Física I
Introdução Geral
Inicia-se tradicionamente em todo o mundo o estudo da Física a nível universitário
pelos Fundamentos da Mecânica. Pode-se argumentar que a razão disso vem do fato que a Mecânica é
a base da Física Pura e Aplicada. Conceitos como o de energia ou de momento angular, por exemplo,
são fundamentais para estudar da origem do Universo às propriedades
das partículas elementares, como também para compreender reações nucleares
ou bioquímicas.
É importante desde o início compreender as relações entre Física e
Matemática. A Física é uma ciência experimental e a matemática é sua
linguagem. Experimentos podem, em principio, indicar quais os
principios fundamentais relevantes e logo qual a melhor descrição
matemática do mundo. Um dos primeiros passos no estudo de fenômenos
Físicos consiste em determinar quais os fatores essenciais para
entender esse fenômeno, quais são relevantes mas secundários
e quais são irrelevantes. É necessário fazer
um julgamento que passa pela formulação de modelos teóricos que nada
mais são que uma criação da mente humana. Desenvolver essa
capacidade de abstração é um dos objetivos da formação em Física.
Podemos também dizer que a Física é a ciência da medida. A medida é
a forma como interagimos com o mundo e como determinamos se o nosso
julgamento está correto. A medida nos permite determinar as
relações entre as grandezas relevantes em um fenômeno físico e a
matemática a equacionar essas relações.
Na disciplina Física I, os estudantes serão apresentados a
diversos conceitos importantes novos e serão expostos a vários
problemas que envolvem aplicações desses conceitos de forma a
possibilitar o desenvolvimento de técnicas matemáticas e da
compreensão de como elas são aplicadas a problemas físicos, além da
construção de uma certa intuição Física. Nosso propósito é
construir uma base sólida para as disciplinas de Física mais
avançadas.
Espera-se que os estudantes dessa disciplina tenham uma postura ativa
desde o início, buscando aprender o máximo possível lendo antecipadamente
os capítulos dos livros referentes a cada aula, fazendo todos os
exercícios propostos nas listas de exercício, fazendo perguntas em aula e buscando
os professores nos horários de atendimento para esclarecer dúvidas.
A idéia é colocar a ênfase no aprendizado, que é responsabilidade de cada estudante:
os professores abrem a porta, mas o estudante é quem entra!
Para marcar essa expectativa de iniciativa e responsabilidade,
espera-se que os estudantes dessa disciplina
utilizem os três primeiros finais de semana do semestre e o Carnaval para
estudar por conta própria o livro Quick Calculus: A Self-Teaching Guide,
cujas cópias existentes em nossa biblioteca foram especialmente reservadas para eles.
Parece-nos que a melhor maneira de se familiarizar com novos conceitos
e novas ferramentas matemáticas é utilizá-los para resolver problemas
concretos. Por essa razão, os estudantes deverão resolver diversos
problemas no decorrer desse semestre.
Objetivos
O objetivo das disciplinas de Física Fundamental, Física I-IV>,
é desenvolver as ferramentas matemáticas e os conceitos fundamentais
da Física preparando os estudantes com uma base sólida para a
compreensão dos fenômenos Físicos que será aprofundada nas disciplinas
mais avançadas. Física I é a primeira dessas disciplinas
básicas. Aqui procuraremos apresentar os conceitos da Física, na
medida do possível, da forma em que são hoje compreendidos e usados
nas diversas áreas de pesquisa, ressaltando seus aspectos mais
fundamentais. Durante este semestre, os estudantes deverão se
familiarizar com:
ordens de grandeza e análise dimensional na Física
a importância de ferramentas matemática como análise vetorial, cálculo diferencial e integral para a Física
o papel das equações diferenciais na Física
simetrias e leis de conservação
os princípios da dinâmica não-relativística e suas consequências
a definição e a utilidade de diversos conceitos: momento linear, energia potencial, torque, momento angular,
momento de inércia, massa reduzida etc.
a dinâmica de corpos rígidos
a primeira interação fundamental: a Gravitação
referênciais inerciais e não inerciais
Os estudantes aprovados nesta disciplina deverão ser capazes de
formular, entender, equacionar e resolver problemas físicos relativos
aos tópicos acima. O enfoque da disciplina visa proporcionar uma
formação básica em Física, sem especificidades
ligadas à atividade futura dos estudantes.