Año 2013

PROGRAMA ANALÍTICO

Asignatura: FÍSICA I Departamento: Materias Básicas 10 Horas/sem

Unidad Docente Básica: Física 160 Horas/ año

Bloque: Ciencias Básicas Área: Física

Especialidad: COMÚN A TODAS LAS ESPECIALIDADES

Curso: Primer Año.

I. Objetivos generales Conceptuales: Aplicar los principios lógico-deductivos básicos del cálculo diferencial e integral a la Física. Comprender modelos de fenómenos naturales y favorecer el razonamiento científico esencial para el estudio de las tecnologías.

Procedimentales: Interpretar y describir fenómenos tratados por la Mecánica, ciencia del movimiento, y por la Óptica Geométrica. Identificar e interpretar distintos tipos de movimiento a partir de sus representaciones gráficas. Resolver problemas empíricos con instrumentos formales. Modelar fenómenos. Optimizar soluciones de problemas. Modelar fenómenos. Optimizar soluciones de problemas.

Actitudinales: Demostrar conocimientos y desempeños propios y ajenos. Trabajar en equipo. Reconocer hábitos de precisión y rigor. Comprender modelos de fenómenos naturales.

II. Objetivos específicos Al finalizar el curso el alumno podrá: - Identificar diferentes tipos de movimientos. - Definir variables vectoriales y escalares de la cinemática. - Graficar las variables cinemáticas. - Explicar las Leyes de Newton. - Demostrar los teoremas de conservación de la cantidad de movimiento lineal, de la cantidad de movimiento angular y de la energía mecánica. - Explicar las leyes de la Óptica geométrica, a través del trazado de rayos en lentes y espejos. - Modelar fenómenos físicos naturales (por ejemplo, determinar acumulaciones de agua en diques emplazados en ríos con régimen estacional y otros). - Optimizar soluciones de problemas.

III. Programa Analítico: a) Contenidos mínimos, ubicación de la asignatura y carga horaria

• Magnitudes y Unidades – Cifras Significativas y Teoría de Errores – Cinemática en dos y tres dimensiones – Dinámica, Leyes de Newton y sus aplicaciones– Fuerzas gravitacional y elástica. Trabajo y Energías – Cantidad de movimiento, colisiones e impulso de una fuerza – Estática y Elasticidad – Óptica Geométrica, leyes de la reflexión y de la refracción. – Oscilaciones – Ondas mecánicas – Fluidos • Ubicación de la Asignatura en el Plan de Estudios vigente: Segundo Cuatrimestre del Primer Año - Departamento de Materias Básicas. • Carga Horaria: 160 horas durante 16 semanas de clases, es decir 10 horas semanales (6 horas de clases teóricas y 4 horas de clases de resolución de problemas y de trabajos prácticos de laboratorio). b) Contenidos del Programa Analítico

•••• Tema 1: Magnitudes y Unidades Estándares y unidades. Conversiones de unidades. Incertidumbre y cifras significativas. Estimaciones y órdenes de magnitud. Suma y descomposición de vectores. Productos de vectores.

•••• Tema 2: Cinemática unidimensional Vectores desplazamiento, velocidad media y velocidad instantánea. Aceleración media e instantánea. Movimiento con aceleración constante. Caída libre. Velocidad y posición por integración.

•••• Tema 3: Cinemática en dos y tres dimensiones Vectores posición, velocidad y aceleración. Movimiento de proyectiles. Movimiento circular. Velocidad relativa.

•••• Tema 4: Dinámica: Leyes de Newton del movimiento Fuerza. Primera Ley de Newton. Segunda Ley de Newton. Masa y Peso. Diagrama de cuerpo libre. Ley de Gravitación Universal de Newton.

•••• Tema 5: Aplicaciones de las Leyes de Newton Empleo de la primera Ley de Newton: partículas en equilibrio. Empleo de la segunda Ley de Newton: dinámica de las partículas. Fuerzas de rozamiento: estática y cinética. Dinámica del movimiento circular. Movimiento de un proyectil con resistencia del aire.

•••• Tema 6: Trabajo y Energía cinética Trabajo. Trabajo y Energía cinética. Fuerzas variables. Potencia media e instantánea. Estudio de caso con relaciones energéticas.

•••• Tema 7: Energía potencial y Energía mecánica Energía potencial gravitatoria. Energía potencial elástica. Fuerzas conservativas y no conservativas. Fuerza y energía potencial. Conservación de la energía. Cambios en presencia de fuerzas no conservativas. Diagramas de energías.

•••• Tema 8: Cantidad de Movimiento, Impulso y Choques Cantidad de movimiento. Impulso. Conservación de la cantidad de movimiento. Choques elásticos e inelásticos. Centro de masa. Propulsión de cohetes, problema de masa variable.

•••• Tema 9: Rotación de cuerpos rígidos Cuerpo rígido. Velocidad y aceleraciones angulares. Rotación con aceleración angular constante. Relación entre cinemática lineal y angular. Energía en el movimiento rotacional. Momento de Inercia. Teorema de Steiner de los ejes paralelos. Cálculo de momentos de inercia de cuerpos de distintas geometrías.

•••• Tema 10: Dinámica del movimiento de rotación Momento de torsión. Aceleración angular de un cuerpo rígido. Rotación de un cuerpo rígido sobre un cuerpo móvil. Trabajo y Potencia en el movimiento rotacional. Momento angular. Conservación del momento angular. Giróscopos y precesión.

•••• Tema 11: Equilibrio y elasticidad Condiciones de equilibrio de un cuerpo rígido. Centro de gravedad. Ejemplo de cuerpos rígidos en equilibrio. Esfuerzo, tensión y módulos de elasticidad. Esfuerzo y tensión en volumen, Esfuerzo y tensión en corte. Elasticidad y plasticidad. Límite de ruptura. •••• Tema 12: Óptica Geométrica Naturaleza de la luz. Leyes de Snell para la reflexión y la refracción. Reflexión total interna. Reflexión en superficies planas y esféricas. Métodos gráficos para espejos. Refracción en superficies planas y esféricas. Lentes delgadas. •••• Tema 13: Movimiento oscilatorio Movimiento armónico simple. Energía del oscilador armónico. Aplicaciones del movimiento armónico simple: péndulo simple, péndulo físico y péndulo de torsión. Oscilaciones amortiguadas y forzadas. Resonancia y caos.

•••• Tema 14: Mecánica de Fluidos Densidad. Presión en un fluido. Medidas de la presión. Flotación. Tensión superficial. Flujo de un fluido. Ecuación de Bernoulli. Turbulencia. Viscosidad.

•••• Tema 15: Ondas mecánicas Tipos de ondas mecánicas. Ondas periódicas. Descripción matemática de una onda. Velocidad de una onda transversal. Velocidad de una onda longitudinal. Ondas sonoras en gases. Energía en el movimiento ondulatorio. c) Trabajos Prácticos de Laboratorio

• TP Nº 1: Errores en las mediciones y Metrología: uso del calibre, palmer y esferómetro. • TP Nº 2: Primera Ley de Newton: banqueta de fuerzas. • TP Nº 3: Fuerzas de rozamiento estático y cinético. • TP Nº 4: Fuerza de Stokes (movimiento en un fluido viscoso). • TP Nº 5: Óptica geométrica: leyes de la reflexión y la refracción. Lentes delgadas (ley de Gauss, ecuación de Newton y aumento lateral). • TP Nº 6: Oscilaciones: Péndulos simple, físico y de torsión.

• TP Nº 7: Densimetría: Balanza de Möhr-Wespal (líquidos) y Picnómetro (sólidos). • TP Nº 8: Tensión superficial (estalagmómetro de Traube, método relativo del conteo de gotas).

d) Trabajos Prácticos de Resolución de Problemas • Ejercicios seleccionados del Texto Guía: “FÍSICA UNIVERSITARIA” Volumen 1 - Sears, Zemansky, Young & Freedman (11ª Edición). Año 2004. Ed. Pearson Education.

Nombre T. P.

Sección Ejercicios Propuestos

Magnitudes y Unidades 1 Cap. 1 2 – 3 – 4 –7 – 14 – 17 – 30 – 35 – 41 – 42 – 47 – 52 – 68

Cinemática unidimensional 2 Cap. 2 3 – 8 – 9 – 11 – 18 – 19 – 21 – 24 – 25 – 31 – 32 – 34 – 39 – 42 – 46 – 48 – 59 – 69

Cinemática en dos y tres dimensiones

3 Cap. 3 1 – 2 – 5 – 7 –9 –15 –16 –23 –29 – 31 – 32 – 37 – 41 – 60 – 75

Dinámica: Leyes de Newton del movimiento

4 Cap. 4 1 – 3 – 4 – 6 – 8 – 9 – 10 – 12 – 17 – 18 – 23 – 24 – 37 – 38 – 39 – 45 – 54

Aplicaciones de las Leyes de Newton

5 Cap. 5 3 – 4 – 10 – 15 – 17 – 23 – 24 – 30 – 35 – 36 – 43 – 49 – 60 a) – 60 b) – 84

Trabajo y Energía Cinética 6 Cap. 6 1 – 4 – 5 – 7 – 10 – 11 – 17 – 20 – 25 – 29 –36 – 45 – 48

Energía Potencial y Energía Mecánica

7 Cap. 7 1 – 2 – 8 – 14 – 15 – 16 – 17 – 19 – 25 – 26 – 29 – 42

Cantidad de Movimiento, Impulso y Choques

8 Cap. 8 1 – 3 – 5 – 9 – 13 – 21 – 28 – 31 – 33 – 36 – 39 – 44 – 45 – 47

Rotación de cuerpos rígidos 9 Cap. 9 1 – 2 – 4 – 10 – 12 – 16 – 19 – 21 – 23 – 24 – 25 – 34 – 37 – 43 – 45 – 47 – 55 – 58

Dinámica del movimiento de rotación

10 Cap. 10 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 8 – 10 – 25 – 29 – 35 – 37 – 39 – 49

Equilibrio y Elasticidad 11 Cap. 11 1 – 2 – 7 – 8 – 11 – 13 – 14 – 23 – 25 – 28 – 33 – 35 – 37

Óptica Geométrica 12 Cap. 33-34

Se exigirán para el Examen Final Oral Integrador los Problemas Ejemplos Resueltos en el Capítulo 34.

Movimiento Oscilatorio 13 Cap. 13 1 – 3 – 6 – 9 – 15 – 24 – 27 – 31 – 33 – 41 – 45 – 47

Mecánica de Fluidos 14 Cap. 14 2 – 4 – 7 – 9 – 11 – 20 – 22 – 26 – 30 – 31 – 33 – 36

Ondas Mecánicas 15 Cap. 15 Se exigirán para el Examen final Oral Integrador los Problemas Ejemplos Resueltos en el Capítulo 15.

IV. Metodología y estrategias utilizadas Entendiendo que es imposible concebir a la práctica como algo separado de la teoría y que por el contrario, se trata de un proceso único de conocimiento, enseñanza y aprendizaje, dentro del cual podrán existir momentos en los cuales se enfatizan algunos aspectos más que otros, siempre es posible instrumentar clases de carácter teórico-práctico.

En la relación áulica con el alumno, se prevé que la actividad del docente se limite en principio a la exposición de una introducción y redondeos parciales o finales de los contenidos. A partir de entonces se plantearán estrategias que permitan desarrollar prácticas de aprendizaje significativas que tengan en cuenta la observación, la interacción, la prospección, la elaboración de árboles de conceptos, la reflexión, la aplicación, la inventiva y el juicio crítico. Se utilizará una metodología de enseñanza-aprendizaje con la participación activa del alumno en clases teóricas, teórico-prácticas, y prácticas, con actividades individuales y grupales de discusión y análisis bibliográfico, resolución de ejercicios y problemas matemáticos y empíricos, con una selección de problemas de ingeniería de integran diversos temas. V. Evaluación y Condición de Aprobación de la Asignatura

a) La materia que consta de 15 temas se dividirá en 3 partes: • Primera parte: Temas 1, 2, 3, 4 y 5 • Segunda parte: Temas 6, 7, 8, 9 y 10 • Tercera parte: Temas 11, 12, 13, 14 y 15

b) Se tomarán tres evaluaciones parciales, en fecha posterior a la finalización del dictado de cada una de las tres partes. Las segunda y tercera Evaluaciones Parciales tendrán el carácter de Evaluación Global Integradora, de acuerdo a lo dispuesto por la ordenanza Nº 643. c) Las evaluaciones se calificarán con cifras enteras de 1 a 10 puntos y se considerarán aprobadas con 4 o más puntos. d) Las evaluaciones se basarán preferentemente en preguntas, ejercicios y problemas del mismo tipo y nivel de dificultad del de los de la Guía de Ejercicios Propuestos, tomando como referencia el Texto Guía y preguntas y desarrollos temáticos de las Guías de Experiencias de Laboratorio. e) Las Experiencias de Laboratorio se darán por aprobadas con la asistencia y realización del Trabajo de Laboratorio por parte del alumno, una Nota de Concepto por parte del Jefe de Trabajos Prácticos y la presentación oportuna del Informe de Laboratorio. La Nota de Concepto será aplicada a cada alumno en cada Experiencia y se basará en el análisis grupal del trabajo, un breve cuestionario o coloquio entre el profesor y un alumno representante del grupo elegido al azar y una valoración conceptual individual de cada integrante, al final de la Experiencia. La nota será con cifras enteras de 1 a 10 puntos. La aprobación de la Experiencia se obtendrá con un puntaje de 4 o más puntos. La calificación final de las Experiencias de Laboratorio será el promedio de las notas de todas las Experiencias realizadas. f) Las Preguntas, Ejercicios y Problemas de la Guía de Estudio que se realizan en el aula o fuera de la Facultad debe integrar ordenadamente la Carpeta de Trabajos Prácticos, junto con los Informes de las Experiencias de Laboratorio. g) Al finalizar el curso se deberán entregar la Carpeta de Trabajos Prácticos completa para su revisión por parte del Jefe de Trabajos Prácticos y la consignación en la misma de la Nota Final obtenida en las Experiencias de Laboratorio y la leyenda Aprobado o No Aprobado. h) Para obtener la aprobación de la Carpeta de Trabajos Prácticos, el alumno deberá tener al final del curso:

- Un porcentaje de asistencia a las Experiencias de Laboratorio de al menos el 75% respecto de las realizadas por la Cátedra durante el curso.

- Una aprobación de las mismas de al menos el 75% respecto de las realizadas por la cátedra durante el curso.

- Un promedio de los exámenes parciales de 4 puntos o más. - La Carpeta de Trabajos Prácticos completa en un 100%.

V.1 Condiciones para la Regularización de la Asignatura

Las condiciones de regularización o de habilitación para rendir el Examen Final son: - Tener aprobada la Carpeta de Trabajos Prácticos

• Asistencia requerida igual o superior al 75% • Aprobación Experiencias de Laboratorio igual o superior al 75% • Carpeta de Trabajos Prácticos completa en un 100%

- Tener aprobada al menos 2 de las 3 evaluaciones durante el curso. - Obtener una calificación final promedio de 4 puntos o más.

En caso de aprobar sólo una de las tres evaluaciones, habrá una instancia de Evaluación de Recuperación Global (fecha a determinar, en principio en la última Mesa Examinadora de Diciembre) sobre las dos evaluaciones desaprobadas. La aprobación de la recuperación Global lo dejará en condición de alumno regular. El alumno que apruebe sólo dos evaluaciones durante el cursado y no apruebe la Recuperación Global, deberá recursar la materia (según las pautas de la Resolución Nº 541/2000 del Consejo Académico). V.2 Condiciones para la Aprobación por Promoción Directa de la Asignatura

Las condiciones para la Promoción Directa son: - Cumplir con los pre-requisitos de la Ordenanza nº 643. - Tener aprobada la Carpeta de Trabajos Prácticos

• Asistencia requerida igual o superior al 80% • Aprobación Experiencias de Laboratorio igual o superior al 80% • Carpeta de Trabajos Prácticos completa en un 100%

- Tener aprobadas las tres evaluaciones durante el curso. - Obtener una calificación final igual o superior a 7 puntos.

La Calificación Final se obtendrá como la media aritmética de los puntajes de las tres evaluaciones aprobadas.

V.3 Aprobación de la Materia por Examen Final de la Asignatura

El programa de examen es coincidente con el programa analítico. Los alumnos deberán rendir los contenidos correspondientes a los temas que conforman las Bolillas de examen, cuyo detalle se muestra a continuación:

Bolilla: Temas: 1 2 – 5 – 9 – 13 2 3 – 7 – 12 – 14 3 4 – 8 – 11 – 15 4 5 – 6 – 10 – 13 5 3 – 5 – 9 – 14 6 4 – 9 – 12 – 15 7 2 – 7 – 10 – 13 8 4 – 8 – 11 – 14

9 3 – 6 – 12 – 15

BIBLIOGRAFÍA • Sears, Zemansky, Young & Freedman (2004). Física Universitaria. Volumen 1 y 2 (11ª Edición). Ed. Pearson Education. Texto Guía. • Resnick, Halliday & Krane (2004). Física Universitaria. Volumen 1 y 2. • Serway & Hewit (2003). Física. Volumen 1 y 2 (3ª Edición). Ed. Thomson. • Hewit (1999). Física Conceptual. Ed. Limusa. • Gettys, Séller & Skove (2000). Física Clásica y Moderna. Ed. Mc Graw Hill- Interamericana.

Ing. Julio ARIAS Ing. Edmundo Daniel Dibari

Director Unidad Docente Física Profesor Titular Interino Física I

FÍSICA I (H) FRM - UTN

Informes de Experiencias de Laboratorio

Nombre: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Legajo: . . . . . . . . . . . . . . . ..

Especialidad: Curso: Ciclo lectivo 2010

Práctica Denominación Fecha Vº Bº JTP

• TP Nº 1 Errores en las mediciones y Metrología: uso del calibre, palmer y esferómetro.

• TP Nº 2 Primera Ley de Newton: banqueta de fuerzas.

• TP Nº 3 Fuerzas de rozamiento estático y cinético.

• TP Nº 4 Fuerza de Stokes (movimiento en un fluido viscoso).

• TP Nº 5 Óptica geométrica: leyes de la reflexión y la refracción. Lentes delgadas (ley de Gauss, ecuación de Newton y aumento lateral).

• TP Nº 6 Oscilaciones: Péndulos simple, físico y de torsión.

• TP Nº 7 Densimetría: Balanza de Möhr-Wespal (líquidos) y Picnómetro (sólidos).

• TP Nº 8 Tensión superficial (estalagmómetro de Traube, método relativo del conteo de gotas).

CERTIFICACIÓN FINAL DE TRABAJOS PRÁCTICOS

............................ Fecha

.............................................. JTP

9

FÍSICA I (H) FRM - UTN

Cronograma Actividades Ciclo Lectivo 2010

Evaluaciones

Semana

Temas teóricos N°

Temas

Experiencias

de Laboratorio

1

1

Magnitudes y Unidades

2

2

Cinemática Unidimensional

TP N°1

3

3

Cinemática en dos y tres dimensiones

4

4

Dinámica: Leyes de Newton

TP N°2 y 3

5

5

Aplicaciones de las Leyes de Newton

1

1 – 2 – 3–4 –5

6

6

Trabajo y Energía Cinética

7

7

Energía Potencial y Energía Mecánica

8

8

Cantidad de movimiento, Impulso, Col.

TP N°4

9

9

Cinemática de la Rotación

10

10

Dinámica de la Rotación

11

11

Equilibrio y Elasticidad

2 6 – 7 – 8 – 9 – 10

12

12

Óptica Geométrica

TP N°5

13

13

Movimiento periódico

TP N°6

14

14

Mecánica de fluidos

TP N°7

15

15

Ondas Mecánicas

TP N°8

16

3

11– 12 – 13 – 14 – 15