Av. 12 de Octubre 76 y Roca 1.- DATOS INFORMATIVOS: MATERIA O MÓDULO: Física I CÓDIGO: CARRERA: NIVEL: Civil Primero P1 No. CRÉDITOS: 6 CRÉDITOS TEORÍA: 6 CRÉDITOS PRÁCTICA: 2 SEMESTRE / AÑO ACADÉMICO: Primero 20-2011 PROFESOR: Nombre: Grado académico o título profesional: Breve indicación de la línea de actividad académica: Indicación de horario de atención a estudiantes: Correo electrónico: Patricio Castro Merino Ingeniero Civil, Diplomado en Docencia Universitaria, Diplomado en Ingeniería del Transporte Geometría, Algebra y Física I Lunes a Viernes de 14h00 a 13h00 epcastrom@puce.edu.ec Teléfono: Cubículo: Extensión 1842, Cel. 084060531 2.- DESCRIPCIÓN DE LA MATERIA: El curso de Física I es teórico y experimental. En la parte teórica se dan las bases metrológicas, se define la naturaleza de las magnitudes y se determina la base operacional para manejar las magnitudes vectoriales. Se formulan modelos matemáticos de la Estática, para resolver los problemas de equilibrio de los cuerpos, se analizan los fenómenos de la Cinemática de traslación y de rotación y se formulan los modelos matemáticos de los movimientos. Con el modelo de las leyes de Newton se resuelven los problemas de la Dinámica de traslación y rotación con el método de las ecuaciones de Newton. En la parte experimental se observan los fenómenos y se hace la comprobación experimental de los modelos matemáticos. 1
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 3.- OBJETIVO GENERAL: Generar en los estudiantes la intuición, para plantear soluciones en los problemas de la Física, ya que es la ciencia básica fundamental de la Ingeniería, todos los problemas de la ingeniería tienen explicación, base de sustentación y modelos de solución en los principios fundamentales de la Física. 4.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar el curso el estudiante estará en capacidad de: - Comprender la fenomenología del universo. - Universalizar el Sistema Internacional de Unidades (SI) como el único sistema de unidades reconocido legalmente en el país. - Aprender a formular modelos matemáticos de los fenómenos físicos - Proyectar el análisis de los fenómenos físicos al campo de la Ingeniería Civil. 5.- CONTENIDOS: CAPITULO 1.- METROLOGIA 1.1 Introducción 1.2 Medida de las magnitudes físicas. Unidades y sistemas de unidades. 1.3 El Sistema Internacional de Unidades (SI). Magnitudes fundamentales y derivadas. 1.4 Mediciones y errores en las mediciones. Medidas directas e indirectas. Propagación de los errores en las medidas indirectas. Aparatos de medición. CAPITULO 2.- NATURALEZA DE LAS MAGNITUDES FÍSICAS 2.1 Magnitudes escalares y vectoriales. Características. 2.2 Operaciones gráficas con los vectores. Aplicación a las magnitudes físicas. 2.3 Representación algébrica de los vectores: Vectores unitarios. Componentes de un vector. Aplicaciones a las magnitudes físicas. 2.4 Suma y resta de vectores. Aplicaciones con magnitudes físicas. 2.5 Productos vectoriales: Producto simple, productos dobles, productos triples. Aplicaciones con magnitudes físicas. CAPITULO 3.- ESTATICA 3.1 Leyes de Newton. Principio de la independencia de las acciones simultáneas. 3.2 Sistemas de fuerzas. Fuerza resultante y girógeno (momento) resultante. 3.3 Condiciones de equilibrio de los cuerpos. Ecuaciones de equilibrio. 3.4 Equilibrio de partículas en el plano y en el espacio. 3.5 Equilibrio de cuerpos rígidos en el plano y en el espacio. 3.6 Solución general de problemas de equilibrio en el plano y en el espacio. CAPITULO 4.- CINEMATICA 4.1 Cinemática de la partícula. Conceptos de posición, desplazamiento, velocidad, aceleración, biaceleración, etc. Sistemas de referencia. 2
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 4.2 Análisis general de movimientos rectilíneos. Ecuaciones del movimiento. Diagrama de vectores. 4.3 Movimientos en una dirección: Movimiento rectilíneo uniforme y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Caída libre y lanzamiento vertical. 4.4 Posición, velocidad y aceleración relativas. 4.5 Movimiento en dos direcciones: consideraciones vectoriales. Análisis general de movimientos en dos direcciones. Trayectorias. 4.6 Movimiento dentro de un campo de fuerzas uniforme. Movimiento de proyectiles. 4.7 Cinemática de rotación. Las cantidades rotacionales como vectores. Movimientos circulares. Coordenadas polares. Desplazamiento, velocidad y aceleración angulares del movimiento del vector de posición. Movimiento de la partícula. CAPITULO 5.- DINAMICA 5.1 Principios generales. Métodos de la dinámica. Métodos de las ecuaciones de Newton en la dinámica de la traslación. Relaciones entre fuerza, inercia y aceleración lineal. 5.2 Fuerzas de rozamiento. Coeficientes de rozamiento. Problemas generales de Dinámica de traslación. 5.3 Fuerzas centrípeta y centrífuga. Aplicaciones generales. CAPITULO 6.- DINAMICA DE ROTACION 6.1 Principios Generales. Método de las ecuaciones de Newton aplicado a la rotación. Segunda Ley de Newton para la rotación. 6.2 Factores de inercia en la rotación (Antígiros inerciales). Radio de giro. Teorema de los ejes paralelos. 6.3 Relaciones entre el girógeno (momento), inercia y aceleración angular. 6.4 Problemas generales de dinámica de la rotación utilizando el método de las ecuaciones de Newton. FÍSICA EXPERIMENTAL: PRACTICAS DE LABORATORIO 1.- Medidas directas: medida del período de un péndulo simple. Medida de la superficie de cuerpos de prueba. Determinación de los errores de medida. 2.- Medida de volúmenes de algunos cuerpos de prueba y determinación de los errores de medida. 3.- Medida de la densidad de algunos cuerpos de prueba estableciendo la relación entre la masa y el volumen. 4.- Medida de densidades utilizando el Principio de Arquímedes. Determinación de errores de medida. 5.- Práctica para analizar las condiciones gráficas y analíticas de equilibrio de un sistema de fuerzas coplanar concurrente. 6.- Práctica para analizar las condiciones gráficas y analíticas de equilibrio de un sistema de fuerzas coplanar paralelo. 7.- Práctica para analizar las condiciones gráficas y analíticas de equilibrio de un sistema de fuerzas coplanar, no paralelo, no concurrente. 3
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 8.- Práctica para analizar las características del movimiento rectilíneo uniforme. 9.- Práctica para analizar las características del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado..- Práctica para analizar la relación entre masas y aceleraciones a fuerza constante (segunda ley de Newton). 11.- Práctica para medir coeficientes de rozamiento estático. 12.-Práctica para medir coeficientes de rozamiento cinético. DESARROLLO CURRICULAR DE CADA SESIÓN SESIÓN CONTENIDO 1 Inicio, indicaciones generales, programa, etc. 2 Magnitudes Físicas Unid.Sistemas Unidades 3 Medición y errores, propagación de errores 4 Magnit. Esc.y vect. Operaciones con vect. 5 Ejercicios Aplicación a las magnitudes físicas. 6 Represent. algébrica de los vectores: Vectores unitarios. Compon. un vector. Aplicaciones a las magnitudes físicas. 7 Suma y resta de vectores. Aplicaciones con magnitudes físicas. Ejercicios de aplicación 8 Productos vectoriales: Producto simple, productos dobles, productos triples. Aplicaciones con magnitudes físicas. 9 Taller de aplicación Leyes de Newton. Principio de la independencia de las acciones simultáneas. 11 Sistemas de fuerzas. Fuerza resultante y girógeno (momento) resultante. 12 PRUEBA DEL CAPITULO 13 Condiciones de equilibrio de los cuerpos. Ecuaciones de equilibrio. 4
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 14 Equilibrio de partículas en el plano y en el espacio. 15 EXAMEN BIMESTRAL 16 Revisión y corrección del exámen.entrega notas 17 Equilibrio de cuerpos rígidos en el plano y en el espacio. 18 Solución general de problemas de equilibrio en el plano y en el espacio. 19 Taller de aplicación 20 Cinemática de la partícula. Conceptos de posición, desplazamiento, velocidad, aceleración, biaceleración, etc. Sistemas de referencia. 21 Análisis general de movimientos rectilíneos. Ecuaciones del movimiento. Diagrama de vectores. 22 Movimientos en una dirección: Movimiento rectilíneo uniforme y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Caída libre y lanzamiento vertical. 23 Posición, velocidad y aceleración relativas. 24 Movimiento en dos direcciones: consideraciones vectoriales. Análisis general de movimientos en dos direcciones. Trayectorias. 25 PRUEBA DEL CAPITULO 26 Movimiento dentro de un campo de fuerzas uniforme. Movimiento de proyectiles. 27 EXAMEN BIMESTRAL 28 Revisión y corrección del exámen.entrega notas 29 Cinemática de rotación. 30 Ejercicios de aplicación 31 Las cantidades rotacionales como vectores. Movimientos circulares. 32 Ejercicios de aplicación 33 Ejercicios de aplicación 34 Coordenadas polares. Desplazamiento, velocidad y aceleración angulares del movimiento del vector de posición. 35 Ejercicios de aplicación 36 Movimiento de la partícula. 37 Ejercicios de aplicación 5
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 38 Principios generales. Métodos de la dinámica. 39 Métodos de las ecuaciones de Newton en la dinámica de la traslación. 40 Relaciones entre fuerza, inercia y aceleración lineal. 41 Fuerzas de rozamiento. Coeficientes de rozamiento. Problemas generales de 42 Dinámica de traslación. 43 Taller de aplicación 44 Principios Generales. Método de las ecuaciones de Newton aplicado a la rotación. Segunda Ley de Newton para la rotación. 45 Ejercicios de Aplicación 46 Factores de inercia en la rotación (Antígiros inerciales). Radio de giro. Teorema de los ejes paralelos. 47 Factores de inercia en la rotación (Antígiros inerciales). Radio de giro. 48 Teorema de los ejes paralelos. 49 PRUEBA DEL CAPITULO 50 Problemas generales de dinámica de la rotación utilizando el método de las ecuaciones de Newton. 51 EXAMEN BIMESTRAL 52 Correc. y revisión del Exámen, entrega notas. 6.- METODOLOGÍA, RECURSOS.- La metodología del curso tiene que ver con el método científico, definido como el proceso que permite describir, utilizado modelos matemáticos, sobre una base estadística de la realidad experimental, cualquier fenómeno natural observado en el pasado, para predecir su comportamiento futuro. Por consiguiente, como toda ciencia, que verdaderamente lo sea, será la descripción matemática de la realidad del universo mediante modelos apropiados. Los recursos que se utilizarán serán: - Equipos de laboratorio y aparatos de medida. - Trabajos de resumen de los estudiantes. - Bibliografía apropiada. - Medios audiovisuales, internet. 6
Av. 12 de Octubre 76 y Roca 7.- EVALUACIÓN: De acuerdo a la programación de fechas, de entrega de notas, de la Facultad de Ingeniería, para cada uno de los dos primeros bimestres las notas sobre 15 puntos se obtienen de acuerdo al siguiente sistema de calificaciones: Deberes: ( 2 puntos ) Pruebas Parciales ( 3 puntos ) Talleres: ( 1 puntos ) Laboratorio ( 1 punto ) Examen ( 8 puntos ) Para la tercera nota sobre 20 puntos se obtiene de acuerdo al siguiente sistema de calificación: Deberes: ( 2 puntos ) Pruebas Parciales ( 6 puntos ) Talleres: ( 2 puntos ) Laboratorio ( 2 puntos ) Examen ( 8 puntos ) FECHA DE ENTREGA DE CALIFICACIONES EN SECRETARÍA: Primer Bimestre: 27 de septiembre de 20 Segundo Bimestre: 29 de octubre de 20 Tercer Bimestre: 20 de diciembre de 20 8.- BIBLIOGRAFÍA: TEXTOS DE REFERENCIA: RESNICK-HALLIDAY FÍSICA I-II CECSA MC.KELVEY-GROTCH FISICAS PARA CIENCIAS E HARLA INGENIERIA BLATT FUNDAMENTOS DE FÍSICA PRENTICE-HALL BUECHE FÍSICAS PARA ESTUDIANTES MC GRAW HILL DE CIENCIAS E INGENIERIA ALONSO Y FINN FÍSICA I-II-III ADDISON WESLEY SEARS-ZEMANSKY FÍSICA UNIVERSITARIA ADDISON WESLEY 7
Av. 12 de Octubre 76 y Roca ALVARENGA FÍSICA GENERAL HARLA GRANCOLI FÍSICA GENERAL PRENTICE-HALL TIPENS FÍSICA MC GRAW HILL SERWAY FÍSICA INTERAMERICANA BEER-JOHNSTON DINAMICA MC GRAW HILL SINGER DINAMICA HARLA TEXTOS RECOMENDADOS: SEARS-ZEMANSKY FÍSICA UNIVERSITARIA ADDISON WESLEY BEER-JOHNSTON DINAMICA, ESTÁTICA MC GRAW HILL Aprobado: Por el Consejo de Escuela f) Director de Escuela fecha: Por el Consejo de Facultad f) Decano fecha: 8
Asignatura: FISICA I ORGANIZACIÓN DOCENTE SEMANAL SEMANA (1-16) ACTIVIDADES DE INTERACCIÓN DOCENTE - ESTUDIANTES N de horas de clases teóricas (HORAS PRESENCIALES) N de horas de clases prácticas, laboratorios, talleres N de horas de tutorías especializadas TRABAJO AUTÓNOMO DEL ESTUDIANTE (HORAS NO PRESENCIALES) ACTIVIDADES (Descripción) N de horas EVALUACIONES TEMAS A TRATAR (N del tema, unidad, o capítulo descritos en Contenidos) 1 semana Consulta, ejerc. de aplicación Unidades:1.1,1.2,1.3,1.4 2 semana 6 2 Leer teoría y ejerc. aplicación Unidades:2.1,2.2,2.3 3 semana Prueba Parcial Unidades:2.4,2.5 4 semana Consulta, ejerc. de aplicación Taller Unidades:3.1, 3.2 5 semana Leer teoría y ejerc. aplicación Unidades:3.3 6 semana EXAMEN I NOTA 7 semana Consulta, ejerc. de aplicación Unidades:3.4, 3.5 8 semana Leer teoría y ejerc. aplicación Unidades:3.6 9 semana Prueba Parcial Unidades:4.1,4.2 semana Taller Unidades:4.3 11 semana Leer teoría y ejerc. aplicación Unidades:4-4 4-6 12 semana EXAMEN II NOTA 13 semana Unidades:4.7,5.1 14 semana Leer teoría y ejerc. aplicación Prueba Parcial Unidades: 5.2,5.3 15 semana Taller Unidades:6.1,6.2 16 semana Unidades:6.3,6.4 EXAMEN NOTA FINAL EXÁMENES 9