Programa de la Asignatura:

Fsica I

Cdigo: 939

Carrera: Ingeniera en Computacin Plan: 2008 Carcter: Obligatoria Unidad Acadmica: Secretara Acadmica Curso: Primer Ao Primer cuatrimestre Departamento: Ingeniera Carga horaria total: 90 hs. Carga horaria semanal: 6 hs. Formacin Experimental: 20 % Formacin terica: 40 % Formacin prctica: 40%

Materias Correlativas Obligatorias ------------------------- ------------------------- -------------------------

Cuerpo Docente Knig, Pablo Muoz, Juan Carlos

ndice Fundamentacin pg. 2 Encuadre y articulacin de la asignatura pg. 2

Encuadre dentro del Plan de Estudios pg. 2 Articulacin Horizontal pg. 2 Articulacin Vertical pg. 2

Objetivos pg.3 Contenidos mnimos pg. 4 Programa analtico pg. 4 Bibliografa bsica pg. 6 Bibliografa de consulta pg. 6 Metodologa del aprendizaje pg. 6

Desarrollo de la asignatura pg. 6 Dinmica del dictado de las clases pg.7 Trabajos prcticos pg. 7

Metodologa de evaluacin pg. 8 Planificacin pg. 9 Informacin de versiones pg. 9

AO ACADMICO 2013 LTIMA REVISIN Firma Docente Firma Coordinador

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1. FUNDAMENTACION

Este es un curso de fsica elemental destinado a alumnos de la Carrera de Ingeniera en Computacin, de un cuatrimestre de duracin, en el que se desarrollan contenidos referidos a la Mecnica. El propsito central es presentar un curso que subraye vigorosamente los fundamentos de la Fsica, que sirvan de base para cursos posteriores de esta disciplina as como de otras que se relacionen con estas. Este curso est pensado para alumnos que an no han cursado Clculo ni lgebra Vectorial, por lo cual, durante las clases, se destina tiempo a la enseanza y el aprendizaje de los rudimentos necesarios y aplicaciones bsicas que se emplean en Fsica, como pueden ser la conceptualizacin y el clculo de derivadas e integrales elementales, operaciones con vectores, producto escalar y producto vectorial. Asimismo, entendiendo que esta es una asignatura enmarcada en una carrera de Computacin, se proponen algunos trabajos prcticos de laboratorio para resolver mediante la aplicacin de Excel, haciendo hincapi en el trazado de curvas, anlisis y conceptualizacin. En tanto disciplina que -en muchos casos- se cursa en el primer cuatrimestre de la carrera, se toman especialmente en cuenta los aspectos didcticos, de tal manera de introducir gradualmente al alumno en la abstraccin y formalizacin requeridas. En esta misma lnea, la bibliografa seleccionada brinda la posibilidad de acceso a muchos ejemplares en la biblioteca de la Universidad, as como tambin a travs de internet, donde incluso pueden encontrarse en forma gratuita los solucionarios con gran cantidad de problemas y ejercicios resueltos. Entendemos que un curso completo de Fsica 1 es fundamental para la comprensin de conceptos que se trabajarn, profundizarn y reconceptualizarn en instancias futuras de la formacin. Por ello, el facilitar su aprendizaje y comprensin es una prioridad tomada por el equipo docente.

2. ENCUADRE Y ARTICULACIN DE LA ASIGNATURA

La asignatura est ubicada en la currcula de la carrera en el inicio de la misma, pudiendo ser cursada por el alumno durante el primer cuatrimestre apenas ingresado a la carrera. En esa etapa, los alumnos inician sus estudios de grado, por lo que todava no han adquirido experiencia en el desenvolvimiento y ritmo de estudio propio de la vida universitaria, por lo que la materia propone un aumento gradual de la complejidad y dificultad. Por estas razones, no requiere una slida formacin matemtica ni un conocimiento sobre el mundo fsico, ms all de lo que han aprendido en la escuela secundaria o en el curso de matemtica del ingreso. Por lo expuesto, esta asignatura no requiere correlativas de ningn tipo, pero es fundamental para poder cursar muchas materias especficas a futuro, siendo su posterior inmediata Fsica II. Articulacin Horizontal En cuanto a la articulacin horizontal el plan de estudios de la carrera prev que esta asignatura se curse en simultneo con Anlisis Matemtico 1 y con lgebra 1 (lgebra vectorial y matricial), de tal forma que el alumno ir incorporando paulatinamente y en paralelo estos contenidos matemticos en la resolucin de problemas de Fsica, facilitando la ampliacin de su horizonte de conocimientos de una manera integral. Articulacin Vertical Esta asignatura se articula verticalmente con Fsica 2, que brinda los conocimientos bsicos del electromagnetismo y del funcionamiento de los dispositivos elctricos bsicos. En este aspecto, Fsica 1

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es una materia que se presenta como imprescindible para abordar los contenidos de su correlativa directa, sirviendo tanto para la comprensin de conceptos electromagnticos, especialmente desde la descripcin mecnica, como tambin para el aprendizaje de procedimientos de resolucin en el plano matemtico y en el del planteamiento de los problemas, en la bsqueda de soluciones y en el trabajo de laboratorio.

3. OBJETIVOS Objetivo General La ctedra se ha fijado como objetivo cognoscitivo de esta materia, Lograr que los alumnos comprendan y apliquen los principios fundamentales de la Mecnica y la ptica, as como su desarrollo y contextualizacin sociohistrica y sus campos de aplicacin, visualizando posibles caminos de investigacin y desarrollo futuros en el campo de la Ingeniera en Computacin. Objetivos Especficos Que los alumnos logren:

i. Conocer, comprender y aplicar a situaciones concretas distintos conceptos y leyes fundamentales de la Mecnica.

ii. Conocer, comprender y aplicar a situaciones concretas distintos conceptos y leyes

fundamentales de la ptica Geomtrica y Fsica.

iii. Interpretar el significado de las leyes descriptas en trmino de ecuaciones matemticas, saber las condiciones de validez de dichas ecuaciones y aplicarlas adecuadamente para resolver problemas mecnicos.

iv. Conocer y desarrollar las tcnicas adecuadas para abordar distintos problemas que requieren la

utilizacin de clculos mecnicos.

v. Interpretar y realizar distintos tipos de grficos.

vi. Realizar actividades experimentales de laboratorio, mediante las cuales los alumnos planteen hiptesis, establezcan mtodos de investigacin, analicen resultados y presenten conclusiones referidas a problemas de mecnica y ptica.

vii. Realizar trabajos de aplicacin en Excel, en los que se resuelvan problemas mecnicos de la vida

cotidiana. Por ejemplo, determinacin y grfico de parbolas de vuelo de implementos deportivos (jabalina, pelota, etc).

4. CONTENIDOS MNIMOS Cinemtica, Dinmica, torque y momento angular, trabajo y energa, sistemas de partculas, cuerpo rgido, movimiento armnico simple. ptica geomtrica y ptica fsica.

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5. PROGRAMA ANALTICO Unidad 1: CINEMTICA UNIDIMENSIONAL. Mecnica. Ramas de la Mecnica. Anlisis cualitativo de movimientos. Sistemas de referencia: cartesiano y polar. Ejes. Sistema Internacional de Unidades. El cuerpo puntual. Posicin. Trayectoria. Velocidad. Rapidez. Velocidad y rapidez instantneas. Aceleracin y aceleracin instantnea. Aplicacin de derivadas de funciones elementales para el clculo de velocidad y aceleracin. Modelos de anlisis: ecuaciones horarias. Movimiento Rectilneo Uniforme. Movimiento Rectilneo Uniformemente variado. Problemas de encuentro. Cada Libre y Tiro Vertical. Diagramas y grficos del movimiento. Clculo de reas. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Elementos bsicos del Excel. Aplicacin para resolver y graficar problemas de movimiento lineal a lo largo del tiempo, p.e. carrera de atletas. Unidad 2. CINEMTICA EN DOS Y TRES DIMENSIONES Magnitudes escalares y vectoriales. Componentes y propiedades fundamentales de los vectores. Vectores unitarios. Vector resultante. Movimientos en dos y tres dimensiones. Vectores: Posicin, Desplazamiento, Velocidad y Aceleracin. Tiro oblicuo. Movimiento relativo. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Aplicacin del Excel para resolver y graficar problemas cotidianos de movimiento de objetos en tiro oblicuo. Unidad 3.DINMICA DEL CUERPO PUNTUAL Leyes de Newton. Masa y Peso. Ley de Hooke. Partcula bajo una fuerza neta. Partcula en equilibrio. Diagrama de fuerzas o de cuerpo libre. Esttica del punto. Sistemas de fuerzas concurrentes: resolucin analtica. Resolucin grfica: mtodo del paralelogramo y de la poligonal. Plano inclinado. Sistemas de cuerpos acelerados. Mquina de Atwood. Fuerza de rozamiento esttica y dinmica. Fuerzas resistivas dependientes de la velocidad. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 4. MOVIMIENTO CIRCULAR Radin. Velocidad angular. Aceleracin angular. Velocidad tangencial. Aceleracin centrpeta. Aceleracin tangencial. Vector aceleracin total. Analoga entre las ecuaciones horarias de la cinemtica lineal y angular. Frecuencia. Perodo. Segunda Ley de Newton para una partcula en movimiento circular Uniforme. Fuerza centrpeta. Pndulo cnico. Movimiento circular con peralte. Fuerza tangencial. Movimiento circular no uniforme. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Aplicacin del Excel para resolver y graficar problemas cotidianos de movimiento de objetos en tiro Unidad 5. SISTEMAS NO INERCIALES Sistemas inerciales y no inerciales. Fuerzas inerciales en movimiento lineal. Fuerzas inerciales en movimientos curvilneos: fuerza centrfuga y fuerza de Coriolis. Diagramas de fuerzas en sistemas no inerciales. No validez de las leyes de Newton en sistemas no inerciales. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 6. TRABAJO MECNICO Sistemas y entornos. Trabajo mecnico de una fuerza constante. Trabajo mecnico de una fuerza variable. Signo del trabajo mecnico. Clculo del trabajo a partir de una grfica. Trabajo de la fuerza elstica. Energa cintica. Teorema del trabajo energa cintica. Energa potencial gravitatoria de un

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sistema. Energa potencial elstica de un sistema. Fuerzas conservativas y no conservativas. Trabajo de la fuerza de rozamiento. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 7.ENERGA Sistemas aislados y no aislados. Principio de la conservacin de la energa y de la energa mecnica . Conceptualizacin de la Segunda Ley de la Termodinmica Limitaciones de la definicin de energa de Maxwell. Fuerzas conservativas y no conservativas.. Transformaciones de la energa. Teorema del trabajo de las fuerzas no conservativas y la energa mecnica. Trabajo de la fuerza peso y energa potencial gravitatoria. Trabajo de la fuerza elstica y energa potencial elstica. Potencia media. Potencia instantnea. Relacin entre joule y calora. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 8. CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL Y COLISIONES Centro de masa de un sistema de partculas. Centro de gravedad. Cantidad de movimiento lineal. Conservacin de la cantidad de movimiento lineal. Impulso y cantidad de movimiento. Colisiones perfectamente elsticas. Colisiones inelsticas. Colisiones en una dimensin. Colisiones en dos y tres dimensiones. El pndulo balstico. Cantidad de movimiento en sistemas con variacin de la masa. Sistemas deformables. Clculo de reas para determinar el impulso lineal. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 9. GRAVITACIN UNIVERSAL Cantidad de movimiento angular: ley de conservacin. Ley de Gravitacin Universal. Variacin de g con la altura. Leyes de Kepler y el movimiento de los planetas. El campo gravitatorio. Energa potencial gravitatoria. Velocidad de escape. Consideraciones energticas en el movimiento planetario y de satlites. Conceptos de astrofsica actual: Teora del Big Bang, agujeros negros, etc. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 10. ESTTICA DEL CUERPO RGIDO Cuerpo rgido. Momento de una fuerza. Convencin de signos. Equilibrio del cuerpo rgido. Equilibrio trasnacional y rotacional. Ejemplos de objetos rgidos en equilibrio esttico. La Ley de Arqumedes de la palanca. Propiedades elsticas de los slidos. Esfuerzo. Deformacin. Elasticidad. Mdulo elstico. Mdulo de Young, de corte y volumtrico. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad 11. DINMICA DEL CUERPO RGIDO Inercia rotacional. Momento de inercia. Momento de inercia de sistemas de cuerpos puntuales. Momento de inercia de slidos regulares y homogneos. Teorema de los ejes paralelos. Ley de la dinmica rotacional. Objeto rgido bajo un momento de torsin neto. Regla de la mano derecha en rotaciones. Sistemas de cuerpos rgidos. Rodadura de objetos rgidos. Energa cintica rotacional. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Aplicacin del Excel para resolver y graficar problemas cotidianos que involucran momento de torsin. Unidad12. MOVIMIENTO OSCILATORIO Movimientos peridicos. Oscilaciones. Partcula en movimiento armnico simple. Amplitud, fase, fase inicial y frecuencia angular. Velocidad y aceleracin. Energa del oscilador armnico simple. Comparacin del movimiento armnico simple con el movimiento circular uniforme. Pndulo simple.

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Pndulo fsico. Pndulo de torsin. Resonancia. Concepto de Oscilaciones amortiguadas. Concepto de Oscilaciones Forzadas. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad13. PTICA GEOMTRICA Leyes de reflexin y refraccin de la luz. Reflexin total interna. Diagramas de rayos. Formacin de imgenes. Imagen real e imagen virtual. Espejos planos y curvos. Lentes cncavas y convexas. Superficies refractoras planas. Ecuacin de los fabricantes de lentes. Ecuacin de lentes delgadas. Sistema de lentes. Aumento. Aberraciones. Instrumentos pticos. El ojo humano. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos. Unidad14. PTICA FSICA Experimento de Young. Ondas luminosas. Interferencia. Anillos de Newton. Difraccin. Patrones de difraccin. Criterio de Rayleigh de resolucin. Red de difraccin. Polarizacin. ngulo de polarizacin. Ley de Malus. Resolucin de problemas cuantitativos y cualitativos.

6. BIBLIOGRAFA BSICA

ALONSO, M; FINN, E. 2000. Fsica. Addison Wesley Iberoamericana. Neupalcan de Jurez. ROEDERER, J. 2005. Mecnica elemental. Eudeba. Buenos Aires. SERWAY, R; JEWETT, J. 2009. Fsica para Ciencias e Ingeniera. Vol. 1. 7 ed. Mxico. TIPLER, P; MOSCA, G. 2010. Fsica para la ciencia y la tecnologa. Vol. 1. 6 ed. Revert. Barcelona.

7. BIBLIOGRAFA DE CONSULTA

FEYNMAN, R; SANDS, M. 1987. Fsica. Vol 1. Addison Wesley Iberoamericana. Deleware. GIANCOLI, D. 1997. Fsica: principios con aplicaciones. 4 ed. Prentice Hall. Naucalpan. SEARS, F; SEMENSKY, M; YOUNG. 1988. Fsica universitaria. 6 ed. Addison Wesley Iberoamericana.

Deleware.

8. METODOLOGA DEL APRENDIZAJE

8.a DESARROLLO DE LA ASIGNATURA

Inicialmente, se retomarn y profundizarn contenidos de cinemtica lineal que los alumnos traen de la escuela secundaria con el fin de familiarizarlo con procedimientos que involucran elementos de clculo y lgebra vectorial. Seguidamente se estudiar el comportamiento de sistemas de cuerpos puntuales de acuerdo con las leyes de Newton, as como las condiciones requeridas para el tratamiento de las fuerzas en sistemas no inerciales. Se presentar seguidamente el concepto de energa y su relacin con el trabajo mecnico, mostrando su aporte a la resolucin de ejercicios de mecnica y anticipando su importancia fundamental en contenidos de cursos posteriores, al introducir conceptualmente los conceptos de energa trmica, calrica, sonora, lumnica, electromagntica, qumica y nuclear. Se presenta el principio de conservacin de la energa, haciendo hincapi en la energa mecnica, y se valoriza el concepto de potencial y se relaciona con el concepto de energa. Se aprovecha el concepto de energa cintica para el anlisis de colisiones. En la segunda parte de la asignatura se introduce el concepto de torque y se trabaja sobre el cuerpo rgido, en condiciones dinmicas y estticas. Finalmente se estudia el movimiento armnico simple en movimientos sujetos a la fuerza elstica, se relaciona con el pndulo ideal, el pndulo fsico y el

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movimiento circular mediante las correspondientes ecuaciones diferenciales. El desarrollo de la asignatura culmina con el estudio de la ptica geomtrica con el trazado de rayos y con la introduccin de las ondas luminosas y sus caractersticas fundamentales. A lo largo de la materia se aprovecha para realizar algunas clases en la sala de computacin con aplicaciones prcticas.

8.b DINMICA DEL DICTADO DE LAS CLASES

Durante el horario de clases se da gran importancia al trabajo con material escrito y grfico para analizar y discutir, mediante la resolucin de guas de problemas conceptuales y numricos, especialmente centrados en la comprensin y aplicacin de conceptos fundamentales y en el anlisis de grficos.

Asimismo se fomenta el trabajo grupal como momento de intercambio, de discusin, de confrontacin, de defensa y de acuerdo de ideas, todos momentos importantes dentro de la dinmica de los grupos para lograr el aprendizaje, sin dejar de lado el constante acompaamiento docente y las puestas en comn.

Tambin se dedican momentos especficos para las explicaciones tericas y la entrega de informacin actualizada por parte del docente.

8.c TRABAJOS PRCTICOS

8.c.i ASPECTOS GENERALES. Se efectuarn dos tipos diferentes de trabajos prcticos. Los primeros consistirn en la resolucin de problemas y ejercicios. Los segundos, se efectuarn en el Laboratorio de Computacin de la Universidad.

8.c.ii ASPECTOS PARTICULARES.

Problemas y ejercicios: Cada unidad tiene una serie de ejercicios y problemas para

resolver por parte de los alumnos. A modo de orientacin que sirva como andamiaje para el aprendizaje, la mitad de cada serie de problemas est disponible en solucionarios anexos a la bibliografa bsica, que se puede descargar gratuitamente de internet, y que fueron explcitamente resueltos por los autores de los libros que se emplean en el curso.

Prcticas de laboratorio de computacin: Cuatro trabajos prcticos con aplicaciones de Mecnica, utilizando datos y graficando en Excel, con posibilidad de rehacerlos una vez si no se cumplieron los objetivos propuestos desde los docentes. Los contenidos de los trabajos de laboratorio corresponden:

o Tiro Oblicuo o Coeficiente de rozamiento esttico o Oscilaciones o ptica

Tiro oblicuo: Se busca determinar la ecuacin de la trayectoria y = f(x) que sigue la partcula una vez abandona una pista (riel) de aluminio (con rapidez y ngulo de disparo fijos), cayendo bajo la influencia de la aceleracin de la gravedad. Para ello se suelta una bolita desde el extremo superior de la pista de aluminio. Luego se procede a determinar el vector velocidad inicial y el ngulo de disparo. Coeficiente de rozamiento esttico: Se busca determinar el coeficiente de rozamiento esttico utilizando dinammetros y plano inclinado con ngulo variable. Tambin se determinar dicho coeficiente mediante el armado de un dispositivo con peso variable

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unido al cuerpo por medio de una polea fija. Se analizar el error cometido en cada caso y se comparar con resultados de tabla en bibliografa especfica. Oscilaciones peridicas: Se busca establecer el valor del perodo de oscilacin de un pndulo simple y obtener un valor experimental para la aceleracin gravitatoria. Como segunda instancia, se propone determinar el perodo de oscilacin de un cuerpo unido a un resorte que se desplaza con movimiento armnico simple y encontrar el valor de la constante de elstica. Aumento de un microscopio compuesto: Se busca construir un microscopio compuesto sencillo y se determinar su aumento. En la prctica se requieren 2 lentes convergentes de distinta distancia focal, 2 pantallas milimetradas, objeto, lmpara y banco ptico. Posteriormente, como ltima parte de la prctica se emplear un microscopio de laboratorio, se calibrar la escala del ocular para los distintos objetivos y se determinarn los aumentos del mismo.

9. METODOLOGA DE EVALUACIN

9.a NORMAS DE EVALUACIN.

9.a NORMAS DE EVALUACIN. Se entiende la evaluacin como un proceso. Evaluacin continua de los aprendizajes de los alumnos, con tiempos para autoevaluacin y

metacognicin. Habr dos instancias de evaluacin parcial, presenciales e individuales sobre los distintos

contenidos desarrollados a lo largo de la asignatura, con sus respectivos recuperatorios. Las notas de los parciales representan los resultados de la evaluacin. Los exmenes parciales y sus recuperatorios pueden ser orales, escritos o en ambas

modalidades, segn lo considere el docente. 9.b RGIMEN DE APROBACIN DE LA MATERIA.

Para la aprobacin de la materia los alumnos debern tener los dos parciales aprobados Para los alumnos que no hayan logrado cumplir con los objetivos propuestos en uno o ambos

parciales, hay dos instancias de evaluacin presencial e individual para poder recuperar. Se tiene la posibilidad de recuperar una sola vez cada parcial.

Adems los alumnos debern aprobar los trabajos prcticos, como condicin para la aprobacin de la materia.

Los alumnos que obtengan una nota inferior a cuatro puntos se les asignar la nota insuficiente y debern recursar la materia.

En todos los casos, una vez aprobada la cursada los alumnos debern rendir una evaluacin final.

El examen final puede ser oral, escrito o en ambas modalidades, segn lo considere el docente.

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10. PLANIFICACIN

CALENDARIO DE CLASES Y EVALUACIONES Semana 1 CINEMTICA UNIDIMENSIONAL. Semana 2 CINEMTICA EN DOS Y TRES DIMENSIONES Semana 3 DINMICA DELCUERPO PUNTUAL Semana 4 MOVIMIENTO CIRCULAR Semana 5 SISTEMAS NO INERCIALES Semana 6 TRABAJO MECNICO Y CONSERVACIN DE LA ENERGA Semana 7 CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL Y COLISIONES Semana 8 CANTIDAD DE MOV. ANGULAR Y GRAVITACIN UNIVERSAL Semana 9 REPASO 1 PARCIAL

Semana 10 ESTTICA DEL CUERPO RGIDO Semana 11 DINMICA DEL CUERPO RGIDO Semana 12 MOVIMIENTO ARMNICO SIMPLE Semana 13 PTICA GEOMTRICA Semana 14 PTICA FSICA Semana 15 REPASO 2 PARCIAL Semana 16 RECUPERATORIOS

Del al de Evaluacin Final

11. INFORMACIN DE VERSIONES

Informacin de Versiones

Nombre del Documento: Ficha Acadmica de la asignatura Fsica 1 Nombre del Archivo Fsica I Plan 2008.docx Documento origen: ProgF1.docx Elaborado por: Pablo Knig y Juan Carlos Muoz Revisado por: Anbal Romandetta Aprobado por: Fecha de Elaboracin: 20-02-2013 Fecha de Revisin: 08-03-2013 Fecha de aprobacin

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