Guia de Estudos OBF

Escrito por Alex de Sousa, Ualype Uchôa e Matheus Felipe R. Borges

Introdução

Você, que é aluno do sexto ano do ensino fundamental até o terceiro ano do ensino médio, que gosta muito de física e que quer competir na Olímpiada Brasileira de Física (OBF) e sair na frente, você veio ao lugar certo. Este guia é para aqueles alunos conseguirem achar seu caminho do sucesso como autodidatas, ou mesmo para auxiliar um pouco aqueles que estão aprendendo numa sala de aula. Espero que este guia seja do seu agrado, e boa sorte nessa caminhada!

O que eu deveria saber antes de começar a estudar para a OBF?

Você precisa ter o conhecimento matemático necessário para se sair bem estudando física, portanto o conhecimento de álgebra, trigonometria, e interpretação de gráficos é essencial para se sair bem. O que pode acontecer é que se você não tiver esse conhecimento, uma questão de física de 3 passos pode sentir como 20 passos, com você a cada instante tendo que lembrar de coisas que tem que ser imediatas. (Por exemplo, você deveria saber dizer o seno de 30° sem ter que pensar por nem um segundo)

Programa da SBF

Agora vamos falar sobre como funciona a Olímpiada Brasileira de Física ou OBF. Ela é dividida por 4 níveis:

Nível Júnior: Participantes do sexto e sétimo ano do ensino fundamental.
Nível 1: Participantes do oitavo e nono ano do ensino fundamental.
Nível 2: Participantes do primeiro e segundo ano do ensino médio.
Nível 3: Participantes do terceiro ano do ensino médio.

Sobre as matérias cobradas, podemos dar uma rápida olhada no que o programa da SBF (Sociedade Brasileira de Física, organização que realiza a OBF) diz no site da OBF 2023.

Programa Básico Olimpíada Brasileira de Física.

1 - Os estudantes deverão conhecer e utilizar, preferencialmente, as unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI) com seus múltiplos e submúltiplos. Caso seja utilizado outro sistema de unidades, informações adicionais deverão ser fornecidas aos alunos para a resolução da questão.

2 - Poderão ser incluídas questões sobre assuntos que não constam do programa básico, e quando o forem, conterão informações suficientes para sua resolução.

3 - O Programa Básico será dividido da seguinte maneira:

3.1 – Nível Fundamental (6o e 7o anos) (Nível Júnior)

A - Fundamentos matemáticos necessários: Álgebra fundamental (inclui resolução de equações do 1º e 2º graus). Noções de Geometria plana: triângulos, quadriláteros e círculos, determinação de distâncias relevantes (arestas, alturas), ângulos, perímetros e áreas. Noções de geometria espacial: esfera, prismas, pirâmides, determinação distâncias relevantes, área superficial e volume. Posição de um ponto em uma reta e em um plano. Relações algébricas entre grandezas diretamente ou indiretamente proporcionais.

B - Fenômenos físicos do cotidiano: movimento de partículas e corpos, ciclo da água na Terra, ondas. Energia, formas de energia, princípio da conservação da energia.

C - Medidas de posição e tempo. Posição ao longo de uma trajetória. Distância percorrida. Rapidez média (distância percorrida por intervalo de tempo).

D - Noções de Astronomia: Movimento do planeta Terra em relação ao Sol (dia, noite, ano, estações do ano). Coordenadas geográficas.

E - Diferença entre temperatura e calor. Processos de condução de calor. As fases sólida, líquida e gasosa; mudanças de fase.

F - Conceitos de peso, massa, densidade e flutuabilidade.

G - Máquinas simples (alavancas e polias).

H - Dispersão da Luz. Arco-íris. Processo de formação da visão humana. Cores primárias da luz.

3.2 – Nível Fundamental (8o e 9o anos) (Nível I) (inclui os tópicos do Nível Júnior)

A – Conceitos básicos de Cinemática: Movimento uniforme (com análise da equação horária); Movimento uniformemente variado (com análise da equação horária).

B - Noções básicas de Gravitação: Movimentos de rotação e translação; Estações do ano; Fases lunares; Eclipses.

C – Noções básicas de Dinâmica (Leis de Newton): Conceito de massa e inércia; Formulação das 2ª e 3ª leis de Newton.

D - Conceito de Energia: Formas de energia; Conservação da energia; Calor e Temperatura; Potência e Rendimento; Escalas termométricas.

E - Medidas de Tempo, Espaço e Temperatura. Uso de equipamentos para medidas de grandezas físicas.

F – Análise de erros em medidas experimentais.

3.3 – Nível Médio (1a e 2a séries) (Nível II) (inclui os tópicos do Nível I)

A – Mecânica Clássica: Fundamentos da cinemática do ponto material (tratamento escalar e vetorial); Leis de Newton e suas aplicações; Trabalho e energia: sistemas conservativos e não-conservativos. Teorema do impulso, quantidade de movimento e sua conservação; Gravitação universal; Estática e dinâmica de corpos extensos; Hidrostática; Hidrodinâmica.

B – Termodinâmica: Termometria e escalas termométricas; Calorimetria e mudanças de fase; Dilatação de sólidos e líquidos; Propagação do calor; Comportamento térmico dos gases. Teoria cinética; 1ª e 2ª leis da Termodinâmica.

C - Óptica Geométrica: Princípios básicos; Leis da reflexão e aplicações (espelhos planos e esféricos); Leis da refração e aplicações (dioptros, lentes e instrumentos ópticos).

D – Oscilações e Ondas: Pêndulo simples, sistema massa-mola (oscilador harmônico simples); ondas periódicas: transversais e longitudinais; Propagação, reflexão e refração; Difração, interferência e polarização.

3.4 – Nível Médio (3a série) (Nível III) (inclui os tópicos do Nível II):

A – Eletromagnetismo: Carga elétrica e lei de Coulomb; Campo e potencial elétrico; Corrente e resistência elétrica, lei de Ohm; Trabalho e potência em corrente contínua; Geradores e receptores; Fenômenos magnéticos; Lei de Ampère; Indução Eletromagnética; corrente alternada; Ondas Eletromagnéticas.

B - Noções Básicas de Física Moderna e Contemporânea: Relatividade Restrita; Modelo atômico de Bohr; Dualidade onda partícula; Física Nuclear-radioatividade; Fusão nuclear; Fissão nuclear.

4 – Técnicas Experimentais em Física Nível I e II.

O conteúdo apresentado para a prova teórica serve como base para os problemas experimentais. Para a realização dos problemas propostos na prova experimental será necessária a realização de medidas experimentais. Poderão ser incluídas questões abrangendo assuntos do Programa Básico, e quando forem exigidos assuntos de níveis superiores, conterão informações suficientes para sua resolução.

Os problemas com equipamentos sofisticados não podem dominar o conteúdo das questões da prova experimental. Caso algum equipamento destes seja utilizado, a comissão fornecerá as informações necessárias para seu manuseio.

Condições adicionais:

1 - Conhecimento das técnicas experimentais básicas que permitam a realização de medidas experimentais das quantidades físicas descritas na parte teórica.

2 - Conhecimento do procedimento de utilização de equipamentos simples de laboratório, tais como: régua, paquímetro, trena, micrômetro, termômetro, multímetro simples (para medida de diferenças de potencial, corrente e resistência), potenciômetro, diodo, transistores, dispositivos ópticos simples (suportes para lentes, trilhos e outros).

3 - Erros relativos e absolutos, precisão de equipamentos e instrumentos de medida, determinação do erro de uma medida experimental, determinação do erro de uma série de medidas experimentais (média, desvio padrão), propagação de erros experimentais.

4 - Identificação de fontes de erros experimentais e sua influência no resultado final.

5 - Linearização de dependências de valores experimentais, pela escolha apropriada da transformação de variáveis, ajuste de curvas pelo método gráfico e dos mínimos quadrados.

6 - Representação dos resultados finais e seu erro associado com o uso correto do número de algarismos significativos.

7 - Uso apropriado de papeis de escalas gráficas (exemplo: papeis polares e logaritmos).

Infelizmente este programa não é tão preciso especialmente para o nível Júnior, pois algumas coisas parecem ter sido deixadas de lado e certamente há espaço para interpretação de quais matérias vão ser realmente cobradas. Por exemplo, podemos ver que no Nível 1 aparece análise das equações horárias do MRU e do MRUV, portanto não deveria haver análise da equação destes movimentos no Nível Júnior, mas considerando as provas de 2023 (ano da escrita deste guia) pode ser bem discutido se esta parte do programa foi respeitada ou não. Ainda assim tentaremos ser os mais precisos possível na escolha das matérias e livros a serem estudados com base no que vem caindo nos últimos anos. Mas antes, vamos falar sobre as fases da OBF:

1ª Fase:
- Todos que se inscreverem podem fazer esta fase que ocorre no formato online, podendo ser feita em qualquer horário pelo aluno contanto que esteja dentro do prazo disponibilizado pelo comitê organizador da OBF. A prova contém 20 questões objetivas e a partir do momento que for aberta, os competidores possuem 4 horas para responder as questões de acordo com as regras da OBF daquele ano. Para maior esclarecimento, vamos olhar para como foi executada a prova em 2023: os candidatos deviam gastar até 4 horas desde o horário de início escolhido pelo candidato para responder as questões da prova num intervalo de 7h do dia 22/06/23 até 22h do dia 24/06/23, portanto ele poderia começar tão cedo quanto 7h do dia 22/06/23 e poderia terminar tão tarde quanto 24/06/23, mas nem mais nem menos. A nota desta fase vai de 0 a 20, com cada questão 1.
2ª Fase:
- Todos os que fizerem a nota de corte da 1º Fase conseguirão realizar esta. Ela ocorre também no formato online, mas deve ser feita exatamente no horário estipulado pelo organização. Todos os competidores terão 4 horas para realizar a prova e responder as questões de acordo com as regras, mas nesta fase nós temos uma leve mudança no número de questões, conforme o seguinte:
  - Para os níveis Júnior, 1 e 3: 8 questões dissertativas.
  - Para o nível 2: 12 questões dissertativas, onde 4 destas são exclusivas para alunos de primeiro ano, mas ainda assim só poderão ser respondidas 8 das 12 questões por qualquer competidor. A diferença aqui é que enquanto os alunos do segundo ano só terão 8 questões para responder, os do primeiro ano devem escolher 8 das 12 para responderem.
- A nota desta prova vai de 0 a 80, com cada questão valendo 10.

3ª Fase Teórica:
- Todos os que fizerem a nota de corte da 2º Fase conseguirão realizar esta. Ela ocorre no formato presencial, sendo realizada no horário estipulado pelo organização. Todos os competidores terão 4 horas para realizar a prova e responder as questões de acordo com as regras, e também nesta fase nós teremos uma leve mudança no número de questões, conforme o seguinte:
  - Para os níveis Júnior, 1 e 3: 8 questões dissertativas.
  - Para o nível 2: 12 questões dissertativas, onde 4 destas são exclusivas para alunos de primeiro ano, mas ainda assim só poderão ser respondidas 8 das 12 questões por qualquer competidor. A diferença aqui é que enquanto os alunos do segundo ano só terão 8 questões para responder, os do primeiro ano devem escolher 8 das 12 para responderem.
- A nota desta prova vai de 0 a 80, com cada questão valendo 10.
3ª Fase Experimental:
- Todos dos nono ano do ensino fundamental até o segundo ano do ensino médio que fizerem a nota de corte da 2º Fase conseguirão realizar esta. Ela ocorre no formato presencial, sendo realizada no horário estipulado pelo organização. Todos os competidores terão 3 horas para realizar a prova e responder as questões de acordo com as regras. A nota desta prova vai de 0 a 100.
Resultado Final:
- Para competidores que não realizaram a prova experimental, a nota final é a da 3ª Fase Teórica, portanto não há nenhum efeito cumulativo de outras fases.
- Para os que realizaram, ainda não há efeito cumulativo, porém há uma mudança. Para calcularmos a nota final deve-se:
  - Primeiro: ajustar a escala da nota da 3ª Fase Teórica para 100, mantendo a proporção (multiplique esta nota por 1,25).
  - Segundo: Somar 60% da nota reescalonada + 40% da nota da 3ª Fase Experimental.

Livros e Assuntos

Aqui eu felizmente lhes informo que não há muitas opções boas de livros por onde estudar e tirar questões, mas as que tem funcionam quase perfeitamente. A lista geral de livros são:

Coleção do Tópicos de Física - Helou, Gualter e Newton. Enquanto estuda, os problemas de nível 1 devem ser feitos para a primeira fase, nível 2 para a segunda e nível 3 para a terceira. Problemas do nível Para raciocinar um pouco mais devem ser feitos por todos fora do nível júnior.
Coleção do Física Clássica - Caio Sérgio Calçada e José Luiz Sampaio. Enquanto estuda, os problemas de aplicação devem ser feitos para a primeira fase, reforço para a segunda e aprofundamento para a terceira.
Coleção Fundamentos de Mecânica - Renato Brito. Para alunos do nível 1 ou superior, este livro é recomendado como um reforço adicional para a terceira fase. Claro que tendo feito um dos 2 primeiros livros, você já tem uma base, então este deve ser usado somente para o que ele tem de adicional. Ou seja, é sábio pular os conteúdos que já são dominados e fazer somente os novos ou que necessitam de ajuda.
Problemas Selecionados de Física Elementar - B. B. Bukhovtsev, B. D. Krivtchenkov, G. Ya Miakishev e I. M. Saraeva. Os problemas deste livro são excelentes e muito desafiadores, devendo ser feitos por alunos do nível 1 ou superior para a terceira fase. Aqui jaz o nível máximo que as questões da OBF chegam, afiando o aluno. Por este ser um livro de problemas, ele não será citado a frente.

Sendo os 2 primeiros como livros da teoria completa, o terceiro um livro para avançarmos um pouco mais em mecânica e o quarto um livro de problemas. Os 2 primeiros devem ser usados como complementos um para o outro, você pode fazer qualquer um deles, mas caso precise de algo a mais, ajuda estar aberto a teoria (ponto mais forte do Física Clássica) ou as questões (ponto mais forte do Tópicos de Física) do outro.

Caso você fez tudo aquilo e ainda precisa de mais questões, você é um excelente aluno, parabéns! Aqui algumas fontes adicionais se você está sedento por mais problemas de física:

Provas passadas dos vestibulares do ITA e IME. Esses são os vestibulares mais difíceis do país (em termos de conteúdo), e não é por nada, as questões de física são bem desafiadoras. Pelo nível, só recomendo estas questões para os estudantes do nível 2 e 3.
Provas passadas da Olímpiada Brasileira de Ciências (OBC). Tem umas questões bem legais aqui, principalmente olhando a segunda e terceira fase.

Obviamente a melhor fonte de questões de todas são as provas passadas da OBF, portanto todos devem praticar simulados usando as provas recentes, e fazer muitas questões delas. Sem mais considerações, desejo boa sorte a todos os estudantes!