INGENIERÍA AERONÁUTICA FÍSICA III SÍLABO

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1 I. DATOS GENERALES: INGENIERÍA AERONÁUTICA FÍSICA III SÍLABO 1.1 ASIGNATURA : Física III 1.2 CÓDIGO : PRE-REQUISITO : HORAS SEMANALES : TEORÍA : PRÁCTICA : N DE CRÉDITOS : CICLO : III 1.7 TIPO DE CURSO : Obligatorio 1.8 DURACIÓN DEL CURSO : 18 Semanas en total 1.9 CURSO REGULAR : 17 Semanas 1.10 EXAMEN SUSTITUTORIO : 01 Semanas II. DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA La asignatura de Física III es un curso básico experimental y de mediciones cuantitativas de naturaleza Teórico Práctico. La asignatura pertenece al área curricular de formación general, tiene como propósito brindarle al estudiante los conceptos y principios básicos de la Física y sus aplicaciones vinculadas a los sistemas eléctricos de las aeronaves y el desarrollo de aprendizajes que permitan al estudiante colectar, clasificar, sintetizar, organizar, analizar e interpretar datos vinculados con la electricidad y el magnetismo para la obtención de conclusiones y/o toma de decisiones, a partir de mediciones en forma adecuada. Las clases teóricas tienen como propósito el desarrollo del aprendizaje, que permiten al estudiante conocer, conceptualizar y dominar a la perfección los temas que se mencionan a continuación: Electrostática Carga Eléctrica Conductores y aislantes Carga por inducción Corrientes Estáticas Ley de Coulomb Interacciones eléctricas Campo eléctrico Líneas de campo Ley de Gauss Energía - Potencial Eléctrica - Diferencia de potencial Superficies equipotenciales Electrónvolt Dieléctricos Capacitores - Capacitores en un circuito eléctrico Energía de capacitor cargado Capacitores con dieléctricos Corriente eléctrica Resistividad - FEM Trabajo y Potencia en circuitos eléctricos Resistores Resistores en un circuito eléctrico Reglas de Kirchhoff Amperímetros Voltímetros Ohmimetro Campo magnético Líneas del campo magnético Flujo magnético propiedades magnéticas de la materia - Fuentes de campo INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 1

2 magnético campo magnético de una carga móvil Ley de Biot Savat Fuerza entre conductores paralelos Campo magnético de una espiral circular Ley de Ampere Inducción electromagnética Fuerza electromotriz cinética Ley de Faraday Ley de Joule Lenz Inductancia Autoinductancia Corriente Alterna Corriente Continua Compatibilidad Electromagnética - Energía Nuclear Radioactividad Reacciones nucleares Fisión Fusión Dualidad de la materia naturaleza y propiedades de la luz Reflección Refracción. Con las clases prácticas y talleres, se debe lograr que los estudiantes tengan la base que le permita solucionar los problemas comunes que se presentan en electricidad, electrónica y magnetismo en las aeronaves. El Contenido del curso comprende los siguientes tópicos: 1. Cargas eléctricas 2. Campo Eléctrico 3. Potencial Eléctrico 4. Dieléctricos 5. Intensidad de corriente y resistividad 6. Circuitos de corriente continua 7. Magnetismo 8. Electromagnetismo 9. Campo Magnético 10. Fuerza Electromotriz Inducida 11. Inducción Electromagnética 12. Inductancia 13. Energía Nuclear 14. Luz III. COMPETENCIA Utiliza los conceptos de Física III como una herramienta necesaria para comprender y razonar los fundamentos y procesos que ocurren en los diferentes sistemas eléctricos a bordo de las aeronaves. Estimula el espíritu crítico ante los fenómenos que ocurren o puedan aparecer, inherentes a los sistemas eléctricos y permite la toma de decisión ante mediciones básicas y simples de forma adecuada. Conoce los principios, teorías y aspectos básicos necesarios de gran utilidad para el desarrollo de otras asignaturas inherentes a la aeronáutica. Como actitud, logra el pensamiento y razonamiento lógico de las bases del funcionamiento de los sistemas eléctricos y el empleo de los principios, teorías y modelos para su análisis y evaluación. Como destreza, optimiza el empleo de los sistemas eléctricos y otros sistemas INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 2

3 afines aeronáuticos y ser exigente de las medidas preventivas (mantenimiento y procesos) para preservar, corregir los daños o alargar la vida en servicio de los sistemas. IV. CAPACIDADES Unidad N 1: Electrostática 1. Cargas eléctricas: Comprende e interpreta el concepto de carga eléctrica así como la ley de conservación de las cargas eléctricas y las leyes de la electrostática, clasifica los elementos en conductores o aisladores, comprende como se producen las cargas por inducción y los elementos semiconductores. Interpreta y aplica la Ley de Coulomb para el desarrollo de problemas sobre el tema. 2. Campo eléctrico: Comprende, interpreta y aplica los conceptos para el cálculo y determinación del campo eléctrico así como las líneas de campo, aplica la Ley de Gauss en las diferentes aplicaciones. 3. Potencial eléctrico: Comprende, interpreta y aplica el concepto de energía potencial eléctrica y de superficies equipotenciales en el desarrollo de problemas. 4. Condensadores y dieléctricos: Reconoce los materiales dieléctricos, sus propiedades y su uso en algunos componentes eléctricos, diferencia conexión de condensadores en serie y en paralelo y calcula los parámetros para cada caso en problemas sobre el tema, conoce la energía de un capacitor cargado y desarrolla problemas. Unidad N 2: Electrodinámica 1. Intensidad de corriente y resistividad: Comprende e interpreta los conceptos de Intensidad de corriente eléctrica y Resistividad y aplica en el cálculo de parámetros en un circuito eléctrico simple. Reconoce y aplica los conceptos de F.E.M., Trabajo y Potencia en los circuitos eléctricos simples. 2. Circuitos de corriente continua: Comprende e interpreta los conceptos de Electrodinámica, las Leyes o Reglas de Kirchhoff para nodos y ramas en un circuito eléctrico, así como determina y calcula resistencias totales conectadas en serie y paralelo para la solución de problemas en circuitos eléctricos de corriente continua. Detecta y monitorea parámetros eléctricos a través de equipos de medición como son el Amperímetro, Voltímetro y el Ohmimetro. Unidad N 3: Magnetismo y electromagnetismo 1. Electromagnetismo: Comprende, define e interpreta el concepto de campo magnético y de electromagnetismo, sus propiedades, las líneas del campo magnético y el flujo magnético, así como reconoce las propiedades magnéticas de INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 3

4 la materia y aplica en el desarrollo de problemas. 2. Campo magnético: Comprende e interpreta los conceptos de campo magnético de una carga móvil y campo magnético producido por la corriente eléctrica, así como FEM inducida, comprende y aplica la Ley de Biot - Savat y la Ley de Ampere, el magnetismo terrestre, así como el campo magnético de una espiral circular en la solución de problemas, analiza y comprueba estos fundamentos y su uso en equipos aeronáuticos. 3. Inducción electromagnética: Comprende e interpreta los conceptos y principios de inducción electromagnética, la aplicación de estos principios en la aviación, así como aplica la Ley de Faraday y Joule - Lenz en el desarrollo de problemas. Compatibilidad electromagnética 4. Inductancia: Comprende, interpreta y comprueba el fenómeno de la inductancia y Autoinductancia, define las propiedades de la corriente alterna (C.A.), y corriente continua (C.C.) y aplica para la solución y desarrollo de problemas. Reconoce las propiedades de los transformadores y calcula según parámetros establecidos. Unidad N 4: Energía nuclear 1. Energía nuclear: Comprende los conceptos y fundamentos de la energía nuclear, sus propiedades así como comprende los principios de radioactividad, reacción nuclear, Fisión y Fusión y la radiación, explica sus usos en pro y en contra de la humanidad. Unidad N 5: Óptica 1. Luz: Define, comprende e interpreta la dualidad de la materia, reconoce la naturaleza de la luz, así como las propiedades de reflexión y refracción y sus usos, aplica estos conceptos para el desarrollo de problemas asociados al tema y vinculados al tema aeronáutico. V. METODOLOGÍA En la primera clase el profesor presenta el silabo y explica la metodología para su desarrollo, que abarcara: 1. Exposiciones de clases utilizando pizarra y los medios audiovisuales. 2. Discusión de los contenidos y de los problemas. 3. Solución de problemas y tareas de problemas. 4. Talleres de solución de problemas. 5. Prácticas de Laboratorio INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 4

5 Los contenidos conceptuales se han organizado en unidades temáticas con un criterio de interrelación e integración de sus contenidos, con el propósito de facilitar el conocimiento total de la asignatura. La participación de los alumnos es relevante para promover la construcción del conocimiento del educando. La asignatura será desarrollada principalmente a través de clases teóricas y resolución de talleres para la solución de problemas (prácticas), con el empleo de la pizarra. También en menor medida se desarrollara exposiciones con power point, para lo cual se contará con ayudas audio-visuales (proyector multimedia). Además se desarrollaran clases prácticas y talleres de resolución de problemas, cuya finalidad es fortalecer los conocimientos teóricos y esclarecer las interrogantes que pudieran tener los alumnos tras las exposiciones en clase. Al inicio del curso, el profesor hará la presentación introductoria del mismo y explicará el sílabo, enfatizando que promoverá la práctica, talleres, investigación y el diálogo constante con los alumnos para ayudar a que fijen y profundicen mejor los conceptos, los métodos y conocimientos que vayan adquiriendo. Se destacará la importancia de la participación espontánea de los alumnos en las clases teóricas y prácticas del curso y que como estudiantes universitarios, no sólo deben limitarse a conocer lo tratado en clase, sino que deben investigar sobre los diferentes temas tratados. En esencia, la asignatura se desarrollará con los siguientes lineamientos metodológicos: a) El profesor del curso, en cada clase presentará: el fundamento teórico de los diferentes temas, siguiendo el orden que se señala en el programa analítico. Además desarrollará talleres de problemas y propiciará y estimulará la intervención de los alumnos en la clase. Dejará temas y trabajos prácticos (problemas) de diferentes niveles de complejidad, para que los alumnos investiguen y /o desarrollen en grupo o en forma personal. b) En caso que los alumnos encuentren mayor dificultad para resolver cualquier problema relacionado con la asignatura, podrán realizar la respectiva consulta al profesor responsable de la asignatura. c) Es requisito, que el alumno en todos los trabajos prácticos (problemas), monografías, presentaciones, etc. haga uso intensivo de la Tecnología de la Información. (Ofimática para Ingenieros, Internet, Intranet, Red de la EAPIA y Correo Electrónico). INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 5

6 VI. EVALUACIÓN El Reglamento vigente de la UAP, exige la asistencia obligatoria a clases y que el profesor pase la lista de asistencia en cada clase que dicta, registrando las inasistencias, en el registro proporcionado por la Universidad. Los alumnos no podrán sobrepasar el 30% de inasistencias justificadas a las horas lectivas teóricas, ni el 20% a las prácticas para tener derecho a evaluación. Dada la naturaleza del curso respecto a que imparte conocimientos pero además es de suma importancia la transmisión directa de la experiencia del profesor y que los alumnos participen activamente en el aula, se reitera que es de vital importancia la asistencia a clases. Debe quedar perfectamente entendido que sólo cuando el alumno asiste a clases, gana el derecho de ser evaluado y que en todo momento estará presente la normatividad expresada en el Reglamento de la UAP. La Modalidad de Evaluación será la siguiente: - Trabajo Académico (TA), El Sistema de Evaluación Permanente de la UAP, contempla las siguientes modalidades de Trabajo Académico: Participación en clase. Prácticas calificadas. Seminarios de discusión. Trabajos de investigación, experimentación u observación. Trabajos de producción. Elaboración de proyectos. Exposiciones. Trabajos de aplicación. Resolución de casos y problemas. - Examen Parcial (EP), que consiste de una evaluación teórico - práctico de conocimiento y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. - Examen Final (EF), que consiste en la evaluación teórico - práctico de conocimiento de todo el curso y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. La ponderación de notas que el profesor debe mantener es la siguiente: Descripción Ponderación Porcentaje Examen Parcial Peso 3 30% Examen Final Peso 3 30% Trabajo Académico Peso 4 40% - Examen Sustitutorio (ES), que consiste en la evaluación teórico - práctico de conocimiento de todo el curso y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. La nota obtenida en el examen Sustitutorio, reemplazará la nota más baja que el alumno haya obtenido en su Primer examen Parcial o en el Examen Final y de proceder el reemplazo, se recalculará la nueva nota final. INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 6

7 . FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Las calificaciones de los exámenes se regirán por el sistema vigesimal. Para aprobar una asignatura se requiere calificación mínima de 11,00 puntos. Al establecer el promedio final, el residuo igual o superior a cinco décimas (0,5), deberá ser considerado como un punto a favor del alumno. VII. PROGRAMACION DE UNIDADES TEMÁTICAS Unidad N 1 Electrostática Capacidad N 1: Conoce, comprende e interpreta el concepto de carga eléctrica así como la ley de conservación de las cargas eléctricas y las leyes de conservación de las cargas eléctricas, clasifica los elementos en conductores o aisladores, comprende cómo se producen las cargas por inducción. Interpreta y aplica la Ley de Coulomb para el desarrollo de problemas sobre el tema. Semanas N 1 y 2: Cargas eléctricas Principios, axiomas, conceptos de carga eléctrica. Ley de conservación de las cargas eléctricas. Clasificación de elementos en conductores y aisladores. Cargas por inducción. Ley de Coulomb. Interacciones eléctricas. Conoce, distingue, interioriza, se familiariza y comprende claramente los conceptos. aplicaciones. Resuelve problemas y calcula con el uso de las leyes. Participa activamente en los casos prácticos y buscando nueva información. Capacidad N 2: Comprende, interpreta y aplica los conceptos para el cálculo y determinación del campo eléctrico así como las líneas de campo, aplica la Ley de Gauss en las diferentes aplicaciones. INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 7

8 Semana N 3: Campo eléctrico Ley de Gauss Comprende y analiza los Participa activamente en conceptos, propiedades y los casos prácticos y Campo eléctrico métodos Líneas de campo Aplica las leyes para resolver problemas Resuelve y calcula. problemas Reflexiona sobre la Capacidad N 3: Comprende, interpreta y aplica el concepto de energía potencial eléctrica y de superficies equipotenciales en el desarrollo de problemas. Semana 04: Potencial eléctrico Energía potencial Comprende y analiza los Participa activamente en eléctrica. conceptos, propiedades y los casos prácticos y métodos gráficos y Diferencia de potencial Superficies equipotenciales Electrón volt Práctica N 1 gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica. Capacidad N 4: Reconoce los materiales dieléctricos, sus propiedades, constante dieléctrica y su aplicación en algunos componentes eléctricos, capacitores, diferencia conexión de condensadores en serie y en paralelo y calcula los parámetros para cada caso en problemas sobre el tema. INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 8

9 Semanas N 05 y 06: Condensadores y dieléctricos Concepto de dieléctrico Constante dieléctrica Capacitores o condensadores, tipos, parámetros Conexión en serie de capacitores Conexión en paralelo de capacitores Energía de un capacitor cargado Comprende y analiza los conceptos, propiedades y métodos gráficos y gráficos y Resuelve y desarrolla problemas y calcula parámetros. Emplea la representación gráfica y calcula Participa activamente en los casos prácticos y gestiona su aprendizaje. Unidad N 2: Electrodinámica Capacidad N 1: Comprende e interpreta los conceptos de Intensidad de corriente eléctrica y Resistividad y aplica en el cálculo de parámetros en un circuito eléctrico simple. Reconoce y aplica los conceptos de Fuerza Electro Motriz, Trabajo y Potencia en los circuitos eléctricos simples. Semana N 07 Intensidad de corriente y resistividad Comprende y analiza los conceptos, propiedades y métodos gráficos y Concepto de intensidad de corriente Concepto de resistividad, resistencia Circuito eléctrico Concepto de FEM Concepto de trabajo y Potencia gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica Participa activamente en los casos prácticos y Reflexiona sobre la INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 9

10 Semana N Intensidad de corriente y resistividad (continuación) Evaluación; Examen Parcial Capacidad N 2: Comprende e interpreta los conceptos de Electrodinámica, las Leyes o Reglas de Kirchhoff para nodos y ramas en un circuito eléctrico, así como determina y calcula resistencias totales conectadas en serie y paralelo para la solución de problemas en circuitos eléctricos de corriente continua. Detecta y monitorea parámetros eléctricos a través de equipos de medición como son el Amperímetro, Voltímetro y el Ohmiómetro. Semana N 09: Circuitos de corriente continua Concepto De Comprende y analiza los Electrodinámica. conceptos, propiedades y métodos gráficos y Leyes de Kirchhoff y su aplicación en circuitos. Resistencias Eléctricas Conexión de resistencias en serie y paralelo Medición con equipos (Amperímetro, Voltímetro y Ohmiómetro) gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica Unidad N 3 Magnetismo y electromagnetismo Participa activamente en los casos prácticos y Capacidad N 1: Comprende, define e interpreta los conceptos de magnetismo, campo magnético y de electromagnetismo, sus propiedades, las líneas del campo magnético y el flujo magnético, así como reconoce las propiedades magnéticas de la materia y aplica en el desarrollo de problemas. Semana N 10: Magnetismo INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 10

11 Magnetismo Comprende y analiza los Participa activamente en conceptos, propiedades y los casos prácticos y Propiedades magnéticas de la materia métodos gráficos y Campo magnético Líneas de magnético. Flujo magnético campo gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica Reflexiona sobre la Capacidad N 2: Comprende e interpreta los conceptos de campo magnético de una carga móvil y campo magnético producido por la corriente eléctrica, así como FEM inducida, comprende y aplica la Ley de Biot - Savat y la Ley de Ampere, el magnetismo terrestre, así como el campo magnético de una espiral circular en la solución de problemas, analiza y comprueba estos fundamentos, comprende, analiza y evalúa el sistema de GPS y su uso en equipos aeronáuticos. Semana N 11; Campo magnético Concepto de campo magnético de una carga móvil Campo magnético producido por una corriente eléctrica. FEM inducida Ley de Biot - Savat Ley de Ampere Magnetismo Terrestre Concepto, propiedades del sistema GPS y uso Comprende y analiza los conceptos, propiedades y métodos gráficos y gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación gráfica de mapas y de posicionamiento global Participa activamente en los casos prácticos y buscando información actualizada.. INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 11

12 Capacidad N 3: Comprende e interpreta los conceptos y principios de inducción electromagnética, la aplicación de estos principios en la aviación, así como aplica la Ley de Faraday y Joule - Lenz en el desarrollo de problemas. Compatibilidad electromagnética. Semana N 12 y 13; Inducción electromagnética. Inducción electromagnética. Ley de Faraday Ley de Joule Lenz Espectro EM, uso y propiedades físicas. Compatibilidad Electromagnética, Leyes aplicadas en el Perú Práctica N 2 Comprende y analiza los Participa activamente en conceptos, propiedades y los casos prácticos y métodos gráficos y gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea representación grafica la Capacidad N 4: Comprende, interpreta y comprueba el fenómeno de la inductancia y Autoinductancia, define las propiedades de la corriente alterna (C.A.), y corriente continua (C. C.) y aplica para la solución y desarrollo de problemas. Reconoce las propiedades de los transformadores y calcula según parámetros establecidos. Semana N 14: Inductancia Concepto y fenómeno de la inductancia y autoinductancia. Corriente Alterna Corriente Directa o Continua Transformadores y acoplamiento inductivo Comprende y analiza los conceptos, propiedades y métodos gráficos y gráficos y Resuelve y calcula. problemas Emplea la representación grafica Participa activamente en los casos prácticos y INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 12

13 Unidad N 4: Energía nuclear Capacidad N 1: Comprende los conceptos y fundamentos de la energía nuclear, sus propiedades así como comprende los principios de radioactividad, reacción nuclear, Fisión y Fusión y la radiación, explica sus usos en pro y en contra de la humanidad. Semana N 15: Energía nuclear Concepto de energía Comprende y analiza los nuclear, propiedades. conceptos, propiedades y métodos gráficos y de la Principios radioactividad Reacción nuclear Conceptos y propiedades de la Fisión y la Fusión nuclear Unidad N 5; Óptica gráficos y Los emplea y conoce los pro y contras de su uso Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica Participa activamente en los casos prácticos y Reflexiona sobre la Capacidad N 1: Define, comprende e interpreta la dualidad de la materia, reconoce la naturaleza de la luz, las teorías ondulatoria corpuscular y relativista, así como analiza y comprende el espectro de luz y las propiedades de reflexión y refracción, leyes de la física óptica y sus usos, la lente de Fresnel, aplica estos conceptos para el desarrollo de problemas asociados al tema y vinculados al tema aeronáutico. Semana N 16: Luz INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 13

14 Naturaleza de la Luz. Comprende y analiza los conceptos, propiedades y Teorías, espectro Concepto de reflexión, propiedades métodos gráficos y Concepto y propiedades de la refracción Leyes de la óptica, propiedades y usos Lente de Fresnel. gráficos y Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación gráfica para desarrollo de problemas Participa activamente en los casos prácticos y Semana N 17: Examen Final Semana N 18: Examen Sustitutorio VIII. BIBLIOGRAFÍA 1.- Bibliografía Básica SEARS / SEMANSKY / YOUNG, Física General, Editorial. HARLA México 1982 RESNIK & HALLIDAY, Física, MEXICO D.F Bibliografía Complementaria N. N. FIODOROV, FUNDAMENTOS DE ELECTRÓDINÁMICA Editorial MIR N. MATVEEV, ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Editorial MIR FISHBANE P. M. GASIOROWICZ, FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA, Volumen II. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana S. A. México PAUL E. TIPPENS. FISICA, Editorial Mc. Graw Hill Interamericana de México Segunda Edición REDLITZ MILFORD, FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA ELECTROMAGNETICA Editorial MIR. TIPLER PAUL A, FISICA PARA LA CIENCIA Y TECNOLOGÍA, Volumen II New York 1994 INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 14

15 TIPLER PAUL A, FISICA Editorial Revertè Apuntes específicos del docente. Enlaces interesantes y Bibliográficos de Internet indicados por el docente. Pueblo Libre, Marzo 2015 INGENIERÍA AERONÁUTICA: FÍSICA III Página 15