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Física I

Licenciatura en Ciencias Químico-Biológicas
(Químico Biológo Clínico y Químico en Alimentos)
Departamento de Física - Universidad de Sonora

Material elaborado por:

Dr. Mario Enrique Álvarez Ramos (Colaborador)
Dr. Santos Jesús Castillo (Colaborador)
M.I.E. Ignacio Cruz Encinas (Colaborador)
Dr. Roberto Pedro Duarte Zamorano (Responsable)
Dr. Ezequiel Rodríguez Jáuregui (Colaborador)

Las NOTAS DEL CURSO se pueden descargar desde AQUI

El tutorial de cada tema se puede descargar desde el enlace correspondiente en el Temario

Datos de Identificación

Nombre de la Institución Educativa: Universidad de Sonora.
División Académica: División de Ciencias Biológicas y de la Salud.
Departamento que la imparte: Física.
Licenciaturas Usuarias: Químico en Alimentos y Químico Biólogo Clínico.
Nombre de la Materia o Asignatura: Física I.
Eje Formativo: Eje Básico.
Requisitos: 20 créditos y aprobar Introducción al Cálculo Diferencial e Integral (7790).
Carácter: Obligatorio.
Valor en Créditos: 8 (3h Teoría y 2h Laboratorio)

Introducción

El curso de FISICA I pertenece al eje básico divisional y tiene la intención de proporcionar los conceptos básicos de física, a las carreras que la incorporen. Esta asignatura introduce al alumno al conocimiento y aplicación de los fundamentos de la física en mecánica y fluidos. La importancia de esta asignatura radica en que en ella se proporcionan los conceptos, la aplicación e interrelación de los principios de la física para que el alumno pueda aplicarlos en materias relacionadas, más adelante en el plan de estudios.

Objetivo general

Este curso tiene como propósito el estudio de la cinemática, la dinámica, la teoría de los fluidos, utilizando como herramienta el cálculo diferencial e integral. Sienta las bases para el estudio de la termodinámica, el electromagnetismo y la óptica así como de los cursos de fisicoquímica del plan de estudios.

Objetivos específicos

Al término del curso el estudiante debe ser capaz de:

Entender los elementos fundamentales de la descripción del movimiento.
Comprender las leyes de Newton.
Entender y aplicar las leyes de conservación de energía.
Aplicar sus conocimientos básicos al análisis y solución de problemas relacionados con la cinemática y la dinámica de una partícula en una y dos dimensiones.
Describir en forma elemental los fluidos estáticos y dinámicos.
Aplicar sus conocimientos básicos para analizar y resolver problemas relacionados con la carrera de Químico Biólogo Clínico.

Temario desglosado

INTRODUCCIÓN. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. (Tutorial)

CINEMÁTICA DE UNA PARTÍCULA. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 3 semanas)
1. Movimiento rectilíneo uniforme.
  1. Desplazamiento, velocidad.
  2. Traslación de los cuerpos y concepto de partícula.
  3. Posición y desplazamiento de un cuerpo.
  4. Velocidad media.
  5. Características del movimiento rectilíneo uniforme; ecuaciones y graficas para el movimiento rectilíneo uniforme:
    1. Posición vs tiempo.
    2. Velocidad vs tiempo.
2. Movimiento uniformemente acelerado.
  1. Velocidad instantánea.
  2. Aceleración media y aceleración instantánea.
  3. Características del movimiento uniformemente acelerado; ecuaciones y graficas del movimiento uniformemente acelerado:
    1. Posición vs tiempo.
    2. Velocidad vs tiempo.
    3. Aceleración vs tiempo.
VECTORES. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 1 semana)
1. Clasificación de cantidades físicas: Escalares y vectores.
2. Representación de un vector:
  1. Gráficamente. Mediante magnitud y dirección.
  2. Mediante componentes y vectores unitarios.
3. Operaciones con vectores:
  1. Suma y resta:
    1. Método gráfico.
    2. Método analítico.
  2. Producto de un escalar por un vector.
  3. Producto escalar o producto punto.
  4. Producto vectorial o producto cruz.
MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 1 semanas)
1. Posición y desplazamiento de una partícula en el plano.
2. Velocidad media y velocidad instantánea en el plano.
3. Aceleración media y aceleración instantánea en el plano.
4. Ejemplos:
  1. Movimiento de proyectiles:
    1. Características del movimiento.
    2. Ecuaciones del movimiento para las dos direcciones Posición y velocidad en función del tiempo.
    3. Ecuación de la trayectoria.
  2. Movimiento circular uniforme:
    1. Sus características.
    2. Posición angular y desplazamiento angular. Definición de radian.
    3. Definición de período y frecuencia.
    4. Concepto de velocidad angular promedio e instantánea.
    5. Características del movimiento circular uniforme.
    6. Ecuaciones posición y velocidad angular contra tiempo.
    7. Relación entre velocidad lineal y angular.
    8. Aceleración centrípeta y sus expresiones en términos de la velocidad angular y la velocidad lineal.
DINÁMICA DE UNA PARTÍCULA. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 2 semanas)
1. Leyes de Newton.
  1. Campo de estudio de la dinámica de una partícula.
  2. Definición de fuerza.
  3. Primera ley de Newton.
  4. Definición de masa.
  5. Segunda ley de Newton.
  6. Tercera Ley de Newton.
  7. Sistemas de referencia inerciales.
  8. Validez de las leyes de Newton.
2. Fuerzas de la naturaleza y leyes de Newton.
  1. Ley de la gravitación Peso de los cuerpos.
  2. Fuerza normal.
  3. Fuerza de tensión. Fuerzas de fricción estática y cinética.
  4. Fuerza elástica: El resorte y la ley de Hooke.
  5. Dinámica del movimiento circular uniforme.
  6. Aplicación de las leyes de Newton.
LEYES DE CONSERVACIÓN. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 2 semanas)
1. El concepto de trabajo y su importancia.
2. Trabajo hecho por una fuerza constante. Ejemplo: Trabajo hecho por la fuerza de la gravedad.
3. Trabajo hecho por una fuerza variable dependiente de la posición (en una dimensión.). Ejemplo: trabajo hecho por la fuerza de un resorte.
4. Energía cinética y Teorema del Trabajo-Energía.
5. Definición de potencia promedio e instantánea.
6. Fuerzas conservativas y no conservativas.
7. Energía potencial gravitacional y energía potencial elástica.
8. Energía mecánica de sistemas conservativos.
9. Conservación de la energía mecánica. Trabajo hecho por fuerzas no conservativas.
10. Ley de la conservación de la energía mecánica.
ESTÁTICA DE FLUIDOS. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 3 semanas)
1. Fluidos en reposo
  1. Estados de agregación de la materia y concepto de fluido.
  2. Características de un fluido en reposo.
2. Densidad de las sustancias:
  1. Densidad absoluta.
  2. Densidad relativa.
  3. Peso especifico.
3. Concepto de presión:
  1. Diferencias de presión.
4. Presión atmosférica y sus características:
  1. Presión manométrica.
5. Presión en un fluido incompresible.
6. presión en un fluido compresible:
  1. Ecuación fundamental de los fluidos en reposo.
  2. Variación de presión atmosférica con la altura.
7. Medidores de presión:
  1. Barómetro.
  2. Manómetro.
8. Principio de Pascal y principio de Arquímedes y sus aplicaciones.
9. Tensión superficial y capilaridad.
10. Aplicaciones de la Estática de Fluidos a las Ciencias Biológicas o afines
DINÁMICA DE FLUIDOS. (Tutorial) (Tiempo sugerido: 4 semanas)
1. Características de los fluidos ideales y viscosos.
2. Concepto de gasto o flujo volumétrico y su conservación.
3. Flujo de masa y ecuación de continuidad.
4. Ecuación de Bernoulli para fluidos no viscosos.
5. Presión en fluidos no viscosos en movimiento a través de tuberías.
6. Aplicación de la ecuación de Bernoulli:
7. Viscosidad de las sustancias. Fluidos newtonianos y no newtonianos.
8. Ley de Hagen-Poiseuille para flujo laminar.
9. Perfil de velocidad en régimen laminar.
10. Numero de Reynolds y regimenes de flujo.
11. Estudio de objetos moviéndose en un fluido viscoso en reposo.
12. Aplicaciones a las Ciencias Biológicas u otras afines

Modalidades de aprendizaje

El profesor de la asignatura puede utilizar:

Exposición del maestro.
Solución de problemas de tarea.
Elaboración de trabajos teóricos y de laboratorio, con coherencia temática interna, con redacción clara y precisa.
Exposición de material didáctico de tipo experimental.
Medición de magnitudes físicas para obtener y/o comprobar leyes físicas en el laboratorio.
Simulación en computadora de experimentos.
Exposición del estudiante.

Es recomendable que el estudiante:

Lea con detalle los libros de texto,
Analice la estructura conceptual que desarrollan en ellos los autores,
Compruebe los cálculos presentados en las obras señaladas como referencias,
Mantenga una bitácora de su trabajo en el laboratorio.

Modalidades de evaluación