Fundamentos de Física

Unidade Curricular / Curricular Unit
Fundamentos de Física/Fundamentals of Physics

Ciclo de Estudos / Study Cycle
Engenharia Informática/ Computer Engineering

Nome do Docente Responsável
Joaquim Manuel Guerreiro Marques

Nome do Docente Adicional
Cristiane Ferreira

Objectivos de aprendizagem (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes)
São objectivos desta unidade curricular:
(i) a familiarização com o vocabulário elementar e rigoroso da Física;
(ii) a obtenção dos conhecimentos fundamentais para a compreensão da fenomenologia de Física;
(iii) a interpretação de informação apresentada de forma gráfica;
(iv) o desenvolvimento das capacidades de análise dos fenómenos físicos, recorrendo ao estudo de aplicações específicas e a simulações computacionais;
(v) a resolução de forma criativa mas rigorosa, individual e/ou em grupo, de exercícios e na comunicação oral e escrita dos resultados.

São ainda exploradas aplicações à Engenharia Informática, nomeadamente nos trabalhos de avaliação realizados.

Learning outcomes of the curricular unit
The aims of this curricular unit are:
(i) to acquire a fundamental and precise vocabulary within the scope of Physics;
(ii) to obtain the essential knowledge to the understanding of Physics phenomenology within the scope of Physics;
(iii) to analyze the information presented in graphs;
(iv) to develop the analysis capability of physical phenomena with resort to the study of specific computer applications and simulations;
(v) to solve exercises in a creative but precise way, both individually and/or in group, as well as in verbal and written presentation of data.

Furthermore applications aiming Computer Engineering are used, namely in the assessment group work.  

Conteúdos programáticos
O programa desta unidade curricular está organizado nos seguintes capítulos:
1 – Introdução à Física: exemplos de modelos simples da realidade.
2 – Grandezas, dimensões e unidades.
3 – Movimento a uma dimensão.
4 – Movimento a duas e três dimensões.
5 – Movimento dos projécteis e Movimento curvilíneo.
6 – Leis de Newton.
7 – Forças de atrito e aplicações das leis de Newton.
8 – Momentos de forças.
9 – Trabalho e energia.
10 – Conversão de energia.
11 – Momento linear.
12 – Rotação e momento angular.
13 – Gravitação e Campos de Forças.
14 – Introdução ao Eletromagnetismo.
15 – Elementos de Oscilações, Ondas e Óptica.
16 – Elementos de Hidrostática, Hidrodinâmica e Termodinâmica.
17 – Aplicações da Física às Ciências Informáticas, Físicos notáveis e análise de artigos científicos.

Syllabus
The program of this course is organized into the following chapters:
1 – Introduction to Physics: simple models of reality.
2 – Quantities, units and dimensions.
3 – Motion in one dimension.
4 – Motion in two and three dimensions.
5 – Motion of projectiles and curvilinear motion.
6 – Newton’s Laws.
7 – Frictional forces and applications of Newton’s laws.
8 – Torques.
9 – Work and energy.
10 – Energy Conversion.
11 – Linear momentum.
12 – Rotation and angular momentum.
13 – Gravity and Force Fields.
14 – Introduction to Electromagnetism.
15 – Elements Oscillations, Waves and Optics.
16 – Elements of Hydrostatics, Hydrodynamics and Thermodynamics.
17 – Applications of Physics to the Computer Sciences, notable Physicists and analysis of scientific articles.

Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos da unidade curricular
A coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos principais da unidade curricular pode ser demonstrada evidenciando que a familiarização com o vocabulário básico da Física é feita ao longo de todos os capítulos mas principalmente no capítulo introdutório; os principais fenómenos da mecânica são estudados recorrendo ao estudo de aplicações específicas e a simulações computacionais; a interpretação de informação apresentada de forma gráfica é feita no estudo dos gráficos posição-tempo, velocidade-tempo e aceleração-tempo nos vários capítulos sobre o estudo do movimento; finalmente a resolução de forma criativa mas rigorosa, individual e/ou em grupo, de exercícios e na comunicação oral e escrita dos resultados e feita através da elaboração e apresentação de um trabalho de grupo.

Demonstration of the syllabus coherence with the Curricular Unit’s objectives
The consistency of the syllabus with the main objectives of this curricular unit can be proved by emphasizing the learning of the basic vocabulary of Physics throughout all the chapters but especially in the introductory chapter, the main mechanical phenomena are studied using the study of specific computer applications and simulations; the analysis of the data presented graphically is carried out in the study of position-time graphs, velocity-time and acceleration-time in the various chapters concerning the study of motion; at last the solving of exercises in a creative but precise way, individually or in group, both with oral and written presentation of data is accomplished throughout the drawing up of a group task.   

Metodologias de ensino (avaliação incluída)
A metodologia de ensino baseia-se em aulas teóricas e aulas práticas. Nas aulas teóricas os assuntos são introduzidos recorrendo à projecção de slides disponibilizados previamente. Nas aulas práticas são resolvidas fichas de trabalho, na primeira parte da aula pelo docente, na segunda parte pelos discentes.

A avaliação contínua é constituída pelas seguintes componentes:

(i) São realizados 2 testes (T1 e T2). Estes testes serão marcados no início do semestre com os alunos.

(ii) É realizado um trabalho em grupo (TG).

(iii) Duas frequências (F1 e F2). Estas provas serão marcadas no início do semestre com os alunos.

Nota da Avaliação Contínua (AC)
AC= 0.4 F1+0.4 F2 + 0.1 TG + 0.05 T1+0.05 T2

Os alunos que tenham obtido notas finais iguais ou superiores a 16 valores, terão que defender a nota em prova oral. Caso os alunos optem por não realizar esta prova, a sua nota final será de 15 valores.

O aluno poderá obter a aprovação à unidade curricular por exame final.

Planned learning outcomes, teaching methods and assessment methods and criteria
The teaching methodology is based on both practical and theoretical lessons. In the latter the topics are introduced by using the projection of slides previously available.
 
In the practical lessons the students solve worksheets: in the first part of the lesson the professor solves the exercises, on the second part these are solved by the students.

Students can choose between continuous assessment and final examination. Continuous assessment consists of:
(i) 2 tests (T1 and T1) – these will be fixed.
(ii) 1 group work (TG)
(iii)  2 frequencies (F1 and F2) – these will be fixed.

Marks (continuous assessment, CA)

CA=  0.4 F1+0.4 F2 + 0.1 TG + 0.05 T1+0.05 T2

Students who achieve a grade higher than 15 shall be subject to an oral examination in case the student does not comply with this rule, his final grade will be 15.

Demonstração da coerência das metodologias de ensino com os objectivos de aprendizagem da unidade curricular
A disponibilização prévia dos acetatos das aulas permite que o aluno prepare com antecedência as aulas e que participe de forma activa no processo de aprendizagem. A resolução de problemas nas aulas práticas permite o desenvolvimento das capacidades de análise dos fenómenos físicos estudados. Os trabalhos permitem desenvolver a comunicação oral e escrita dos resultados. A elaboração de um artigo permite a introdução ao aluno à investigação científica baseado nos fenómenos e modelos estudados.

Demonstration of the teaching methodologies coherence with the curricular unit’s objectives
The previous availability of the transparencies allows the students to prepare the lessons in advance and be involved in the learning process. The solving of problems in the practical classes allows the development of the ability to analyze the physical phenomena already studied. The assignments enable the development of oral and written communication of data. The preparation of an article enables the student for scientific research based on phenomena and models already studied.

Bibliografia Principal / Main Bibliography
[1] Serway, R. A. & Jewett. J. W. (2014) Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 9th Ed., Sauders.
[2] Tipler, P.A. & Mosca, G. (2007) Physics for Scientists and Engineers, 6th Ed., W.H. Freeman.
[3] Marques, J.M.G. (2015) Introdução à Física 1 – Mecânica com aplicações às ciências Aeronáuticas e Informáticas. Folhas de Apoio.
[4] Marques, J.M.G. (2015) Introdução à Física 2 – Elementos de eletromagnetismo com aplicações às ciências Informáticas. Folhas de Apoio.
[5] Almeida, G. (1997) Sistema Internacional de Unidades (SI). 2ª Edição, Plátano Edições Técnicas.
[6] Costa, A. (2003) Erros e Algarismos Significativos, Gazeta da Física, Vol. 26 (4), pp. 4-10.
[7] Chapman, S.J. (2003) Programação em MatLab para Engenheiros, Thomson.
[8] Feynman, R.P. (1988) Está a brincar, Sr. Feynman?, Gradiva.
[9] Fiolhais, C. (1991) Física divertida. Gradiva.
[10] Marques, J.M.G. (2015) Elementos de Cálculo. Folhas de Apoio