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MICROCURRÍCULO(SYLLABUS)
I. INFORMACIÓN GENERAL
NOMBRE DEL CURSO: CALOR Y ONDAS UNIDAD ACADÉMICA FACULTAD INGENIERIA PROGRAMA INGENIERIA INDUSTRIAL TIPO DE CURSO
I.
NIVEL ACADÉMICO MODALIDAD OBLIGATORIO PRESENCIAL DE LIBRE ELECCIÓN VIRTUAL DE PROFUNDIZACIÓN A DISTANCIA 211570
CICLOS DE FORMACIÓN TÉCNICO PROFESIONAL BÁSICA PROFESIONAL TECNOLÓGICO DISCIPLINAR PROFESIONAL POSGRADUAL DEPARTAMENTO CIENCIAS BÁSICAS CÓDIGO COMPLEMENTARIA CRÉDITOS ACADÉMICOS NÚMERO DE CRÉDITOS HAD: 2 HEI: 4 3
HTP: 3 SEMESTRE: 5 II. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO: La física es una ciencia fundamental, encargada del entendimiento de los principios básicos del universo.
Conforma los fundamentos sobre los cuales se basan otras ciencias. La física radica en la simplicidad de
las teorías físicas fundamentales, ecuaciones y suposiciones, pueden alterar y expandir nuestra visión del
mundo que nos rodea. El entendimiento de los principios de la física termodinámica así como de la
Mecánica de fluidos es imprescindible en la formación del técnico profesional en Desarrollo Empresarial y
en el Ingeniero industrial. En particular el ingeniero industrial de la Universidad Agraria de Colombia,
Uniagraria, es un profesional que se concentra en el trabajo de campo en cuanto a la planeación, diseño,
construcción y mantenimiento de proyectos de vivienda, acueductos, alcantarillados, redes de servicio
acueductos, puentes, carreteras, aeropuertos, y demás estructuras que requieren conocimientos en
Física.
Es por ello que el ingeniero industrial en su diaria labor utiliza procesos y materiales asociados a ciertas
características fisicoquímicas que permiten tomar decisiones para la obtención de un producto específico.
Desde luego, en la formación del ingeniero Agrarista se inculca una política de protección ambiental que
le permite trabajar en armonía con la naturaleza en pro de proteger nuestro medio.
PREGUNTAS CONTEXTUALIZADAS
Dada la necesidad de mejorar la infraestructura del país los ingenieros industriales ocupan un lugar
determinante en el desarrollo nacional pues sus productos deben ser de calidad, utilidad, económicos y
compatibles con el medio ambiente. Es así como se plantean los siguientes interrogantes:
1. Teniendo en cuenta las leyes físicas, las propiedades físicas de los materiales y los procesos
termodinámicos ¿Cómo construir puentes, carreteras, acueductos, alcantarillados y otras estructuras
económicas y amigables con el medio ambiente?
Procedimiento mental: Razonamiento hipotético
2. ¿Cómo aplicar los conceptos físicos en la construcción de estructuras?
Procedimiento mental: Comparación y síntesis
Por ejemplo, en la construcción de una vía férrea debe tenerse en cuenta la separación de cada uno
de los lingotes que la conforman pues con los cambios de temperatura la vía se deforma debido a la
dilatación de este material. Cada material posee su respectivo coeficiente de dilatación.
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3. ¿Por qué las diferentes estructuras como edificios, puentes, aeropuertos, etc., son sistemas
termodinámicos?
Procedimiento mental: Análisis
Recordemos que estas estructuras son sistemas térmicos que intercambian diferentes tipos de
energía con el medio
APLICACIONES EN CONTEXTO
1ª. La ingeniera industrial tiene como bases las definiciones y conceptos físico-matemáticos. Por ejemplo,
la primera ley de la termodinámica ( ΔU = Q − W ), me muestra como cambia la energía interna ΔU de un
sistema donde Q es la energía que absorbe y W el trabajo que el sistema realiza sobre el medio: un edificio
como sistema posee una cierta temperatura que se traduce en función de su energía interna ΔU , la cual
aumenta o disminuye. Aumenta si absorbe energía (mediante paneles solares, luces, maquinas, personas
que se encuentran en el interior) y disminuye si entrega energía para realizar un trabajo (el efecto de la
temperatura exterior, por ejemplo en invierno, hace que el edificio disminuya su temperatura y por tanto su
energía lo cual se puede modelar con la ley de enfriamiento de Newton).
Con este modelo físico matemático se puede describir el perfil de temperatura dentro de un edificio durante
24 horas, como función de la temperatura exterior, el calor generado dentro del edificio y el calefactor o aire
acondicionado. Con este modelo se pueden contestar preguntas como:
¿Cuánto tiempo tarda en cambiar esencialmente la temperatura del edificio?
¿Cómo varía la temperatura del edificio durante la primavera y el otoño
2. La mecánica de fluidos estudia el comportamiento mecánico del agua, entre otros fluidos, lo que permite
diseñar y construir acueductos, alcantarillados, aguas residuales y diversos sistemas y estructuras.
3.
Comportamiento de Materiales:
Se estudia el comportamiento y propiedades de materiales de
construcción comúnmente usados en aplicaciones de Ingeniería Industrial. Dentro de los estudios físicos se
pueden mencionar la dilatación y la transferencia de calor en materiales como: acero, aluminio, cemento,
concreto, cobre, hierro, madera y vidrio.
4. Análisis de Sistemas Estructurales: Se realizan aplicaciones desde la física y la química a partir de
los conceptos básicos que permiten comprender el comportamiento de las estructuras más comúnmente
utilizadas en las obras industriales y desarrollar las herramientas que le permitan adelantar el análisis de las
mismas en términos de deformaciones y esfuerzos o deflexiones y fuerzas internas en los elementos.
5. Aplicaciones en Estructuras Geotécnicas y Diseño Estructural ( Resistencia de Materiales ): La labor
permanente del ingeniero industrial lo compromete en el diseño, la construcción, el mantenimiento y en
ocasiones la reparación de estructuras, por lo que las condiciones de las mismas están asociadas a la
resistencia del terreno y de los materiales que utiliza.
LA FÍSICA MECÁNICA Y EL AMBIENTE
Se implementará la estrategia formativa del Departamento de Ciencias Básicas: Pedagogía Ambiental de
Aula con base en las directrices específicas del Instituto de Estudios y Desarrollo Ambiental ( IEDA ).En este
sentido dicha estrategia compromete académicamente a los estudiante.
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PLAN LECTOR
Con base en la Guía Modelo definida por la Dirección del Departamento de Ciencias Básicas, la cual
fundamenta la promoción de la lectura, análisis y apreciación de fuentes primarias como textos
académicos y de literatura científica que permita el estímulo al debate crítico y la elaboración de textos
personales como la reseña crítica estudiantil.
En este sentido, se han identificado como propuesta inicial los siguientes textos:
CONCEPTOS AMBIENTALES EN OBRAS
INDUSTRIALES.http://www.redalyc.com/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=46770105
MANUAL PARA LA EVALUACION DE PROPIEDADES DE EXPANSION TERMICA Y HUMEDAD
EN
PIEZAS
DE
ARCILLA.
Molina
Cifuentes
María
Teresa.
http://dspace.uniandes.edu.co/xmlui/bitstream/handle/1992/554/mi_977.pdf?sequence=
1
CARACTERIZACION DE SUELOS ARENOSOS MEDIANTE ANALISIS DE ONDAS DE SUPEFICIE.
Diaz, Salvador.
http://www.ai.org.mx/archivos/coloquios/3/Caracterizacion%20de%20Suelos%20Arenosos%20Media
nte%20Analisis%20de%20Ondas%20de%20Superficie.pdf
II.
III. SÍNTESIS DEL CURSO: IV. PROPÓSITOSDE FORMACIÓN: GENERAL: Describir, explicar y aplicar las leyes que rigen los fenómenos de la física termodinámica y de la física
ondulatoria de tal forma que los pueda utilizar en el desarrollo de su vida profesional.
ESPECÍFICOS: Interpretar, aplicar y solucionar correctamente los diferentes modelos de ejercicios asociados tanto a
la termodinámica como a la mecánica ondulatoria
Definir las leyes de la termodinámica.
Clasificar las máquinas térmicas.
Identificar el estado de los cuerpos y adquirir conocimiento sobre el calor y trabajo sobre gases
ideales.
Desarrollar habilidades en los procesos de energía calorífica.
Proporcionar bases de conocimientos de las principales propiedades de las ondas y los fenómenos
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ondulatorios.
V. CONTENIDOS BÁSICOS DEL CURSO: Contenidos Conceptuales
(Saber)
Conocimientos básicos sobre
movimiento oscilatorio:
Movimiento de un cuerpo unido a
un resorte. Representación
matemática del movimiento
armónico simple. Energía del
movimiento armónico simple.
Comparación del movimiento
armónico simple con el
movimiento circular uniforme. El
péndulo. Oscilaciones
amortiguadas. Oscilaciones
forzadas.
Conocimientos básicos sobre
ondas: onda física y onda
matemática.
Rapidez de Ondas en cuerdas.
Reflexión y transmisión. Rapidez
de transferencia de energía por
ondas senoidales en cuerdas. La
ecuación lineal de onda.
Superposición y ondas
estacionarias. Ondas
estacionarias en una cuerda fija
en ambos extremos. Resonancia.
Rapidez de las ondas de sonido.
Intensidad de ondas de sonido
periódicas. El efecto Doppler.
Conceptos básicos sobre
Temperatura Calor:
Termómetros y la escala
Celsius de temperatura.
Temperatura y la ley cero de la
termodinámica. El termómetro
de gas de volumen constante y
la escala absoluta de
temperatura. Expansión térmica
de sólidos y líquidos. Calor y
energía interna, calor latente,
trabajo y calor. Primera ley de la
termodinámica, aplicaciones.
Contenidos Procedimentales
(Saber Hacer)
Debe saber construir mapas
conceptuales coherentes. Debe
saber
trabajar
de
manera
autónoma, con apuntes sintéticos
y claros. Debe saber trabajar en
grupos de laboratorio de química
básica, saber sus normas y
recomendaciones.
También debe saber el uso y
manejo de los materiales y
equipos del laboratorio de física
básica,
como
cronómetros,
termómetros,
equipos
de
dilatación, cubeta de ondas, etc.
Debe saber determinar los puntos
de fusión y de ebullición de
sustancias.
Debe saber manejar las unidades
fundamentales en ondas y
termodinámica.
Debe saber cómo se realiza la
conversión de un sistema de
unidades a otro.
Debe saber cómo enfrentar la
resolución de un problema de
física de nivel básico.
Debe saber cómo construir
gráficas y tablas de datos
experimentales y cómo analizar
la precisión y la exactitud de los
mismos.
Debe saber interpretar una
ecuación física y todas sus
aplicaciones.
Contenidos Actitudinales
(Ser)
El estudiante debe ser reflexivo
ante un problema de física, ya
sea de tipo teórico o práctico.
Debe emprender la búsqueda
individual o de grupo de
proyectos
o
trabajos
con
responsabilidad y
de manera
rápida.
Debe
actuar
de
manera
responsable, ser respetuoso,
ético
y
solidario
en
su
desempeño en grupo; además
sabe
escuchar
a
sus
compañeros,
trabajar
en
convivencia y participar de los
proyectos de grupo.
Debe actuar de manera
Autocrítica, autónoma,
responsable y ética para su
formación integral.
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Conceptos básicos sobre
segunda ley de la
termodinámica: procesos
termodinámicos, ley de Carnot,
entropía.
VI. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: Al finalizar el curso el estudiante debe ser competente en:
Entender el concepto de onda física y matemática para comprender el funcionamiento de algunas
construcciones como puentes colgantes oscilantes, edificios antisísmicos, etc.
Aplicar conceptos termodinámicos para mejorar e innovar los procesos realizados en las diferentes
obras industriales
Manejar el material de laboratorio y sus recomendaciones de seguridad. VII. RUTA METODOLÓGICA: TEMÁTICA / UNIDAD
UNIDAD 1:
Movimiento
Oscilatorio.
Relación de la física
con los fenómenos
naturales
enmarcados en el
movimiento
oscilatorio junto con
todas las situaciones
cotidianas que déél
se desprenden. .
Energía del
movimiento armónico
simple. . El péndulo.
Oscilaciones.
Laboratorios.
Reconocimiento del
Laboratorio y los
elementos básicos de
PROPÓSITO DE
FORMACIÓN (Objetivo
específico)
El estudiante comprende
la importancia de la
física en la explicación
del mundo real en el que
vivimos. Además,
conoce y comienza a
aplicar algunos métodos
de estudio relacionados
con el movimiento
oscilatorio.
METODOLOGÍA (Estrategias pedagógicas)
Docente
El docente presentará los conceptos básicos
referentes al M.A.S y diferentes tipos de osciladores.
Estudiante:
Interpretará y asimilara los conceptos respectivos,
mediante el desarrollo de ejemplos.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
Por último, el estudiante
logra aplicar y verificar en
el laboratorio los
conocimientos adquiridos
sobre Movimiento
Oscilatorio, movimiento
Armónico Simple y su
tratamiento de datos
experimentales.
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las prácticas. Práctica
de movimiento
armónico simple.
Practica sistema masa
resorte. Ley de Hooke,
Péndulo simple.
UNIDAD 2:
El estudiante conoce y
Movimiento de
aprende las nociones de
Ondas. Propagación
Ondas y su respetivo
de una perturbación.
tratamiento matemático,
Ondas Senoidales.
además interactúa con
Rapidez de Ondas en
fenómenos ondulatorios
cuerdas. Reflexión y
propios como son
transmisión. Rapidez
rapidez reflexión,
de transferencia de
energía y transmisión.
energía por ondas
senoidales en cuerdas. Por último, el estudiante
La ecuación lineal de
logra aplicar y verificar en
onda. .
el laboratorio las
interacciones del
Laboratorios.
movimiento Ondulatorio
Prácticas de Ondas en junto con la ecuación lineal
una cuerda, Cubeta de de Onda.
Ondas, video de
Ondas.
Docente:
Introducirá los fundamentos conceptuales referentes
a la acústica, seguido de desarrollo de ejemplos.
UNIDAD 3: Ondas de
Sonido.
Docente:
Resolverá dudas que surjan en las respectivas
intervenciones de los estudiantes
Ondas de sonido.
Rapidez de las ondas
de sonido. Intensidad
de ondas de sonido
periódicas. El efecto
doppler. Grabación
digital del sonido.
Sonido en películas.
Laboratorios.
Prácticas de Ondas de
sonido, video de Ondas
de sonido
El estudiante conoce y
diferencia la descripción
dinámica de los
movimientos de las
ondas de sonido.
Se logra una
comprensión del
concepto de Ondas
periódicas, intensidad de
ondas de sonido
periódicas y un
entendimiento de su
aplicación a través del
efecto doopler, Además,
el estudiante adquiere la
capacidad de aplicar
esta teoría en para la
Estudiante:
Interpretará y asimilara los conceptos respectivos,
mediante el desarrollo de ejemplos.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
Estudiante:
Los temas son preparados por los estudiantes y su
presentación, síntesis y aclaración se hará en clase.
Se desarrollarán ejercicios en clase.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
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UNIDAD 4:
Superposición y
Ondas.
Superposición y
ondas estacionarias.
Superposición e
interferencia. Ondas
estacionarias. Ondas
estacionarias en una
cuerda fija en ambos
extremos.
Resonancia. Ondas
estacionarias en
columnas de aire.
resolución de problemas
de la vida real.
El estudiante comprende
los conceptos de
superposición de ondas,
energía y la relación
entre ellos.
Docente:
Presentará material virtual, del respectivo contenido
temático, con el fin de desarrollar las habilidades del
estudiante.
Propondrá ejercicios y talleres de ejercicios.
Logra un entendimiento de
Ondas estacionarias,
resonancia y patrones de
onda no sinodales.
Estudiante:
Manejara algún tipo de herramienta virtual, para
realizar presentaciones acerca del tema.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
El estudiante conoce los
procesos de calor y
temperatura y sus
diferentes clases de
medición.
Docente:
Presentará los conceptos respectivos para el
desarrollo de la termodinámica y los fenómenos
calóricos.
Laboratorios.
Prácticas de Cubeta
de Ondas. Video de
superposición de
ondas.
UNIDAD 5:
Temperatura, Calor
y la Primera Ley de
la Termodinámica.
Temperatura.
Temperatura y la ley
cero de la
termodinámica.
Termómetros y la
escala Celsius de
temperatura. El
termómetro de gas
de volumen
constante y la escala
absoluta de
temperatura.
Expansión térmica
de sólidos y líquidos.
Calor y energía
interna, calor latente,
trabajo y calor,
primera ley de la
termodinámica,
Comprende las leyes de la
termodinámica involucrada
en estos procesos y los
mecanismos de
transferencia de energía.
Estudiante:
Trabajará en modelos propios de la ingeniería
utilizando los principios termodinámicos.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
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aplicaciones.
Laboratorios. Primera
ley de la
termodinámica,
Calorimetría, Calor
especifico, Dilatación
lineal
UNIDAD 6: Segunda
ley de la
termodinámica y
entropía.
. Ciclo de Carnot.
Procesos
termodinámicos.
Definición de
entropía.
Aplicaciones de la
segunda ley de la
termodinámica
El estudiante conoce los
procesos
termodinámicos y sus
aplicaciones.
Comprende el concepto de
entropía aplicado a la
ingeniería.
Docente:
Presentará los conceptos respectivos para el
desarrollo de la segunda ley de la termodinámica y la
comprensión del concepto de entropía.
Estudiante:
Trabajará en modelos propios de la ingeniería
utilizando los conceptos, leyes y principios de la
termodinámica.
Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio.
Laboratorios.
Segunda ley de la
termodinámica,
TOTALES
VIII. ESTRATEGIAS Y PROCESOS DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS: Serán incorporados para la enseñanza de la asignatura la metodología por créditos con sus respectivos
modelos pedagógicos; en estos modelos el estudiante preparará previamente los temas de la sesión, tanto
teórica como experimental, usando las metodologías de estudio independiente, como el trabajo en pequeño
grupo, estudio cooperativo, mapas conceptuales, entre otros, con apoyo en sus tutorías, para luego
socializarlo en su clase o revisarlo en el laboratorio. En la sesión de asistencia docente, tanto teórica como
experimental, el estudiante recibirá aclaraciones adicionales y resolución de dudas para la apropiación por
parte de él de cada unidad. En cada sesión se tratará la síntesis del tema tratado, los detalles y elementos
importantes. Al mismo tiempo se emplearán sesiones de grupo diferentes como el seminario, la mesa
redonda, el foro, entre otros para la clase. Los métodos de estudio sugeridos al estudiante serán los
conocidos por métodos de investigación, como el inductivo, el hipotético-deductivo, el analítico, etc., a
medida que se avance en el semestre académico. También se realizará algún tipo de evaluación periódica
para supervisar el aprendizaje del estudiante y que será tenida en cuenta en las sesiones de
retroalimentación para mejorar el desempeño del mismo.
Para el desarrollo de la asignatura, se requiere infraestructura física con condiciones apropiadas para la
docencia, salones con suficiente capacidad, disponibilidad de medios audiovisuales, sala de internet para
consulta y biblioteca dotada. Se requiere de un laboratorio de Física donde se desarrollarán las prácticas de
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laboratorio, que contenga los aparatos, instrumentos y
cantidades suficientes.
materiales necesarios para las prácticas y en
Coherente con la filosofía de la universidad, de estimular la formación integral de sus estudiantes se revisó
la manera más apropiada de evaluarlos. Así desde el principio el estudiante de UNIAGRARIA conoce los
fundamentos de su evaluación integral. Esta contempla básicamente tres aspectos: una autoevaluación, una
coevaluación y una heteroevaluación.
La autoevaluación consiste en una reflexión por parte del estudiante a cerca de la apropiación por parte de
él, de los capítulos con sus conceptos, modelos y teorías vistos y complementados desde lo pragmático.
Esta autoevaluación solo refleja el estado del estudiante frente a los temas vistos y la necesidad de
refuerzos o la disposición para comenzar el nuevo capítulo. Esta evaluación tiene en cuenta sus modos de
apropiación de la información, interpretación y aplicación, para evaluar su comprensión.
El sistema coevaluativo como primera medida tiene en cuenta el desempeño en grupo del estudiante, su
responsabilidad, cualidades y características de estudio, para que este haga consciencia de sus logros o
falencias, las corrija y mejore su desempeño. La realización de la coevaluación es de manera simultánea a
la autoevaluación.
La heteroevaluación se refiere a una evaluación del estudiante por parte del docente. Esta se contempla de
manera integral para diagnosticar el estado de aprendizaje del estudiante, cuáles son sus necesidades para
suplirlas y sus capacidades para potenciarlas. Se realizará este tipo de evaluación durante todo el semestre
cuando el docente determine que es adecuado para el grupo.
Los criterios generales de evaluación serán:
Dominio y profundidad sobre el tema tratado.
Sustentación de ideas por medio de la argumentación teórica.
Planteamiento y solución a problemas.
Destreza en procedimientos para la solución de ejercicios.
Cumplimiento y organización con sus trabajos.
Manejo de la simbología adecuada para expresar ideas y realizar trabajos.
Tipos de evaluación
Tipo de evaluación \ Corte
40%
60%
Quices
Laboratorios
Trabajos de consulta
Guías de trabajo
Pedagogía Ambiental de aula
Parcial
20%
20%
15%
15%
5%
25%
20%
20%
15%
15%
5%
25%
Quices: se realizarán al inicio de clase con una duración de 20 minutos y se tendrán en cuenta los
temas vistos en la semana inmediatamente anterior.
Laboratorios: se desarrollarán en la jornada de 3 horas durante las cuales se realizara la práctica
correspondiente y al final los grupos de trabajo entregaran el informe de forma escrita. Para esto, los
estudiantes deben haber preparado con anterioridad los temas de la práctica y avanzar en la
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contextualización del marco teórico.
Trabajos de consulta: son aquellos trabajos que se dejaran para complementar los temas tratados
en clase, como preparación para los temas siguientes o referidos a los proyectos de aula. Se
entregan de forma escrita de acuerdo a las fechas establecidas por el docente.
Guías de trabajo: De acuerdo a la programación se desarrollaran en clase, talleres de ejercicios en
grupo, para fomentar el trabajo colaborativo por parte de los estudiantes.
Parciales: evaluación que comprende los temas vistos durante el respectivo corte
IX. BIBLIOGRAFÍA: BÁSICA: Autor
Serway-Jewett
Título
Física I para
Ciencias e
Ingeniería
Editorial
Thomson
Física Universitaria I
Pearson
Física
Pearson
Gettis-Keller
Física para ciencias
e ingeniería I
Mc. Graw Hill
México
Alonso-Finn
Física
Fondo Ed.
Interamericano
México
An Introduction to
Mechanics
Mc. Graw Hill
Física
Reverté
Sears, F.Zemansky, M.
Resnick-Halliday
Ciudad
México
Año
2005
México
2005
2002
Uso de la biblioteca virtual
COMPLEMENTARIA: Kleppner-Kolenkow
Tipler, P.A.
2005
1976
1973
1985
X. CIBERGRAFÍA: REVISTAS ELECTRÓNICAS: Revista colombiana de Física http://revcolfis.org/ojs/index.php/rcf Real sociedad española de Física http://www.rsef2.com/ BASES DE DATOS: PÁGINAS WEB: Clases de física en línea http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-­‐01Physics-­‐IFall1999/CourseHome/index.htm Demostraciones de física en línea http://www.mip.berkeley.edu/physics/physics.html 10
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Sistema de unidades y constantes de la física http://www.physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.html DATOS DEL PROFESOR: Licenciado en Física / Físico , ingeniero mecánico ELABORÓ: JOSÉ ALBERTO HERNANDEZ GARCIA ÚLTIMA REVISIÓN: REVISÓ: APROBÓ: Día 2 Mes Año 05 2012 11