UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA SYLLABUS MATERIA: Fundamentos de Física CÓDIGO: UFIS100 NOMBRE DEL PROFESOR/A: Ing. Rafael Espinosa S.CRÉDITOS: 3 No HORAS PRESENCIALES: 48 No HORAS NO PRESENCIALES: 96 AÑO: 2011 PERÍODO: Intensivo II 2011 DÍAS: Lunes - Jueves HORARIO: 09:20 - 11:00 AULA: Aula I Fecha elab. syllabus: 22/12/2010 1.- DESCRIPCIÓN La presente asignatura pretende dar al estudiante los conocimientos necesarios para que comprenda y se familiarice con los diversos fenómenos físicos que ocurren en la naturaleza, así como el sustento matemático que rige el comportamiento de dichos fenómenos. La asignatura, es un introductorio al mundo de la física y se centra en el uso del razonamiento, la lectura comprensiva, la inferencia de conocimientos, y la crítica reflexiva para procesar la información proporcionada por el docente o adquirida por el propio estudiante; y utilizarla en la resolución de problemas relacionados con ciertos fenómenos. 2.- JUSTIFICACIÓN Esta asignatura resulta imprescindible dentro de la carrera de ingeniería en sistemas, telecomunicaciones y electrónica, ya que ayuda al estudiante a comprender ciertos fenómenos físicos que ocurren en la naturaleza y que están muy relacionados con su profesión. Los conocimientos y destrezas adquiridas a lo largo del período serán de mucha utilidad ya que se complementarán con los de asignaturas fundamentales posteriores, para construir conocimientos sólidos aplicables en la vida profesional. 3.- OBJETIVOS 3.1 GENERAL Incentivar el análisis de los fenómenos físicos, principalmente las de la mecánica en su aplicación al campo de la ingeniería. Desarrollar aptitudes y habilidades en el manejo e interpretación de lecturas de instrumentos de laboratorio, sobre los diversos fenómenos físicos. - - 3.2 ESPECÍFICOS Proporcionar las herramientas necesarias para que el estudiante plantee y resuelva problemas relacionados con fenómenos físicos, utilizando un lenguaje común y demostrando rigor científico en los procesos. Brindar los conocimientos necesarios para que el estudiante utilice las herramientas matemáticas adecuadas en el planteamiento y resolución de problemas. 4.- COMPETENCIAS El estudiante a la conclusión del curso va a desarrollar las siguientes competencias: TRANSVERSALES Instrumentales: · Capacidad de abstracción análisis y síntesis, en física, observación del mundo de Física. · Capacidad para organizar y planificar. · Conocimientos generales básicos de física. UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA · Capacidad de comunicación oral, escrita y aplicación correcta de lenguaje científico, precisión de términos. · Lectura de textos, artículos, libros científicos. · Habilidad de manejo del ordenador. · Habilidad para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. · Resolver problemas, identificar, y tomar decisión. Interpersonales: · Capacidad trabajar en equipo · Capacidad crítica y auto crítica · Comunicarse con otras áreas, actuar en nuevas situaciones · Valoración y respeto por la diversidad y multiculturalidad, como garantía de libertad y responsabilidad ciudadana. · Compromiso ético. · Habilidad para trabajar en contextos internaciones Sistemáticas: · Aprendizaje autónomo y la capacidad de aprender. · Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica en el real. · Capacidad de comunicación y creatividad. · Capacidad actuar en nuevas situaciones y generar nuevas ideas, construir los contenidos propios de física. · Capacidad para formular y gestionar proyectos y motivación con temas · Sensibilidad con temas de medio ambiente, archivador científica en ésta área. ESPECÍFICAS Cognitivas: · Conocimiento preciso de los conceptos en la asignatura. · Analizar / interpretar los resultados. · Utilizar terminología específica, vocabulario específico, lenguaje matemático para cuantificar los fenómenos. · Resolución de cuestiones y problemas números en el forma correcta con las unidades adecuadas. · Saber cómo se genera el conocimiento científico y conectar en forma racional la información con conocimientos ya existentes. · Conocer casos de la realidad industrial relacionados con los contenidos de la materia · Buscar soluciones para avanzar hacia el desarrollo sostenible y particular de manera responsable en la toma de decisiones. Instrumentales: · Buscar la información, recoger; seleccionar; procesar y presentar de dicha información tanto verbal como numérica, gráfica, simbólica, organizar de manera coherente. · Conectar diferentes temas de asignatura. · Mejorar las destrezas asociados al uso de las tecnologías de la información en el aprendizaje de la ciencia, simulando situaciones seleccionando información. · Saber tratamiento de los datos. Actitudinales: · Realizar trabajos prácticos; laboratorios y ext. Con la responsabilidad. · Mantener actitud de aprendizaje. · Poseer actitud de curiosidad permanente · Habilidad para realizar preguntas y cuestionar las respuestas ante las necesidades del mundo que nos rodea, los humanos y medio ambiente. UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA 5. - CONTENIDOS PROGRAMATICOS Programa Sintético: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Introducción y Repaso Matemàtico Introducción a Laboratorio de Física Magnitudes y Fuerzas. Cinemática de una partícula. Dinámica de una partícula. Trabajo y Energía. Dinámica de un sistema de partículas. Cinemática y Dinámica del cuerpo rígido. Movimientos oscilatorios. Ondas. Programa Analítico CAPITULO 1. Introducción y Repaso Matemático Objeto de la Física. El método científico y la experimentación. Método deductivo e inductivo. Fenómenos, hipótesis y leyes. Fundamentos, Validez y alcance de las leyes. Sistemas de Unidades. Magnitudes escalares y vectoriales. Componentes de un vector. Suma gráfica y analítica de vectores. Operaciones con vectores. Producto vectorial, escalar y mixto. Sistemas de ecuaciones algebraicas. Herramientas de análisis matemático. Tiempo 2 días CAPITULO 2. Introducción a Laboratorio de Física Medición en laboratorio. Medidas directas (aparatos de medida).Medidas indirectas Representaciones gráficas Ajuste por mínimos cuadrados Tiempo 2 días CAPITULO 3. Magnitudes y fuerzas. Fuerza y peso. Composición y descomposición de fuerzas. Fuerzas concurrentes. Polígono de fuerzas. Polígono funicular. Momento axial y polar de una fuerza. Momento de fuerzas concurrentes. Teorema de Varignón. Aplicaciones. Centro de Gravedad y Centro de masa. Cupla o par de fuerzas. Composición de fuerzas aplicadas a un cuerpo rígido. Condiciones de equilibrio de una partícula y de un cuerpo rígido. Tiempo 2 días CAPITULO 4. Cinemática de una partícula. Movimiento rectilíneo. Velocidad y aceleración. Representación vectorial. Caso de caída libre y de tiro vertical. Movimiento curvilíneo general. Velocidad y aceleración. Movimiento bajo aceleración constante (Tiro oblicuo). Movimiento circular, velocidad y aceleración angular. Movimiento relativo. Velocidad relativa, aplicación a la traslación y rotación uniforme. Centro y eje de rotación instantánea. Movimiento helicoidal. Movimiento relativo respecto a la Tierra. Transformaciones de Lorentz. Velocidades, consecuencias, dilatación del tiempo. Contracción de la longitud. Tiempo 3 días CAPITULO 5. Dinámica de una partícula. Leyes de la Dinámica. Impulso lineal. Principio de conservación del impulso. Definición dinámica de la masa. Segunda y tercera ley de Newton. Concepto de fuerza. Sistemas con masa variable. Rozamiento por deslizamiento y rodadura. Torque y momento angular de una partícula. Fuerzas ficticias y sistemas no inerciales. Fuerza elástica o restauradora de un resorte UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA Tiempo 3 días CAPITULO 6. Trabajo y energía. Trabajo. Potencia. Unidades. Energía cinética. Trabajo de un fuerza de magnitud y dirección constante. Energía potencial, aplicación a los cuerpos elásticos. Conservación de la energía. Fuerzas no conservativas y su trabajo. Tiempo 2 días CAPITULO7. Dinámica de un sistema de partículas. Introducción. Centro de masa de un sistema de partículas. Velocidad. Impulso. Fuerzas internas y externas. Masa reducida. Energía cinética. Conservación de la energía de un sistema de partículas. Colisiones elásticas y plásticas. Coeficiente de restitución. Tiempo 2 días CAPITULO 8. Cinemática y Dinámica del cuerpo rígido. Cuerpo rígido. Centro de masa y centro de gravedad. Cinemática del cuerpo rígido: Movimiento rotatorio y de traslación. Las ecuaciones de movimiento del cuerpo rígido. Momento de inercia. Conservación del momento angular. Energía cinética de rotación. Análisis del movimiento del cuerpo rígido desde la energía. Teoremas de los ejes paralelos y perpendiculares para el cálculo de los momentos de inercia. Rodadura pura. Ejemplos de dinámica del cuerpo rígido libre y vinculado. Péndulo físico y de torsión. Condiciones de equilibrio estático para el cuerpo rígido. Tiempo 2 días CAPITULO 9. Movimientos Oscilatorios. Ecuaciones del movimiento armónico simple. Composición del M.A.S. Igual frecuencia de igual dirección y de direcciones perpendiculares. Fuerza y energía en el movimiento armónico simple de un cuerpo elástico. Péndulo simple. Péndulo físico. Péndulo de torsión. Oscilaciones amortiguadas y forzadas. Tiempo 3 días UNIDAD 10: Ondas. Ondas mecánicas. Ondas viajeras unidimensionales. Superposición e interferencia de ondas. La velocidad de ondas en cuerdas. Reflexión y transmisión de ondas. Ondas senoidales. Energía transmitida por ondas senoidales en cuerdas. La ecuación de onda lineal. Ondas sonoras. Ondas esféricas y planas. Efecto Doppler. Superposición y ondas estacionarias. Superposición e interferencia de ondas senoidales. Ondas estacionarias. Pulsaciones: interferencia en el tiempo. Tiempo 3 días LISTADO DE ACTIVIDADES PRÁCTICAS EXPERIENCIAS DE LABORATORIO: Laboratorio N°1: Cálculo de la densidad de un cilindro metálico. Mediciones directas e indirectas. Proceso de medición. Errores casuales y sistemáticos. Mediciones directas. Mediciones indirectas. Propagación de errores. Precisión y exactitud de un resultado UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA Laboratorio N° 2: Determinación de la aceleración de la gravedad Caída libre .Leyes de Newton. Variables cinemáticas. Objetos en caída libre. Representación gráfica y analítica del movimiento. Mediciones directas. Varias mediciones de la misma magnitud. Teoría de Gauss. Índices estadísticos de precisión. Precisión y exactitud de un resultado. Histograma Laboratorio N° 3: Determinación de la aceleración de un objeto que se desliza en un plano inclinado Cinemática y dinámica del Movimiento unidimensional. Leyes de Newton. Variables cinemáticas. Representación gráfica y analítica del movimiento. Regresión lineal. Método de los cuadrados mínimos. Laboratorio N°4: Determinación de la constante de elasticidad de un resorte Ley de Hooke. Constante elástica de un resorte Método de los cuadrados mínimos. Regresión lineal. Coeficiente de correlación lineal. Laboratorio N° 5: Obtención de parámetros característicos de un sistema con Movimiento armónico simple Conservación de la energía mecánica. Movimiento armónico simple. Representación gráfica y analítica del movimiento. Análisis de curvas de energía potencial y cinética. Conservación de la energía. Laboratorio N° 6: Determinación de la constante de amortiguamiento de un resorte que describe un Movimiento oscilatorio amortiguado Movimiento oscilatorio amortiguado. Representación gráfica y analítica del movimiento. Transformación de energía. Laboratorio N° 7: Determinación del momento de inercia de un cilindro Dinámica rotacional. Velocidad y aceleración angular. Relación entre cinemática lineal y angular. Energía en el movimiento rotacional. Momento de inercia. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PRÁCTICOS: TPNº 1: Mediciones, instrumentos de medición. TPNº 2: Estática, estática con rozamiento. TPNº 3: Cinemática, movimiento rectilíneo, C. Gráficos, encuentro, caída libre. TPNº 4: Movimiento en el plano, movimiento circular. TPNº 5: Dinámica, dinámica con movimiento circular. TPNº 6: Trabajo y energía, impulso y cantidad de movimiento. TPNº 7: Dinámica de rotación. TPNº 8: M.A.S. TPNº 9: Ondas 6.- METODOLOGIA El desarrollo de los teóricos y prácticos tendrán como eje la realización de experiencias de laboratorio y resolución de problemas. Clases Teóricas: se busca que los alumnos conozcan los fundamentos teóricos de los Trabajos Prácticos a realizar. Trabajos Prácticos: consistirán en el desarrollo de experiencias de laboratorio y resolución de problemas. Experiencias de Laboratorio: es necesario que el alumno asista habiendo realizado un estudio previo de la experiencia a realizar, quedando a cargo del docente de prácticos, una breve explicación en la clase anterior a la experiencia. UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA Resolución de Problemas: el docente desarrollará problemas en clase, lo suficientemente abarcativos del tema que se trate, para proponerle al alumno herramientas que complementen los conocimientos impartidos en los teóricos, con la finalidad de fortalecerlos para enfrentar la resolución de los problemas propuestos en la guía. Los problemas de la guía deben ser resueltos por los alumnos. Los alumnos deberán presentar una carpeta con los siguientes contenidos: 1) ficha de inscripción; 2) desarrollo de los problemas hechos en clase y los de la guía; 3) resultados de las experiencias de laboratorio con el informe correspondiente. El desarrollo de la clase será manejado a través de: · Clase magistral, conferencias · Dinámica en grupos · Prácticos individuales / grupos. · Análisis de lecturas /discusión · Evaluación de resultados · Análisis de resultados · Método de casos, método de preguntas 8.- EVALUACIÓN La evaluación será un proceso integral y continuo; y estará presente en todas las actividades que realiza el estudiante en aras de desarrollar las competencias necesarias; es decir, se evaluará actividades en clase y extra clase: Tareas enviadas centradas en la resolución de problemas. Prácticas de laboratorio. Lecciones escritas al final de cada capítulo Evaluación de los parciales. 8.1 Indicadores de Desempeño Comprende los aspectos fundamentales para la resolución de problemas. Interpreta adecuadamente las leyes que rigen los fenómenos físicos. Utiliza las herramientas matemáticas necesarias para plantear y resolver problemas. Demuestra orden y rigor científico en los procesos de aprendizaje Utiliza marcos conceptuales para tareas de experimentación. 8.2 Ponderación Prácticas de Laboratorio 20/20 Tareas enviadas 10/20 Lecciones de cada capítulo 20/20 Evaluación 50/50 Nota de Actividades 100/100 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. BÁSICA 1. Resnick, Robert, Halliday David, Krane Kenneth, “Física", Volumen 1. Capítulos 1 al 16. Compañía Editora Continental S.A. 2. Serway Raymond, “Física”. Tomo II. Sexta Edición. Editorial McGrawHill 3. Alonso R., Finn E.J, "Física", vol. I: Mecánica y. Editora Fondo Educativo Interamericano. 4. SEARS, FW; ZEMANSKY, MW, YOUNG, HD. ¨Física Universitaria¨. 6a edición.Ed. Addison-Wesley Iberoamericana, 1986. UNIVERSIDAD DE ESPECIALIDADES ESPÍRITU SANTO FACULTAD DE SISTEMAS TELECOMUNICACIONES ELECTRONICA 8.2. COMPLEMENTARIA 1. HEWITT, PG. ¨Física conceptual¨. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana 9. DATOS DEL CATEDRÁTICO NOMBRE: TITULO DE PREGRADO: E-Mail: _____________________________ Ing. Antonio Cevallos Decano Rafael Espinosa Sèmper Ingeniero Naval r_espinosa_s@hotmail.com ______________________________ Ing. Rafael Espinosa Sèmper Profesor