UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

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1 UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA SEDE CIENCIAS DEL MAR I. PROGRAMA GENERAL DEL CURSO Nombre de la asignatura: Descubriendo la Física Código: Semestre lectivo: Pre-requisitos: Ninguno Curso básico: Sí. Co-requisitos: Ninguno Número de horas/semestre: 64 Número de horas/semana: 4 Número de créditos: 3 Programa al cual se ofrece: Ingeniería Oceanográfica Esta asignatura es: habilitable, validable, clasificable. 1. JUSTIFICACION DEL CURSO EN EL PROGRAMA Este curso proporciona al estudiante conocimientos básicos para cursos posteriores, tanto a nivel básico como profesional. 2. OBJETIVOS 2.1 GENERALES - Mostrar al estudiante, mediante el estudio de casos, que la naturaleza y los objetos que nos rodean funcionan acorde a un número pequeño de principios e ideas simples.

2 - Exponer con claridad y lograr que el estudiante comprenda y aplique los conceptos fundamentales de la Física. - Lograr que el estudiante comprenda que la física es una importante herramienta en el diseño de instrumentos, y que el funcionamiento de estos es comprensible mediante el uso de la razón. -Motivar al estudiante a abordar con gusto y seriedad los cursos de Física de su carrera. 2.2 ESPECIFICOS Al terminar el curso el estudiante estará en capacidad de: a- Comprender los conceptos de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración. b- Identificar y entender el principio de conservación del momento lineal y las leyes de Newton. c- Comprender los conceptos de trabajo y energía. d- Entender los principios de la dinámica rotacional, incluyendo el principio de conservación del momento angular. e- Comprender los procesos de transferencia de calor y las leyes de la termodinámica. f- Entender los sólidos, líquidos y gases como sistemas de partículas sujetos a interacciones. g- Comprender las nociones de campo gravitacional, eléctrico y magnético. h- Entender las interacciones entre campos y partículas. i- Comprender el concepto de onda mecánica y electromagnética. j- Conocer las nociones fundamentales de la mecánica cuántica y algunas de sus aplicaciones.

3 3. CONTENIDO POR UNIDADES UNIDAD TITULO DE LA UNIDAD HORAS 1 La Mecánica 24 2 La Termodinámica 11 3 Movimiento Periódico y Ondas 5 4 Electricidad y Magnetismo 14 5 Física Moderna 2 4. METODOLOGIA El curso es una aproximación no convencional a la física, que analiza objetos completos y examina qué los hace funcionar. Está diseñado para que los estudiantes encuentren conexiones entre la ciencia, el mundo en que viven y los objetos que los rodean, desarrollando interés por la física y comprendiendo su importancia en el diseño de objetos y máquinas. La metodología a seguir en el curso Descubriendo la Física, requiere la participación activa del estudiante con el fin de que efectivamente se cumplan los objetivos propuestos, por lo que se requiere la asistencia de los estudiantes a las sesiones de clase. En estas se realizará: a) Exposición de los temas por parte del profesor, apoyándose en la proyección de películas, simulaciones por computador y prácticas demostrativas suscitando discusiones y preguntas por parte de los estudiantes, de tal forma que estos participen en la construcción de los conceptos y la explicación de los fenómenos. b) Discusión y estudio detallado de los temas tratados en clase, incluyendo el análisis de ejemplos y la solución de ejercicios. c) Atención al estudiante por parte del profesor del curso.

4 5. EVALUACION Se realizarán cuatro exámenes de 120 minutos de duración de la siguiente manera: Exámenes 1, 2, 3, 4 del 20 % cada uno. Seguimiento en la forma de tareas y quices con valor de 20%. Primer Parcial Marzo 07 Lecciones 1 a 6 Segundo Parcial Abril 04 Lecciones 7 a 12 Tercer Parcial Mayo 02 Lecciones a 20 Cuarto Parcial Junio 04 Lecciones 21 a BIBLIOGRAFIA TEXTOS: Física Conceptual. Paul Hewitt TEXTOS AUXILIARES: How things work. Louis A Bloomfield. Física Conceptual. Guillermo Pineda G. Física. E. Hecht. Física, conceptos y aplicaciones. Paul E. Tippens. Física para todos. L. Landau. A. Kitaigorochski. Ciencia Física. Orígenes y principios. Robert T Lagemann. Física Fundamentos y fronteras. Robert Stollberg, Fitch Hill.

5 Física Básica. Fundamentos y Perspectivas. Jae R. Ballif y William E. Dibble. PROGRAMA PARCELADO POR CLASES UNIDAD 1: MECÁNICA CLASE TEMAS FECHA 0 Introducción. Se presenta un perspectiva general del curso. Se introduce a los estudiantes al mundo de la física, de los modelos matemáticos y de los experimentos como medio de conocimiento del universo. Se inaugura el curso desde una perspectiva histórica El Patinaje 1. Inercia, posición, desplazamiento, velocidad, aceleración, fuerza, masa, primera y segunda leyes de Newton, vectores y operaciones entre ellos El Patinaje 2. Unidades. Masa inercial, cantidad de movimiento, la fuerza como causante del cambio en la cantidad de movimiento, impulso lineal. Conservación del momento lineal y tercera ley de Newton Acelerando. Movimiento bajo la acción de una fuerza constante. Gráficos. Discusión de movimientos rectilíneos con aceleraciones positiva y negativa La Caída de los Cuerpos. Gravitación universal, satélites, gravitación en cercanias de la superficie terrestre, peso, caída libre, representación gráfica y ecuaciones de caída libre, movimiento de un proyectil

6 5 Las Rampas. Fuerza neta, diagramas de cuerpo libre, tercera ley de Newton, energía, trabajo, conservación de la energía, energía potencial, rampas, ventaja mecánica Taller de dinámica de translación El Mataculin. Inercia rotacional, momento de una fuerza (torque), velocidad angular, aceleración angular, rotación y las leyes de Newton, centro de masa, palancas Examen 1 Dinámica traslacional La Rueda. Fricción, energía térmica, ruedas, balineras, energía cinética de rotación, momento angular, impulso angular, conservación del momento angular, rotación y tercera ley de Newton, energía potencial y aceleración La Balanza de Resorte. Equilibrio, equilibrio estable, ley de Hooke, oscilaciones, calibración, centro de gravedad Los Choques entre Objetos. Colisiones, transferencia de energía. Vibraciones, colisiones elásticas e inelásticas. 11 El Carrusel y la Montaña Rusa. La aceleración percibida, el movimiento circular uniforme, aceleración centrípeta

7 12 Taller sobre dinámica de rotación y temas avanzados de dinámica de translación UNIDAD 2: TERMODINÁMICA SESION TEMAS FECHA La Estufa de Carbón. Energía térmica, calor, temperatura, enlaces químicos y reacciones, conductividad térmica, convección, radiación, capacidad calorífica Examen 2 Dinámica Rotacional y temas avanzados de dinámica de translación Agua, Hielo, Vapor. Fases de la materia, transiciones de fase, fusión, evaporación, condensación, solidificación, humedad relativa, calores latentes de fusión y evaporación, deposición, hervor, nucleación y supercalentamiento Los Bombillos Incandescentes. Espectro electromagnético, la luz, radiación de cuerpo negro, emisividad, ley de Stefan-Boltzmann, expansión térmica El Aire Acondicionado. Las leyes de la termodinámica, temperatura, calor, entropía, bombas térmicas y eficiencia termodinámica El Automóvil Máquinas térmicas y eficiencia termodinámica

8 UNIDAD 3: MOVIMIENTO PERIODICO Y ONDAS SESION TEMAS FECHA 18 Los Relojes El tiempo y el espacio, resonancia natural, el oscilador armónico, movimiento armónico simple, frecuencia. 19 Los Instrumentos Musicales El sonido, la música, ondas en una cuerda, en aire y en superficies, modos de vibración, armónicos, resonancias, ondas estacionarias y ondas viajeras, ondas longitudinales y transversas, velocidad, frecuencia y longitud de onda en ondas mecánicas, superposición, efecto Doppler Taller de termodinámica, oscilaciones y ondas UNIDAD 4: ELECTROMAGNETISMO SESION TEMAS FECHA 21 La Electricidad Estática y La Máquina Fotocopiadora. Carga eléctrica, fuerzas electrostáticas, ley de Coulomb, energía potencial electrostática, voltaje, carga por contacto, polarización, conductores y aislantes Campo eléctrico y gradiente del potencial, relación entre forma y campo, descargas, corriente eléctrica, dirección del flujo de corriente, carga por inducción. Examen 3 Termodinámica, mov. Periodico y ondas Linternas. Circuitos eléctricos, resistencia eléctrica, caídas y elevaciones de voltaje, relaciones entre voltaje, corriente y potencia, ley de Ohm

9 23 Imanes Polos magnéticos, fuerza magnetostática, campos magnéticos, ferromagnetismo, polarización magnética, dominios magnéticos, materiales magnéticos, líneas de flujo magnético, relación entre corrientes y campos magnéticos Generadores de Electricidad, Motores, Distribución de Potencia Eléctrica. Superconductividad, corriente directa y alterna, inducción, transformadores, energía en el campo magnético, relaciones entre campos magnéticos variables y y campo eléctrico, fuerza electromagnética inducida, ley de Lenz, seguridad eléctrica., fuerzas electromagnéticas, energía y trabajo, fuerza de Lorenz La Radio. Energía del campo eléctrico, relación entre campos eléctricos y magnéticos variables, circuitos tanque, la velocidad de la luz, polarización, modulación de amplitud, modulación de frecuencia, ancho de banda. 26 El Horno Microondas. Ondas electromagnéticas: velocidad, frecuencia y longitud de onda, moléculas polares y no polares, el magnetrón Taller de Electromagnetismo UNIDAD 5: FISICA MODERNA SESION TEMAS FECHA 28 Clase-Conferencia: Física Moderna

10 Ideas fundacionales de la relatividad especial. Fundamentos conceptuales de los modelos atómicos y nucleares. Hechos científicos del siglo XX Examen 4 Electromagnetismo Habilitación Todo el contenido del curso