35GUIA FISICAIyII

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
SECRETARÍA ACADÉMICA
ÁREA DE CIENCIAS EXPERIMENTALES
Promoción XXXV para la Contratación Temporal de
Profesores de Asignatura Interinos
EVALUACIÓN DE CONOCIMIENTOS Y HABILIDADES DISCIPLINARIAS
Guía para las asignaturas de
Física I y Física II
MARZO 2014
GUÍA PARA EL EXAMEN DE FÍSICA I Y FÍSICA II
I. PRESENTACIÓN
El propósito del examen es la selección de personal aspirante a académico que pueda ser
incorporado como profesor de las asignaturas de Física I y Física II, correspondientes a los semestres,
tercero y cuarto del Plan de Estudios vigente del Colegio de Ciencias y Humanidades (consultar los
Programas de Estudio vigentes http://www.cch.unam.mx/programasestudio). Dicha selección se hará
con base en los conocimientos y habilidades que los aspirantes posean y demuestren en la solución
de este examen correspondiente a las Asignaturas de Física, y cuyas licenciaturas correspondan al
perfil de Física I y Física II del CCH.
Debido a lo anterior se requiere que el aspirante maneje, el nivel de los cursos de Física General
de licenciatura1 conceptos y habilidades de Física.
Los objetivos que se pretende que el aspirante cubra en el examen son:
1. Comprensión de conceptos, así como su aplicación en la solución de problemas o ejercicios
específicos.
2. Capacidad para enunciar principios físicos o relaciones para responder preguntas de la
asignatura de una manera clara y congruente.
3. Diseño de Actividades Experimentales (prácticas) y exposiciones experimentales.
DEL EXAMEN:
El examen estará impreso y tendrá una duración máxima de dos horas. Durante las cuales el
sustentante realizará lo siguiente:
a) Contestará preguntas sobre temas del programa de Física I y Física II (valor 4 puntos). En esta
sección se evaluarán los conocimientos en tópicos específicos del programa, así como la
claridad del desarrollo de la respuesta y el nivel de profundidad.
b) Resolverá problemas de los temas del programa de Física I y Física II (valor 4 puntos).
c) Diseñará una actividad experimental sobre un aprendizaje del programa (valor 2 puntos).
d) Se permitirá el uso de formulario y la consulta de uno o varios de los libros de texto
mencionados en la bibliografía de esta guía, y que debe llevar el sustentante. Se recomienda
elaborar un formulario con base en esta guía y los programas de la materia.
e) Durante el examen se permitirá el empleo de calculadora.
f) Las respuestas deberán escribirse con tinta azul o negra y presentar el procedimiento
completo empleado en la resolución de los problemas. No es suficiente presentar sólo el
resultado.
g) El aspirante cuenta con veinte minutos de tolerancia para presentarse al
examen después de haber iniciado éste.
1
La Bibliografía de las páginas 9 y 10 concreta lo que se entiende por ese nivel.
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II. EVALUACIÓN.
La evaluación de las preguntas, problemas y actividad experimental, se realizará con base al
Protocolo de Evaluación que se anexa en este documento.
III. DESARROLLO.
Los programas vigentes de Física I y Física II contemplan las siguientes unidades:
FÍSICA I
Unidad I. ACERCA DE LA FÍSICA
Temas:
1. Importancia de la física en la naturaleza y en la vida cotidiana (ciencia, tecnología y
sociedad).
2. Sistemas físicos.
3. Magnitudes y variables físicas.
4. Elementos teóricos y experimentales de la metodología de la física: Planteamiento de
problemas, formulación y prueba de hipótesis y elaboración de modelos.
5. Ejemplos de hechos históricos.
Para esta unidad deberá:
Relacionar la Física con otras asignaturas.
Comprender lo que son magnitudes físicas y sus unidades.
En un experimento, reconocer e interpretar las variables del mismo, construir e interpretar
gráficos, y obtener la correlación entre las variables.
Comprender la metodología característica de la ciencia, como es la física.
Elaborar e interpretar un modelo a partir de datos experimentales y su análisis.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 12.
1.1 Dos esferas se encuentran en equilibrio en una balanza de brazos iguales. Si la primera tiene
radio r1 y densidad d1, ¿Cuál será el radio de la segunda esfera si su densidad es d2?
1.2 Si la superficie de la Tierra es de 510 millones de kilómetros cuadrados y el 70% es agua teniendo
una profundidad promedio de 4 Km. Determinar el volumen total del agua.
1.3 Se dice que la Tierra es el planeta acuático. ¿Calcular el porcentaje de su masa que es agua si la
Tierra tiene una densidad promedio de 5.8 g/cm3 y su radio es de 6400 Km.
2
Todos los ejercicios propuestos en esta guía son ejemplos ilustrativos, no sustituyen el estudio cuidadoso.
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Unidad 2. FENÓMENOS MECÁNICOS
II. FENÓMENOS MECÁNICOS
Temas:
1. PRIMERA LEY DE NEWTON.
1.1. Inercia, sistema de referencia y reposo.
1.2. Interacciones y fuerzas, aspectos cualitativos.
1.3. Fuerza resultante cero, (vectores desde un punto de vista operativo, diferencia entre vector y
escalar), 1a Ley de Newton y Movimiento Rectilíneo Uniforme.
1.4. Masa inercial e ímpetu.
2. SEGUNDA LEY DE NEWTON.
2.1. Cambio del ímpetu y Segunda ley de Newton.
2.2. Fuerza constante en la dirección del movimiento y MRUA.
2.3. Diferencias entre el MRU y el MRUA.
2.4. Fuerza constante con dirección perpendicular al movimiento: MCU.
2.5. Resolución de problemas relativos al MRU, MRUA y MCU.
3. TERCERA LEY DE NEWTON.
3.1. Tercera ley de Newton.
3.2. Conservación de ímpetu.
4. GRAVITACIÓN UNIVERSAL Y SÍNTESIS NEWTONIANA.
4.1. Interacciones gravitacionales y movimiento de planetas, satélites y cometas.
4.2. Síntesis Newtoniana.
5. ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJO.
5.1. Energía y tipos de energía.
a) Energía cinética
b) Energía potencial
5.2. Conservación de la energía mecánica.
5.3. Trabajo y transferencia de energía mecánica y potencial.
5.4. Energía en procesos disipativos y fricción.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 2
2.1. Esquematizar en un diagrama velocidad vs. Tiempo, el movimiento de un balín desde que es
lanzado verticalmente hacia arriba hasta que es recibido de nueva cuenta en la mano.
2.2. Un balín se arroja verticalmente hacia arriba con una rapidez de 20.0 m/s.
a) ¿A qué rapidez se mueve cuando alcanza una altura de 16.0 m?
b) ¿Cuánto tiempo se necesita para alcanzar esa altura?
c) ¿Por qué hay dos respuestas en (b)?
d) ¿Con qué rapidez regresa al lugar de donde salió?
e) ¿Existe diferencia entre la velocidad inicial y final del balín?
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Unidad 3. FENÓMENOS TERMODINÁMICOS
Temas:
1. TRANSFORMACIONES Y TRANSFERENCIA DE ENERGÍA.
1.1. Formas de energía.
1.2. Fuentes primarias de energía
1.3. Consumo de energía per capita y desarrollo social.
1.4. Calor.
1.5. Equilibrio térmico, temperatura e intercambio de energía interna.
1.6. Calor específico y calor latente.
1.7. Aplicaciones de las formas de calor: conducción, convección, radiación.
2. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
2.1. Conservación de la energía.
2.2. Cambios de energía interna, calor y trabajo.
2.3. Primera ley de la termodinámica.
3. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
3.1. Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales y reales.
3.2. Esquema general de las máquinas térmicas
3.3. Segunda ley de la termodinámica.
3.4. Entropía. Concepto relacionado con la irreversibilidad.
3.5. Fenómenos térmicos y contaminación.
Para esta unidad deberá:
Describir los cambios de energía interna por calor o trabajo.
Calcular la energía transferida ya sea por calor o por trabajo.
Aplicar la 1ª ley de la termodinámica a procesos simples.
Explicar las transformaciones de energía realizadas usando una máquina térmica.
Calcular la eficiencia de una máquina térmica.
Explicar las versiones de Clausius y Kelvin de la 2ª ley de la termodinámica.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 3
3.1 Al medio día no se puede caminar descalzo sobre la parte seca de la arena de algunas playas
para no quemarte los pies, mientras que en la parte húmeda no existe este riesgo. ¿Qué
puedes decir de este problema desde el punto de vista de la conductividad térmica y el calor
específico de la arena y el agua?
3.2 Una de las máquinas más eficientes jamás construidas (su eficiencia actual es de 42.0 %)
opera entre 4300 C y 18700 C.
a) ¿Cuál es la máxima eficiencia teórica?
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b) ¿Cuánta potencia proporcionará la máquina si absorbe 1.40×105 J de energía cada
segundo del reservorio caliente?
FÍSICA II
Unidad 1. FENÓMENOS ONDULATORIOS MECÁNICOS
Temas:
1. ONDAS MECÁNICAS.
1.1. Ondas mecánicas: Parámetros que caracterizan el movimiento ondulatorio.
1.2. Magnitudes relativas a fenómenos ondulatorios.
1.3. Ondas y energía.
1.4. Fenómenos ondulatorios: reflexión, refracción, difracción, interferencia y resonancia de ondas.
1.5. El sonido, ejemplo de fenómeno ondulatorio.
1.6. Algunas aplicaciones tecnológicas y en la salud.
1.7. Ondas y partículas.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 1
1.1. Si usted duplicara la amplitud de un oscilador armónico simple, ¿Cómo cambiarían la frecuencia,
velocidad máxima, aceleración máxima y energía mecánica total?
1.2. Un objeto de 0.40 kg de masa, en el extremo de un resorte horizontal, está en movimiento
armónico simple con una amplitud de 0.025 m. Se observa que la aceleración máxima tiene una
magnitud de 6.0 m/s2. Cuál es:
a) ¿la constante del resorte?
b) ¿la velocidad máxima del objeto?
c) ¿la aceleración (magnitud y dirección) del objeto cuando está desplazado 0.012 m a la izquierda
de su posición de equilibrio?
UNIDAD 2. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
Temas:
1. Carga eléctrica.
1.1. Conservación de la carga.
1.2. Formas de electrización: frotamiento, contacto e inducción.
1.3. Interacción electrostática. Ley de Coulomb.
1.4. Campo eléctrico.
1.5. Energía Potencial en el campo eléctrico y Potencial.
1.6. Corriente eléctrica y diferencia de potencial.
1.7. Ley de Ohm.
1.8. Transformaciones de la energía eléctrica.
1.9. Campo magnético y líneas de campo.
1.10. Interacción electromagnética.
1.11. Interacción magnética entre conductores rectilíneos.
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1.12. Transformación de energía eléctrica en mecánica.
1.13. Fuerza de Lorentz.
1.14. Ley de Faraday-Henry-Lenz.
1.15. Transformación de energía mecánica en eléctrica.
1.16. Campo electromagnético.
1.17. Ondas electromagnéticas y su espectro.
1.18. Velocidad de las ondas electromagnéticas.
1.19. Energía del Campo electromagnético.
1.20. Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas.
Para esta unidad deberá:
Explicar la relación entre los conceptos de carga eléctrica, campo eléctrico, energía potencial
eléctrica y diferencia de potencial.
Cuantificar la intensidad del campo magnético por una corriente eléctrica en configuraciones
simples de ésta.
Explicar la producción del campo eléctrico de Faraday y por los cambios en el campo
magnético.
Describir el procedimiento básico de producción de ondas electromagnéticas.
Explicar el espectro electromagnético y la energía transportada por las ondas.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 2
2.1. ¿Cuál es la causa fundamental de la radiación electromagnética?
2.2. Dos pequeñas esferas de masa m están suspendidas de un punto común por un hilo de
longitud L. Cuando cada esfera tiene una carga q, cada hilo hace un ángulo θ respecto de la
vertical, como se muestra en la figura.
(a) Muestre que la carga q está dada por:
q
2 Lsen
mg tan
k
donde k es la constante de
Coulomb.
(b) Encuentre q si m = 10 g, L=50 cm, y θ=10°.
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UNIDAD 3. FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORANEA
Temas:
1. Cuantización de la materia y la energía
1.1. Crisis de la física clásica y origen de la física cuántica.
1.2. Cuantización de la energía y efecto fotoeléctrico.
1.3. Espectros de emisión y absorción de gases.
1.4. Modelo atómico de Bohr.
1.5. Naturaleza dual de la materia.
1.6. Límites de aplicabilidad de la mecánica clásica y origen de la física relativista.
1.7. Postulados de la relatividad especial y sus consecuencias.
1.8. Equivalencia entre la masa y la energía y sus consecuencias prácticas.
1.9. Física nuclear.
1.10. Radioisótopos.
1.11. Física solar.
1.12. Nuevas tecnologías y nuevos materiales: Láseres, fibra óptica, superconductores.
1.13. Cosmología: Origen y evolución del Universo.
Para esta unidad deberá:
Describir los problemas no resueltos por la física clásica: origen de los espectros, efecto
fotoeléctrico, radiación de cuerpo negro.
Describir el concepto de cuantización según la propuesta de Planck.
Explicar la interacción radiación-materia de acuerdo a la hipótesis del fotón.
Describir el experimento de Michelson y Morley y las implicaciones de sus resultados nulos.
Calcular contracciones de la longitud y dilataciones temporales con base en las transformaciones
de Lorenz.
Explicar conceptualmente la equivalencia masa-energía.
Enunciar algunas manifestaciones de la dualidad onda-corpúsculo de la materia.
EJERCICIOS PROPUESTOS PARA LA UNIDAD 3
3.1. En el efecto fotoeléctrico, explique por qué el potencial de corriente cero depende de la frecuencia
de la luz pero no de la intensidad.
3.2. Un reloj atómico se mueve a 1 000 km/h durante un tiempo de una hora medido por un reloj
idéntico sobre la tierra. ¿Cuántos nanosegundos más lento estará el reloj que se mueve, al final del
intervalo de una hora?
Se presentan algunos ejemplos de preguntas y problemas como ejercicios de
preparación del examen, y son una muestra, no se pretende remplazar el estudio cuidadoso y
profundo de los temas del programa de los cursos de Física del CCH, su objetivo es dar una idea
sobre el nivel y profundidad requeridos en la solución del examen. Recomendamos, por tanto, se
prepare el examen recurriendo a la bibliografía citada en esta guía.
Guía para las asignaturas de Física I y Física II
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REFERENCIAS DE CONSULTA
a) Bibliográficas
1. Giancoli, D. C., FÍSICA, PRINCIPIOS CON APLICACIONES. Prentice Hall, 4ª edición, México, 1997.
2. Kramer, Caig. PRÁCTICAS DE FÍSICA. MC-GRAW HILL. 1994
3. Jones, E. y R. Childers, FÍSICA CONTEMPORÁNEA, McGraw-Hill, 3ª edición, México, 2001.
4. Resnick, Robert y Halliday, David, FÍSICA, Vols. I y II; CECSA, 5ª edición, 1994.
5. Sears, F. W., M. W. Zemansky, et al., FÍSICA UNIVERSITARIA, Vols. I y II, Pearson Educación,
9ª edición, México, 1999.
6. Serway, R. A. y R. J. Beichner, FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA, Tomos I y II; McGraw-Hill,
5ª edición, México, 2002.
7. Tippler, Paul A. FÍSICA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA, Vol I y II, Editorial Reverté.
8. Uri Haber-Schaim D y Buffa Anthony. FÍSICA PSSC: GUÍA DE LABORATORIO.
REVERTÉ. 1980
EDITORIAL
9. Rosas, L y Riveros, H. INICIACIÓN AL MÉTODO CIENTÍFICO EXPERIMENTAL. EDITORIAL TRILLAS, 2ª
EDICIÓN, 2000.
b) Electrónicas
1. http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/laboratorio.htm
2. http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/laboratorioF2B.htm
3. http://www.youtube.com/results?search_query=el+mundo+de+beakman&oq=el+mundo+de+&gs
_l=youtube.1.0.0l10.331.2259.0.6034.12.9.0.1.1.0.466.1580.2j5j0j1j1.9.0...0.0...1ac.1.dWfgrBKb
bsg
4. http://www.fisica.unam.mx/personales/hgriveros/cienciaymagia.php
Nota: En las anteriores direcciones electrónicas encontraras propuestas experimentales a nivel
de bachillerato
Se recomienda que el profesor se asesore con docentes de amplia experiencia
académica, con la finalidad de preparar de la mejor manera su examen.
Para dudas sobre algún proceso relacionado con la preparación de su examen puede
llamar a la Secretaría Auxiliar de Ciencias Experimentales: 56222374.
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Evaluación de preguntas, problemas y diseño experimental
El siguiente protocolo de evaluación tiene como base los lineamientos Generales del examen para la
Contratación Temporal de Profesores de Asignatura Interinos.
Evaluación de preguntas
Criterios de evaluación
Indicadores (todos tienen el mismo valor)
SI
Conceptos científicos y La respuesta está libre de errores conceptuales.
manejo de contenidos
Enuncia el principio físico que le permite contestar la
El aspirante posee un buen pregunta.
manejo de los contenidos,
vocabulario, conceptos y Maneja con soltura el vocabulario científico, utiliza
principios físicos y es capaz correctamente nomenclatura, convenciones y unidades.
de aplicarlos a situaciones
cotidianas.
Desarrolla y da una explicación fundamentada utilizando
argumentos que muestran un razonamiento coherente y los
principios utilizados.
Evaluación de problemas
Criterios de evaluación
Indicadores (todos tienen el mismo valor)
SI
a) Conceptos científicos y Identifica las magnitudes involucradas en el problema.
manejo de contenidos
Enuncia el principio físico que le permite enfrentar el
El aspirante posee un buen problema.
manejo de los contenidos,
vocabulario, conceptos y Maneja con soltura el vocabulario científico, utiliza
principios físicos y es capaz correctamente nomenclatura, convenciones y unidades.
de aplicarlos a situaciones
cotidianas.
Desarrolla y da una explicación fundamentada utilizando
argumentos que muestran un razonamiento coherente y los
principios utilizados.
b) Procesamiento de
Presenta una lista con las magnitudes que directamente se
datos y manejo de
incluyen en el problema y es capaz de identificar y
cantidades
seleccionar datos que no están explícitamente en el
enunciado del problema.
El aspirante selecciona
información
explicita
e Identifica la pregunta, las cantidades que se deben
implícita
a
partir
del encontrar, selecciona y aplica relaciones para inferir
enunciado del problema y resultados numéricos y dimensionales, evaluando con
procesa la información de espíritu crítico su significado.
manera que la relaciona
con aspectos teóricos y Infiere conclusiones utilizando sus conocimientos sobre el
aplicaciones matemáticas tema y aplica procesos matemáticos adecuados para la
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NO
NO
Página 10
que
conduzcan
a
la resolución del problema.
obtención de un resultado
correcto.
Es capaz de evaluar el resultado en términos de orden de
magnitud y signo matemático y utiliza el sistema
internacional de unidades, haciendo las transformaciones
necesarias.
Criterios de evaluación
a) Conceptos científicos y
manejo de contenidos
El aspirante posee un buen
manejo de los contenidos,
vocabulario, conceptos y
principios físicos y es capaz
de aplicarlos a situaciones
cotidianas.
b) Diseño de actividad
experimental
El aspirante selecciona un
experimento adecuado al
aprendizaje
señalado,
tomando en cuenta la
viabilidad de desarrollarlo
en cuanto a materiales de
laboratorio
y
tiempos,
relaciona la actividad con el
tema a tratar utilizando
cuestionarios o preguntas
que ayuden a comprender
los puntos importantes de la
actividad.
Evaluación del diseño experimental
Indicadores (todos tienen el mismo valor)
La actividad está libre de errores conceptuales.
SI
NO
Enuncia el principio físico utilizado en la actividad
experimental.
Maneja con soltura el vocabulario científico, utiliza
correctamente nomenclatura, convenciones y unidades.
Desarrolla y da una explicación fundamentada utilizando
argumentos que muestran un razonamiento coherente y los
principios utilizados.
Presenta una actividad ordenada y coherente en cuanto a
su estructura.
La actividad cumple con el objetivo y el aprendizaje
solicitado.
La actividad es factible de realizarse en cuanto a tiempo,
materiales y equipo.
Describe de manera clara las habilidades que utilizará y
adquirirá el alumno.
Presenta un manejo adecuado de los conceptos a tratar y
se aplican en la actividad propuesta.
Presenta de manera clara las técnicas o pasos a seguir
para el desarrollo adecuado de la actividad.
Presenta algún cuestionario o actividad para reforzar los
aprendizajes adquiridos con la actividad experimental
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