programa de la materia

BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
VICERRECTORÍA DE DOCENCIA
DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA EDUCATIVO (PE): LICENCIATURA EN FÍSICA
AREA: COMPUTACIÓN
ASIGNATURA: FISICA COMPUTACIONAL I
CÓDIGO:
CRÉDITOS: 5
FECHA: JULIO/2008
Programa de Asignatura: “Física Computacional I”
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BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
VICERRECTORÍA DE DOCENCIA
DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
1. DATOS GENERALES
Nivel Educativo:
LICENCIATURA
Nombre del Programa Educativo:
LICENCIATURA EN FÍSICA
Modalidad Académica:
ESCOLARIZADA
Nombre de la Asignatura:
FISICA COMPUTACIONAL I
Ubicación:
BÁSICO
Correlación:
Asignaturas Precedentes:
Asignaturas Consecuentes:
Conocimientos, habilidades, actitudes y
valores previos:
FGU (DESARROLLO DE HABILIDADES PARA EL
USO DE LAS TIC's)
FISICA COMPUTACIONAL II
Conocimientos: Aritmética, algebra y trigonometría.
Habilidades: Plantear y resolver problemas. Manejo
básico de la computadora.
Actitudes: Disposición del estudiante para desarrollar
el trabajo académico de principio a fin.
Valores: El estudiante desarrollará sus tareas
académicas con espíritu crítico, solidaridad y
honestidad.
2. CARGA HORARIA DEL ESTUDIANTE
Concepto
Número de
créditos
Horas por periodo
Horas teoría y práctica
Horas de práctica profesional crítica.
Horas de trabajo independiente.
Total
64
4
20
84
1
5
3. REVISIONES Y ACTUALIZACIONES
Autores:
Javier Miguel Hernández, Fernando Rojas, Rodolfo
Reyes
Fecha de diseño:
2001
Fecha de la última actualización:
Revisores:
10 de noviembre de 2008
Javier Miguel Hernández, Fernando Rojas, Mario Iván
Programa de Asignatura: “Física Computacional I”
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Sinopsis de la revisión y/o actualización:
Martínez
Se revisaron las metodologías y tiempos en el espíritu
del Modelo Minerva. El temario fue revisado tanto en
contenido como en extensión. Se actualizaron los
contenidos.
4. PERFIL DESEABLE DEL PROFESOR (A) PARA IMPARTIR LA ASIGNATURA:
Disciplina profesional:
FÍSICA o COMPUTACION
Nivel académico:
Maestría
Experiencia docente:
1 año
Experiencia profesional:
3 años
5. OBJETIVOS:
5.1 Educacional:
Conocer y manejar los aspectos teóricos-prácticos que sustenta la aplicación de los sistemas
computacionales al proceso de modelación en la Física, así como manejar los fundamentos de la
programación, sumando al estudio en clase su estudio autónomo, que le ayuden a operar e
interpretar geométricamente expresiones simbólicas, en un ambiente de disciplina y apego al
trabajo académico, así como de solidaridad, respeto y tolerancia hacia sus compañeros.
5.2 General:
Introducir los conceptos básicos, conocimientos y habilidades necesarias para que los alumnos
puedan utilizar algún lenguaje de programación para la resolución eficaz problemas
y
representar matemática y computacionalmente modelos para los conceptos y leyes de física.
5.3 Específicos:
 Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos,
haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos.
 Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la
organización actual de la ciencia.
 Demostrar una cultura integral.
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6. MAPA CONCEPTUAL DE LA ASIGNATURA:
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7. CONTENIDO
Unidad
Unidad I:
Gnuplot
Objetivo
Específico
Reconocer,
explicar
y
encontrar
la
solución
de
problemas físicos,
experimentales y
teóricos, haciendo
uso
de
los
instrumentos
apropiados
de
laboratorio,
computacionales o
matemáticos.
Demostrar
una
actitud cooperativa
que fomente la
integración
de
esfuerzos
consustancial a la
organización actual
de la ciencia.
Demostrar
una
cultura integral.
Contenido
Temático/Actividades
de aprendizaje
Bibliografía
Básica
Complementaria
Manual de gnuplot,
1. Gráficas de funciones http://www.gnuplot.info,
simples de una y dos encontrado el 28 de
noviembre de 2008.
variables.
2. La orden set para
modificar formato, estilo, gnuplot tips (not so
etc.
Frequently Asked
3. Modo paramétrico en
Questions),
dos y tres dimensiones.
http://t16web.lanl.g
Trayectorias de Móviles.
(Variables por defecto de ov/Kawano/gnuplot/
gnuplot; Construcción de index-e.html,
curvas paramétricas en
dos y tres dimensiones; encontrado el 28
Ecuaciones de movimiento de noviembre de
(cinemática); Superficies 2008.
paramé tricas)
1.4 Tipos de salidas
(postscript, jpeg, png, pdf)
1.5 Animación (Estructura
de script para gnuplot;
Órdenes
importantes:
every, reread, if, etc.)
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Unidad
Unidad II: Latex
Objetivo
Específico
Reconocer,
explicar
y
encontrar
la
solución
de
problemas físicos,
experimentales y
teóricos, haciendo
uso
de
los
instrumentos
apropiados
de
laboratorio,
computacionales o
matemáticos.
Demostrar
una
actitud cooperativa
que fomente la
integración
de
esfuerzos
consustancial a la
organización actual
de la ciencia.
Contenido
1.Temático/Actividades
Estructura general de un
texto de
en aprendizaje
LaTeX.
2. El preámbulo
3.
Ecuaciones
y
expresiones matemáticas.
4. Secciones y Capítulos.
5. Inserción de imágenes.
Bibliografía
LaTeX para usuarios de
procesadores de textos,
http://bulma.net/~aaloy/latex
4wp.pdf, encontrado el 28 de
The LaTeX Companion,
Mittelbach, Frank, and
Goossens, Michel, 2a.
Edición,
AddisonWesley, 2004.
noviembre de 2008.
Ecuaciones
en
LaTeX,
http://web.fi.uba.ar/~ssantisi/
works/ecuaciones_en_latex/
, encontrado el
noviembre de 2008.
28
de
Demostrar
una
cultura integral.
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Unidad
Unidad III:
Estructura y
sintaxis de los
lenguajes de
programación
Objetivo
Específico
Reconocer,
explicar
y
encontrar
la
solución
de
problemas físicos,
experimentales y
teóricos, haciendo
uso
de
los
instrumentos
apropiados
de
laboratorio,
computacionales o
matemáticos.
Demostrar
una
actitud cooperativa
que fomente la
integración
de
esfuerzos
consustancial a la
organización actual
de la ciencia.
Demostrar
una
cultura integral.
Contenido
1.Temático/Actividades
Estructuras
lógicas
(Programación
secuencial;
de aprendizaje
Decisión o bifurcación;
Iteración
o
reptición;
Modularidad)
2. Estructuras de Datos
(Datos escalares; Arreglos
o Listas. Representación
de Vectores y Matrices.
Manejo
de
índices;
Registros; Objetos)
Bibliografía
A First Course in
Computational Physics,
Paul L. DeVries, Jhon
Wiley & Sons, 1994.
Python Scripting for
Computational Science, Hans
Petter Langtangen, SpringerVerlag, 2004.
Análisis Numérico,
Richard L. Burden y J.
Douglas Faires,
International Thomson
Editores, 1998.
Computational Physics
Education with Python, Báker,
Arnd, Computing in Science &
Engineering, may-jun (2007)
30-33.
Computation in Classical
Mechanics, Timberlake,
Todd and Hasbun, Javier
E., Am. J. Phys., 76
(2008) 334-339.
Python for Education:
Computational Methods for
Nonlinear Systems, Myers,
Christopher R. and Sethna,
James P., arXiv:0704.3182v1
(2007).
A project-oriented course
in computational physics:
Algorithms, parallel
computing, and graphics,
Rebbi, C., Am. J. Phys.,
76 (2008) 314-320.
A model-based view of physics
for computational activities in
the introductory physics course,
Buffler, Andy; Pillay, Seshini;
Lubben, Fred and Fearick,
Roger, Am. J. Phys., 76 (2008)
431-437.
Computation in undergraduate
physics: The Lawrence
approach, Cook, David M., Am.
J. Phys., 76
(2008) 321-326.
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Unidad
Unidad IV:
Cinemática y
dinámica
discretas
Objetivo
Específico
Reconocer,
explicar
y
encontrar
la
solución
de
problemas físicos,
experimentales y
teóricos, haciendo
uso
de
los
instrumentos
apropiados
de
laboratorio,
computacionales o
matemáticos.
Demostrar
una
actitud cooperativa
que fomente la
integración
de
esfuerzos
consustancial a la
organización actual
de la ciencia.
Contenido
1.Temático/Actividades
Dinámica de las formas
dx/dt de
= Faprendizaje
(x) en el espacio
fase (x, x de coordenadas
y velocidades.
2. Discretización de la
velocidad: ∆x/∆t = F (x) →
xt+1 = xt + ∆tF (xt). El
método de Euler.
3. Dinámica del caso
acelerado (Aproximación
de la segunda derivada;
Algoritmo de velocidades
de Verlet. El problema de
los tres cuerpos)
4. Fuerzas: Separación en
ecuaciones diferenciales
de primer orden (Sistemas
Hamiltonianos)
(Soluciones en función del
tiempo; Soluciones en el
espacio fase (x, x ). Puntos
Fijos y Ciclos límite.)
5. Sistemas Dinámicos:
Demostrar
una una extensión del espacio
cultura integral.
fase.
(Dinámica
de
reacciones químicas; El
modelo de clima de
Lorenz)
Bibliografía
A First Course in
Computational Physics,
Paul L. DeVries, Jhon
Wiley & Sons, 1994.
Python Scripting for
Computational Science, Hans
Petter Langtangen, SpringerVerlag, 2004.
Análisis Numérico,
Richard L. Burden y J.
Douglas Faires,
International Thomson
Editores, 1998.
Computational Physics
Education with Python, Báker,
Arnd, Computing in Science &
Engineering, may-jun (2007)
30-33.
Computation in Classical
Mechanics, Timberlake,
Todd and Hasbun, Javier
E., Am. J. Phys., 76
(2008) 334-339.
Python for Education:
Computational Methods for
Nonlinear Systems, Myers,
Christopher R. and Sethna,
James P., arXiv:0704.3182v1
(2007).
A project-oriented course
in computational physics:
Algorithms, parallel
computing, and graphics,
Rebbi, C., Am. J. Phys.,
76 (2008) 314-320.
A model-based view of physics
for computational activities in
the introductory physics course,
Buffler, Andy; Pillay, Seshini;
Lubben, Fred and Fearick,
Roger, Am. J. Phys., 76 (2008)
431-437.
Computation in undergraduate
physics: The Lawrence
approach, Cook, David M., Am.
J. Phys., 76
(2008) 321-326.
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8. CONTRIBUCIÓN DEL PROGRAMA DE ASIGNATURA AL PERFIL DE EGRESO
Perfil de egreso
Unidad
I: Gnuplot
II: Latex
III: Estructura y sintaxis de los
lenguajes de programación
IV: Cinemática y dinámica
discretas
Conocimientos
Conocer y saber aplicar los
métodos matemáticos de la
física y numéricos.
Habilidades
Buscar, interpretar y utilizar
adecuadamente la información
científica y técnica.
Utilizar y elaborar programas o
sistemas de computación para el
procesamiento de información,
cálculo numérico, simulación de
procesos físicos o control de
experimentos.
Aplicar lenguajes de
programación para la obtención
de resultados, así como en la
presentación, escritura y análisis
de los mismos.
Será competente en el uso de
algunos sistemas
computacionales para el cálculo
y la simulación numérica de
procesos físicos específicos.
Actitudes y valores
Participar en actividades
profesionales relacionadas con
tecnologías de alto nivel, ya
sea en el laboratorio o en la
industria
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9. ORIENTACIÓN DIDÁCTICO-PEDAGÓGICA.
Estrategias a-e
Técnicas a-e
Recursos didácticos
El profesor utilizará en clase ejemplos
físicos que representen las bases de
las estructuras de la computación y los
lenguajes de programación.
El estudiante presentará, en clase, sus
ideas acerca de los conceptos básicos
de las estructuras de la programación
y llegará a un acuerdo con sus pares.
El estudiante realizará problemas de la
física que involucren los conceptos
básicos involucrados en la aplicación
de las estructuras de la programación.
El estudiante desarrollará programas
para la resolución de problemas
físicos.
Materiales:
El estudiante usará lenguajes de
programación para desarrollar los
conceptos estudiados en el curso.
Aprenderá a usar latex para escribir su
reporte de investigación.
Revisará y utilizará la información de las
diversas páginas web mencionadas en el
programa como apoyo y reforzamiento
de su aprendizaje.
Los estudiantes realizarán un proyecto
de investigación que involucre los
conceptos que se desarrollan en clase.
Trabajará con el profesor en la
planeación, elaboración y desarrollo
de su trabajo de investigación. El
reporte lo presentará por escrito.
10. CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Porcentaje
Criterios



Exámenes
Tareas
Trabajos de investigación y/o de intervención
30
40
30
Total 100
11. REQUISITOS DE ACREDITACIÓN
Estar inscrito oficialmente como alumno del PE en la BUAP
Aparecer en el acta
El promedio de las calificaciones de los exámenes aplicados deberá ser igual o mayor que 7
Presentar al menos el 80% de los ejercicios y programas de tarea.
Al concluir la primera unidad los estudiantes, juntamente con el profesor, definirán el tema de
investigación a desarrollar durante el curso, y se definirá el título y el objetivo del trabajo, así como el
calendario de actividades a seguir en el resto del curso. A partir de la segunda unidad se evaluará el
avance logrado por el estudiante. En la tercera unidad, el proyecto deberá tener un avance del 70% y
en la cuarta unidad, se presentará el proyecto escrito (en latex) para su evaluación final.
El promedio de la calificación final deberá ser igual o mayor que 7
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