PRIMER CURSO INGENIERO DE TELECOMUNICACIÓN Plan de la

PRIMER CURSO INGENIERO DE TELECOMUNICACIÓN
Plan de la asignatura
FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
CURSO 2008/2009
DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA III
PROFESORADO
Alberto Casado Rodríguez
José Martínez García
Ramón de Jesús Risco Delgado
OBJETIVOS
La asignatura Fundamentos Físicos de la Ingeniería de la titulación Ingeniero de Telecomunicación tiene
asignados 6 créditos, de los cuales 4.5 son teóricos y 1.5 prácticos. Es una asignatura troncal que se
imparte en el primer cuatrimestre del curso.
Los objetivos que pretendemos cubrir en esta asignatura son los siguientes:
1. Dar una visión global y fidedigna de la Física actual.
2. Cumplir con las directrices de los planes de estudio.
3. Especialización basada en prerrequisitos formativos demandados por asignaturas tecnológicas
ulteriores.
Teniendo en cuenta estas exigencias, el programa está organizado en tres bloques:
1. Mecánica Clásica.
2. Oscilaciones y Ondas.
3. Física Moderna (Relatividad y Física Cuántica).
Las razones que nos mueven a añadir la Física Moderna a las partes que constituirían un programa
estándar, son:
1. La necesidad, en un curso de Física General, de tratar los aspectos más importantes de la Física,
requiere que una parte del mismo se dedique a la Física que se ha desarrollado a lo largo de este siglo,
lo que sin duda dará lugar a una formación básica más completa del ingeniero.
2. En lo que se refiere a la Física Cuántica, su importancia en la Física del Estado Sólido,
fundamental en la Ingeniería de Telecomunicación, hace necesario tratar ciertos aspectos básicos.
Además, el desarrollo de nuevas tecnologías relacionadas con la comunicación cuántica
(Computación Cuántica, Teletransporte, Criptografía Cuántica, etcétera) revela la importancia de la
Mecánica Cuántica en futuros avances tecnológicos relacionados con la información.
El impedimento más importante para poder impartir toda la materia del programa es, sin duda, el escaso
tiempo del que se dispone. La forma en que pensamos afrontar este problema se basa en la utilización de
un tratamiento de intensidad variable a las distintas partes que lo configuran, teniendo en
consideración los dos puntos siguientes:
1. La heterogeneidad en el grado de conocimiento de las diversas ramas de la
Física con que el estudiante llega a la Universidad.
2. En qué partes del programa se va a profundizar en cursos posteriores.
REQUISITOS ACADÉMICOS
No se requieren.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
La evaluación tendrá en consideración la puntuación obtenida en los dos apartados siguientes:
(1) Un examen (llamado comúnmente examen “parcial” o de “prueba”) de toda la materia impartida
(teoría, problemas y prácticas de laboratorio), al finalizar el periodo de clases, y que no consume
convocatoria.
Este examen puntúa sobre 10 puntos y consiste en 30 preguntas tipo test, todas con el mismo valor (1/3).
Cada pregunta tiene asociadas tres respuestas, dos de las cuales son falsas. Una pregunta bien contestada
suma 1/3; si la respuesta es incorrecta resta 1/6, y si no se contesta suma cero puntos.
(2) Durante el curso se realizarán dos controles o pruebas, correspondientes a los tres bloques en que se
divide la asignatura, con el objeto de que el alumno consiga una puntuación adicional a la de los
exámenes ordinarios (sobrenota).
Cada prueba de sobrenota consistirá en 10 preguntas tipo test, todas con el mismo valor. Cada pregunta
tiene asociadas tres respuestas, dos de las cuales son falsas. Una pregunta bien contestada suma 1; si la
respuesta es incorrecta resta 0.5, y si no se contesta suma cero puntos. Si N es la nota obtenida en dicha
prueba en la escala 0→10, la sobrenota será:
- Igual a cero si N es menor que 5.
- Igual a N/10 si N es mayor o igual que 5.
Por tanto, la sobrenota de cada parte, en caso de ser diferente de cero, estará comprendida entre 0.5
puntos, en el caso N=5, y 1 punto, en el caso N=10.
La sobrenota total al final del curso será igual la suma de las dos sobrenotas, estando comprendida por
tanto entre 0 puntos y 2 puntos.
Para superar la asignatura el alumno deberá obtener como mínimo 5 puntos al sumar la nota del examen y
la sobrenota total. En este caso el alumno aprobará la asignatura sin necesidad de acudir a las
convocatorias oficiales de las que dispone. Estas son las de junio y septiembre para alumnos de nueva
matriculación, y para alumnos repetidores, dos convocatorias a elegir entre junio, septiembre y febrero.
En cualquier convocatoria oficial el examen será del mismo tipo que el examen de prueba (véase el
apartado (1) del sistema de evaluación). La nota total en los exámenes de junio y septiembre se obtendrá
sumando a la nota del examen la sobrenota total obtenida por el alumno durante el curso. Por tanto, la
sobrenota total se guarda para junio y para septiembre.
El alumno que haya aprobado el examen de prueba y quiera subir nota, podrá presentarse a la
convocatoria de junio con la garantía de que tiene guardada la nota anterior, por si suspende este examen.
Esto es independiente de que los profesores decidan que ciertos alumnos, cuya nota en el examen de
prueba reúna ciertos requisitos, puedan hacer algún tipo de trabajo para aumentar la nota sin tener que
presentarse al examen de junio.
METODOLOGÍA DOCENTE
La enseñanza de la asignatura está basada en clases tradicionales de pizarra (2 clases a la semana de 1,5
horas de duración), y clases prácticas que se tratarán en el apartado correspondiente. Como apoyo al
estudio existen unos apuntes de la asignatura que se ajustan en gran medida a la materia que se imparte en
clase. Estos apuntes contienen a su vez unas colecciones de problemas. Además de los apuntes, en el
apartado de bibliografía se muestra una lista de libros que consideramos de interés para los alumnos.
Los apuntes pueden encontrarse en copistería, y en la página de la asignatura:
http://www.esi2.us.es/DFA/FISICATELECO/, donde además se muestra toda la información de interés
con relación a la asignatura (programa, convocatoria de exámenes, horarios de tutorías y correo de los
profesores, calificaciones, colecciones de problemas y exámenes resueltos, etc.).
PROGRAMA
TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA
¿Qué es la Física? División histórica de la Física. Estructura conceptual de la Física. Interacciones
fundamentales de la naturaleza. La ley de gravitación universal. Las ecuaciones de Maxwell. La ley de
fuerzas de Lorentz. La estructura lógico-matemática de las teorías físicas. La imagen clásica del universo.
TEMA 2: CINEMÁTICA
Introducción. Sistemas de referencia. Velocidad y Aceleración. Componentes intrínsecas de la
aceleración. Movimiento relativo de traslación.
TEMA 3: PRINCIPIOS DE LA DINÁMICA CLÁSICA
Conceptos de fuerza y masa inerte. Leyes de la dinámica clásica. Principio de Relatividad de Galileo.
Sistemas no inerciales: Fuerzas de inercia.
TEMA 4: TEOREMAS DE LA DINÁMICA DEL PUNTO MATERIAL.
Cantidad de movimiento. Impulso. Teorema de la cantidad de movimiento. Momento cinético. Teorema
del momento cinético. Fuerzas centrales. Energía cinética. Trabajo. Teorema de la energía cinética.
Fuerzas conservativas. Energía potencial.
TEMA 5: SISTEMAS DE PARTÍCULAS
Introducción. Fuerzas externas y fuerzas internas. Teorema de la cantidad de movimiento. Centro de
masas. Teoremas del centro de masas. Teorema del momento cinético. Teorema de la energía. Trabajo
externo y trabajo interno. Sistemas de muchas partículas. Concepto de Temperatura. Primer principio de
la Termodinámica: calor y trabajo. Entropía. Segunda ley de la Termodinámica.
TEMA 6: OSCILACIONES
Introducción. Movimiento periódico. Movimiento armónico simple (m.a.s): Definiciones; Otras formas
de expresar el m.a.s.; Velocidad y aceleración del m.a.s. Ecuación diferencial del m.a.s. Fasores.
Dinámica del m.a.s. libre: Fuerza y energía potencial. El oscilador libre amortiguado: Movimiento
subamortiguado. El oscilador forzado sin rozamiento. El oscilador forzado amortiguado. Resonancia.
Oscilaciones eléctricas.
TEMA 7: ONDAS
Introducción. Descripción de una onda viajera unidimensional. Ondas transversales y longitudinales. La
ecuación de ondas. Principio de superposición. Ondas periódicas. Ondas armónicas. Ondas en tres
dimensiones: Ondas planas; Ondas esféricas. El efecto Doppler. Superposición de ondas: Interferencia
constructiva y destructiva; Ondas estacionarias; Pulsaciones. El sonido. Velocidad del sonido. Intensidad
sonora. Ondas electromagnéticas.
TEMA 8: TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL
Introducción. Experimento de Michelson-Morley. Los postulados de la Relatividad Especial. Contracción
de longitudes y dilatación del tiempo. Transformaciones de Lorentz. Transformación de velocidades.
TEMA 9: INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Los fundamentos. La función de onda. Operadores. Autovalores y autofunciones. Lo que pasa entre
medida y medida. Aplicaciones académicas: El pozo cuadrado infinito; El oscilador cuántico; El átomo de
hidrógeno. El principio de incertidumbre. El efecto túnel. Aplicaciones: Telecomunicación Cuántica y
Criptografía Cuántica.
BIBLIOGRAFÍA
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ISBN 0-201-00279-5.
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Mc. Graw-Hill, 2001, ISBN: 84-481-3190-8.
Thomas A. Moore, “FÍSICA. Seis ideas fundamentales” (Tomo I). Mc. Graw-Hill, 2005, ISBN: 970-104894-6.
Thomas A. Moore, “FÍSICA. Seis ideas fundamentales” (Tomo II). Mc. Graw-Hill, 2005, ISBN: 970-104895-4.
R. A. Serway y J. W. Jewett, Jr., ``FÍSICA" (Volumen I). Thompson Learning, 2003, ISBN: 84-9732168-5.
R. A. Serway y J. W. Jewett, Jr., ``FÍSICA" (Volumen II). Thompson Learning, 2003, ISBN: 84-9732169-3.
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J. R. Taylor y C. D. Zafiratos, ``MODERN PHYSICS FOR SCIENTISTS AND ENGINEERS". PrenticeHall International Editions, 1991, ISBN: 0-13-590431-5.
I. E. Irodov, ``LEYES FUNDAMENTALES DE MECÁNICA". Mir, 1981, ISBN: 5-03-001719-4.
A. P. French, ``VIBRACIONES Y ONDAS". Reverté, 1982, ISBN: 84-291-4098-0.
A. P. French, ``RELATIVIDAD ESPECIAL". Reverté, 1996, ISBN: 84-291-4097-2.
D.T. Guillespie, ``INTRODUCCIÓN
ISBN 84-291-4039-5.
A
LA
MECÁNICA
CUÁNTICA".
Reverté,
1991,
PRÁCTICAS
Las clases prácticas se imparten en el laboratorio de Física durante 10 semanas en sesiones de 1,5 horas.
Los grupos son reducidos, permitiendo así una mayor interacción profesor-alumno, y consisten, tanto en
la realización de prácticas de laboratorio, como en la resolución de problemas. En cada sesión de
laboratorio, todos los alumnos realizan la misma práctica, y deben resolver una serie de cuestiones
relacionadas con la misma. A continuación listamos las prácticas de laboratorio:
1)
2)
3)
4)
Oscilaciones mecánicas libres y amortiguadas.
Ondas transversales y longitudinales.
Pulsaciones sonoras con diapasones.
Resonancia.