Ementa do curso de Física IV-A

2023.2 (presencial e semipresencial)

PARTE I

Assunto

Tópicos

Tópico 1: Ondas Eletromagnéticas

01) Equações de Maxwell;

02) Geração de Ondas Eletromagnéticas: radiação de Dipolo (qualitativo);

03) Ondas planas;

04) Velocidade de propagação;

05) Propriedades e relações entre campos elétrico e magnético;

06) Equação de Onda;

07) Amplitude, comprimento de onda, frequência natural e angular, período e número de onda;

08) Ondas eletromagnéticas em meios contínuos. Índice de refração;

09) Densidade de energia eletromagnética;

10) Fluxo de energia eletromagnética e vetor de Poynting;

11) Intensidade;

12) Fluxo de momento linear eletromagnético e pressão de radiação;

13) Ondas eletromagnéticas em uma cavidade. Modos normais de vibração.

Tópico 1: Propagação da Luz

01) Ondas, frentes de ondas e raios;

02) Índice de refração e reflexão regular;

03) Leis da Reflexão e Refração;

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

05) Ângulo de incidência crítico;

06) Luz polarizada linearmente e polarizadores;

07) Vetor de Poynting e intensidade (polarização linear);

08) Filtros polarizadores e Lei de Malus;

09) Polarização por reflexão e Lei de Brewster;

10) Polarização circular e elíptica;

11) Vetor de Poynting e intensidade com polarização circular;

12) Princípio de Huygens (qualitativo);

13) Princípio de Fermat (qualitativo);

Tópico 2: Interferência

01) Fontes coerentes;

02) Interferência de ondas em duas ou três dimensões;

03) Condições para interferência construtiva e destrutiva;

04) Experimento da dupla fenda de Young;

05) Interferência construtiva e destrutiva com fontes coerentes;

06) Interferência com duas fontes coerentes;

07) Amplitude e Intensidade em interferência com duas fontes coerentes;

08) Diferença de fase e Diferença de caminho óptico

09) Deslocamento de fase na reflexão;

10) Interferência construtiva ou destrutiva em películas finas;

11) Película fina versus delgada (qualitativo);

12) Anéis de Newton;

13*) Interferômetro de Michelson;

Tópico 2: Difração

01) Difração de Fresnel (qualitativo) e Fraunhofer;

02) Difração e Princípio de Huygens;

03) Difração de Fraunhofer for fenda simples;

04) Localização das franjas claras e escuras;

05) Amplitude e Intensidade por fenda simples;

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

07) Difração por dupla fenda;

08) Padrão de Intensidade em dupla fenda;

09) Máximo de intensidade entre as franjas escuras;

10) Interferência e Difração por múltiplas fendas no limite de Fraunhofer;

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

12) Resolução de um Espectrógrafo. Poder de Resolução;

13) Difração por Abertura circular;

14) Padrão de Intensidade por abertura circular no limite de Fraunhofer;

15) Critério de Rayleigh e poder de resolução para abertura circular e outras;

16) Difração de Raios X.

PARTE II

Assunto

Tópicos

Tópico 3: Relatividade Restrita

01) Primeiro postulado: Invariância das Leis Físicas;

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

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

04) Relatividade da Simultaneidade;

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

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

07) Transformação de Lorentz para as coordenadas;

08) Eventos no espaço-tempo vistos por diferentes referenciais inerciais;

09) Transformação de Lorentz para as velocidades;

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

11) Momento linear relativístico: Relatividade e segunda lei de Newton;

12) Massa relativística versus massa de repouso;

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

14) Experimento imaginado de Einstein para E=mc2;

15) Relação entre energia total e momento linear;

16) Energia e momento linear para um fóton;

17) Transformação de Lorentz para o momento linear e a energia total;

17) Colisões relativísticas: colisões elásticas, perfeitamente inelástica e outras.

Tópico 4: Primórdios da Mecânica Quântica;

01) Descrição qualitativa e quantitativa do experimento com o efeito fotoelétrico;

02) Frequência limite e potencial de corte;

03) Equação de Einstein para o efeito fotoelétrico;

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

05) Descrição qualitativa e quantitativa do experimento com o efeito Compton;

06) Comprimento de onda da luz espalhada. Fórmula de Compton;

07) Produção e aniquilação de pares de partículas e antipartículas;

08) Dualidade onda-partícula;

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

10) Probabilidade e incerteza;

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

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

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

14) Linhas espectrais contínuas e discretas (qualitativo);

15) Experimento de Rutherford (qualitativo);

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

17) Difração de Elétrons;

Tópico 4: Mecânica Quântica I

01) Funções de Onda e equação de Schrodinger;

02) Ondas em uma dimensão;

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

04) Equação de Schrodinger dependente do tempo em uma dimensão;

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

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

07) Partícula dentro de uma caixa;

08) Solução da equação de Schrodinger com potencial degrau;

09) Poços de potencial finito;

10) Barreiras de potencial e tunelamento.