Fisica II y Laboratorio - Pontificia Universidad Católica del Ecuador

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE CIVIL
1. DATOS INFORMATIVOS
MATERIA O MODULO: Física II
CODIGO:12055
CARRERA: Ingeniería Civil
NIVEL: Segundo
No. DE CREDITOS: 6
CREDITOS DE TEORIA: 4
CREDITOS DE PRACTICA: 2
PROFESOR TEORIA: Ing. Pablo H. Torres M.
SEMESTRE /AÑO ACADEMICO: Segundo 2007 -2008
2. DESCRIPCIÓN DEL CURSO
El Curso se desarrollará en cuatro (4) horas de clase teórica y dos horas de prácticas de
Laboratorio por semana ( Dos Grupos ), que se dictarán de acuerdo a los horarios dispuestos
por la Facultad y al departamento de Física. La materia se divide en teoría y práctica. Los
aspectos que se mencionan seguidamente tienen relación a los temas en ambos campos.
HORARIO
Curso
Cátedra
Segundo
Martes
Miércoles
Aula
*Antes de iniciar cátedra
Hora
7h:00 a 09h:00
7h:00 a 09h:00
Ayudantía
Martes y Miércoles*
3. OBJETIVO: Inculcar en el estudiante hábitos de análisis y razonamiento, tendiendo a
despertar inquietudes investigativas en base a los fenómenos naturales. Relacionar los
fenómenos con los respectivos modelos matemáticos y teóricos, con los modelos
experimentales. La parte teórica del curso tiende a cubrir los conocimientos de la Física en
el capítulo de Mecánica y Ondas, en los siguientes temas: DINAMICA DE LA ROTACIÓN.
ECUACIONES DE NEWTON. METODO DE LAS FUERZAS DE INERCIA. TRASLACIÓN Y
ROTACIÓN SIMULTANEAS.
METODO DEL TRABAJO Y LA ENERGIA: TEOREMAS DEL TRABAJO Y LA ENERGIA Y
DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA EN LA TRASLACIÓN Y EN LA ROTACIÓN.
POTENCIA MECANICA Y RENDIMIENTO.
METODO DEL IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO: TEOREMAS DEL IMPULSO Y
LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO EN LA TRASLACIÓN Y EN LA ROTACIÓN.
CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO EN LA TRASLACIÓN Y EN LA
ROTACIÓN. SISTEMAS DE MASA VARIABLE. CHOQUES EN UNA Y EN DOS
DIRECCIONES. ROTACIÓN ALREDEDOR DE UN EJE MOVIL.
ELASTICIDAD: ESFUERZOS Y DEFORMACIONES. LEY DE HOOKE. MODULOS
ELÁSTICOS.
VIBRACIONES MECANICAS: EL OSCILADOR ARMONICO SIMPLE. CONSIDERACIONES
DINAMICAS Y CINEMATICAS DE UN SISTEMA ANIMADO DE MOVIMIENTO
ARMONICO SIMPLE.
MOVIMIENTOS ONDULATORIOS: ONDAS EN MEDIOS ELÁSTICOS. ECUACIÓN DE LAS
ONDAS VIAJERAS.
FENÓMENOS ONDULATORIOS.
FENÓMENOS DE SUPERPOSICIÓN.
ONDAS DE
PRESION. ONDAS SONORAS. ACUSTICA DE LOCALES.
4. OBJETIVOS ESPECIFICOS: El desarrollo del curso permitirá al Estudiante identificar y
relacionar los procesos Físicos que con modelos Matemáticos, se plantean las observaciones
de la naturaleza; Al final del curso estará en capacidad de usar, especificar y/o aplicar los
conocimientos en materias relacionadas y en la vida diaria.
5. CONTENIDOS
5.1 PLAN ANALÍTICO DE LA TEORÍA
CAPITULO 1.- DINAMICA DE LA ROTACION
1.1
1.2
1.3
Revisión de las Leyes de Newton
Resolución de problemas de dinámica de la rotación utilizando el método de las fuerzas de
inercia.
Traslación y rotación simultáneas. Problemas de rodadura. Fuerzas de fricción compatibles
con la rodadura solamente. Rodadura con deslizamiento.
CAPITULO 2.- TRABAJO Y ENERGIA
2.1
2.2
2.3
2.4
Conceptos de trabajo y energía en la traslación y en la rotación. Unidades de medida.
Ecuaciones dimensionales.
Teorema del trabajo y la energía para la traslación y la rotación. Conservación de la energía.
Aplicaciones del método del trabajo y la energía a la resolución de problemas de dinámica
en la traslación y en la rotación.
Potencia mecánica: Unidades y dimensiones. Rendimiento de los mecanismos.
CAPITULO 3.- IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Conceptos de impulso y cantidad de movimiento en la traslación y en la rotación. Unidades
de medida. Ecuaciones dimensionales. Momento cinético.
Teoremas del impulso y de la cantidad de movimiento para la traslación y la rotación.
Conservación de la cantidad de movimiento.
Aplicaciones del método del impulso y la cantidad de movimiento a la resolución de
problemas de dinámica en la traslación y en la rotación.
Impulso provocado por fuerzas y girógenos que varían en función del tiempo.
Sistemas de masa variable.
Choque de los cuerpos. Leyes del choque. Problemas en una y dos dimensiones.
CAPITULO 4.- ELASTICIDAD
4.1
4.2
4.3
4.4
Esfuerzos y deformaciones unitarias.
Ley de Hooke. Módulos elásticos.
Comportamiento elástico de los materiales. Límite elástico. Límite de proporcionalidad.
Problemas de relación entre esfuerzos y deformaciones. Problemas de equilibrio
hiperestático.
CAPITULO 5.- VIBRACIONES
5.1
5.2
5.3
5.4
Vibraciones mecánicas. Fuerzas y girógenos recuperadores elásticos.
El oscilador armónico simple. Consideraciones dinámicas y cinemáticas.
Ecuaciones del movimiento armónico simple.
Sistemas vibrantes: Péndulo elástico, péndulo simple, péndulo compuesto, péndulo de
torsión. Ecuaciones, períodos de oscilación y frecuencias.
CAPITULO 6.- MOVIMIENTO ONDULATORIO
6.1
6.2
6.3
6.4
Ondas mecánicas. Propagación de las ondas. Ecuación fundamental. Longitud de onda y
frecuencia.
Ondas viajeras. Ecuación de las ondas viajeras.
Superposición de ondas. Fenómenos de interferencia.
Fenómenos ondulatorios.
CAPITULO 7.- ONDAS SONORAS
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
Ondas mecánicas audibles, ultrasónicas e infrasónicas.
Ondas de presión.
Sistemas vibrantes y fuentes sonoras.
Efecto Doppler.
Acústica de locales.
5.2 PLAN CURRILAR DEL CURSO TEÓRICO
CURSO
FECHA
CONTENIDO
ACTIVIDADES
2°
08-02-19
Indicaciones generales, Programa, Sistema de
Evaluación y Cronograma de Evaluación,
2°
08-02-20
Dinámica de
aplicaciones.
condiciones,
Exposición de trabajos, Lección.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-02-26
Fuerza centrípeta y centrífuga: conceptos,
aplicaciones a la dinámica
Taller. Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-02-27
Dinámica de
aplicaciones.
Taller. Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-03-04
2°
08-03-05
2°
08-03-11
2°
08-03-12
2°
08-03-18
la
la
traslación:
rotación:
condiciones,
Lectura Sylabus, asignación de temas
y deberes y fechas de evaluación
Cinética de la traslación y rotación: Leyes de
Neuwton. Ejercicios de aplicación
DINAMICA DE LA TRASLACIÓN Y
ROTACION
Trabajo y Energía: Conceptos, ecuaciones
dimensionales, unidades de medida
Prueba I-02
Trabajo y Energía: Teorema del Trabajo y
Energía para la traslación y la rotación.
Conservación de la energía.
Revisión de la Prueba. Exposición de
Trabajos,. Asignación de Trabajos y
Deberes
DINAMICA: CINÉTICA,
TRABAJO Y ENERGIA: DE LA
Exposición de trabajos, Lección.
Asignación de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Examen 1° Bimestre
TRASLACIÓN Y LA ROTACION
2°
08-03-19
2°
08-03-25
2°
08-03-26
Potencia mecánica.
Rendimiento de mecanismos.
Unidades y dimensiones
Impulso y cantidad de movimiento. Unidades.
Ecuaciones dimensiónales. Impulso producido
por una fuerza constante y por una fuerza
variable.
Impulso y cantidad de movimiento. Unidades.
Ecuaciones dimensiónales. Impulso producido
por una fuerza constante y por una fuerza
variable.
Taller. Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Revisión del Examen y Entrega de
Notas. Exposición de Trabajos,
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-01
Impulso y cantidad de movimiento. De la
traslación y de la rotación. Aplicaciones y
Problemas
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-02
Elasticidad:
Esfuerzos
y
deformaciones
unitarias. Relaciones, Ecuaciones y Unidades.
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-08
Elasticidad: Ley de Hook. Comportamiento
elástico de los materiales.
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-09
Elasticidad: Problemas de aplicación
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-15
POTENCIA, IMPULSO Y CANTIDAD
DE MOVIMIENTO, ELASTICIDAD
Prueba II-02
2°
08-04-16
Vibraciones en Movimiento Armónico Simple (
M.A.S. ): Sistema Masa – Resorte Horizontal
Revisión de la Prueba. Exposición de
Trabajos,. Asignación de Trabajos y
Deberes
2°
08-04-22
Vibraciones en Movimiento Armónico Simple
( M.A.S. ): Círculo de Referencia; Sistema Masa
– Resorte Vertical y vibraciones Reforzadas y
Amortiguadas
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-23
Movimiento Armónico Simple ( M.A.S. ):
Péndulos: Simple, Físico, Elástico y de Torsión
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-04-29
POTENCIA, IMPULSO Y CANTIDAD
DE MOVIMIENTO, ELASTICIDAD,
VIBRACIONES
Examen 2° Bimestre
2°
08-04-30
2°
08-05-06
2°
08-05-07
2°
08-05-13
2°
08-05-14
2°
08-05-20
2°
08-05-21
Movimiento Ondulatorio: Vibraciones
Armónicos en instrumentos de Viento
2°
08-05-27
ONDAS MECANICAS
Prueba III-01
2°
08-05-28
Movimiento Ondulatorio: Vibraciones: Tonos,
Intervalos, Escalas y Gamas Musicales
Revisión de Prueba. Taller,
Exposición de Trabajos,. Asignación
de Trabajos y Deberes
2°
08-06-10
Movimiento Ondulatorio: Sonido: Concepto,
Amplitud de onda, Intensidad de onda, Nivel de
Intensidad y Sonoridad.
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
2°
08-06-11
Movimiento
Doppler
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
08-06-17
ONDAS MECANICAS, VIBRACIONES Y
SONIDO
2°
2°
08-06-27
Movimiento Ondulatorio: Generalidades,
Características, Formas, Comportamiento y
Ecuación General de la Onda
Movimiento Ondulatorio: Ondas Transversales:
Propiedades, Comportamiento y Ecuación de
Velocidad de Propagación de una Onda
Transversal
Movimiento Ondulatorio:Ondas Longitudinales:
Propiedades, Comportamiento y Ecuación de
Velocidad de Propagación de una Onda
Longitudinal
Movimiento Ondulatorio:Ondas Longitudinales:
Carácter Adiabático de una Onda Longitudinal y
su
comportamiento
en
variaciones
de
Temperatura
Movimiento
Ondulatorio:
Vibraciones:
Generalidades, Condiciones de Frontera de una
Cuerda, Ondas Estacionarias y Armónicos en
Instrumentos de Cuerda
Movimiento
Ondulatorio:
Vibraciones:
Vibraciones en Ondas Longitudinales,
Ondulatorio:
Sonido:
y
Efecto
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Revisión del Examen y Entrega de
Notas. Exposición de Trabajos,
Asignación de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Exposición de Trabajos,. Asignación
de Trabajos y Deberes
Taller, Exposición de Trabajos,.
Asignación de Trabajos y Deberes
Examen 3° Bimestre
Revisión de pruebas, exámenes.
Entrega de notas.
6. METODOLOGIA, RECURSOS
El Programa se desarrollará en base a un sistema activo de aprendizaje, en el que los
estudiantes presentarán los “Temas propuestos en el Programa”, a través de una consulta
para ser tratados en clase, esto implica también el análisis y discusión de los temas
particulares que se presentan. La parte estructural del Tema será dirigida por el profesor para
cimentar los conocimientos, por lo que además se presentarán trabajos y pruebas que
demuestren los niveles de conocimiento adquiridos, previos a la aprobación del curso.
Los recursos que se utilizarán serán:
- Equipos de laboratorio y aparatos de medida.
- Trabajos de resumen de los estudiantes.
- Bibliografía apropiada.
- Medios audiovisuales.
7. EVALUACIÓN
7.1 CRONOGRAMA DE LOS EXAMENES Y LAS PRUEBAS
FECHA Y HORA DE LOS EXÁMENES Y PRUEBAS
Como los exámenes y las pruebas tienen la mayor ponderación, se indican a continuación las
fechas de ejecución de las mismas.
ITEM
FECHA
FECHA
FECHA
PRUEBA
07-03-14
07-04-24
07-06-06
EXÁMEN
07-03-27
07-05-09
07-06-20
BIMESTRE
Primer bimestre
Segundo Bimestre
Tercer bimestre
7.2 SISTEMA DE CALIFICACIONES
El semestre se divide en tres períodos que se evalúan de la siguiente manera: los dos
primeros sobre quince puntos (15) y el tercero sobre veinte (20), dando un total de cincuenta
puntos (50). Cada período se evalúa con las siguientes ponderaciones: la práctica de
Laboratorio el 10% y la teoría al 90%. Según la siguiente tabla:
PONDERACIONES DE LOS ITEMS A SER EVALUADOS
Item
Examen*
Laboratorio
Ponderación
60%
10%
Prueba Lecciones y
Trabajos
20%
5%
DeberesTalleres
5%
* El examen consta de una parte teórica y de una parte práctica, con ponderación de 40% y 60% del Examen
7.3 FECHAS DE ENTREGA DE CALIFICACIONES EN SECRETARÍA
En la tabla se indican la fecha de entrega de calificaciones.
1° Bimestre
2° Bimestre
3° Bimestre
08-04-04
08-05-16
08-06-27
7.4 FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS TAREAS A SER EVALUADAS
Todas las tareas que se evalúan en el presente curso deberán tener el siguiente formato:
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
FACULTAD: Ingeniería
PROFESOR: Ing. Pablo Torres M.
ESCUELA:
CURSO:
ASIGNATURA:
TEMA:
ESTUDIANTE:
PARALELO:
DESCRIPCIÓN:
FECHA:
Los espacios de escuela, curso paralelo y asignatura se llenan de acuerdo a la carrera,
curso con paralelo y asignatura donde cada estudiante curse.
En estudiante va(n) el (los) nombre(s) del (os) estudiante (s) que realiza(n) la(s) tarea(s).
En descripción va el nombre de la tarea (Taller, Deber, Trabajo, Lección, Prueba) seguida
de dos números: uno romano que indica el período y otro decimal que informa la estadística
por período de cada una de las tareas realizadas.
La fecha de entrega y el tema de una tarea se colocan en los espacios correspondientes.
En el caso de trabajos de investigación deberá indicarse la bibliografía correspondiente.
8. BIBLIOGRAFÍA:
Textos de Referencia:
Física Universitaria: Sears – Zemansky – Young – Freedman Tomo I y II
Dinámica para Ingenieros: Beer & Johnston
MC GRAW HILL
Textos recomendados:
Física: Resnick – Holliday – Krane. Tomo II
Física: Douglas Giancoli
Física: Blatt
Física: Serway. Tomo II
Física: Alonso, Alonso/Acosta; Alonso/Finn
Física: Vallejo – Zambrano
Física: Vallejo – Ayala
Física General: Carel van der Merwe
9. DATOS DEL PROFESOR:
Horario de atención a estudiantes:
Martes: 11h00-14h00
Miércoles: 11h00-14h00
Jueves: 11h00-14h00
Viernes: 09h00-14h00
Correo electrónico: [email protected]
Teléfono: 2-237-274 ; 095-230-300
Aprobado:
Por el Consejo de Escuela
__________________________
F) Director de Escuela
Fecha:_______________________
Por el Consejo de Facultad
__________________________
F) Decano
Fecha:__________________