Física conceptual - Universidad EAFIT

ESCUELA DE HUMANIDADES
Ciencias Básicas
ASIGNATURA
CODIGO
SEMESTRE
INTENSIDAD
HORARIA
CARACTERÍSTICAS
CRÉDITOS
FÍSICA CONCEPTUAL
CB0238
2013-2
48 horas semestral
Suficientable
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1. JUSTIFICACIÓN CURSO
Conviene, en la formación de un ingeniero, hacer énfasis en la forma como los principios
básicos de la física gobiernan las diversas estructuras que descubrimos en el mundo
natural y en el mundo técnico y tecnológico. Los diversos artefactos que el ingeniero de
diseño puede desarrollar están sujetos a leyes tan simples como las de equilibrio y
estabilidad o tan complejas como las leyes termodinámicas. En el ejercicio de su
actividad profesional deberá en algún momento utilizar máquinas de diversos tipos de
complejidad desde poleas simples hasta motores eléctricos, y deberá tener claridad
sobre la estructura de la materia con la que trabaja y con los principios que gobiernan la
luz, el calor y la energía. El curso que aquí se propone tiene así un propósito esencial:
familiarizar al estudiante con los principios básicos que gobiernan cada aspecto de su
mundo inmediato y que luego harán parte de su mundo profesional.
2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO
2.1.
Objetivos generales: Que el estudiante reconozca las leyes básicas de la física que
permiten describir el mundo natural cotidiano. Que sea capaz de reconocer en
diversas situaciones cuáles leyes gobiernan un estructura o mecanismo fabricado por
el hombre. Que entienda con claridad que no es posible construir artefactos que
funcionen con eficacia si no se conocen las leyes que los rigen y que permiten
diseñarlos.
3. DESCRIPCIÓN ANALÍTICA DE CONTENIDOS
3.1. UNIDAD 1: Un panorama del Universo
CONTENIDO: Presentación y panorama del curso. Las cuatro interacciones. El Big
Bang, origen del Universo. Evolución estelar: protoestrellas, estrellas de la secuencia
principal, gigantes rojas y enanas blancas, sipergigantes rojas, supernovas, pulsares
y agujeros negros. La luz de las estrellas. La transmutación de los elementos. La
fisión y la fusión nuclear. La radioactividad. Síntesis de los elementos químicos en las
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estrellas. El sistema solar. Las leyes de Kepler. Las cónicas. Planetas y cometas. La
vía Láctea. El grupo local de galaxias. Galaxias elípticas, espirales e irregulares.
Cúmulos, supercúmulos y filamentos de galaxias.
3.2. UNIDAD 2: Elementos de mecánica
CONTENIDO: Mediciones. Sistema de unidades MKS. Primera ley de Newton del
Movimiento: Inercia. Movimiento Rectilíneo: rapidez, velocidad y aceleración lineal.
La aceleración en los planos inclinados de Galileo. Caída libre. Las leyes de Newton.
El concepto de fuerza. La fuerza causa aceleración. Fuerza neta. Sistemas de
fuerzas paralelas y concurrentes. La fricción. Fuerza elástica. Ley de Hook Masa y
peso. La segunda ley de Newton. (Cuando a=g y cuando a<g). La tercera ley de
Newton del movimiento. Fuerzas e interacciones. Acción y reacción sobre masas
distintas. Vectores: Fuerza, velocidad, movimiento de proyectiles. Cantidad de
Movimiento. Impulso. Aumento y disminución de la cantidad de movimiento.
Conservación de la cantidad de movimiento. Colisiones. Energía. Trabajo. Potencia.
Energía mecánica. Energía potencial. Energía cinética. Teorema Trabajo energía.
Conservación de la energía. Joule y KWx hora. Otras formas de Energía: Centrales
hidroeléctricas, térmicas, eólicas, nucleares y solares. Los combustibles fósiles. La
producción de energía y el cuidado del ambiente.Movimiento rotatorio. Movimiento
circular. Inercia rotacional. Momento de torsión (torque). Instrucciones para abrir una
puerta. Equilibrio traslacional y rotacional Centro de masa y centro de gravedad.
Ubicación del centro de gravedad. Equilibrio estable e inestable. La Torre de Pisa.
Fuerza centrípeta. Sistemas no inerciales y fuerzas centrífugas. Gravedad simulada.
Cantidad de movimiento angular. Conservación de la cantidad de movimiento
angular.Gravedad. La ley universal de la gravedad. Mareas en la Tierra. Campos
gravitacionales. Líneas de campo gravitacional. Energía potencial gravitacional.
3.3. UNIDAD 3: Electricidad y magnetismo
CONTENIDO: Electrostática: Cargas eléctricas. Fuerzas de Coulomb. Conductores y
aislantes. Semiconductores y Superconductores. Campo eléctrico. Líneas de campo
eléctrico. Fenómenos de inducción eléctrica. Potencial eléctrico. Almacenamiento de
la energía eléctrica. (Capacitor o condensador).Corriente eléctrica. Fuente de voltaje.
Resistencia eléctrica. Ley de Ohm. Corriente directa y corriente alterna. Potencia
eléctrica. Circuitos eléctricos con resistencias en serie y el paralelo. Magnetismo:
Experimentos con imanes. Polos magnéticos. Campos magnéticos. El campo
magnético terrestre. Electroimanes. Líneas de campo magnético. Corrientes
eléctricas y campos magnéticos. Fuerza magnética sobre partículas con cargas en
movimiento. Fuerza magnética sobre conductores con corriente eléctrica.Inducción
electromagnética: Ley de Faraday. Analogía entre imanes y bobinas. El motor y el
generador eléctrico.
3.4. UNIDAD 4: Oscilaciones y luz
CONTENIDO: Vibraciones y ondas. Movimiento armónico simple. Amplitud, período y
frecuencia. Péndulos y resortes. Propiedades generales de las ondas. Ondas
longitudinales y transversas. Ondas en cuerdas y en el agua.Ondas sonoras.
Instrumentos de cuerda y de viento.Propiedades de la luz: Ondas electromagnéticas.
Velocidad de una onda electromagnética. El espectro electromagnético. Frecuencias
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y longitud de onda. Velocidad de propagación. Reflexión, refracción, Ley de Snell.
Interferencia, difracción, polarización. Espejos cóncavos y convexos. Construcción de
las imágenes. Imágenes reales y virtuales.
4. EVALUACIÓN
4.1.
El curso se evaluará mediante tres exámenes parciales de 20% cada uno, tres
evaluaciones cortas de 5% cada una y un trabajo o proyecto final con un valor de
25% El trabajo debe ser sustentado con una exposición corta, donde el estudiante
integrará su proyecto con los elementos desarrollados en el curso y su habilidad para
llevar a la práctica ideas basadas en la física relacionadas con el contenido de su
carrera.
5. BIBLIOGRAFIA GENERAL
5.1.
Hewith Paul G. Física conceptual. Pearson Educación, México 2007. (Texto guía).
Hecht E. Física en perspectiva. Addison Wesley, México 1987. Arons A. Evolución de
los conceptos de la física. Trillas, México 1970. Sepúlveda Alonso. Los conceptos de
la Física. Editorial Universidad de Antioquia, Colombia 2003
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