PROGRAMA DE ESTUDIO Área de Formación : Dr. Richart Falconi Calderón Fecha de elaboración: Agosto de 2004 Fecha de última actualización: Julio de 2010

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1 PROGRAMA DE ESTUDIO Programa Educativo: Área de Formación : Ingeniería Geofísica General INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA Horas teóricas: 3 Horas prácticas: 2 Total de Horas: 5 Total de créditos: 8 Clave: AF1024 Tipo : Asignatura Carácter de la Obligatoria asignatura Programa elaborado por: Dr. Ibis Ricardez Vargas Dr. Richart Falconi Calderón Fecha de elaboración: Agosto de 2004 Fecha de última actualización: Julio de 2010 *Seriación explícita Asignatura antecedente Asignatura Subsecuente Si Mecánica *Seriación implícita Conocimientos previos: No Presentación F1024 Introducción a la Mecánica 1/15

2 El movimiento es parte fundamental de todo cuanto conforma al universo, su descripción requiere del conocimiento y manejo de la física-matemática. Los métodos gráficos y geométricos forman parte importante en esta descripción, es por ello que en este curso introductorio, se presta especial cuidado en presentar las variables físicas y sus relaciones, así como las herramientas matemáticas más elementales que permiten entender y utilizar las definiciones físicas involucradas; es decir, convencerse de que las matemáticas son el lenguaje que la física utiliza como herramienta para describir y modelar los procesos que ocurren en el espacio y suceden en el tiempo. Objetivo General Que el alumno aprenda las herramientas básicas que se necesitan en el estudio de la cinemática y pueda utilizarlas para realizar un modelo razonado a cerca del espacio y del tiempo, así como las unidades y sistemas de unidades en que se expresan las cantidades físicas. Comprenderá el concepto de vector, las reglas para su manejo y las sabrá utilizar para describir el movimiento y cambio de movimiento de objetos sencillos. Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Conocimientos. Comprensión de los conceptos y las leyes fundamentales que rigen el movimiento de los cuerpos. Descripción vectorial de la dinámica de un sistema. Habilidades. Destreza en la descripción del movimiento de sistemas, temporal y espacialmente. Actitudes. Trabajo grupal, búsqueda de soluciones con los conocimientos que se impartan. Expresión de ideas, retroalimentación, planificación y compromiso. Valores. Responsabilidad en el cumplimiento de sus actividades, honestidad, respeto y puntualidad. F1024 Introducción a la Mecánica 2/15

3 Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura Generar y aplicar principios, leyes, métodos y técnicas de la física en el campo experimental para comprender y explicar fenómenos relacionados con el campo profesional. Escenario de aprendizaje Salón de clases, biblioteca, recursos de cómputo, hogar. Perfil sugerido del docente Ideal: Dr. Ciencias Físicas, Dr. En Ciencia de Materiales, M. C. Física, M. C. Ciencia de Materiales. Dr. Geofísica. Sugerido: Lic. Física, Ing. Mecánico. Contenido Temático Unidad No. 1 FÍSICA Y MEDICIÓN Objetivo particular Que el alumno comprenda que el mundo físico esta íntimamente relacionado con la medición y, consecuentemente, esto conduce al establecimiento de patrones de medida. Que toda medición conlleva cierta exactitud y que por lo tanto deberá aprender ciertas reglas para decidir cuanta precisión debe usar para hacer los cálculos. Aprenderá a utilizar potencias de 10 para expresar cantidades muy grandes o muy pequeñas que frecuentemente se encuentran en el estudio de la física. Hrs. estimadas 10 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de evaluación F1024 Introducción a la Mecánica 3/15

4 1.1 Introducción a la física. 1.2 Patrones de longitud, masa y tiempo. 1.3 Análisis dimensional. 1.4 Cambio de unidades. 1.5 Orden de magnitud. 1.6 Notación Científica. 1.7 Cifras significativas. 1.7 Operaciones con cifras significativas. Conocer las diferentes áreas en que se divida la física para su estudio. Saber distinguir las unidades fundamentales de las derivadas. Aprender a utilizar las reglas para expresar las cantidades física. Saber expresar y efectuar operaciones con potencias de 10. Recomiende lecturas que permitan al alumno comprender las diferentes áreas de aplicación de la física. Utilice videos científicos de física que muestren el papel importante que esta tiene. Realice ejercicios sobre operaciones con potencias tanto de manera escrita como utilizando la calculadora. 30% Tareas. 60 % Primer Examen Parcial. 10 % Por participación acertada. Para la evaluación de exámenes y tareas se asignará: ¼ del crédito por el planteamiento del problema, ½ por el desarrollo y ¼ por llegar a la respuesta Unidad No. 2 VECTORES Objetivo particular Que el alumno distinga la diferencia entre sistema de coordenadas y marco de referencia. Desarrollará una idea intuitiva de vector y comprenda que las ideas de magnitud y dirección son fundamentales en física y las aprenda a asociar con las definiciones de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración. Aprenderá a efectuar operaciones elementales con vectores tanto desde el punto de vista geométrico como analítico. Hrs. estimadas 10 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de evaluación 3.1. Sistemas de Identificar la Ejemplifique las diferencias coordenadas y sistemas o marcos de diferencia entre sistema de referencia entre sistemas de coordenadas y sistema de 30% Tareas. F1024 Introducción a la Mecánica 4/15

5 referencia Cantidades vectoriales y escalares Componentes de un vector Vectores base Elección de los sistemas de coordenadas. 3.5 Operaciones con vectores Suma y resta de vectores Representación gráfica Otras operaciones. 3.6 Magnitud de un vector Vectores de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración. y sistema de coordenadas. Poder efectuar operaciones elementales con vectores. Saber que la posición, desplazamiento, velocidad y aceleración tienen una representación vectorial. referencia. Muestre que para un mismo sistema de referencias pueden utilizarse diferentes sistemas de coordenadas. Defina el concepto de vector en términos de las coordenadas cartesianas y los vectores unitarios kˆ,jˆ,iˆ. Efectué operaciones con vectores en una dos y tres dimensiones. Defina los conceptos de vector de posición, desplazamiento y aceleración en tres dimensiones. 60 % Segundo Examen Parcial. 10 % Por participación acertada. Para la evaluación de exámenes y tareas se asignará: ¼ del crédito por el planteamiento del problema, ½ por el desarrollo y ¼ por llegar a la respuesta. Unidad No. Objetivo particular 3 CINEMÁTICA EN UNA DIMENSIÓN Comprender los conceptos de velocidad y aceleración y utilizarlos para describir la variación temporal de la posición de una partícula. Mostrar que el movimiento en una dimensión es un caso particular del movimiento en el espacio y saber adecuar las ecuaciones de la cinemática a los casos de movimiento con velocidad constante, y movimientos sometidos a la acción de la gravedad. Conocer cómo realizar y describir las graficas de posición y velocidad en función del tiempo e identificar a la pendiente como la velocidad y la aceleración respectivamente. F1024 Introducción a la Mecánica 5/15

6 Hrs. estimadas 15 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de evaluación Entender el SEGUNDO EXAMEN significado de los PARCIAL. diferentes tipos de velocidad y 30% Tareas. aceleración Movimiento con velocidad constante Gráfica de la posición y la velocidad como función del tiempo Movimiento con aceleración constante Velocidad media Velocidad instantánea y el concepto de límite Aceleración media e instantánea Movimiento rectilíneo Interpretación de gráficas de posición o velocidad en función del tiempo Cuerpos en caída libre. Saber deducir las ecuaciones de la cinemática. Comprender el concepto de velocidad y rapidez. Capacidad para resolver problemas de movimiento en una dimensión. Realizar e interpretar las gráficas de posición y velocidad como función del tiempo. Muestre que la cinemática en una dimensión es un caso particular del movimiento en tres dimensiones. Puntualice la diferencia entre rapidez y velocidad, así como entre aceleraciones media e instantánea y a partir de ellas obtenga las ecuaciones para la cinemática. Muestre el movimiento con velocidad constante como una particularidad de las ecuaciones de movimiento. Utilice el concepto de límite para definir la velocidad instantánea y aceleración instantánea. Trate el tiro parabólico y la caída libre, como dos movimientos independientes en una dimensión e ilustre, utilizando el concepto de 60 % Segundo Examen Parcial. 10 % Por participación acertada. Para la evaluación de exámenes y tareas se asignará: ¼ del crédito por el planteamiento del problema, ½ por el desarrollo y ¼ por llegar a la respuesta. F1024 Introducción a la Mecánica 6/15

7 vector, cómo modificar las ecuaciones cinemáticas para cada caso. Realice prácticas demostrativas. Unidad No. 4 CINEMÁTICA EN DOS DIMENSIONES Objetivo particular Que el alumno aprenda a describir el movimiento en dos dimensiones descomponiéndolo en dos movimientos en una dimensión independientes entre sí y comprenderá que las ecuaciones que necesita para describir este movimiento son las mismas que utilizó en la descripción del movimiento en una dimensión. Comprenderá la necesidad de elegir un sistema de referencia adecuado para la descripción del movimiento. Hrs. estimadas 15 Temas Resultados del aprendizaje Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de evaluación Saber cómo Deduzca las ecuaciones TERCER EXAMEN descomponer el cinemáticas para el PARCIAL. movimiento movimiento en dos bidimensional en dos dimensiones a partir de las 30% Tareas. movimientos definiciones fundamentales independientes en del desplazamiento, 60 % Tercer Examen una dimensión. velocidad y aceleración. Parcial Movimiento de proyectiles Movimiento circular Descripción del movimiento circular Movimiento circular uniforme Rapidez y velocidad en el movimiento circular Aceleración instantánea en el Utilizar las ecuaciones de la cinemática para resolver problemas en dos dimensiones. Ejemplifique los tipos más comunes de movimiento en el plano cuando cambia la dirección del vector 10 % Exposición de problemas y temas de investigación. F1024 Introducción a la Mecánica 7/15

8 movimiento circular. velocidad, y cuando cambia tanto su magnitud como su dirección. Para la evaluación de exámenes y tareas se asignará: ¼ del crédito por el planteamiento del problema, ½ por el desarrollo y ¼ por llegar a la respuesta. F1024 Introducción a la Mecánica 8/15

9 Unidad No. Objetivo particular 5 DINÁMICA DE LA PARTÍCULA Comprender la relevancia de las leyes de Newton en el estudio del movimiento, su aplicación a diferentes tipos de sistemas, así como diferenciar entre fuerzas reales e inerciales. Hrs. Estimadas: 10 Temas 5.1. Sistemas de referencia 5.2. Primera ley de Newton 5.3. Segunda ley de Newton 5.4. Tercera Ley de Newton Tipos de fuerzas: reales e inerciales 5.6. Fuerzas de Fricción Resultados del aprendizaje El alumno: - Distinguirá los sistemas de referencia inerciales de los no inerciales. - Identificará a las fuerzas como la causa de los cambios en el estado de movimiento de un objetopartícula y utilizará las leyes que los rigen para predecir el movimiento subsecuente del mismo. - Distinguirá entre fuerzas reales y fuerzas inerciales Sugerencias didácticas Se sugiere al profesor: Presentar un diagrama o un mapa conceptual sobre los temas de esta unidad. Presentar cada uno de los temas resolviendo las preguntas y problemas relacionados con las leyes del movimiento en diversas circunstancias, destacando situaciones que se presentan en la vida cotidiana. También se pueden realizar experimentos demostrativos en clase, relacionados con la temática analizada, Estrategias y criterios de evaluación Evaluación deberá ser continua considerando la participación y la realización de ejercicios en clase, así como las tareas para llevar a casa. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de los siguientes aspectos: - Examen escrito: el primer examen parcial. - Exposiciones orales - Tareas y - Trabajo en equipo F1024 Introducción a la Mecánica 9/15

10 utilizando accesible. material Hacer uso de equipo audiovisual para proyectar diapositivas. Proyectar películas cortas sobre las Leyes de Newton o encargar de tarea que los estudiantes las busquen y vean en la red Internet. F1024 Introducción a la Mecánica 10/15

11 Unidad No. Objetivo particular 6 TRABAJO Y ENERGÍA Entender los conceptos de trabajo y energía, aprender la diferencia entre fuerzas conservativas y no conservativas. Hrs. Estimadas: 5 Temas 6.1. Producto escalar 6.2. Trabajo 6.3. Teorema del trabajo y la energía cinética 6.4. Fuerzas conservativas y energía potencial 6.5. Energía potencial del resorte 6.6. Energía potencial gravitacional 6.7. Ley de conservación de la energía mecánica Resultados del aprendizaje El alumno: - Comprenderá el concepto de trabajo en física y calculará el trabajo asociado con fuerzas de distinta índole. - Entenderá el concepto de energía, y el papel fundamental que juega en el estudio de la física. - Establecerá la equivalencia entre trabajo y energía. - Distinguirá entre fuerzas conservativas y no conservativas. - Aplicará la conservación de la energía a diversos Sugerencias didácticas Se sugiere que el profesor: Presente un diagrama o un mapa conceptual sobre los temas de esta unidad. Establezca el concepto de trabajo y su relación con otros conceptos como el de energía y potencia. Realice el cálculo del trabajo asociado con diferentes tipos de fuerzas. Analice situaciones en donde estén presentes fuerzas de diversa índole, utilizando el teorema del trabajo y la energía. Realice el análisis de sistemas en los cuales la energía mecánica se Estrategias y criterios de evaluación Evaluación deberá ser continua considerando la participación y la realización de ejercicios en clase, así como las tareas para llevar a casa. Evaluación mediante el segundo examen parcial, los temas que se hayan tratado. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de los siguientes aspectos: - Examen escrito: el segundo examen parcial. - Exposiciones orales - Tareas y F1024 Introducción a la Mecánica 11/15

12 tipos de sistemas mecánicos conserva. Realice experimentos demostrativos relacionados con la temática. Presentar cada uno de los temas resolviendo las preguntas y problemas relacionados con dichos temas. Hacer uso de equipo audiovisual para proyectar diapositivas y películas cortas sobre los temas de Trabajo y Conservación de la energía o encargar de tarea que los estudiantes busquen las películas y las vean en la red Internet. - Trabajo en equipo F1024 Introducción a la Mecánica 12/15

13 Unidad No. 7 MOMENTO LINEAL Objetivo particular Comprender los conceptos de momento lineal e impulso para sistemas de una o varias partículas Hrs. Estimadas: 5 Temas 7.1. Momento lineal para una partícula 7.2. Impulso 7.3. Centro de masa 7.4. Segunda ley de Newton para muchas partículas 7.5. Conservación del momento Resultados del aprendizaje El alumno: - Comprenderá los conceptos de momento lineal para una partícula, impulso, centro de masa y el principio de conservación del momento lineal. - Utilizará las leyes de Newton para describir el movimiento del centro de masa en un sistema complejo. Sugerencias didácticas Presentar un diagrama o un mapa conceptual sobre los temas de esta unidad. Presentar cada uno de los temas resolviendo las preguntas y problemas relacionados. Hacer uso de equipo audiovisual para proyectar diapositivas y películas cortas sobre los temas de Momento lineal y colisiones. Encargar de tarea que los estudiantes busquen las películas y las vean en en la red Internet. Con respecto al desarrollo Estrategias y criterios de evaluación Evaluación deberá ser continua considerando la participación y la realización de ejercicios en clase, así como las tareas para llevar a casa. Evaluación mediante el tercer examen parcial, los temas que se hayan tratado. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de los siguientes aspectos: - Examen escrito: tercer examen parcial. - Exposiciones orales - Tareas y F1024 Introducción a la Mecánica 13/15

14 del temario, se sugiere que el profesor: Destaque que para el análisis de las colisiones es necesario una nueva variable dinámica a la que se denomina momento lineal. Resalte la relación que existe entre la fuerza que actúa sobre un objeto en una colisión y el cambio de su momento lineal. Establezca las condiciones que deben cumplirse para que el momento lineal total permanezca constante. Muestre mediante ejemplos que el movimiento de traslación de un sistema de partículas puede analizarse mediante las leyes de Newton, como si toda la masa se concentrara en el centro de masa y como si la fuerza externa total se aplicara en ese punto. Realice experimentos demostrativos relacionados con la temática. - Trabajo en equipo F1024 Introducción a la Mecánica 14/15

15 Bibliografía básica Serway R. A. y Jewett, J.W. (2008) Física para Ciencias e ingenierías, Vol. I. 7ª Ed. México: Thomson. Halliday, D.,Resnick, R. y Walker, J.(2006) Fundamentos de Física vol. I, 6ª Ed. Mèxico: CECSA. Bolton, J. (2000). Classical Physics of Matter: Institute of Physics Publishing. Tipler, P. A. (1999). Física: Vol. I, Editorial Reverté. Huggins, E. (1999). Physics 2000: Moose Mountain Digital Press, Etna, New Hampshire. Hewitt, P. (2001). Fìsica Conceptual: Editorial Trillas México. Bibliografía complementaria Serway, R.A. (2009). Fundamentos de Física Vol. I.México:) Cengage Learning Latinoamérica. Edwards, G., Frederick, S., Malcolm, S. (1991). Física Clásica y Moderna: Mc Graw Hill. España. Lea, S., Burke, R. (1999). Física: La Naturaleza de las Cosas: Vol 1 Editorial International, Thomson Editores. F1024 Introducción a la Mecánica 15/15