Objectivos
da Unidade Curricular:
Complementar o ensino teórico de outras cadeiras de
Física com o conhecimento experimental que lhe corresponde
Estrutura: Aulas teóricas para abordar os fundamentos de cada
trabalho e para introduzir aspetos técnicos de
realização dos mesmos.
Aulas práticas em laboratório, nas quais se põem
em prática os conhecimentos adquiridos ao longo do curso.
É obrigatório utilizar nas aulas práticas um caderno de laboratório individual (que pode
ser usado para consulta no teste).
Programa/trabalhos
1. Corda vibrante; modos estacionários -
04/03/2020
2. Propagação de
ondas eletromagnéticas num cabo coaxial - 11/03/2020
3. Óptica geométrica
4. Interferências em Ondas
5. Micro-ondas e polarização
Temas
de Física Moderna
6.
Corpo negro; lei de Stefan-Boltzmann e distribuição
espectral da radiação: teórica;
experiência;
realização
experimental; artigo
lei Stefan-Boltzmann; outros materiais de apoio FEX3
7.
Níveis atómicos e espectros de emissão de gases;
lâmpada de H2, constante de Rydberg
8.
Efeito Fotelétrico e a Constante de Planck;
  
 
Eletróforo
Energia em
«pacotes»
Espectroscopia
Átomos e a Luz
https://javalab.org/en/photoelectric_effect_2_en/
https://javalab.org/en/photoelectric_effect_en/
Plastic
bottle Electroscope experiment
DIY
Electroscope - Indy Labs #25 (At Home DIY Science)
https://www.sciencephoto.com/media/589800/view/photoelectric-effect
Folha
de resumo dos resultados:
A realização de uma
experiência e/ou de trabalho experimental só será
realmente útil se daí resultar a
consolidação da compreensão dos conceitos e/ou o
reforço dos conhecimentos acerta do assunto. Após a
realização de uma experiência/trabalho experimental
deve ser-se capaz de convencer outras pessoas (colegas, professores,
público em geral, etc.) das conclusões a que se chegou.
A qualidade das conclusões (e de um bom relatório)
depende, essencialmente, forma como foram obtidos os resultados.
Procure preparar as atividades/experiências previamente, e
organizar-se de modo a realizar a experiência com todos os
cuidados, procurando atentar/observar todos os aspetos determinantes da
boa realização dos trabalhos, anotando todas os
procedimentos e informações relevantes de uma forma
inteligível. No respetivo relatório (da
experiência/trabalho) será necessário descrever o
que se fez, justificar o(s) procedimento(s) escolhido(s), apresentar as
medidas realizadas, os resultados obtidos e, finalmente, as
conclusões.
O resumo dos resultados deve incluir a:
- Informação dos objetivos
(descrição sucinta do que se pretende obter da
experiência - uma ou duas linhas devem ser suficientes).
- Descrição do procedimento seguido em aula:
relatar o que foi realmente feito (e não apenas ou procedimento
proposto), justificando/discutindo as escolhas que feitas.
- Avaliação e/ou estimativa dos erros das
medições e dos erros associados aos resultados, devido
aos aparelhos de medida e/ou aos procedimentos usados.
- Indicação das unidades para cada grandeza,
legenda e numeração das figuras e dos gráficos.
- Discussão dos resultados obtidos e, sempre que
possível, a comparação dos mesmos com os valores
da literatura/conhecidos e/ou os previstos teoricamente.
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Temas de Física Clássica
1. Corda vibrante;
modos estacionários:
teórica,
guia e realização
experimental
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Conceitos relevantes a reter:
- Vibrações e ondas
- Ondas propagantes e ondas estacionárias
- Lei
de Laplace
- Ressonância (Queda
da Ponte Tacoma: explicação: ressonância
versus não-ressonância)
- Sistema linear, equação linear, e
princípio de sobreposição
- Lei
de Hooke
- Modos
próprios ou normais ...
- Massa versus peso
- Normas e
regras de
escrita das grandezas físicas
- Representações gráficas da
frequência versus o número de modos (mantendo o
comprimento e a tensão); frequência versus tensão
para um dado modo; frequência versus o comprimento da corda para
um dado modo.
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2. Propagação de ondas EM num cabo
coaxial
teórica,
guia e realização
experimental
(descarregar
preferencialmente a partir do moodle)
"A
wave lab inside a coaxial cable," João M Serra, Miguel C
Brito, J Maia Alves and A M Vallera, European Journal of Physics,
Volume 25, Number 5, DOI: 10.1088/0143-0807/25/5/001
VER TAMBÉM OS VÍDEOS:
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Conceitos relevantes a reter (os links
são meramente indicativos):
- Geração e propagação de
ondas eletromagnéticas
- Meios com perdas (atenuação),
dispersão,
meios
dispersivos, e espalhamento
("scattering")
de ondas
- Reflexão e transmissão de ondas na
fonteira entre dois meios com propriedades eletromagnéticas
distintas (impedâncias características distintas)
- Impedância
característica do vácuo e impedância
característica de um meio material
-
What
is impedance, input impedance and output impedance
- Impedância,
adaptação
de impedâncias, impedâncias do gerador, da carga e dos
aparelhos de medida (e.g. osciloscópios)
- Coeficientes de reflexão e de transmissão
- Espetro eletromagnético e bandas das
radiofrequências
- Velocidade
de fase e velocidade de grupo de uma onda eletromagnética
- Propagação livre e propagação guiada,
tipos de guias de onda (cabos coaxiais, fibras
óticas, etc.)
- Cabos
coaxiais e tipos de
conetores coaxiais (BNC, SMA, SMB, etc.) e frequências/largura
de banda/bandas de operação
- Linhas de
transmissão, guias de
onda e impedância
caraterística de uma linha de transmissão
- Impedância característica de um cabo
coaxial e capacidade e indutância por unidade de comprimentos
- Velocidade de fase e velocidade de grupo de uma onda
eletromagnética num cabo coaxial
- Terminação de uma linha de
transmissão (e.g. cabo coaxial) em curto-circuito, com carga
igual à impedância característica do cabo, e em
circuito aberto, e coeficientes
de reflexão e de transmissão.
- Ressonância, cavidades ressonantes
(e.g. cavidades Fabry-Pérot, lasers), e frequências de
ressonância
- Decibel
(dB)
- Blindagem
eletromagnética e gaiola de Faraday
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3.
Óptica geométrica
teórica,
guia
e realização
experimental
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Conceitos relevantes a reter:
Fontes de luz monocromática, fontes de luz
branca e fontes
de luz (solar) natural. Luz
laser.
Ótica Física e Ótica Geométrica,
conceito de raio de
luz. Teorema de Malus e Dupin.
Meios transparentes, translúcidos e opacos.
Propagação
da luz, dioptro, princípio de Fermat (caminho/percurso ótico
mínimo - caminho mais curto).
Dispersão da luz, Arco-íris (primário e secundário).
Refração do ar. Miragens e aparições.
Comunicações óticas em
espaço livre.
Reflexão especular e reflexão difusa. Reflexão,
refração da luz, reflexão total da luz, e
reflexão interna total frustrada (RITF).
Experiências de Colladen Tyndall - guiagem da luz; fibras óticas. Aplicações das
fibras óticas e os sistemas de comunicação usando
fibras óticas.
Formação de imagens: Espelhos côncavos e
convexos. A reversibilidade dos raios. Dioptro. Lentes (finas, grossas e compostas),
potência de uma lente, dioptria. Aberrações. Amplificação versus ampliação.
Olho,
lupa, defeitos de visão, câmara escura, câmara fotográfica,
microscópio composto, telescópios, telescópio espacial Hubble. Lentes de Fresnel.
Curiosidades/questões
acerca da luz:
O que é que representa, do
ponto
de vista físico, uma fonte de luz branca?
O que é a luz cinzenta? O que é a
triboluminescência?
O que é um condensador ótico? O que é o ponto cego
do olho?
Qual é a diferença entre os fenómenos de
espalhamento da e de dispersão da luz?
Porque é que vemos, em certas condições, a nossa
imagem numa superfície de vidro transparente?
Cada diamante tem o seu "fogo". Porque é que os diamantes
são lapidados?
Porque é que o diamante lapidado parece cintilar?
O que é o processo conhecido por "subtração de
cores"?
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4.
Interferências em Ondas
teórica, guia e realização
experimental
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5.
Micro-ondas e polarização
teórica, guia e realização
experimental
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Apresentação
oral de um dos 5 primeiros trabalhos
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Bibliografia recomendada
Physics
for Scientists and Engineers with Modern Physics, Raymond A.
Serway, John W. Jewett Jr, Thomson,Brooks/Coles, 6ª
edição, 2004;
The
Physics of Vibrations and Waves, H. J. Pain, Wiley, 6ª
edição.
Página
da disciplina no Moodle
Textos informativos e apontamentos:
- Física
moderna [No princípio (35), radiação do corpo
negro (44), efeito fotoelétrico(55), efeito de Compton (61),
espetros de emissão e absorção atómicos
(67), ação laser e lasers (92), dualidade
onda-partícula da luz (117), difração de raios X
(125), Natureza ondulatória da matéria (135),
Difração com feixes corpusculares (149), Princípio
de incerteza de Heisenberg (154), Mecânica Quântica (165),
modelos atómicos (193), moléculas e matéria
condensada e espetros moleculares (213), estruturas cristalinas e
ligações em cristais (220), metais, dielétricos,
semicondutores e dispositivos (266), supercondutividade (302),
Física Nuclear, RMN, MRI, radioatividade, datação
radioativa, energia nuclear (315)]
- Eletromagnetismo e
ótica [Eletrostática (17), Campo Elétrico
(37), dipolo elétrico (67), lei de Gauss (74), potencial
elétrico (108), corrente elétrica e resistência
(131), capacidade e dielétricos (159), magnetostática
(177), eletricidade e magnetismo, força de Lorentz, força
de Laplace, lei de Gauss, bomba eletromagnética (188),
fontes de campo magnético e lei de Ampere (221),
indução eletromagnética (241), indutância e
circuitos de corrente alternada (280); equações de
Maxwell e ondas eletromagnéticas (297),
polarização, polarizadores e efeito de Faraday (314),
natureza da luz e espetro eletromagnético (um pouco de
história), campo ótica e fotões (349),
produção e transporte de onda eletromagnéticas,
vetor de Poyting, irradiância, constante solar, pressão de
radiação (350), antenas (360), transmissão de
informação (376), natureza da luz 2
(difração, experiência de Young, velocidade
da luz, efeito fotoelétrico)(385), perceção da cor
(403), emissão de luz pelos sólidos (410), luz
laser (417), propagação da luz (430), leis da
ótica geométrica
(437), dispersão da luz, arco-íris e fenómenos
óticos
atmosféricos (456), sistemas de
óticos/optoeletrónicos para comunicações
(467), ótica geométrica, formação de
imagens, espelhos, lentes, aberrações (477),
instrumentos óticos (530), interferência e
interferómetros (552), difração e redes de
difração (571), holografia (595)].
- Física
Experimental - Ótica 1 [Natureza da luz, ondas
eletromagnéticas (OEM) (26), produção e
propagação de ondas eletromagnéticas (46), leis da
ótica geométrica (85), polarização e
polarizadores (104), interferência e interferómetros
(120), difração (139), holografia (163), ótica
geométrica (169), perceção da cor (244),
espetroscopia (248), dispersão da luz (250), transmissão
de informação usando sinais EM -
comunicações óticas]
- Física
Experimental - Ótica 2 [Lasers, interferência,
interferómetros, deteção de ondas gravitacionais,
holografia]
Avaliação
A avaliação da
disciplina terá em consideração as componentes
(com
uma média pesada de 62% e 33%, respetivamente):
- contínua: realização dos trabalhos
práticos; realização de questionários a
entregar antes da aula prática; entrega de um relatório
escrito de um trabalho prático; e a exposição oral
de um outro trabalho prático.
- Teste final
A participação nas aulas de discussão e
preparação dos trabalhos corresponderá aos
restantes 5% da classificação. A falta de cuidado com o
material de laboratório implicará
penalizações na avaliação da componente
laboratorial
Para aprovação na disciplina a nota no teste não
poderá ser inferior a 8 valores e a nota da
avaliação contínua não poderá ser
inferior a 10 valores.
A nota final é obtida pela média das componentes de
avaliação contínua e teste final, pesada pelas
percentagens correspondentes, adicionada de: 1 valor para a
participação nas aulas de preparação igual
ou superior a 75%; 0,5 valor se essa participação for
inferior 75% e igual ou superior a 50%. Será obrigatório
utilizar e preencher um caderno de laboratório (de consulta no
teste)
durante as aulas práticas.
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