Física

Código:

L.EC008

Sigla:

F

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Básicas

Ocorrência: 2022/2023 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/login/index.php
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Física
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Civil

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EC	282	Plano de estudos oficial	1	-	4,5	45,5	121,5

Língua de trabalho

Português
Obs.: Português

Objetivos

JUSTIFICAÇÃO:
Os engenheiros usam os conhecimentos científicos para construir máquinas, estruturas e sistemas que nos são úteis. Para isso, e para poderem criar aplicações tecnológicas e apresentar soluções inovadoras em engenharia, necessitam de conhecer e dominar as leis básicas que regem o comportamento da natureza. Nesta unidade curricular introduzem-se leis e fenómenos de áreas fundamentais da Física: Ondas, Eletricidade, e Termodinâmica e Transferência de calor. 

OBJETIVOS:

 

   São objetivos desta unidade curricular:

• Transmitir conhecimentos das leis e fenómenos básicos de Ondas, Circuitos de corrente contínua, Termodinâmica e Transferência de Calor.
• Mostrar como as leis que regem os fenómenos dessas áreas se usam para calcular grandezas físicas relevantes.
• Desenvolver a capacidade de aplicar a matemática a problemas do mundo real da física e da engenharia.
• Introduzir as ferramentas matemáticas necessárias sempre com motivação física.
• Mostrar como os conceitos referidos explicam fenómenos observados no dia-a-dia, e como se aplicam a problemas da engenharia.
• Incluir exemplos de aplicação não triviais para ilustrar o alcance dos resultados obtidos e fazendo referência, sempre que possível, a tópicos de interesse atual.
• Mostrar como se medem experimentalmente grandezas físicas e que se verificam as leis aprendidas, como relações entre as grandezas medidas.
• Ilustrar fenómenos físicos relevantes em experiências de laboratório e/ou em simulações computacionais.
• Desenvolver a curiosidade e o espírito crítico.
• Desenvolver a capacidade de trabalhar em grupo.

Resultados de aprendizagem e competências

 

• Conhecimento: descrever os principais conceitos e fenómenos físicos básicos de 3 áreas distintas da Física: ondas; circuitos, termodinâmica e transferência de calor,  usando o vocabulário apropriado.

 

• Compreensão: Identificar as grandezas, leis e conceitos envolvidos na resolução dos problemas propostos. Reconhecer as grandezas e leis relevantes nas experiências de laboratório. Usar as leis e conceitos para resolver problemas de escolha múltipla.

 

• Aplicação: calcular grandezas físicas relevantes em situações novas.

 

• Análise: Hierarquizar as grandezas e leis físicas envolvidas, fenómenos que ocorrem na natureza ou que estão presentes em aplicações tecnológicas e na engenharia.

 

• Trabalhar em grupo, na resolução de problemas e na execução, análise e comunicação escrita de resultados de experiências simples de laboratório.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Os estudantes devem ter conhecimentos prévios de Matemática, nomeadamente em cálculo integral e diferencial. e operações com vectores que são adquiridos nas unidades curriculares de Análise Matemática 1, e Álgebra. Deverão também ter conhecimentos das leis de Newton da Mecânica Clássica, adquiridas na  unidade curricular de Mecânica 1 que decorre simultaneamente.  

Programa

Ondas: ondas progressivas transversais e longitudinais; velocidade de fase; comprimento de onda, frequência e velocidade de ondas periódicas; energia e potência transmitidas por ondas; ondas sonoras; potência de uma onda sonora; intensidade sonora e nível de intensidade sonora; efeito de Doppler; interferência de ondas; batimentos; ondas estacionárias numa corda e num tubo de ar; reflexão e transmissão de ondas

Circuitos: carga elétrica,  corrente e tensão, potência elétrica;     baterias e força eletromotriz;  Lei de Ohm e resistência;  resistividade; divisores de tensão e de corrente; capacidade e condensadores;  regras de Kirchhoff para circuitos de corrente contínua.      

Termodinâmica e transferência de calor em regime estacionário: temperatura e a lei zero da termodinâmica; equação de estado dos gases ideais; calor e a primeira lei da termodinâmica;  trabalho e diagrama PV;  máquinas térmicas e a segunda lei da termodinâmica; a máquina de Carnot; dilatação térmica;    transferência de calor em regime estacionário: condução, radiação e convexão; resistência térmica; associação de resistências;   condução em paredes planas,  em camadas cilíndricas e esféricas; raio crítico de isolamento.


Conteúdo Científico: 90%
Conteúdo Tecnológico: 10%

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DOS CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS COM OS OBJETIVOS DA UNIDADE CURRICULAR:

Os engenheiros usam os conhecimentos científicos para construir máquinas, estruturas e sistemas que nos são úteis. Para isso, e para poderem criar aplicações tecnológicas e apresentar soluções inovadoras em engenharia, necessitam de conhecer e dominar as leis básicas que regem o comportamento da natureza. Nesta unidade curricular introduzem-se leis e fenómenos de áreas fundamentais da Física: Ondas, Eletricidade e  Transferência de calor. 

Bibliografia Obrigatória

Diana Urbano; Ondas, 2022
Diana Urbano; Termodinâmica, 2022
Jaime Villate; Eletricidade, magnetismo e circuitos, 2013
Tipler, Paul A.; Física para cientistas e engenheiros. ISBN: 85-216-1462-4 ((Capítulos 16 a 20))

Bibliografia Complementar

Hugh D. Young, Roger A. Freedman; Física (Volume II): Termodinâmica e Ondas, Addison Wesley (Brasil)
Hugh D. Young, Roger A. Freedman; Física (Volume III): Eletromagnetismo, Addison Wesley (Brasil), 2009. ISBN: 9788588639348

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas de exposição da matéria Partindo dos aspeto fenomenológicos para os modelos físicos que os explicam e para as principais leis da física a eles associados. O conteúdo demonstrativo formal é preterido, sempre que possível, em favor da resolução de exemplos de aplicação de demonstrações experimentais simples, projeção de animações  de computador. Sempre que possível usa-se o método de instrução por pares. Como  preparação as aulas os estudantes lêm os apontamentos e resolvem testes de escolha múltipla no Moodle. 

Aulas teórico-práticas O professor resolve, ou discute, alguns problemas importantes para a consolidação da matéria (cerca de 30 min). Como preparação das aulas todas as semanas os estudantes resolvem  Exercícios Guiados no Moodle

Aulas de laboratório No contexto da avaliação distribuída, três das aulas teórico-práticas serão dedicadas à realização de experiências. A preparação e a execução são avaliadas, bem como testes pré e pós aula de laboratório.

Material de apoio Disponível no Moodle: apontamentos; folhas de problemas; vídeos; testes de leitura: exercícios guiados; folhas de preparação das aulas de laboratório; calendarização semanal das atividades; resolução de problemas e  exames.   

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DAS METODOLOGIAS DE ENSINO COM OS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM DA UNIDADE CURRICULAR:
As estratégias e metodologias pedagógicas visam desenvolver nos estudantes a capacidade de relacionar os fenómenos físicos com os modelos matemáticos que os descrevem.  São incentivados a calcular grandezas físicas relevantes em situações novas,  explicar, hierarquizando as grandezas e leis físicas envolvidas, e descrver no quadro das leis e conceitos fenómenos que ocorrem na natureza ou que estão presentes em aplicações tecnológicas e na engenharia. 

O espírito crítico e a capacidade de pensar científicamente são treinados, através da análise dos resultados obtidos na resolução de problemas, na realização de experiências de laboratório e  do uso perguntas conceptuais nas aulas teóricas, e nos testes semanais a realizar online.      

Os estudantes são incentivados a trabalhar em grupo, na resolução de problemas e na execução, análise e comunicação escrita de resultados de experiências de laboratório simples.
A avaliação formativa semanal  tem como principal objetivo orientar e desenvolver a capacidade de regulação da aprendizagem. 

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Electromagnetismo
Ciências Físicas > Física > Termodinâmica
Ciências Físicas > Física > Mecânica clássica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	72,50
Trabalho laboratorial	27,50
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	75,00
Frequência das aulas	60,00
Total:	135,00

Obtenção de frequência

“A obtenção de classificação final exige o cumprimento de assiduidade à unidade curricular. Considera‐se que um estudante cumpre a assiduidade a uma unidade curricular se, tendo estado regularmente inscrito, não exceder o número limite de faltas correspondente a 25% de cada um dos tipos de aulas previstos. Estão dispensados da verificação das condições de assiduidade: i) os casos previstos na lei, nomeadamente os trabalhadores estudantes; ii) os estudantes que foram admitidos a exame no ano letivo anterior.”

Só tem frequência à UC quem realizar os 3 trabalhos de laboratório.

Os 3 trabalhos de laboratório são obrigatórios!


Estudantes com 2 ou mais inscrições podem manter a classificação da AD no que concerne a componente laboratorial.

Fórmula de cálculo da classificação final

CF=EF*0,725+AD*0,275

Avaliação Distribuída (AD): 
- Trabalhos Práticos de Laboratório em grupo - 4,5 valores 
- Testes Individuais no Moodle (TIM) - 1 valor

A classificação dos TIM é feita de acordo com a fórmula

TIM=(nº de testes realizados)÷(nº total de testes)*1 valor

EF=Exame final, da época normal ou de recurso


Só é aprovado à UC quem obtiver uma classificação mínima de 8,0 valores em vinte nos exames. 

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação pode ser feita no exame de recursos, ou no exame da época normal do ano letivo seguinte. No caso de haver melhoria da classificação, esta será dada pela fórmula

CF=MAX(0,725×EF+0,275×AD;0,725×ER+0,275×AD,ER)

em que EF representa a classificação no exame de recurso ou do exame da época normal do ano seguinte.

Observações

Aconselha-se, para conveniente acompanhamento da matéria, um tempo de trabalho fora das aulas de aproximadamente 3 horas. Espera-se que todos os estudantes assistam às aulas teóricas. A consulta regular da página Moodle da unidade curricular é fundamental.  Em todas as provas é permitido o uso de formulário e máquina calculadora.

Não são permitidas máquinas de calcular alfanumérica/programáveis durante as avaliações!