ASIGNATURA: Física I CÓDIGO: ÁREA CURRICULAR: Iniciación Profesional SEMESTRE: IV. CARÁCTER: Obligatorio PRELACIÓN:

Transcripción

1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA PROGRAMA LICENCIATURA EN CIENCIAS MATEMATICAS. ÁREA DE FISICA PROGRAMA FÍSICA I

2 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA PROGRAMA LICENCIATURA EN CIENCIAS MATEMATICAS. ÁREA DE FISICA ASIGNATURA: Física I CÓDIGO: 4516 ÁREA CURRICULAR: Iniciación Profesional SEMESTRE: IV CARÁCTER: Obligatorio PRELACIÓN: NÚMERO DE HORAS: Teóricas: 4/semana Prácticas: 2/semana ELABORADO POR: Prof. R. Omar Rodríguez FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ÚLTIMA MODIFICACIÓN: Junio 2007 COORDINADOR: Prof. Rommel Guerrero DOCENTE: Prof. R. Omar Rodríguez

3 FUNDAMENTACIÓN Este programa esta dirigido a estudiantes que siguen la Licenciatura Ciencias Matemáticas y hace énfasis en la fundamentación sólida de los principios de la física clásica y en la solución de problemas. El desarrollo de cada unidad requiere del conocimiento básico sobre campo vectorial, integrales y ecuaciones diferenciales. Este conocimiento se supone dado en los cursos previos de Calculo I y II, por lo que el curso de Física I representa la oportunidad tangible de aplicar los conceptos abstractos típicos en la formación del matemático. Además, provee al estudiante de una visión mas amplia sobre el campo de acción de la matemática. Esta perspectiva es la que permite interpretar a la física clásica como un modelo matemático fundamentado en un conjunto de axiomas definidos como leyes de Newton y adquirir una visión geométrica de la naturaleza. De esta manera el estudiante es condicionado para asumir conceptos más abstractos, tales como: variedades, espacios tangentes, ligaduras, entre otros. Finalmente, el curso pretende dar al estudiante una motivación y de servir como preámbulo hacia la Física-Matemática y los Sistemas Dinámicos. En este sentido, se le están dando al estudiante los fundamentos necesarios que le permitirían asumir un postgrado orientado hacia la Física-Matemática, tal como el que se oferta en la Maestría en Ciencias del Decanato de Ciencias y Tecnología.

4 OBJETIVOS GENERALES Recurrir al concepto de campo vectorial, para que el estudiante ponga en práctica las herramientas y métodos aprendidos en el curso de análisis vectorial: integrales de línea, superficie y volumen, así como los diferentes teoremas revisados allí. Familiarizar al estudiante con las interacciones a través del concepto de fuerza. Comprender que estas interacciones generan movimientos regidos por las leyes de Newton. Mostrar la teoría de Newton como un modelo matemático fundamentado en axiomas, de tal manera que la relación intrínseca entre las fuerzas y el movimiento se entiendan como un postulado en el que la dinámica y la cinemática se realizan sobre un campo vectorial Euclideo. Proveer al estudiante de la noción de cantidades conservadas mediante el desarrollo de las leyes de conservación de la energía, el momento lineal y angular. Aplicar las leyes de conservación para plantear las ecuaciones diferenciales que rigen la cinemática, y así poder realizar un estudio detallado mediante las soluciones encontradas. Utilizar la asignatura como un escenario para que el estudiante aplique y comprenda desde un punto de vista práctico los conceptos y métodos aprendidos a lo largo de los cursos de cálculo. Durante el curso, el estudiante tendrá la necesidad de modelar diversos sistemas físicos mediante el planteamiento de formulas o ecuaciones, que inevitablemente lo obligaran a la comprensión profunda de las herramienta empleadas, así como también le permitirá adquirir algunas habilidades en la manipulación del tecnicismo.

5 UNIDAD I: Cinemática y Dinámica. Objetivo terminal: Al culminar la Unidad el estudiante estará en capacidad de calcular la cinemática y la dinámica de una partícula con movimiento en el plano, apelando una visión axiomática de las leyes de Newton. CONTENIDO OBJETIVOS ESPECIFICOS ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA- APRENIDZAJE Movimiento Unidimensional: Mecánica, Cinemática de una partícula, velocidad promedio e instantánea, Movimiento con velocidad variable, La aceleración, Movimiento con aceleración constante, La caída libre. Movimiento Bidimensional: Desplazamiento, velocidad y aceleración, Movimiento con aceleración constante, Movimiento de proyectiles, Movimiento circular uniforme, aceleración tangencial y el movimiento circular, velocidad y aceleraciones relativas. Dinámica de las partículas I: Leyes de Newton, tipos de Fuerzas. Dinámica de las partículas II: Fuerzas de fricción, Dinámica del movimiento circular uniforme. Introducir la cinemática de una partícula con el movimiento en una dimensión. Desarrollar ejemplos de movimiento rectilíneo: el lanzamiento vertical y la caída libre Extender la noción de movimiento en una dimensión al movimiento en dos dimensiones: combinación de dos movimientos rectilíneos. Ilustrar el movimiento en el plano: lanzamiento de proyectiles. Representar el movimiento bidimensional en coordenadas polares: el movimiento circular y la aceleración centrípeta. Presentar las leyes de Newton como una construcción axiomática. Entender la relación entre las fuerzas y el movimiento de una partícula: la dinámica. Entender la influencia del ambiente como fuerzas de diferente naturaleza: el peso, la tensión, la fuerza de roce y la ley de Hooke. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con el tema en discusión. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección del tema en discusión. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentadas en ellos.

6 UNIDAD II: La Energía y la Cantidad de Movimiento Objetivo terminal: Al finalizar la Unidad el estudiante deberá ser capaz de utilizar los conceptos de energía, cantidad de movimiento y teoremas de conservación en sistemas simples. CONTENIDO OBJETIVOS ESPECIFICOS ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE Trabajo y energía: El trabajo, la segunda ley de Newton y el teorema del trabajo y la energía La Conservación de la Energía: Las fuerzas conservativas y la energía potencial, las fuerzas no conservativas, la conservación de la energía, las cantidades conservadas. La Conservación del Ímpetu: El centro de masas, el movimiento del centro de masas, el momento lineal de una partícula y de un sistema de partículas, la conservación del momento lineal. Colisiones: El impulso y el ímpetu, Conservación del ímpetu en las colisiones. Definir el trabajo realizado por una fuerza. Desarrollar el trabajo realizado por: la normal, la fuerza de fricción, el peso, la ley de Hooke, la tensión. Acoplar el concepto de trabajo con las leyes de Newton: teorema del trabajo y la energía. Introducir el concepto de fuerzas conservativas y la energía potencial. Desarrollar la energía potencial asociada a: el peso y a la ley de Hooke. Entender la relación entre la conservación de la energía mecánica y la fuerza neta conservativa. Demostrar que un sistema de partículas es equivalente a un punto material: centro de masas. Mostrar que un sistema aislado implica: conservación del ímpetu. Entender colisiones como un ejemplo de la conservación del momento lineal: choques elásticos e inelásticos. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con la Unidad. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección de la Unidad. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentadas en ellos.

7 Unidad III: Movimiento rotacional y oscilatorio Objetivo terminal: Al finalizar esta unidad el estudiante deberá estar en capacidad de distinguir el movimiento circular a través de la presencia de torca. Podrá identificar el movimiento oscilatorio como una extensión del movimiento circular e interpretar su cinemática como una ecuación diferencial de segundo grado. CONTENIDO OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE Cinemática Rotacional: Formulación vectorial del movimiento rotacional, relación entre la cinemática lineal y angular en el movimiento circular- forma escalar y vectorial Dinámica Rotacional I: La Torca y el Momento Cinético, sistema de partículas, la energía cinética de rotación y la Inercia rotacional, Cuerpo rígido. Dinámica Rotacional II: El trompo, El momento cinético y la velocidad angular, la conservación del momento cinético. Oscilaciones: El oscilador armónico simple, la energía y el movimiento armónico simple, el movimiento armónico amortiguado, las oscilaciones forzadas y la resonancia. Desarrollar el concepto de rotación pura de un cuerpo rígido. Identificar las variables y los vectores de la cinemática rotacional en una rotación pura. Ilustrar la rotación pura mediante el estudio de rotaciones con aceleración angular constante. Mostrar la relación entre aceleración angular, el momento cinético y la Torca: dinámica rotacional. Analizar el movimiento combinado de rotación y traslación en el marco energético. Entender la conservación del momento angular como un efecto de la dinámica rotacional. Ilustrar la conservación del momento cinético: el trompo. Identificar a el movimiento oscilatorio como una extensión del movimiento circular. Ilustrar oscilaciones: péndulo de torsión, péndulo físico, oscilaciones de dos cuerpos. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con la Unidad. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección de la Unidad. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentadas en ellos.

8 PLAN DE EVALUACIÓN Unidad Instrumento Actividades Tipo de evaluación Ponderación I Prueba objetiva y/o tareas Aplicación del examen y evaluación de tareas acumulativa 30% - 35% II Prueba objetiva y/o tareas Aplicación del examen y evaluación de tareas acumulativa 30% - 35% III Prueba objetiva y/o tareas Aplicación del examen y evaluación de tareas acumulativa 30% - 35%

9 BIBLIOGRAFÍA Física Tomo I. Física. Resnick Halliday. Editorial John Wiley. Física. Volumen I Mecánica. Alonso y Finn. Fondo Educativo Internacional, S. A. Física. Tomo I. Sears Zemansky. 9 na Edición. Editorial Aguilar. Física Tomo I. Serway 4 ta Edición. Curso de Física Berkeley. Vol. I. Mecánica. Editorial Reverté.