Universidade de S˜ ao Paulo Instituto de F´ısica
F´ısica IV para Qu´ımica – 4310227
Manual da Disciplina
Prof. Fernando Tadeu Caldeira Brandt
fbrandt@usp.br
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oSemestre 2012
1 Introdu¸ c˜ ao
Nas disciplinas de F´ısica b´asica diversos conceitos f´ısicos e suas aplica¸c˜oes s˜ao estudados de maneira introdut´oria, levando em conta, por´em, a maturidade e motiva¸c˜ao que se espera de um estudante universit´ario. Na presente disciplina estudaremos essencialmente diversos fenˆomenos envolvendooscila¸c˜oes e ondas.
Veremos que o conceito de onda abrange uma grande parte dos fenˆomenos naturais.
Inicialmente trataremos de oscila¸c˜oes e ondas em meios materiais (o som, por exemplo).
Em seguida mostraremos como as equa¸c˜oes de Maxwell, que foram estudadas no eletro- magnetismo, implicam na existˆencia deondas eletromagn´eticas, que por sua vez permitem um entendimento fundamental da natureza da luz 1.
A programa¸c˜ao do curso, descrita na pr´oxima se¸c˜ao, ser´a desenvolvida de modo a enfa- tizar a intui¸c˜ao f´ısica e a habilidade para resolver certos problemas, de maneira compat´ıvel para um curso introdut´orio. Ao mesmo tempo, os conhecimentos dec´alculo diferencial e integral, bem como de outras disciplinas de f´ısica b´asica, ser˜ao pr´e-requisitos essenciais.
Uma parte muito importante das atividades dos estudantes ser˜ao as listas de exerc´ıcios.
O monitor da disciplina, Sr. Felippe Alves Pereira (e-mail flipgm@gmail.com), atender´a na sala 5, bloco 6 inferior, das 18 as 19 horas, todas as ter¸cas e quintas, esclarecendo d´uvidas sobre a mat´eria.
Apresentamos as seguir a programa¸c˜ao do curso bem como diversas outras informa¸c˜oes tais como a bibliografia, hor´ario e local da monitoria, endere¸co dap´agina internetdo curso, crit´erio de avalia¸c˜ao e data das provas. Recomendamos enfaticamente que os alunos leiam estas informa¸c˜oes com aten¸c˜ao e guardem este manual para consultas futuras.
1Fenˆomenos ondulat´orios est˜ao tamb´em presentes no comportamento de ´atomos, mol´eculas, etc, como descrito pelaMecˆanica Quˆantica.
2 Programa
1. Movimento Oscilat´orio – 31/07 a 14/08 (a) For¸ca restauradora e oscila¸c˜oes.
(b) Energia do oscilador.
(c) Oscila¸c˜oes amorteciadas.
(d) Oscila¸c˜oes for¸cadas.
(e) Ressonˆancia.
Primeira provinha – 14/08 2. Ondas Mecˆanicas – 17/08 a 18/09
(a) Conceito de ondas.
(b) Ondas em uma dimens˜ao.
(c) Equa¸c˜ao da corda vibrante.
(d) Interferˆencia de ondas.
(e) Reflex˜ao e transmiss˜ao de ondas.
(f) Modos normais de vibra¸c˜ao.
(g) Ondas sonoras.
(h) Efeito Doppler.
Segunda provinha – 18/09 Primeira Prova – 21/09 3. Ondas eletromagn´eticas – 25/09 a 23/10
(a) Equa¸c˜oes de Maxwell.
(b) Equa¸c˜ao de onda para o campo eletromagn´etico.
(c) Ondas eletromagn´eticas planas.
(d) Energia da onda eletromagn´etica (vetor de Poynting).
(e) Momento e press˜ao da radia¸c˜ao eletromagn´etica.
(f) Espectro das ondas eletromagn´eticas.
(g) Polariza¸c˜ao.
(h) Reflex˜ao e refra¸c˜ao de ondas eletromagn´eticas.
Terceira provinha – 23/10
4. Interferˆencia e Difra¸c˜ao – 26/10 a 27/11 (a) Interferˆencia da luz produzida por duas fontes.
(b) Intensidade de figuras de interferˆencia.
(c) Interferˆencia em pel´ıculas finas.
(d) Princ´ıpio de Huygens.
(e) Difra¸c˜ao produzida por uma fenda.
(f) Rede de difra¸c˜ao.
(g) Difra¸c˜ao de raios X.
(h) Poder de resolu¸c˜ao.
Quarta provinha – 27/11 Segunda Prova – 30/11 Prova Substitutiva – 04/12
3 Avalia¸ c˜ ao
3.1 Crit´ erio de avalia¸ c˜ ao
A m´edia final M ser´a
M = P1+P2+ ¯p
3 ,
onde Pi s˜ao as notas das provas e ¯p ´e a m´edia das trˆes melhores provinhas. Cada uma das quatro provinhas ter´a dura¸c˜ao de 40 min, ocupando parte do tempo de aula (os 70 min restantes ser˜ao de aula normal). As Pi ter˜ao dura¸c˜ao de 110 min.
Est´a prevista uma prova substitutiva (PS) versando sobretoda a mat´eria do semestre.
A prova substitutiva n˜ao ´e aberta. Somente os alunos que tiverem perdido uma das Pi por motivos justific´aveis poder˜ao fazer aPS.
O aluno estar´a aprovado se a m´edia M ≥5 e a frequˆencia for maior que 70%. Alunos com 3,0 ≤ M < 5,0 e com frequˆencia maior do que 70% ter˜ao direito a uma prova de recupera¸c˜ao (PR), Neste caso, a m´edia final ser´a calculada segundo a f´ormula
MR= 3M + 2PR
5 .
O aluno estar´a aprovado se MR≥5.
3.2 Data e hor´ ario das provas
As provas ser˜ao realizadas nos dias e hor´arios indicados na tabela abaixo.
Prova Data
p1 14/08 `as 21h p2 18/09 `as 21h P1 21/09 `as 19h p3 23/10 `as 21h p4 27/11 `as 21h P2 30/11 `as 19h PS 04/12 `as 21h PR 21/12 `as 19h
As provinhas (pi) e as provas (Pi) ter˜ao dura¸c˜ao de 40 min e 110 min, respectivamente.
4 Algumas informa¸ c˜ oes adicionais
• O monitor da disciplina, Sr. Felippe Alves Pereira (e-mail flipgm@gmail.com), es- tar´a dispon´ıvel para d´uvidas, na sala 5, do bloco 6 inferior, das 18 `as 19 horas, as ter¸cas e quintas.
• As aulas ser˜ao na sala 2 do bloco 6 inferior do Instituto de Qu´ımica, as 21h (ter¸ca) e 19h (quinta).
• Na p´agina do curso ser˜ao disponibilizadas listas de exerc´ıcios. Embora as listas n˜ao fa¸cam parte da avalia¸c˜ao, recomenda-se fortemente que o aluno fa¸ca todos os exerc´ıcios.
• As provinhas ter˜ao dura¸c˜ao de 40 min, ocupando parte do tempo de aula (o restante do tempo ser´a de aula normal).
• As Pi ter˜ao dura¸c˜ao de 110 min.
• A prova substitutiva versar´a sobre toda a mat´eria do semestre e n˜ao ´e aberta.
Al´em disso, ela n˜ao substituir´a provinhas; somente uma das Pi.
• Somente os alunos que tiverem perdido uma das provas, por motivos justific´aveis, poder˜ao fazer a substitutiva.
5 Bibliografia
O livro-texto da disciplina ´ePrinc´ıpios de F´ısica, volumes 2 e 4, 3a edi¸c˜ao, R. A. Serway e J. W. Jewett, Jr. Como bibliografia complementar, teremos
• Volumes 2 e 4 do “Curso de F´ısica B´asica”, Moys´es Nussenzveig, Ed. Edgard Bl¨ucher.
• Volumes 1 e 2 do “The Feynman Lectures on Physics”, R. P. Feynman, R. B.
Leighton e M. Sands, Addison-Wesley Pub. Co.
