Elementos de Física

Informações gerais, Ementa e Programa Analítico, A importância das Ciências da Natureza e de suas aplicações para a Estatística e a Atuária outras ciências e Técnicas, Cronograma, Primeira lista, Segunda lista, Terceira lista, Quarta lista, Quinta lista, Sexta lista.

A) Informações gerais

A.1) Professor:

Prof: Felipe Coelho; Sala: 310, bloco A, edifício do CT; tel.: 2562-7732;

e-mail: coelho@if.ufrj.br

A.2) Livro-texto:
"Physical Science with modern applications", Merken, 1993.
Metade do livro é Física e a outra metade é das outras ciências físicas: Química, Astronomia, Geologia, Oceanografia e Meorologia. Esse livro é razoavelmente recente, 17 anos atrás, e tem toda a matéria, com muitos exemplos. O livro não usa conceitos de Cálculo e estes são complementados na aula. O livro está em inglês (infelizmente não há um livro em português abrangendo todas as ciências físicas) mas seu texto é de compreensão fácil, por ser inglês científico.

Índice do livro-texto:
Cap.1 A atividade científica 1
Cap.2 Ciências Físicas e Medida 12

I Física 30
Cap.3 Descrição do movimento 34
Cap.4 Movimento Planetário 56
Cap.5 Leis de movimento e Gravitação 72
Cap.6 Momento linear, Trabalho e Energia 96
Cap.7 Calor - uma forma de energia 120
Cap.8 Conservação de Energia 154
Cap.9 Ondas e Som 172
Cap.10 Luz visível e outras ondas eletromagnéticas 208
Cap.11 Eletricidade e Magnetismo 234
Cap.12 A Teoria Quântica de Radiação e Matéria 274

II Química 304
Cap.13 Estrutura atômica e Tabela periódica de elementos 308
Cap.14 Ligação química e Geometria molecular 334
Cap.15 Fórmulas e Equações químicas 360
Cap.16 Taxas de reação químicas e Equilíbrio 382
Cap.17 Água, Soluções e Poluição 404
Cap.18 Uma introdução à Química Orgânica 432
Cap.19 Reações e Estrutura nucleares 468

III Astronomia 494
Cap.20 Astronomia hoje 498
Cap.21 O Sistema Solar 534

IV Ciências da Terra: Geologia, Oceanografia e Meteorologia 574
Cap.22 A crosta e o interior terrestre - Convite às Ciências da Terra 578
Cap.23 A hidrosfera terrestre - Oceanografia 612
Cap.24 A atmosfera terrrestre e além - Meteorologia 638

A.3) Livro-texto suplementar
Física Moderna, J.E. Williams, H.C. Metcalfe, F.E. Trinklen e R.W. Lefler, Ed. Renes, 1971. Tem várias cópias desse livro na biblioteca central do CCMN, o código dele é 530.077 F537. Esse livro é em português e só contém a parte de Física.

A.4) Critério de aprovação:

Haverá 1 prova (P) e 1 trabalho (T). O trabalho é de grupo, devendo ser apresentado oralmente e entregue por escrito. O tema será um aspecto básico ou aplicado das Ciências Físicas. A nota final do curso será a média aritmética dessas duas notas, ou seja, nota final=(P+T)/2.

B) Ementa e Programa Analítico

B.1) Ementa:

Ciência e conhecimento. Ciências físicas, unidades e medidas. Cinemática. Movimento dos planetas. Leis do movimento e Lei da Gravitação Universal. Momento linear, momento angular, torque, trabalho, energia cinética e energia potencial. Calor e propriedades térmicas da matéria. Leis da Termodinâmica. Máquinas térmicas. Ondas. Ondas mecânicas. Eletricidade e Magnetismo. Ondas eletromagnéticas. Teoria quântica da radiação e da matéria. Estrutura Atômica e Tabela Periódica. Visão geral da Química. Decaimentos e reações nucleares. Geologia. Oceanografia. Meteorologia

B.2) Programa analítico

UNIDADE I
Ciência e Conhecimento Humano. Método científico. Grandezas físicas. Unidades. Medidas. Algarismos significativos.
UNIDADE II
Descrição do movimento a 1, 2 e 3 dimensões. Velocidade. Aceleração. Velocidade angular. Aceleração centrípeta. Movimento dos planetas: hipóteses de Copérnico, medidas de Tycho Brahe e leis de Kepler.
UNIDADE III
Leis do movimento. Lei da Gravitação Universal. Grandezas mecânicas: momento linear, momento angular, torque, trabalho, potência, energia cinética e energia potencial. Atrito e dissipação da energia mecânica.
UNIDADE IV
Calor. Estados da matéria. Propriedades térmicas da matéria: calores latentes de mudança de estado e calores específicos. Equação dos gases perfeitos. Pressão. Leis da Termodinâmica. Máquinas térmicas. Hidroestática e Hidrodinâmica.
UNIDADE V
Ondas. Comprimento de onda, frequência, período e velocidade. Superposição. Difração. Ondas mecânicas. Som, audição humana e nível de intensidade sonora. Ondas eletromagnéticas. ótica geométrica.Visão humana.
UNIDADE VI
Eletrostática. ímãs e Magnetismo terrestre. Campos elétrico e magnético. Lei de Coulomb. Força de Lorentz. Visão qualitativa das leis de Ampere, Faraday e Maxwell. Origens do magnetismo terrestre. Corrente elétrica. Geradores. Efeito Joule.
UNIDADE VII
Espectroscopia. Fórmula empírica de Balmer para o hidrogênio. Radioatividade natural: alfa, beta e gama. Modelo de Rutherford para o átomo. A luz como partícula. Efeito fotoelétrico. Difração de elétrons: caráter ondulatório de partículas. átomo de Bohr.Laser. Tabela periódica. Números quânticos principal e orbital.
UNIDADE VIII
Fórmulas químicas. Número de oxidação. Ligações químicas: covalente, iônica e metálica. Moléculas polares e apolares. Solventes. Conceito de mol. Número de Avogadro. Reações químicas. Soluções. ácidos e bases. pH. Chuva ácida. Poluição da água por produtos químicos: detergentes, material orgânico, ácidos, bases e metais pesados.
UNIDADE IX
Estabilidade nuclear. Transmutações. Fissão e fusão. Reatores nucleares. Efeitos biológicos da radiação. Dose e dose equivalente.
UNIDADE X
Estrutura da Terra. Placas tectônicas. Deslocamento continental. Terremotos e maremotos. Vulcões. Oceanos. Correntes marítimas e seu impacto no clima. Plataformas continentais. Vida em fontes hidrotérmicas submarinas. Atmosfera terrestre. Nuvens. Tempestades. Furacões. Tornados. Impactos ambientais na atmosfera: aquecimento global e destruição da camada de ozônio, causas naturais e humanas.

C) Objetivos do curso

A importância das Ciências da Natureza e de suas aplicações para a Estatística e a Atuária outras ciências e Técnicas:

A Estatística, como ciência matemática de uso nas áreas mais diversas do conhecimento humano, e a Atuária, como aplicação da Estatística na área de seguros e pensões, necessitam de um conhecimento genérico das diversas ciências da Natureza. Entre estas ciências temos a Física, a Química, a Geologia, a Meteorologia, a Geografia Física, a Astronomia e a Biologia. A probabilidade de ocorrerem fenômenos naturais estudados por estas ciências (por exemplo, furacões, terremotos, maremotos, secas, incêndios florestais, inundações, deslizamentos de encostas, aquecimento global ou alterações globais do tempo) é importante, em especial para a Atuária.

Diversas áreas de conhecimento aplicado associadas a estas ciências - as Engenharias, a Medicina, a Farmácia e a Ergonomia - também estudam questões relevantes para a Estatística e Atuária. Entre estas questões temos:
(a) propagação de epidemias,
(b) acidentes industriais - como os associados à exploração e ao transporte de petróleo, à produção e uso de agrotóxicos ou à operação de reatores nucleares,
(c) desabamentos de prédios e de obras públicas, como pontes e viadutos,
(d) danos ou riscos à saúde pelo trabalho em locais insalubres ou perigosos,
(e) surgimento de novos fármacos ou de novas técnicas de diagnóstico médicas,
(f) medidas de segurança nos meios de transporte terrestres - melhores freios, saco de ar, cinto de segurança - e melhores estradas,
(g) avaliação de risco cirúrgico,
(h) avaliação do risco de quebra de safras por fatores climáticos ou pragas,
(h) danos ambientais causados pela ação humana, muitas vezes repercutindo no próprio homem, como a contaminação de lençóis de água e de rios ou com a ocupação de terrenos perigosos.
(i) alterações demográficas associadas a avanços da Medicina e da Tecnologia.

Do lado positivo de diminuição de riscos, por exemplo, seguros de saúde são afetados por técnicas de diagnóstico genético molecular que permitem avaliar o risco individual de doenças genéticas, assim como permitem saber em poucas horas se uma pessoa é portadora de uma doença. Num outro exemplo de melhor determinação de riscos, o GPS (Global Positioning System) é um mecanismo baseado em satélites que, quando acoplado a carros, caminhões e barcos, permite a sua localização instantânea, o que é importante para seguros contra roubo ou acidente.
Do lado negativo, a extrema mobilidade humana atual faz com que em 24 horas uma doença possa se propagar para qualquer ponto da Terra, alterando a propagação de epidemias,. Também do lado negativo a crescente exploração de petróleo e de outros recursos minerais, o crescimento da navegação e da aviação e a expansão da área agrícola acarretam (a) maior risco de acidentes, (b) maior risco de danos ambientais sistemáticos e (c) maior impacto de eventuais catástrofes naturais.
Em resumo, as sociedades humanas mudam e com elas mudam os riscos de qualquer atividade.

D) Cronograma

Segunda-feira

Quarta-feira

Sexta-feira

  • 16/08 Resumo dos Cap.1, 2 e 3
  • 18/08 Cap.4
  • 20/08 Cap.5
  • 23/08 Cap.5
  • 25/08 Cap.6
  • 27/08 Cap.6
  • 30/08 Cap.7
  • 01/09 Cap.7
  • 03/09 Cap.8
  • 06/09 Sem aula
  • 08/09 Cap. 8
  • 10/09 Cap.9
  • 13/09 Cap.9
  • 15/09 Cap.11
  • 17/09 Cap.11
  • 20/09 Cap.11
  • 22/09 Cap.10
  • 24/09 Cap.10
  • 27/09 Cap.12
  • 29/09 Cap.12
  • 01/10 Cap.12
  • 04/10 Sem aula (JIC)
  • 06/10 Sem aula (JIC)
  • 08/10 Sem aula (JIC)
  • 11/10 Sem aula
  • 13/10 Cap.13
  • 15/10 Cap.13
  • 18/10 Cap.14
  • 20/10 Cap.15
  • 22/10 Cap.16.1-16.7
  • 25/10 Cap.17
  • 27/10 Cap.17
  • 29/10 Cap.18
  • 01/11 Sem aula
  • 03/11 Cap.19
  • 05/11 Cap.19
  • 08/11 Cap.20
  • 10/11 Cap.21
  • 12/11 Cap.21
  • 15/11 Sem aula
  • 17/11 Cap.22
  • 19/11 Cap.22
  • 22/11 Cap.23
  • 24/11 Cap.23
  • 26/11 Cap.24
  • 29/11 Cap.24
  • 01/12 Seminários
  • 03/12 Seminários
  • 06/12 Seminários
  • 08/12 Seminários
  • 10/12 Seminários
  • 13/12 Sem aula
  • 15/12 Prova
  • 17/12 Exame Final