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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PERESTUDIOS GENERALES
CIENCIAS
PROGRAMA ANALTICO
CURSO
: FSICA
2(FIS2)CLAVE : FIS139
TIPO : OBLIGATORIO PARA TODAS LAS ESPECIALIDADESCRDITOS :
5.00HORAS DE TEORA : 4SEMANALESHORAS DE PRCT. : 2QUINCENALESHORAS
DE LAB. : 2QUINCENALESREQUISITOS : MAT129,FIS129SEMESTRE :
2015-2
I. Objetivos del curso
Curso
Al trmino del semestre, el estudiante, frente a problemas
concernientes a fenmenos fsicos de la mecnicaclsica, reconocer las
causas que lo provocan y plantear estrategias de solucin, aplicando
los conceptos yleyes de elasticidad, movimiento oscilatorio, ondas,
fluidos o de termodinmica. Asimismo, relacionar losconceptos
aprendidos y su comportamiento fsico matemtico con algunos fenmenos
experimentales omquinas de la vida cotidiana, describiendo su
funcionamiento y solucionando problemas concretos
sencillos,cercanos a la realidad en los temas del curso.
Finalmente, habr adquirido o desarrollado habilidades,destrezas y
valores que les permitan desempearse con desenvoltura en los cursos
superiores, en suespecialidad y en su vida cotidiana futura.
Laboratorio
Al trmino del semestre, el estudiante relacionar adecuadamente
los conocimientos tericos con la prcticaexperimental, as como
ejercitar su capacidad de anlisis e interpretacin de los resultados
obtenidosexperimentalmente.
II. MetodologaEl curso se desarrolla usando la metodologa de
clases expositivas, apoyadas algunas de ellas endemostraciones
experimentales o simulaciones en computadora, con sesiones de
prcticas dirigidas para laresolucin de ejercicios y problemas.
Asimismo, se cuentan con prcticas calificadas y de laboratorio a
lolargo del semestre.
En las clases expositivas, se presentan, con adecuado rigor
matemtico y formalismo terico apropiado, losconceptos bsicos de la
fsica. Del mismo modo, se pone nfasis en la discusin y trabajo
cooperativo entrelos alumnos.
En las prcticas, los alumnos resuelven de forma individual o en
grupo, segn se indique, un cuestionariopreparado por el profesor de
su horario, el cual se basa en diversos materiales de enseanza
(tales comolecturas, cuestionarios o actividades planificadas por
el profesor para dichas sesiones) o la clase misma.
En las sesiones de laboratorio, se relacionan los conocimientos
tericos con la prctica experimental. En
ellas, se forman grupos de trabajo, de dos alumnos
preferentemente, para el desarrollo en equipo dediferentes
experiencias que permitan comprobar y verificar los diversos
principios y leyes que se exponen enlas clases.
Las consultas que el estudiante necesite realizar al profesor
del curso las puede hacer durante la clase (si eltema corresponde),
fuera de ella (en los horarios de asesora que el profesor
proporciona) o por correoelectrnico.
III. Sumilla
En este curso se estudia la deformacin de los cuerpos slidos por
efecto de fuerzas externas, el movimientooscilatorio y las ondas
mecnicas como una forma de transmisin de energa. Asimismo, se
tratan algunostemas de la mecnica de fluidos, como hidrosttica e
hidrodinmica. El curso concluye con un captulo sobreel calor y la
termodinmica.
Adicionalmente, se realizan sesiones de laboratorio, en las que
se comprueba experimentalmente la validezde las leyes de la mecnica
y termodinmica estudiadas.
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IV. Descripcin del programa
CAPTULO 1. Elasticidad (8 horas)Esfuerzo y deformacin. Rgimen
elstico y plstico, mdulos de elasticidad y tipos de esfuerzo
ydeformacin. Deformacin por traccin o compresin longitudinal, Mdulo
de Young, Ley de Hooke yaplicaciones: deformacin por peso,
aceleracin y rea variable. Deformacin lateral, mdulo de
Poisson.Deformacin por cizalladura o corte, mdulo de cizalladura.
Deformacin volumtrica mdulo decompresibilidad. Fuerza elstica y
Energa elstica.
CAPTULO 2. Movimiento oscilatorio (12 horas)Movimiento
oscilatorio: definicin y caractersticas. Ecuacin y ley del
movimiento oscilatorio: movimientoarmnico simple lineal y angular.
Movimiento armnico simple. Movimiento armnico
amortiguado:subamortiguado, sobreamortiguado y crtico. Movimiento
armnico amortiguado forzado. Resonancia,aplicaciones.
CAPTULO 3. Movimiento ondulatorio y ondas (14 horas)Movimiento
ondulatorio, definicin, caractersticas, y tipos de ondas: por la
naturaleza de la perturbacin, porla direccin de la perturbacin, por
la direccin de la propagacin. Descripcin matemtica de la
propagacinde una onda unidimensional. Funcin de onda: onda viajera,
ecuacin de onda y velocidad de propagacin:ondas en una cuerda,
ondas transversales y longitudinales en una barra, ondas sonoras en
un tubo con aire.Fenmenos ondulatorios: reflexin de ondas.
Principio de superposicin de ondas: 1.- ondas iguales viajandoen la
misma direccin, superposicin constructiva o destructiva. 2.- ondas
iguales viajando en sentidosopuestos, ondas estacionarias: en una
cuerda finita y en un tubo o caja acstica finita; modos de vibracin
yarmnicos. 3.- ondas de diferente frecuencia viajando en el mismo
espacio, pulsaciones. Interferencia deondas sonoras. Interferencia
entre dos fuentes separadas en el espacio con la misma fase,
diferencia decamino. Sonido: intensidad, efecto Doppler, ondas de
choque.
CAPTULO 4. Mecnica de fluidos (10 horas)Concepto, tipos de
fluido, caractersticas. Densidad, peso especfico y presin.
Hidrosttica: variacin de lapresin con la profundidad en un fluido
en reposo. Principios de Pascal. Empuje y flotacin: Principio
deArqumedes. Barmetro y manmetro simple. Aplicaciones: superficies
planas y translacin de fluidos.Tensin superficial. Dinmica de
Fluidos: flujo de fluido ideal. Ecuacin de continuidad, caudal o
gasto.Ecuacin de Bernoulli. Aplicaciones: medidor de Venturi y tubo
de Pitot. Viscocidad y ley de Stokes.
CAPTULO 5. Termodinmica (14 horas)Sistemas termodinmicos:
variables termodinmica macroscpicas. Ley cero de la termodinmica y
equilibriotrmico. Temperatura y escalas Dilatacin trmica: dilatacin
lineal, superficial y volumtrica. Fatiga trmica.Calor y trabajo:
definicin de calor, equivalente mecnico del calor, calor especfico.
Fases de la materia:cambios de estado. Procesos de transferencia de
calor: por conduccin por conveccin, por radiacin. Teoracintica de
gases Ideales: definicin de un gas ideal. Ecuacin de estado de un
gas ideal. Energa interna deun gas ideal. Trabajo realizado por un
gas. Primera Ley de la Termodinmica. Procesos
termodinmicos:isocrico, isobrico, isotrmico y adiabtico. Calor
especfico de un gas a volumen constante y a presinconstante.
Procesos reversibles e irreversibles. Ciclos termodinmicos. Mquinas
termodinmicas. Eficienciay Segunda ley de la termodinmica. Ciclo de
Carnot.
V. Descripcin de las sesiones de laboratorio
SESIN 1. ElasticidadDeterminacin de la constante elstica de un
resorte. Energa potencial elstica para un resorte.
Referencia: captulo 1 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
SESIN 2. OscilacionesEstudio del movimiento armnico simple
(M.A.S.) para un pndulo simple.
Referencia: captulo 2 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
SESIN 3. Ondas en cuerdasEstudio de la relacin entre la
frecuencia de un modo de vibracin, la tensin aplicada y la longitud
de lacuerda. Determinacin de la densidad lineal y la velocidad de
propagacin en la cuerda.
Referencia: captulo 3 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
SESIN 4. Ondas en cuerdas y determinacin de la velocidad del
sonidoEstudio de la relacin entre la frecuencia y el modo de
vibracin de una cuerda tensa. Determinacin de lavelocidad de
propagacin de las ondas transversales sobre una cuerda tensa.
Determinacin y clculo de lavelocidad del sonido en el laboratorio
usando una fuente sonora de frecuencia conocida. Determinacin
yclculo de la frecuencia de una fuente sonora desconocida.
Referencia: captulo 3 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
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Programa analtico de Fsica 2
SESIN 5. Fluidos: Principio de ArqumedesClculo de la densidad de
un lquido. Verificacin del Principio de Arqumedes. Clculo de la
densidad delagua.
Referencia: captulo 4 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
SESIN 6. Termodinmica y gases idealesProcesos isotrmicos.
Referencia: captulo 5 de las Guas de laboratorio de Fsica 2.
VI. Bibliografa
Textos gua
SEARS, Francis W., Mark W. Zemansky, Hugh D. Young y Roger
Freedman2009 Fsica Universitaria. Vol. 1. Decimosegunda edicin.
Mxico D.F.: Pearson.
Textos de consulta
MEDINA G., Hugo2009 Fsica general 2. Lima: Pontificia
Universidad Catlica del Per.
2009 Fsica general 2[disco compacto]. Lima: Pontificia
Universidad Catlica del Per. Tambindisponible en Campus Virtual, en
Documentos del curso Fsica 2.
SERWAY, Raymond y Robert Beichner2005 Fsica para ciencias e
ingeniera. Vol. 1 y 2. Sexta edicin. Mxico D.F.: McGraw-Hill.
Textos complementarios
LEA, Susan; BURKE, John1999 Fsica: la naturaleza de las cosas.
Vol. 1. Mxico D.F.: International Thomson.
PIAGGIO H., Miguel2001 Fsica con ejercicios. Vol 3. Segunda
edicin. Lima: Pontificia Universidad Catlica del Per.
RESNICK, Robert y David Halliday1998 Fsica. 2 vol. Tercera
edicin. Mxico D.F.: CECSA.
Textos para el laboratorio
PEREYRA, Patrizia, Myriam Pajuelo y Mara Elena Lpez2005 Manual
de laboratorio computarizado de Fsica 2. Lima: Pontificia
Universidad Catlica delPer, Oficina de Publicaciones.
Guas de Laboratorio, disponibles en Campus Virtual en la carpeta
del curso de Fsica 2. Es responsabilidaddel alumno conocer las
Indicaciones Generales y revisar el contenido de las Guas de
Laboratorio antes dela realizacin de la prctica.
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VII.Sistema de evaluacin
ReglamentoLos promedios de prcticas se calculan con aproximacin
hasta las dcimas. Cualquiera sea la cifra de lascentsimas, no se
tomar en cuenta.La nota final del curso se expresa solo en nmeros
enteros. Si el clculo de la nota final da un total condecimales,
debe convertirse esa cifra a enteros (se aade un punto a la nota si
el primer decimal es cinco oms; se elimina el decimal si es menor
de 5).La nota final del curso se calcular utilizando la frmula que
a continuacin se detalla. En ella se usa la
siguiente nomenclatura:
Nf : nota final
E1 : nota del primer examen (medio ciclo)
E2 : nota del segundo examen (final)
Pra : promedio de prcticas de tipo Pa (incluye las de tipo Pc
que hubieran), tipo Pd o tipo Pe.Para efectos de obtener el
promedio de prcticas de tipo Pa no se toma en cuenta la prcticacon
calificativo ms bajo.
Prb : promedio de prcticas de tipo Pb, eliminando la nota ms
baja.
10
bPr
a2Pr
24E
13E
fN
+++
=
Para los alumnos que rindan el examen especial, este reemplazar
al examen al cual el alumno falt segnlos artculos 5 y 41 del
Sistema de Evaluacin.
Sistema de evaluacin para el semestreLa nota de prctica de tipo
Pa se obtendr considerando lo obtenido en la sesin prctica
correspondiente(16 puntos) y de una evaluacin individual o grupal
que equivaldr a cuatro (4) puntos.La evaluacin de la prctica de
tipo Pb est a cargo de un jefe de prctica que tomar en cuenta
eldesempeo del alumno en el laboratorio. La nota de cada
laboratorio se obtiene de: la Hoja de resultados (10puntos), cuyo
formato ser el de un breve informe en la que debe constar
objetivos, hiptesis experimental,datos, clculos, grficos,
observaciones y conclusiones; la Prueba de salida (6 puntos), que
puede tener unaparte objetiva y otra desarrollada, y comprende
preguntas para verificar el conocimiento en aspectos tericosas como
de desarrollo y manejo de los datos adquiridos durante el ensayo;
y, la Evaluacin oral y dedesempeo del alumno (4 puntos), que
incluye preguntas sobre el desarrollo del experimento, anlisis
e
interpretacin de datos y resultados, asimismo conclusiones del
experimento.San Miguel, agosto de 2015
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