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: 3 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: 1 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA CÓDIGO: FT-GA-013 VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) 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 2 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA CÓDIGO: FT-GA-013 VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) FECHA: Marzo12 de 2013 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. 3 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA CÓDIGO: FT-GA-013 VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) FECHA: Marzo12 de 2013 ESPECÍFICOS: Se espera que al final del curso, el estudiante 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. 4 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA CÓDIGO: FT-GA-013 VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) FECHA: Marzo12 de 2013 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: 5 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA CÓDIGO: FT-GA-013 VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) FECHA: Marzo12 de 2013 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 6 CÓDIGO: FT-GA-013 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA VERSIÓN: 1 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 7 CÓDIGO: FT-GA-013 PROCESO DE GESTIÓN ACADÉMICA VERSIÓN: 1 MICROCURRÍCULO (SYLLABUS) 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 8
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