Página de Engenharia Física

A FíSICA ocupa-se do estudo de praticamente tudo o que nos rodeia, procurando responder a questões que abarcam a formação do universo e a compreensão dos mecanismos que permitem a organização da matéria em sistemas vivos, centrando-se na descoberta das leis que regem os processo físicos, isto é, as relações entre a energia, a matéria, e o movimento, procurando gerar conhecimentos que nos permitam compreender e tirar partido dos fenómenos físicos para criar sistemas físicos artificiais úteis para o ser humano e, sempre que possível, benéficos para toda a biodiversidade à nossa volta.

Como tem uma área de atuação/aplicação muito ampla, e também por motivos históricos e didáticos, a Física é muitas vezes divididas em vários campos: mecânica, ótica, termodinâmica, acústica, eletromagnetismo, física moderna, etc.. As componentes mais aplicadas e/ou tecnológicas destas áreas dão origem a formações especializadas que designámos, geralmente, por engenharias (e.g. eletrotécnica, eletrónica, mecânica, etc.), que muitas vezes também abarcam conhecimentos de outras ciências fundamentais formando, por exemplo, engenharia biofísica, bioengenharia, engenharia biomédica, nanoengenharia/tecnologia, etc..

Um físico ou engenheiro físico (munido de conhecimentos de mecânica, ótica, termodinâmica, acústica, eletromagnetismo, física moderna, etc., treinado no uso de “ferramentas” de trabalho como a curiosidade, o espírito-crítico, a lógica, e a matemática, e de equipamentos de medida ou no desenvolvimento de novos instrumentos e/ou de experiências) tem oportunidades de trabalhos muito abrangentes.

O mundo está carente de físicos. Ser físico é um “must”. Uma sociedade que aposte no desenvolvimento tecnológico necessita de especialistas habilitados a desenvolverem novas ferramentas e tecnologias em áreas como, por exemplo, a produção e armazenamento de energia, o processamento da informação, as telecomunicações, a informática, a indústria automobilística, a biologia, e a medicina. Ou seja, com uma boa formação, não faltarão oportunidades de trabalho aliciantes para os físicos.

O conhecimento não deve ser obtido em escassas, mesmo que muito intensas, doses de estudo, e/ou em sessões realizadas na véspera dos testes e exames. O conhecimento adquirido desta forma pode servir para passar na disciplina, mas, em regra, não persiste por muito tempo, e a fração que acaba por persistir apresenta, na maioria das vezes, intermitências e/ou lacunas que frequentemente impossibilitam o seu uso em tarefas futuras, nomeadamente na compreensão de novos conceitos e/ou de problemas, e dificultam os processos criativos e a inovação. A resolução de problemas complexos fica ainda mais difícil. Tal pode fazer crescer a desânimo e a sensação de incapacidade, e aumentando a apatia e o desinteresse.

Nos cursos de Física (e.g., física aplicada e engenharia), muitas disciplinas fazem parte do grupo de unidades curriculares que compreendem, para além do treino na arte de resolver problemas, uma “boa dose” de temas e conceitos transversais a várias áreas, que abarcam aplicações tecnológicas do conhecimento científico, reais ou potenciais, que são exemplificativas da transformação de “saberes académicos” em conhecimento tecnológico, inspiradoras e/ou motivadoras de posturas favoráveis à inovação.

A compreensão conceptual é de fundamental importância para o domínio dos assuntos e para o progresso da aprendizagem. As metodologias de ensino e aprendizagem mais eficazes, que resultam em aprendizagens efetivas, particularmente nas unidades curriculares de formação inicial, privilegiam a compreensão dos conceitos e dos problemas à quantidade dos assuntos a abordar, dando tempo para que o conhecimento atinga o nível de persistência esperado, isto é, dando o necessário tempo ao tempo para que se possam apreender os conceitos fundadores.

As estratégias que incluem a apresentação de questões conflituantes e a realização de experiências contraintuitivas é muitas vezes essencial para iniciar o abandono das conceções acientíficas. Acresce que para que haja impacto pedagógico significativo, devemos ter sempre presente que a resposta não deve vir antes da pergunta ou da dúvida. As ideias prévias dos alunos devem ser encaradas como hipóteses alternativas sérias e, por isso, sujeitas a avaliação usando os métodos e os procedimentos didáticos e científicos aceites.

Aquilo que se aprende determina o nosso futuro.

É errado pensar que estudar consiste exclusivamente na memorização, apressada ou não, dos conteúdos transmitidos pelo professor para que se possa ter sucesso nos teste e exames. Estudar é muito mais do que isso. De resto, convém ter em conta que o estudo/formação (ao longo da vida) é cada vez mais uma realidade presente em toda a nossa vida quotidiana.

O estudo eficaz oferece inúmeras possibilidades para o desenvolvimento das nossas faculdades mentais e potencia a capacidade crítica e reflexiva, possibilidades que não devemos negligenciar e que podemos ativar sempre que estejamos motivados para ampliar os nossos conhecimentos e a orientar o estudo no sentido de tornar efetivo e útil este conhecimento.

O objetivo final de qualquer processo de estudo dever ser o desejo profundo de saber, de ampliar os conhecimentos e de possibilitar uma melhor compreensão de tudo o que nos rodeia. O estudo deve converter-se num instrumento efetivo de análise da realidade e numa forma de enriquecer a nossa formação e no nosso desenvolvimento como pessoas.

A motivação e o desejo de aumentar os nossos conhecimentos são a chave do sucesso de todas as técnicas de estudo. Se os motivos da nossa presença numa sala de aula não correspondem a uma aspiração própria interior, teremos mais dificuldades. Estudar nunca deve constituir, pelo menos de forma permanente, uma obrigação. Embora seja indiscutível que o estudo envolve muito esforço e certas doses de sacrifício, apenas aceitando interiormente essas condições os objetivos propostos poderão ser alcançados e ser bem-sucedidos. Deve-se referir também que a liberdade e a respeitabilidade que o estudo confere são fatores avaliados muito positivamente. O estudo/aprendizagem bem estruturado permite a construção de uma mentalidade muito mais reflexiva e critica com e acerca do ambiente que nos rodeia.

Claro que isto não se vê de um dia para o outro. Muitas vezes, só após alguns anos de aprendizagem contínua e sistemática, poderá ser apreciado o grau de maturidade alcançado, e desde que os instrumentos utilizados no processo de aprendizagem tenham sido os adequados. Por exemplo, e como já foi mencionado, estudar não consiste em memorizar apressadamente os conteúdos da matéria. O processo de memorizar é o último elo da corrente e, muitas vezes, é o menos importante. Embora a memória constitua um instrumento fundamental para reter e assimilar os conteúdos com vista ao sucesso nos testes e exames, os bons resultados implicam um esforço para compreender, e não apenas memorizar, as matérias em estudo.

Saber ler bem e rapidamente, tomar apontamentos, fazer bons resumos, concentrar-se com facilidade e ter um horário de estudo realista e prático são elementos muito importantes. Por forma a não esquecer as matérias, uma vez realizados os testes e/ou o exame, e contribuir muito positivamente, por exemplo, para o sucesso em disciplinas mais avançadas, o estudo deve ser bem estruturado por forma a permitir uma aprendizagem efetiva. A aprendizagem deve corresponder a um processo dinâmico e participativo, que nos motive a avançar.

Num sistema de ensino de qualidade, a grande maioria das vezes, de nada serve memorizar os conteúdos sem os trabalhar. Decidir estudar no último momento (poucos dias antes da prova) ou optar por pedir aos colegas os seus materiais de estudo não é a opção mais indicada. Embora seja possível obter uma boa classificação, muito provavelmente fracassará se o seu objetivo consistir em aprofundar o grau de conhecimento, a assimilação e a formação de novos conhecimentos.

Um estudo não constitui uma tarefa fácil e as técnicas utilizadas no processo são fundamentais para determinar o êxito ou fracasso do que se pretende. A chave para triunfar no estudo reside num trabalho personalizado, metódico e constante nas diferentes disciplinas, permitindo a sua assimilação com maior facilidade.

Contudo, nenhum fator é tão importante como a motivação. Estar ciente dos motivos e das razões pelos quais se decidiu estudar um determinado assunto, faz com que seja praticamente impossível não ser bem-sucedido. Por último, é muito importante ter em conta que o objetivo do estudo consiste em saciar a nossa curiosidade e a nossa vontade de aprender/saber mais. Devemos evitar conformarmo-nos com uma visão unilateral dos conteúdos, procurando outras abordagens alternativas.

IMPORTANTE: Antes de iniciar a resolução de problemas é fundamental ter consciência que é necessário compreender razoavelmente as matérias antes de se dedicar tempo à resolução de problemas. É um bom método rever a matéria relativa a um exercício, antes de iniciar a tentativa de resolução do mesmo.

Nota: o termo "problemas" não se resume apenas aos ditos problemas/exercícios tipo das TPs/testes/exames. Têm uma abrangência mais geral. Numa situação real, a um cientista ou a um engenheiro não será pedido para resolver problemas que já foram solucionados. Quer seja na tentativa de melhorar o desempenho de um sistema ou na implementação de novos sistemas, o cientista/engenheiro trabalhará na resolução de problemas nunca tratados.

Contudo, como estudante irá dedicar grande parte da sua atenção à discussão de problemas cuja solução é conhecida. Através da análise e da discussão da forma como esses problemas podem ser resolvidos, e da resolução de exercícios físico-matemáticos relacionados com esses problemas, começará a desenvolver capacidades que lhe permitirão atacar problemas novos, como os que poderá vir a encontrar na sua vida profissional.

Apresentam-se alguns procedimentos gerais a ser tidos em conta na resolução de problemas de circuitos/eletrónica. Alguns deles têm a ver com a forma de pensar e organizar a estratégia a seguir antes de se iniciarem quaisquer cálculos.

1.- Identificar quais os dados do problema e o que se pretende conhecer/determinar.

Na resolução de um problema, deve procurar conhecer-se "o destino" antes de selecionar a rota a seguir para lá chegar. Devemos procurar responder a questões como: O que é que o problema pede para ser determinado ou encontrado?

A título de exemplo de problemas tipo em circuitos/eletrónica, pode-se considerar a questão: determine/esboce a função de transferência/os diagramas de Bode do circuito RLC série, com a saída vista aos terminais da capacidade.

Se ainda tem dúvidas sobre o que é a função de transferência e/ou os diagramas de Bode, deve rever estes assuntos. Uma coisa é a dificuldade maior ou menor do cálculo, outra bem diferente, mais grave, é não compreender/reconhecer do que se trata. Por isso, se tem dúvidas acerca da compreensão do conceito, o melhor fazer a revisão do mesmo.

Às vezes o objetivo do problema é obvio; outras vezes não é tão claro como gostaríamos, e pode ser mesmo necessário elaborar tabelas de grandezas características desconhecidas e gerar informação ainda não conhecida, de forma a permitir visualizar o objetivo do problema.

Outras vezes, poderá existir mesmo informação implícita ou até informação “enganadora”, que será necessário identificar antes de prosseguir com a análise. Haverá ainda situações em que, por vezes, a informação dada é incompleta, insuficiente ou, aparentemente, complexa, para se poderem usar os métodos de resolução mais comuns, sendo, nestes casos, necessário formular hipóteses e suposições, o que implica fazer opções (tomar decisões/fazer escolhas), de forma a completar a informação ou simplificar o contexto do problema.

Casos essas decisões não levem a resolução a lado nenhum, i.e., se, por exemplo, os cálculos se tornarem pantanosos ou produzirem respostas que pareçam não fazer sentido físico, deve-se estar preparado para voltar atrás e reconsiderar a informação extrínseca e/ou as suas suposições consideradas.

2.- Desenhe o diagrama do circuito ou outros modelos visuais.

Representar um problema com descrição verbal num modelo visual é muitas vezes uma etapa muito útil no processo de resolução. Se o diagrama do circuito já é fornecido, pode-se ter que adicionar informação, por exemplo, classificações, valores, ou sentidos de referência, etc.. Pode e deve-se também simplificar o circuito (mantendo, contudo, a equivalência formal sempre que relevante para a resolução).

Por vezes, durante o processo de representação começam a surgir-nos ideias sobre os assuntos/componentes do sistema em causa, o que ajudará a "rever/recordar" aspetos relevantes sobre os mesmos. Acontece frequentemente, que começamos a prever qual será a solução e/ou a função realizada pelo circuito.

A título de exemplo, voltando ao problema da função de transferência, podemos fazer a previsão (como que um esboço) de qual será a função realizada pelo circuito, tendo presente o que sabemos sobre os comportamentos dos componentes individuais em função da frequência, sem necessidade de realizar quaisquer contas/cálculos: e.g., ver como o circuito se comporta perante sinais dc e perante sinais sinusoidais de muito alta frequência, e se for o caso, nas frequências de ressonância e/ou de corte.

3.- Pense em vários métodos de resolução e decida qual deles lhe parece o mais favorável para o circuito em questão.

Alguns métodos produzem menos equações a serem resolvidas do que outros, ou podem requerer apenas álgebra em vez de cálculo para atingir a solução. Os métodos mais eficientes para um dado problema podem reduzir os cálculos de forma considerável, diminuindo a probabilidade de erros. Ter um método alternativo em mente permite continuar a resolução, se a primeira tentativa se tornar pantanosa, ou servir para verificar se a solução encontrada está correta.

4.- Calcule uma solução.

Nesta fase já deverá ter identificado um bom método analítico e as equações corretas para o problema. Agora é tempo de determinar a(s) solução(ões) dessas equações. Papel e lápis, calculadora (ou métodos computacionais), são opções possíveis para a resolução das equações.

A eficiência e os métodos estudados nas aulas deverão ditar as ferramentas que deve usar. No testes e exames, papel, a caneta e a máquina de calcular, sempre que necessário/apropriado.

5.- Use a sua criatividade.

Se suspeitar que a sua resposta não tem base físico-matemática, ou se os cálculos lhe parecerem não ter fim sem ocorrerem simplificações significativas na direção da solução, deve fazer uma pausa e considerar alternativas.

Pode ter de revisitar as suas suposições/aproximações ou selecionar um método de solução diferente. Ou ter de usar um método de análise menos convencional, por exemplo, andando para trás a partir da solução, quando conhecida.

Em geral, no mundo real, as respostas não são conhecidas, mas às vezes pode ter uma solução em mente para um dado problema (por analogia), a partir da qual pode andar para “trás”.

Outras aproximações criativas incluem a possibilidade de visualizar paralelismos com outros tipos de problemas que resolveu anteriormente com sucesso, seguindo a sua intuição ou dicas como prosseguir. Se necessário, isto é, se for mais ajuizado, ponha simplesmente o problema de lado, temporariamente, e regressar à sua resolução mais tarde.

6.- Teste a sua solução.

Tendo em conta aquilo que já conhece, aprendeu, pergunte-se se a solução faz sentido, isto é, se resultado obtido é razoável ou aceitável. Se a solução é fisicamente possível.

Pode querer ir mais longe e resolver o problema via outro método alternativo. Isto não só permitirá verificar a validade da solução obtida, como irá desenvolver a intuição acerca dos métodos de solução mais eficientes para os vários tipos de problemas.

No mundo real, problemas e esquemas que envolvem aspetos de segurança críticos são sempre verificados por métodos independentes. Habituar-se a testar as suas respostas será benéfico quer como estudante, quer como cientista ou engenheiro.

Regra de ouro: ler atentamente e calmamente as perguntas, se necessário, reler, e identificar o conteúdo e a abrangência de cada questão, procurando recolher todos os dados explícitos e implícitos presentes no enunciado.

Os nervos são, a maior parte das vezes, responsáveis por erros que se cometem num teste ou exame, e levam a confundir o conteúdo das perguntas, a não as ler com clareza ou a responder àquilo que não é perguntado.

Por forma a reduzir e evitar tais situações, o mais aconselhável é esperar algum tempo até se tranquilizar, depois ler e reler, se necessário, as perguntas detidamente. Quando ficar esclarecido sobre aquilo que se pretende e o que deve responder, pode começar a resolução da prova/pergunta.

De uma forma geral, é fundamental registar a informação mais relevante disponibilizada no enunciado da pergunta/problema (dados fornecidos, implícitos e explícitos, etc.), assegurando que não se esqueceu de nada, nem omitiu algum dado importante. O passo seguinte é a definição da estratégia a seguir na resposta, com a indicação, quando necessário, das expressões matemáticas a usar, sem esquecer a identificação das grandezas e unidades respetivas.

Além de tranquilizador, ler as perguntas detidamente, traçar uma estratégia de resposta e determinar a ordem em que vai responder às questões vai permitir responder mais assertivamente. Também se reveste de muita importância planificar adequadamente o uso do tempo de que se dispõe. O mais conveniente é dividi-lo pelo número de perguntas a que se tem de responder, pesado pelo impacto da cotação atribuída em comparação com a cotação total ou pela dificuldade que lhe atribuímos.

Deve procurar garantir que a resolução da prova se revela equilibrada e que demonstra que domina francamente a maioria dos assuntos em avaliação. É pouco aconselhável responder brilhantemente a uma pergunta, consumindo praticamente todo o tempo disponível, e deixar de responder a outras perguntas ou fazê-lo apenas superficialmente. Neste caso, pode acontecer que o avaliador da prova seja levado a concluir que trabalhou apenas alguns temas do programa, e que não sabe responder ao resto das perguntas, o que tendencialmente poderá conduzir a uma avaliação menor do que a esperada.

Antes de entregar a resolução da prova é altamente recomendável dedicar os últimos minutos à revisão e correção do que se escreveu. Mesmo que não tenha sido possível responder a todas as perguntas propostas, é preferível, muitas vezes, gastar os últimos minutos numa leitura rápida do que se fez para ter a certeza de que não se confundiu nenhum dado ou omitiu algo de importante.

É de fundamental importância usar uma caligrafia clara e de boa apresentação. Não é aceitável o uso de grafia ininteligível ou a apresentação de exercícios com riscos e manchas, características pouco próprias de um aluno decidido.

Um aluno decidido a realizar uma prova brilhante e a obter uma boa classificação, que lhe permitirá elevar a sua pontuação final, terá de aceitar que nada é gratuito. As boas notas e os resultados excecionais consistentes que alguns alunos conseguem são fruto de um trabalho constante, e muitas horas de esforço e renúncia a vários períodos de ócio.

Para conseguir bons resultados escolares é necessária uma boa dose de transpiração mental ...

Em resumo, durante a realização de uma prova deve ter em atenção o seguinte:

ler atentamente e calmamente todas as perguntas;

reler e começar a resolver as questões que nos parecem mais fáceis;

se estivermos nervosos, convém conceder algum tempo (antes de se começar a abordar os problemas/questões) até se ficar mais tranquilo e reduzir o nervosismo;

planificar e fazer uma distribuição do tempo pelas perguntas;

realizar um breve esquema das partes mais importantes da pergunta antes de começar a escrever;

cuidar da ortografia, redação e apresentação geral da prova;

dedicar os últimos minutos à revisão e correção da prova.