Ondas e Meios Contínuos

Código:

F201

Sigla:

F201

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2013/2014 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:AST	17	Plano de Estudos a partir de 2008	2	-	7,5	-
L:B	0	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-
L:CC	0	Plano de estudos de 2008 até 2013/14	3	-	7,5	-
L:F	53	Plano de estudos a partir de 2008	2	-	7,5	-
L:G	0	P.E - estudantes com 1ª matricula anterior a 09/10	3	-	7,5	-
		P.E - estudantes com 1ª matricula em 09/10	3	-	7,5	-
L:M	0	Plano de estudos a partir de 2009	3	-	7,5	-
L:Q	0	Plano de estudos Oficial	3	-	7,5	-
MI:EF	28	Plano de Estudos a partir de 2007	2	-	7,5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

• Familiarização com ideias e métodos de Mecânica Ondulatória, Elasticidade e Hidrodinâmica. • Compreender o acoplamento entre osciladores lineares; noção de modos normais. • Entender o conceito de onda, e a sua descrição e classificações nas suas mais variadas vertentes de aplicação à física. • Efectuar análise de Fourier, bem como entender a sua importância no estudo de ondas lineares. • Compreender o resultado da sobreposição de ondas e o fenómeno de interferência e difracção. • Compreender os conceitos de velocidade de fase e de grupo e o conceito de dispersão. • Entender e descrever o estado de deformação e as tensões aplicadas num corpo elástico isotrópico, bem como relacionar as duas. • Analisar problemas simples de dinâmica de fluídos e de equilíbrio de fluídos. • Efectuar a ligação a problemas de tecnologia.

Resultados de aprendizagem e competências

 

• Familiarização com ideias e métodos de Mecânica Ondulatória, Elasticidade e Hidrodinâmica.
• Compreender o acoplamento entre osciladores lineares; noção de modos normais.
• Entender o conceito de onda, e a sua descrição e classificações nas suas mais variadas vertentes de aplicação à física.
• Efectuar análise de Fourier, bem como entender a sua importância no estudo de ondas lineares.
• Compreender o resultado da sobreposição de ondas e o fenómeno de interferência e difracção.
• Compreender os conceitos de velocidade de fase e de grupo e o conceito de dispersão.
• Entender e descrever o estado de deformação e as tensões aplicadas num corpo elástico isotrópico, bem como relacionar as duas.
• Analisar problemas simples de dinâmica de fluídos e de equilíbrio de fluídos.
• Efectuar a ligação a problemas de tecnologia.

 

Modo de trabalho

Presencial

Programa

Vibrações 1 Oscilador harmónico mecânico 1 1.1 Energia do oscilador harmónico mecânico 1.2 Sobreposição, a uma dimensão, de duas oscilações harmónicas Simples. Fasores. 1.2.1 Oscilações simples de frequências diferentes; batimentos. 1.2.2 Sobreposição de duas oscilações simples com a mesma frequência e de direcções ortogonais 1.3 Sobreposição de n (n >> 1) osciladores harmónicos simples com a mesma amplitude e diferenças de fase consecutivas iguais. 1.4 Sobreposição de n (n >> 1) osciladores harmónicos simples de iguais amplitudes e fases aleatórias. 2 Oscilador harmónico com amortecimento 2.1 Energia do oscilador com amortecimento 2.1.1 Factor de qualidade, Q [I]. 3 Oscilações forçadas. 3.1 Energia associada à força aplicada. 3.1.1 Curva de absorção. 3.1.2 Factor de qualidade, Q [II]. 3.2 Aplicações. Problemas I. 4 Osciladores acoplados. 4.1 Modos Normais. 4.2 Série e integral de Fourier. 4.2.1 Exemplo simples. 4.2.2 Série de Fourier expressa na variável complexa. 4.2.3 Integral de Fourier. 4.3 Aplicações. Problemas II . Ondas 5 Ondas transversais em cordas. 5.1 Energias cinética e potencial. 5.2 Impedância característica de uma corda. 5.3 Descontinuidade numa corda; alteração da densidade linear de massa. 5.3.1 Ondas estacionárias em cordas de comprimento finito. 5.3.2 Energia de cada modo de vibração. 5.4 Velocidade de grupo. 5.4.1 Velocidade de grupo de uma onda de n (n > 2) compo- nentes sinusoidais. 5.5 Ondas a duas dimensões. 6 Ondas longitudinais em barras homogéneas e isotrópicas. 6.1 Equação de movimento. 6.2 Energia dos modos de vibração. 6.3 Ondas sonoras num gás. 6.3.1 Impedância característica. 6.3.2 Energias cinética e potencial da onda sonora. 6.3.3 Intensidade da onda. 7 Ondas electromagnéticas. 7.1 Ondas no vácuo. 7.2 Intensidade da onda electromagnética. 7.3 Difracção. 7.3.1 Difracção por uma única fenda de largura L. 7.3.2 Difracção por N fendas de largura L e espaçadas de d, L < d. 7.3.3 A difracção e a teoria de Fourier. 7.3.4 Difracção por uma fenda larga e o princípio de incerteza de Heisenberg. 7.4 Transmissão de energia electromagnética em meios limitados. 7.4.1 Linhas de transmissão (condutores paralelos e cabos coaxiais) 7.4.2 Guias de onda. 7.5 Aplicações. Problemas III. Elasticidade 8 Elasticidade 8.1 Lei de Hooke. 8.2 Deformações uniformes. Extensão e compressão. 8.3 Torção. 8.3.1 Ondas de torção. 8.4 Flexão de uma barra. 8.4.1 Varejamento. 8.5 Aplicações. Problemas IV. Fluidos 9 Fluidos 9.1 Hidrostática. 9.1.1 Equação de equilíbrio. 9.2 Hidrodinâmica. 9.2.1 Equação da continuidade. 9.2.2 Equação de movimento. 9.2.3 Equação de Euler. 9.2.4 Estado estacionário. Equação de Bernoulli. 9.2.5 Exemplos simples de aplicação da equação de Bernoulli. 9.2.6 Viscosidade. 9.2.7 Lei de Poiseuille. 9.2.8 Fluido viscoso em movimento de rotação entre dois cilin- dros coaxiais. 9.3 Aplicações. Problemas V. BIBLIOGRAFIA Apontamentos das aulas teóricas e teórico-práticas de Ondas e Meios Contínuos – J M Machado da Silva, J M Brochado Oliveira, J M Monteiro Moreira. Edição do ano 2010. Physics of Vibrations and Waves, H.J. Pain. Berkeley Physics Course vol I e III. Vibrations and Waves in Physics , I. G. Main. Physics of waves, W.C. Elmore e M.A. Heald (Dover). Physics, vol I (Mechanics and Waves), D.E. Roller e R. Blum. The Feynman Lectures on Physics, vol 2, Addison-Wesley Publishing Co, 1966. Optics, E. Hecht.

Bibliografia Obrigatória

José Machado da Silva; Ondas e Meios Contínuos, U.Porto editorial, 2013
Young Donald F. 070; Introduction to fluid mechanics. ISBN: 9780470902158
French A. P.; Vibrations and waves
Pain H. J.; The physics of vibrations and waves. ISBN: 0-471-99407-3
Main Iain G.; Vibrations and waves in physics. ISBN: 0-521-21662-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Ensino presencial com aulas teóricas, teórico práticas e práticas computacionais.

Distribuição pelo Sigarra (documentos da uc) de apontamentos (apoio ás aulas teóricas); fichas de problemas (apoio às TP) e exemplos de programação em Python para a resolução de problemas (apoio às aulas prática computacionais).

Software

Linguagem de programação Python

Palavras Chave

Ciências Físicas
Ciências Físicas > Física > Mecânica clássica > Dinâmica dos fluidos
Ciências Físicas

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Frequência das aulas	0,00
Total:	0,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número de faltas em aulas TP e P correspondente a 25% das aulas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

Uma prova escrita final com problemas sobre o programa da disciplina. Esta prova inclui uma questão com a cotação de 1,5, de natureza computacional (descrição de método ou elaboração de algoritmo), conforme a matéria especialmente desenvolvida nas aulas PL computacionais.

Observações

Os alunos que se inscreveram no ano passado e que tenham obtido frequência, ficam dispensados da frequências às aulas TP e P computacionais. Este regime de dispensas só se aplica aos alunos naquelas condições.