FORMATO DE CONTENIDO DE CURSO 4 : ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO : FUNDAMENTACIÓN EN CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

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1 PÁGINA: 1 de 10 FACULTAD DE: CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE: FÍSICA PLANEACIÓN DEL CONTENIDO DE CURSO IDENTIFICACIÓN DEL CURSO NOMBRE : MECÁNICA CÓDIGO : SEMESTRE : II NUMERO DE CRÉDITOS : 4 REQUISITOS : HORAS PRESENCIALES DE 4 : ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO ÁREA DE FORMACIÓN : FUNDAMENTACIÓN EN CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS TIPO DE CURSO : PRESENCIAL FECHA DE ACTUALIZACIÓN : NOVIEMBRE DE 2014 DESCRIPCIÓN: En este curso se estudian las leyes fundamentales de la mecánica clásica bajo la formulación newtoniana, se presentan los conceptos de trabajo y energía mecánica y se discute la importancia de las constantes del movimiento en la descripción del mismo. 1

2 PÁGINA: 2 de 10 JUSTIFICACIÓN Los conceptos de momento lineal, energía mecánica y momento angular son pilares en el entendimiento de la mecánica que rige los procesos naturales, puesto que cuando se dan las condiciones para que alguna de dichas cantidades permanezca constante, la evolución dinámica del sistema sigue leyes claras que restringen las posibles trayectorias en el movimiento del cuerpo en estudio, La visualización de las constantes de movimiento y las leyes de conservación presentes en la naturaleza como regentes de los procesos cinéticos es un pilar fundamental para entender otras formulaciones de la mecánica (clásica hamiltoniana y la mecánica cuántica), y es en este curso donde el estudiante se encuentra por primera vez con dichos conceptos. PROPÓSITO GENERAL DEL CURSO Se propone iniciar al estudiante al método científico, para que éste logre entender la modelización de los procesos naturales como un camino apropiado para el descubrimiento de principios y leyes de conservación. Se presentan los principios de conservación como base fundamental para la comprensión de la naturaleza. Al finalizar el estudiante deberá llegar a comprender las leyes del movimiento de Newton, el teorema del trabajo y la energía y el principio de conservación de la energía mecánica. Además deberá desarrollar habilidades en su aplicación en el estudio de problemas reales bajo modelos simples. COMPETENCIA GENERAL DEL CURSO Esta asignatura se propone desarrollar competencias en el estudiante, en concordancia con la misión, la visión, los principios y propósitos que orientan la Facultad de Ciencias Básicas, así como en el perfil de formación del Programa de Física. En tal sentido se proponen las siguientes competencias generales: Sintetizar formalmente los principios de la Mecánica, sus leyes de conservación, 2

3 PÁGINA: 3 de 10 incluyendo sus aplicaciones básicas. Practicar la investigación formativa, a través de la consulta bibliográfica en tópicos de la física mecánica y en temas que guarden relación con esta asignatura. Adquirir capacidad para el trabajo individual y en grupo en temas de la física teórica, tanto en forma oral como escrita. BIBLIOGRAFÍA 1. ALONSO M., FINN E. Física. Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. E.U.A CROWELL B., Newtonian physics. Light and Mater. E.U.A CROWELL B., Conservation laws. Light and Mater. E.U.A RESNICK R., HALLIDAY D., KRANE K. Física Vol. I. 5ª edición C.E.C.S.A.México MEISSNER E., Mecánica. Ed: Dossat. Madrid SERWAY R., BEICHNER R. Física. Tomo I. 5ª Edición. McGraw-Hill. México TIPLER P. Física. Tomo I. 4ª Edición. Editorial Reverté. España FEYNMAN R., LEIGHTON R. SANDS M. Lecturas de Física. Addisoln- Wesley. E.U.A SEARS F., ZEMANSKY M., YOUNG H., FREEDMAN R. Física Universitaria. 11ª Edición. Addison-Wesley. E.U.A BIBLIOGRAFIA ELECTRONICA Academia australiana de ciencias. Diccionario de física Temas de física 3

4 PÁGINA: 4 de 10 PLANEACIÓN DE LAS UNIDADES DE FORMACIÓN UNIDAD 1. Medición. Unidades y modelación TIEMPO: 4 h COMPETENCIA Entender que es un modelo, que debe abarcar y que limitaciones puede presentar. Comprender la importancia de las dimensiones, y el uso de correcto de unidades CONTENIDOS El propósito de la física, la interacción de un sistema con sus alrededores Modelos vs problemas reales, predicción teórica vs medida experimental. Patrones de medida, unidades y dimensiones. Cantidades fundamentales en física. INDICADORES DE LOGROS Al terminar el estudiante deberá reconocer las unidades del sistema internacional en correlación con la dimensión en la que se miden las cantidades fundamentales. Deberá distinguir los modelos de la realidad, siendo capaz de reconocer las limitaciones del modelo y su rango de validez. 4

5 PÁGINA: 5 de 10 UNIDAD 2. Fuerzas y la descripción del movimiento TIEMPO: 24 h COMPETENCIA Representar correctamente las cantidades vectoriales y escalares. CONTENIDOS Sistemas coordenados y representación de vectores. Vector posición, INDICADORES LOGROS DE Al terminar esta unidad el estudiante deberá: Comprender la ley de inercia. Definición de fuerza. Describir las distintas fuerzas fundamentales de la naturaleza. Distinguir las diferentes fuerzas que pueden aplicarse sobre un cuerpo. Solucionar ecuaciones movimiento problemas simples. las del en Concepto de movimiento velocidad velocidad aceleración. Momento lineal. media, instantánea. Principio de conservación del momento lineal, ley de inercia. Masa inercia y masa gravitacional. Partícula observador inercial. libre, Fuerza media Fuerza instantánea. Segunda ley de newton. Reconocer las interacciones del sistema en estudio con su entorno. Describirá las diferentes fuerzas fundamentales de la naturaleza. Dibujará el diagrama de cuerpo libre para una partícula sometida a fuerzas. Identificar las fuerzas concurrentes y las condiciones de 5

6 PÁGINA: 6 de 10 Aplicar la segunda ley de Newton a partículas en movimiento circular. Describir el movimiento de un cuerpo bajo la influencia de una fuerza central. Entender los conceptos de torque y momento angular. Establecer un paralelo entre las leyes de conservación del momento lineal y del momento angular Concepto de equilibrio y estática. Tercera ley de Newton Fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Fuerzas de fricción. Fuerzas de fricción en fluidos. Sistemas con masa variable. Problemas de aceleración constante, movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado, movimiento parabólico. Fuerzas centrales. Solución de las ecuaciones del movimiento, Movimiento circular uniforme. Dinámica del movimiento circular. Momento angular. Momento de torsión de una fuerza. Fuerzas centrales. equilibrio. Explicará el concepto de fuerza. Relacionará la segunda ley de Newton con el movimiento de un sistema. Explicará el movimiento de una partícula en presencia de una fuerza central. 6

7 PÁGINA: 7 de 10 UNIDAD 3. TRABAJO Y ENERGIA TIEMPO: 10h COMPETENCIA Elaborar el concepto de trabajo en física. Definir potencia. Establecer el teorema del trabajo y la energía cinética. Diferenciar las fuerzas conservativas de las disipativas. Aplicar el principio de conservación de la energía en la solución de Problemas. CONTENIDOS Introducción. El concepto de trabajo en Física. Trabajo de una fuerza constante y de una fuerza variable Potencia. Unidades de trabajo y potencia. Energía cinética y el teorema del trabajo y la energía cinética. Fuerzas conservativas. Energía potencial. Potencial elástico y potencial gravitacional. Conservación de la energía de una partícula. Movimiento rectilíneo bajo fuerzas conservativas. Curvas de energía potencial. Puntos de equilibrio. Fuerzas no conservativas. Discusión y crítica del concepto de energía. INDICADORES DE LOGROS Al terminar esta unidad el estudiante Explicará el concepto de trabajo en física. Reconocerá el principio de conservación de la energía en procesos cotidianos. Aplicará el teorema del trabajo y la energía cinética y el principio de conservación de la energía en al solución de problemas. Emitirá su concepto de energía. Diferenciará las fuerzas de tipo conservativo de las disipativas.. 7

8 PÁGINA: 8 de 10 UNIDAD 4. DINAMICA DE LOS SISTEMAS DE PARTICULAS TIEMPO: 10 h COMPETENCIA Calcular el centro de masa de un sistema de partículas. Establecer el principio de conservación de la energía para un sistema de muchas partículas. Diferenciar los diferentes tipos de colisiones. Aplicar el principio de conservación del momento lineal en los problemas de colisiones. CONTENIDOS El centro de masa de un sistema de partículas. Teorema del centro de masa. Masa reducida. Momento angular de un sistema de partículas. Energía cinética de un sistema de partículas. Energía interna Conservación de la energía de un sistema de partículas. Colisiones. Teoría cinética de los gases. Sistemas de muchas partículas: temperatura trabajo y calor. El principio de conservación de la energía para sistemas de muchas partículas. INDICADORES DE LOGROS Al terminar esta unidad el estudiante Calculará el centro de masa para un sistema de partículas. Clasificará las colisiones como elásticas o inelásticas. Relacionará la temperatura de un sistema de muchas partículas con la energía cinética promedio de las partículas. Aplicará el principio de conservación del momento lineal en la solución de problemas de colisión de partículas. 8

9 PÁGINA: 9 de 10 UNIDAD 5. DINAMICA DEL CUERPO RIGIDO TIEMPO: 10 h COMPETENCIA Definir cuerpo rígido. Definir momento de inercia. Relacionar el concepto de trabajo y energía cinética con el movimiento de rotación de un cuerpo rígido Establecer las condiciones de equilibrio estático para un cuerpo rígido. CONTENIDOS Introducción: el cuerpo rígido como un sistema de partículas Momento angular de un cuerpo rígido. Calculo del momento de inercia. Ecuación de movimiento rotacional de un cuerpo rígido. Trabajo y Energía cinética de rotación. Rotación alrededor de un eje fijo. Movimiento alrededor de un eje móvil. Movimiento giroscópico. Estática del cuerpo rígido: condiciones de equilibrio rotacional y traslacional. Aplicaciones de las condiciones de equilibrio. INDICADORES DE LOGROS Al terminar esta unidad el estudiante Calculará el momento de inercia pera sistemas de partículas y para cuerpos rígidos. Relacionará el concepto de trabajo y energía cinética con el movimiento de rotación de un cuerpo rígido. Aplicará las condiciones de equilibrio en situaciones de cuerpos rígidos en equilibrio estático. 9

10 PÁGINA: 10 de 10 UNIDAD 6. GRAVITACIÓN TIEMPO: 8 h COMPETENCIA Establecer la ley de gravitación universal de Newton. Definir el campo gravitacional. Establecer las leyes de Kepler. Describir el movimiento de los planetas. CONTENIDOS Introducción. Ley de la gravitación universal de Newton. Fuerza central El peso de los cuerpos. El campo gravitacional. Energía potencial y el potencial gravitacional. Relación entre el campo y el potencial Leyes de Keppler. INDICADORES DE LOGROS Al terminar esta unidad el estudiante Explicará la ley de gravitación de Newton. Relacionará los cuerpos masivos con su campo gravitacional. Describirá el movimiento de los planetas a parir de las leyes de Kepler. Rendirá un pequeño informa escrito, y lo sustentará en clase, en donde explicará la importancia del estudio de la Gravitación en los viajes especiales. 10