PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro das Ciências Exatas e Tecnologia
Plano de Ensino de Disciplina – 1º /2011
Curso: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disciplina: FÍSICA MODERNA Semestre: 1º
Período: 5º
Carga Horária: 36 h-a
Créditos: teoria
Ementa da Disciplina: Características gerais das ondas. Ondas mecânicas e eletromagnéticas. Função de onda periódica. Oscilação harmônica. Teoria ondulatória da radiação. Radiação de um corpo negro ideal. Teoria de Planck. Teoria Corpuscular da radiação. Efeito Fotoelétrico e Compton. Natureza dual da radiação. Modelos atômicos de Thomson, Rutherford e Bohr. Raios X e a estrutura atômica. Teoria ondulatória da matéria. Postulados de De Broglie. Difração de elétrons. Os princípios da complementaridade de Bohr e das incertezas de Heisenberg. A equação de Schroëdinger independente do tempo. Objetivos Gerais da Disciplina: Tratar alguns tópicos de Física Moderna e Contemporânea de modo a propiciar aos futuros engenheiros um amplo panorama da Física desenvolvida no inicio do século XX e que deu origem aos avanços tecnológicos que hoje vivenciamos.
Objetivos Específicos da Disciplina: Compreender os fundamentos gerais que norteiam a Física Quântica, desde a concepção do modelo atômico de Bohr até o comportamento dual da matéria e suas implicações nas diferentes áreas do conhecimento.
Conteúdos Programáticos: •
Fenômenos Ondulatórios (energia carregada por uma onda),
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Aspectos gerais sobre a Teoria ondulatória da radiação – comportamento ondulatório da Luz
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Espectro eletromagnético (conhecendo as diferentes radiações eletromagnéticas e exemplos de aplicações tecnológicas)
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Interferência, condições para interferência destrutiva e construtiva e demonstração 1
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experimental da lei de interferência das frestas de Young. •
Difração e Redes de difração (utilizando um CD para decompor a luz)
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Observando diferentes espectros (contínuos, atômicos, de bandas (semicondutores leds), laser e determinando comprimento de onda – Aula experimental
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Noções do modelo atômico de Bohr para explicar os espectros de linhas observados
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Comportamento corpuscular da radiação e o Efeito Fotoelétrico – a explicação de Einstein e a retomando o conceito de quantum de Max Planck para a radiação térmica emitida por um corpo negro. Utilização de softwares de simulação para a compreensão do Efeito Fotoelétrico
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Aplicações tecnológicas; Energia Solar, Transmissão de informação sem fio utilizando fotosensores (experimento de demonstração – “O radio Laser”, alarmes com fotosensores, câmeras de CCD, pinça ótica, dentre outros.
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Natureza dual da Luz
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Hipótese de De Broglie – associando uma onda à partícula
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Difração de elétrons – Experimento de demonstração
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Dualidade onda–particula e o principio da incerteza de Heisenberg
•
Densidade de probabilidade (equação de Schroedinger)
•
Retomando o modelo atômico e os números quânticos
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Emaranhados Quânticos e o Gato de Schroedinger
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Aplicações
Tecnológicas;
Pontos
Quânticos
(quantum
dots)
na
medicina,
computadores quânticos qubits, Nanotecnologia, super condutores, dentre outros.
Metodologia : - Aulas teóricas expositivas com eventual uso de recursos áudio-visuais. - Aulas práticas de laboratório e de simulação computacional.
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Critérios de Avaliação: M F = 0,3. AT + 0,2.P1 + 0,5.P 2
P1: Prova 1 P2: Prova 2 PS: Prova Substitutiva de P1 ou P2. AT: Atividades continuadas do semestre, detalhada em “Instrumentos de Avaliação”. Instrumentos de Avaliação : - Serão realizados relatórios, questionários, provas e etc, a critério do professor da disciplina e em acordo com o coordenador do curso. - Obrigatoriamente deverá existir uma atividade e duas provas no semestre. - As provas deverão ser presenciais. Bibliografia básica: • • • •
CAVALCANTE M.A & TAVOLARO C.R.C. Física Moderna Experimental – editora Manole 2a. edição- 2007. BROGUEIRA P; PEÑA T; NORONHA A.; PIMENTA M.; DEUS J.D, Introdução à Física. Ed.McGraw-Hill de Portugal.- 2a. ed., 2000. BORN, M., Física Moderna - Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 4a.ed. 1986 EISBERG, R. M & RESNICK,R., Física Quântica - Ed Campus –1994 Blogs http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/
Blog
da
disciplina
em
do
Física
que
será
disponibilizado o material do curso http://fisicamodernaexperimental.blogspot.com/
blog
livro
Moderna
Experimental Bibliografia complementar : • • • •
GILBERT,A., 0rigens Históricas da Física Moderna - Introdução Abreviada- Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa –1982. CHPOLSKI, E. Physique Atomique - Ed de Moscou –vol II –1978 WHITE, H.E. Introduction to Atomic Spectra - Ed Mac Graw Hill B. C. ,Inc USA, 1934. EISBERG, R. M, Fundamentos da Física Moderna - Guanabara Dois. RJ. 1979. 3
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• • • •
HOAG,J.B. & KORFF,S.A. Electron and Nuclear Physics. D. Van Nostrand Company, Inc., 3ª. Ed, NY, 1948. GUINIER,A, A Estrutura da Matéria. Do céu azul ao material Plástico - EDUSP - 1996. FERREIRA A A; LOURENÇO M.F; BAGNATO,V.S. “Espalhamento: observando o desconhecido indiretamente”. Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 21. N.o 1, pp 122 a 126.Março de 1999. CAVALCANTE M A; PIFFER A E NAKAMURA P. “O uso da internet na compreensão de temas de Física Moderna para o Ensino Médio” . Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 23. N.o 1, pp 108 a 112. Março de 2001
Pré-requisitos: Não há pré-requisitos
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CRONOGRAMA – TEORIA Semana Tópicos Apresentação do programa. Comportamento ondulatório- definição de freqüência, comprimento de onda, amplitude e energia propagada por uma onda. Apresentação do programa. Comportamento ondulatório- definição de freqüência, comprimento de onda, amplitude e energia propagada por uma onda. Apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/apresentacao1 fisica-moderna.html Atividade E1 disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/atvidade-e1-1osem-de-2010-fisica.html Interferência, difração e Lei e Young – Atividade E2 disponível em 2 http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/atividade-e2-fisicamoderna-2010.html Interferência e difração com CD e observação de espectros – Experimento – Roteiro R1 disponível em 3 http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1interferencia.html Difração e redes de difração – Experimentos Virtuais- atividade E3 disponível em 4 http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/03/atividade-e3difracao-e-rede-de.html Observação e estudo de espectros utilizando CD como rede de difraçãoespectro atômico do Hg Espectros com um CD - Experimento Real – Roteiro R3 disponível em 5 http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r3-espectrocom-cd.html
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Modelos Atômicos – Modelo de Bohr aula expositiva –apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/03/apresentacaosobre-modelos-atomicos.html Atividade E4 desenvolvida – disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/03/atividade-e3difracao-e-rede-de.html Modelo de Bohr e Raios X- apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/03/apresentacaosobre-modelos-atomicos.html Atividade E5 disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/03/atividade-e5modelos-atomicos-raios-x.html 5
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Comportamento Corpuscular da radiação Efeito fotoelétrico – aula expositiva apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/02/apresentacaofisica-moderna.html Atividade E6 disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/04/atividade-e6-comresumo-teorico-efeito.html Exercícios de Revisão para a prova P1- disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/04/exercicios-derevisao-prova-p1.html Prova P1 Correção de Prova e vistas de prova- exercícios de revisão – lista preparada pos - prova e disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/04/exercicios-decorrecao-da-prova.html Largura de emissão espectral de semicondutores e Determinação experimental da constante de Planck- Aula experimental – roteiro R4 disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/04/roteiro-r4largura-espectral-de-leds-e.html Dualidade onda-particula e teoria de De Broglie – Aula expositiva disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/dualidade-ondaparticula-apresentacao.html Atividade E8 (inicio)- Comportamento Ondulatório da matéria disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/atividade-e8comportamento-ondulatorio.html Dualidade onda-particula e teoria de De Broglie – Aula expositiva disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/dualidade-ondaparticula-apresentacao.html Atividade E8 (final e entrega) - Comportamento Ondulatório da matéria disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/atividade-e8comportamento-ondulatorio.html Difração de elétrons – inicio da atividade E9
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Difração de elétrons e De Broglie – atividade E9 disponivel em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/atividade-e9difracao-de-eletrons-e-de.html Equação de Schoroendinger –principio da incerteza apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/dualidade-ondaparticula-apresentacao.html Exercícios de revisão para a prova P2 disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/06/exercicios-pararevisao-prova-p2.html Prova P2 Correção de prova e vistas Densidade de Probabilidade - Emaranhado quântico ; Complementaridade de Bohr. Apresentação disponível em http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/05/dualidade-ondaparticula-apresentacao.html Prova PS
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