CONTEÚDOS:

Unidade I - Forças e Movimentos

Unidade II - Ondas

GESTÃO DO TEMPO LECTIVO TOTAL

Nº de horas para aulas teóricas: 20
Nº de horas para aulas teórico-práticas: 14
Nº de horas para actividades laboratoriais: 6

UNIDADE I - FORÇAS E MOVIMENTOS

CONTEÚDOS

Atendendo a que a maioria dos corpos que os físicos estudam, desde o átomo às galáxias, estão em constante movimento, considerou-se imprescindível dar continuidade à formação básica do aluno sobre o estudo da Mecânica, tanto mais que é esta o substracto fundamental ao entendimento da Física, na sua generalidade.
Inicia-se a unidade dando ênfase às interacções entre corpos e, a partir daí, estabelecem-se as leis de Newton do movimento, com base na definição conceptual de força.
O estudo da natureza dos movimentos desenvolve-se atendendo às características das forças actuantes. Dá-se especial relevância ao estudo do movimento circular uniforme e movimento harmónico simples pelas suas implicações no estudo do movimento de rotação e do movimento ondulatório, respectivamente.
Considerou-se particularmente importante estabelecer as condições de conservação do momento linear ampliando assim o estudo das leis da conservação, já iniciado no 10º ano pela lei da conservação de energia.

CONTEÚDOS

1) Conceitos introdutórios

1.1) Relatividade do movimento. Noção de referencial.

1.2) Conceito de partícula material.

1.3) Velocidade média. Velocidade instantânea.

1.4) Vector velocidade.

2) Interacções entre corpos

2.1) Momento linear.

2.2) Variação do momento linear; conceito de força.

2.3) Lei da Inércia (1º lei de Newton do movimento).

2.4) Lei fundamental de Newton (2ª lei de Newton do movimento).

2.5) Aceleração; unidade SI desta grandeza.

2.6) Impulso de uma força; unidade SI desta grandeza.

2.7) Lei da acção e reacção (3ª lei de Newton do movimento).

3) Lei da conservação do momento linear

4) Estudo do movimento de uma partícula material.

4.1) Movimento de uma partícula livre.

4.1.1) Movimento de uma partícula, sem velocidade inicial, actuada por uma força constante.

4.1.2) Movimento de queda livre de um corpo; aceleração da gravidade.

4.1.3) Movimento de uma partícula com velocidade inicial, V₀, actuada por forças de resultante constante, com a direcção de V₀.

4.1.4) Movimento ascensional de um grave.

4.2) Movimento de uma partícula com velocidade inicial, actuada por uma força de intensidade constante e direcção perpendicular à velocidade, em cada instante: movimento circular e uniforme

4.2.1) Aceleração centrípeta

4.3) Movimento oscilatório

4.3.1) Osciladores; características gerais do seu movimento

4.3.2) Movimento oscilatório amortecido

4.3.3) Movimento harmónico simples; suas leis

4.3.4) Diferença de fase

4.3.5) Energia de um oscilador harmónico simples

4.3.6) Oscilações forçadas; ressonância

OBJECTIVOS

1.1)

• Reconhecer que repouso e movimento são conceitos relativos
• Inferir que a descrição de um movimento depende do referencial escolhido
• Distinguir movimento de transiação de movimento de rotação

1.2)

• Justificar, através de exemplos concretos, a importância do conceito de partícula material.

1.3)

• Distinguir velocidade média (escalar) de velocidade instantânea (escalar).
• Determinar o valor da velocidade instantânea de uma partícula material a partir do gráfico "posição-tempo"
• Caracterizar o vector velocidade a partir do vector deslocamento.

2.1)

• Definir momento linear de uma partícula material e de um sistema de partículas materiais e referir a respectiva unidade SI

2.2)

• Identificar força como taxa de variação temporal do momento linear:
  - Descrever os quatro tipos fundamentais de interacções na Natureza e caracterizá-los atendendo à intensidade e alcances respectivos.

2.3)

• Dar o significado físico do conceito de inércia e identificar a massa como medida da inércia de um corpo
• Enunciar a lei da inércia e explicitar o seu significado
• Interpretar situações correntes com base na lei da inércia.

2.4)

• Enunciar e aplicar a lei fundamental de Newton do movimento.

2.5)

• Indicar o significado fisico da grandeza aceleração.
• Definir as unidades SI de aceleração e força e estabelecer as dimensões destas grandezas
• Identificar que o somatório dos vectores F é igual ao vector nulo, como condição de equilíbrio de uma partícula material.
• Analisar o conceito de referencial de inércia:
  - Enunciar o princípio da relatividade de Galileu.

2.6)

• Definir impulso de uma força constante e indicar a respectiva unidade SI
• Estabelecer as dimensões das grandezas momento linear e impulso de uma força
• Expressar a lei da variação do momento linear e verificar a homogeneidade dimensional da expressão físico-matemática que a traduz
• Analisar situações que ocorrem na vida quotidiana com base nas leis da variação do momento linear e do trabalho - energia.

2.7)

• Inferir a lei da acção e reacção a partir de experiências relativas a interacções entre corpos
• Referir os limites de apiicabilidade das leis de Newton do movimento
• Aplicar as leis de Newton do movimento na explicação e previsão do comportamento de corpos actuados por forças exteriores
• Avaliar aspectos fundamentais da evolução histórica e das ideias àcerca do conceito de movimento e da sua explicação.

3)

• Reconhecer que, durante uma interacção, se verifica conservação do momento linear e conservação de energia
• Enunciar a lei da conservação do momento linear
• Analisar, criticamente, situações em que se possa admitir conservação do momento linear.

4) Justificar a importância e universalidade da lei da conservação do momento linear

4.1)

• Identificar o movimento de uma partícula livre com o movimento rectilíneo uniforme
• Atribuir o significado físico à área sob o gráfico "velocidade-tempo", num certo intervalo de tempo.

4.1.1)

• Definir a unidade SI de velocidade
• Identificar o movimento de uma partícula material, sem velocidade inicial, actuada por uma força constante com o movimento rectilíneo uniformemente acelerado
• Deduzir, por via gráfica, a expressão da lei do movimento rectilíneo uniformemente acelerado
• Enunciar as leis da velocidade e da aceleração do m.r.u.a. e escrever as respectivas expressões analíticas
• Inferir que a aceleração, a, de uma partícula material, cuja velocidade só varia em módulo, tem a direcção da sua velocidade, em cada instante.

4.1.2)

• Caracterizar o movimento de queda livre de um corpo
• Avaliar a importância das ideias de Galileu sobre o movimento da queda de um corpo no desenvolvimento coerente da ciência do movimento
• Relacionar o peso de um corpo com a sua massa
• Referir a equivalência entre massa inercial e massa gravítica de um corpo
• Identificar a existência da aceleração da gravidade com a presença do campo gravítico terrestre

4.1.3)

• Identificar o movimento de uma partícula com velocidade inicial, V₀, actuada por uma força resultante constante, com a direcção de V₀ como um movimento rectilíneo uniformemente variado devido à composição de dois movimentos simultâneos e independentes
• Estabelecer e aplicar as leis do movimento rectilíneo uniformemente variado, com velocidade inicial
• Caracterizar, a partir da análise de gráficos de posição, velocidade e aceleração versus tempo, os movimentos a que se referem

4.1.4)

• Caracterizar a força que actua num grave, a sua aceleração e velocidade no movimento ascensional (percursos ascendente e descendente)
• Demonstrar que a energia mecânica de um grave lançado verticalmente, de baixo para cima, se mantém constante, se o efeito da resistência do ar for desprezável.

4.2)

• Inferir que é necessária a actuação de uma força (resultante de forças) com direcção diferente da velocidade inicial da partícula material para que a trajectória desta seja curvilínea
• Justificar que uma força de intensidade constante e de direcção perpendicular à velocidade não altera o módulo desta, mas apenas a sua direcção
• Usar correctamente os termos período e frequência relativamente ao m.c.u.
• Definir as grandezas velocidade angular, aceleração angular e relacionar os seus valores com os das correspondentes grandezas lineares.

4.2.1)

• Caracterizar a aceleração, a, de uma partícula material que se move com movimento circular uniforme
• Aplicar a expressão que permite determinar o valor da força (resultante de forças) responsável pelo movimento circular uniforme da partícula
• Analisar situações concretas de corpos (partículas materiais) em movimento circular uniforme, representando os diagramas de forças que neles actuam
• Identificar as componentes tangencial e normal da aceleração, exprimindo o respectivo significado físico

4.3.1)

• Dar o significado físico das designações: oscilador, oscilações livres e forçadas, frequência própria, elongação e amplitude
• Descrever um oscilador harmónico simples em função das características da resultante das forças que nele actuam

4.3.2)

• Explicar o efeito do amortecimento no valor da amplitude do movimento de um oscilador harmónico real

4.3.3)

• Definir o movimento harmónico simples em função das características da sua aceleração e indicar o interesse do seu estudo
• Deduzir as leis do movimento, da velocidade e da aceleração no caso do m.h.s., usando um modelo geométrico que relaciona este movimento com o movimento circular uniforme

4.3.4)

• Dar o significado físico da diferença de fase de dois movimentos harmónicos simples

4.3.5)

• Justificar que, na ausência de atrito, um oscilador harmónico simples constitui um sistema conservativo
• Exprimir a energia potencial e a energia cinética de um oscilador harmónico simples, em função de:
  - o tempo
  - a abcissa de posição

4.3.6)

• Descrever e explicar em que condições se pode observar o fenómeno da ressonância dando exemplos concretos.

UNIDADE II - ONDAS
Estudado o movimento das partículas, entendeu-se que faria sentido abordar o movimento por ondas, insistindo fundamentalmente nos conceitos e não nos aspectos quantitativos. Para além de constituir um modelo de descrição de muitas ocorrências do Universo, o estudo das ondas dá aos alunos preparação para compreender e/ou aplicar os conceitos adquiridos em vários domínios científico-tecnológicos.
A partir dos conhecimentos adquiridos no Ensino Básico, inicia-se a unidade pelo estudo das ondas mecânicas e suas propriedades, nomeadamente das ondas sonoras.
Em seguida, propõe-se o estudo da luz chamando a atenção para as propriedades desta que podem ser interpretadas no domínio da óptica geométrica e da óptica ondulatória e das que só o são do ponto de vista ondulatório.
É também realçado, no desenvolvimento deste tema, que os fenómenos associados às ondas mecânicas dizem respeito simultâneamente às ondas electromagnéticas, mas que o carácter ondulatário não explica, porém, o que se observa quando da interacção da luz com a matéria. Será, então, oportuno observar o efeito fotoeléctrico e fazer um estudo do que é estritamente necessário à aceitação da dualidade onda - corpúsculo (fotão).

CONTEÚDOS

1) Ondas e suas propriedades

1.1) Noção de onda

1.1.1) Classificação das ondas

1.1.2) Como descrever uma onda progressiva

1.1.3) Relação entre os parâmetros fundamentais na propagação por ondas.

1.2) Propriedades características das ondas

1.2.1) Reflexão

1.2.2) Refracção

1.2.3) Sobreposição de ondas

1.2.4) Interferência

1.2.5) Ondas estacionárias

1.2.6) Difracção

1.2.7) Efeito Doppler

2) A luz e fenómenos associados

2.1) Reflexão; Refracção

2.2) Índice de refracção

2.3) Reflexão total

2.4) As lentes e suas aplicações

2.5) Dispersão

2.6) Interferência

2.7) Difracção

2.8) Efeito Doppler

2.9) Polarização

2.10) A luz - onda ou corpúsculo?

OBJECTIVOS

1.1)

• Identificar o movimento ondulatório com o movimento de propagação de um impulso ou de um grupo de impulsos
• Relacionar a frequência da onda com a frequência dos impulsos
• Reconhecer que as ondas que se propagam nos meios elásticos transportam energia e quantidade de movimento, sem transporte de matéria
• Avaliar a importância de um modelo de onda na compreensão do que se passa com o som, com a luz, com os raios X, etc.
• Classificar as ondas relativamente à sua natureza.

1.1.1)

• Distinguir ondas transversais de ondas longitudinais, dando exemplos
• Identificar onda sonora como uma onda mecânica, longitudinal, resultante da propagação de variações de densidade e de pressão de um fluído
• Dar o significado dos termos seguintes: superfície de onda, raio de onda, comprimento de onda e intensidade de onda.

1.1.2)

• Descrever uma onda progressiva como resultado da variação, em cada ponto e em cada instante, de um perturbação que se propaga com determinada velocidade

1.1.3)

• Estabelecer a equação fundamental que relaciona comprimento de onda, frequência e período e dar o seu significado físico
• Indicar relativamente a ondas progressivas sinusoidais:
  - o modo de as obter
  - o interesse do seu estudo
• Identificar num gráfico da equação de propagação de uma onda progressiva sinusoidal num meio elástico, homogéneo unidimensional:
  - a amplitude e o comprimento de onda
  - partículas em fase e em oposição de fase.

1.2.1)

• Analisar a reflexão das ondas mecânicas e inferir a respectiva lei.

1.2.2)

• Analisar a refracção de uma onda mecânica e estabelecer a lei de Snell-Descartes.

1.2.3)

• Enunciar o princípio da sobreposição das ondas.

1.2.4)

• Descrever e interpretar diagramas de interferência de duas ondas sinusoidais de igual amplitude, provenientes de osciladores síncronos e coerentes
• Expressar as condições de interferência:
  - construtiva
  - destrutiva.

1.2.5)

• Indicar como se obtêm as ondas estacionárias e comparar as suas propriedades com as das ondas progressivas.
• Descrever e explicar a formação das ondas estacionárias obtidas em cordas vibrantes e/ou tubos com ar
• Estabelecer a expressão que permite determinar os valores das frequências das ondas estacionárias (fundamental e harmónicas) que se podem produzir numa corda vibrante
• Concluir que as frequências e os comprimentos de onda aparecem quantificados.

1.2.6)

• Descrever as condições em que se observa o fenómeno da difracção.
• Descrever o efeito Doppler
• Descrever e justificar o que se observa relativamente à altura do som percepcionado nas seguintes condições:
  - Fonte de ondas móvel e observador em repouso
  - Fonte de ondas em repouso e observador móvel.

2)

• Associar a designação luz (radiação visível) a um reduzido conjunto de ondas electromagnéticas (radiações) de diferentes frequências e comprimentos de onda, a destacar do espectro electromagnético
• Identificar as condições de aplicabilidade da óptica geométrica e da óptica ondulatária

2.1)

• Enunciar as leis da reflexão e da refracção da luz.

2.2)

• Definir índice de refracção de um meio óptico em relação a outro e índice de refracção absoluto
• Inferir que o valor do índice de refracção depende, para um dado par de meios, da frequência da radiação utilizada.

2.3)

• Explicar em que consiste a reflexão total e definir ângulo crítico

2.4)

• Identificar e aplicar a equação dos pontos conjugados das lentes esféricas delgadas
• Avaliar a importância do microscópio e do telescópio como instrumentos ópticos usados para aumentar os limites de percepção do olho humano

2.5)

• Interpretar a dispersão de um feixe luminoso policromático
• Caracterizar os espectros de sólidos, líquidos e gases incandescentes
• Reconhecer a importância da análise espectral em vários domínios.

2.6)

• Descrever e interpretar a experiência da dupla fenda de Young e referir o seu importante contributo no conhecimento da natureza da luz
• Referir efeitos que são explicados pela interferência das radiações luminosas.

2.7)

• Explicar por que razão os fenómenos da difracção limitam, para cada valor da amplificação, o poder de resolução de um instrumento óptico
• Descrever uma rede de diracção e indicar como pode ser usada para medir o comprimento de onda de luz monocromática
• Interpretar a obtenção de espectros de difracção

2.8)

• Dar exemplos da aplicação do efeito Doppler relativamente às ondas electromagnéticas.

2.9)

• Concluir que existem fenómenos ópticos que não dependem simplesmente do carácter ondulatório da luz, mas do facto de a onda ser transversal
• Inferir que o carácter corpuscular só se evidencia quando da interacção da luz com a matéria
• Reconhecer a dualidade dos aspectos corpusculares e ondulatórios sempre presentes mas revelados em alternativa.