Laboratorio de Física - Universidad de Murcia

Universidad de Murcia
Facultad Química
Titulación de Física
Curso Académico 2010/11
1-Identificación
1.1. De la asignatura
Nombre de la signatura
Código
Curso / Grupos
Tipo
Créditos LRU
Laboratorio de Física
1º
Troncal
Teóricos 1
Prácticos 5
Estimación del volumen de trabajo del6x25=150
alumno (ECTS)*
Duración Cuatrimestral (2º)
Idiomas en que se imparteEspañol
1.2 Del profesorado:
Nombre y
Apellidos
Departamento
Física
Áreas
EmilioFísica Aplicada
Cuevas
Rodríguez
AdelaFísica Aplicada
Hernánde
z
GregorioElectromagMolina
netismo
Cuberos
Despacho y Teléfono
Facultad
dónde se
ubica.
Correo
electrónico y
página web
Química
7384
ecr
CIOyN
1.16
7382
ahr
Horario de
atención al
alumnado
Lunes, Lunes,
de 12de 12
a 13 h a 13 h
Química, 868 88gregomc
Miérco Miérco
106
75 33 webs.um.es/ les 13-les 13gregomc
14
14
JoséElectromagneti Química
Miguelsmo
108
Zamarro
7380
jmz
Miérco Miérco
les,
les,
13-14 13-14
F.JavierFísica Aplicada CIOyN
Abellán
1.10
(coord.)
7576
fabellan
Jueves Jueves
16h- 16h18h
18h
1
2-Presentación
La Física es una ciencia experimental. Por ello es muy importante que el
alumno adquiera cuanto antes una cierta familiaridad con el trabajo
experimental.
Desgraciadamente el grado de experimentalidad desarrollado en la
enseñanza obligatoria y en el bachillerato es prácticamente nulo. De aquí
surge la necesidad de diseñar el laboratorio de primero de Física con
especial cuidado.
Es el primer laboratorio de la carrera, base de todos los demás
laboratorios: Mecánica, Termodinámica, Electromagnetismo, Óptica,
Electrónica y Estado Sólido. Es por tanto el momento ideal para adquirir
buenos hábitos, como la pulcritud y el orden, en el trabajo experimental.
Uno de los objetivos más importantes de la asignatura es evitar la errónea
e ingenua idea de que las teorías surgen como una decantación automática
de la adquisición de datos.
Además de medir, este primer laboratorio servirá también para mostrar los
fenómenos básicos que todo alumno de ciencias debería haber visto antes
de entrar en la Universidad: son las experiencias de cátedra, que se irán
mostrando en estrecha coordinación con el desarrollo de las asignaturas de
Fundamentos de Física I, II y III.
Este laboratorio también servirá para mostrar las grandes posibilidades de
la simulación con el ordenador en aquellos casos en los que la
experimentación es sencillamente imposible.
3-Conocimientos previos
Los conocimientos previos de probabilidad, estadística, errores y manejo
de los paquetes informáticos, necesarios para comenzar con
aprovechamiento la asignatura de laboratorio, se suministran en la
asignatura de Métodos Matemáticos I del primer cuatrimestre.
2
4-Competencias
Competencias:
UMU1, UMU2, UMU3, UMU4, UMU6, UMU7.
T1-T9,T13-T16, T18,T21.
E1, E2, E4, E5, E6, E10, E13, E14.
MECES1, MECES2, MECES3, MECES4, MECES5.
Los resultados que se esperan del aprendizaje y las competencias a
adquirir en el laboratorio clásico se pueden resumir sucintamente. Así el
alumno deberá:
- Conocer los procesos de medida experimental y los protocolos que
conllevan para poder realizar medidas en el laboratorio siguiendo
protocolos estrictos.
- Establecer y seguir un protocolo de medida experimental en el laboratorio
que implique calibración, obtención de datos y tratamiento matemático de
los mismos y confrontación con la teoría.
- Estimar los errores sistemáticos y aleatorios e identificar las estrategias
para su disminución.
- Estimar los parámetros de un modelo mediante el ajuste pertinente de
las medidas.
Pero hoy día es impensable un físico que no sepa “experimentar” con el
ordenador. Por eso el alumno deberá también ser capaz de:
- Plantear modelos sencillos de sistemas físicos reales y resolverlos
utilizando el ordenador.
- Desarrollar simulaciones virtuales de procesos físicos sencillos que
incorporen el uso de técnicas numéricas básicas y de representación y
visualización del proceso.
Por supuesto, la formación experimental del alumno no estaría completa si
éste no es capaz de comunicar con claridad y brevedad, incluso a personas
ajenas al ámbito de su trabajo, los resultados obtenidos en el laboratorio y
las conclusiones a las que le llevan. Por ello, una de las competencias más
importantes a adquirir por el alumno en su primer laboratorio será la de:
Elaborar informes claros y concisos del trabajo realizado, tanto
experimental como computacional, y de las conclusiones obtenidas de la
comparación de los resultados con la teoría sometida a estudio. Es ésta
una competencia que será muy importante en su futuro profesional.
3
5-Contenidos
Experiencias de cátedra:
1. Experiencias básicas de Mecánica.
1.1 Choques.
1.2 Gravitación. La balanza de Cavendish.
1.3 Plataforma giratoria. Momento angular.
2. Experiencias básicas de Termodinámica.
2.1 Modelo cinético de un gas.
2.2 Calor y trabajo: el experimento clásico de Joule.
2.3 Efecto termopar. Termopila. Célula Peltier.
2.4 Bomba de calor.
3. Experiencias básicas de Electromagnetismo.
3.1 Electrificación. El generador Van der Graff.
3.2 Experimento de Oersted. El galvanómetro.
3.3 Interacción entre imanes.
3.4 Los experimentos de Faraday.
3.5 Campo eléctrico de la Tierra.
4. Experiencias básicas de Ondas:
4.1 Cubeta de ondas.
4.2 Sonido. El ordenador y la tarjeta de sonido.
4.3 Ondas electromagnéticas.
4.4 Óptica: el láser en diferentes medios.
Programa de Clases Prácticas:
1.- Paseo del borracho.
2.- Caída libre
3.- Péndulo simple
4.- Péndulo físico
5.- Ley de conservación de la energía: El disco de Maxwell
6.- Péndulo de torsión
7.- Ley de Stokes
8.- Ondas estacionarias en una cuerda
9.- Tubo de Quincke
10.- Ley de los gases ideales
11.- Calorímetro
12.- Dilatación térmica
13.- Osciloscopio
14.- Condensador plano
15.- Capacidad de esferas metálicas
16.- Ley de Ohm
4
17.- Puente de Wheatstone
18.- Campo magnético creado por una corriente eléctrica
19.- Campo magnético terrestre
20.- Lentes e intrumentos ópticos
21.- Dispersión cromática de un prisma
22.- Ley de Hook.
Programa de simulaciones:
1.- Introducción al EJS. Tiro parabólico.
2.- Fuerzas centrales.
3. Choque de 2 partículas.
4-. Mecánica relativista
5-. Mecánica cuántica.
6-. Gases
7-. Campo eléctrico
8-. Campo magnético
9-. Ecuaciones de Maxwell. Ondas electromagnéticas.
6-Metodología docente y Estimación del volumen de trabajo
del estudiante (ECTS)
6.1-Metodología docente
Como en todo laboratorio experimental, la metodología básica será el
trabajo en grupo. Los grupos estarán formados por dos alumnos,
tanto para el laboratorio experimental como para el computacional.
La prácticas a realizar y los días correspondientes se asignarán a
principio de curso. Antes de iniciar la sesión de trabajo en el
laboratorio, los alumnos deberán superar un pequeño examen sobre
la práctica a realizar para comprobar que han estudiado el guión y
conocen los objetivos, la teoría y los medios del experimento que van
a realizar.
Finalizado el trabajo práctico, y antes de abandonar el laboratorio, el
profesor firmará en el cuaderno del grupo las medidas tomadas, a
modo de acta notarial de la asistencia obligatoria y de que los datos
no serán manipulados.
En los siguientes días, los alumnos elaborarán y entregarán el
informe correspondiente de la práctica. El informe de las prácticas
experimentales se hará en el editor científico Latex y sobre una
plantilla modelo diseñada por el profesor y común para todas las
prácticas. El informe de las prácticas computacionales se presentará
en formato html, con applets de java que permitan ver la
simulación realizada.
5
El profesor evaluará el informe en la tutoría con los alumnos y antes
de la siguiente sesión de laboratorio. Será imprescindible superar
dicha evaluación, corrigiendo los errores que pudiera haber, para
poder realizar la siguiente práctica.
6.2-Estimación del volumen de trabajo del estudiante
La estimación del volumen de trabajo del alumno es la siguiente:
Trabajo presencial:
Lecciones magistrales para la presentación de la signatura: 3 horas.
Actividades en el aula de informática: 24 horas
Actividades el laboratorio experimental: 42 horas
Tutorías de cada grupo de trabajo: 6 horas
Evaluación final: 7 horas
Total presencialidad: 82 horas
Trabajo no presencial:
Elaboración de los informes de las prácticas: 68 horas
Volumen total del trabajo del alumno: 150 horas
7-Cronograma
ECTS: 6 x 25 = 150 horas
Horas presenciales = 82, horas de estudio = 68
S
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C
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E
va
3:luLaboratorio experimental
iii: Ordenador
8-Evaluación
La evaluación de la asignatura tendrá en cuenta dos partes: el laboratorio
experimental y las experiencias de cátedra por una parte y el laboratorio de
ordenadores por otra. La nota final de la asignatura será la media pondera
en la proporción 2:1, la de los créditos asignados a cada parte, de las notas
obtenidas en cada una respectivamente. Sólo se podrá hacer dicha media si
se supera la nota mínima de 4 (cuatro) en cada parte.
La evaluación del laboratorio experimental tendrá en cuenta la calidad de
los informes elaborados y la cantidad de prácticas correctamente
realizadas, las tutorías sobre los informes y el examen final.
6
La nota correspondiente a la evaluación del laboratorio experimental, las
prácticas, será común para los alumnos del grupo. Se basará en el
cuaderno de prácticas y en el número de los informes presentados.
El examen final del laboratorio experimental constará de dos partes. La
primera consistirá en cuestiones sobre la teoría de errores, el ajuste lineal y
un supuesto práctico del laboratorio. La segunda consistirá en cuestiones
planteadas durante el desarrollo de las experiencias de cátedra. La
ponderación de cada parte será del 50%.
En las tutorías el profesor resuelve las cuestiones que los alumnos puedan
plantear pero también evalúa el trabajo hecho por cada uno de los alumnos
que forman el grupo de trabajo gracias al cuaderno de laboratorio y a la
elaboración de los informes
La ponderación será la siguiente:
- Prácticas de laboratorio: 60%
- Examen final: 30%
- Tutorías: 10%
La nota correspondiente a la evaluación de las prácticas de ordenador será
la media de las notas obtenidas en cada práctica.
9-Bibliografía recomendada:
Bibliografía básica:
1.- A.M. Somoza et al, Laboratorio de Física, DM Editor (2001).
2.- G.L. Squires, Practical Physics, McGraw-Hill (2002).
3.- John R. Taylor, An introduction to Error Analysis, University
Science Books (1982).
4.- F. Esquembre, Wiki de Easy Java Simulations,
http://www.um.es/fem/EjsWiki/?userlang=es, 2009
5.- J.M. Zamarro, Introducción a la Física Computcional,
http://webs.um.es/jmz/IntroFisiCompu, 2009.
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