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

Departamento de

Fsica Aplicada a la Ingeniera Industrial

Asignatura:

G0003. FSICA GENERAL I

(Grado de Ingeniera en Tecnologas Industriales)

GUA DEL CURSO 2010-2011

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1. OBJETIVOS La asignatura Fsica General I se encuadra en el primer semestre del primer curso del Plan de Estudios de la Titulacin de Grado de Ingeniera en Tecnologas Industriales de la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la Universidad Politcnica de Madrid. De acuerdo con su naturaleza de asignatura bsica, pretende constituir, junto con la asignatura Fsica General II, el medio por el que el alumnado adquiera una formacin inicial en Fsica suficientemente slida que le permita el progresar con xito en el conjunto de materias posteriores del Plan que se apoyan directamente sobre su conocimiento. De forma particular, se consideran como objetivos especficos ms importantes en relacin con el seguimiento de la asignatura por los alumnos: Valoracin de la Fsica como materia bsica en una Escuela de Ingeniera (en particular la

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

Consideracin de la Fsica como una ciencia integradora de muchas disciplinas separadas por razones histricas que, sin embargo, presentan importantes interdependencias y puntos de unificacin.

Consideracin de la Fsica como una ciencia viva que, en funcin del carcter provisional de sus teoras, siempre est sujeta a posibles modificaciones, an cuando algunas de sus conclusiones se hallen bien establecidas.

Dominio del uso mtodos cientficos para expresar leyes fsicas y modelos de comportamiento de sistemas fsicos.

Conocimiento de la metodologa de determinacin experimental de valores de magnitudes fsicas y su comparacin con los correspondientes resultados tericos.

Conocimiento y comprensin a nivel terico de los temas integrantes del programa de la asignatura

Desarrollo de la capacidad de aplicacin de las teoras expuestas en la asignatura a situaciones prcticas caractersticas.

Desarrollo y consolidacin de la capacidad de anlisis de problemas fsicos caractersticos de los temas del programa de la asignatura de acuerdo con la metodologa apropiada.

Desarrollo de la capacidad de asociar la metodologa terico-prctica aprendida al anlisis de problemas nuevos que puedan presentarse en posteriores disciplinas.

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2. CONTENIDOS El programa de la asignatura Fsica General I se estructura en torno a 14 temas secuencialmente encadenados que recorren, segn lo requerido por asignaturas posteriores (Mecnica) y al nivel bsico caracterstico de las dos asignaturas de Fsica General, la parte de esta materia tradicionalmente considerada como Mecnica y dos temas finales dedicados a la Fsica de los Medios Deformables. Los citados contenidos se relacionan a continuacin con un nivel de detalle que se ir precisando a lo largo de la exposicin de los temas del curso. Tema 1: Magnitudes fsicas. Unidades y medidas 1.1. Introduccin a la Ciencia Fsica. 1.2. Magnitudes, cantidades y unidades. 1.3. Leyes fsicas y constantes universales: forma monomia de leyes fundamentales. 1.4. Ecuaciones de dimensin: homogeneidad dimensional. 1.5. Sistema Internacional de unidades. 1.6. La medicin de magnitudes fsicas. Magnitudes de influencia. Resultado de las medidas. 1.7. Propagacin de incertidumbres. Tema 2: Vectores y sistemas de vectores 2.1. Sistemas de referencia y orientacin del espacio: coordenadas cartesianas, cilndricas y

esfricas. 2.2. Magnitudes escalares y vectoriales. Operaciones vectoriales 2.3. Vectores deslizantes 2.4. Sistemas de vectores deslizantes. Invariantes. Eje central. Tema 3: Esttica de sistemas 3.1. Definiciones de punto material, slido rgido, masa y fuerza 3.2. Momentos estticos respecto a puntos 3.3. Centro de masas. Teoremas de Guldin 3.4. Ecuaciones universales del equilibrio. 3.5. Reacciones y esfuerzos interiores 3.6. Rozamiento esttico. Leyes de Coulomb 3.7. Rozamientos a la rodadura y al pivotamiento Tema 4: Cinemtica del punto 4.1. Velocidad y aceleracin. 4.2. Triedro intrnseco. Frmulas de Frenet 4.3. Componentes intrnsecas de la velocidad y la aceleracin 4.4. Estudio de movimientos sencillos 4.5. Velocidad y aceleracin en coordenadas polares Tema 5: Cinemtica del slido rgido 5.1. Sistema indeformable. Slido rgido 5.2. Teorema de las velocidades proyectadas. 5.3. Movimientos elementales de un slido rgido: traslacin y rotacin. 5.4. Velocidades y aceleraciones en el movimiento general de un sistema 5.5. Movimiento relativo de un slido rgido. 5.6. Movimiento general de un slido rgido: eje instantneo de rotacin y deslizamiento

mnimo. Concepto de axoides.

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Tema 6: Cinemtica relativa del punto 6.1. Definiciones de movimiento relativo, de arrastre y absoluto. 6.2. Composicin de velocidades: velocidades relativa, de arrastre y absoluta. 6.3. Composicin de aceleraciones: aceleraciones relativa, de arrastre, de Coriolis y absoluta. 6.4. Condiciones para la anulacin de una o varias componentes de la aceleracin. Tema 7: Dinmica del punto 7.1. Objetivo de la dinmica. Leyes de Newton: sistemas inerciales 7.2. Ecuaciones intrnsecas de la dinmica del punto libre. 7.3. Magnitudes cinticas 7.4. Trabajo y potencia 7.5. Teoremas fundamentales de la dinmica 7.6. Sistemas de masa variable 7.7. Dinmica del punto material ligado a curvas: reaccin de la curva. 7.8. Dinmica relativa del punto: fuerzas de inercia. Tema 8: Trabajo y energa I. 7.1 Campos escalares y vectoriales 7.2 Circulacin de un campo vectorial 7.3 Gradiente de un campo escalar. 7.4 Funcin potencial. Campos conservativos. Tema 9: Trabajo y energa II 8.1. Movimiento del punto material bajo fuerzas conservativas 8.2. Energa potencial 8.3. Conservacin de la energa mecnica: barreras y pozos de potencial. 8.4. Dinmica del movimiento armnico simple. Energas cintica y potencial 8.5. El oscilador libre amortiguado. Estimacin sobre la prdida de energa. 8.6. Movimiento de un grave en el seno de un fluido viscoso: frmula de Stokes. Tema 10: Movimiento del punto bajo fuerzas centrales 10.1. Ley de gravitacin universal. El campo gravitatorio terrestre: energa potencial y velocidad

de escape. 10.2. Caractersticas del movimiento de un punto bajo una fuerza central: ley de las reas 10.3. Ecuacin de las cnicas en polares. 10.4. Movimiento de un punto bajo fuerza central newtoniana: discusin de las trayectorias.

Energa potencial efectiva. 10.5. Particularizacin de la constante de la fuerza central newtoniana para la dinmica planetaria.

Leyes de Kepler. Tema 11: Dinmica de los sistemas I 11.1. Sistemas materiales. Fuerzas exteriores e interiores. 11.2. Magnitudes cinticas. Teoremas fundamentales de la dinmica para sistemas de puntos

materiales en sistemas inerciales de referencia.. 11.3. Definicin del sistema del centro de masas. Teoremas de Knig 11.4. Teoremas fundamentales de la dinmica en el sistema del centro de masas. 11.5. Colisiones.

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Tema 12: Dinmica de los sistemas II 12.1. Momentos de inercia centrales, xicos y planarios. Relaciones entre ellos. 12.2. Teoremas de Steiner 12.3. Particularizacin de los teoremas fundamentales de la dinmica para el slido rgido en

sistemas inerciales, en los casos siguientes: 12.3.1. Movimiento de traslacin. 12.3.2. Movimiento de rotacin alrededor de un eje fijo del sistema inercial 12.3.3. Movimiento plano de rodadura sin deslizamiento.

12.4. Anlisis alternativo de aplicaciones en un sistema inercial, en el sistema del centro de masas y por consideraciones energticas.

Tema 13: Medios deformables I 13.1 Esfuerzos y tensiones internas en slidos deformables (traccin-compresin, cortantes y

volumtricos). Curva tensin-deformacin. Mdulos de elasticidad. 13.2. Fluidos. Definicin, propiedades y tipos. 13.3. Presin en fluidos. Principio de Pascal. Compresibilidad. Aplicaciones 13.4. Ecuacin fundamental de la Hidrosttica. 13.5. Flotacin. Principio de Arqumedes Tema 14: Medios deformables II 14.1. Propiedades superficiales de los lquidos. Tensin superficial. Aplicaciones. 14.2. Flujos fluidos. Ecuacin de continuidad. Aplicaciones 14.3. Conservacin de la energa en flujos fluidos. Teorema de Bernoulli. Aplicaciones. 14.4. Viscosidad y prdidas por friccin en conducciones fluidas. Determinacin del caudal en

tubera cilndrica con distribucin parablica de velocidades

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3. PROGRAMACIN TEMPORAL En la secuenciacin del programa de contenidos, se ha procurado, por razones metodolgicas de orientacin 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 adaptacin al calendario de la E.T.S.I.I., se habr de modificar dicha planificacin, reduciendo la imparticin de los contenidos a un tiempo disponible estimado de 14 semanas. Dada la relativamente pequea diferencia entre el tiempo programado y el tiempo real, as como las modificaciones de calendario debidas a fiestas y otras posibles causas, no se ha estimado conveniente realizar una reprogramacin de contenidos dividiendo los temas en epgrafes y proceder a una reasignacin 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 sistemtico y completo de las actividades lectivas como mejor medio de adquisicin interrelacionada y progresiva de los correspondientes conocimientos y habilidades. En lo que se refiere a actividades de carcter prctico en laboratorio, los alumnos deben consultar el detalle de la programacin de los grupos de prcticas en el tabln de anuncios del Departamento y en el Proyecto de Organizacin Docente 2010-2011 de la Jefatura de Estudios. Se recuerda que la asistencia a las sesiones de Prcticas de Laboratorio en las fechas programadas para cada alumno y la presentacin de las correspondientes memorias son requisitos obligatorios para aprobar la asignatura. De acuerdo con esto, aquellos alumnos repetidores que pudiesen estar pendientes de realizacin de alguna Prctica de Laboratorio debern ponerlo en conocimiento de la Secretara del Departamento (Laboratorio de Mecnica, 3 Planta) a la mayor brevedad al objeto de recibir instrucciones al respecto.

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4. BIBLIOGRAFA RECOMENDADA Con carcter general, se recomiendan los siguientes textos (tanto apuntes de teora como colecciones de problemas) para el seguimiento de la asignatura: 1. A.M. Snchez Prez: Fsica General I. Publicaciones ETSII 2. F.W. Sears, M.W. Zemansky, H.D. Young y R.A. Freedman: Fsica Universitaria, 11

Edicin. Vol. 1 y 2. Addison-Wesley-Longman/Pearson Education. 3. P.A. Tipler: Fsica para la Ciencia y la Tecnologa. 5 Edicin. Vol. 1 y 2. Ed. Revert 4. M. Alonso, E.J. Finn: Fsica, Vol. 1. Fondo Educativo Interamericano. 5. F.P. Beer, E.R. Johnston: Mecnica Vectorial para Ingenieros. Dinmica. McGraw Hill 6. A.M. Snchez Prez y otros: Problemas de Examen resueltos de la asignatura de Fsica.

Publicaciones ETSII. Volmenes 1 y 2. 7. J.J. Scala Estalella: Problemas de Fsica. Sociedad de amigos de la ETSII.

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5. ORIENTACIONES METODOLGICAS Para un mejor aprovechamiento de las enseanzas por el alumnado, se recomienda la realizacin en cada tema de las siguientes actividades prcticas referidas a resolucin de ejercicios y pequeos problemas incluidos en las hojas de Evaluacin Continua propuestas por el Departamento, as como de los problemas de examen disponibles en la direccin electrnica: http://faii.etsii.upm.es/dfaii/Docencia/Asignaturas/ALUMNOS_PRINCIPAL.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 bibliografa recomendada y cuya correspondencia aproximada con los temas del programa se recoge en la tabla siguiente:

TEMA

TTULO

ACTIVIDADES PRCTICAS (PROBLEMAS DE EXAMEN)

RECOMENDADAS 1 Magnitudes fsicas. Unidades y medidas.

2 Vectores y sistemas de vectores

FGI_1994-02

FGI_1997-06

FGI_1998-06

3 Esttica de sistemas FGI_2000-06-16_SP

4 Cinemtica del punto

FGI_1994-09

FGI_1999-02

FGI_2001-06-22_SP

FG1_2006-02-03_SP

FG1_2008-02-06_SP

FG1_2008-06-11_SP

FG1_2010-06-16_SP

5 Dinmica 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

FG1_2010-06-16_SP

6 Trabajo y Energa I. FGI_1998-09

FG1_2002-09-03_SP

7 Trabajo y Energa II

FGI_2004-06-21_SP

FG1Q_2006-02-03_SP

FG1_2007-02-02_SP

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FG1_2009-01-23_SP

FG1_2009-06-24_SP

8 Fuerzas Centrales

FGI_pb12

FGI_pb13

FGI_1997-02

FG1_2003-02-13_SP

9 Campo Gravitatorio FGI_1996-09-(FGII)

FGI_pb17

10 Cinemtica de Sistemas FGI_1996-09

FG1_2010-02-10_SP

11 Dinmica de los Sistemas I

12 Dinmica de los Sistemas II

FG1_2004-09-06_SP

FG1_2003-06-17_SP

FGI_1995-06

FGI_1996-06

FG1_2000-09-15_SP

FG1_2001-09-21_SP4

FG1_2002-02-14_SP

FG1_2005-09-21_SP

FG1Q_2005-09-21_SP

FG1_2006-09-08_SP

FG1_2007-09-14_SP

FG1_2009-09-09_SP

FG1_2010-02-10_SP

FG1_2010-07-19_SP

13 Medios Deformables I FGI_pb28

14 Medios Deformables II FG1_2007-06-29_SP

FGI_pb29

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

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6. EVALUACIN

Para aprobar la asignatura, es obligatorio tener realizadas las prcticas de laboratorio correspondientes. Tambin es necesario realizar el Examen Global en las fechas previstas en el Proyecto de Organizacin Docente elaborado por la Jefatura de Estudios de la ETSII. Dicho examen tendr carcter de Examen Final para los alumnos que renuncien a la evaluacin continua de acuerdo con la Normativa de Exmenes en vigor. Las convocatorias de Examen Global, con indicacin de las horas y la distribucin de alumnos por aula segn nmero de matrcula, se expondrn con varios das de antelacin en los tablones de anuncio del Departamento y en la pgina web del Departamento. Se recuerda que el Examen Global ser vlido solamente en el aula y horario anunciados. El alumno pondr el mximo 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 constar de dos partes

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

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

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

Durante el cuatrimestre de docencia de la asignatura se aplicar con carcter general un sistema de evaluacin continua mediante controles escritos que se combinar de forma ponderada con la nota obtenida en el citado Examen Global. Los alumnos que renuncien a este procedimiento lo debern comunicar al profesor encargado de su grupo mediante entrega del formulario disponible en http://faii.etsii.upm.es/dfaii/Docencia/Asignaturas/ALUMNOS_PRINCIPAL.htm debidamente cumplimentado con anterioridad a la ltima semana de clase del cuatrimestre (En el curso 2010-2011, no ms tarde del 17 de Diciembre de 2010). En el curso 2010-2011 y para los alumnos que se acojan al proceso de evaluacin continua, la nota derivada de los controles de evaluacin continua (CC) ser la media aritmtica de las dos mejores notas obtenidas en tres controles escritos realizados durante el curso. Dicha nota (CC) intervendr con un peso del 40% sobre la nota final de la asignatura (se atribuir 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 continuacin. La nota final (NF) en la convocatoria del cuatrimestre en el que se desarrolla la docencia ser:

A) La nota del Examen Global (EX), para aquellos alumnos que renuncien al sistema de evaluacin 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 ponderacin de la nota de controles de evaluacin

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 cuatrimestre en el que se desarrolla la docencia, la nota final (NF) de los alumnos acogidos al procedimiento de evaluacin continua ser:

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 ser 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 prcticas de laboratorio podr ser tenida en cuenta para matizar al alza la calificacin final: NF* = NF+ bonus (NP). Los controles escritos de evaluacin continua se realizarn en los horarios programados al efecto en el Proyecto de Organizacin Docente de la ETSII-UPM y versarn sobre ejercicios (resueltos en clase, formularios distribuidos en papel, electrnicos o ejercicios de autoevaluacin) para los que se haya cumplido el plazo de trabajo fijado por el profesor. Se utilizarn ampliamente colecciones de problemas propuestos con plazos de realizacin asignados como material con el que los estudiantes puedan preparar los controles escritos, siendo las preguntas de stos razonablemente parecidas a las contenidas en el material recomendado.