UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA MECANICA MECANICA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO ACADEMICO ACADEMICO DE CIENCIAS BASICAS, BASICAS, HUMANIDADES HUMANIDADES Y CURSOS CURSOS COMPLEMENTA COMPLEMENTARIOS RIOS
SILABO P.A. 2012-I 1.
INFORMACION GENERAL Nombre del curso : Código del curso : Especialidad : Condición : Ciclo de estudios : Pre-requisitos : Número de créditos : Total de horas semestrales: Total de horas por semana Teoría : Practica : Laboratorio : Duración : Sistema de evaluación : Subsistema de evaluación: Profesor de teoría : Profesor de práctica
2.
:
Física I MB 223 M3/M4/M5/M6 M3/M4/M5/M6 OBLIGATORIO 1er. CICLO NINGUNO 05 (Cinco) 94 h 07 h 04 h por semana 03 h quincenales 03 h quincenales 17 Semanas F -Eduardo Caballero, Martín Casado, Javier Chávez Vivar Martin Casado ,Javier Chávez, Eduardo Caballero
SUMILLA Partíc ula. 2. Dinámica de una Partícula. 3. 1. Introducción – Cinemática de una Partícula. Dinámica de un Sistema de Partículas. 4. Dinámica de Rotación. 5. Estática. 6. Introducción a la Teoría de la Elasticidad. 7. Gravitación.
3.
OBJETIVO
Al finalizar el curso, y utilizando los principios y leyes de la Mecánica Clásica , así como el manual de laboratorio de Física, los l os alumnos podrán: a.
Explicar los fenómenos físicos relacionados a la mecánica de partículas, sistemas de partículas y cuerpos rígidos, estableciendo con precisión las interacciones entre cuerpos en contacto o a distancia.
b.
Resolver problemas prácticos de la mecánica mecánica de partículas, sistemas de partículas y cuerpos rígidos, calculando adecuadamente magnitudes físicas de la Mecánica.
4.
PROGRAMA PRIMERA SEMANA
CAPITULO I: Introducción - Cinemátic a de una Partícula 1.1. 1.2.
Naturaleza de la Física. Breve reseña histórica sobre el desarrollo de la Física. La materia y sus estados. Sistema de referencia, sistema coordenado, partícula, posición, trayectoria y desplazamiento, longitud recorrida. Velocidad media e instantánea. Rapidez media e instantánea. Aceleración media e instantánea. Movimiento unidimensional. Movimiento rectilíneo uniforme (MRU), ecuaciones, análisis e interpretación de gráficos. Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV), ecuaciones, análisis e interpretación de gráficos. Caída libre. Problemas.
SEGUNDA SEMANA
1.3.
Movimiento bidimensional: en coordenadas cartesianas, polares (dirección radial y transversal) e intrínsecas (dirección normal y tangencial). Movimiento con aceleración constante. Movimiento de proyectiles. Movimiento circular: cantidades cinemáticas angulares. Movimiento circular uniforme (MCU) . Movimiento circular uniformemente variado (MCUV). Problemas.
TERCERA SEMANA
1.4. 1.5.
Movimiento tridimensional en coordenadas cartesianas. Movimiento relativo. Posición, velocidad y aceleración relativa. Ejes en traslación. Ejes en rotación. Aceleración de Coriolis. Aplicaciones y problemas.
CUARTA SEMANA
CAPITULO II: Dinámica de una Partícula 2.1.
Leyes de Newton del movimiento. Noción intuitiva de fuerza.. Primera ley de Newton y el concepto de fuerza. Fuerzas básicas en la naturaleza. Principio de superposición. Fuerzas y equilibrio de una partícula.. Ejemplos. 2.2. Tercera ley de Newton. Diagrama de cuerpo libre. Reacciones en apoyos. 2.3. Rozamiento. Tipos. Teoría del rozamiento seco o de Coulomb. Criterios para el deslizamiento y la volcadura. Rozamiento estático y cinético. Ángulos de rozamiento. Problemas. QUINTA SEMANA
2.4. 2.5. 2.6.
2.7.
Segunda Ley de Newton. Masa y Peso de un cuerpo. Aplicación de la segunda ley de Newton. Fuerzas en sistemas de referencia inerciales y no inerciales. Fuerzas verdaderas y ficticias. Fuerzas tangencial, normal, radial y azimutal. Momento lineal o cantidad de movimiento de una partícula. Segunda ley de Newton en términos de cantidad de movimiento. Impulso de fuerza constante y de fuerza de magnitud variable. Teorema del impulso y la cantidad de movimiento. Definición general de impulso. Principio de conservación del momento lineal. Momento angular, momento cinético o cantidad de movimiento angular de una partícula.
SEXTA SEMANA
2.8.
Definición de Trabajo .Trabajo de fuerzas constantes y variables.
2.9. 2.10.
Definición de Energía. Energía Cinética. Teorema del Trabajo y la Energía cinética. Sistemas conservativos. Fuerzas conservativas. Energía potencial gravitatoria con gravedad constante. Energía potencial elástica. Conservación de la energía mecánica. Estabilidad del equilibrio para sistemas conservativos. Potencia y eficiencia mecánica.
SEPTIMA SEMANA
CAPITULO III: Dinámica de un Sistema de Partículas 3.1.
Sistema de partículas. Centro de masa. Momento lineal de un sistema de partículas. Momento lineal del centro de masa. Ecuaciones de movimiento. Principio de Conservación del momento lineal en un sistema de partículas. Problemas. 3.2. Energía Cinética. Teorema del Trabajo y la Energía Mecánica en un sistema de partículas. 3.3. Sistemas conservativos y no conservativos. Principio de Conservación de la Energía. Sistemas no conservativos. 3.4. Momento angular de un sistema de partículas. Conservación del momento angular en un sistema de partículas. OCTAVA SEMANA: Examen Parcial NOVENA SEMANA
3.5. 3.6.
Propulsión . Fuerzas en sistemas de masa variable. Aplicaciones. Choques ó Colisiones: Central directo y oblicuo, elástico, inelástico y plástico. Análisis energético del choque. Coeficiente de restitución. Problemas.
DECIMA SEMANA
CAPITULO IV: Dinámica de Rotación 4.1. 4.2.
Momento de inercia de una partícula, de un sistema de partículas y de un cuerpo rígido en coordenadas cartesianas. Teorema de los ejes paralelos. Radio de giro. Problemas. Movimiento del cuerpo rígido. Cinemática de los cuerpos rígidos. Movimiento en el plano. Centro instantáneo de rotación (CIR). Fenómeno de rodadura. Segunda ley de Newton aplicada a la rotación. Rodadura sin deslizamiento. Fuerza de fricción por rodadura.
DECIMO PRIMERA SEMANA
4.3. 4.4.
Movimiento de traslación y rotación alrededor de un eje fijo. Movimiento alrededor de un eje que pasa por el centro de masa. Trabajo y energía de rotación. Problemas. Movimiento de traslación y rotación alrededor del centro instantáneo de rotación. Trabajo y conservación de la energía para un cuerpo rígido. Impulso lineal y angular en un cuerpo rígido. Conservación del momento lineal y angular. El giroscopio - precesión. Problemas.
DECIMO SEGUNDA SEMANA
CAPITULO V: Estática 5.1.
5.2. 5.3.
Concepto de cuerpo rígido. Efectos de una fuerza sobre un cuerpo rígido. Principio de Transmisibilidad de fuerzas. Sistemas de fuerzas: Concurrentes ( teorema de Varignon), Paralelas, Coplanares, Cualesquiera... Composición de fuerzas concurrentes. Sistemas de fuerzas actuando sobre un cuerpo rígido. Casos asociados a la resultante. Torque o momento de una fuerza con respecto a un punto y con respecto a un eje.. Par o torque. Momento de un par. Condiciones para el equilibrio de un cuerpo rígido. Ecuaciones de equilibrio.
DECIMO TERCERA SEMANA
5.4. 5.5. 5.6.
Descomposición de una fuerza en una fuerza y un par. Sistemas equivalentes de fuerzas. Reducción de un sistema de fuerzas a una fuerza y un par. Centro de gravedad y centro de masa para un sistema de partículas y para un cuerpo rígido. Centroide de un cuerpo rígido: Casos de líneas, superficies y volumenes. Cuerpos compuestos. Teorema de Pappus y Guldinus.
DECIMO CUARTA SEMANA
CAPITULO VI: INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DE LA ELA STICIDAD 6.1. 6.2. 6.3. 6.4.
Elasticidad. Deformaciones elásticas. Esfuerzo normal: De tensión o tracción y compresión. Esfuerzo cortante. Deformación longitudinal y deformación unitaria. Ley de Hooke. Principio de superposición. Curva esfuerzo–deformación unitaria. Elasticidad y plasticidad. Energía potencial elástica. Problemas.
DECIMO QUINTA SEMANA
CAPITULO VII: Gravitación 7.1. 7.2. 7.3. 7.4.
Definición de campo. Campo gravitatorio. Ley de Gravitación Universal de Newton. Experimento de Cavendish. Peso. Fuerza entre una partícula y un cascarón esférico. Fuerza entre una partícula y una esfera. Intensidad de campo gravitatorio. Energía potencial gravitacional. Potencial gravitatorio. Leyes de Kepler. Consideraciones de energía. Movimiento de satélites. Primera y segunda velocidad cósmica. Problemas.
DECIMO SEXTA SEMANA: Examen Final DECIMO SEPTIMA SEMANA: Examen Sustitutorio
5.
ESTRATEGIAS DIDACTICAS El método lógico a seguir es el inductivo – deductivo, para que el estudiante conozca los conceptos y leyes que gobiernan la Física I - Mecánica.
6.
MATERIAL ES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDACTICOS Pizarra convencional y tizas, retroproyector de transparencias y multimedia, textos, separatas y manual de laboratorio del curso y equipos de laboratorio.
Física I. MB 223 P.A. 2012-1 7.
EVALUACIÓN TIPO DE EVALUACION (según el Sistema F) a) Promedio de prácticas calificadas y de laboratorio (PP) b) EXAMEN PARCIAL (EP) c) EXAMEN FINAL (EF)
PESO 1 1 2
La nota promocional o promedio del curso (PC) se obtendrá del siguiente modo: PC
1.PP 1.EP 2.EF 4
10,0
Número de prácticas calificadas en el semestre: Cuatro (04). La nota de la primera práctica calificada es la mejor nota comparativa entre ésta y la nota del examen final del Curso Introductorio (ésto es válido solo para los ingresantes 2011-I). El promedio de las prácticas calificadas se obtiene del promedio aritmético –truncado a un decimal– de las 3 mejores notas.
Número de prácticas de laboratorio: Seis (06).
Temas de las prácticas de laboratorio:
a) Medición e Incertidumbre. b) Velocidad y Aceleración Instantáneas Rectilíneo. c) Segunda Ley de Newton d) Trabajo y Energía e) Dinámica de Rotación. f) Medición de Fuerzas y Equilibrio Estático
en
Movimiento
Las prácticas de laboratorio son obligatorias. En el caso que un alumno no pueda realizar una de estas prácticas en su horario normal, la recuperación de la misma será de su entera responsabilidad, debiendo presentar su informe en forma individual, y además deberá contar con la autorización de su profesor de práctica.
Estas prácticas se evaluarán del siguiente modo:
* Test (antes de realizar la experiencia) * Informe * Sustentación del informe
05 puntos 10 puntos 05 puntos TOTAL: 20 puntos
Ninguna práctica de laboratorio se eliminará. El promedio de prácticas se determinará del siguiente modo: PP
1.PPC 1.PPL 2
donde:
PPC: Promedio de prácticas calificadas.
PPL: Promedio de prácticas de laboratorio. Las demás condiciones para aprobar el curso se contemplan en el reglamento de evaluaciones de la Facultad.
8.
BIBL IOGRAFIA DE TEXTO [1]
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Univ ersitaria - Volumen I, décimo segunda edición. Pearson Educación de México S.A. de C.V., México. 2009.
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Raymond A. Serway. Física, Tomo I, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana de México S.A. de C.V. México. 2002
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José Martín Casado Márquez. Física I para Estudiantes de Ciencias e Ingeniería. Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de Ingeniería (EDUNI), Lima, Perú, 2008.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA [1]
Paul G. Hewitt. C o n c e p t o s d e F ís i c a . Décima edición. Editorial Pearson S.A. de C .V. México. 2007
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M. Alonso, E. J. Finn. F ís i c a . Addison Wesley Iberoamericana. USA. 1995.
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Hans Ohanian, John T. Market, F ís i c a p a r a I n g e n i e r ía y C i e n c i a s , volumen I, tercera edición. Mc Graw Hill / Interamericana Editores, S.A. de C.V. México, D.F. 2009.
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Douglas C. Giancoli. F ís i c a p a r a U n i v e r s i t a r i o s , V o l u m e n I , tercera edición. Pearson Educación de México, S.A. de C.V. México 2002.
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David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. F u n d a m e n t o s d e F ís i c a , V o l u m e n I – L a N a t u r a l e z a d e l a s Co s a s , sexta edición. Grupo Patria Cultural S.A. de C.V. México, 2001.
BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIZADA [1]
Anthony Bedford, Wallace Fowler. M e c án i c a p a r a I n g e n i e r ía : E s t át i c a ( T o m o I ) y D i n ám i ca ( T o m o I I ) , quinta edición. Editorial Pearson S.A. de C.V. México 2007.
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James. L. Meriam, L. Glenn Kraige. M e c án i c a p a r a I n g e n i e r o s : Est át ic a ( T o m o I ) y D i n ám i ca ( T o m o I I ) . Tercera edición. Editorial Reverté S.A. Barcelona, España. 1998.
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Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston Jr. M e c án i c a V e c t o r i a l p a r a I n g e n i e r o s : Es t át i c a ( T o m o I ) y D i n ám i c a ( T o m o I I ) . Novena edición. Mc Graw Hill Interamericana Editores S.A. de C.V. México, D.F. 2010.
BIBLIOGRAFÍA POR INTERNET
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