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AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA UNIVERSIDAD CATÓLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” UNIDAD ACADÉMICA REGIONAL LA PAZ FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS PLAN DE CLASES – PLAN GLOBAL DE ASIGNATURA 1. Identificación Sigla y Código: Nombre de la asignatura: FIS - 171 FISICA I Y LABORATORIO Gestión: 1/2017 Docente(s): HERNAN VICENTE AQUINO TARQUI Día Hora Bloque Aula Martes 14:30 -16:00 F F9 Jueves 14:30 -16:00 F F5 Carga horaria semanal 4 Carga horaria semestral 80 Créditos 5 Prerrequisitos: Conocimientos previos: MAT – 132 Calculo I Saberes (hacer, saber hacer, ser) previos de la materia 2. Justificación La física es el inicio de la comprensión de los fenómenos naturales y con la matemática las principales fuentes o pilares sobre los cuales todo ingeniero se construye y aprende a encontrar la solución a problemas analíticamente. La enseñanza de la física obliga la adquisición de contenidos teóricos y prácticos que sirven como soporte para poder interpretar, analizar y solucionar problemas reales dándole una interpretación cuantitativa. La comprensión de las leyes fundamentales de la naturaleza es uno de los aspectos más importantes en la formación científica y tecnológica, pues es gracias al conocimiento científico que se han logrado la gran mayoría de los avances tecnológicos. Además esta comprensión le brinda al estudiante un panorama global que le permitirá adaptarse fácilmente a la aparición de nuevas tecnologías. La mecánica de sólidos es una de las teorías físicas que más impacto han tenido en el desarrollo de la física, y es la base científica de todos los fenómenos relacionados con el movimiento. Lic. Mario Condori M. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA La Física, en todas las carreras de ingeniería y en casi todas las de ciencias, es una asignatura básica y fundamental, en la más amplia acepción de ambas palabras. Es básica, porque debe preparar al estudiante, dotándole de conocimientos y destrezas suficientes para abordar con éxito, sin lagunas de conocimiento ni carencias operacionales o modernizadoras, la mayor parte de las otras asignaturas que forman el conjunto de estudios de la carrera. 3. Competencias Competencia de la asignatura: Capacidad para comprender y aplicar los principios y leyes básicas de la física general, en relación con la cinemática, dinámica y oscilaciones así como sus aplicaciones en la ingeniería. ↓ Competencia de área: Incluir la Competencia del Área La asignatura Física I se estudia en primer curso y es de carácter cuatrimestral. ↓ Perfil profesional: El conocimiento y uso del método científico y sus valores se consideran de vital importancia para que el Ingeniero desarrolle su actividad profesional con el rigor adecuado. Lic. Mario Condori M. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA 4. Planificación del proceso de enseñanza-aprendizaje 4.1. Derivación de la competencia (contenidos) Derivación de la Competencia (contenidos) Dimensiones/ Elementos de Competencia Saberes Procedimentales * Comprende la importancia de la medición. *Utiliza los diferentes patrones de medida en la resolución de problemas. *Utiliza los sistemas métricos SI, MKS y CGS. *Realiza operaciones de suma, resta de vectores mediante el método analítico y gráfico y identifica cantidades escalares y vectoriales. Dimensión 1 *Física y su medición. Vectores *Cinemática de la partícula. *Dinámica de la partícula *Trabajo y energía.. *Conoce como se describe el movimiento de una partícula desde el punto de vista matemático. *Conoce las características de algunos movimientos. *Sabe relacionar las Conceptuales Actitudinales Cap.1: Física, Medición y Vectores. 1.1 Patrones de longitud, masa y tiempo. 1.2 Densidad y masa atómica. 1.3 Análisis dimensional. 1.4 Conversión de unidades. 1.5 Cifras significativas. 1.6 Notación científica. 1.7 Sistemas de coordenadas. Definición geométrica de vector. 1.8 Cantidades escalares y vectoriales. 1.9 Componentes de un vector. 1.10 Vectores unitarios 1.11 Suma y resta de vectores. 1.12 Producto escalar de dos vectores. 1.13 Producto vectorial de dos vectores. Cap. 2: Cinemática de la Partícula. 2.1 Vector posición. 2.2 Definición vectorial de velocidad media y velocidad (instantánea). 2.3 Definición vectorial de Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Unidades de Aprendizaje *Física, Medición y Vectores. Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. . Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, Lic. Mario Condori M. *Cinemática de la Partícula. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA magnitudes cinemáticas de una partícula en dos sistemas de referencia diferentes. *Conoce las leyes de Newton. * Sabe de la relación entre la fuerza resultante aplicada a un cuerpo y la aceleración del mismo. *Aplica las leyes de Newton a una gran variedad de sistemas físicos. aceleración media y aceleración (instantánea). 2.4 Movimiento con aceleración constante. 2.5 Movimiento con aceleración constante en una dimensión. 2.6 Caída libre de los cuerpos en el vacío. 2.7 Movimiento de proyectiles en el vacío. 2.8 Movimiento circular uniforme. Aceleración radial (normal). 2.9 Movimiento relativo. Cap. 3: Dinámica de la Partícula. 3.1 Concepto de fuerza. 3.2 Primera ley de Newton. 3.3 Segunda ley de Newton. Masa inercial. 3.4 Tercera ley de Newton. 3.5 Aplicaciones. 3.6 Fuerza de Rozamiento. 3.7 Movimiento circular uniforme. 3.8 Movimiento circular no uniforme. 3.9 Marcos de referencia acelerados. 3.10 Movimiento en presencia de fuerzas resistivas. 3.11 Las fuerzas fundamentales de la naturaleza. responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Lic. Mario Condori M. *Dinámica de la Partícula. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA Dimensiona 2 *Cantidad de Movimiento Lineal y Choques. * Rotación del Cuerpo Rígido. *Movimiento Oscilatorio. *Movimiento oscilatorio. *Leyes de Kepler, Ley de Newton de la gravitación universal. *Aplica el concepto de energía cinética y energía potencial, junto con las unidades apropiadas en cada sistema. *Describe la relación entre trabajo y energía cinética, y aplica el teorema trabajo y energía. *Define y aplica el concepto de potencia, junto con las unidades apropiadas. *Comprende el significado físico de momento lineal o cantidad de movimiento como medida de la capacidad de un cuerpo de actuar sobre otros en choques. (movimientos unidimensionales y bidimensionales) *Comprende la relación entre impulso (de una fuerza constante) y momento lineal asi como el principio de conservación del momento lineal de un sistema en ausencia de impulso externo. *Comprende la noción de Cap. 4: Trabajo y Energía. 4.1 Definición de trabajo de una fuerza. 4.2 Trabajo de una fuerza constante. 4.3 Trabajo de una fuerza variable. 4.4 Trabajo y energía cinética. 4.5 Potencia. 4.6 Energía cinética a altas velocidades. 4.7 Fuerzas conservativas y no conservativas. 4.8 Energía potencial. 4.9 Conservación de la energía. 4.10 Equilibrio y energía potencial. 4.11 Equivalencia entre la masa y la energía. Cap.5: Cantidad de Movimiento (Momento) Lineal y Choques. 5.1 Cantidad de movimiento (momento) lineal y su conservación. 5.2 Impulso y cantidad de movimiento (momento) lineal. 5.3 Choques en una dimensión. 5.4 Coeficiente de restitución. 5.5 Choques elásticos e inelásticos en una dimensión. 5.6 Choques en dos dimensiones. 5.7 Centro de masa de un sistema de partículas. 5.8 Centro de masa de un cuerpo Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. *Trabajo y Energía. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Lic. Mario Condori M. *Cantidad de Movimiento (Momento) Lineal y Choques. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA choque elástico e inelástico. continúo. 5.9 Movimiento de un sistema de partículas. 5.10 Propulsión de cohetes. *Conoce el concepto de momento de inercia, calcula el momento de inercia y el centro de masas de un sólido homogéneo. *Aplica el principio de conservación del momento angular distinguiéndolas de aquellas en las que es aplicable el principio de conservación del momento lineal. *Aplica el teorema del momento angular al movimiento de rotación de un sólido rígido alrededor de uno de sus ejes principales de inercia. Cap.6: Rotación del Cuerpo Rígido. 6.1 Posición, velocidad y aceleración angulares. 6.2 Movimiento rotacional alrededor de un eje fijo con aceleración constante. 6.3 Relaciones entre las cantidades angulares y lineales. 6.4 Energía cinética rotacional. 6.5 Cálculo de momentos de inercia. 6.6 Momento de torsión (torque). 6.7 Relación entre el momento de torsión y la aceleración angular. 6.8 Trabajo, potencia y energía en el movimiento rotacional. 6.9 Movimiento de rodadura de un cuerpo rígido. 6.10 Cantidad de movimiento (momento) angular de una partícula. 6.11 Conservación de la cantidad de movimiento (momento) angular. 6.12 Movimiento de giroscopios y trompos. 6.13 Equilibrio de cuerpos rígidos en dos dimensiones. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. * Rotación del Cuerpo Rígido. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Lic. Mario Condori M. * Movimiento Oscilatorio. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA *Conoce las características generales del movimiento oscilatorio. *Define el movimiento armónico simple. *Define el oscilador amortiguado. *Entiende que ocurre con la energía en ambos osciladores. *Reconoce la ley de gravitación de Newton como una de las primeras conceptualizaciones unificadoras de la física. *Identifica como se consolido la ley de gravitación universal. *Utiliza conceptos y procedimientos matemáticos para argumentar y explicar la ley de la gravitación universal. Cap.7: Movimiento Oscilatorio. 7.1 Movimiento armónico simple. 7.2 Masa unida a un resorte. 7.3 Energía de un oscilador armónico simple. 7.4 El péndulo simple y el péndulo físico. 7.5 Comparación entre el movimiento circular uniforme y el movimiento armónico simple. 7.6 Oscilaciones amortiguadas. 7.7 Oscilaciones forzadas y resonancia. Cap. 8: La Ley de la Gravitación Universal de Newton. 8.1 La ley de la gravitación universal de Newton. 8.2 Medida de la constante de gravitación universal. 8.3 Peso y fuerza gravitacional. 8.4 Las leyes de Kepler. 8.5 Movimiento de los planetas. 8.6 El campo gravitacional. 8.7 Energía potencial gravitacional. 8.8 Energía potencial en el movimiento de los planetas y satélites. 8.9 Fuerza gravitacional entre una partícula y un cuerpo. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Posición crítica, responsable y constructiva en relación con investigaciones y trabajos diarios Valora el conocimiento teórico práctico de la Física. Lic. Mario Condori M. * La Ley de la Gravitación Universal de Newton AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA 4.2. Estrategias didácticas Unidad de Aprendizaje Saberes Duración en Semanas Estrategias y actividades de enseñanza-aprendizaje Cap.1: Fisica, Medicion y Vectores. *Física, Medición y vectores. *Cinemática de la Partícula. 1.1 Patrones de longitud, masa y tiempo. Semana 1 1.2 Densidad y masa atómica. Miércoles 01 al 1.3 Análisis dimensional. viernes 03 de 1.4 Conversión de unidades. febrero 1.5 Cifras significativas. 1.6 Notación científica. 1.7 Sistemas de coordenadas. Definición geométrica de vector. 1.8 Cantidades escalares y vectoriales. 1.9 Componentes de un vector. Semana 2 1.10 Vectores unitarios Lunes 06 al viernes 1.11 Suma y resta de vectores. 10 de febrero 1.12 Producto escalar de dos vectores. 1.13 Producto vectorial de dos vectores Cap. 2: Cinemática de la Partícula. 2.1 Vector posición. 2.2 Definición vectorial de velocidad media y velocidad (instantánea). 2.3 Definición vectorial de aceleración media y aceleración (instantánea). 2.4 Movimiento con aceleración constante. 2.5 Movimiento con aceleración constante en una dimensión. 2.6 Caída libre de los cuerpos en el vacío. 2.7 Movimiento de proyectiles en el vacío. 2.8 Movimiento circular uniforme. Aceleración radial (normal). 2.9 Movimiento relativo. Semana 3 Lunes 13 al viernes 17 de febrero Semana 4 Lunes 20 al viernes 24 de febrero Lic. Mario Condori M. Evaluación diagnostica y presentación de plan de asignatura. Clases de teoría: Clases expositivas de teoría, Desarrollo de los contenidos de la programación de la asignatura mediante clase magistral. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA *Dinámica de la Partícula. *Trabajo y Energía Cap. 3: Dinámica de la Partícula. 3.1 Concepto de fuerza. 3.2 Primera ley de Newton. 3.3 Segunda ley de Newton. Masa inercial. 3.4 Tercera ley de Newton. 3.5 Aplicaciones. 3.6 Fuerza de Rozamiento. 3.7 Movimiento circular uniforme. 3.8 Movimiento circular no uniforme. 3.9 Marcos de referencia acelerados. 3.10 Movimiento en presencia de fuerzas resistivas. 3.11 Las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Cap. 4: Trabajo y Energía. 4.1 Definición de trabajo de una fuerza. 4.2 Trabajo de una fuerza constante. 4.3 Trabajo de una fuerza variable. 4.4 Trabajo y energía cinética. 4.5 Potencia. 4.6 Energía cinética a altas velocidades. 4.7 Fuerzas conservativas y no conservativas. 4.8 Energía potencial. 4.9 Conservación de la energía. 4.10 Equilibrio y energía potencial. 4.11 Equivalencia entre la masa y la energía. Semana 5 Lunes 27 de febrero al viernes 03 de marzo Semana 6 Lunes 06 al viernes 10 de marzo Semana 7 Lunes 13 al viernes 17 de marzo Semana 8 Lunes 20 al viernes 24 de marzo Semana 9 Lunes 27 al viernes 31 de marzo Lic. Mario Condori M. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA *Cantidad de Movimiento (Momento lineal) y Choques *Rotación del Cuerpo Rígido. Cap.5: Cantidad de Movimiento (Momento) Lineal y Choques. 5.1 Cantidad de movimiento (momento) lineal y su conservación. 5.2 Impulso y cantidad de movimiento (momento) lineal. 5.3 Choques en una dimensión. 5.4 Coeficiente de restitución. 5.5 Choques elásticos e inelásticos en una dimensión. 5.6 Choques en dos dimensiones. 5.7 Centro de masa de un sistema de partículas. 5.8 Centro de masa de un cuerpo continúo. 5.9 Movimiento de un sistema de partículas. 5.10 Propulsión de cohetes. Cap.6: Rotación del Cuerpo Rígido. 6.1 Posición, velocidad y aceleración angulares. 6.2 Movimiento rotacional alrededor de un eje fijo con aceleración constante. 6.3 Relaciones entre las cantidades angulares y lineales. 6.4 Energía cinética rotacional. 6.5 Cálculo de momentos de inercia. 6.6 Momento de torsión (torque). 6.7 Relación entre el momento de torsión y la aceleración angular. 6.8 Trabajo, potencia y energía en el movimiento rotacional. 6.9 Movimiento de rodadura de un cuerpo rígido. 6.10 Cantidad de movimiento (momento) angular de una partícula. 6.11 Conservación de la cantidad de movimiento (momento) angular. Semana 10 Lunes 03 al viernes 07 de abril Semana 11 Lunes 10 al viernes 14 de abril Semana 12 Lunes 17 al viernes 21 de abril Semana 13 Lunes 24 al viernes 28 de abril Semana 14 Lunes 01 de al viernes 05 de mayo Semana 15 Lunes 08 al viernes 12 de mayo Lic. Mario Condori M. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA 6.12 Movimiento de giroscopios y trompos. 6.13 Equilibrio de cuerpos rígidos en dos dimensiones. Movimiento Oscilatorio Cap.7: Movimiento Oscilatorio. 7.1 Movimiento armónico simple. 7.2 Masa unida a un resorte. 7.3 Energía de un oscilador armónico simple. 7.4 El péndulo simple y el péndulo físico. 7.5 Comparación entre el movimiento circular uniforme y el movimiento armónico simple. 7.6 Oscilaciones amortiguadas. 7.7 Oscilaciones forzadas y resonancia *La Ley de la gravitación Universal de Newton Cap. 8: La Ley de la Gravitación Universal de Newton. 8.1 La ley de la gravitación universal de Newton. 8.2 Medida de la constante de gravitación universal. 8.3 Peso y fuerza gravitacional. 8.4 Las leyes de Kepler. 8.5 Movimiento de los planetas. 8.6 El campo gravitacional. 8.7 Energía potencial gravitacional. 8.8 Energía potencial en el movimiento de los planetas y satélites. 8.9 Fuerza gravitacional entre una partícula y un cuerpo. Semana 16 Lunes 15 al viernes 19 de mayo Semana 17 Lunes 22 al viernes 26 de mayo Semana 18 Lunes 29 de mayo al viernes 02 de junio Lic. Mario Condori M. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. Clases Problemas: Clases expositivas de problemas. Se trabaja conjuntamente con los alumnos sobre una serie de problemas, planteamiento y resolución. Resolución dirigida de problemas: Alumnos trabajan en el aula en la resolución de problemas, se recoge el trabajo para su posterior corrección y evaluación. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA 4.3. Sistema de evaluación 4.3.1. Evaluación diagnóstica Una prueba escrita basado en problemas sobre las materias prerrequisitos, que exige como conocimientos el curso de Física I. En las áreas de: Calculo I, las preguntas son referidas a los tópicos de Vectores, operaciones con vectores, integrales. De esta manera se verifica las debilidades en conocimientos, para luego retroalimentar en el transcurso del curso. 4.3.2. Evaluación formativa Competencias/ Dimensión Dimensión 1 *Física y su medición. Vectores *Cinemática de la partícula. *Dinámica de la partícula *Trabajo y energía. Dimensiona 2 *Cantidad de Movimiento Lineal y Choques. * Rotación del Cuerpo Rígido. *Movimiento Oscilatorio. *Movimiento oscilatorio. *Leyes de Kepler, Ley de Newton de la gravitación universal. Fecha/ semana Semana 8 Jueves 23 de marzo de 2017 Semana 16 Jueves 18 de mayo de 2017 NOTA DE HABILITACIÓN Sistema de evaluación Estrategias o Criterios de actividades Ponderación evaluación de evaluación *Prueba escrita Se evaluará *Prácticas de especialment resolución de e el problemas en forma aprendizaje individual y de grupo individual por parte del 50% alumno de los contenidos específicos disciplinares abordados (Teoría y problemas) *Prueba escrita *Prácticas de resolución de problemas en forma individual y de grupo. Se evaluará especialment e el aprendizaje individual por parte del alumno de los contenidos específicos disciplinares abordados (Teoría y problemas). 50% 100% Lic. Mario Condori M. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA 4.3.3. Evaluación final Estrategia(s)/Actividad(es) Fecha(s) Semana 19 Examen final Prueba escrita de resolución de problemas Jueves 8 de junio NOTA DE EVALUACIÓN FINAL Producto/ evidencia Competencia y el identificador Tipo general: Comprensión y dominio de los conceptos vectores, cinemática y la dinámica de Newton, Trabajo, energía, choques, dinámica del solido rígido, movimiento oscilatorio y gravitación universal y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Tipo específico: Capacidad para resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos y habilidades Ponderación 100% 100% 5. Bibliografía 5.1. Bibliografía obligatoria RAYMOND A. SERWAY y CHRIS VUILLE, Fundamentos de Física, novena edición volumen I, 2012 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V. 5.2. Bibliografía complementaria RESNICK, HALLIDAY, KRANE. Física, Quinta edición -Volumen 1, CECSA, 2004. PAUL E. TIPPENS. Física Conceptos y Aplicaciones, Quinta edición, Mc Graw Hill, 1998. JERRY D. WILSON, ANTHONY J. BUFFA. Física, Quinta edición, Pearson prentice Hall, 2003. RONALD LANE REESE, Física Universitaria, volumen 1, tomson,2002 SEAR, F.W., ZEMANSKY,M.W., YOUNG,H.D., FREEDMAN,R.A. - Física Universitaria- Volumen 1 Addison Wesley Longman de Mexico S.A-.1998. Lic. Mario Condori M. AUTOR: ING. MARIO CONDORI MACHACA Lic. Mario Condori M.