O presente curso consiste numa introdução à Física Experimental onde os participantes poderão explorar a análise de dados e tratamento dos erros experimentais associados a experiências de eletromagnetismo realizadas com materiais correntes e com recurso ao e-lab (laboratório acessível remotamente), bem como técnicas numéricas de ajuste de funções aos modelos teóricos que as descrevem. Envolve ainda a produção duma pequena experiência artesanal com material corrente.
Público-alvo
O curso é indicado para quem pretende desenvolver uma base de conhecimentos sólidos relativamente a técnicas laboratoriais, a um nível não-graduado, tendo por base a realização de experiências práticas.
Objetivos de aprendizagem
Os participantes desenvolverão competências na análise de dados experimentais e na definição de critérios para a aceitação de um modelo teórico proposto na interpretação de uma experiência de eletromagnetismo, face aos dados experimentais obtidos.
No final do curso os(as) participantes estarão aptos(as) a:
Utilizar algoritmos numéricos em folhas de cálculo;
Analisar e propagar as incertezas das medidas;
Controlar experiências remotas;
Construir uma experiência simples de óptica;
Compreender a relação entre corrente eletrica e o campo magnético.
Pré-requisitos
Pressupõe-se que o(a) participante tenha noções matemáticas de vetores, derivadas e estudo de funções bem como a noção de campo elétrico e magnético.
Conteúdos
No curso serão abordados os seguintes aspetos:
Introdução à física experimental e seus conceitos básicos;
Ajustes numéricos a dados experimentais;
Incertezas nas grandezas derivadas;
A relação entre corrente elétrica e campo magnético;
Indução magnética;
Realização de uma experiência prática: Determinação do índice de refração pelo método de Pfund;
Realização de uma experiência remota: Variação do valor do campo magnético criado por uma bobine retangular (módulo e orientação).
Organização e duração
Este curso tem a duração de 5 semanas e é composto por uma primeira parte de introdução à física experimental. Seguidamente são apresentadas as experiências a realizar, sendo que a primeira consiste numa experiência artesanal individual executada com materiais correntes e a segunda com recurso ao e-lab, um laboratório remoto cuja experiência sugerida permite mapear tridimensionalmente o campo magnético criado por uma bobine (ou dois condutores).
Material necessário Para realizar o curso é necessário dispor de um computador com acesso à Internet, com a instalação previa de:
plataforma Java
MSExcel ou outra folha de calculo
VLC ou outro visualizador de vídeo
Sendo este curso de índole experimental também será necessário preparar, previamente ao início do curso, um conjunto de materiais simples, listados de seguida:
Experiência de óptica
Recipiente/bacia de plástico ou pyrex;
Clip/arame;
Régua/fita métrica;
Foco de luz (laser ou lanterna);
Água;
Camara fotográfica digital.
Avaliação e certificação
No final de cada tópico estão previstas as seguintes avaliações: o primeiro tópico terá por base uma avaliação sumativa; o segundo tópico será uma avaliação por pares (peer review) que envolverá a discussão de resultados experimentais; o terceiro tópico baseia-se, igualmente, numa avaliação sumativa, mas envolverá a resolução de problemas relativos ao laboratório remoto Mag3D (e-lab).
Os participantes que obtiverem classificação igual ou superior a 60% terão direito a um certificado de participação com aprovação (sem classificação atribuída).
Tutores
Horácio Fernandes
Professor associado no Técnico e investigador no IPFN, onde coordena as atividades no ISTTOK. Em 1999 criou o e-lab, o primeiro laboratório remoto no Técnico e um dos poucos no mundo desenhado para educação, com acesso livre a cerca de 20 experiências.
Os seus interesses científicos cobrem a operação em tempo real de sistemas de fusão nuclear e engenharia. Participa regularmente em atividades de divulgação científica. Foi membro do Technical Advisor Panel na F4E (a agência europeia no ITER) e é coordenador de investigação na IAEA.
João Loureiro
Doutor em Engenharia Física Tecnológica pelo Instituto Superior Técnico. Teve desde pequeno um grande interesse em física experimental, em particular na área de plasmas e fusão nuclear. Quando era aluno do mestrado em Engenharia Física Tecnológica começou a colaborar com o e-lab. Esse trabalho viria a tornar-se o tema da sua tese de mestrado para a qual criou duas experiências remotas sobre física de plasmas (a sonda de Langmuir e a curva de Paschen).
Quando não está a fazer manutenção à experiência da sonda de Langmuir trabalha com plasmas magneticamente confinados de fusão nuclear no IPFN.
Perguntas Frequentes
É necessário comprar um livro?
Não. Todos os conhecimentos de experimentalismo e metrologia necessários são apresentados nos vídeos e textos de apoio. É sugerida bibliografia para quem desejar aprofundar os seus conhecimentos.
Bibliografia recomendada
Abreu, M. C. e Matias, L. e Peralta, L. (1994). Física Experimental - Uma Introdução. Presença.
Fonseca, I. M. A. (2010). Erros Experimentais, Ajustamentos e Outras Coisas Mais. Gradiva.
D. W. Preston e E. R. Dietz, The Art of Experimental Physics. Wiley, 1991.
A. Ribeiro, P. Sebastião, e F. Tomé, Contribuição para o Desenvolvimento do Ensino da Física Experimental no IST. AEIST, 2000.
Hughes, I. G. e Hase, T. P. A. (2010). Measurements and their Uncertainties: A practical guide to modern error analysis. Oxford University Press.
