Proposta da disciplina

Considerações gerais

Nesta disciplina, partimos da premissa de que a responsabilidade pela realização dos experimentos e análise de dados é dos alunos, cabendo ao professor e monitores introduzir os conceitos necessários, estimular a curiosidade e oferecer meios para que análises sejam realizadas com qualidade. 

A disciplina contará com três experimentos regulares, que variam entre quatro e seis semanas cada um (ver calendário na sequência). O primeiro experimento será realizado por equipes de até três alunos de uma sala e os demais experimentos serão realizado juntando-se três equipes. Os experimentos serão avaliados através de relatórios e apresentações orais com datas estabelecidas no calendário da disciplina.

A cada semana o professor sugere atividades com o intuito de gerar a base necessária para atingir os objetivos dos experimentos. Recomenda-se que o aluno discuta com o seu professor semanalmente, e que os grupos enviem seus resultados parciais, para análise de modo a ter sempre um registro do experimento que permita que  possa responder de maneira satisfatória as questões correspondentes a cada experimento.

Em termos de conteúdo, procuramos reestruturar os experimentos de modo a foca-los em objetivos físicos bem determinados. Abaixo copiamos os trechos relevantes da ementa de Física Experimental III aprovada pela Congregação do Instituto de Física da USP em maio de 2013.


Objetivos

Disciplinas experimentais devem contribuir para sedimentar nos estudantes as bases da metodologia científica bem como apresentar com clareza a importância das atividades experimentais no processo de produção do conhecimento. A fim de se atingir esse objetivo, deve-se dar ênfase ao desenvolvimento da habilidade de analisar e interpretar quantitativa e rigorosamente as medidas realizadas, com o uso dos princípios da teoria de erros, conhecimento sobre a instrumentação utilizada e de técnicas avançadas de análise de dados, inclusive simulações computacionais, assim como a habilidade de avaliar os resultados obtidos, comparando-os com teorias, modelos e outros experimentos, identificando limitações e propondo aprimoramentos. Todas as atividades devem ser planejadas para estimular o raciocínio e senso crítico, bem como para orientar o desenvolvimento da capacidade de trabalho coletivo dos alunos.

Este curso deve estimular o amadurecimento e independência dos alunos dentro de um laboratório científico. A disciplina será constituída de no máximo cinco experimentos de complexidade avançada onde o tempo médio de duração de um experimento seja de aproximadamente um mês. Os resultados experimentais só serão obtidos através de uma análise sistemática e complexa de vários conjuntos de dados, obtidos ao longo das várias semanas do experimento. Devemos focar na ideia que experimentos “não dão errado” e sim que, muitas vezes, a Natureza é demasiadamente complexa e as ferramentas que temos à disposição (experimentais e teóricas) podem ser limitadas para o seu entendimento por completo. Devemos introduzir os alunos à automatização de experimentos e simulações numéricas.

O objetivo desta disciplina é aprofundar as bases da metodologia científica através de experimentos complexos envolvendo, principalmente, aspectos do eletromagnetismo, dentre os quais:

  1. Circuitos elétricos em corrente contínua e alternada
  2. Medidas de campos elétricos e magnéticos
  3. Movimento de partículas em campos elétricos e magnéticos
  4. Aspectos das leis de Gauss, Ampère e Faraday

 Introduzir conceitos sobre:

  1. Aperfeiçoamento do conceito físico de medida.
  2. Aprendizado de técnicas para a realização de medidas científicas, tratamento e apresentação dos resultados.
  3. Aprofundamento à teoria de probabilidades e sua aplicação no tratamento de dados experimentais.
  4. Desenvolvimento de espírito crítico na confrontação de modelos teóricos e resultados experimentais.
  5. Desenvolvimento da capacidade de leitura e redação de textos científicos. Desenvolvimento da habilidade de aplicar conhecimentos adquiridos em novas situações.

Conteúdo:

Estudar experimentalmente aspectos do eletromagnetismo, dentre os quais:

  1. Circuitos elétricos em corrente contínua e alternada
  2. Medidas de campos elétricos e magnéticos
  3. Movimento de partículas em campos elétricos e magnéticos
  4. Aspectos das leis de Gauss, Ampère e Faraday

Através da realização de experimentos diversos, desenvolver habilidades para:

  1. Praticar tomadas de dados cuidadosas e sistemáticas;
  2. Identificar a existência e quantificar incertezas experimentais;
  3. Desenvolver a análise crítica do conjunto de dados.

Para o tratamento de dados, introduzir formalmente os conceitos de:

  1. Distribuições de probabilidade, incluindo gaussiana, binomial e de Poisson;
  2. Métodos diversos de ajustes de funções. Ajustes de funções não lineares.
  3. Testes de significância. O teste-t de Student

Para a análise, síntese e apresentação dos resultados:

  1. Sistematizar a apresentação e análise dos dados através de tabelas, gráficos e histogramas;
  2. Continuar estimulando a utilização do computador para a organização e análise de dados. Pode-se ampliar a utilização do computador, estimulando a utilização de simulações na descrição e previsão dos resultados;
  3. Obter da compilação dos dados as informações sobre o experimento e sobre o fenômeno físico em questão;
  4. Realizar comparações de resultados obtidos por diferentes metodologias;
  5. Criticar discrepâncias encontradas, levando em conta limitações experimentais e teóricas envolvidas na obtenção dos resultados;


Métodos utilizados

Experimentos diversos focando principalmente aspectos do eletromagnetismo

O formato adotado para a disciplina é o do laboratório aberto, ou seja, os alunos têm uma aula formal, de duas horas, no início da semana, onde são discutidos objetivos, métodos e análises anteriores. Neste formato, os alunos têm os laboratórios à disposição durante a semana para fazer as medições propostas, através de reserva antecipada.

Última atualização: sexta, 8 fev 2019, 10:43

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