SILABO (100000TO2L) DE CÁLCULO APLICADO APLICADO A LA FÍSICA I 2018 - 1 1. DATOS GENERALES 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8.
Facultad/Área Carrera: Coordinador: Requisitos: Créditos Horas semanales Modalidad Competencias:
Carrera
Área de Ciencias Todas las carreras de ingenierías Elías Catalán Sánchez Introducción a la matemática para la ingeniería 05 06 Presencial STEM
Competencia
Criterio
Aplica el razonamiento matemático, los métodos propios de la racionalidad científica y las destrezas tecnológicas, para Competencia básica describir, interpretar y Todas las en STEM (Ciencias, predecir distintos carreras de Tecnología, fenómenos en su contexto, Ingeniería y Ingeniería que conducen a la Matemáticas) adquisición de conocimientos, el contraste de ideas y la aplicación de los descubrimientos en el campo de la ingeniería.
Nivel de logro
Usando conocimientos básicos de matemática y geometría, el estudiante establece secuencias lógicas que le permiten esquematizar, leer e interpretar información, con el fin de establecer procesos de solución a una situación problemática estudiada.
2. FUNDAMENTACIÓN Esta asignatura es importante porque permite que el estudiante comprenda los fenómenos físicos físicos del movimiento y el equilibrio de los cuerpos que lo rodean y que están presentes en la naturaleza y en la industria. Permite, además, que el estudiante entienda el por qué y cómo funcionan estos fenómenos, y de qué manera pueden ser mejorados y/o controlados en el marco del área de ingeniería correspondiente. 3. SUMILLA Este curso es de carácter teórico, práctico y experimental, abarcará los siguientes tópicos: Análisis vectorial, funciones lineales, función cuadrática, ecuaciones de las cónicas: circunferencia, elipse y parábola. Cinemática de una partícula, cinemática bidimensional, movimiento circular, dinámica lineal ( leyes de Newton), dinámica circular, trabajo 1
mecánico, energía mecánica y conservación de la energía, momento lineal y sus conservación, impulso y colisiones, rotación de un cuerpo rígido alrededor de un eje fijo, movimiento de rotación y cantidad de movimiento angular. 4. LOGRO GENERAL DE APRENDIZAJE Al final del curso el estudiante utilizará correctamente las ecuaciones de la cinemática y dinámica de una partícula y explicará las leyes básicas del movimiento de una partícula. UNIDAD Y LOGRO ESPECÍFICO DEL APRENDIZAJE Unidad de aprendizaje 1: Semana: 1 Medición y unidades Logro especificado de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante aplica el sistema de unidades, expresa correctamente el resultado de una medición; comprende y explica la incertidumbre asociada a la medición. Temario Algebra básica: Suma y resta de fracciones. Teoría de exponentes La física y el método científico. Magnitudes físicas Conversión de unidades, dimensiones de las magnitudes físicas, notación científica, cifras significativas y orden de magnitud.
5. UNIDADES Y LOGROS ESPECÍFICOS DE APRENDIZAJE Unidad de aprendizaje 1: Semana: 2 Cinemática Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante plantea y aplica las ecuaciones para el movimiento de una partícula en una , dos y tres dimensiones Temario Suma y resta de vectores: Métodos gráfico y analítico. Función lineal, función cuadrática. Movimiento Rectilíneo y curvilíneo de una partícula: Velocidad media e instantánea. Aceleración media e instantánea. Movimiento rectilíneo uniforme. Movimiento uniformemente variado. Aplicaciones. Movimiento de proyectiles. Caída libre y movimiento parabólico. Ecuación de la trayectoria. Aplicaciones Movimiento Circular: velocidad angular y aceleración angular. Movimiento circular uniforme. Movimiento circular uniformemente variado. Componentes tangencial y normal de la aceleración. Aplicaciones.
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Unidad de aprendizaje 2: Semana: 3 Dinámica Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante analiza y aplica leyes de la dinámica al movimiento de los cuerpos. Temario Descomposición de vectores en dos y tres dimensiones: método gráfico. Conceptos de Fuerza. Leyes de Newton. Fuerzas internas y externas. Masa inercial. Fuerza y momento lineal. Aplicaciones. Segunda ley de Newton aplicada al movimiento circular, movimiento circular no uniforme, movimiento en presencia de fuerzas resistivas. fuerza de fricción: Coeficiente de fricción: estático y dinámica. Aplicaciones
Unidad de aprendizaje 3. Semanas: 4 Estática Logro especificado de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante describe los sistemas que se encuentran en equilibrio estático calculando magnitudes físicas. Temario Descomposición vectorial de la fuerza: dos y tres componentes y fuerza resultante. Producto escalar Centro de masa y centro de gravedad Primera condición de equilibrio: Traslación. Sistema de fuerzas coplanares. Sistema tridimensional de fuerzas. Segunda Condición de equilibrio: Rotación Momento de una fuerza. Principio de momentos.
Unidad de aprendizaje 3: Semana: 5 Trabajo y energía Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante determina el trabajo mecánico de las fuerzas conservativas y no conservativas al movimiento de los cuerpos utilizando co nceptos de energía. Temario
Producto escalar y sus propiedades, integral definida, derivadas básicas. Concepto de trabajo. Trabajo de fuerzas constantes y variables. Energía cinética. Teorema del trabajo y la energía cinética. Energía Potencial. Aplicaciones. Fuerzas conservativas. Fuerza elástica y gravitatoria. Energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica. Energía mecánica y 3
conservación de la energía mecánica. Potencia. Aplicaciones. Principio de conservación de la energía. Sistemas conservativos y no conservativos. Sistema de partículas y su relación con el caso de una partícula. Aplicaciones.
Unidad de aprendizaje 4: Semana: 6. Cantidad de movimiento lineal y colisiones Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante describe las colisiones de un sistema de partículas en una y dos dimensiones para determinar magnitudes cinemáticas y dinámicas. Temario
Momento lineal y su conservación, impulso y momento lineal, colisiones elásticas e inelásticas en una y dos dimensiones Dinámica de un sistema de partículas. Centro de masa (CM). Movimiento del CM. Velocidad y aceleración. Momento lineal de un sistema de partículas. Aplicaciones
Unidad de aprendizaje :7 Semana: 7, 8 Rotación del sólido rígido Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad, el estudiante describe el movimiento de una un cuerpo rígido aplicando el principio de conservación de energía. Temario
Movimiento rotacional de un sistema de partículas. Conservación del momento angular. Momento de inercia de un sistema de partículas y de un cuerpo rígido. Torque y momento angular. Torque y momento de inercia. Aplicaciones. Energía Cinética de un cuerpo rígido. Energía cinética de rotación y traslación. Conservación de la energía. Energía cinética y momento de inercia. Energía mecánica de un cuerpo rígido. Aplicaciones
6. METODOLOGÍA Las sesiones presenciales se incorporan ayudas audiovisuales, complementadas con apoyo de recursos digitales publicados en la plataforma virtual y con ejercicios prácticos. En las sesiones de laboratorio desarrollarán experimentos trabajando colaborativamente y apoyándose con una guía de trabajo. Los estudiantes reforzarán su aprendizaje a través de lecciones que serán presentadas en el aula virtual Canvas. En esta plataforma podrán encontrar materiales sobre los aspectos principales del curso, ejercicios resueltos y ejercicios propuestos, estos materiales le ayudaran en su preparación para afrontar con éxito las prácticas calificadas. 4
Los principios de aprendizaje que se promoverán en el curso son: Aprendizaje autónomo Aprendizaje para la era digital. Aprendizaje colaborativo
7. SISTEMA DE EVALUACIÓN El curso tendrá las siguientes evaluaciones: Tipo
Descripción nota Prueba de Entrada Práctica Calificada 1
Semana
Observación
Recuperable
01 03
Individual Práctica Individual realizada durante la sesión de clase
NO NO
PC2
Práctica Calificada 2
PC3
Práctica Calificada 3
PC4
Práctica Calificada 4
PL
Laboratorios
TG
Trabajo grupal
Práctica Individual realizada 05 durante la sesión de clase Práctica Individual realizada 07 durante la sesión de clase 08 Práctica Individual realizada durante la sesión de clase -1PL: 02 Se realizarán 4 laboratorios -2PL: 04 durante el ciclo. La evaluación del -3PL: 06 laboratorio será de carácter -4PL: 08 mixto: Individual: En la plataforma educativa se implementará una prueba tipo test sobre el video del experimento del laboratorio con un peso máximo de 8/20. Grupal: Al finalizar el experimento en el laboratorio, el grupo de estudiantes de cada mesa presentará un reporte escrito de resultados. El reporte tendrá una calificación máxima de 12/20 -1.TG: 1 En la semana 1 se presenta el NO -2.TG: 2 trabajo a los estudiantes -3.TG: 4 En la semana 2, los estudiantes -4.TG: 7 entregan al docente el equipo -5. TG: formado con el coordinador del 8 grupo. En la semana 9 y 12, presentan el avance del trabajo Semana 17, la presentación y sustentación del trabajo final.
EF
Examen Final
PE PC1
Examen Individual 5
SI
NO NO NO NO
EXAMEN REZAGADO ER Examen individual El promedio final se obtendrá de la siguiente fórmula:
No
0%PE + 10%(PC1) + 10%(PC2) + 10% (PC3) + 10%(PC4)+10%(TA) + 5%(LC1) + 5%(LC2) + 5%(LC3) + 5%(LC4) + 30%(EF)
Donde:
LC = Laboratorio PC = Práctica Calificada PE = Prueba de Entrada TA= Trabajo Aplicado( proyecto)
Nota: Solo se podrá rezagar el examen final. El examen rezagado incluye los contenidos de todo el curso. No se elimina ninguna práctica calificada. No se elimina ningún laboratorio calificado. La nota mínima aprobatoria es 12 (doce). La segunda y la cuarta práctica calificada incluirán la calificación del trabajo autónomo reflexivo respectivo.
En el caso de que un alumno no rinda una práctica calificada (PC) y, por lo tanto, obtenga NS, esta es reemplazada con la nota que se obtenga en el examen final o de rezagado. En caso de que el alumno tenga más de una práctica calificada no rendida, solo se reemplaza la práctica calificada de mayor peso. No es necesario que el alumno realice trámite alguno para que este remplazo se realice. En el caso de prácticas calificadas, de Laboratorio y exámenes, los alumnos tiene una tolerancia de 15 minutos para ingresar a rendirlos. Pasado este tiempo, no puede ingresar. Una vez empezado el examen o la práctica, los alumnos no pueden retirarse del aula sino hasta después de los 15 minutos de haberse iniciado la evaluación
8. FUENTES DE INFORMACIÓN BIBLIOGRAFIA BÁSICA Serway, R. y Jewett, J.W.(2015) Física para ciencias e ingeniería. Volumen I. México. Ed. Thomson. Sears F., Zemansky M.W., Young H. D., Freedman R.A. (2013 Física Universitaria Volumen I Undécima Edición. México. Pearson Educación. COMPLEMENTARIA Tipler, P., Mosca, G. (2010) Física para la ciencia y la tecnología. Volumen I. México Ed. Reverté . Feynman, R.P. y otros. (2005) Física. Vol. I. Panamá. Fondo Educativo interamericano. Halliday, D., Resnick, R. y Krane, K.S.(2008) Física. Volumen I. México. Ed. Continental. 6
DIRECCIONES ELECTRONICAS
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http://search.msn.es/results.aspx?srch=105&FORM=AS5&q=http%2f%2f http://www.edu.aytolacoruna.es%2faula%2ffisica%2fapplets%2fHwang%2fntnujav a%2findexH.html http://www.ucm.es/info/hcontemp/leoc/hciencia.htm. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidadMedida.htm.
9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Unidad de aprendizaje
Semana
Sesión
Tema Presentación del curso Algebra básica: Suma y resta de fracciones. Teoría de exponentes
1 Unidad I Mediciones y Unidades
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2
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La Física y el método científico Unidades y conversión de unidades. Cifras significativas y orden de magnitud Prueba de entrada Practica grupal dirigida Presentación del proyecto de clase Suma y resta de vectores: gráfica y analítica. Función lineal, función cuadrática. Derivada básica, Integral definida. Movimiento en una dimensión Desplazamiento, velocidad y rapidez aceleración Movimiento con aceleración constante. Caída libre Práctica grupal dirigida Los estudiantes deben entregar la 7
Actividades y Evaluaciones El Decente de matemática presentara el curso, indicara la metodología de la co-docencia y la distribución de las actividades semanales Tambien realizara un repaso del algebra ordinaria y la teoría de exponentes Docente de Fisca. Realizara la clase Expositiva
Docente de fisca Explicara sobre el proyecto que se debe desarrollar en el curso El docente de matemática realizara un recuento del algebra vectorial y realizara ejercicios con los alumnos Docente física. Realizara una clase expositiva. Del movimiento de los cuerpos.
El docente de Física. Trabajará sobre problemas basados en la obtención y
lista con el grupo de trabajo
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Unidad II Cinemática
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Suma de vectores dos y tres dimensiones. Ecuación de las cónicas I: circunferencia , elipse y parábola, integral definidas Movimiento en dos y tres dimensiones, vector desplazamiento, vector de posición, velocidad y aceleración. La ecuación del proyectil Práctica Dirigida grupal
Ecuación de las cónicas I: circunferencia , elipse y parábola, integral definidas Movimiento circular uniforme Aceleración tangencial y normal Velocidad y aceleración relativa
8 Primer Laboratorio
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Unidad III Dinámica 3
Descomposición de vectores en dos y tres dimensiones: gráficamente Leyes de Newton, fuerza y masa. Segunda ley de Newton Fuerza debido a la gravedad: el peso, Tercera ley de Newton. Fuerza de fricción Primera Práctica Calificada Diferencia de vectores en dos y tres dimensiones.
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Aplicaciones de las leyes de Newton. Segunda ley de Newton para una partícula en movimiento circular uniforme. Movimiento circular no uniforme. Presentación del primer avance 8
análisis de las gráficas del movimiento. El docente de matemática. Clase expositiva y trabajo grupal. Explicará la obtención de la velocidad y la posición usando herramientas del cálculo. Definirá las ecuaciones de las canónicas. Docente de física. Clase Expositiva sobre el movimiento en dos y tres dimensiones.
Docente de Matemática Trabajara sobre problemas basados en la obtención y análisis de las gráficas del movimiento. El docente de matemáticas. Explicará el plano cartesiano y las ecuaciones de algunas canónicas. Docente de Física clase expositiva sobre aceleración tangencia y normal. y resolución de problemas. Participación del alumno en la solución de problemas. -Realización del laboratorio: Medición, incertidumbre y errores Docente de Matemática Explicara la sumatoria de fuerzas desde los diagramas de cuerpo libre Docente de Física. Explicará las leyes de Newton y los diagramas de fuerza
Docente de Física. Cinemática El docente de Matemática. Explicará los sistemas de ecuaciones que se forman a partir de las sumatorias de fuerzas de un sistema en equilibrio y movimiento. Docente de Física. Explicar el movimiento circular
Docente de Física. Asesora a los alumnos en el
del trabajo
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Descomposición vectorial de la fuerza: dos y tres dimensiones, fuerza resultante.
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Unidad I Estática
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Centro de masa y centro de gravedad Primera condición de equilibrio: Traslación. Sistemas de fuerzas coplanarias Sistemas tridimensional de fuerzas Practica dirigida Vector de posición, suma de vectores en dos y tres dimensiones. Producto vectorial Segunda condición de Equilibrio: Rotación Momento de una fuerza, principio de momentos Segundo Laboratorio Producto escalar y propiedades, integral de línea. Derivada Básica.
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Unidad V Trabajo y Energía
Trabajo realizado por una fuerza constante. Trabajo realizado por una fuerza variable. Teorema del trabajo – energía cinética. Energía potencial de un sistema. Fuerza conservativa y no conservativa Segunda Practica calificada
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Integrales básica: Integral de lineal
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Conservación de la energía mecánica. Sistemas conservativos, sistemas no conservativos, cambios en 9
proyecto del curso, integrando los principios y fenómenos físico con los modelos matemáticos Docente de Matemática Presentara al estudiante como ubicar los vectores en un sistema de coordenadas de dos y tres dimensiones usando las Funciones trigonométricas. Docente de Física. Exposición de contenidos teóricos y resolución de problemas sobre equilibrio de los cuerpos en dos y tres dimensiones.
Docente de Física. Resolución de problemas El docente de matemática Explicar la sumatoria de fuerzas desde los diagramas de cuerpo libre Docente de Física Muestra ejemplo de equilibrio de los cuerpos en dos y tres dimensiones. Docente de física. Segunda ley de Newton Docente de matemática. Explica el trabajo como sumatoria de fuerzas usando la noción de la integral definida como suma circunscrita de áreas en la gráfica de fuerzas vs desplazamiento. Docente de Física. Explica el concepto físico de trabajo y energía y desarrollara problemas de aplicación
Docente de Física. Trabajo y energía El docente de matemática Explica el trabajo como sumatoria de fuerzas usando la noción de la integral. Docente de Física. Explica usos diversos y ejemplos de conservación de la energía.
energía mecánica para fuerzas no conservativas. Potencia.
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22 Unidad VI Cantidad y movimiento y colisiones
Cantidad de movimiento lineal Conservación del momento lineal Impulso y cantidad de movimiento Presentación del avance del trabajo
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Unidad VII Rotación del sólido rígido
Practica dirigida grupal Suma y resta de vectores, derivada Básica, Integral definida ,
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Vectores en dos y tres dimensiones, integral definida Colisiones en una y dos dimensiones Movimiento de un sistema de partículas Sistemas deformables. Tercer Laboratorio
Descomposición de vectores en tres dimensiones Cinemática de rotación: Posición, velocidad y aceleración angular. Cinemática rotacional: Objeto rígido bajo aceleración constante Tercera practica calificada
Docente de Física. Conservación de la energía mecánica. Docente de Matemática. Explica la forma de obtención del impulso a través de una integral definida El docente de Física. Explica los principios de la conservación del movimiento lineal y los choques elásticos Docente de Física. Asesora a los alumnos en el proyecto del curso, integrando los principios y fenómenos físico con los modelos matemáticos Docente de Matemática. Explica la forma de obtención del impulso a través de una integral definida. Docente de Física. Explica los principios de la conservación del movimiento lineal y los choques elásticos e inelástico. Docente de Física. Realización del Laboratorio: Ley de Hooke y cambios de energía potencial. El docente de Matemática realizara la descomposición de un vector en sus tres componentes. El docente de Física. Explica los principios de la rotación de cuerpos rígidos.
Cantidades angulares y traslación : rotación y Traslación
El docente de Física. Colisiones de partículas El docente de matemática. Explica a través del cálculo diferencial la interpretación de los cuerpos en rotación El docente de Física. Explica la dinámica en el movimiento rotacional.
Energía cinética de rotación , cálculo del momento de inercia y momento torsión
Docente de física. Explica los principios de la rotación de cuerpos rígidos.
Integral definida,
El docente de matemática. Explica el producto
Derivadas básicas, Integral definida.
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Rodamiento sin deslizamiento, Cantidad de movimiento angular de un objeto rígido giratorio. El giroscopio Cuarta practica calificada Producto vectorial
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Conservación del momento angular Sistema aislado. Cuantización del momento angular Cuarto laboratorio Exposición del trabajo final
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Exposición del trabajo final Trabajo de exposición final Examen final
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Examen de rezagado
vectorial y escalar asociada a la dinámica del movimiento rotacional Docente de física. Explicará sobre el deslizamiento de los cuerpos sin deslizamiento. Docente de física. Cuerpo rígido El docente de matemática. Explica a través del producto vectorial asociado a la dinámica del movimiento circular Docente de física. Explicación expositiva sobre la conservación del momento angular de un cuerpo rígido Docente de física. Colisiones en dos dimensiones Docente Física /matemática. Docente de Física
Docente de Física
10. FECHA DE ACTUALIZACIÓN:06/10/2017 TRABAJO DE EXPOSICIÓN Como el trabajo de exposición se evalúa en una sesión de la última semana, las propuestas son las siguientes: Propuesta Trabajo grupal. Resolución de un proyecto planteado por el docente (aprendizaje basado en problemas). Debe ser sustentada, entrega de un informe y ppt de exposición. La evaluación será durante todo el semestre
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