Programa física[1]

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIA DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE ESTUDIOS INGENIERÍA CIVIL PLAN 2001

Carrera TODAS LAS ESPECIALIDADES FIC 00 10 FISICA I T =4; E =2; L =2 Requisitos Ingreso Ciencia Básica DICTA DEPARTAMENTO : Física Autor : Comisión Versión 2/03/2002 Resolución Facultad de Ingeniería

CAPACIDADES GENERALES DEL CURSO:

Al final del curso el alumno podrá:

Conocer el avance científico a través de la historia. Expresar analíticamente un fenómeno de Mecánica. Interpretar físicamente ecuaciones de la Mecánica. Identificar los distintos conceptos de la Mecánica en la vida diaria. Aplicar ecuaciones de Mecánica en la resolución de problemas.

RESUMEN DE UNIDADES TEMÁTICAS

UNIDAD

TITULO Nº

HORAS1 INTRODUCCION A LA FISICA 12 2 VECTORES 16 3 FUERZAS 16 4 ESTATICA 18 5 HIDROSTATICA 18 6 CINEMATICA DE LA PARTICULA 32 7 DINAMICA DE LA PARTICULA 32 8 DINAMICA DE UN SISTEMA DE PARTICULAS 32 9 CINEMATICA Y DINAMICA DEL CUERPO RIGIDO 28

Total 34 SEMANAS 204

PRINCIPALES TEXTOS DE REFERENCIA:

F. Beer y E. Johnston. “ Dinámica ”, McGraw-Hill. 1985 Raymond Serway " Física ". Tomo I. McGraw-Hill. 1990 Paul Tipler. " Física para ciencia y tecnología " Volumen I. Reverté. 1996 Richard P. Feynman " Mecánica, radiación y calor ". Volumen I. Editorial Fondo Educativo. 1980 Apuntes del curso.

Plan 2001 carreras Ingeniería Civil todas especialidades FIC 00 10 FISICA I Pagina 2

Vicedecanato De Docencia y Formación Profesional

1. UNIDAD TEMATICA UNO: INTRODUCCION A LA FISICA

CAPACIDADES A DESARROLLAR:

1.- Establecer relaciones entre las distintas teorías en el desarrollo histórico de la Física 2.- Transformar unidades en los distintos sistemas de medidas. 3.- Utilizar el método científico para el análisis de una situación experimental. 4.- Utilizar el análisis dimensional y establecer órdenes de magnitud.

CONTENIDOS

1.1.- Desarrollo de la Mecánica Modelos del Cosmos.

Modelo de Ptolomeo. La contribución de Tycho Brahe. Modelo de Copérnico. Modelo de Kepler. Las leyes de Kepler. Galileo y la caída libre. La transformación de Galileo.

1.2.- Síntesis de Newton. La unificación de la Física y la astronomía.

1.3.- El método científico. Observación, razonamiento y experimentación.

1.4.- Hitos de la Física.

1.5.- Sistemas de Unidades. Unidades y patrones de medida. Análisis dimensional. Cifras significativas. Escalas de magnitudes.

1.6.- Problemas y Aplicaciones.

TÓPICOS A SER EVALUADOS

Resolución de problemas que involucran:

Los distintos modelos y sus contribuciones. Unificación de la Física y la astronomía. Método científico. Análisis dimensional, cifras significativas, escalas de magnitudes y unidades y patrones.



2.- UNIDAD TEMATICA DOS: VECTORES


1.- Relacionar los distintos tipos de sistemas de referencia. 2.- Identificar las características y ventajas de cada sistema de referencia. 3.- Interpretar geométrica y físicamente las operaciones entre vectores. 4.- Aplicar las operaciones entre vectores a situaciones físicas.

CONTENIDOS

2.1.- Espacio y sistemas de referencia.

Sistema Cartesiano. Sistema Polar. Sistema Esférico. Sistema cilíndrico. Sistema intrínseco.

2.2. Desplazamiento en el espacio.

Vectores. Magnitud, dirección y sentido. Vector resultante o suma vectorial.

2.3.- Descomposición de vectores.

Vectores Unitarios. Componentes de vectores.

2.4.- Operaciones. Multiplicación de vectores por escalares. Producto escalar o punto. Producto vectorial o cruz

2.5.- Aplicaciones geométricas. Teorema del coseno. Teorema del seno. Cálculo de ángulos. Cálculo de distancias y alturas.

2.6.- Problemas y aplicaciones


Resolución de problemas que involucran: Distintos sistemas de referencia. Identificación de conceptos vectoriales y operaciones. Aplicación de conceptos trigonométricos.



3.- UNIDAD TEMATICA TRES: FUERZAS


1.- Reconocer distintos tipos de fuerzas. 2.- Caracterizar el principio de acción y reacción. 4.- Aplicar los conceptos de centro de fuerzas, centro de masa, centro de gravedad y centroide.

CONTENIDOS

3.1.- Tipos de fuerzas. Fuerzas de contacto y de acción a distancia. Fuerza normal y fuerza de roce. Tensiones. Masa gravitacional. Fuerza gravitacional. Determinación de la constante de gravitación. Fuerza peso. Variación de la gravedad con la altura. Variación de la gravedad con la latitud. Las cuatro fuerzas fundamentales.

3.2.- Ley de acción y reacción. Resultante de fuerzas que actúan sobre una partícula. Fuerzas que actúan sobre cuerpos rígidos. Punto de aplicación. Desplazamiento de una fuerza sobre su línea de acción. Resultante de fuerzas concurrentes. Desplazamiento de una fuerza a una línea paralela. Concepto de par de fuerzas. Resultante de fuerzas paralelas.

3.3.- Concepto de torque de las fuerzas respecto de un punto arbitrario.

Equivalencia de un sistema general de fuerzas a una fuerza resultante más un torque.

3.4.- Conceptos de centros: Centro de fuerzas. Centro de masa. Centro de gravedad. Centroide. Fuerzas distribuidas constantes y de variación lineal.

3.5.- Problemas y aplicaciones.

TÓPICOS A SER EVALUADOS Resolución de problemas que involucran:

Identificación de los distintos tipos de fuerzas y sus características. Concepto torque respecto de un punto arbitrario. Conceptos de centro de fuerza, de masa, de gravedad y centroide.



4.- UNIDAD TEMATICA CUATRO: ESTÁTICA


1.- Identificar las leyes y principios de la estática. 2.- Aplicar las leyes y principios de la estática en cuerpos rígidos. 3.- Sintetizar las leyes de la estática para distintos sistemas de fuerzas.

CONTENIDOS

4.1.- Leyes de la estática. Equilibrio de partículas. Equilibrio de cuerpos rígidos en dos y tres dimensiones.

4.2. Sistemas. De poleas, palancas y barras cargadas con fuerzas distribuidas.Fuerzas de tensión y compresión. Momento flector y fuerza cortante.

4.3.- Aplicaciones y problemas.



Resolución de problemas aplicando las condiciones de equilibrio estático, partículas y rígidos. Determinación de reacciones con poleas, palancas y barras cargadas con fuerzas distribuidas. Aplicaciones con momento flector y fuerzas cortantes.



5.- UNIDAD TEMATICA CINCO: HIDROSTATICA


1.- Aplicar las leyes y principios de la estática a los fluidos en reposo. 2.- Identificar el concepto de presión como efecto de una fuerza. 3.- Analizar la variación de la presión con la altura. 4.- Relacionar fenómenos hidrostáticos con estática de sólidos.

CONTENIDOS

5.1.- Conceptos fundamentales.

Densidad absoluta y relativa. Peso específico. Presión. Principio de Pascal. Variación de la presión con la profundidad.

5.2. Principio de Arquímedes. Flotación. Compuertas.




Cálculos de densidades y pesos específicos. Resolución de problemas utilizando el concepto de presión. Determinación de presiones que varían con la altura. Resolución de problemas utilizando el principio de Arquímedes. Análisis de situaciones de compuertas.



6.- UNIDAD TEMATICA SEIS: CINEMATICA DE LA PARTICULA


1.- Identificar las distintas cantidades cinemáticas. 2.- Expresar las cantidades cinemáticas en los distintos tipos de coordenadas. 2.- Identificar distintos tipos de movimiento y sus características. 3.- Aplicar las relaciones cinemáticas.

CONTENIDOS

6.1.- Conceptos fundamentales.

Posición respecto de un sistema de referencia. Vector posición. Desplazamiento. Trayectoria. Movimiento relativo. Derivada. Velocidades media e instantánea. Aceleraciones media e instantánea Expresiones en coordenadas cartesianas, polares, esféricas, cilíndricas e intrínsecas.

6.2. Movimientos en una y dos dimensiones.

Movimientos con aceleración constante: rectilíneos y parabólicos. Movimientos aceleración variable: circunferencial y armónico simple. Superposición de movimientos armónicos.

6.3.- Movimiento relativo. Sistemas que se trasladan con velocidad constante. Las transformaciones de Galileo. Una mirada a las transformaciones de Lorentz.



Resolución de problemas que involucran: Conceptos fundamentales de la cinemática. Movimientos en una y dos dimensiones con aceleración constante y variable. Movimiento relativo. Transformaciones de Galileo y Lorentz.



7.- UNIDAD TEMATICA SIETE: DINAMICA DE LA PARTICULA


1.- Aplicar las leyes de Newton. 2.- Relacionar trabajo y las fuerzas que los realizan. 3.- Relacionar fuerza y cantidad de movimiento. 4.- Identificar tipos de energía, su relación con el trabajo y su conservación.

CONTENIDOS

7.1.- Principios de Newton. Inercia. Masa. Acción y reacción.

7.2. Tipos de fuerzas. Fuerzas constantes. Fuerza de roce. Coeficiente de roce. Fuerzas variables. Dependientes de la posición. Dependientes de la velocidad. Fuerzas de roce viscosas. Fuerzas magnéticas.

7.3.- Trabajo y energía. Trabajo. Trabajo de fuerzas conservativas. Energía cinética. Energía potencial. Energía potencial gravitacional. Energía potencial elástica. Teorema del trabajo y la energía. Energía mecánica. Teorema de conservación de la energía.

7.4.- Cantidad de movimiento. Cantidad de movimiento lineal. Cantidad de movimiento angular. Variación de la cantidad de movimiento lineal y angular. Torque.

7.5.- Movimiento armónico. Simple. Amortiguado. Forzado

7.6.- Orbitas Orbitas en campos inversos al cuadrado de la distancia.



Resolución de problemas que involucran: Principios de Newton. Fuerzas constantes y fuerzas variables. Trabajo, energía y conservación de la energía. Cantidad de movimiento, variación de la cantidad de movimiento. Movimientos armónico simple, amortiguado y forzado.



8.- UNIDAD TEMATICA OCHO: DINAMICA DE UN SISTEMA DE PARTICULA


1.- Reconocer la importancia del Centro de masa en el movimiento de un sistema de partículas. 2.- Reconocer los efectos de las leyes de la dinámica en choques. 3.- Interpretar los sistemas de masa variable. 4.- Aplicar las leyes de la dinámica a choques entre partículas.

CONTENIDOS

8.1.- Centro de masa. Cantidad de movimiento lineal de un sistema. Fuerza resultante externa y movimiento del centro de masa.

8.2. Cantidad de movimiento angular.

Cantidad de movimiento angular de un sistema. El torque externo y la variación del momentum angular.

8.3.- Teoremas de Koenig. De la energía cinética. Del momentum angular.

8.4.- Trabajo y energía de un sistema de partículas.

Teorema del trabajo y la energía.

8.5.- Choques. En una dimensión. En dos dimensiones.

8.6.- Masa variable. Sistemas de masa variable.



Resolución de problemas que involucran: Centro de masa, cantidad de movimiento, fuerza resultante externa y movimiento. Cantidad de movimiento angular. Torque externo. Aplicaciones de los teoremas de Koenig. Choques en una y dos dimensiones. Aplicaciones a sistemas de masa variable.



9.- UNIDAD TEMATICA NUEVE: CINEMATICA Y DINAMICA DEL CUERPO RIGIDO


1.- Identificar las relaciones entre conceptos lineales y angulares en un cuerpo rígido. 2.- Identificar las características y ventajas de cada sistema de referencia. 3.- Evaluar torque, momentum angular y energía cinética en un punto arbitrario y en el centro de masa. 4.- Aplicar relaciones de la dinámica del cuerpo rígido para el movimiento plano.

CONTENIDOS

9.1.- Concepto de cuerpo rígido.

Rotaciones y traslaciones.

9.2. Cinemática del cuerpo rígido.

Velocidad lineal y angular.

9.3.- Cantidad de movimiento angular.

Matriz de inercia. Momentos y productos de inercia. Cálculos de momentos de inercia. Ejes principales de inercia. Teorema de Steiner.

9.4.- Cantidad de movimiento angular y torque.

Derivada del momentum angular. Relación general entre derivada del momentum angular y torque en un punto arbitrario.

9.5.- Energía cinética de un cuerpo rígido.

Aplicación de los teoremas de Koenig relativos a la energía cinética y al momentum angular.

9.6.- Dinámica de un cuerpo rígido en el plano.

Rotación y traslación. Rotación y traslación simultánea.



Resolución de problemas que involucran: Cinemática del cuerpo rígido. Cantidad de movimiento angular, matriz y productos de inercia. Teorema de Steiner. Cantidad de movimiento angular y torque. Energía en un cuerpo rígido. Dinámica del cuerpo rígido en el plano.



DATOS GENERALES SOBRE EL PROGRAMA El presente programa fue confeccionado por el Departamento de física de la Universidad de Santiago de Chile mediante el trabajo de la comisión formada por los Profesores

Luis Rodríguez Manuel Arrieta Ramón Hernández

El programa fue revisado por el Comité De Carrera De La Facultad de Ingeniería formada por los Profesores

Eduardo Barra Oscar Bustos Heriberto Carrasco Max Chacón Horacio Correa Omar Gallardo Ramón Hernández Víctor Herrera Ricardo Hinojosa Oscar Páez Rivera Vicedecano presidente de la comisión

El actual programa fue aprobado en la reunión ordinaria del Comité De Carrera De La Facultad de Ingeniería del 06-03-2001

Oscar Páez Rivera Vicedecano

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