Objetivos Generales. Objetivos específicos. Que el estudiante:

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1 ASIGNATURA: MÉTODOS NUMPERICOS I (ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES CON INTRODUCCIÓN A LA COMPUTACIÓN) Objetivos Generales Comprender y manejar los conceptos relacionados con el manejo, análisis y procesamiento de los datos experimentales desde una perspectiva donde comiencen a desarrollar y aplicar los conceptos básicos de la programación con FORTRAN para el tratamiento de dichos datos, así como la utilización de paquetes profesionales de cómputo con el mismo fin. Por último, introducir al estudiante a las técnicas para la utilización y manipulación de instrumental de laboratorio así como montajes experimentales. Objetivos específicos Que el estudiante: 1. Defina las magnitudes físicas fundamentales. 2. Comprenda el papel de las hipótesis y modelos en el proceso de establecimiento y/o comprobación de una ley física, aplicando para ello, el método científico. 3. Proporcionar un conocimiento básico de los sistemas de computo (PCs) y del lenguaje Fortran 90/ Evaluar los distintos errores que se introducen en toda medición directa y los propague en las operaciones matemáticas que exigen las mediciones indirectas, incluidas las que se realizan a partir de gráficos. 5. Realizar cálculos matemáticos, tanto con notación simbólica como con números, con especial cuidado en las cifras significativas, el orden de magnitud y las unidades del resultado. El nivel de profundidad estará determinado por los conocimientos exigidos al término de la enseñanza media superior. 6. Aplicación de los elementos básicos (preliminares) de la estadística matemática al procesamiento de los datos experimentales. 7. Introducción a los métodos de solución numérica para diversos problemas relacionados con la estadística matemática aplicada al procesamiento de los datos experimentales. 8. Introducción a las técnicas de programación estructurada que conllevan el manejo de subrutinas, funciones, así como diversos procedimientos internos y estructuras de control enfocado al manejo, análisis y procesamiento de los datos experimentales. 9. Utilización de paquetes profesionales de software en la reducción y análisis de los datos experimentales, sólo como usuario de las aplicaciones que se justifiquen por el nivel del curso. 10. Manipulación de instrumentos básicos de mediciones físicas básicas, de acuerdo con las reglas de protección y servicio que exige cada uno. 11. Utilización de los montajes experimentales básicos y empleo de los instrumentos de medición para obtener y procesar datos tanto gráfica como analíticamente.

2 PRIMERA UNIDAD. Conceptos Básicos y Método Científico 1. Definición de términos. Papel e importancia del experimento en el desarrollo de la física. 2. Proceso de medición y los elementos involucrados.. 3. La computadora como elemento de medición, obtención, procesamiento y análisis de datos. 4. La computadora: sus elementos técnicos. La programación como herramienta en el procesamiento y análisis de datos. 5. Método Científico. SEGUNDA UNIDAD. Experimentación y Principios de Computación. 1. Experimento. 2. Planificación de experimentos. 3. Programación. Elementos básicos del FORTRAN 90/ Introducción a tipos de datos en FORTRAN. 5. Estructuras de control y diseño de programas. TERCERA UNIDAD. Error Experimental. 1. Clasificación de errores. 2. Error absoluto y error relativos. 3. Cálculo de errores y tratamiento. 4. Incertidumbre experimental. 5. Incertidumbre en mediciones directas. 6. Incertidumbre en mediciones indirectas. 7. Método general para cálculo de incertidumbre en funciones de dos o más variables. 8. Cifras significativas. 9. Media aritmética y medidas de dispersión. 10. Cálculo de la desviación estándar en mediciones indirectas. 11. Análisis de la incertidumbre en la planificación de experimentos. 12. Combinación de distintos tipos de incertidumbre. CUARTA UNIDAD. Manejo y procesamiento de datos por computadora. 1. Tipos de datos en FORTRAN. 2. Conceptos básicos de entrada-salida. 3. Arreglos en FORTRAN. 4. Doble Precisión. 5. Funciones, subrutinas y procedimientos.

3 QUINTA UNIDAD. Análisis Gráfico y Paquetes de Computadora. 1. Gráficas. 2. Elaboración de gráficas. Escalas y tipos de papel 3. Gráficas lineales. 4. Recta de regresión 5. Correlación. Interpolación y extrapolación. 6. Paquetes de programas para manejo de datos y elaboración de gráficas. 7. Usos y aplicaciones de un paquete para cálculos estadísticos de rutina. 8. Usos y aplicaciones de un paquete general de cálculo, graficación y reducción de datos experimentales. 9. Otros tipos de Software. SEXTA UNIDAD. Análisis Dimensional. 1. Dimensión de una magnitud. 2. Ecuaciones y análisis dimensional. 3. Principio de homogeneidad dimensional. 4. Teorema de Buckingham. 5. Cambio de unidades. SÉPTIMA UNIDAD. Instrumentación y elaboración de reportes. 1. Instrumentos y clases de instrumentos. Sistemas de medición. 2. Calibrado de instrumentos y definición de términos. 3. Registro del Trabajo experimental: Cuaderno de trabajo o bitácora. 4. Reporte de Laboratorio. 5. Recursos auxiliares de la comunicación científica.. OCTAVA. Prácticas seleccionadas de laboratorio 1. Manipulación de instrumentos básicos de mediciones físicas básicas. 2. Utilización de los montajes experimentales básicos y empleo de los instrumentos de medición para obtener datos. 3. Aplicaciones de conocimiento a prácticas básicas. Métodos Didácticos: La metodología de enseñanza está definida en lo fundamental por el proceso formal Exposición de la teoría.

4 Presentación de ejemplos. Solución de problemas propuestos por parte del profesor. Solución de problemas propuestos por parte de los alumnos Asimismo, en el caso de la elaboración de programas resumirse en cinco pasos, a saber: 1.- Definición clara del problema a resolver. 2.- Establecer con precisión los datos de entrada al programa, así como las salidas (o resultados) que se obtienen mediante la ejecución del mismo. 3.- Descripción del algoritmo que se intenta implementar. 4.- Traducir el algoritmo a instrucciones Fortran. 5.- Probar el programa. Los pasos 4 y 5 es indispensable efectuarlos en una PC o en una terminal. Esta metodología debe ser repetida una y otra vez, a través de la implementación de programas diseñados para resolver problemas específicos y de dificultad creciente. Los 5 pasos especificados para la buena elaboración de un programa se desarrollarán con mucho detalle y para distintos ejemplos durante las exposiciones en el aula. Se hará énfasis en los errores típicos y por ende se harán las recomendaciones necesarias para evitarlos de manera sistemática. Para el cabal aprendizaje de esta materia es indispensable que cada alumno pueda contar con acceso a una PC o a una terminal por un período mínimo de dos a tres horas diarias pues el proceso de limpiar de errores lógicos y de sintaxis (debugging) a un programa suele tomar bastante tiempo, así como el proceso del aprendizaje y manejo de los paquetes profesionales de software. Finalmente, es necesario establecer cuidadosamente la relación de lo aprendido en clase con el trabajo de las prácticas en el laboratorio, de modo que el estudiante pueda acceder a realizar el manejo de los equipos y realizar a manejar montajes de laboratorio. Relación con las Investigaciones: En la actualidad, el análisis de datos es una parte fundamental tanto en los problemas experimentales como en los teóricos. Es importante manejar los datos desde una perspectiva analítica así como desde una perspectiva mediante se puedan utilizar las herramientas que puedan desarrollar más rápidamente la parte operativa. Es por esto último que es importante conocer elementos de programación y el manejo de paquetes profesionales de software. En ocasiones, los problemas propuestos son de tal magnitud que las soluciones analíticas y el manejo de los datos están mas allá de toda consideración y por ello se hace indispensable buscar las soluciones por métodos numéricos a través de herramientas más poderosas. Estos métodos se han desarrollado hasta limites insospechados gracias al uso de las PCs y de los grandes sistemas de computo ya que por medio de ellos es posible realizar millones de operaciones por segundo y por otro lado es bien conocida su gran capacidad para guardar, generar y manejar grandes cantidades de datos. Todas estas características de los sistemas de computo los convierten en herramienta ideal e indispensable para el manejo de datos

5 experimentales que puede simplificar el trabajo de los físicos en particular y el quehacer científico en general. Bibliografía: Análisis y Procesamiento de datos experimentales. Introducción a la metodología experimenta. C. Gutiérrez A. Ed. LIMUSA Statistical Treatment of Experimental Data. H. Young. McGraw-Hill Introduction to Theory of Errors. Y. Beers. Hudson-Wesley Co Teoría y Problemas de Estadística. M. Spiegel. Ediciones Pueblo y Educación Programación y FORTRAN. Chapman Stephen J., Introduction to Fortran 90/95 Ed. Mc. Graw Hill, Chapman Stephen J., Fortran 90/95 for Scientists and Engineers Ed. Mc. Graw Hill, Huddleston John, Fortran 90 Chapman Stephen J., Fortran 77 for Engineers and Scientists with an introduction to Fortran 90 Formas de Evaluación: Tareas...40% Reportes de laboratorio...20% Exámenes...40%

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