300FIF001 Física Térmica y Ondulatoria INFORMACIÓN GENERAL

300FIF001
Física Térmica y Ondulatoria
INFORMACIÓN GENERAL:
Créditos: 4
Intensidad horaria: 6 h/semana presenciales, 6 h/semana de trabajo independiente del
estudiante.
Pre-requisito: 300FIF003 Cinemática y Dinámica.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:
Adquirir y aplicar el conocimiento del comportamiento mecánico de los fluidos. Clasificar los
tres estados de la materia. Explicar efectos como la fuerza de flotación sobre un objeto
sumergido y la elevación dinámica del ala de un avión. Deducir una expresión para la presión
ejercida por el fluido como función de su densidad y profundidad. Analizar fluidos en
movimiento y deducir el principio de Bernoulli. Comprender la definición de los conceptos
básicos y principios de los sistemas termodinámicos. Entender el concepto de temperatura.
Definir operacionalmente la temperatura y sus escalas de medición. Describir
macroscópicamente un gas ideal. Reconocer el calor como una forma de energía. Enunciar la
primera ley de la termodinámica. Reconocer la energía interna como una función de estado.
Escribir una ecuación para hallar el trabajo efectuado por un sistema. Saber cómo se representa
gráficamente los estados y procesos termodinámicos. Describir microscópicamente un gas ideal
y deducir su ecuación de estado. Describir cuantitativamente la expansión térmica de líquidos y
sólidos. Comprender y aplicar los conceptos de capacidad calorífica, calor específico y calor
latente. Describir los cambios de fase de sustancias simples. Aplicar la ecuación de transferencia
de calor a casos sencillos. Comprender como se propagan las ondas en una cuerda. Poder
determinar la longitud de onda, la frecuencia, la velocidad de propagación, la velocidad de las
partículas del medio y la constante de fase de una determinada onda armónica. Comprender
cómo se describen con superposición las ondas estacionarias. Describir las relaciones entre
velocidad, presión y desplazamiento en una onda sonora. Aplicar la ley del inverso cuadrado
para la intensidad de fuentes sonoras puntuales. Aplicar cuantitativamente el efecto Doppler
(opcional).
CONTENIDO GENERAL:
Esfuerzo y deformación (densidad y módulos de elasticidad de gases, líquidos y sólidos).
Mecánica de fluidos (presión, barómetros, manómetros, flotación, flujo, ecuación de Bernoulli).
Oscilaciones (movimiento armónico simple, sistema masa resorte, péndulo simple y péndulo
físico) Ondas mecánicas (ondas periódicas transversales y longitudinales en una dimensión,
descripción matemática de una onda, velocidad de una onda transversal, energía en el
movimiento ondulatorio, interferencia, condiciones de frontera y superposición, ondas
estacionarias y modos normales en una cuerda, Ondas sonoras, velocidad del sonido,
intensidad sonora, ondas estacionarias y modos normales en un tubo sonoro, efecto Doppler
(opcional)), Temperatura y calor (equilibrio térmico, termómetros, escalas de temperatura,
escala Kelvin, expansión térmica, cantidad de calor, calorimetría y cambios de fase, mecanismos
de transferencia de calor), propiedades térmicas de la materia, (ecuación de estado de un gas
ideal, propiedades moleculares, modelo cinético-molecular del gas ideal, capacidades
caloríficas). Primera ley de la termodinámica (sistemas termodinámicos, trabajo por cambios
de volumen, procesos entre estados termodinámicos, energía interna, clases de procesos
termodinámicos, ciclos termodinámicos). Segunda ley de la termodinámica (dirección de los
procesos termodinámicos, máquinas caloríficas, máquinas de combustión interna,
refrigeradores, calefacciones, ciclo de Carnot, entropía y sus cambios, procesos reversibles e
irreversibles).
METODOLOGÍA:
Los estudiantes realizan una lectura previa del material a tratarse en clase, según los
contenidos especificados para ésta. En la sesión de dos horas el profesor hace una explicación
de los conceptos teóricos y realiza ejemplos de aplicación en detalle. También asigna las
lecturas y ejercicios correspondientes, así como trabajos de investigación y actividades
computacionales. Otras actividades durante la clase incluyen: utilización de material audiovisual
(videos, simulaciones, etc.); demostraciones experimentales en clase, talleres de solución de
problemas y actividades de evaluación.
El trabajo experimental consiste de 7 prácticas de laboratorio de comprobación de los
conceptos estudiados en clase. Cada estudiante prepara el material a partir de la guía
correspondiente a la práctica antes de comenzar ésta. Trabajando en grupos de tres a cuatro
estudiantes, durante la sesión de dos horas cada grupo realiza las mediciones correspondientes
y hace un análisis preliminar, mientras el docente resuelve dudas y al mismo tiempo hace
preguntas a los estudiantes. Después de la práctica, cada grupo presenta un informe detallado
sobre la actividad experimental. Existen también prácticas experimentales "caseras" que se
realizan fuera del laboratorio con equipo sencillo, pero que se documentan de forma similar a
las anteriores.
EVALUACIÓN:
Primer Examen Parcial 21%. Segundo Examen Parcial 21%. Tercer Examen Parcial 25%.
Prácticas de laboratorio 18%. Evaluaciones cortas 15%.
TEXTO DEL CURSO
Libro de Sears, Zemansky, Young y Freedman, Física Universitaria, Vols. I y II, PEARSON,
Addison-Wesley, Duodécima Edición (México, 2009) o Undécima Edición, (México, 2004). Guías
de Laboratorio de Física (Disponibles a través de Internet). Guía Laboratorio Cero (Disponible a
través de Internet).
BIBLIOGRAFIA ADICIONAL
Bauer W., Westfall G. D., Física para Ingeniería y Ciencias Vol. 1, McGraw-Hill, 2011.
Tipler, P. A., Mosca, G., Física para la ciencia y la tecnología V1, 6a edición, Editorial Reverté, Barcelona
España 2010.
Serway R., Jewett J.W. , Física, Vol. 1, 7ª edición, Cengage Learning, 2008.
Serway R., Beichner , Física, Vol. 1, 5ª edición, McGraw-Hill, 2001.
Lea y Burke, Physics: The Nature of Things, Brooks/Cole (International Thomson
Editores), 1997.
Gettys, Keller y Skove, Física para Ciencias e Ingeniería Vol. 1, 2ª edición, McGraw-Hill, 2005.
Alonso y Finn, Física, Addison-Wesley Iberoamericana.
Resnick, Halliday y Krane, Física, Vol. 1, CECSA.