Ementa do curso de Física IV-A

Semestre 2017/2


PARTE I

Assunto

Tópicos

Ondas Eletromagnéticas

Equações de Maxwell;

Geração de Ondas Eletromagnéticas;

Radiação de Dipolo (qualitativo);

Espectro Eletromagnético;

Ondas planas;

Velocidade de propagação;

Propriedades e relações entre campos elétrico e magnético;

Equação de Onda

Amplitude, comprimento de onda, frequência angular, período, frequência, número de onda;

Ondas eletromagnéticas em meios contínuos. Índice de refração;

Densidade de energia eletromagnética;

Fluxo de energia eletromagnética e vetor de Poynting;

Intensidade;

Fluxo de momento linear eletromagnético e pressão de radiação;

Ondas eletromagnéticas em uma cavidade. Modos normais de vibração.

Propagação da Luz

Ondas, frentes de ondas e raios;

Índice de refração e reflexão regular;

Leis da Reflexão e Refração;

Frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação na refração;

Ângulo de incidência crítico;

Luz polarizada linearmente e polarizadores;

Vetor de Poynting e intensidade (polarização linear);

Filtros e Lei de Malus;

Polarização por reflexão e Lei de Brewster;

Polarização circular e elíptica;

Vetor de Poynting e intensidade com polarização circular;

Princípio de Huygens (qualitativo);

Princípio de Fermat (qualitativo);

Interferência

Fontes coerentes;

Interferência em duas ou três dimensões;

Condições para interferência construtiva e destrutiva;

Experimento da dupla fenda de Young;

Interferência construtiva e destrutiva com fontes coerentes;

Interferência com duas fontes coerentes;

Amplitude e Intensidade em interferência com duas fontes coerentes;

Diferença de fase e Diferença de caminho óptico

Deslocamento de fase na reflexão;

Interferência construtiva ou destrutiva em películas finas;

Película fina versus delgada (qualitativo);

Difração

Difração de Fresnel (qualitativo) e Fraunhofer;

Difração e Princípio de Huygens;

Difração de Fraunhofer for fenda simples;

Localização das franjas claras e escuras;

Amplitude e Intensidade por fenda simples;

Largura angular por fenda simples. Limite para a óptica geométrica;

Difração por dupla fenda;

Padrão de Intensidade em dupla fenda;

Máximo de intensidade entre as franjas escuras;

Interferência e Difração por múltiplas fendas no limite de Fraunhofer;

Intensidade para o padrão de interferência de uma rede de difração (N fendas);

Resolução de um Espectrógrafo. Poder de Resolução;

Difração de Raio-X;

Condição de Bragg: Átomos adjacentes em uma fileira e entre fileiras;

Difração por Abertura circular;

Padrão de Intensidade por abertura circular no limite de Fraunhofer;

Critério de Rayleigh e poder de resolução;

PARTE II

Assunto

Tópicos

Relatividade Restrita

Primeiro postulado: Invariância das Leis Físicas;

Segundo postulado: Limite último para a velocidade de propagação da luz;

Revisão: Transformações de Galileu para as coordenadas e velocidades entre referenciais inerciais;

Relatividade da Simultaneidade;

Relatividade dos intervalos de tempo: Dilatação do tempo, tempo próprio, fator de Lorentz e paradoxo dos Gêmeos;

Relatividade do comprimento: contração do espaço (movimento paralelo e perpendicular ao movimento), comprimento próprio e paradoxo do celeiro;

Transformação de Lorentz para as coordenadas;

Eventos no espaço-tempo vistos por diferentes referenciais inerciais;

Transformação de Lorentz para as velocidades;

Efeito Doppler para ondas eletromagnéticas: relações entre frequência e compriemnto de onda para diferentes referenciais inerciais. Movimentos relativos entre fonte e observador;

Momento linear relativístico: Relatividade e segunda lei de Newton;

Massa relativística e massa de repouso;

Força e aceleração: velocidade paralela à Forca e velocidade perpendicular à Força;

Energia relativística de uma partícula: Energia total, Energia de repouso e Energia cinética;

Experimento imaginado de Einstein para E=mc2;

Relação entre energia total e momento linear;

Energia e momento linear para um fóton;

Colisões relativísticas.

Primórdios da Mecânica Quântica;

Descrição qualitativa e quantitativa do experimento com o efeito fotoelétrico;

Frequência limite e potencial de corte;

Equação de Einstein para o efeito fotoelétrico;

Quantização da energia e constante de Planck. Momento do fóton;

Descrição qualitativa e quantitativa do experimento com o efeito Compton;

Comprimento de onda da luz espalhada. Fórmula de Compton;

Produção e aniquilação de pares de partículas e antipartículas;

Dualidade onda-partícula;

Difração e interferência de fótons únicos em fenda simples e dupla fendas;

Probabilidade e incerteza;

Princípio da incerteza de Heisenberg posição-momento e tempo-energia;

Comprimento de onda de De Broglie. Energia e frequência para uma partícula livre;

Princípio da incerteza de Heisenberg para a matéria: posição-momento e tempo-energia;

Linhas espectrais contínuas e discretas (qualitativo);

Experimento de Rutherford (qualitativo);

Modelo de Bohr para o átomo: níveis de energia (estado fundamental e excitados);

Hipóteses de Bohr;

Mecânica Quântica I

Funções de Onda e equação de Schrodinger;

Ondas em uma dimensão;

Função de onda para uma partícula livre: energia e momento em termos do número de onda e frequência;

Equação de Schrodinger dependente do tempo em uma dimensão;

Interpretação física da função de onda. Propriedades da função de onda;

Estados estacionários. Função de onda independente do tempo. Equação de Schrodinger independente do tempo em uma dimensão;

Partícula dentro de uma caixa;

Solução da equação de Schrodinger com potencial degrau;

Solução da equação de Scrodinger com potencial de poço finito.