Pontificia Universidad Javeriana

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1 CATÁLOGO DE ASIGNATURAS. PROGRAMA DE ASIGNATURA. Institución académica: PUJAV. Universidad Javeriana Unidad Académica que ofrece (Materia): DPT-FÍSICA. Departamento de Física. Facultad de Ciencias. NOMBRE ASIGNATURA. (Curso): Física Mecánica. NÚMERO CATÁLOGO: 1600 ID: Grado: Pregrado. Créditos (Unidades): 3 Horas de Contacto: 6 Sesión Teórico práctica: 4 horas Sesión Experimental: 2 horas Trabajo independiente: 3 horas CONDICIONES DE INSCRIPCIÓN. Pre-requisito de Inscripción: Cálculo Diferencial. DESCRIPCIÓN. Se presenta un modelo teórico para la descripción y explicación del movimiento de los cuerpos materiales en la aproximación de partículas a través de la cinemática y la dinámica según Newton, la conservación de la cantidad de movimiento y los principios de trabajo y la energía. A partir de lo anterior se generaliza al problema de sistemas de muchas partículas, al caso especial de cuerpo rígido y oscilaciones armónicas. JUSTIFICACIÓN. Desde la perspectiva de los fundamentos científicos de la Ingeniería, es necesaria la comprensión y el análisis desde el punto de vista de la Física para establecer las condiciones del movimiento general de una partícula, al igual que el análisis de un sistema de partículas y el comportamiento de un cuerpo rígido, para introducirse con estas bases en el estudio de asignaturas tales como: Estática, Mecánica de los materiales, Ciencia de los materiales, Dinámica, Mecanismos, Mecánica de fluidos y Dinámica de sistemas. OBJETIVOS: Objetivo general: Se busca que al finalizar el curso el estudiante: 1. Defina los elementos constitutivos y los límites de un sistema mecánico. 2. Identifique las variables apropiadas para describirlo, estableciendo las relaciones de interacción entre las partes. 3. Tome como herramienta la estructura formal dada por la Mecánica Clásica para construir un modelo que describa y explique el comportamiento del sistema. 4. Demuestre claridad conceptual en los modelos explicativos y que tenga un adecuado manejo de los instrumentos matemáticos usados. 5. (Opcional) Modele por lo menos un sistema usando métodos numéricos y haga la simulación en el computador. Objetivos específicos: Los objetivos específicos están enunciados en el numeral CONTENIDOS TEMÁTICOS, para cada capitulo. Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

2 ESTRATÉGIAS PEDAGÓGICAS. Teniendo en cuenta el carácter teórico-experimental de las ciencias naturales y en particular de la Física, las actividades de aula se plantean dentro de la estrategia denominada Clase Centrada en el Alumno. La fundamentación y discusión de los conceptos, principios y leyes generales de la Mecánica, se lleva a cabo en dos escenarios: la clase magistral y el laboratorio, mediante el planteamiento de problemas con solución experimental y la correspondiente confrontación con la solución teórica. METODOLOGÍA. 1. Exposiciones teóricas por parte del profesor. 2. Tareas individuales: aplicaciones prácticas y demostraciones teóricas 3. Temas de profundización y exposición. El trabajo incluye escribir una monografía (menor de 10 páginas), una presentación al grupo y entregar copia impresa de la presentación. 4. Desarrollo individual de un proyecto práctico: a. Definir la aplicación b. Desarrollar el modelo de la planta y simularlo c. Diseñar el controlador y simular su funcionamiento d. Construir y evaluar el prototipo e. Escribir un reporte (no mayor de 10 páginas). 5. Prácticas de laboratorio. EVALUACIÓN. Las evaluaciones se harán en la hora de clase y en el respectivo salón de la clase asignados y según el cronograma. 1. Pruebas individuales: (Oral o escrita). Primera previa. Valor 20%. (6a semana), Segunda previa. Valor 20%. (12ª Semana), 2. Problemas Experimentales: Taller de problemas experimento en Laboratorio (Problema desafío). Valor 20%. 3. Prueba Colectiva y/o individual: Talleres de escritorio o experimental, monografía, exposición, simulación por PC. Valor 10%. 4. Prueba individual. Examen final. Valor 30%. (Semana 17: Martes o miércoles) Para las previas y el examen final, los estudiantes deberán: 1) En primera aproximación, hacer EJERCICIOS Y PRÁCTICAS SOBRE LOS CONOCIMIENTOS ADQUIRIDOS, solucionando los problemas propuestos por el profesor en talleres de clase. 2) En segunda aproximación solucionar problemas de 1er nivel (básico) y 2do nivel de dificultad (intermedio), recomendados en el libro de Sears. 3) En tercera aproximación solucionar teóricamente los problemas experimento, de 3er nivel (alto), desarrollados en los laboratorios. Para los problemas experimento, los estudiantes deberán contemplar: 1) En el trabajo en el laboratorio se sigue el método de "El experimento problema". En ésta estrategia se le plantea al estudiante una situación problemática, por ejemplo: medir alguna variable o encontrar el valor necesario de una variable determinada para cumplir con unos requisitos dados. 2) Para lograr lo anterior se pide primero una predicción de escritorio para luego corroborarla experimentalmente e ir haciendo los ajustes necesarios hasta resolver la situación (20%). Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

3 CONTENIDOS TEMÁTICOS: Pontificia Universidad Javeriana 1. Introducción a al Física Mecánica. 2. Cinemática y Dinámica del Movimiento. 3. Teorema del trabajo y la energía. Principio de Conservación de la Energía. 4. Cantidad de movimiento. Principio de Conservación de la Cantidad de Movimiento. 5. Estática y Dinámica del Sólido Rígido 6. Principio de Conservación de la Cantidad de Movimiento Angular. 7. Oscilaciones armónicas. CONTENIDO ESPECÍFICO. 1. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MECÁNICA. (1 semana). 1.1 Identificar las principales características de la física que la diferencian de otras ciencias. 1.2 Describir e identificar las cantidades físicas fundamentales dentro del sistema interncional de unidades 1.3 Identificar y distinguir las principales escalas en el Universo 1.4 Identificar los principales aportes de la Física al conocimiento y su actual aplicación a la Ingeniería. Contenidos 1. La naturaleza de la Física. 2. Cantidad Física y Sitema Internacional de unidades. 3. Cifras significativas, escalas en el Universo y órdenes de magnitud. Secciones de los libros de la bibliografía recomendada para apoyo. Libro\Contenido Texto: Tipler Sears W. Bauer, G. Westfall CINEMÁTICA Y DINÁMICA DEL MOVIMIENTO. (3 semanas). 1.1 Diferenciar y relacionar los conceptos de posición, velocidad y aceleración en el movimiento rectilíneo y curvilíneo 1.2 Discriminar los métodos para determinar el movimiento de un cuerpo conociendo las fuerzas que actúan sobre él. 1.3 Analizar la relación entre la fuerza y el movimiento de un cuerpo Contenidos 1. Movimiento rectilíneo: Posición, velocidad, aceleración 2. Movimiento curvilíneo: Posición, velocidad, aceleración 3. Movimiento con aceleración constante, movimiento de proyectiles 4. Movimiento circular 5. Leyes de Newton 6. Aplicaciones de las leyes de Newton Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

4 Secciones y páginas de los resepctivos libros de la bibliografía, recomendadas para apoyo. Libro\Contenido 1 y Texto: Tipler , , 4.2, 4.3, , 4.5, 4.6, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 Sears 41-58, Finn Serway TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE ENERGÍA. (2 semanas). 3.1 Definir el concepto de trabajo 3.2 Representar con un ejemplo el concepto de energía 3.3 Definir y dar un ejemplo del concepto de potencia 3.4 Dada una situación calcular el trabajo asociado a una fuerza constante 3.5 Dada una situación calcular el trabajo asociado a una fuerza variable 3.6 Resolver situaciones utilizando el teorema del trabajo y la energía en donde estén involucradas fuerzas de todo tipo 3.7 Definir el concepto y dar un ejemplo de energía potencial gravitacional y energía potencial elástica 3.8 Enunciar las características de las fuerzas conservativas 3.9 Hacer el análisis de situaciones en donde aparezcan curvas de energía potencial 3.10 Solucionar problemas con fuerzas no conservativas Contenidos 1. Teorema del trabajo y la energía cinética. 2. Trabajo de una fuerza variable. 3. Potencia. 4. Fuerzas conservativas. 5. Fuerzas no conservativas. 6. Conservación de la energía. Libro\Contenido Texto: Tipler 6.1, , 6.5 pag , , 7.4, 7.5 Sears Finn Serway Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

5 4. CANTIDAD DE MOVIMIENTO. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN: CANTIDAD DE MOVIMIENTO. (3 semanas). 4.1 Identificar y calcular la cantidad de movimiento de partículas en diferentes circunstancias 4.2 Calcular el centro de masas para un sistema de masas puntuales y un sistema de masa continua 4.3. Identificar y calcular la cantidad de movimiento lineal para un sistema de varias partículas en estado de movimiento 4.4 Dada una situación calcular el impulso y la variación en la cantidad de movimiento de los objetos involucrados. 4.5 Definir el concepto de energía cinética y calcular la energía cinética de objetos en movimiento 4.6 Definir el concepto de conservación de la cantidad de movimiento lineal 4.7 Calcular la cantidad de movimiento lineal como cantidad vectorial en diversas situaciones unidimensionales y bidimensionales, antes y después de una colisión. Contenidos: 1. Centro de masas, movimiento del centro de masas. 2. Conservación de la cantidad de movimiento lineal. 3. Impulso. 4. colisiones unidimensionales y bidimensionales. 5. colisiones en dos y tres dimensiones. Libro\Contenido Texto: Tipler , 8.2, , , 8.4 Sears Finn Serway ESTÁTICA Y DINÁMICA DEL SÓLIDO RIGIDO. (3 semanas). 5.1 Describir las características de un sólido rígido y dar ejemplos. 5.2 Establecer las condiciones de equilibrio de un sólido rígido Describir las relaciones entre las variables cinemáticas que describen un sólido rígido en rotación alrededor de un eje fijo Explicar el concepto de momento de inercia y calcular el momento de inercia para objetos con ciertas simetrías (cilindros, esferas) Solucionar situaciones utilizando el concepto de conservación del momento angular Describir la relación entre el torque asociado a una fuerza aplicada sobre un sólido rígido y su aceleración angular y resolver situaciones utilizando dicha relación Resolver situaciones en las que estén involucrados sólidos rígidos utilizando el concepto de la conservación de la energía Describir el comportamiento de un giroscopio y explicar el principio de funcionamiento. Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

6 Contenidos 1. Estática de un sólido rígido 2. Energía Cinética de rotación 3. Cantidades cinemáticas 4. Ecuación de movimiento de un sólido rígido 5. Sólidos en rotación 6. Rotación y traslación Pontificia Universidad Javeriana Libro\Contenido Texto: Tipler 12.1, 12.2, Sears Finn Serway PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN: CANTIDAD DE MOVIMIENTO ANGULAR. (1 semana). 6.1 Calcular el torque asociado a una fuerza. 6.2 Dada una situación calcular el momento angular o la cantidad de movimiento angular de una partícula determinada. 6.3 Explicar el principio de conservación del momento angular y aplicarlo en una situación dada. Contenidos 1. Cantidad de movimiento angular 2. Conservación de la cantidad de movimiento angular Libro\Contenido 1 2 Texto: Tipler 10.1, Sears Finn Serway OSCILACIONES. (3 semanas) Identificar si un sistema es susceptible de oscilar a partir de la ecuación de movimiento Establecer las condiciones para que un sistema oscilante presente un movimiento armónico simple 7.3Dado un sistema oscilante, representar en forma gráfica y analítica el comportamiento energético del sistema 7.4. Dado un sistema mecánico oscilante sometido a una fuerza impulsora, determinar la respuesta del sistema. Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

7 Contenidos 1. Movimiento armónico simple. 2. Energía en el movimiento armónico simple. 3. Sistema masa resorte. 4. Péndulo simple. 5. Péndulo físico. 6. Oscilaciones amortiguadas. 7. Oscilaciones forzadas. Pontificia Universidad Javeriana Libro\Contenido Texto: Tipler Sears Finn Serway BIBLIOGRAFÍA. Referencias: A. Texto: Tipler, Mosca, Física para la ciencia y la tecnología, Volumen 1. 6ta edición. Reverté, S.A., Barcelona, B. Libros de consulta: 1. A. Texto: Sears, Zemansky, Joung, Freedman, Física Universitaria, Volumen 1, decimosegunda edición, PEARSON EDUCACION, México, R. Resnick, D. Hallyday, Krane. Física Vol. 1. 5ª Edición. C.E.C.S.A, México, Alonso, Finn, Física, ADDISON-WESLEY IBEROAMERICANA, U.S.A., Serway, Jewet. Física I Texto basado en cálculo, 3ª edición. Editorial Thomson, México, Lea, Burke, Física La naturaleza de las cosas, Vol I. Editorial Thomson, México, Kleppner, Kolenkow, An introduction to mechanics. 7th printing, Editorial McGRAW-HILL, Singapore, Wolfgang Bauer, Gary d. Westfall. Física para Ingeniería y Ciencias. Mc Graw Hill ISBN PROBLEMAS EXPERIMENTO. SESIÓN DE LABORATORIO. 1. Problema experimento sobre Medición e incertidumbre. 2. Problema experimento sobre Movimiento acelerado en una dimensión.. 3. Problema experimento sobre Movimiento en el plano 4. Problema experimento de relación entre la fuerza, la masa y la aceleración. 5. Problema experimento sobre Fuerza de fricción estática. Superficies secas. 6. Problema experimento de Fuerza normal, fuerza de fricción. Superficie seca. 7. Problema experimento sobre Movimiento circular. Fuerza Centrípeta. 8. Problema experimento de Trabajo y Conservación de la energía con plano inclinado. 9. Problema experimento de Trabajo y conservación de la energía. 10. Problema experimento de la Conservación de la cantidad de movimiento lineal. Colisión elástica. 11. Problema experimento de la Conservación de la cantidad de movimiento lineal. Colisión inelástica. 12. Problema experimento de la Conservación de la cantidad de movimiento angular. 13. Problema experimento de de torque de una fuerza. 14. Problema experimento del péndulo simple. 15. Problema experimento del péndulo físico. Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

8 CRONOGRAMA. FÍSICA MECÁNICA. Periodo 1330 Fecha 22/07-26/07 29/07-02/08 Julio Semana 1 2 Contenido Cap. 1 Cap. 1 22/07. 9 a 10 am 1a Reunión coordina Fecha 05/08-09/08 12/08-16/08 20/08-23/08 26/08-30/09 Semana Agosto Contenido Cap. 2 Cap. 2 Cap. 3 20/08. 1 a 2 pm 2a Reunión Cap.3 y 1ra previa. Lunes, martes o miercoles Fecha 02/09-06/09 09/09-13/09 16/09-20/09 23/09-27/09 Septiembre Semana 7 8 Semana de 9 Contenido Cap. 3, cap.4 Cap. 4 reflexión Cap. 4 09/09. 1 a 2 pm 3a Reunión Fecha 30/09-04/10 07/10-11/10 15/10-18/10 21/10-25/10 28/10-01/11 Otubre Semana Contenido Cap 5 Cap. 5 07/10. 1 a 2 pm 4a Reunión Cap.5 y 2da previa. Martes, miercoles. Cap.5, Cap.6 Cap.6, Cap.7 28/10. 1 a 2 pm 5a Reunión Fecha 05/11-08/11 12/11-15/11 18/11-22/11 25/11-29/11 Semana Noviembre Contenido Cap. 7 Cap. 7 Examen final Martes 19 o miércoles 20 de Nov Notas Finales 12/11. 4 a 6 pm 6a Reunión 25/11. 1 a 2 pm 7a Reunión Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID

9 Propuesta para periodos: 0910 a 1310 Pontificia Universidad Javeriana Profesores: L.Camilo Jiménez B. y Fernando Molina F.. Las Modificaciones para ajustes del Programa se hicieron en Reunión de Profesores de Físca Mecánica en periodo 1230 Departamento de Física. Facultad de Ciencias. Catálogo de asignaturas. FÍSICA MECÁNICA. ID