Download física calor y ondas código 211570 i. ii. justificación del curso

CÓDIGO: FT-GA-013
PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA
VERSIÓN: 1
MICROCURRÍCULO (SYLLABUS)
FECHA: Marzo12 de 2013
I. INFORMACIÓN GENERAL
NOMBRE DEL CURSO: FÍSICA CALOR Y ONDAS
UNIDAD ACADÉMICA
FACULTAD
INGENIERÍA
PROGRAMA
ING.
CIVIL,
ING.
AGROINDUSTRIAL, ING.
INDUSTRIAL
ALIMENTOS,
MECATRÓNICA,
DEPARTAMENTO CIENCIAS BÁSICAS
I.
CÓDIGO 211570
NIVEL ACADÉMICO
TIPO DE CURSO
OBLIGATORIO
MODALIDAD
PRESENCIAL
ELECTIVA
VIRTUAL
DE PROFUNDIZACIÓN
A DISTANCIA
TÉCNICO PROFESIONAL
ING.
TECNOLÓGICO
ING.
PROFESIONAL
POSGRADUAL
CICLOS DE FORMACIÓN
BÁSICA PROFESIONAL
DISCIPLINAR
COMPLEMENTARIA
CRÉDITOS ACADÉMICOS
NÚMERO CRÉDITOS ACADÉMICOS:
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II. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO:
Para UNIAGRARIA es una prioridad la formación de sus estudiantes desde una visión integral. Por lo tanto, se
enfatiza en la apropiación de todo el conocimiento necesario para la formación de sus estudiantes, en particular los
temas de las ciencias básicas y por ello de la física. La formación científica de los estudiantes en los diferentes
programas de Ingeniería, requieren sólidos conocimientos en física básica, ya que en sus niveles de acción y
profesional, interactúan constantemente con aspectos relacionados con esta área. Desde los primeros semestres se
debe continuar la formación de hábitos de estudio en los estudiantes, acorde con las exigencias educativas
contemporáneas; por lo tanto se debe dar una formación en este campo suficiente para que el estudiante apropie
todas las competencias necesarias para el desarrollo integral desde su profesión.
En general todos tenemos intuitivamente una noción sobre los fenomenos ondulatorios, las olas en el mar,
terremotos, el sonido y la luz, son algunos ejemplos cotidianos. Sin embargo estos han sido estudiados
rigurosamente en diferentes campos de la ciencia e ingenieria y algunos controvertidos por mucho tiempo, gracias a
la dificultad de explicar la naturaleza y comportamiento de la luz. Por otro lado mediante el tacto y otras experiencias
fisiológicas experimentamos las sensaciones cualitativas y subjetivas de <<caliente>> y <<frio>>, la termodinámica
resulta siendo una teoria fenomenológica que estudia sistemas macroscópicos reales basándose en principios que
surgen de la observación directa de los fenomenos.
La física calor y ondas aporta fundamentalmente a los estudiantes de ingeniería, elementos experimentales y teóricos
relacionados con el estudio del movimiento ondulatorio y fenómenos termodinámicos. El primero permite a los
estudiantes desarrollar operaciones mentales como observación, análisis y síntesis de los diferentes componentes en
la solución de un problema para represéntalos por medio de una relación matemática, integrando el conocimiento
científico básico como modelizador e interpretador y provocando su desarrollo a partir de la necesidad de profundizar
el análisis de los problemas básicos de ingeniería que se abordan. El segundo elemento proporciona las herramientas
teóricaspara identificar, clasificar y describir los fenomenos térmicos y ondulatorios en el vacio y en medios materiales
que gracias a su aplicación técnica, aportan al estudiante las competencias básicas para analizar y resolver
problemas propios de la Ingeniería.
Finalmente el curso de Física Calor y Ondas será enfocado de acuerdo a las características de los grupos a partir de
situaciones problema con el propósito de generar interés y motivación frente a la asignatura y fomentar el desarrollo
de habilidades y actitudes para la indagación y generación de nuevo conocimiento. Teniendo en cuenta que los
ingenieros ocupan un lugar determinante en el desarrollo de un país pues sus productos deben ser de calidad,
utilidad, económicos y compatibles con el medio ambiente. Es así como se plantean los siguientes interrogantes:
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PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA
CÓDIGO: FT-GA-013
VERSIÓN: 1
MICROCURRÍCULO (SYLLABUS)
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FECHA: Marzo12 de 2013
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?
¿Cómo aplicar los conceptos físicos en la construcción de estructuras?
¿Por qué las diferentes estructuras como edificios, puentes, aeropuertos, etc., son sistemas termodinámicos?
¿Por qué el modelo atómico de Bohr es incapaz de explicar varios fenómenos relacionados con los electrones?
¿Qué tipos de transformaciones ocurren en una planta de potencia o en el motor de un automóvil?
¿Si la energía es una variable de vital importancia, cómo podemos implementar procesos que ayuden a
transformar energía mecánica en electricidad para uso en la industria alimentaria y agroindustrial?
APLICACIONES EN CONTEXTO
1. Algunos procesos en ingeniería, tiene como bases las definiciones y conceptos físico-matemáticos. Por ejemplo,
la primera ley de la termodinámica ( U  Q  W ), muestra cómo cambia la energía interna  U de un sistema
donde Q es la energía que absorbe y W el trabajo que el sistema realiza sobre el medio: un edificio, una
empresa o un sistema meca-trónico, poseen una cierta temperatura que se traduce en función de su energía
interna  U , 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 sistema 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. Comportamiento de Materiales: Se estudia el comportamiento y propiedades de materiales de construcción
comúnmente usados en aplicaciones de Ingeniería Civil. 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.
3. 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 civiles 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.
4. Aplicaciones en Estructuras Geotécnicas y Diseño Estructural (Resistencia de Materiales): La labor permanente
del ingeniero civil 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.
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 CIVILES.
http://www.redalyc.com/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=46770105
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
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%20Mediante%20Analisi
s%20de%20Ondas%20de%20Superficie.pdf

LA RESONANTE CAIDA DEL PUENTE DE TACOMA. Vacheta Marcelo
http://www.fing.edu.uy/if/cursos/mecsis/apoyo/tacoma.pdf
LA FISICA CALOR Y ONDAS Y EL AMBIENTE ( Relaciones Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente -CTSA--)
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. Así mismo, las salidas pedagógicas darán cuenta de la
aplicación que tienen los conceptos estudiados con la realidad ambiental a la que se enfrentan los estudiantes tanto
desde el rol de ciudadano común como con el rol profesional.
II.
III. SÍNTESIS DEL CURSO:
El presente curso desarrolla los principales conceptos, principios, teorías físicas e interpretación de resultados
experimentales mediante la aplicación de herramientas matemáticas, científicas y tecnológicas que son base
fundamentaren las asignaturas de formación específica de ingeniería, proporcionando a los estudiantes las
competencias básicas en cuanto al diseño e implementación de productos y servicios relacionados con el control y la
automatización de procesos industriales así como su impacto en el contexto social y ambiental.
El curso de física calor y ondas presenta los principios básicos y leyes fundamentales que rigen el movimiento
ondulatorio en la naturaleza y por otro lado introduce al estudiante a los fundamentos de la termodinámica
proporcionando herramientas para poder describir y explicar algunos fenómenos y aplicaciones en el campo de la
Ingeniería.
IV. PROPÓSITOSDE FORMACIÓN:
GENERAL:
Estimular y desarrollar la capacidad de análisis y razonamiento físico del estudiante, mediante la apropiación del
conocimiento como resultado de la experiencia, la instrucción, el razonamiento y la observación de fenómenos físicos
relacionados con el estudio de las causas del movimiento y las interacciones mecánicas.
Que las anteriores competencias contribuyan para que el estudiante se forme como observador, entendedor,
experimentador, integrador y verificador de los fenómenos físicos, dentro de su área profesional de trabajo y como
defensor del medio ambiente. Que las competencias desarrolladas en el área de formación en física, sirvan como base
y estructura para el desarrollo del profesional en Ingeniería dentro del contexto de su campo de acción y profesional.
Por supuesto esta contribución a la formación científica y social del estudiante se corresponde con la filosofía y los
principios fecundos hallados en la universidad.
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ESPECÍFICOS:
Se espera que al final del curso, el estudiante
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




interprete, aplique y solucione ejercicios relacionados con la termodinámica y la mecánica ondulatoria
entienda, diferencie y clasifique los diferentes tipos de movimientos ondulatorios en la naturaleza.
aplique los principios básicos de la termodinámica en la solución de problemas.
desarrolle habilidades para el trabajo en ambientes de laboratorio.
desarrolle competencias a partir del trabajo colaborativo, mediante el uso de herramientas tecnológicas
utilice y manipule material de laboratorio teniendo en cuenta las recomendaciones de seguridad.
V. CONTENIDOS BÁSICOS DEL CURSO:
CONTENIDOS CONCEPTUALES

Capítulo I. Rotación de un objeto rígido
1.1 Cinemática de rotación
1.2 Cantidades angulares y lineales
1.3 Energía rotacional
1.4 Momento de inercia
1.5 Momento de torsión
1.6 Segunda ley de Newton en la rotación
1.7 Trabajo, potencia y energía del movimiento rotacional
Laboratorios. Momento de inercia

Capítulo II. Oscilaciones
2.1 Introducción.
2.2 Movimiento armónico simple
2.3 Representación matemática del movimiento armónico simple, sistema masa resorte
2.4 Comparación del movimiento armónico simple con el movimiento circular uniforme.
2.5 Péndulo simple.
2.6 Péndulo físico.
2.7 Péndulo de torsión.
2.8 Oscilaciones amortiguadas.
2.9 Oscilaciones forzadas.
2.10 Aplicaciones
Laboratorios. Sistema masa resorte, péndulo simple, péndulo físico.

Capítulo III. Ondas mecánicas progresivas
3.1 Tipos de ondas
3.2 Movimiento ondulatorio simple (transversales y longitudinales)
3.3 Rapidez de Ondas en cuerdas.
3.4 Trenes de ondas
3.5 Deducción de la ecuación de onda
3.6 Solución de la ecuación de onda
3.7 Reflexión, refracción, difracción, transmisión y rapidez de transferencia de energía por ondas senoidales en
cuerdas.
3.8 Superposición, interferencia y ondas estacionarias
Laboratorios. Prácticas con la cubeta de ondas, Ondas transversales y longitudinales en cuerdas, figuras de
Lissajuce.
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
Capítulo IV. Ondas de sonido.
4.1 Rapidez de las ondas de sonido.
4.2 Ondas sonoras periódicas (variación de la presión, energía y densidad de energía de las ondas).
4.3 Intensidad de ondas de sonido.
4.4 Nivel de intensidad.
4.5 El efecto Doppler.
4.6 Ondas de choque
Laboratorios. Ondas sonoras estacionarias en una columna de aire.

Capítulo V. Temperatura Calor y primera ley de la Termodinámica.
5.1 Temperatura y la ley cero de la termodinámica.
5.2 Expansión térmica de sólidos
5.3 Descripción macroscópica de un gas ideal
5.4 Calor, capacidad calorífica, calor específico y calor latente.
5.5 Primera ley de la termodinámica.
5.6 Aplicaciones.
Laboratorios. Dilatación lineal, calor específico.
CONTENIDOS ACTITUDINALES
6.1 Manejando responsablemente el tiempo destinado al estudio e investigación independiente.
6.2 Respetando a sus compañeros y docentes.
6.3 Entendiendo la importancia del trabajo en grupo para un mejor entendimiento de los diferentes temas a evaluar.
6.4 Empezando a pensar de una forma más analítica y profundo acerca de diferentes tópicos referentes a la
Biofísica y Bioestadística.
6.5 Aprendiendo a sintetizar y transmitir información esencial de los temas mediante prácticas de exposición.
6.6 Adquiriendo actitudes amigables con el ambiente
VI. COMPETENCIAS A DESARROLLAR:
1. COMPETENCIA UNIAGRARISTA
El estudiante construye posturas críticas frente a las problemáticas ambientales para que, desde su ejercicio
profesional, aporten al desarrollo sustentable del país, a través de espacios de reflexión propuestos desde la
asignatura.
2. COMPETENCIA DEL DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
El estudiante integra el pensamiento científico a su quehacer, mediante el análisis de eventos consistentes con
modelos y teorías científicas, interpretando e implementando procedimientos y estrategias que permitan la resolución
de problemas.
3. COMPETENCIA POR ÁREA ESPECÍFICA – ÁREA FÍSICA
El estudiante resuelve situaciones problemáticas en contextos específicos de las ingenierías y/o las ciencias agrarias,
asociadas al estudio de las causas del movimiento e interacciones, aplicando herramientas teórico- prácticas propias
de la física.
VII. RUTA METODOLÓGICA:
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El modelo pedagógico UNIAGRARISTA incorpora los enfoques que conducen a la formación por competencias para el
ejercicio de una profesión.
Desde esta perspectiva se busca que el estudiante desarrolle habilidades de pensamiento, de observación,
identificación, relación, comparación, interpretación, argumentación, aplicación y planteamiento de alternativas de
solución; destrezas y disposiciones específicas, elementales y complejas para enfrentar los desafíos relacionados con
el objeto de estudio de las diferentes disciplinas. Así mismo, se busca que el estudiante, al desarrollar las
competencias, valore la formación recibida y asuma con confianza el tránsito del mundo académico al mundo de
trabajo.
Los contenidos básicos del curso servirán como pretexto para alcanzar las competencias establecidas anteriormente,
mediante dos ejes fundamentales:
Los contenidos teóricos se imparten mediante clases presenciales donde se irán desarrollando, a través de sesiones
de ejercicios los contenidos de la asignatura. Durante el desarrollo de la clase, los estudiantes pueden formular
preguntas sobre los contenidos abordados, al final de la clase o en los espacios de tutoría ofrecidos por el
departamento cuando el estudiante lo requiera o el profesor lo remita.
Los contenidos prácticos de la asignatura se llevan a cabo en el laboratorio de física con la supervisión y ayuda del
profesor; en las prácticas de tipo experimental, él estudiante participará activamente en el manejo instrumental, toma
de datos y como producto final se espera que genere un informe o artículo con los resultados de la práctica bajo los
criterios previamente establecidos por el docente.
Finalmente serán incorporadas algunas herramientas computaciones como simulaciones, videos y el uso de la
plataforma virtual de UNIAGRARIA como apoyo adicional para el desarrollo del curso.
VIII. ESTRATEGIAS Y PROCESOS DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS:
Partiendo de la comprensión de la evaluación como acción permanente, que se constituye de tres etapas
fundamentalmente, inicial, procesual y final, y que sienta su sentido en su papel transformador, la evaluación se
desarrollará a través de estrategias que evidencien el progreso de los estudiantes en la construcción y comprensión
conceptual. En este sentido, las actividades de aprendizaje, la participación, la retroalimentación y la evaluación final
son los eventos e instrumentos a través de los cuales se llevará a cabo este proceso.
Cuadro de criterios de evaluación
Aspecto
Parciales y
quices
Talleres
Excelente
(5-4,5)
Tiene claros todos los
conceptos, se
evidencia que domina
las competencias por
encima del promedio
Demuestra altos
niveles de consulta e
investigación y
resuelve las
actividades por
encima de lo exigido,
Sobresaliente
(4,4-3,8)
Realiza las
actividades al
pie de la letra,
demuestra
dominio de los
conceptos
haciendo
esfuerzos y
mostrando
interés
Logra hacer la
actividad,
consulta
como ejecutar
la
actividad, hace
Cumple
satisfactoriamen
te (3,7 – 3,0)
Hace las
actividades
planteadas sin
profundizar en el
tema y les cuesta
dominar los
conceptos
básicos.
Resuelve las
actividades de
manera
superficial, sin
emitir
conclusiones y se
Cumple
insatisfactoriame
nte (2,9-1,0)
No hace las
actividades
planteadas
completas, además
no demuestra
interés
Resuelve las
actividades de
manera superficial
e incompleta
No cumple
(0,9 -0,9)
No asiste a las
clases, asiste a
clase pero no
entrega actividades
No asiste a las
clases, asiste a
clase pero no
entrega actividades
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MICROCURRÍCULO (SYLLABUS)
Informes de
Laboratorio y
propuestas de
investigación
Participación
haciendo
conclusiones
coincidentes con
leyes y principios
Realiza informes con
normas de IEEE,
tiene en cuenta las
referencias, hace
esquemas, coloca
evidencias de
consulta, realiza
análisis explicando
resultados a la luz de
la teoría y sus
conclusiones son
concordantes con los
objetivos y las
discusiones previas
Es dinámico, da
ejemplos,
contextualiza,
organiza la
información
y referencia
FECHA: Marzo12 de 2013
esquemas y
saca
conclusiones
le dificulta
realizarlas
Realiza los
informes,
haciendo
análisis
incipientes, sus
conclusiones no
son coherentes
con los
objetivos, se
observa que
consulta, pero
no utiliza
normas de IEEE
completamente.
Participa
eventualmente,
aporta buenos
elementos,
presta atención
a las distintas
participaciones.
Realiza el informe
Superficialmente,
haciendo análisis
muy simples, sin
conclusiones o
sin
correspondencia
con los análisis y
los objetivos,
además sin
seguir las normas
de IEEE. No
presenta
evidencias
No realiza el
informe según la
norma , sin
evidencias no
realiza análisis de
resultados, y emite
conclusiones que
no son coherentes
con los objetivos ni
con las discusiones
previas
Está presente.
Presta poca
atención a las
distintas
participaciones.
No participa, pero
asiste a clase
No asiste a las
clases, asiste a
clase pero no
entrega actividades,
sin referencias
No asiste a las
clases, asiste a
clase pero no
entrega actividades
IX. BIBLIOGRAFÍA:
BÁSICA:
Autor
Serway-Jewett
Sears, F.Zemansky, M.
Tipler, P.A.
Título
Física I para Ciencias e Ingeniería
Editorial
Thomson
Ciudad
México
Año
2005
Física Universitaria I
Pearson
México
1999
Física
Reverté
México
1985
Resnick-Halliday
Física
Pearson
México
2002
Autor
Gettis-Keller
Título
Física para ciencias e ingeniería I
Editorial
Mc. Graw Hill
Ciudad
México
Año
2005
KleppnerKolenkow
An Introduction to Mechanics
Mc. Graw Hill
Alonso-Finn
Física
Fondo Ed.
Interamericano
COMPLEMENTARIA:
México
México
1973
1976
X. CIBERGRAFÍA:
REVISTAS ELECTRÓNICAS:
1. Revista Colombiana de Físicahttp://revcolfis.org/ojs/index.php/rcf
2. Revista Ingeniería e Investigación. Universidad Nacional de
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FECHA: Marzo12 de 2013
Colombiahttp://www.revistaingenieria.unal.edu.co/
BASES DE DATOS:
http://www.fisicarecreativa.com/sitios_vinculos/fisica_sg_vinc/physics_sg1.htm
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.
Sistema de unidades y constantes de la física. http://www.physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.html
Física por ordenadorhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm
Simulaciones
de
Física
por
http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/new
internet
(Universidad
de
Colorado)
Universo mecánico https://www.youtube.com/results?search_query=universo%20mecanico&sm=3
DATOS DEL PROFESOR:
Nombre del profesor
JUAN SALCEDO, SONIA FAJARDO, WILKEN RODRIGUEZ, MAICOL CÁRDENAS
Perfil profesional
FÍSICO O LICENCIADO EN FÍSICA CON ESTUDIOS DE POSGRADO EN EL ÁREA
Correo electrónico
[email protected];
[email protected];
[email protected];
[email protected]
Celular
TEL: 667 15 15 EXT 194 CEL: 313 294 81 60
Horario de atención a estudiantes
Fecha de elaboración
MARZO DE 2013
Fecha de actualización
29 DE ENERO DE 2015
Lugar
S.A.D.
Revisó
JAVIER ENRIQUE CORTES
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