Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

EMENTA

A crise da física clássica em 1900. O experimento de Michelson-Morley. A covariância das leis físicas. A teoria da relatividade restrita. A eletrodinâmica relativística de Einstein. A evolução do modelo atômico clássico. A descoberta do elétron: os experimentos de Thompson e Millikan. A descoberta dos raios X. Difração de raios X. Estrutura nuclear e radioatividade. As origens da teoria quântica: a radiação de corpo negro e o quantum de energia de Planck. Fótons: o efeito fotoelétrico e o efeito Compton. O átomo de Bohr. Os novos elementos indivisíveis: Partículas elementares (opcional).

JUSTIFICATIVA

A disciplina é de caráter introdutório e deve permitir ao aluno iniciar o aprendizado em duas teorias importantes: a teoria da relatividade restrita e fundamentos de mecânica quântica. A disciplina aborda diversos aspectos históricos e metodológicos das principais ideias físicas desenvolvidas a partir de 1900.

OBJETIVO

PROGRAMA

1.        Introdução à relatividade especial

a.        Sistemas de referência.

b.        Transformações de Galileu

i.        Invariância da Lei de Newton

ii.        Invariância das equações do eletromagnetismo (opcional)

c.        O experimento de Michelson e Morley

d.        Postulados de Einstein

e.        Transformações de Lorentz de coordenadas e velocidades

i.        Transformação de campos eletromagnéticos (opcional)

ii.        Medida própria. Simultaneidade. Dilatação temporal e contração espacial.

iii.        Intervalo espaço- temporal

f.        Efeito Doppler. Efeito Doppler transversal

g.        Momento relativístico

h.        Energia relativística

i.        Equivalência (conversão) massa-energia. Energia de ligação

ii.        Massa invariante

i.        Transformação de Lorentz da energia e momentum

j.        Colisões. Decaimento. Produção de pares.

2.        Modelos atômicos.

a.        A descoberta do elétron. O experimento de Thomson e Millikan

b.        Espectros de emissão atômicos

i.        Formula empírica de Rydberg-Ritz. Series de Balmer, Paschen, Lyman

c.        Modelo de átomo de Thomson

d.        Modelo de átomo de Rutherford

e.        Espalhamento de Rutherford

i.        Seção de espalhamento. Comparação com os experimentos de Geiger Mardsen

ii.        Outros experimentos de Rutherford: primeira observação de uma transmutação nuclear. Descobrimento do próton (comentário histórico - opcional)

f.        Átomo de Bohr

i.        Postulados de Bohr

ii.        Átomo de hidrogênio de Bohr. Comparação com a fórmula de emissão de Rydberg-Ritz. Correção de massa reduzida.

iii.        Principio de correspondência.

iv.        Raios X. Apresentação fenomenológica baseada no átomo de Bohr

v.        Experimento de Frank-Hertz.

3.        Origens da Mecânica Quântica

a.        Natureza de absorção. Radiação de corpo negro.

i.        Teorias clássicas. Lei de Wien. Lei de Rayleigh Jeans

ii.        Formula de Planck. Dedução da lei de deslocamento de Wien e da lei de Stefan

b.        Efeito fotoelétrico. Fótons de Einstein

i.        Hipóteses de Einstein e explicação de efeito fotoelétrico

ii.        Efeito Compton

c.        Raios X. Condição de Bragg

d.        Propriedades ondulatórias das partículas

i.        As hipóteses de de Broglie

ii.        Experimento de Davisson-Germer

iii.        Difração de elétrons e outras partículas

e.        Ondas e Pacotes de onda

f.        Partículas como pacotes de onda, interpretação de Broglie

g.        Interpretação probabilística de Max Born

i.        Propriedades da função de onda

ii.        O experimento de interferência de duas fendas. Discussão de Feynman

iii.        O principio de incerteza

iv.        Interpretação de Copenhagen

h.        A equação de Schrödinger

i.        Fluxo de probabilidade. Equação de continuidade

ii.        Soluções estacionárias

iii.        Problemas unidimensionais. Tunelamento.

i.        Tópicos adicionais (Opcional)

i.        Alguns tópicos de física nuclear

ii.        Alguns tópicos de física de partículas.

METODOLOGIA

A disciplina será dividida em três módulos, correspondentes às três provas que serão aplicadas como instrumento de avaliação.         

o        Modulo 1: Relatividade Especial  (Capítulo 1, 1.1-1.5, Capítulo 2, 2.1-2.4)

o        Modulo 2: Fundamentos Experimentais da Mecânica Quântica. (Capitulo 3, 3.1-3.4, Capítulo 4, 4.1-4.5)

o        Modulo 3: Fundamentos teóricos da Mecânica Quântica. (Capítulo 5, 5.1-5.7, Capítulo 6, 6.1-6.6)

As aulas serão expositivas realizadas de forma presencial no horário estabelecido pela coordenação do Curso correspondente.O material da disciplina será disponibilizada na plataforma Moodle que também será o veiculo de comunicação entre o docente e os alunos matriculados.Os capítulos e sessões mencionados na estrutura dos módulos da disciplina correspondem ao livro texto: Física Moderna de Paul A. Tipler e Ralph A. Llewellyn e são apenas uma referência que guia os tópicos que serão abordados. Nas aulas será apresentado informações/material que aprofunda o conteúdo do livro texto.

AVALIAÇÃO

Três provas escritas individuais e sem consulta.  As provas serão compostas por 3 questões

A nota final será a média aritmética das três provas.

O discente é considerado aprovado se atinge uma nota final maior ou igual a 60 pontos.

Avaliação de recuperação: Aos discentes que não atinjam a pontuação mínima e tiverem ao menos 75% de frequência, será aplicada uma prova escrita sem consulta abrangendo todo o material da disciplina.

A nova nota final será a media aritmética da nota final e a nota da prova de recuperação.

A assiduidade dos discentes será validada pela presença em todas as aulas síncronas.

Datas das provas.

1 prova, 4 novembro

2 prova, 9 dezembro

3 prova, 27 janeiro

Recuperação, 3 fevereiro

BIBLIOGRAFIA

Básica

• Augusto Alcalde. Notas de aula, Física Moderna (a serem progressivamente postadas no Moodle.
• Tipler P. A. e Llewellyn R. A, Física Moderna. LTC, 2010.
• Caruso F., Oguri V., Física Moderna. Origens clássicas e fundamentos quânticos. RJ: Editora Campus, 2006.
• Eisberg R., Resnick R., Física Quântica. RJ: Ed. Campus, 1979.

Complementar

• Ashby N., Miller S.C., Principles of Modern Physics, São Francisco: Holden-Day. Inc., 1970.
• Thornton S. T., Rex A. Modern Physics for Scientists and Enginners, Editora Brooks Cole, 2006.
• Robert Eisberg, Fundamentos de Física Moderna, Editora John Wiley & Sons, 1979.
• Alonso M., Finn E. J., Fundamental University Physics, vol III Quantum and Statistical Physics. Addison Wesley (1980).
• Serway R. A., Moses C. J., Moyer C. A., Modern Physics, Editora Brooks Cole, 2004.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

---

Documento assinado eletronicamente por Augusto Miguel Alcalde Milla, Professor(a) do Magistério Superior, em 18/09/2022, às 16:39, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

---

A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 3928467 e o código CRC 553E1C96.

---