimentais; • Tratamento estat´ıstico de dados;
• Gr´aficos lineares e logar´ıtmicos; • Ajuste de curvas.
4
Objetivos
• Gerais:
– O objetivo geral da disciplina F´ısica Experimental 1 ´e introduzir alguns m´etodos e t´ecnicas b´asicas para realiza¸c˜ao de experimentos de F´ısica e posterior an´alise dos resultados. A dis-ciplina tamb´em visa fomentar a iniciativa e an´alise racional para compreender fenˆomenos naturais.
• Espec´ıficos:
– Fenˆomenos f´ısicos relacionados `as disciplinas F´ısica Geral 1 e 2; – Instrumenta¸c˜ao: utilizar instrumentos b´asicos de medidas;
– Expressar corretamente os resultados das medi¸c˜oes e avaliar o erro associado;
– Desenvolver m´etodos de medida que melhorem a confian¸ca nos dados: reconhecimento de fatores limitantes, maximiza¸c˜ao de acur´acia e precis˜ao de medidas;
– Organizar resultados de forma a reconhecer padr˜oes matem´aticos: gr´aficos em escala lo-gar´ıtmica, ajuste linear por m´etodo dos m´ınimos quadrados;
– Apresentar resultados de forma intelig´ıvel: racioc´ınio l´ogico e econˆomico; – Trabalhar em grupo: express˜ao de ideias com clareza;
5
Metodologia de Ensino
• Aulas:
– As aulas ser˜ao ministradas nos laborat´orios de F´ısica Experimental localizados no NIATE. O curso ´e composto de 6 experimentos com aulas semanais de dura¸c˜ao de 3 horas (9:00 `as 12:00 ou 8:00 `as 11:00, verifique o sig@). A tolerˆancia para entrar no laborat´orio ´e de 15 minutos a partir do in´ıcio da primeira aula. Em caso de atraso, s´o ser´a permitido entrar no laborat´orio em casos excepcionais devidamente justificados ao docente da turma.
– Cada bancada deve ser composta de, no m´aximo, 3 alunos. Cada aluno deve participar de todas as etapas experimentais e te´oricas previstas no roteiro (manuseio de instrumentos, confec¸c˜ao de gr´aficos, tratamento de dados, etc).
– Para cada pr´atica, h´a um material did´atico relacionado que inclui roteiro para o experimento e um pequeno resumo te´orico. Esse material deve ser impresso e lido pelo aluno antes de cada pr´atica. O estudante deve chegar ao laborat´orio preparado para realizar o experimento com o m´ınimo de interven¸c˜ao do professor. Este material ser´a disponibilizado ao longo do curso tanto na copiadora do CTG, como tamb´em no s´ıtio da disciplina na ´Area-II ou no s´ıtio abaixo: http://sites.google.com/site/ufpefisicaexperimental1/
– Cada um dos experimentos “1, 2, 3 e 4” ser´a realizado em 2 aulas (aula A e aula B), enquanto que cada um dos experimentos “5 e 6” ser´a realizado em uma ´unica aula (ver o calend´ario da disciplina no site do curso).
– No in´ıcio da aula de cada experimento, o professor far´a uma breve explana¸c˜ao sobre a teoria f´ısica envolvida, sobre as ferramentas de an´alise de dados que ser˜ao utilizadas para preencher os relat´orios e sobre pontos relativos `a seguran¸ca e ao uso correto dos equipamentos. Por fim, o professor tirar´a eventuais d´uvidas dos estudantes junto `a turma.
• Apostilas te´oricas:
– Apostilas te´oricas (trˆes) contendo t´opicos da ementa ser˜ao disponibilizadas no site do curso. As apostilas apresentam o conte´udo te´orico exclusivo do curso de F´ısica Experimental 1. • Roteiros e relat´orios:
– A disciplina possui seis roteiros, um para cada experimento. Cada roteiro ´e composto de um relat´orio que deve ser preenchido pelos estudantes e entregue aos professores.
– Cada bancada deve entregar um ´unico relat´orio. A nota deste relat´orio ser´a a nota da equipe. – Os relat´orios devem ser preenchidos ao passo que as medidas forem tomadas e devem ser entregues ao final de cada aula. Dessa maneira, nos experimentos que s˜ao realizados em duas semanas (aula A e aula B), os estudantes devem entregar ao final de cada aula o correspondente relat´orio. A nota final destas pr´aticas ser´a dada ao conjunto dos relat´orios das aulas A e B.
6
Conte´
udo program´
atico
Experimento 1
Medidas e incertezas: Medi¸c˜ao de dimens˜oes utilizando trena,
paqu´ımetro e micrˆometro.
Algarismos significativos e normas para arredondamento; Propaga¸c˜ao de incertezas;
Representa¸c˜ao do resultado de medi¸c˜oes. Experimento 2 Colis˜oes: Queda livre e colis˜oes
bin´arias.
Valor m´edio, desvio padr˜ao e incerteza estat´ıstica.
Experimento 3 Pˆendulo simples: Per´ıodo de oscila¸c˜oes harmˆonicas.
Histograma; Representa¸c˜ao Gr´afica em papel milimetrado e Lineariza¸c˜ao de fun¸c˜oes.
Experimento 4
Ondas estacion´arias: Propriedades de ondas mecˆanicas estacion´arias em
um fio.
Gr´aficos com escalas log-log; Ajuste de curvas pelo m´etodo dos m´ınimos quadrados.
Experimento 5
Lei de resfriamento de Newton/Calorimetria: Evolu¸c˜ao temporal da temperatura em processos
de troca de calor entre sistemas.
Gr´aficos com escalas mono-logar´ıtmicas.
Experimento 6
Mecˆanica dos Fluidos: Densidade e viscosidade; conceitos de Empuxo e
Lei de Stokes.
7
Avisos importantes
• A realiza¸c˜ao de experimentos em outras turmas s´o ser´a permitida se o estudante apresentar uma justificativa plaus´ıvel e comprovada e, quando cab´ıvel, avisar ao seu professor com pelo menos 1 semana de atencedˆencia.
• Conserva¸c˜ao dos instrumentos: os instrumentos s˜ao de responsabilidade de todos os membros da bancada e devem ser manuseados com muito cuidado. Caso ao final da aula seja verificada a falta de um instrumento ou que o instrumento tenha sido danificado, os membros devem informar ao professor imediatamente o ocorrido.
• Arruma¸c˜ao e conserva¸c˜ao das bancada: ao final da pr´atica, os estudantes deve deixar a bancada da mesma forma que a encontraram e informar o professor que o experimento foi finalizado. Os alunos devem zelar pelas bancadas evitando risc´a-las ou arranh´a-las com os instrumentos.
• “Lixo no lixo”: os alunos devem recolher todo o lixo produzido e colocar no lixeiro da sala.
• Senso cr´ıtico: Se algo n˜ao faz sentido nos experimentos ou mesmo na apostila, use seu senso cr´ıtico para apontar problemas e propor solu¸c˜oes.
8
Avalia¸
c˜
ao
• O curso ´e dividido em duas unidades, em cada uma ser´a atribu´ıda a cada aluno uma nota de 0 a 10 (N Ui, onde i = 1 ou 2), aferida a partir de: (i) m´edia aritm´etica dos relat´orios dos experimentos
realizados naquela unidade (M Ei) e (ii) um Exerc´ıcio Escolar (EEi). Havendo M Ei e EEi, a
nota da unidade ser´a a m´edia ponderada (40% para a m´edia dos relat´orios e 60% para o Exerc´ıcio Escolar) dessas duas notas: N Ui =101[4M Ei+ 6EEi]. A ausˆencia de M Eiou EEiem uma unidade
do aluno acarretar´a na nota zero para a unidade.
• O estudante cuja m´edia nas duas unidades M U = 12[N U1+ N U2] for superior a 7, 0 (sete) ser´a
Aprovado por M´edia. Caso a m´edia satisfa¸ca 3, 0 ≤ M U < 7, 0, o estudante deve realizar o Exame Final (EF ), e sua Nota Final (N F ) ser´a N F = 12[M U + EF ]. O estudante ´e aprovado se N F ≥ 5. Por outro lado, se M U for inferior a 3, 0 (trˆes) o estudante ser´a Reprovado sem direito a fazer a Prova Final.
• Faltas: para os experimentos que ser˜ao realizados em duas aulas, o estudante que faltar a uma dessas aulas ter´a como sua nota no relat´orio desse experimento aquela do grupo dividida por 2. Para os experimentos que ser˜ao realizados em uma ´unica aula, o estudante que faltar a aula ter´a nota zero no respectivo relat´orio. Caso o estudante falte mais do que 2 aulas, ser´a reprovado por falta.
• Atrasos: Alunos atrasados em mais de 15 minutos n˜ao ser˜ao admitidos em sala e ser˜ao considerados ausentes no quadro de frequˆencia, salvo em casos excepcionais devidamente justificados.
9
Cronograma
Semana segunda terça quarta quinta sexta
Mar / 09 a 13 Apresentação Apresentação Apresentação Apresentação Apresentação
Mar / 16 a 20 1A 1A 1A 1A 1A
Mar / 23 a 27 1B 1B 1B 1B 1B
Mar 30 a Abr 03 2A 2A 2A 2A
Abr / 06 a 10 Semana do 1º Exercício Escolar da Área ii
Não haverá prova de Experimental 1 Feriado Feriado
Abr / 13 a 17 2B 2B 2B 2A 2B
Abr / 20 a 24 3A Feriado 3A 2B 3A
Abr 27 a Mai 01 3B 3A 3B 3A Feriado
Mai / 04 a 08 4A 3B 4A 3B 3B
Mai / 11 a 15 4B 4A 4B
Mai / 18 a 22 Semana do 2º Exercício Escolar da Área ii
Prova Experimental 1 em 19 /05: Terça-feira, 10:30 às 12:30 4A 4A Mai / 25 a 29 5 4B 5 4B 4B Jun / 01 a 05 6 5 6 5 5 Jun / 08 a 12 6 Feriado 6 Jun / 15 a 19 6
Jun / 22 a 26 Feriado Semana do 3º Exercício Escolar da Área ii
Jun 29 a Jul 03 Prova Experimental 1 em 30/06: Terça-feira, 10:30 às
12:30
Semana para Segundas Chamadas da Área ii
Prova Experimental 1 em 06 / 07: Segunda-feira, 08:00 às 10:00 Jul / 06 a 10 Semana para Exercícios Finais da Área ii
Prova Experimental 1 em 09/07: Quinta-feira, 10:30 às 12:30
Jul / 13 a 17
10
Material did´
atico
Os roteiros e as apostilas te´oricas dos experimentos estar˜ao dispon´ıveis em tempo h´abil na p´agina no site do curso e tamb´em na x´erox ao lado da ´Area II. Bibliografia complementar:
• Fundamentos de F´ısica, D. Halliday, R. Resnick e J. Walker, vol. 1 e 2, LTC.
• Curso de F´ısica B´asica, H. M. Nussenzveig, vol. 1 e 2, Editora Edgar Blucher (1997). • F´ısica para Cientistas e Engenheiros, P. A. Tipler e G. Mosca, vol. 1, 5a ed., LTC. • F´ısica, F. J. Keller, vol. 1, 2a ed., MAKRON Books.
• The Art of Experimental Physics, D. W. Preston, John Wiley e Sons (1991)
