CONTENIDO PROGRAMÁTICO UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FÍSICA CALOR Y ONDAS

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
CONTENIDO PROGRAMÁTICO
Fecha Emisión:
2011/09/15
Revisión No.
1
AC-DO-F-8
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FÍSICA CALOR Y ONDAS
CÓDIGO
PROGRAMA
ÁREA DE FORMACIÓN
SEMESTRE
PRERREQUISITOS
COORDINADOR DE ÁREA
DOCENTE (S)
CRÉDITOS ACADÉMICOS
HORAS DE ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO
HORAS DE TRABAJO MEDIADO O
DIRIGIDO
HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE
1002024
Ingenierías (Mecatrónica, Industrial, Multimedia,
Civil y Telecomunicaciones)
Ciencias Básicas. Sub área: Ciencias Naturales
Tercero o cuarto
1002013 Física Mecánica Teoría y Laboratorio
Luz Denny Romero Mejía
Claudia Barrera
Pilar Barrera
Ángel Chaparro
Jesús Daza
Jorge Luis Galán
Fernando Gómez
Carlos Hernández
Henry Leal
José Lemus
Sandra Medina
Daniel Mongui
Luis Eduardo Olmos
Jhoan Perez
Pedro Reyes
Edgar Rodriguez
Fery Rodriguez
Juan M. Rodriguez
Luz Denny Romero
Alba Soler
Alvaro Torres
Alvaro Vega
4
3
2
7
ENFOQUE GLOBAL DE LA ASIGNATURA
Movimiento de cuerpos rígidos, fluidos, termodinámica, Osciladores Armónicos, Ondas Mecánicas.
El uso no autorizado así como la reproducción total o parcial de su contenido por cualquier persona o entidad, estará en contra
de los derechos de autor.
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JUSTIFICACIÓN
Una gran cantidad de asignaturas del área profesional en ingeniería, desarrollan aplicaciones de las
leyes, principios y conceptos físicos de la Física de Calor y Ondas. Por esto se hace necesario que
el estudiante en su formación básica trabaje en la construcción de estos conceptos, aplique
principios y manipule las leyes de la física que rigen la mecánica de cuerpos rígidos, el
comportamiento de los fluidos, las propiedades térmicas y ondulatorias de la materia.
OBJETIVO GENERAL
De la labor del docente: Orientar al estudiante durante su construcción de los conceptos físicos
básicos de la Física de Calor y Ondas.
Motivar al estudiante para que asimile la física como perspectiva de reflexión con base en el
razonamiento inductivo que permite la creación de principios, leyes, teorías y modelos de explicación
de fenómenos naturales y aplicaciones tecnológicas.
Mostrar desde la base del razonamiento lógico deductivo, como a partir de las leyes de la física,
puede diseñar e implementar procesos para la solución de problemas científico - tecnológicos de la
Ingeniería.
Proporcionar las herramientas tecnológicas necesarias para que desde la práctica experimental
incremente el valor agregado a sus conocimientos.
Del Estudiante: Conocer como a partir de la lógica inductiva se construye el conocimiento teórico
en física y como a partir de las teorías y aplicando la lógica deductiva se solucionan situaciones
problemáticas, resaltando la relación existente entre la teoría y el experimento.
Identificar e interpretar las leyes de la Física de Calor y Ondas, que describen y explican el
comportamiento de las partículas, sistemas de muchas partículas y sólidos, desarrollando habilidad
y destreza en la aplicación de estas leyes como inicio a su formación científica - básica que le
permita sistematizar el trabajo en la solución de problemas tecnológicos.
Generar criterios, a través del conocimiento físico de la materia y energía, que le permitan valorar y
utilizar de manera científica y tecnológica los recursos naturales para un desarrollo sostenible de la
nación.
El uso no autorizado así como la reproducción total o parcial de su contenido por cualquier persona o entidad, estará en contra
de los derechos de autor.
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COMPETENCIA GLOBAL
Las competencias globales de aprendizaje se desarrollan mediante procesos de análisis al aplicar
los conceptos y leyes en la solución de problemas teóricos y prácticos, que le permitirán al
estudiante adquirir una estructura de pensamiento lógico y crítico, que se evidenciará en la madurez
intelectual.
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
Competencia para aprender a aprender
- Obtiene información sobre temas científicos, utilizando distintas fuentes, incluidas las
tecnologías de la información y la comunicación, para seleccionarla y luego emplearla,
valorando su contenido.
Competencia matemática
- Utiliza las matemáticas para modelar, analizar y resolver problemas de dinámica rotacional,
fluidos, termodinámica, oscilaciones y ondas.
- Identifica las variables de un experimento, establece y representa la relación entre las variables
matemáticamente.
Competencia en comunicación lingüística
- Realiza informes y comunica sus resultados de forma escrita.
- Comprende textos, con contenido científico y comunica sus interpretaciones de forma escrita y
oral.
Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico
- Comprende y utiliza los conceptos básicos para interpretar, analizar y establecer relaciones y/o
diferencias.
- Aplica los conceptos, leyes y principios en la resolución de problemas.
- Interpreta y analiza datos; los representa en tablas, gráficas y concluye.
ESQUEMA GENERAL DE LOS CONTENIDOS
MOVIMIENTO DE CUERPOS RÍGIDOS.
Variables angulares: posición, velocidad y aceleración. Cinemática rotacional. Relación entre
variables lineales y angulares. Relación entre energía cinética de rotación y momento de Inercia.
Cálculo de momento de inercia utilizando el teorema de los ejes paralelos. Momento de torsión.
Conceptos de trabajo, potencia, energía y ley de conservación en el movimiento de rotación.
Cantidad de movimiento angular e interpretación de su ley de conservación. Movimiento de
giróscopos y trompos. Condiciones de equilibrio para un cuerpo rígido. Las propiedades elásticas
de los sólidos (módulos de elasticidad). Trabajo asistido de laboratorio: Movimiento circular.
Momento de Inercia. Rodadura.
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FLUIDOS.
Definición de densidad, densidad relativa, peso específico y presión. Fluidos en equilibrio: variación
de la presión dentro de un fluido. Principio de Pascal, Principio de Arquímedes, Aplicaciones
(Manométrica). Dinámica de fluidos: características de un fluido ideal. Ecuaciones de continuidad, de
Bernoulli, viscosidad y la tensión superficial. Trabajo asistido de laboratorio: Densidad de sólidos y
líquidos. Viscosidad.
TERMODINÁMICA.
Conceptos de calor, temperatura, equilibrio térmico. Ley cero y definición de escalas termométricas.
Dilatación y esfuerzos térmicos. Gases ideales modelo cinético. Concepto de trabajo termodinámico
y definición de los diferentes procesos. La primera ley de termodinámica. Los procesos de
transferencia de calor: Calorimetría, cambios de estado. Formas de transferencia de calor. Modelo
de comportamiento de gases reales (ecuaciones de Van der Waals). La segunda ley de la
termodinámica: máquinas térmicas, eficiencia, ciclo de Carnot, entropía. Trabajo asistido de
laboratorio: Dilatación lineal. Calor especifico.
OSCILADORES ARMÓNICOS.
Movimientos: armónico simple, armónico amortiguado, armónico forzado y resonancia. Análisis de
aplicaciones del movimiento oscilatorio. Descripción y análisis matemático del movimiento
oscilatorio. Sistema masa resorte. Péndulo simple. Péndulo físico. Energía en los osciladores
mecánicos. Analogías entre osciladores mecánicos y electromagnéticos (circuitos RC, LC Y RLC
serie). Trabajo asistido de laboratorio: Movimiento armónico simple. Péndulo simple. Resonancia.
ONDAS.
Definición de Onda, clasificación de las ondas. Descripción y análisis matemático del movimiento
ondulatorio. Propiedades de las ondas: velocidad de fase, número de onda, longitud de onda, etc.
Estudio de energía, potencia e intensidad en el movimiento ondulatorio. Las ondas sonoras:
propagación, intensidad, efecto Doppler, Ondas de choque. Estudio de fenómenos relacionados con
el movimiento ondulatorio: reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización, Descripción
de la naturaleza y propagación de la luz. Generalidades de óptica geométrica y sus aplicaciones
(instrumentos ópticos). Trabajo asistido de laboratorio: Ondas estacionarias. Velocidad del sonido.
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CONTENIDOS
Semana
Fecha
Lunes- Sábado
TIPO DE
CLASE
1
19-24 Enero
TEO
Capítulo según texto
(SEARS, 12ª edición)
Capitulo 9
(9.1 - 9.2 - 9.3)
LAB
2
26-31 Enero
TEO
Capitulo 9
(9.4 - 9.5 - 9.6)
Capitulo 10
(10.1)
Práctica: Movimiento circular
LAB
3
2-7 Febrero
TEO
Capitulo 10
(10.2 – 10.3)
LAB
TEO
4
9-14 Febrero
Capitulo 10
(10.4 -10.5 -10.6)
LAB
TEO
5
16-21 Febrero
Capitulo 11
(11.1 -11.2 -11.3)
Capitulo 14
(14.1 – 14.2)
LAB
TEO
6
23-28 Febrero
Capitulo 14
(14.3)
LAB
7
2-7 Marzo
TEO
Capitulo 14
(14.4 – 14-5)
TEO
Capitulo 17
(17.1 -17.2 -17.3 -17.4)
TEO
10
23-28 Marzo
Capitulo 17
(17.5 -17.6 9
LAB
TEO
LAB
Trabajo y energía en movimiento rotacional.
Cantidad de movimiento angular y su ley de
conservación.
Práctica: Rodadura
Estática de cuerpos rígidos. Centros de masa y
de gravedad. Condiciones de equilibrio.
Aplicaciones
Densidad y presión en un fluido.
PRIMER PARCIAL
Práctica: Densidad de sólidos y líquidos
Hidrostática. Flotación y principio de
Arquímedes. Aplicaciones.
PRIMER PARCIAL
Capitulo 18
(18.1 – 18.3 – 18.4)
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe.
Lectura: Combinación: rotación
y traslación.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe.
Lectura: Giróscopos y
precesión.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Esfuerzo, deformación
y módulos de elasticidad.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Flotación
Lectura (aula virtual)
Práctica: DISEÑAR: APLICACIÓN Principio de
Preparación pre-informe
Arquímedes
Dinámica de fluidos: Ecuación de continuidad y Lectura: Tensión superficial,
de Bernoulli. Ejercicios y aplicaciones.
Viscosidad y turbulencia
Temperatura. Termómetros, Escalas de
temperaturas. Expansión térmica
Práctica: Dilatación lineal
LAB
9
16-21 Marzo
Rotación de un cuerpo rígido (CR) alrededor de
un eje fijo y eje móvil
Rodadura: Translación y rotación de CR.
Práctica: Momento de Inercia
Práctica: Viscosidad
LAB
8
9-14 Marzo
ACTIVIDADES ACADÉMICAS
INDEPENDIENTES (El
estudiante desarrolla)
Inducción. Cinemática lineal. Relación entre Repaso movimiento circular
cinemática lineal y angular.
uniforme y uniformemente
variado.
Introducción
Energía en la rotación. Momento de inercia.
Aplicación del cálculo integral
Cálculos de momento de inercia: teorema de
para calcular momentos de
ejes paralelos.
inercia y centros de masa.
Dinámica rotacional: Torque y aceleración
Calculo de momentos de
angular.
inercia.
TEMA O ACTIVIDAD ACADÉMICA a
desarrollar en la clase presencial
Calor. Calor específico y Capacidad calorífica.
Calorimetría y cambios de fase.
Práctica: Calorimetría – Calor específico
Ecuación de un gas ideal. Modelo cinéticomolecular de un gas ideal. Capacidades
caloríficas de los gases.
Práctica:
Movimiento armónico simple
(masa –resorte)
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Cambios de fase del
agua.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Mecanismos de
transferencia de Calor.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Grados de libertad.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
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Semana Santa
30 Marzo- 4 Abril
TEO
11
6-11 Abril
12
13-18 Abril
Capitulo 19
(19.1 hasta 19.8)
Primera ley de la termodinámica. Procesos
Lectura: Diagrama PV
termodinámicos.
Práctica: Péndulo simple
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
LAB
TEO
Segunda ley de la termodinámica. Máquinas
térmicas. Motores y refrigeradores. Ciclo de
Carnot
SEGUNDO PARCIAL
Práctica: Péndulo físico / Resonancia
Capitulo 20
(20.1 hasta 20.6)
LAB
TEO
13
20-25 Abril
14
LAB
TEO
Lectura: Entropía en los
procesos.
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Movimiento periódico ( Movimiento Armónico
Simple MAS)
SEGUNDO PARCIAL
Práctica: Cubeta de Ondas (Fenomenología de
ondas)
Energía en un MAS.
Capitulo 13
Osciladores mecánicos: sistema masa –
(13.3 -13.4 –13.5 -13.6) resorte, péndulo simple y péndulo físico.
Capitulo 13
(13.1 -13.2)
Lectura: Resonancia y sus
consecuencias
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Lectura: Osciladores
amortiguados y forzados
27 Abril – 2Mayo
Práctica: Velocidad del sonido
LAB
15
4-9 Mayo
TEO
Generalidades del movimiento ondulatorio.
Onda armónica. Función de onda. Energía del
movimiento ondulatorio.
Práctica: Ondas estacionarias en una cuerda
Capitulo 15
(15.1 hasta 15.5)
LAB
TEO
Capitulo 15
(15.6 – 15.7 – 15.8)
Propiedades de onda. Ondas estacionarias
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Reflexión y transmisión de
ondas en cuerdas. Ondas
estacionarias
Lectura (aula virtual)
Preparación pre-informe
Sonido y el oído
16
LAB
11-16 Mayo
17 - 18
EXAMEN FINAL UNIFICADO
FECHA DE ACTUALIZACION: 14 DE ENERO 2015
SISTEMA DE EVALUACIÓN
Actividad a
evaluar
Trabajo asistido:
Quices, talleres
Docencia directa
Parcial
trabajo individual
Laboratorios
Corte 1 (30%)
Corte 2 (30%)
Corte 3 (40%)
Cantidad
Valor %
Cantidad
Valor %
Cantidad
Valor %
3
20
3
20
3
20
1
50
1
50
1
50
5
30
5
30
5
30
100
100
100
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BIBLIOGRAFÍA
BAIRD, (1991), Experimentación, México, Prentice Hall 3Hispanoamericana.
REYES , T. PEDRO J. Las Unidades de Medición Tienen su Cuento. UMNG. 2012. ISBN: 978-9588403-73-1.
SEARS - ZEMANSKY - YOUNG FREEDMAN. Física Universitaria. Vol 1 y 2. Undécima Edición.
Editorial Addison Wesley longman. México 2004. Referencia biblioteca UMNG: 530/S31f
SERWAY y JEWETT. Física Para ciencias e ingenierías Vol 1 y 2. México. Editorial Thomson. 2005
sexta edición. Referencia biblioteca UMNG: 530/S37.
TIPLER PAUL A.Physics for scientists and engineers fourth edition. Wit freeman and company /
worth publishers. New York 1999. Referencia biblioteca UMNG: 346.072/L31c
MATERIAL COMPLEMENTARIO DE APRENDIZAJE PARA ESTUDIANTES
Enlaces en la red:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/
http://www.df.uba.ar/~paz/cinematicadelrigido.pdf
Aulas virtuales UMNG:
Física Calor y Ondas
Laboratorio de Calor y Ondas
Equipo de Laboratorio.
Recursos didácticos. Laboratorio con Equipamiento de Equipos para la realización de prácticas de
Mecánica rotacional, fluidos, termología y Ondas mecánicas.
Material Multimedia: Hardware: Laboratorio de Física con Equipamiento de Equipos de Computo e
Interfaces para la adquisición y tratamiento de datos experimentales. Software: de las Interfaces
compatible con Microsoft Office
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