1fis01-2017-2.pdf

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESTUDIOS GENERALES CIENCIAS PROGRAMA ANALÍTICO CURSO CLAVE TIPO CRÉDITOS HORAS DE:

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FUNDAMENTOS DE FÍSICA (FFIS) 1FIS01 OBLIGATORIO PARA TODAS LAS ESPECIALIDADES 3.50

TEORÍA PRÁCTICA REQUISITOS SEMESTRE

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3 SEMANALES 2 QUINCENALES NO TIENE 2017-2

I. Objetivos del curso Al término del semestre, el estudiante será capaz de resolver problemas de vectores en dos dimensiones por métodos gráficos o analíticos. Será capaz de utilizar los sistemas de unidades internacional (SI) e Inglés. El alumno será capaz de utilizar magnitudes físicas escalares y vectoriales, para ello, emplear operaciones de dos ecuaciones con dos incógnitas y dar su respuesta en notación científica. En cinemática de la partícula, el alumno será capaz de describir el movimiento en una dimensión de la partícula con velocidad constante y con aceleración constante. Para ello, el alumno será capaz de emplear las ecuaciones de movimiento y de velocidad, así como, las gráficas de posición-tiempo y velocidad-tiempo. Aplicar los conceptos de distancia, velocidad, rapidez y aceleración y utilizar adecuadamente el sistema de referencia. Utilizar los conceptos de cinemática para la solución de problemas de dos y tres móviles, con el uso las ecuaciones de movimiento y velocidad y gráficas velocidad-tiempo y posición-tiempo. Al término del semestre el alumno será capaz de emplear los conceptos de derivada e integral definida para su uso en la determinación de las ecuaciones de movimiento, de velocidad y de aceleración. Será capaz de usar la fórmula general para la derivada y para la integral de una función de la forma atn, en ejercicios y problemas aplicados a cinemática de la partícula en una dimensión. En dinámica de la partícula, el alumno será capaz de aplicar las leyes de Newton, los conceptos de masa y peso. Utilizar las unidades en el Sistema Internacional. Comprender la ley de gravitación universal. Emplear el diagrama de cuerpo libre, reconocer correctamente las fuerzas normales y tensiones, las fuerzas de acción y reacción. Equilibrio de una partícula. Resolver problemas de dinámica con planos inclinados, poleas y cuerdas ideales. El alumno será capaz de resolver ejemplos y problemas sin fricción, de uno, dos y tres bloques unidos por cuerdas ideales que pasan por poleas ideales. Al término del semestre, el alumno será capaz de reconocer y emplear las fuerzas de fricción, fricción estática y cinética (tendencia al movimiento y movimiento relativo). Fricción estática máxima, coeficientes de rozamiento estático y cinético, en experimentos, ejemplos y problemas con fricción: de un bloque sobre una superficie horizontal y en plano inclinado, dos y tres bloques unidos por cuerdas ideales y que pasan por poleas ideales.

II. Metodología El curso se desarrolla usando la metodología de clases expositivas. Apoyadas algunas de ellas, en consideración del profesor, en demostraciones experimentales o simulaciones en computadora, con sesiones de ejercicios y problemas dirigidos. Asimismo, se cuentan con prácticas calificadas a lo largo del semestre. En las clases expositivas se presentan, con adecuado rigor matemático y formalismo teórico apropiado, los conceptos básicos de la física. Del mismo modo, se pone énfasis en la discusión y trabajo cooperativo entre los alumnos. En las prácticas los alumnos resuelven de forma individual los problemas, basados en diversos materiales de enseñanza dados en clase: lecturas, cuestionarios, actividades desarrolladas por el profesor. Las consultas que el estudiante necesite realizar al profesor del curso, las puede hacer durante la clase (si el tema corresponde), fuera de ella (en los horarios de asesoría que el profesor proporciona) o por correo electrónico.

Programa analítico de Fundamentos de física

III. Sumilla El curso está orientado principalmente al tratamiento conceptual de la mecánica de la partícula. Para este fin, se desarrollan cuatro temas básicos: entre ellos, lo concerniente a las cantidades físicas, el Sistema Internacional de Unidades, las magnitudes escalares y vectoriales; Cinemática, en la cual se incluyen temas de movimiento rectilíneo, casos de velocidad y de aceleración constantes, y su representación gráfica en el tiempo, cuerpos en caída libre y el movimiento circular uniforme; Dinámica, que comprende las tres leyes de Newton, los conceptos de masa y peso, y el tema de rozamiento; y los conceptos básicos de Trabajo y Energía, con alguna de sus aplicaciones.

IV. Descripción del programa CAPÍTULO 1. Cantidades físicas y vectores en una y dos dimensiones (6 horas) Cantidades físicas. Magnitudes fundamentales y derivadas. Magnitudes derivadas adimensionales: radian. Prefijos de múltiplos y submúltiplos. Sistema internacional, sistema inglés y técnico. Magnitudes escalares y vectoriales. Conversión de unidades. Homogeneidad dimensional. Ejemplos y problemas. Definición de vector. Vectores en dos dimensiones. Adición de vectores en dos dimensiones por métodos gráficos: polígono y paralelogramo, métodos analíticos: descomposición rectangular, ley de senos y ley de cosenos. Definición de vector opuesto. Resta de vectores en dos dimensiones. Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas.

CAPÍTULO 2. Cinemática de la partícula en una dimensión (14 horas) Sistema de referencia: eje x, origen de coordenadas e instante inicial de tiempo. Vector posición (una componente), vector desplazamiento, distancia recorrida, vector velocidad media y rapidez. Preguntas conceptuales. Movimiento rectilíneo con velocidad constante. Velocidad media. Definición de velocidad constante a partir de la velocidad media. Gráfica velocidad-tiempo (v-t). Análisis la velocidad y del desplazamiento en la gráfica v-t. Determinación de la posición como una función del tiempo: ley de movimiento, x(t). Gráfica posición-tiempo (x-t). Análisis de la posición, desplazamiento y velocidad en la gráfica x-t. Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas. Movimiento rectilíneo con aceleración constante. Aceleración media. Definición de aceleración constante a partir de la aceleración media. Gráfica aceleración-tiempo (a-t). Análisis de la aceleración y variación de la velocidad en la gráfica a-t. Determinación de la velocidad como una función del tiempo: ley de velocidad, v(t). Gráfica v-t. Análisis del desplazamiento, la velocidad y la aceleración en la gráfica v-t. Determinación de la posición como una función del tiempo: ley de movimiento, x(t). Gráfica x-t. Análisis del desplazamiento, la velocidad y la aceleración en la gráfica x-t. Determinación de la ecuación eliminando la aceleración y determinación de la ecuación eliminando el tiempo, a partir de las leyes de movimiento y de velocidad. Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas. Caída libre. Convención: sistema de referencia con el eje positivo siempre hacia arriba (eje y), la gravedad: aceleración de valor 9,8 m/s2 siempre negativa. La velocidad como función del tiempo: ley de velocidad, v(t), y posición como función del tiempo: ley de movimiento, y(t). Ecuaciones eliminando la aceleración y eliminando el tiempo, a partir de las leyes de movimiento y de velocidad. Características del movimiento: el tiempo de subida y el tiempo de bajada, respecto a un punto. Rapidez de subida y de bajada, respecto a un punto. Gráficas de aceleración-tiempo (a-t), de velocidad-tiempo (v-t) y de posición-tiempo (y-t). Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas.

CAPÍTULO 3. Conceptos de derivada e integral definida (6 horas) Concepto de derivada. Ejercicios y problemas aplicados a cinemática en una dimensión. Fórmula general para la derivada de una función de la forma atn. Concepto de integral definida. Ejercicios y problemas aplicados a cinemática en una dimensión. Fórmula general para la integral de una función de la forma atn.

CAPÍTULO 4. Dinámica de la partícula en una y dos dimensiones (16 horas) Leyes de Newton. Concepto de masa y peso. Unidades en el Sistema Internacional. Ley de gravitación universal. Fuerzas de acción y reacción. Fuerzas normales y tensiones. Diagrama de cuerpo libre y sistema de referencia. Equilibrio de una partícula. Plano inclinado poleas y cuerdas ideales. Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas sin fricción, de uno, dos y tres bloques unidos por cuerdas que pasan por poleas. Rozamiento (fricción). Tendencia y movimiento relativo: fricción estática y cinética. Fricción estática máxima, coeficientes de rozamiento estático y cinético. Relación entre la fuerza aplicada y la fricción estática y cinética a través de una gráfica. Experimentos. Preguntas conceptuales, ejemplos y problemas con fricción: de un bloque sobre una superficie horizontal y en plano inclinado, dos y tres bloques unidos por cuerdas y que pasan por poleas ideales.

V. Bibliografía DOUGLAS, Giancoli 2006 Física. Vol. 1. Sexta edición. México D.F.: Pearson Educación. HEWITT, Paul 2004 Física Conceptual. Novena edición. México D.F.: Pearson Educación. WILSON, J.D. y A.J. Buffa 2003 Física. Quinta edición. México D.F.: Pearson Educación. 2

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VI. Sistema de evaluación Los promedios de prácticas se calculan con aproximación hasta las décimas. Cualquiera sea la cifra de las centésimas, no se tomará en cuenta. La nota final del curso se expresa solo en número enteros. Si el cálculo de la nota final da un total con decimales, debe convertirse esa cifra a enteros (se añade un punto a la nota si el primer decimal es cinco o más; se elimina el decimal si es menor de 5). La nota final del curso se calculará utilizando la fórmula que a continuación se detalla. En ella se usa la siguiente nomenclatura: Nf

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nota final

E1

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nota del primer examen (medio ciclo)

E2

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nota del segundo examen (final)

Pr a

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Promedio de prácticas de tipo Pa (incluye las de tipo Pc que hubieran). Para efectos de obtener el promedio de prácticas tipo Pa no se toma en cuenta la práctica con calificativo más bajo.

Nf =

3E 1 + 4E 2 + 3Pra 10

Para los alumnos que rindan el examen especial, este reemplazará al examen al cual el alumno faltó según los artículos 5° y 41° del Sistema de Evaluación. San Miguel, agosto de 2017

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