N-1 R POR UNA CULTURA HUMANISTA Y TRASCENDENTE R FORMATO DE PLANEACIÓN DE CURSO CATEDRÁTICO: CARRERA: OSCAR REYES BALCAZAR INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES ASIGNATURA INICIO DEL CURSO: 07 de mayo de 2007. FÍSICA II FIN DE CURSO: 1 de agosto del 2007. HRS. DEL CURSO: GRADO : 8 hrs. CLAVE: 316 HRS. POR SEMANA: 4 hrs. 3er. cuatrimestre GPO: Único TURNO: Matutino PLAN: CUATRIMESTRAL OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA: Caracterizar a los fenómenos ondulatorios, de luz y sonido, analizando los procesos, leyes y principios físicos de cada uno, para explicar su comportamiento físico. Analizar las leyes de la reflexión y refracción aplicándolas en problemas ficticios con rayos de diferentes alturas y ángulos para caracterizar a las imágenes formadas. Valorar a la física moderna, analizando los efectos de la relatividad, para interpretar los fenómenos relativistas. SISTEMA GENERAL DE HABILIDADES DE LA ASIGNATURA: Aplicar el significado de los términos de frecuencia, longitud de onda y velocidad para el movimiento ondulatorio. Definir el sonido y resolver problemas que apliquen su velocidad en metales. líquidos y gases. Explicar por que la luz a veces se comporta como onda y otras como partículas. Caracterizar a la reflexión y a la refracción. Analizar los postulados de Einsten y determinar los cambios relativistas en la longitud, masa y tiempo. 1. Movimiento ondulatorio 2. Sonido 3. Luz e iluminación 4. Reflexión y refracción. Física moderna y el átomo ÍNDICE DE TEMAS (TÍTULOS): BÁSICA McGrawHill. EVALUACIÓN PARCIAL CRITERIOS DE EVALUACIÓN EVALUACIÓN FINAL TAREAS INVESTI- GACIÓN EXAMENES CORTOS EVALUACI ÓN CONTINUA EXAMEN PARCIAL TAREAS INVESTI- GACIÓN EXAMENES CORTOS EVALUACI ÓN CONTINUA EXAMEN FINAL 10% 20% 70% 90% 10% 10% 20% 70% 90% 10% 100% 100% 100% 100% NOMBRE Y FIRMA DEL PROFESOR
1. MOVIMIENTO ONDULATORIO Caracterizar a la frecuencia, longitud de onda y la velocidad del movimiento ondulatorio, identificando los distintos tipos de ondas para describir sus efectos en cuerdas, luz y sonido. Identificar tipos de ondas Estimar periodo y frecuencia de ondas Calcular velocidades de ondas Calcular la energía de una onda Determinar las frecuencias características en el caso de una cuerda vibrante cuyos extremos están fijos. 1.1. Ondas mecánicas 1.2. Tipos de ondas 1.3. Cálculo de la velocidad de onda 1.4. Movimiento ondulatorio periódico 1.. Energía de una onda periódica 1.6. Principio de superposición 1.7. Ondas estacionarias 1.8. Frecuencia característica Pp. 187-19 McGrawHill. Pp 467 481 Ondas mecánicas y tipos de ondas 1 C ( F ) Calculo de la velocidad de una onda y movimiento ondulatorio periódico 1 S ( R ) Energía de una onda periódica 1 C P ( R ) Principio de superposición y ondas estacionarias Frecuencia característica 1 T ( P ) Demostrar por medio de definiciones y ejemplos para comprender el movimiento ondulatorio transversal y longitudinal Definir, relacionar y aplicar el significado de los términos frecuencia, longitud de onda y velocidad para el movimiento ondulatorio Resolver problemas en los que intervengan la masa, la longitud, la tensión y la velocidad de onda, para determinar la energía de ondas transversales de una cuerda. 1 C P ( P ) Realizar diagramas para identificar el principio de superposición de ondas estacionarias. Escribir y aplicar una expresión para determinar las frecuencias características en el caso de una cuerda vibrante cuyos extremos están fijos. Un alambre metálico de 00 g de masa y 0 cm de longitud esta bajo una tensión de 80 n cuál es la velocidad de una onda transversal en el alambre? Si la longitud se reduce a la mitad, cuál será la nueva masa del alambre?. Una cuerda de 1.2 kg. que se estira a lo largo de una distancia de.2 m y se coloca bajo una tensión de 120 n. Calcule la velocidad de una onda transversal en la cuerda. Una fuente de un tren de ondas transversales tiene una frecuencia de 8 hz y una amplitud de 4 cm si la cuerda tiene 40 m de largo y una masa de 80 g, cuánta energía por unidad de longitud se propaga a lo largo de la cuerda? si la longitud de onda de la onda transversal es de 1.6 m, qué potencia debe ser suministrada por la fuente?.
2. SONIDO Explicar el fenómeno del sonido y resolver problemas que impliquen su velocidad en metales, líquidos y gases. Explicar como se producen las ondas sonoras Calcular la velocidad del sonido Determinar la frecuencia de vibración en columnas de aire y de resonancia Estimar intensidad del sonido en forma natural y con efecto Doppler. 2.1. Producción de una onda sonora 2.2. La velocidad del sonido 2.3. Vibración de columnas de aire 2.4. Vibración forzada y resonancia 2.. Ondas sonoras audibles 2.8.. Efecto Doppler Pp. 196-04 McGrawHill. Pp. 48 04 Producción de una onda sonora y su velocidad en diferentes medios. 2 C ( F ) Vibración de columnas de aire, vibración forzada y resonancia 1 S ( R ) Ondas sonoras audibles 1 C P ( R ) Definir el sonido y resolver problemas que impliquen su velocidad en metales, líquidos y gases Usar condiciones de frontera para deducir y aplicar relaciones para calcular las frecuencias características para un tubo abierto y para un tubo cerrado Calcular el nivel de intensidad en decibeles para un sonido cuya intensidad se expresa en watts por metro cuadrado. Efecto Doppler 1 C P ( P ) Utilizar su comprensión del efecto Doppler para predecir el cambio aparente en la frecuencia sonora que se presenta como resultado del movimiento relativo entre una fuente y un oyente. Calcule la velocidad del sonido en una varilla de cobre que tiene una densidad de 8 800 kg/m 3. el modulo de young para el cobre es de 11 x 10 10 Pa. La velocidad de las ondas longitudinales en determinada varilla de metal con densidad de 7 80 kg/m 3 resulto ser de 3 380 m/s (a) cuál es el modulo de young del metal?, (b) si la frecuencia de las ondas es de 312 Hz, cuál es la longitud de onda?. Compare las velocidades teóricas del sonido en hidrógeno ( γ = 1.4 ) y en el hielo (γ = 1.66 ) a 0 C las masas moleculares para el hidrógeno y el hielo son m h = 2.0 y m he = 4.0. La frecuencia fundamental de un silbato de tren es 300 hz, y la velocidad del tren es 20 m/s en un día en que la temperatura es de 20 C, qué frecuencias escuchará un oyente que esta inmóvil mientras el tren pasa haciendo sonar el silbato?.
3. LUZ E ILUMINACIÓN Aplicar formulas para mostrar la relación entre la velocidad, la longitud de onda y la frecuencia; y entre la energía y la frecuencia, en el caso la luz y la iluminación. 4 Describir las el espectro electromagnético que se basan en la frecuencia, la longitud de onda o la energía Explicar a los experimentos que permitieron estimar la velocidad de la luz. Analizar como se forman de sombras, diferenciando umbra ( sombra )y penumbra. Calcular flujo luminoso, intensidad luminosa e iluminación, y resolver problemas de estas variables. 3.1. Qué es la luz? 3.2. Propagación de la luz 3.3. Espectro electromagnético 3.4. Teoría cuántica 3.. Velocidad de la luz 3.6. Rayos de luz y sombras 3.8. Intensidad luminosa 3.9. Iluminación Pp. 300-30 McGrawHill. Pp. 10-33 Qué es la luz? Propagación de la luz Espectro electromagnético Teoría cuántica y la velocidad de la luz 1 1 C ( F ) S ( R ) Describir las grandes clasificaciones en el espectro electromagnético que se basan en la frecuencia, la longitud de onda o la energía Describir diversos experimentos que permiten hacer una estimación razonable de la velocidad de la luz. Rayos de luz y sombras 1 Ilustrar con dibujos la formación de sombras, diferenciando C P ( R ) umbra ( sombra )y penumbra. Intensidad luminosa e iluminación. 1 C P ( P ) Calcular el flujo luminoso, intensidad luminosa e iluminación, y resolver problemas de estas variables. 4 El Sol esta aproximadamente 93 millones de millas de la Tierra. Cuánto tiempo se requiere para que la luz emitida por el Sol nos llegue a la Tierra?. Si dos experimentadores realizan el experimento de Galileo y estuvieran separados por una distancia de km, cuánto tiempo transcurriría desde el instante que la linterna se abrió hasta que observaran la luz? La luz que nos llega desde la estrella mas cercana, Alfa Centauro, requiere, 4.3 años para llegar a la Tierra. Qué tan lejos se encuentra la estrella expresado en millas? Y en kilómetros?.
4. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN Modelar los rayos e imágenes que se forman en espejos planos y esféricos, así como en lentes, aplicando las leyes de reflexión y refracción para demostrar la importancia de la óptica geométrica. 7 Diferenciar entre temperaturas específicas e intervalos de temperatura. Convertir un intervalo en una escala a su equivalente en otra escala. Aplicar las formulas de dilatación lineal, de área y volumen. 4.1. Las leyes de la reflexión 4.2. Espejos planos 4.3. Espejos esféricos 4.4. Imágenes formadas por espejos esféricos 4.. Amplificación 4.6. Índice de refracción 4.7. Las leyes de refracción 4.8. Longitud de onda y refracción 4.9. Dispersión Pp. 306-318 McGrawHill. Pp. 39 79 Las leyes de la reflexión en espejos planos 1 C ( F ) Imágenes formadas en espejos esféricos 2 S ( R ) Índice de refracción 2 C P ( R ) Demostrar mediante definiciones e ilustraciones a las imágenes reales y virtuales, espejos convergentes y divergentes, ampliación y longitud focal. Predecir matemáticamente la naturaleza, el tamaño y la ubicación de imágenes formadas por espejos esféricos, así como la ampliación y longitud focal Definir el índice de refracción y expresar las leyes que describen el comportamiento de la luz refractada, aplicando la ley de Snell para resolver problemas que indiquen la transmisión de la luz en dos o más medios. Longitud de onda y dispersión. 2 C P ( P ) Determinar el cambio de velocidad o de longitud de onda de la luz cuando se mueve de una lado a otro. 7 Una lámpara de 3 cm de altura se coloca a 20 cm frente a un espejo cóncavo cuyo radio de curvatura es de 1 cm. Determine la naturaleza, el tamaño y la ubicación de la imagen formada. Si la velocidad de la luz se reduce a una tercera parte, cuál debe ser el índice de refracción para el medio a través del cual se propaga la luz?. Un objeto de cm de altura está colocado a la mitad de la distancia entre el punto focal y el centro de curvatura de un espejo esférico cóncavo. Si el radio del espejo es de 30 cm, determine la naturaleza, el tamaño y la ubicación de la imagen formada. La luz incide con un ángulo de 37 en el aire sobre cristal de roca (n=1.6). Cuál es el ángulo de refracción en el cristal? Cuál la velocidad de la luz en el cristal?
. LA FÍSICA MODERNA Y EL ÁTOMO Analizar los postulados de Einsten determinando los cambios relativos en la longitud, la masa y el tiempo. 6 Definir las unidades de medida del calor. Calcular los calores latentes de fusión y de vaporización. Establecer el término de calor de combustión. Resolver problemas que incluyan la producción de calor..1. Relatividad.2. Eventos simultáneos: la relatividad del tiempo.3. Longitud, masa y tiempo relativistas.4. Masa y energía.. Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico.6. Ondas y partículas.7. El átomo de Rutherford.8. Orbitas electrónicas.9. Espectro atómico.10. El átomo de Bohr.11. Niveles de energía.12. Láser y luz láser.13. Teoría atómica moderna Pp. 340-33 McGrawHill. Pp. 88 88 Relatividad y eventos simultáneos 1 C ( F ) Analizar los postulados de Einstein y determinar los cambios relativísticos en la longitud, masa y el timpo. Longitud, masa y tiempo relativistas Masa y energía 1 C P ( R ) Estimar los cambios que sufren estas variables por efecto de la relatividad. Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico 1 S ( R ) Demostrar su compresión del efecto fotoeléctrico, la equivalencia de la masa y la energía, la longitud de onda según De Broglie y el modelo atómico de Bohr. Ondas y partículas Modelos atómicos 1 C P ( R ) Analizar los modelos propuestos por Rutherford y Bohr y explicar como estos modelos permiten comprender Niveles de energía Láser y luz láser Teoría atómica moderna 2 6 C P ( P ) fenómenos de este tema Calcular la energía emitida o absorbida por el átomo de electrón se mueve hacia un nivel energético más alto o más bajo. Tres reglas graduadas de un metro pasan en su trayectoria frente a un observador, a velocidades de a) 0.1 c; b) 0.6 c y 0.9 c Qué longitudes registraría el observador para cada una de las reglas?. Dos naves espaciales idénticas A y B se rebasan entre sí en el espacio con una velocidad relativa de 6 x 10 7 m/s. La longitud de cada nave es de 23.6 m. Una nave espacial A viaja frente a un observador B a una velocidad relativa de dos décimas de la velocidad de la luz. El observador B determina que una persona en la nave A requiere exactamente 3.96 s para realizar una tarea específica. Cuánto tiempo medirá por su parte el observador A para esa misma tarea?.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE DE CARÁCTER INTEGRADOR PARA TODA LA ASIGNATURA N-3 PREGUNTAS TEÓRICAS DE CARÁCTER ANALÍTICO: Un extremo de una larga cuerda horizontal oscila con una frecuencia de 2 Hz y una amplitud de 0 mm dos metros de cuerda tienen una masa de 0.3 kg. si la cuerda se encuentra bajo una tensión de 48 N, cuánta energía por segundo debe suministrarse a la cuerda?. Una cuerda de 4 m de largo tiene una masa de 10 g y una tensión de 64 N. a) Cual la frecuencia de su modo fundamental de vibración,? b) Cuáles son las frecuencias del primero y segundo sobre tonos? Calcule el tiempo que tarda en escucharse un trueno que explota a 12 km. de distancia, si la temperatura del aire es de 24 C. Una ambulancia se mueve de derecha a izquierda a 1 m/s su sirena tiene una frecuencia de 600 Hz en reposo. Un auto avanza hacia la ambulancia a 20 m/s qué frecuencia escucha el conductor de auto (a) antes de que se encuentren y (b) después de que se encontraron? La velocidad del sonido es de 343 m/s. Una nave espacial que gira alrededor de la Luna a una distancia de 384 000 km de la Tierra se comunica por radio con una base terrestre. Cuánto tiempo tardará la señal desde que es enviada hasta que se recibe?. CASOS PRÁCTICOS: Una onda sonora se envía desde un barco hasta el fondo del océano, y ahí se refleja y regresa. Si el viaje redondo tardo 0.6 segundos, qué tan hondo esta el fondo del océano?, considere el modulo de volumen para el agua de mar como de 2.1 x 10 9 pa y su densidad de 1 030 kg./m 3. Una fuente de luz de 4 cm de alto está colocado frente a un espejo esférico cóncavo cuyo radio es de 40 cm. Determine la naturaleza, ubicación y altura de las imágenes formadas para las siguientes distancias del objeto: a) 60 cm d) 20 cm b) 40 cm e) 10 cm c) 30 cm Un rayo de luz que se origino en el aire incide sobre agua a un ángulo de 60. Luego pasa a través del agua, entra a un vidrio artificial y finalmente emerge de nuevo al aire. Calcule el ángulo con el cual emerge. Cuál es la masa de un electrón que viaja a una velocidad de 2 x 10 8 m/s? La masa en reposo de un electrón es 9.1 x 10-31 kg. Cuál es la energía total del electrón? Cuál es su energía cinética relativista?.