UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMTICA ESCUELA DE FSICA aml

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA FSICA IV

I. GENERALIDADES Asignatura Fsica IV Cdigo FIS4109 Pr-requisito Fsica III (FIS3109) y Matemtica IV (MAT4109) Duracin 16 semanas, 96 horas Unidades Valorativas 4 Poblacin Estudiantes de Licenciatura en Fsica Perodo acadmico Ciclo I, Ao 2015 Nvel V Ciclo Profesor e Instructor Lic. Amrico Meja Lpez Fecha de entrega 24 de Febrero de 2014 II. DESCRIPCION GENERAL En este curso se inicia con un repaso de las ecuaciones bsicas del electromagnetismo, sobre todo las ecuaciones de Maxwell, para despus introducirse a las Ondas Electromagnticas. Tambin se analiza el comportamiento de la radiacin visible en sistemas cuyas dimensiones son mayores que su longitud de onda (ptica geomtrica) y en aquellos en que son significativas las relaciones de amplitud y de fase de los rayos luminosos (ptica fsica u ondulatoria). Despus se da una introduccin a la Relatividad Especial y se contina con el estudio de los fenmenos que dieron paso al desarrollo de lo que hoy se conoce como Mecnica Cuntica y que pusieron de manifiesto otra caracterstica de la radiacin: La cuantizacin. Considerando la simetra natural, se estudiara el comportamiento ondulatorio de la materia, cuyas caractersticas se manifiestan en fenmenos propios de las ondas (difraccin de partculas). Se finaliza con una introduccin al estudio de las consideraciones que originaron la teora atmica y nuclear. III. OBJETIVOS General Mostrar al estudiante, el desarrollo histrico de la fsica posterior a los planteamientos

clsicos de la mecnica Newtoniana a la vez que se establecen las bases para el estudio de la Mecnica Cuntica.

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Especficos

Que el estudiante:

Aplique las ecuaciones bsicas de la ptica a problemas sencillos. Explicar el desarrollo histrico de la Teora Especial de la Relatividad y de la Mecnica

Cuntica. Aplique las relaciones bsicas de la Relatividad Especial a problemas sencillos. Establezca las bases necesarias para tomar un curso formal de Mecnica Cuntica. IV. METODOLOGIA Clase Expositiva: En esta actividad se presenta el aspecto terico y las aplicaciones del tema. Se explican los aspectos ms importantes y se muestran diversos mtodos de solucin de problemas. Su duracin es de dos sesiones semanales de dos horas clase cada una. Discusin de Problemas: Tiene como finalidad reforzar los conocimientos sobre la teora estudiada en clase y capacitar en la solucin de problemas. Se resuelven algunos problemas tipos y se proponen problemas para resolver individualmente. La duracin es de una sesin semanal de dos horas clase. Exmenes cortos. Durante cada discusin se tomaran los ltimos minutos para la resolucin individual de un examen consistente en uno o dos problemas sobre la temtica desarrollada en las clases de la semana anterior y discusin correspondiente. Este examen corto tiene como objetivo mantener el trabajo continuo por parte del estudiante. Laboratorios Prcticos: Consiste en la realizacin de una actividad experimental de los fenmenos que se estn estudiando de acuerdo a los contenidos. Se realizarn en el tiempo destinado para las discusiones de problemas y el estudiante presentar un informe escrito de los resultados y las conclusiones al respecto, para lo cual tendr como mximo una semana para entregarlo. Seminarios: El estudiante deber realizar una investigacin terica de un tema, presentar un informe con el desarrollo del tema, las conclusiones y realizar la presentacin del mismo. Consultas: Permite al estudiante obtener informacin adicional cuando su propio esfuerzo no baste para desarrollar eficientemente el trabajo.

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V. EVALUACION Las actividades evaluadas comprenden los exmenes cortos en las discusiones de problemas, el seminario de investigacin, los laboratorios prcticos y los exmenes parciales. Se realizarn un aproximado de 6 exmenes cortos y 3 exmenes parciales. Los datos globales de las evaluaciones se presentan a continuacin:

ACTIVIDAD CANTIDAD (aproximada)

PONDERACIN (%)

Exmenes cortos (EC) 6 25 Seminarios (S) 1 5 Laboratorios Prcticos (L) 4 10 Exmenes Parciales (EP) 3 60

TOTAL 100 VI. BIBLIOGRAFA

Resnick, R., Halliday, D. y Krane, K. S. Fsica, quinta edicin, Volumen uno y dos, CECSA, Mxico, 2003.

Krane, K. Fsica Moderna. Editorial Limusa, Mxico D. F. 1991. Serway, R. A., Moses C. J. y Moyer C. A. Fsica Moderna, Tercera Edicin.

Internacional Thompson Editores. Mxico, 2006. Sears, F.W., Zemansky, M.W., Young, J.D. y Freedman, R.A., Fsica Universitaria

con fsica moderna, Volumen 2, Undcima Edicin, Pearson Educacin, Mxico, 2005.

Serway, R. A. y Faughn, J.S., Fsica, quinta edicin, CECSA, Mxico, 1997. Eisberg, Robert M., Fundamentos de Fsica Moderna, tercera reimpresin, Editorial

Limusa S.A., Mxico, 1983. Resnick, Robert, Conceptos de Relatividad y Teora Cuntica, cuarta reimpresin,

1990, Editorial Limusa S.A., Mxico. Eisberg R. y Resnick R., Fsica Cuntica, Segunda reimpresin, Editorial Limusa,

Mxico D. F. ,1983.

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VII. CONTENIDO PROGRAMATICO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

rea Semana Temas Actividades

ONDAS

ELECTRO

MAGNETICAS 1

UNIDAD I ONDAS ELECTROMAGNETICAS 1.1 Ecuaciones bsicas del Electromagnetismo. Las

ecuaciones de Maxwell. 1.2 Ondas viajeras y las ecuaciones de Maxwell 1.3 Ecuacin de onda tridimensional (vaco) 1.4 Transporte de Energa y el vector de Poynting 1.5 Presin de radiacin

D1

OPTICA:

GEOMETRICA

Y

ONDULATORIA

2

UNIDAD II OPTICA GEOMETRICA 2.1 Naturaleza de la Luz, medicin de c 2.2 Reflexin y Refraccin 2.3 Dependencia de n (ndice de refraccin) de 2.4 Principio de Huygens, obtencin de la ley de

reflexin y refraccin 2.5 Principio de Fermat, obtencin de la ley de reflexin

y refraccin 2.6 Reflexin interna total

D2 EC1

3

2.7 Imgenes formadas por Espejos Planos: Imagen real y virtual

2.8 Imgenes formadas por Espejos Esfricos: La ecuacin de los espejos, convencin de signos, trazado de rayos

2.9 Lentes delgados: Ecuacin del fabricante de lentes, convencin de signos, trazado de rayos

D3 EC2

4

UNIDAD III OPTICA ONDULATORIA 3.1 Interferencia 3.2 Interferencia de doble rendija 3.3 Coherencia 3.4 Intensidad en la interferencia de rendija doble 3.5 Adicin de las perturbaciones ondulatorias (fasores)

L1

5

3.6 La difraccin y la teora ondulatoria de la luz 3.7 Difraccin de rendija simple 3.8 Intensidad en la difraccin de rendija simple 3.9 Polarizacin de Ondas Luminosas

D4 EC3

TEORIA

ESPECIAL

DE LA

RELATIVIDAD

6

UNIDAD IV MECANICA RELATIVISTA 4.1 Problemas con la Fsica clsica 4.2 Transformadas Galileanas 4.3 El experimento de Michelson-Morley 4.4 Principio de relatividad de Einstein: Postulados

EP1

7 4.5 Consecuencia de los postulados de Einstein:

Simultaneidad, dilatacin del tiempo, contraccin de la longitud

D5

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rea Semana Temas Actividades 4.6 Transformadas de Lorentz. 4.7 Transformadas de velocidad

8 4.8 Consecuencias de las transformadas de Lorentz:

Dilatacin del tiempo, Contraccin de la longitud. 4.9 Efecto Doppler Relativista

L2

9 4.10 Momento relativista 4.11 Energa relativista 4.12 Representacin geomtrica de la relatividad

D6 EC4

INTRODUCCION A LA

MECANICA CUANTICA

E

INTERACCION DE LA

RADIACION CON LOS TOMOS

10

UNIDAD V ANTECEDENTES DE MECANICA CUNTICA 5.1 Radiacin Trmica: Propiedades 5.2 Radiacin de Cuerpo Negro 5.3 Ley de Stefan-Boltzmann 5.4 Ley de Wien

D7

11 5.5 Teora de Rayleigh-Jeans 5.6 Hiptesis de Planck. Postulados L3

EP2

12

5.7 Efecto fotoelctrico 5.8 Efecto Compton 5.9 Bremsstrahlung y la produccin de rayos x 5.10 Produccin de pares

D8 EC5

NATURALEZA

ONDULATORIA DE LA

MATERIA

13

5.11 Dualidad onda partcula: La hiptesis de Louis de Broglie

5.12 Principio de Indeterminacin de Heisenberg: Relaciones de incertidumbre para las ondas clsicas, relaciones y principio de incertidumbre de Heisenberg

L4

14

5.13 Funcin de Onda: Ecuacin de Schrdinger Probabilidad y normalizacin

5.14 Significado Fsico de la Funcin de Onda 5.15 Soluciones de la Ecuacin de Schrdinger:

Partcula libre. Partcula en una caja (una dimensin

D9 EC6

ESTRUCTURA ATOMICA

15

UNIDAD VI INTRODUCCIN A LA FSICA ATMICA 6.1 Evidencia de la existencia Atmica 6.2 Dispersin de Rutherford y parmetro de impacto

16 6.3 tomo de Bohr 6.4 El principio de correspondencia D10

17 EP3

Nomenclatura:

D: Discusin EC: Examen Corto L: Laboratorio Prctico EP: Examen Parcial

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Eisberg, Robert M., Fundamentos de Fsica Moderna, tercera reimpresin, Editorial Limusa S.A., Mxico, 1983.