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UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES INSTITUTO DE FÍSICA Nombre de la asignatura: FÍSICA II Semestre lectivo: 2009/01 Curso básico: Prerrequisitos: Cálculo II, Física I Número de horas/semestre: 60 Número de créditos: 4 Esta asignatura es: Habilitable Si No ン Programas a los cuales se ofrece: Ingenierías Código: INF-250 Curso profesional: Correquisitos: Cálculo III Número de horas/semana: teóricas 4 Validable Si No ン 1. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO EN EL PROGRAMA Es un curso necesario para la formación básica de un ingeniero. Con él se adquieren herramientas útiles en posteriores cursos de física y de ingeniería. 2. OBJETIVOS 2.1 GENERALES Investigar y formular las interacciones que gobiernan los movimientos desde el punto de vista clásico (gravitación, electricidad y magnetismo), confrontando los conceptos de acción a distancia y de campo en la formulación de las interacciones. Realizar aplicaciones de las ecuaciones básicas de los campos gravitacional y electromagnético. 2.2 ESPECÍFICOS Al terminar el curso el estudiante estará en capacidad de: a. Identificar los principios que rigen el movimiento oscilatorio aplicándolos a situaciones prácticas. b. Describir cualitativa y cuantitativamente el comportamiento de los cuerpos que interactúan rgravitacionalmente a partir de las Leyes de Kepler y Newton de la gravitación universal. c. Identificar y calcular las fuerzas y los campos de fuerza asociados a la carga eléctrica. d. Elaborar las leyes de campo eléctrico y magnético en medios materiales. e. Identificar las leyes de la electricidad y el magnetismo condensadas en las ecuaciones de Maxwell. f. Resolver problemas de interés práctico y científico aplicando el conocimiento logrado. 3. CONTENIDO POR UNIDADES SESIONES 1y2 3y4 5y6 7 TITULO DE LA UNIDAD HORAS PORCENTAJE TIPO EVALUACIÓN TEORICAS INTRODUCCIÓN 2 5% PRUEBA 20-11-08 MOVIMIENTO OSCILATORIO CORTA MOVIMIENTO OSCILATORIO 20% PARCIAL 17 -06– 09 INTERACCION GRAVITACIONAL 18 5% PRUEBA 22-01-09 INTERACCION ELECTRICA CORTA INTERACCION ELECTRICA LEY DE 20% PARCIAL LUNES 18 GAUSS Y APLICACIONES (Por codigo) 03-08-09 CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA 5% PRUEBA 05-02-09 CORTA CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA 20% PARCIAL 26-08-09 INTERACCION MAGNETICA 16 LEY DE AMPERE 5% PRUEBA 24-02-09 CORTA LEY DE AMPERE CAMPOS PARCIAL ELECTROMAGNÉTICOS 10 20% DEPENDIENTES DEL TIEMPO (Por codigo) 4. METODOLOGÍA Exposición magistral del profesor en dos sesiones semanales de clase,cada una de dos horas; demostraciones en clase y solución de problemas. 5. EVALUACIÓN Como se indica en el Contenido. 6. BIBLIOGRAFÍA - http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/course/view.php?id=111 - Sears, Zemansky et al., Física Universitaria, Vols. I y II, Addison Wesley Serway, R. A, Física, Vols. I y II. MacGraw-Hill Interamericana. S. A, Mexico. - Halliday , Resnick y Krane, Física, Vols. I y II, Compañía Editorial Continental, S. A, Mexico. - M. Alonso y E. Finn, Física, Fondo Educativo Interamericano, S. A, Bogotá. - Fishbane, Gasiorowicz y Thornton, Física para Ciencias e Ingeniería, Vol I y II, Prentice-Hall hispanoamericana, S. A, México II PROGAMA PARCELADO POR CLASES Introducción SESION 1 TEMAS FECHAS Presentación global del contenido del curso; metodología y evaluación. 13-05-09 UNIDAD 2: MOVIMIENTO OSCILATORIO INTERCCION GRAVITACIONAL UNIDAD SESION TEMAS 1 2 MOVIMIENTO OSCILATORIO 3 El oscilador armónico simple. Cinemática del M.A.S. Consideraciones de fuerza y energía. Curvas de energía. Aplicaciones del M.A.S: a) Péndulo simple, b) péndulo físico, c) péndulo de torsión, d) oscilador doble. Superposición de M.A.S: a) Igual dirección y frecuencia, b) igual dirección y diferentes frecuencias (pulsaciones), c) igual frecuencia y direcciones perpendiculares. Oscilaciones amortiguadas, oscilaciones forzadas y resonancia. Introducción al campo gravitacional. Concepto de masa. Leyes de Kepler. Ley de gravitación universal de Newton. Energía potencial gravitacional. Concepto y cálculo de campos gravitacionales para distribuciones de masas puntuales y homogéneas. Concepto y cálculo de potenciales gravitacionales para distribuciones de masas homogéneas.. Ejemplos. 4 2 5 2 INTERACCIÓN GRAVITACIONAL 3 4 5 FECHAS 15-05-09 20-05-09 22-05-09 27-05-09 29-05-09 03-06-09 05-06-09 10-06-09 UNIDAD 3 Y 4: INTERACCION ELECTRICA, LEY DE GAUSS Y APLICACIONES UNIDAD SESION 6 7 8 3 9 INTERACCIÓN ELÉCTRICA 10 11 12 4 13 LEY DE GAUSS Y APLICACIONES 14 TEMAS Concepto de carga eléctrica. Ley de Coulomb. Cuantización de la carga eléctrica. Conservación de la carga eléctrica. Primer examen sobre las unidades I y II. Concepto de campo eléctrico. Líneas de fuerza. Cálculo del campo eléctrico para distribuciones discretas y homogéneas de carga eléctrica. Una carga punto en un campo eléctrico. Un dipolo eléctrico en un campo eléctrico. Ejemplos. Concepto de potencial eléctrico. Potencial debido a una carga punto. Potencial debido a una distribución discreta (dipolo eléctrico) y a una distribución homogénea de carga eléctrica. Energía potencial eléctrica. Cálculo del campo eléctrico a partir del potencial eléctrico. Un conductor aislado. Flujo de campo eléctrico. Ley de Gauss. Ecuaciones de Poisson y de Laplace. Aplicaciones de la ley de Gauss. Problemas con simetrías. Conductor aislado. Capacitancia. Cálculo de la capacitancia. Condensador de placas paralelas. Ejemplos (condensadores en serie y en paralelo). Dieléctricos. Condensadores con dieléctricos. Tres vectores eléctricos. Almacenamiento de energía en un campo eléctrico. FECHAS 12-06-09 17-06-09 19-06-09 08-07-09 10-07-09 15-07-09 17-07-09 22-07-09 24-07-09 UNIDAD 5 Y 6: CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA E INTERACCION MAGNETICA UNIDAD 5 SESION 15 16 TEMAS Corriente y densidad de corriente eléctrica. conductividad. Energías en un circuito eléctrico. Segundo examen sobre las unidades III y IV. Resistencia, resistividad FECHAS y 29-07-09 17-06-09 CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA 17 Fuerza electromotriz. Leyes de Kirchhoff. Aparatos de medición eléctrica. 31-07-09 18 El campo magnético. Fuerza magnética sobre una carga eléctrica en movimiento. El ciclotrón. Fuerza y torque magnética sobre una corriente eléctrica. Problemas y ejemplos. Ley de Biot-Savart. Cálculo de campos magnéticos usando la ley de Biot-Savart. Problemas y ejemplos. Ley de Ampere. Campo magnético cerca de un alambre largo. Líneas de conducción magnética.. Fuerzas entre dos conductores paralelos. Campos magnéticos en solenoides y toroides Tercer examen sobre las unidades V y VI, excluyendo la ley de Ampere. 05-08-09 6 INTERACCIÓN MAGNÉTICA 19 20 21 22 12-08-09 14-08-09 19-08-09 21-08-09 26-08-09 UNIDADES 6: CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO UNIDAD 7 CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO SESION TEMAS FECHAS 23 Experimento de Faraday. La ley de inducción de Faraday. Ley de Lenz. 28-08-09 Problemas de inducción. 24 Campos magnéticos variables con el tiempo. El betatrón. Inducción y movimientos 02-09-09 relativos. 25 26 27 Forma diferencial de la ley de Faraday. Inductancia. Cálculo de la inductancia. Energía y densidad de energía y el campo magnético. Problemas y ejemplos. Propiedades magnéticas de la materia . Ecuaciones de Maxwell en formas integral y diferencial. Cuarto examen (cubre todo después del tercer parcial) 04-09-09 11-09-09 11-09-09 22-09-09