UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES

Departamento de

Física Aplicada a la Ingeniería Industrial

Asignatura:

G1003. FÍSICA GENERAL I

(Grado en Ingeniería Química)

GUÍA DEL CURSO 2010-2011

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1. OBJETIVOS La asignatura Física General I se encuadra en el primer semestre del primer curso del Plan de Estudios de la Titulación de Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales de la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. De acuerdo con su naturaleza de asignatura básica, pretende constituir, junto con la asignatura Física General II, el medio por el que el alumnado adquiera una formación inicial en Física suficientemente sólida que le permita el progresar con éxito en el conjunto de materias posteriores del Plan que se apoyan directamente sobre su conocimiento. De forma particular, se consideran como objetivos específicos más importantes en relación con el seguimiento de la asignatura por los alumnos: • Valoración de la Física como materia básica en una Escuela de Ingeniería (en particular la

E.T.S. de Ingenieros Industriales) y de la importancia de sus contenidos en el ámbito de la Ingeniería Industrial.

• Consideración de la Física como una ciencia integradora de muchas disciplinas separadas por razones históricas que, sin embargo, presentan importantes interdependencias y puntos de unificación.

• Consideración de la Física como una ciencia viva que, en función del carácter provisional de sus teorías, siempre está sujeta a posibles modificaciones, aún cuando algunas de sus conclusiones se hallen bien establecidas.

• Dominio del uso métodos científicos para expresar leyes físicas y modelos de comportamiento de sistemas físicos.

• Conocimiento de la metodología de determinación experimental de valores de magnitudes físicas y su comparación con los correspondientes resultados teóricos.

• Conocimiento y comprensión a nivel teórico de los temas integrantes del programa de la asignatura

• Desarrollo de la capacidad de aplicación de las teorías expuestas en la asignatura a situaciones prácticas características.

• Desarrollo y consolidación de la capacidad de análisis de problemas físicos característicos de los temas del programa de la asignatura de acuerdo con la metodología apropiada.

• Desarrollo de la capacidad de asociar la metodología teórico-práctica aprendida al análisis de problemas nuevos que puedan presentarse en posteriores disciplinas.

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2. CONTENIDOS El programa de la asignatura Física General I se estructura en torno a 14 temas secuencialmente encadenados que recorren, según lo requerido por asignaturas posteriores (Mecánica) y al nivel básico característico de las dos asignaturas de Física General, la parte de esta materia tradicionalmente considerada como Mecánica y dos temas finales dedicados a la Física de los Medios Deformables. Los citados contenidos se relacionan a continuación con un nivel de detalle que se irá precisando a lo largo de la exposición de los temas del curso. TEMA 1: Temas introductorios 1.1. La ciencia Física y el método científico 1.2. Ámbito y partes de la Física. Relación de la física con otras ciencias 1.3. Principio de correspondencia 1.4. Notación científica y órdenes de magnitud 1.5. Magnitud, cantidad y unidad 1.6. Ley Física. Ecuaciones de dimensión. Sistemas de unidades 1.7. Análisis dimensional 1.8. La medición de magnitudes físicas. Incertidumbre en la medida y su propagación TEMA 2: Vectores y sistemas de vectores 2.1. Sistemas de referencia y orientación en el espacio 2.2. Magnitudes escalares y vectoriales. Operaciones vectoriales 2.3. Vectores deslizantes 2.4. Sistemas de vectores deslizantes. Invariantes. Eje central. TEMA 3: Cinemática del punto 3.1. Velocidad y aceleración 3.2. Triedro intrínseco. Fórmulas de Frenet 3.3. Componentes intrínsecas de la velocidad y aceleración 3.4. Velocidad y aceleración expresadas en coordenadas polares 3.5. Aplicación a movimientos sencillos TEMA 4: Dinámica del punto 4.1. Definiciones de punto material, masa y fuerza 4.2. Leyes de Newton 4.3. Ecuaciones intrínsecas de la dinámica 4.4. Magnitudes cinéticas 4.5. Teoremas fundamentales de la dinámica 4.6. Sistemas de masa variable TEMA 5: Iniciación a la teoría de campos 5.1. Campos escalares y vectoriales 5.2. Circulación de un campo vectorial 5.3. Gradiente de un campo escalar 5.4. Rotacional de un campo vectorial 5.5. Campos conservativos. TEMA 6: Trabajo y Energía 6.1. Movimiento del punto material bajo fuerzas conservativas 6.2. Energía potencial 6.3. Conservación de la energía mecánica

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6.4. Estudio del movimiento armónico simple. Energías cinética y potencial 6.5. Estudio del movimiento de un punto bajo fuerzas centrales conservativas 6.6. Discusión de curvas de curvas de energía potencial TEMA 7: Campo gravitatorio 7.1. Campo gravitatorio: ley de gravitación universal 7.2. Principio de superposición de campos: intensidad del campo y potencial 7.3. Flujo de un campo vectorial: Teorema de Gauss 7.4. Casos prácticos de la determinación de campos gravitatorios creados por distribuciones

sencillas de masa 7.5. Campo gravitatorio terrestre. Velocidad de escape TEMA 8: Estática de sistemas I 8.1. Sistemas de puntos materiales. Sólido rígido 8.2. Momentos estáticos respecto a puntos, rectas y planos 8.3. Centro de masas. Teoremas de Guldin TEMA 9: Estática de sistemas II 9.1. Clasificación de las fuerzas en un sólido. Fuerzas de ligadura y aplicadas 9.2. Condición de equilibrio de un sistema material 9.3. Aplicación al sólido rígido: Reacciones y esfuerzos interiores 9.4. Casos prácticos: fricción, deslizamiento y vuelco. TEMA 10: Dinámica del punto en sistemas no inerciales 10.1. Cinemática relativa del punto: Velocidad y aceleración 10.2. Ecuación fundamental de la dinámica relativa 10.3. Aplicación a un sistema local de referencia ligado a un punto sobre la superficie de la Tierra TEMA 11: Dinámica del sólido rígido I 11.1. Sistemas de referencia. Movimiento general de un sistema indeformable 11.2. Campo de velocidades. Invariantes. Eje instantáneo de rotación y deslizamiento mínimo.

Centro instantáneo de rotación. 11.3. Campo de aceleraciones TEMA 12: Dinámica del sólido rígido II 12.1. Momentos de inercia centrales, áxicos, y planarios. 12.2. Teorema de Steiner. Radio de giro 12.3. Magnitudes cinéticas TEMA 13: Dinámica del sólido rígido III 13.1. Sistemas centro de masas. Teoremas de König 13.2. Teoremas fundamentales de la dinámica en sistemas centro de masas 13.3. Dinámica del sólido rígido: rotación alrededor de un eje fijo TEMA 14: Medios deformables 14.1. Esfuerzos y tensiones internas en sólidos deformables. Módulos de elasticidad 14.2. Fluidos. Definición y propiedades 14.3. Presión en fluidos. Principio de Pascal 14.4. Ecuación fundamental de la Hidrostática 14.5. Flotación. Principio de Arquímedes 14.6. Flujo de fluidos. Ecuación de continuidad 14.7. Conservación de la energía en fluidos. Ecuación de Bernoulli.

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3. PROGRAMACIÓN TEMPORAL En la secuenciación del programa de contenidos, se ha procurado, por razones metodológicas de orientación al alumno, definir una estructura en la que cada uno de los 14 temas propuestos pudiera ser impartido a lo largo de una semana natural desde el comienzo del curso. Sin embargo, por motivos de adaptación al calendario de la E.T.S.I.I., se habrá de modificar dicha planificación, reduciendo la impartición de los contenidos a un tiempo disponible estimado de 14 semanas. Dada la relativamente pequeña diferencia entre el tiempo programado y el tiempo real, así como las modificaciones de calendario debidas a fiestas y otras posibles causas, no se ha estimado conveniente realizar una “reprogramación” de contenidos dividiendo los temas en epígrafes y proceder a una reasignación de tiempos, por lo que, de forma orientativa, se puede seguir la regla sencilla de “aproximadamente 1 tema impartido por semana lectiva”. En cualquier caso, se recomienda al alumno el seguimiento sistemático y completo de las actividades lectivas como mejor medio de adquisición interrelacionada y progresiva de los correspondientes conocimientos y habilidades. En lo que se refiere a actividades de carácter práctico en laboratorio, los alumnos deben consultar el detalle de la programación de los grupos de prácticas en el tablón de anuncios del Departamento y en el Proyecto de Organización Docente 2010-2011 de la Jefatura de Estudios. Se recuerda que la asistencia a las sesiones de Prácticas de Laboratorio en las fechas programadas para cada alumno y la presentación de las correspondientes memorias son requisitos obligatorios para aprobar la asignatura. De acuerdo con esto, aquellos alumnos repetidores que pudiesen estar pendientes de realización de alguna Práctica de Laboratorio deberán ponerlo en conocimiento de la Secretaría del Departamento (Laboratorio de Mecánica, 3ª Planta) a la mayor brevedad al objeto de recibir instrucciones al respecto.

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4. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA Con carácter general, se recomiendan los siguientes textos (tanto apuntes de teoría como colecciones de problemas) para el seguimiento de la asignatura: 1. A.M. Sánchez Pérez: “Física General I”. Publicaciones ETSII 2. F.W. Sears, M.W. Zemansky, H.D. Young y R.A. Freedman: “Física Universitaria”, 11ª

Edición. Vol. 1 y 2. Addison-Wesley-Longman/Pearson Education. 3. P.A. Tipler: “Física para la Ciencia y la Tecnología”. 5ª Edición. Vol. 1 y 2. Ed. Reverté 4. M. Alonso, E.J. Finn: “Física”, Vol. 1. Fondo Educativo Interamericano. 5. F.P. Beer, E.R. Johnston: “Mecánica Vectorial para Ingenieros. Dinámica”. McGraw Hill 6. A.M. Sánchez Pérez y otros: “Problemas de Examen resueltos de la asignatura de Física”.

Publicaciones ETSII. Volúmenes 1 y 2. 7. J.J. Scala Estalella: “Problemas de Física”. Sociedad de amigos de la ETSII.

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5. ORIENTACIONES METODOLÓGICAS Para un mejor aprovechamiento de las enseñanzas por el alumnado, se recomienda la realización en cada tema de las siguientes actividades prácticas referidas a resolución de ejercicios y pequeños problemas incluidos en las hojas de Evaluación Continua propuestas por el Departamento, así como de los problemas de examen disponibles en la dirección electrónica: http://faii.etsii.upm.es/dfaii/Docencia/Asignaturas/física1_Quimicos.htm Se trata en todos los casos de problemas previamente propuestos en examen (lo cual les confiere un importancia fundamental de cara al ensayo por los alumnos sobre sus condiciones reales de aprovechamiento y posibilidad de superar la asignatura), las soluciones de algunos de los cuales vienen recogidas en las referencias 6 y 7 de la bibliografía recomendada y cuya correspondencia aproximada con los temas del programa se recoge en la tabla siguiente:

TEMA TÍTULO ACTIVIDADES PRÁCTICAS (PROBLEMAS DE EXAMEN)

RECOMENDADAS 1 Temas Introductorios

2 Vectores y sistemas de vectores

FGI_1994-02

FGI_1997-06

FGI_1998-06

3 Cinemática del punto

FGI_1994-09

FGI_1999-02

FG1_2001-06-22_SP

FG1Q_2005-06-17_SP

FG1_2006-02-03_SP

FG1_2008-02-06_SP

FG1Q_2008-02-06_SP

FG1_2008-06-11_SP

FG1Q_2008-09-17_SP

FG1Q_2009-01-23_SP

FG1Q_2009-06-24_SP

FG1Q_2010-06-16_SP

4 Dinámica del punto

FG1_2000-02-21_SP

FG1_2006-06-16_SP

FG1_2008-02-06_SP

FG1_2008-06-11_SP

FG1_2009-01-23_SP

5 Iniciación a la Teoría de Campos

6 Trabajo y Energía. FGI_1998-09

8

FG1_2002-09-03_SP

FG1_2004-06-21_SP

FG1Q_2006-02-03_SP

FG1_2007-02-02_SP

FG1Q_2009-09-09_SP

7 Campo Gravitatorio

FGI_1996-09(FGII)

FG1_2003-02-13_SP

FG1Q_2010-07-19_SP

FGI_pb17

8 Estática de sistemas I

9 Estática de sistemas II FG1_2000-06-16_SP

10 Dinámica del punto en sistemas no

inerciales

11

12

13

Dinámica del sólido rígido I

Dinámica del sólido rígido II

Dinámica del sólido rígido III

FGI_1995-06

FGI_1996-06

FG1_2000-09-15_SP

FG1_2002-02-14_SP

FG1_2003-06-17_SP

FG1_2004-09-06_SP

FG1_2005-09-21_SP

FG1Q_2005-09-21_SP

FG1_2007-09-14_SP

FG1Q_2008-06-11_SP

FG1Q_2010-02-10_SP

FG1Q_2010-06-16_SP

14 Medios Deformables FGI_pb28

FG1_2007-06-29_SP

Asimismo, se recomienda la asistencia regular a sesiones de Tutoría con el respectivo profesor de grupo al objeto de consultar posibles dudas sobre la materia e ir afianzando el aprendizaje. Los horarios de tutoría de los profesores del Departamento se hallan expuestos en los tablones de anuncios del mismo y, a través de la red informática, en la dirección: http://faii.etsii.upm.es/dfaii/Docencia/Asignaturas/física1_Quimicos.htm

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6. EVALUACIÓN

Para aprobar la asignatura, es obligatorio tener realizadas las prácticas de laboratorio correspondientes. También es necesario realizar el Examen Global en las fechas previstas en el Proyecto de Organización Docente elaborado por la Jefatura de Estudios de la ETSII. Dicho examen tendrá carácter de Examen Final para los alumnos que renuncien a la evaluación continua de acuerdo con la Normativa de Exámenes en vigor. Las convocatorias de Examen Global, con indicación de las horas y la distribución de alumnos por aula según número de matrícula, se expondrán con varios días de antelación en los tablones de anuncio del Departamento y en la página web del Departamento. Se recuerda que el Examen Global será válido solamente en el aula y horario anunciados. El alumno pondrá el máximo cuidado en asistir al turno y aula que le hayan sido asignados en cada convocatoria de examen al objeto de evitar problemas administrativos. El examen final constará de dos partes

1. Una primera parte, desarrollada durante un tiempo de entre 45 y 60 minutos, consistente

en la resolución de un conjunto de cuestiones cortas (entre 5 y 10), cuyo peso será de 5 puntos sobre el total de 10 del examen.

2. Una segunda parte, desarrollada durante 90 minutos, consistente en la resolución de uno o varios problemas y cuyo peso será de 5 puntos sobre el total de 10 del examen.

Durante el semestre de docencia de la asignatura se aplicará con carácter general un sistema de evaluación continua mediante controles escritos que se combinará de forma ponderada con la nota obtenida en el citado Examen Global. Los alumnos que renuncien a este procedimiento lo deberán comunicar al profesor encargado de su grupo mediante entrega del formulario disponible en http://faii.etsii.upm.es/dfaii/Docencia/Asignaturas/física1_Quimicos.htm debidamente cumplimentado con anterioridad a la última semana de clase del cuatrimestre (En el curso 2010-2011, no más tarde del 17 de Diciembre de 2010).

En el curso 2010-2011 y para los alumnos que se acojan al proceso de evaluación continua, la nota derivada de los controles de evaluación continua (CC) será la media aritmética de las dos mejores notas obtenidas en tres controles escritos realizados durante el curso. Dicha nota (CC) intervendrá con un peso del 40% sobre la nota final de la asignatura (se atribuirá un peso del 60% a la nota obtenida en el Examen Global), siempre que la nota alcanzada en el mismo sea m ≥ 3,5 puntos sobre 10, de acuerdo con lo que se indica a continuación. La nota final (NF) en la convocatoria del semestre en el que se desarrolla la docencia será:

A) La nota del Examen Global (EX), para aquellos alumnos que renuncien al sistema de evaluación continua. Es decir, en este caso: NF=EX

B) El mayor de los dos valores:

a. La nota obtenida en el Examen Global (EX). Es decir, NF1=EX b. La nota obtenida mediante ponderación de la nota de controles de evaluación

continua con la nota del Examen Global (EX) en la forma: NF2= x*CC+(1-x)*EX, con x=0,4 si EX ≥ m y x=0 si EX < m.

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Por consiguiente, en la convocatoria del semestre en el que se desarrolla la docencia, la nota final (NF) de los alumnos acogidos al procedimiento de evaluación continua será:

NF=max (NF1,NF2) = max (EX, x*CC+(1-x)*EX), con x=0,4 si EX ≥ m y x=0 si EX < m. En el resto de convocatorias la nota será la nota del examen final: NF=EX. En cualquiera de las convocatorias y en los casos en que NF ≥ 5,0 (alumnos aprobados), la nota obtenida en prácticas de laboratorio podrá ser tenida en cuenta para matizar al alza la calificación final: NF* = NF+ bonus (NP). Los controles escritos de evaluación continua se realizarán en los horarios programados al efecto en el Proyecto de Organización Docente de la ETSII-UPM y versarán sobre ejercicios (resueltos en clase, formularios distribuidos en papel, electrónicos o ejercicios de autoevaluación) para los que se haya cumplido el plazo de trabajo fijado por el profesor. Se utilizarán ampliamente colecciones de problemas propuestos con plazos de realización asignados como material con el que los estudiantes puedan preparar los controles escritos, siendo las preguntas de éstos razonablemente parecidas a las contenidas en el material recomendado.