Syllabus_PCFI121_2024_20.pdf

Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas SYLLABUS DE LA ASIGNATURA 1. Identificación de la Asignatura CURSO: Mecánica de la partícula CÓDIGO: PCFI121 PERÍODO: 202420 COORDINAD...

Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas SYLLABUS DE LA ASIGNATURA 1. Identificación de la Asignatura CURSO: Mecánica de la partícula CÓDIGO: PCFI121 PERÍODO: 202420 COORDINADOR DEL CURSO: José Mauricio Gonzalez S. PROFESOR(ES): Felipe Cubillos // Gabriel O’Ryan 2. Descripción General Esta asignatura corresponde a la formación en ciencias básica del estudiante, otorgando las bases y cimientos conceptuales para el desarrollo de los conocimientos y las habilidades que debe poseer, ya que interactúa con modelos de otras áreas de las ciencias e ingeniería. En este curso se estudiarán las leyes fundamentales de la mecánica clásica bajo la formulación newtoniana, se presentarán los conceptos de movimiento, fuerza, trabajo y energía, brindándole al estudiante herramientas para el análisis de fenómenos relacionados con el movimiento de cuerpos, especialmente aquel perteneciente al mundo macroscópico y cuya rapidez es muy inferior a la velocidad de la luz. Al finalizar al curso, el estudiante podrá analizar y resolver problemas de la mecánica de la partícula en la formulación newtoniana. Tipo de Horas Actividad 1 Teórica Ayudantía Laboratorio Taller Terreno Clínica Total Personales N° horas 4 2 6 9 semanales2 Tipo de Actividad Horas por semana Sesiones por semana Semanas por semestre Teórico 4 2 16 Ayudantía 2 1 1 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas 3. Aprendizajes Esperados y Unidades de Contenido. I. Aprendizajes Esperados II. Contenidos 1.- Aplica sistemas de coordenadas apropiado UNIDAD I: Movimiento y Coordenadas a la resolución de problemas de cinemática de Expansiones y trigonometría la partícula, en una, dos y tres dimensiones, o Expansiones y series utilizando herramientas matemáticas o Elementos de apropiadas. Trigonometría Cinemática en una dimensión. o Sistema de referencia, 2.- Aplica las leyes del movimiento en la Posición, velocidad y descripción de la evolución de las propiedades aceleración y su relación a mecánicas de un sistema físico, considerando través del límite y la derivada. su interacción con el medio. o La antiderivada como el camino inverso para 3.- Evalúa los intercambios de energía encontrar las relaciones mecánica entre sistemas físicos que entre aceleración, velocidad y aceleración Interactúan haciendo consideraciones de o Aplicación de máximos y conservación para sistemas aislados. mínimos para encontrar valores críticos. o Elementos de cálculo 4.- Evalúa la cantidad de movimiento total de diferencial e integral un sistema físico y su intercambio entre Cinemática del movimiento sistemas que Interactúan haciendo curvilíneo. consideraciones de conservación para o Sistemas de referencia, sistemas aislados. vectores y sus operaciones básicas. o Cinemática en base 5.- Analiza las condiciones rotación de una o cartesiana varias partículas considerando el Momentum ▪ Caída libre angular total de un sistema haciendo ▪ Lanzamiento de consideraciones de conservación para proyectiles ▪ Movimiento sistemas aislados. circular uniforme. ▪ El Oscilador armónico simple 6.- Aplicar las leyes del movimiento a la o Generalización de la descripción del movimiento para sistemas de cinemática cilíndricas, relevancia física. esféricas e intrínsecas. ▪ Base móvil y ecuaciones de transformación. 2 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas ▪ Movimiento circular y movimiento curvilíneo. ▪ El péndulo simple UNIDAD II: SISTEMAS FÍSICOS Y MECÁNICA DE LA PARTÍCULA. Noción de sistema físico, sistemas abiertos y cerrados y sus propiedades mecánicas: Masa, Energía cinética y Momentum Lineal y Momentum Angular Cambio de Momentum lineal y noción de fuerzas. Leyes de Newton Fuerzas internas y ley de acción y reacción Aplicaciones considerando Fuerzas constantes Fuerzas de roce Fuerzas variables en el tiempo. Fuerzas variables en la posición El Oscilador armónico simple UNIDAD III: Trabajo y Energía Producto Escalar entre vectores Integrales de línea y su conexión con el trabajo realizado por una fuerza. Fuerza y energía potencial. Trabajo Neto, Energía Cinética, Potencia. Teorema de Trabajo y Energía Cinética. Fuerzas Conservativas y no conservativas. El Oscilador armónico simple UNIDAD IV: Momentum Lineal y Colisiones 3 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas Momentum lineal de un sistema y su conservación. Sistema de dos Partículas y sistema de referencias Centro de Masas. Colisiones Elásticas e Inelásticas. Impulso UNIDAD V: Torque y Momentum Angular Producto Vectorial Momentum Angular de una partícula Torque Neto y la ecuación de movimiento para rotaciones. 4. Clase a clase (Calendario) *La semana parte con la primera clase del martes y termina con la ayudantía de lunes de la semana siguiente. Este calendario es tentativo y podría sufrir adelantos o atrasos según las circunstancias. Tipo de A.E. N° de sesión Contenido y/o actividad didáctica o evaluativa actividad Relacionado Semana 1 Presentación del curso UNIDAD I: Movimiento y Coordenadas Sesión 1 Teórico AE 1 Expansiones y trigonometría Expansiones y series Elementos de Trigonometría Cinemática en una dimensión. Sesión 2 Teórico AE 1 Sistema de referencia, Posición, velocidad y aceleración y su relación a través del límite y la derivada Sesión 3 Ayudantía resolución de un ejercicios AE 1 4 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas Semana 2 La antiderivada como el camino inverso para encontrar las Sesión 4 teórico AE 1 relaciones entre aceleración, velocidad y aceleración Sesión 5 Teórico a. Feriado Nacional 15/08 Sesión 6 Ayudantía resolución de un ejercicios AE 1 Semana 3 Experimentalb. Análisis experimental del movimiento con aceleración Sesión 7 AE 1 G1 constante Experimentalc. Análisis experimental del movimiento con aceleración Sesión 8 AE 1 G2 constante Sesión 9 Ayudantía Ejercitación AE 1 Semana 4 d. Aplicación de máximos y mínimos para encontrar valores Sesión 10 Teórico AE 1 críticos. Cinemática del movimiento curvilíneo. Sistemas de referencia, vectores y sus operaciones básicas. Sesión 11 Teórico AE 1 Cinemática en base cartesiana Caída libre Sesión 12 Ayudantía Ejercitación AE 1 Semana 5 Sesión 13 Lanzamiento de proyectiles Teórico AE 1 Movimiento circular uniforme. Generalización de la cinemática cilíndricas, esféricas e intrínsecas. Sesión 14 Teórico Base móvil y ecuaciones de transformación. AE 1 Movimiento circular y movimiento curvilíneo. Cinemática del MAS Sesión 15 Ayudantía Ejercitación AE 1 Semana 6 UNIDAD II: SISTEMAS FÍSICOS Y MECÁNICA DE LA PARTÍCULA. Sesión 16 Teórico Noción de sistema físico, sistemas abiertos y cerrados AE 2 y sus propiedades mecánicas: Masa, Energía cinética y Momentum Lineal y Momentum Angular Cambio de Momentum lineal y noción de fuerzas. 5 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas Sesión 17 Teórico Leyes de Newton AE 2 Sesión 18 Ayudantía Ejercitación AE 2 Semana 7 Sesión 19 Teórico Fuerzas internas y ley de acción y reacción AE 2 Sesión 20 Feriado Nacional Sesión 21 Ayudantía Ejercitación AE 2 Semana 8 Aplicaciones considerando Sesión 22 Teórico AE 2 Fuerzas constantes Sesión 23 Teórico Fuerzas de roce AE 2 Sesión 24 Ayudantía Ejercitación AE 2 Semana 9 Experimental Determinación de coeficiente de roce cinético y Sesión 25 AE 2 G1 estático Experimental Determinación de coeficiente de roce cinético y Sesión 26 AE 2 G2 estático Sesión 27 Ayudantía Ejercitación AE 2 Semana 10 Fuerzas variables en el tiempo. Sesión 28 Teórico AE 2 Fuerzas variables en la posición Sesión 29 Teórico El oscilador armónico AE2 Sesión 30 Ayudantía Ejercitación AE 2 Semana 11 UNIDAD III: Trabajo y Energía Sesión 31 Teórico Producto Escalar entre vectores. AE 3 Integrales de línea y su conexión con el trabajo realizado por una fuerza. Trabajo realizado por una o varias fuerzas constante Sesión 32 Teórico AE 3 Gráfico de Trabajo y desplazamiento Sesión 33 Ayudantía Ejercitación AE 3 Semana 12 Fuerza y energía potencial. Sesión 34 Teórico Trabajo Neto, Energía Cinética, Potencia. AE 3 Teorema de Trabajo y Energía Cinética. El oscilador armónico simple Sesión 35 Teórico Teorema del Trabajo y la energía mecánica AE 3 Fuerzas Conservativas y no conservativas. Sesión 36 Ayudantía Ejercitación Semana 13 Sesión 37 Teórico Semana de Consolidación AE 3 6 Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas Sesión 38 Teórico Semana de Consolidación AE 3 Sesión 39 Ayudantía Ejercitación AE 3 Semana 14 Experimental Sesión 40 Conservación de la energía mecánica: Péndulo simple AE 3 G1 Experimental Sesión 41 Conservación de la energía mecánica: Péndulo simple AE 3 G2 Sesión 39 Ayudantía Ejercitación AE 3 Semana 15 UNIDAD IV: Momentum Lineal y Colisiones Momentum lineal de un sistema y su conservación. Sesión 42 Sistema de dos Partículas y sistema de referencias AE 4 Centro de Masas Impulso y su relación con la fuerza neta. Colisiones centrales y no centrales: Elásticas e Sesión 43 AE 4 Inelásticas Sesión 44 Ayudantía Ejercitación AE 4 Semana 16 Experimental Conservación del Momentum lineal en colisiones Sesión 45 AE 4 G1 centrales elásticas y no elásticas. Experimental Conservación del Momentum lineal en colisiones Sesión 46 AE 4 G2 centrales elásticas y no elásticas. Sesión 47 Ayudantía Ejercitación AE 4 Semana 17* (este contenido podría no alcanzar a tratarse en el curso) UNIDAD V: Torque y Momentum Angular Sesión 48 Teórico Producto Vectorial AE 5 Momentum Angular de una partícula Torque Neto y la ecuación de movimiento para Sesión 49 Teórico AE 5 rotaciones. Sesión 50 Ayudantía Ejercitación AE 5 5. Evaluación Ponderación N° Evaluación Tipo de evaluación de la evaluación 2 Promedio de Pruebas 50%NP 3 Informe Laboratorio 25%NP 4 Tareas 25%NP NP 70%NF 7  Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas 5 Examen 30%NF De las actividades evaluadas El curso tiene tres pruebas las que serán en modalidad de desarrollo, una nota por Tareas calculada como media geométrica de las notas de Tareas y una nota por informes de laboratorio calculada como media geométrica de las de las notas de los informes, dado que un objetivo del curso es que cada estudiante participe activa y colaborativamente, no se eliminará ninguna nota de estas actividades. Al final del semestre el alumno deberá rendir el examen, si su nota de presentación es inferior a un 5,0. Prueba Solemne (PS): Es una actividad de responsabilidad individual que tiene como objetivo evidenciar la integración y síntesis de los contenidos del curso dando cuenta del nivel de dominio que el estudiante ha alcanzado respecto de los objetivos del curso. Durante el curso se realizan 2 pruebas parciales (PS1, PS2, PS3): y cada una de ellas equivale 50/3% de ponderación de la nota de presentación. Las pruebas solemnes son de desarrollo. Tareas (T): La tarea es una actividad de responsabilidad individual que tiene como objetivo evidenciar el avance, integración y síntesis de los contenidos del curso antes de las pruebas dando cuenta del nivel de dominio que el estudiante ha alcanzado respecto de los objetivos del curso por lo que su promedio permite evidenciar el compromiso personal con su formación. Si bien se entiende que los estudiantes podrían trabajar en grupo para la solución de las tareas es espera que el reporte sea de construcción original, por lo que se considerará copia de tarea a aquellas entregas que sean iguales o muy parecidas y serán tratadas como fraude (ver punto correspondiente) y calificadas con nota mínima. Se propondrán tres tareas durante el curso consistente en listado de ejercicios a desarrollar. Se publicarán tareas dos semanas antes de cada prueba las que serán publicadas en el aula virtual del curso. La tarea debe ser publicada como máximo tres días antes de la prueba correspondiente y luego del cierre se publicará la pauta a fin de retroalimentar al curso. Esta secuencia tiene como objetivo de que el estudiante pueda considerar acciones remediales de estudio y posibilidad de retroalimentación oportuna. Informes de Laboratorio (Inf): Es una actividad de responsabilidad grupal y colaborativa que tiene como objetivo evidenciar el avance, integración y síntesis de los contenidos del curso antes de las pruebas dando cuenta del nivel de dominio que el estudiante ha alcanzado respecto de los objetivos del curso por lo que su promedio permite evidenciar el compromiso personal con su formación. Para organizar el trabajo, cada profesor de una secciòn dividirá el curso en dos grupos G1 y G2 los que asistirán en una de las dos sesiones de clases de la semana correspondiente a trabajo experimental. Como los laboratorios tienen 6 mesones de trabajo entonces cada uno de estos grupos será subdividido por afinidad en grupos de hasta 4 personas. Los informes se deben trabajar en grupo y se debe presentar un documento que contemple el análisis de cada una de las actividades experimentales que se propondrán durante el curso (4 8  Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas actividades). Respecto del plagio se activará el sistema detector de Plagio para sancionar todo informe grupo al que se publique y que tenga un porcentaje de 35% de similitud los que serán tratados como fraude y calificados con nota mínima. Los informes deben ser publicados por lo grupos de estudiantes a más tardar 7 días después de la realización de cada sesión experimental. Se proveerá un formato de informe. Ante conflicto en un grupo de trabajo de laboratorio, el profesor informará al coordinador del curso a fin de que este establezca una sesión de trabajo para el o los estudiantes que sean expulsados de sus grupos por razones justificadas, tales como no trabajar en el desarrollo del experimento, no colaborar en el desarrollo del informe, o algún tipo de acoso normado por el reglamento de la UNAB. Esta actividad será en todo caso fuera de los horarios del curso. De las Fechas de evaluación Las fechas de las pruebas solemnes y el examen son las siguientes: Evaluación Fecha Prueba 1 Jueves, 5 de septiembre 15:50 hrs (3 hrs de duración) Prueba 2 Jueves, 17 de octubre 15:50 hrs (3 hrs de duración) Prueba 3 Jueves, 28 de noviembre 15:50 hrs (3 hrs de duración) Examen Martes, 10 de diciembre 15:50 hrs (3 hrs de duración) Las fechas de las Tareas son Tarea Fecha de publicación Fecha de entrega 1 22/08/2024 15:00 hrs 02/09/2024 23:00 hrs 2 03/10/2024 15:00 hrs 14/10/2024 23:00 hrs 3 14/11/2024 15:00 hrs 25/11/2024 23:00 hrs Las fechas de publicación de los informes son: Evaluación Fecha Informe 1 Grupo 1: Martes 27 agosto 23:00 hrs // Grupo 2: Jueves 29 agosto 23:00 hrs Informe 2 Grupo 1: Martes 01 octubre 23:00 hrs // Grupo 2: Jueves 03 octubre 23:00 hrs Informe 3 Grupo 1: Martes 12 noviembre 23:00 hrs // Grupo 2: Jueves 14 noviembre 23:00 hrs Informe 4 Grupo 1: Martes 26 noviembre 23:00 hrs // Grupo 2: Jueves 28 noviembre 23:00 hrs 9  Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas 6. Condiciones de Aprobación a. Para calcular el promedio de las Tareas se utilizará la media geométrica. No se eliminará ninguna de las tres notas para calcular este calificación 3 3 𝑇 = √∏ 𝑇𝑖 𝑖=1 b. Para calcular el promedio de los informes de actividades experimentales se utilizará la media geométrica. No se eliminará ninguna de las tres notas para calcular esta calificación 4 4 𝐼𝑛𝑓 = √∏ 𝐼𝑛𝑓𝑖 𝑖=1 c. La nota de presentación será calculada según la siguiente forma: 𝑁𝑃 = 0,50( 𝑃𝑆1 + 𝑃𝑆2 + 𝑃𝑆3) + 0,25 𝑇 + 0,25𝐼𝑛𝑓 d. La condición para eximirse del examen final es: NP = 5.0 e. En caso de que la nota del examen sea mejor que alguna solemne, el examen reemplazará la peor nota de las solemnes y en ningún caso las notas por tareas ni informes de laboratorio. En caso de una falta justificada se aplica esta misma regla, el examen reemplazará la peor nota de solemnes rendidas o no rendidas. f. El curso está regulado, además, por el Reglamento del Alumno de Pregrado vigente. 7. Bibliografía Obligatoria: Alonso M., Finn E. (1971) Física volumen I Mecánica. México D.F. Fondo Interamericano de Cultura. Kittel C., Knight W., Ruderman M. (1999). Mecánica: Berkeley Physics Course. Bacelona. Reverté. Complementaria: 10  Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Físicas Massman H., Muñoz V. (2008) Introducción a la mecánica. Universidad de Chile, Santiago. Cordero P. (2017). Mecánica: La física del Movimiento. Santiago, Chile. Santiago. Nota: Este documento está sujeto a modificaciones en función de la contingencia semestral. 11