UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER PROGRAMA DE ASIGNATURA

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1 FACULTAD PROGRAMA ACADÉMICO Facultad De Ciencias Naturales E Ingeniería Electromecánica, Telecomunicaciones, Electrónica, Topografía, Electricidad y Telefonía, Ambiental. ASIGNATURA: MECÁNICA Tipo Asignatura: TEÓRICA Créditos: 4 TP: 64 TI: 128 Semestre académico: II Código asignatura: DCB009 Requisitos: DCB002 CÁLCULO DIFERENCIAL JUSTIFICACIÓN: La Física como Ciencia Fundamental tiene como objetivo comprender el mundo que nos rodea. La Física es la ciencia que sirve de ingrediente básico para todas las demás ciencias y su conocimiento es imprescindible para que éstas avancen. La utilización de principios físicos para resolver problemas prácticos ha dado lugar a diferentes ramas de la ingeniería. La Física no sólo nos permite avanzar en el conocimiento de la naturaleza, sino que contribuye al desarrollo económico y social de la humanidad. Un conocimiento básico de esta ciencia se hace necesario en la sociedad actual si queremos ser ciudadanos con capacidad de tomar decisiones propias. Es por ello que la Física se estudia necesariamente dentro del ámbito científico e ingenieril, contribuyendo de manera activa en el crecimiento del conocimiento científico-tecnológico de los estudiantes. OBJETO DE ESTUDIO: El movimiento de los cuerpos, sus derivaciones, la energía y sus manifestaciones. OBJETIVO DE FORMACIÓN: Al finalizar el curso el estudiante estará en capacidad de evaluar su entorno a partir de la aplicación de las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos, haciendo énfasis en la solución de problemas reales en las diferentes disciplinas y en la construcción de conocimiento científico y tecnológico. COMPETENCIAS TRANSVERSALES: Lectura comprensiva. Expresión comunicativa escrita y de generación de textos. Resolución de problemas. Capacidad para trabajar y aprender en equipo. COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DE LA ASIGNATURA: Descomponer las cantidades vectoriales y representarlas en R 2 y en R 3., relacionando al vector con sus operaciones fundamentales y sus aplicaciones. Analizar el movimiento de las partículas unidimensionalmente y bidimensionalmente en el tiempo, según los conceptos de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración, en la teoría como fundamento y en lo experimental como aplicación. Evaluar la fuerza mediante la interpretación del movimiento de un cuerpo, de su estado de equilibrio, a nivel lineal y rotacional, haciendo inferencia en el sistema gravitacional. Deducir las condiciones que cumple un cuerpo para estar en equilibrio de traslación y/o rotación cuando actúan fuerzas, teniendo en cuenta su centro de masa. Analizar el teorema fundamental del trabajo y la energía, sus aplicaciones sobre un cuerpo y las manifestaciones de la conservación de la energía en un movimiento y/o en una colisión. 1

2 ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA POR UNIDADES TEMÁTICAS COMPETENCIAS ESPECÍFICAS UNIDADES TEMÁTICAS Semanas Descomponer las cantidades vectoriales y representarlas en R 2 y en R 3, relacionando al vector con sus operaciones fundamentales y sus aplicaciones. Analizar el movimiento de las partículas unidimensionalmente y bidimensionalmente en el tiempo, según los conceptos de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración, en la teoría como fundamento y en lo experimental como aplicación. Evaluar la fuerza mediante la interpretación del movimiento de un cuerpo, de su estado de equilibrio, a nivel lineal y rotacional, haciendo inferencia en el sistema gravitacional. Deducir las condiciones que cumple un cuerpo para estar en equilibrio de traslación y/o rotación cuando actúan fuerzas, teniendo en cuenta su centro de masa. Analizar el teorema fundamental del trabajo y la energía, sus aplicaciones sobre un cuerpo y las manifestaciones de la conservación de la energía en un movimiento y/o en una colisión. Horas TP TI ANÁLISIS VECTORIAL CINEMÁTICA DINÁMICA ESTÁTICA TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA Total

3 UNIDAD 1: ANÁLISIS VECTORIAL COMPETENCIA: Descomponer las cantidades vectoriales y representarlas en R 2 y en R 3., relacionando al vector con sus operaciones fundamentales y sus aplicaciones. Representa el vector mediante el cambio de posición de una partícula. Identifica los componentes de un vector en situaciones graficas en R 2 y en R 3. Resuelve la suma algebraica de vectores a partir de diagramas y de forma analítica. Desarrolla el producto escalar entre dos vectores a través del análisis gráfico y la solución analítica. Resuelve el producto vectorial entre dos vectores solucionando problemas según las estructuras en el espacio. Soluciona problemas desde la teoría, los diagramas y su representación vectorial. Cantidades escalares y vectoriales. Vectores en R 2 y en R 3. Suma y resta algebraica de vectores: método analítico (componentes rectangulares). Producto de vectores: punto, cruz y mixto. Diferenciación de cantidades escalares y vectoriales. Representación de vectores en R 2 y en R 3. Realización de operaciones con vectores. Aplicación de la estructura vectorial en la solución de problemas. Solución de situaciones problema que involucren cantidades vectoriales de manera gráfica y analítica. Las actividades propuestas serán: parte de los estudiantes. Revisión del trabajo extra-clase. Retroalimentación de las guías-taller N 1 conversión de unidades, aproximaciones, cifras significativas y notación científica y de la guía-taller N 2 VECTORES, en los últimos 15 minutos de las clases de control de actividades. Lectura comprensiva y solución de ejercicios de la guía-taller N 1 CONVERSION DE UNIDADES, APROXIMACIONES, CIFRAS SIGNIFICATIVAS y NOTACION CIENTIFICA y de la guía-taller N 2 VECTORES Elaboración de informe de lectura acorde al tema. Consulta en internet de la temática en las páginas web relacionadas en la bibliografía. Desarrollo de talleres con apoyo en la guía del docente. 3

4 UNIDAD 2: CINEMÁTICA COMPETENCIA: Analizar el movimiento de las partículas unidimensionalmente y bidimensionalmente en el tiempo, según los conceptos de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración, en la teoría como fundamento y en lo experimental como aplicación. Clasifica el movimiento de una partícula según sus características. Diferencia entre movimientos con trayectoria rectilínea, curvilínea y circular. Analiza el movimiento de una partícula teniendo en cuenta la representación gráfica de sus elementos y sus características. Describe el movimiento de una partícula cuya trayectoria es rectilínea, curvilínea o circular. Reconoce la influencia de la gravedad en el lanzamiento y en la caída de los cuerpos. Resuelve problemas de aplicación de movimiento rectilíneo, curvilíneo y circular. Concepto de movimiento y sus características. Movimiento horizontal de una partícula: movimiento rectilíneo (velocidad constante) y movimiento rectilíneo uniforme (aceleración constante). Movimiento vertical de una partícula: caída libre y lanzamiento vertical hacia arriba. Movimiento bidimensional de una partícula: movimiento semiparabólico, parabólico y circular uniforme. Distinción entre los movimientos rectilíneos en el tiempo a partir de sus características. Diferenciación entre movimientos unidimensionales y bidimensionales en el tiempo según sus características. Análisis de situaciones problema de movimiento a partir de un sistema de referencia. Solución de situaciones problema que involucren el movimiento de un cuerpo o partícula. Las actividades propuestas serán: parte de los estudiantes. Retroalimentación de las guía-taller N 3 CINEMATICA, en los últimos 15 minutos de las clases de control de actividades. Lectura comprensiva y solución de ejercicios de la guía-taller N 3 CINEMATICA. Búsqueda de las páginas de Internet recomendadas en la guía, como forma de profundizar la temática vista y aportar a la solución de la guía por medio de simulaciones. Desarrollo de talleres con apoyo en la guía del docente. 4

5 UNIDAD 3: DINÁMICA COMPETENCIA: Evaluar la fuerza mediante la interpretación del movimiento de un cuerpo, de su estado de equilibrio, a nivel lineal y rotacional, haciendo inferencia en el sistema gravitacional. Describe la fuerza a partir de sistemas de aplicación. Representa las fuerzas teniendo en cuenta los diagramas de cuerpo libre en sistemas de referencia. Explica cada una de las leyes de Newton mediante ejemplos de la actividad cotidiana. Comprende la ley del movimiento teniendo en cuenta la masa del cuerpo y la aplicación de la fuerza. Soluciona problemas de aplicación mediante la localización de las fuerzas en diagramas de cuerpo libre y ecuaciones definidas según los enunciados. Concepto de fuerza y sus derivaciones. Leyes de Newton. Movimiento de un cuerpo de acuerdo a un sistema de referencia (diagrama de cuerpo libre). Ley de gravitación universal. Ley de Hooke. Dinámica rotacional. Descripción de los factores que producen o afectan el movimiento de un cuerpo o partícula, teniendo en cuenta su masa. Localización en sistemas de referencia de las fuerzas que inciden en el movimiento de un cuerpo. Elaboración de diagramas de cuerpo libre para objetos en movimiento según un sistema de referencia. Interpretación del movimiento planetario, aplicando la Ley de Gravitación Universal. Solución de situaciones problema que involucren el movimiento de un cuerpo o partícula, teniendo en cuenta su masa y los factores que afectan el movimiento. Las actividades propuestas serán: parte de los estudiantes. Retroalimentación de las guía-taller N 4 DINÁMICA, en los últimos 15 minutos de las clases de control de actividades. Lectura comprensiva y solución de ejercicios de la guía-taller N 4 DINAMICA. Búsqueda de las páginas de Internet recomendadas en la guía, como forma de profundizar la temática vista y aportar a la solución de la guía por medio de simulaciones. Desarrollo de talleres con apoyo en la guía del docente. 5

6 UNIDAD 4: ESTÁTICA COMPETENCIA: Deducir las condiciones que cumple un cuerpo para estar en equilibrio de traslación y/o rotación cuando actúan fuerzas, teniendo en cuenta su centro de masa. Argumenta las condiciones que cumple un cuerpo en reposo o en movimiento a partir de las leyes de la estática. Representa en diagramas de cuerpo libre (DCL) las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para que se encuentre en equilibrio. Diferencia el equilibrio traslacional y rotacional en un cuerpo sometido a fuerzas. Analiza las condiciones que cumple un cuerpo rígido en equilibrio a partir de la localización de las fuerzas. Resuelve problemas de estática localizando las fuerzas que actúan en un cuerpo que se encuentra en equilibrio. Resuelve problemas de aplicación de centro de masa y/o de gravedad, en sistemas de masa puntual y de masa continua. Estática y equilibrio de un cuerpo. Momento de fuerza. Condiciones de equilibrio para un cuerpo rígido (equilibrio traslacional y rotacional) Centro de gravedad y centro de masa. Aplicaciones sobre el equilibrio estático. Análisis de las condiciones que cumple un cuerpo para estar en equilibrio de translación y/o rotación. Determinación de las fuerzas que establecen el equilibrio de un cuerpo de acuerdo a un sistema de referencia. Elaboración de diagramas de cuerpo libre para objetos en equilibrio según un sistema de referencia. Aplicación del concepto de torque a cuerpos rígidos y máquinas simples. Solución del centro de gravedad y centro de masa para diferentes cuerpos de acuerdo a sus dimensiones, formas y características. Solución de situaciones problema para cuerpos en equilibrio, teniendo en cuenta su masa. Las actividades propuestas serán: Lectura comprensiva y solución de ejercicios de la guía-taller N 5 ESTÁTICA. Lectura sugerida por el docente acerca de las aplicaciones del equilibrio estático. Desarrollo de talleres con apoyo en la guía del docente. 6

7 UNIDAD 5: TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA COMPETENCIA: Analizar el teorema fundamental del trabajo y la energía, sus aplicaciones sobre un cuerpo y las manifestaciones de la conservación de la energía en el movimiento y/o en una colisión. Relaciona la fuerza como generadora del trabajo en un cuerpo. Clasifica los tipos de colisiones de acuerdo a sus características. Determina de acuerdo a su posición relativa la energía que tiene un cuerpo en movimiento. Formula la ley de conservación de la cantidad de movimiento y la ley de conservación de la energía para cuerpos en movimiento en una colisión. Resuelve problemas de Energía y Colisiones aplicando la ley de conservación de la energía y el momentum (P). Trabajo (W), definición, aplicaciones, el teorema del trabajo y la energía. La potencia (P) y relación potencia velocidad. Rendimiento o eficiencia mecánica. La energía, energía cinética (E k ), energía potencial gravitacional (U), energía potencial elástica (E ex ). Conservación de la energía mecánica. Principio del impulso (I) y el momentum (P). Las colisiones. Diferenciación de los conceptos trabajo, potencia y energía, impulso y cantidad de movimiento. Identificación del tipo de energía mecánica que posee un cuerpo. Determinación de cuando una fuerza que actúa sobre un cuerpo realiza trabajo. Aplicación del principio de conservación de la energía mecánica a la solución de problemas. Diferenciación entre colisiones elásticas e inelásticas. Aplicación de la ley de conservación de la cantidad de movimiento a la solución de problemas. parte de los estudiantes. Retroalimentación de las guía-taller N 6 TRABAJO Y ENERGIA, en los últimos 15 minutos de las clases de control de actividades. Lectura comprensiva y solución de ejercicios de la guía-taller N 6 TRABAJO Y ENERGIA. Lectura sugerida por el docente acerca de la relación potencia-velocidad en motores. Desarrollo de talleres con apoyo en la guía del docente. 7

8 ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Dotaremos a los estudiantes de estrategias efectivas para la Física Clásica desarrollando habilidades determinadas en comprensión de textos académicos y la solución de problemas. Además usaremos las estrategias preinstrucionales y coinstrucionales de la siguiente manera: Las estrategias preinstruccionales prepararan y alertaran al estudiante en relación a qué y cómo va a aprender (activación de conocimientos y experiencias previas pertinentes) y le permiten ubicarse en el contexto del aprendizaje pertinente. Algunas de las estrategias preinstruccionales típicas a usar: los objetivos y el organizador previo. Las estrategias coinstrucionales apoyarán los contenidos curriculares durante el proceso mismo de enseñanza o de la lectura del texto de enseñanza. Cubren funciones como las siguientes: detección de la información principal; conceptualización de contenidos; delimitación de la organización, estructura e interrelaciones entre dichos contenidos y mantenimiento de la atención y motivación. Aquí pueden incluirse estrategias como: ilustraciones, redes semánticas, mapas conceptuales y analogías, entre otras. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Usaremos estrategias de aprendizaje como un procedimiento (conjunto de pasos o habilidades) que el estudiante adquirirá y empleará de forma intencional como instrumento flexible para aprender significativamente y solucionar problemas y demandas académicas. Se trabajarán con los estudiantes procedimientos tales que: Puedan incluir varias técnicas. operaciones o actividades específicas. Persigan un propósito determinado: el aprendizaje y en la solución de problemas académicos y/o aquellos otros aspectos vinculados con ellos. Sean más que los "hábitos de estudio porque se realizarán flexiblemente. Puedan ser abiertos (públicas), encubiertos (privadas). Son instrumentos socioculturales aprendidos en contextos de interacción con alguien que sabe más o con sus pares. CRITERIOS INSTITUCIONALES DE EVALUACIÓN La evaluación se hará teniendo como referente los resultados de aprendizaje previstos en cada unidad y corte, los cuales serán comunicados a los estudiantes antes de valorar su desempeño. Se hará uso de diversas estrategias para recoger, como mínimo, tres evidencias de aprendizaje en cada uno de los tres cortes que establece el calendario académico semestral. Para garantizar un seguimiento efectivo del aprendizaje es necesario realizar una evaluación diagnóstica al comienzo del semestre con el fin de determinar los presaberes requeridos para iniciar el nuevo proceso de aprendizaje. Igualmente, se deben realizar evaluaciones periódicas para observar progresos en el aprendizaje de los estudiantes. Al finalizar cada corte se realizará una evaluación escrita (parcial) para evidenciar los aprendizajes esperados y certificarlos mediante una calificación (valoración cuantitativa) en una escala de 0.0 a 5.0. Trabajos escritos (solución de guías taller) Quices Evaluaciones parciales escritas INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN 8

9 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFIA BÁSICA SERWAY, Raymond. Física para Ciencias e Ingeniería. Ed. Thomson. 6 ed. (Código libro S492f) SERWAY, Raymond. Física tomo I. Ed. Mc Graw Hill. Ediciones 2, 3. 4 y 5. (Código libro 530S492f) OHANIAN, Hans; MARKERT, Jhon. Física para ingeniería y ciencias. Volumen 1. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA TIPLER, Paul. Física. Ed. Reverté. Ediciones 1. 2 y 3. (Código libro 530T595f) GETTYS, Edward. Física para Ciencias e Ingeniería vol I. Ed. Mc Graw Hill. 2 ed. (Código libro G394f) TIPPENS, Paul. Física conceptos y aplicaciones. Ed. Mc Graw Hill. 6 ed. (Código libro T595f) FINN, Alonso. Física. Editorial Pearson. 1 ed. (Código 530A454f) SEARS-ZEMANSKY. Física Universitaria vol I. Ed. Pearson. 11 ed. (Código libro 530S439f) 9