SÍLABO

I. Información General

Nombre del curso: Física

Código: 170134

Número de créditos: 5 (cinco)

Departamento académico: Ingeniería

Requisito: Dinámica de sistemas

Año y Semestre académico: 2018 - 2

Sección: Todas

Nombre de los docentes: Ana E. Luna y Richard J. A. Romero

E-mails: AE.LunaA@up.edu.pe, rjalejoromero@gmail.com

Nombre de los docentes de Laboratorio: Héctor Navarro Barboza y Alvaro Rodrigo Concha

E-mails: h.navarrob@up.edu.pe, ar.conchau@up.edu.pe

II. Introducción

A. Sumilla

Este curso de Física es básicamente un reconocimiento a la importancia del método científico

aplicado en el entorno de trabajo de un ingeniero que requiere trabajar organizadamente y

con procedimientos establecidos, permitiéndole la ejecución de un desarrollo rápido y

eficiente de un proyecto. Por estos motivos, el curso es fundamental durante la primera etapa

de la formación profesional de un futuro ingeniero.

Es sabido que la ciencia, en especial la Física y la ingeniería son disciplinas complementarias.

En este curso se hará una revisión de fenómenos físicos, haciendo hincapié en los problemas

diarios que pueden presentársele a un ingeniero, el cual deberá apoyarse en un método

estructurado para la búsqueda de su solución, mediante procedimientos secuenciales y

ordenados que le ayudarán al aprovechamiento de los recursos y en consecuencia al

desarrollo eficaz de sus tareas.

El curso en sí mismo concientiza al alumno acerca de la importancia de una descripción

acertada de los elementos de un sistema y del análisis de cómo se interrelacionan entre sí,

fases imprescindibles para un entendimiento completo de la dinámica de dicho sistema. De

esta manera, el estudio lógico y racional que se exige para explicar los fenómenos físicos,

actuará como fundamento para realizar cualquier diagnóstico ingenieril en los cursos de

procesos o tecnología.

El perfil del alumno de la Carrera de Ingeniería de la UP se focaliza en el conocimiento y

uso de las nuevas tecnologías, por esta razón, en este curso se abordarán técnicas para el

diseño y la construcción de robots que realicen operaciones básicas o trabajos específicos;

orientando al alumno a la comprensión y al comportamiento de este tipo de tecnologías.

B. Competencias que desarrolla

Generales:

a. Flexibilidad y apertura al cambio: El curso busca desarrollar y estimular una forma de

pensamiento estructurada, más que una acumulación de conocimientos específicos. Las

teorías y modelos científicos son, por definición, contrastables y están sujetos a cambios en

la medida en que los resultados experimentales así lo exijan. Justamente será el alumno el

que verificará, haciendo uso de permanentes cuestionamientos, del planteamiento de

hipótesis, de demostraciones y de análisis de resultados, cómo el pensamiento científico es

una estructura cambiante, sujeta a una permanente actualización, muchas veces motivada por

la simple curiosidad.

b. Visión integral: Los contenidos del curso permiten amalgamar el pensamiento inductivo y

el deductivo, pues enfrentan al estudiante a situaciones en donde deberá aplicar leyes físicas

para extraer conclusiones de fenómenos físicos que se le presentarán en la vida cotidiana y a

su vez analizará en detalle una serie de situaciones de las cuales deberá postular él mismo

leyes que sean capaces de explicar lo observado. El abordaje a la introducción de sistemas

complejos le dará al alumno un acercamiento holístico a los procesos emergentes y a los

comportamientos auto-organizados, no sólo en sistemas físicos, sino también biológicos y

sociales.

Específicas:

c. Visión horizontal, sistémica e innovadora: Los contenidos del curso se entrelazan, desde

un principio, con lo desarrollado en la carrera, pues apunta a formar el pensamiento

sistémico. Esta visión pretende darle una mirada moderna a la ingeniería, no desde el enfoque

reduccionista del pasado, sino a partir de una visión holística, que busque entender, explicar

y manejar una empresa considerando las múltiples interacciones que lo caracteriza y todos

los elementos que la involucran, tanto internos como externos.

C. Resultados del aprendizaje

Al finalizar el curso, el estudiante será capaz de explicar, mediante un análisis cualitativo y

cuantitativo, diferentes fenómenos físicos que ocurren en su entorno. Por lo que previamente

deberá haber aprendido a plantear soluciones a un problema en particular partiendo de

premisas claras y bien definidas, estableciendo una secuencia ordenada de ideas y

razonamientos lógicos, hasta llegar a una serie de posibles resultados de los cuales el

estudiante descartará aquellos que sean inconsistentes con la realidad.

Cabe destacar que, además, el alumno aprenderá no sólo de manera teórica las tecnologías

de fabricación digital, sus aplicaciones y sus áreas de desarrollo; sino también de manera

práctica, mediante el desarrollo de un proyecto, el uso del software Arduino, y el empleo de

su lenguaje de programación, basado en C++.

III. Logro de aprendizaje final del curso

Al término del curso, el estudiante sustentará un proyecto en el que presenta el diseño, el

análisis y la funcionalidad de un dispositivo a partir de sus propiedades y principios físicos.

Deberá describir las aplicaciones del producto identificando las variables y procesos físicos

involucrados. Además predecirá el o los comportamientos de las funciones del dispositivo

ante cambios en el diseño o las variables. Mostrará coherencia con los conceptos aprendidos

en el curso.

A través de este proyecto, se espera que los alumnos implementen nuevas soluciones a

problemas y necesidades que ya existen. Podrán plantear una oportunidad de negocios o bien

desarrollar innovaciones que tienen que ver con el uso de la tecnología y mostrar las ventajas

de sus productos al cliente final.

La creatividad es parte fundamental de este proyecto y formará parte de los criterios de

evaluación (detallados en la sección VI. Sistema Evaluación). Se pretende que el alumno, a

través del prototipo diseñado y construido, encuentre una solución a un problema en

particular o bien esboce un nuevo negocio.

Finalmente, deberán entregar un informe del proyecto, que también será calificado.

IV. Unidades de aprendizaje

El formato del curso considera cinco unidades de aprendizaje obligatorias y formativas. A

continuación, en los siguientes recuadros, se presentan los logros específicos de cada unidad

y sus respectivos contenidos.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1: Cinemática. (Semanas 1 – 2).

Logro de Aprendizaje / propósito de la unidad:

Al finalizar la unidad el estudiante será capaz de interpretar, explicar y predecir el movimiento de

partículas en general desde el punto de vista de la física clásica.

Estas bases son indispensables para el abordaje de la primera etapa del logro final del curso.

Contenidos de la Primera Unidad Didáctica:

Magnitudes escalares y vectoriales. Conceptos de movimiento, desplazamiento, velocidad y

aceleración. Cinemática. M.R.U. M.R.U.V. Diagramas de movimiento. Problemas de encuentro.

Caída libre y tiro vertical. Composición de movimientos – Principio de independencia.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 2: Dinámica de las traslaciones. (Semanas 2 – 4).

Logro de Aprendizaje / propósito de la unidad:

Al finalizar la unidad el estudiante podrá explicar cuáles son las causas que provocan los

movimientos de traslación, como así también predecir un fenómeno mecánico usando las teorías,

métodos y herramientas desarrolladas en clase.

Estas bases son indispensables para el abordaje de la primera etapa del logro final del curso.

Contenidos de la Segunda Unidad Didáctica:

Dinámica de traslaciones. Leyes de Newton. La fuerza de rozamiento. Trabajo de una fuerza.

Trabajo de una fuerza constante y de una fuerza variable. Concepto de energía. Energía cinética y

potencial. Teorema del trabajo y la energía (Teorema de las fuerzas vivas). Teorema de conservación

de la energía mecánica.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 3: Dinámica de las rotaciones. (Semanas 5 – 7).

Logro de Aprendizaje / propósito de la unidad:

Al finalizar la unidad el estudiante podrá explicar cómo se generan los movimientos de rotación

habiendo aprendido previamente el concepto de momento de inercia de un sólido, el impulso angular

y la cantidad de movimiento en rotaciones.

Estas bases son indispensables para comprender cómo funcionan los carritos que emplearán los

alumnos en su proyecto final, y optimizar su respectivo movimiento y funcionalidad según el

propósito previamente elegido.

Contenidos de la Tercera Unidad Didáctica:

Dinámica de las rotaciones. Momento de Inercia. Energía cinética de rotación. Impulso y cantidad

de movimiento en las rotaciones. Impulso angular y variación de la cantidad de movimiento angular.

Conservación de la cantidad de movimiento angular.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 4: Electrostática y Electrodinámica. (Semanas 9 – 11).

Logro de Aprendizaje / propósito de la unidad:

El alumno armará circuitos eléctricos y explorará la optimización de los mismos.

Este aprendizaje contribuye al diseño, a la construcción y a la mejora en funcionalidad del

dispositivo que construirán como proyecto final.

Contenidos de la Cuarta Unidad Didáctica:

Noción de carga. Principios de la electrostática. Aislantes y conductores. Electrificación por

frotamiento. Electrificación por contacto. Inducción electrostática. Determinación del signo de una

carga. Polarización por inducción. Máquinas electrostáticas. Ley de Coulomb. Campo eléctrico.

Líneas de fuerza. Intensidad de una corriente eléctrica. Amperímetro y Voltímetro. Ley de Ohm.

Potencia. Asociación de resistencias. Ecuación del circuito, caso general. Diferencia de potencial

entre dos puntos de un circuito. Resolución de circuitos básicos.

V. Estrategias didácticas

Gran parte de los temas del curso serán asistidos con lecturas de los libros de texto: Física

conceptual de Paul Hewitt y Fundamentos de Física de Raymond A. Serway & Chris

Vuille Bloomfield (ver bibliografía) y algunas lecturas complementarias para darle un

contexto más completo a los temas de las unidades didácticas. También se mostrarán

experiencias demostrativas que permitan ejemplificar e introducir los temas del día para

finalmente contrastar lo observado con las predicciones teóricas, resaltando ejemplos de

casos anti-intuitivos. Los resultados teóricos serán complementados con demostraciones

teóricas para sustentar cada etapa del proceso de análisis y con la resolución de situaciones

problemáticas. En algunos casos específicos también se empleará el uso de la tecnología

(videos, programas computacionales, etc.) aplicada a un problema en particular y con el fin

de mostrar aquellos resultados que por cuestiones prácticas no pueden enseñarse de manera

directa.

La dinámica de las clases busca explotar la curiosidad de los alumnos permanentemente,

cuestionando lo que piensan acerca del mundo que los rodea y dando explicaciones de los

diversos fenómenos a los que usualmente se encuentran expuestos. En los temas trabajados

en clase se pondrá especial énfasis en la justificación de todo argumento planteado.

El curso necesita de la permanente participación activa del estudiante, no sólo en la

UNIDAD DE APRENDIZAJE 5: Vibraciones y ondas. (Semanas 11 – 13).

Logro de Aprendizaje / propósito de la unidad:

Al finalizar la unidad el estudiante será capaz de interpretar, explicar y predecir un fenómeno

ondulatorio usando las teorías, métodos y herramientas desarrolladas en clase.

Estas bases son indispensables para el entendimiento y la comprensión de los sensores que se

emplearán en la construcción del prototipo, que es justamente uno de los eslabones principales del

logro final del curso.

Contenidos de la Tercera Unidad Didáctica:

Vibraciones y ondas. M. A. S. Características de la velocidad y la aceleración en el M. A. S.

Ejemplos de movimientos armónicos simples. El M. A. S. y la onda. La ecuación de la onda. Ondas

transversales y longitudinales. Reflexión y refracción de ondas. Difracción. Interferencia. Onda

sonora. Fenómenos ondulatorios sonoros. Velocidad del sonido. Efecto Doppler.

realización de los ejercicios y actividades propuestas, sino también durante el desarrollo en

sí mismo de los temas dictados en clase, motivando el planteo de casos que surjan de su

propia inquietud y/o curiosidad y su capacidad para trabajar en equipo multidisciplinario.

Como estrategia de aprendizaje se le pedirá al alumno que los temas sean leídos antes de

cada clase (Controles de Lectura, CL, cuyos capítulos de diferentes libros serán previamente

especificados por el docente) y revisados nuevamente al finalizar la semana.

Se pondrá especial énfasis en la manera en la cual se formula la solución de un problema,

pues su adecuado planteamiento constituye uno de los objetivos del curso.

Finalmente y durante el transcurso de la asignatura, se llevarán a cabo sesiones de trabajos

en grupo e individuales, las cuales serán calificadas. Las mismas tendrán como objetivo el

aprovechamiento del trabajo colaborativo con el fin de confrontar la teoría o problemas que

puedan parecer en un principio complicados de resolver.

VI. Sistema Evaluación

El sistema de registro de notas de la Universidad del Pacífico considera tres rubros, como

máximo, para el cálculo de la nota final en un curso. Por ello, la distribución que se usará en

este curso será la siguiente:

Instrumento Criterios de evaluación Ponderación evaluación permanente

Individual Grupal Ponderación

General

Nota de

trabajo

1. Explicación de la

situación física e indicación

de las leyes a utilizar.

2. Identificación de las

magnitudes necesarias para

la explicación de la

situación física propuesta.

3. Aplicación correcta de

las relaciones entre las

magnitudes que intervienen.

4. Utilización de diagramas,

esquemas y gráficas que

ayuden a clarificar la

exposición.

5. Expresión de los

conceptos físicos en

lenguaje matemático y

realización adecuada de los

cálculos

6. Utilización correcta de

las unidades y

homogeneidad dimensional

de las expresiones.

7. Interpretación de los

resultados y contrastación

de órdenes de magnitud de

los valores obtenidos.

8. Justificación de la

influencia en determinadas

magnitudes físicas de los

cambios producidos en otras

variables o parámetros que

intervienen en el problema.

Trabajos de

Laboratorios 10%

100% 0%

45%

Informe de

Laboratorio 15%

50% 50%

Presentación Oral

del Proyecto Final 30%

50% 50%

Controles de

Lectura 10%

100% 0%

Prácticas

Calificadas 35%

100%

Examen

Parcial

100% 0%

25%

Examen Final

100% 0%

30%

Total 100%

En la resolución de los problemas no sólo se busca un resultado numérico; se pretende valorar

la capacidad de respuesta del alumnado ante una situación física concreta, por lo que no

deben limitarse a la simple aplicación de expresiones y cálculo de magnitudes. Una correcta

interpretación de la situación física sin llegar al resultado final pedido, será valorada. En

aquellos problemas en los que la solución de un apartado pueda ser necesaria para la

resolución de otro, se calificará éste con independencia de aquel resultado.

Aclaración: Se penalizarán las faltas de ortografía, de expresión y mala presentación. El

uso correcto del idioma será evaluado en los trabajos y en los exámenes. Se descontará hasta

un 10% de la nota total por errores ortográficos y de redacción.

La fórmula para la nota final es:

NF = 0.25 EP + 0.45 NT + 0.30 EF

Cada nota indicada en la fórmula (EP, NT y EF) será introducida como un entero no mayor

a 20. La nota correspondiente a trabajos (NT) es el resultado de la totalidad de los trabajos

realizados en forma grupal e individual (Ejercicios realizados en el Laboratorio, el Informe

del Proyecto Final, la Presentación oral del Proyecto Final, Prácticas Calificadas y Controles

de Lectura).

La nota final de los trabajos se obtiene a partir de un promedio ponderado de las siguientes

evaluaciones parciales:

Práctica Calificada 1 (PC1) 15% Lo que da la siguiente fórmula para la nota

correspondiente a trabajos:

NT = (15 PC1 + 20 PC2 + 10 CL+ 10 E+ 15 I +

30 PO)/100

Práctica Calificada 2 (PC2) 20%

Controles de Lectura (CL) 10%

Ejercicios y tareas de

Laboratorio (E)

10%

Informe Proyecto Final (I) 15%

Presentación oral del

Proyecto Final (PO)

30%

Finalmente, la nota final de los controles de lectura se obtiene sumando la nota de los cuatro

controles.

CL1 CL2 CL3 CL4

3.5 4.5 5.5 6.5

3 preguntas

Formato de las evaluaciones:

- Controles de lectura: se realizarán al inicio de las clases como se indica en el cronograma

y comprenderán preguntas de los capítulos que deben haberse leído y que serán previamente

especificados por el docente. El control constará de tres preguntas.

- Trabajos de laboratorio: se llevarán a cabo en las fechas indicadas por los docentes del

Laboratorio y comprenderán los temas vistos durante las clases. El Informe Final del

Laboratorio también será realizado en grupo. Cada trabajo será evaluado sobre un puntaje

máximo de 20. Cabe destacar que no se anulará ninguna nota de laboratorio.

- Examen parcial: consistirá en la resolución teórica y práctica de situaciones problemáticas.

- Proyecto Final: consistirá en la entrega de un informe y la exposición oral de un proyecto

final de los temas vistos, estudiados y trabajados durante las clases de laboratorio.

La evaluación de los avances será permanente y se tomará en cuenta la participación de cada

estudiante en sus equipos de trabajo y contemplará un porcentaje de apreciación del profesor

como parte de la calificación.

- Examen final: consistirá en la resolución teórica y práctica de situaciones problemáticas.

NOTA: El alumno deberá asistir al 70% de las clases para mantener su regularidad como

alumno del curso y que su nota final pueda ser considerada para la aprobación del curso de

Física. La inasistencia mayor al 30% significa la desaprobación del curso.

VII. Cronograma referencial de actividades

Aclaración: CL# significa que en esa clase habrá un control de lectura.

C# significa que se tomará un control (Trabajo individual. Práctica calificada).

a) Primera mitad del semestre

Semana

y

Fechas

Primera clase Segunda clase

1

13/8 – 18/8

Presentación del curso. Cinemática,

magnitudes escalares y vectoriales.

Conceptos de movimiento,

desplazamiento, velocidad y

aceleración. Cinemática. M.R.U.

Diagramas de movimiento.

Resolución de problemas.

M.R.U.V. Diagramas de movimiento.

Problemas de encuentro. Caída libre y

tiro vertical. Resolución de

problemas.

2

20/8 – 25/8

(CL1) Composición de

movimientos – Principio de

independencia. Resolución de

problemas.

Dinámica de traslaciones. Leyes de

Newton. La fuerza de rozamiento.

Resolución de problemas.

3

27/8 – 1/9

Jueves 30 Feriado

(Santa Rosa de

Lima)

Trabajo de una fuerza. Trabajo de

una fuerza constante y de una fuerza

variable. Concepto de energía.

Energía cinética y potencial.

Resolución de problemas.

Teorema del trabajo y la energía

(Teorema de las fuerzas vivas).

Teorema de conservación de la

energía mecánica. Resolución de

problemas.

4

3/9 – 8/9

(CL2) Resolución de problemas. C1: Cinemática, Dinámica y

Teoremas de Conservación.

5

10/9 – 15/9

Dinámica de las rotaciones.

Momento de Inercia. Energía

cinética de rotación. Resolución de

problemas.

Impulso y cantidad de movimiento en

las rotaciones. Impulso angular y

variación de la cantidad de

movimiento angular.

6

17/9 –22/9

Conservación de la cantidad de

movimiento angular. Problemas.

Guía de Problemas.

7

24/9 – 29/9

Guía de Problemas. Repaso para el parcial.

8

1/10 – 6/10

- Exámenes parciales -

b) Segunda mitad del semestre

Semana y

Fechas

Primera clase Segunda clase

9

8/10 – 13/10

Lunes 8

Feriado

(Combate de

Angamos)

Noción de carga. Principios de la

electrostática. Aislantes y conductores.

Electrificación por frotamiento.

Electrificación por contacto. Inducción

electrostática. Determinación del signo de

una carga. Polarización por inducción.

Experiencias demostrativas.

Máquinas electrostáticas. Ley de

Coulomb. Resolución de problemas.

Campo eléctrico. Líneas de fuerza.

10

15/10 – 20/10

(CL3) Intensidad de una corriente

eléctrica. Amperímetro y Voltímetro.

Ley de Ohm. Potencia. Asociación de

resistencias. Resolución de problemas.

Ecuación del circuito, caso general.

Diferencia de potencial entre dos

puntos de un circuito. Resolución de

circuitos básicos.

11

22/10 –27/10 C2: Electrostática y Electrodinámica. Vibraciones y ondas. M. A. S.

Problemas. Características de la

velocidad y la aceleración en el M. A.

S. Ejemplos de movimientos

armónicos simples.

12

29/10 – 3/11

Jueves 1

Feriado (Fiesta

de todos los

Santos)

El M. A. S. y la onda. La ecuación de la

onda. Ondas transversales y

longitudinales. Reflexión y refracción de

ondas.

Difracción. Interferencia. Onda sonora.

Fenómenos ondulatorios sonoros.

Velocidad del sonido

13

5/11 – 10/11

Efecto Doppler. Problemas. (CL4: Vibraciones y ondas).

Problemas de las guías.

14

12/11 – 17/11

Repaso Final. Repaso Final.

15

19/11 – 24/11

Presentaciones Orales

16

26/11 - 1/12

Examen Final

VIII. Bibliografía

Obligatoria:

Raymond A. Serway & Chris Vuille. (2013). Fundamentos de Física 9a. Ed. Impreso.

Hewitt, P. (2007). Física conceptual (10a ed.). México, D.F.: Pearson Educación. [530 H49

2007]

→ Los capítulos de estos libros se seguirán según indicaciones del docente y servirán de base

para los controles de lectura.

Recomendada:

Hawking, S. (1989) Historia del tiempo (1a ed.). Bogotá: Editorial Grijalbo. [523.1 H27H]

Johnson, S. (2001) Sistemas emergentes: O qué tienen en común hormigas, neuronas,

ciudades y software. (1a ed.). México, D.F.: Fondo de Cultura Económica. [003.7 J67]

Marro, J. (2008). Física y vida (1a ed.). Barcelona: Editorial Crítica. [530 M26]

Complementaria:

Tipler, P. (2006). Física para la ciencia y la tecnología (5a ed.). Barcelona: Editorial Reverté.

[530 T58 2006 V.1, V.2]

→ Referencia alternativa para todos los temas desarrollados en el curso.

Audiovisuales y simulaciones:

MIT Physics Demonstrations es el canal de youtube de demostraciones hechas para los

cursos de Física del MIT.

(http://www.youtube.com/view_play_list?p=860B6886A47E5490)

Falstad Math & Phyisics Applets es un portal independiente donde se tienen aplicaciones

interactivas desarrolladas para visualizar fenómenos físicos.

(http://www.falstad.com/mathphysics.html)

Brainiac Science Abuse es el canal de youtube de algunos episodios de la serie británica del

mismo nombre, donde se desarrollan experimentos que evidencian un proceso físico

y generalmente desmienten una creencia popular respecto al mismo.

(https://www.youtube.com/playlist?list=PLCAB44595BDD39B39)

Veritasium es un canal de youtube donde se presentan fenómenos físicos contra-intuitivos,

que desafían la aplicación trivial de los principios físicos más básicos. Los experimentos se

abordan de manera divertida y lúdica. (https://www.youtube.com/user/1veritasium)

Smarter Every Day es otro canal de youtube donde también se presentan experimentos

divertidos, desafiantes y que aparentemente contradicen lo que sabemos de ciencia básica.

El desarrollo y las explicaciones tienen un nivel de detalle bastante elaborado.

(https://www.youtube.com/user/destinws2)