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MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) I. INFORMACIÓN GENERAL NOMBRE DEL CURSO: CALOR Y ONDAS UNIDAD ACADÉMICA FACULTAD INGENIERIA PROGRAMA INGENIERIA INDUSTRIAL TIPO DE CURSO I. NIVEL ACADÉMICO MODALIDAD OBLIGATORIO PRESENCIAL DE LIBRE ELECCIÓN VIRTUAL DE PROFUNDIZACIÓN A DISTANCIA 211570 CICLOS DE FORMACIÓN TÉCNICO PROFESIONAL BÁSICA PROFESIONAL TECNOLÓGICO DISCIPLINAR PROFESIONAL POSGRADUAL DEPARTAMENTO CIENCIAS BÁSICAS CÓDIGO COMPLEMENTARIA CRÉDITOS ACADÉMICOS NÚMERO DE CRÉDITOS HAD: 2 HEI: 4 3 HTP: 3 SEMESTRE: 5 II. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO: La física es una ciencia fundamental, encargada del entendimiento de los principios básicos del universo. Conforma los fundamentos sobre los cuales se basan otras ciencias. La física radica en la simplicidad de las teorías físicas fundamentales, ecuaciones y suposiciones, pueden alterar y expandir nuestra visión del mundo que nos rodea. El entendimiento de los principios de la física termodinámica así como de la Mecánica de fluidos es imprescindible en la formación del técnico profesional en Desarrollo Empresarial y en el Ingeniero industrial. En particular el ingeniero industrial de la Universidad Agraria de Colombia, Uniagraria, es un profesional que se concentra en el trabajo de campo en cuanto a la planeación, diseño, construcción y mantenimiento de proyectos de vivienda, acueductos, alcantarillados, redes de servicio acueductos, puentes, carreteras, aeropuertos, y demás estructuras que requieren conocimientos en Física. Es por ello que el ingeniero industrial en su diaria labor utiliza procesos y materiales asociados a ciertas características fisicoquímicas que permiten tomar decisiones para la obtención de un producto específico. Desde luego, en la formación del ingeniero Agrarista se inculca una política de protección ambiental que le permite trabajar en armonía con la naturaleza en pro de proteger nuestro medio. PREGUNTAS CONTEXTUALIZADAS Dada la necesidad de mejorar la infraestructura del país los ingenieros industriales ocupan un lugar determinante en el desarrollo nacional pues sus productos deben ser de calidad, utilidad, económicos y compatibles con el medio ambiente. Es así como se plantean los siguientes interrogantes: 1. Teniendo en cuenta las leyes físicas, las propiedades físicas de los materiales y los procesos termodinámicos ¿Cómo construir puentes, carreteras, acueductos, alcantarillados y otras estructuras económicas y amigables con el medio ambiente? Procedimiento mental: Razonamiento hipotético 2. ¿Cómo aplicar los conceptos físicos en la construcción de estructuras? Procedimiento mental: Comparación y síntesis Por ejemplo, en la construcción de una vía férrea debe tenerse en cuenta la separación de cada uno de los lingotes que la conforman pues con los cambios de temperatura la vía se deforma debido a la dilatación de este material. Cada material posee su respectivo coeficiente de dilatación. 1 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) 3. ¿Por qué las diferentes estructuras como edificios, puentes, aeropuertos, etc., son sistemas termodinámicos? Procedimiento mental: Análisis Recordemos que estas estructuras son sistemas térmicos que intercambian diferentes tipos de energía con el medio APLICACIONES EN CONTEXTO 1ª. La ingeniera industrial tiene como bases las definiciones y conceptos físico-matemáticos. Por ejemplo, la primera ley de la termodinámica ( ΔU = Q − W ), me muestra como cambia la energía interna ΔU de un sistema donde Q es la energía que absorbe y W el trabajo que el sistema realiza sobre el medio: un edificio como sistema posee una cierta temperatura que se traduce en función de su energía interna ΔU , la cual aumenta o disminuye. Aumenta si absorbe energía (mediante paneles solares, luces, maquinas, personas que se encuentran en el interior) y disminuye si entrega energía para realizar un trabajo (el efecto de la temperatura exterior, por ejemplo en invierno, hace que el edificio disminuya su temperatura y por tanto su energía lo cual se puede modelar con la ley de enfriamiento de Newton). Con este modelo físico matemático se puede describir el perfil de temperatura dentro de un edificio durante 24 horas, como función de la temperatura exterior, el calor generado dentro del edificio y el calefactor o aire acondicionado. Con este modelo se pueden contestar preguntas como: ¿Cuánto tiempo tarda en cambiar esencialmente la temperatura del edificio? ¿Cómo varía la temperatura del edificio durante la primavera y el otoño 2. La mecánica de fluidos estudia el comportamiento mecánico del agua, entre otros fluidos, lo que permite diseñar y construir acueductos, alcantarillados, aguas residuales y diversos sistemas y estructuras. 3. Comportamiento de Materiales: Se estudia el comportamiento y propiedades de materiales de construcción comúnmente usados en aplicaciones de Ingeniería Industrial. Dentro de los estudios físicos se pueden mencionar la dilatación y la transferencia de calor en materiales como: acero, aluminio, cemento, concreto, cobre, hierro, madera y vidrio. 4. Análisis de Sistemas Estructurales: Se realizan aplicaciones desde la física y la química a partir de los conceptos básicos que permiten comprender el comportamiento de las estructuras más comúnmente utilizadas en las obras industriales y desarrollar las herramientas que le permitan adelantar el análisis de las mismas en términos de deformaciones y esfuerzos o deflexiones y fuerzas internas en los elementos. 5. Aplicaciones en Estructuras Geotécnicas y Diseño Estructural ( Resistencia de Materiales ): La labor permanente del ingeniero industrial lo compromete en el diseño, la construcción, el mantenimiento y en ocasiones la reparación de estructuras, por lo que las condiciones de las mismas están asociadas a la resistencia del terreno y de los materiales que utiliza. LA FÍSICA MECÁNICA Y EL AMBIENTE Se implementará la estrategia formativa del Departamento de Ciencias Básicas: Pedagogía Ambiental de Aula con base en las directrices específicas del Instituto de Estudios y Desarrollo Ambiental ( IEDA ).En este sentido dicha estrategia compromete académicamente a los estudiante. 2 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) PLAN LECTOR Con base en la Guía Modelo definida por la Dirección del Departamento de Ciencias Básicas, la cual fundamenta la promoción de la lectura, análisis y apreciación de fuentes primarias como textos académicos y de literatura científica que permita el estímulo al debate crítico y la elaboración de textos personales como la reseña crítica estudiantil. En este sentido, se han identificado como propuesta inicial los siguientes textos: CONCEPTOS AMBIENTALES EN OBRAS INDUSTRIALES.http://www.redalyc.com/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=46770105 MANUAL PARA LA EVALUACION DE PROPIEDADES DE EXPANSION TERMICA Y HUMEDAD EN PIEZAS DE ARCILLA. Molina Cifuentes María Teresa. http://dspace.uniandes.edu.co/xmlui/bitstream/handle/1992/554/mi_977.pdf?sequence= 1 CARACTERIZACION DE SUELOS ARENOSOS MEDIANTE ANALISIS DE ONDAS DE SUPEFICIE. Diaz, Salvador. http://www.ai.org.mx/archivos/coloquios/3/Caracterizacion%20de%20Suelos%20Arenosos%20Media nte%20Analisis%20de%20Ondas%20de%20Superficie.pdf II. III. SÍNTESIS DEL CURSO: IV. PROPÓSITOSDE FORMACIÓN: GENERAL: Describir, explicar y aplicar las leyes que rigen los fenómenos de la física termodinámica y de la física ondulatoria de tal forma que los pueda utilizar en el desarrollo de su vida profesional. ESPECÍFICOS: Interpretar, aplicar y solucionar correctamente los diferentes modelos de ejercicios asociados tanto a la termodinámica como a la mecánica ondulatoria Definir las leyes de la termodinámica. Clasificar las máquinas térmicas. Identificar el estado de los cuerpos y adquirir conocimiento sobre el calor y trabajo sobre gases ideales. Desarrollar habilidades en los procesos de energía calorífica. Proporcionar bases de conocimientos de las principales propiedades de las ondas y los fenómenos 3 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) ondulatorios. V. CONTENIDOS BÁSICOS DEL CURSO: Contenidos Conceptuales (Saber) Conocimientos básicos sobre movimiento oscilatorio: Movimiento de un cuerpo unido a un resorte. Representación matemática del movimiento armónico simple. Energía del movimiento armónico simple. Comparación del movimiento armónico simple con el movimiento circular uniforme. El péndulo. Oscilaciones amortiguadas. Oscilaciones forzadas. Conocimientos básicos sobre ondas: onda física y onda matemática. Rapidez de Ondas en cuerdas. Reflexión y transmisión. Rapidez de transferencia de energía por ondas senoidales en cuerdas. La ecuación lineal de onda. Superposición y ondas estacionarias. Ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos. Resonancia. Rapidez de las ondas de sonido. Intensidad de ondas de sonido periódicas. El efecto Doppler. Conceptos básicos sobre Temperatura Calor: Termómetros y la escala Celsius de temperatura. Temperatura y la ley cero de la termodinámica. El termómetro de gas de volumen constante y la escala absoluta de temperatura. Expansión térmica de sólidos y líquidos. Calor y energía interna, calor latente, trabajo y calor. Primera ley de la termodinámica, aplicaciones. Contenidos Procedimentales (Saber Hacer) Debe saber construir mapas conceptuales coherentes. Debe saber trabajar de manera autónoma, con apuntes sintéticos y claros. Debe saber trabajar en grupos de laboratorio de química básica, saber sus normas y recomendaciones. También debe saber el uso y manejo de los materiales y equipos del laboratorio de física básica, como cronómetros, termómetros, equipos de dilatación, cubeta de ondas, etc. Debe saber determinar los puntos de fusión y de ebullición de sustancias. Debe saber manejar las unidades fundamentales en ondas y termodinámica. Debe saber cómo se realiza la conversión de un sistema de unidades a otro. Debe saber cómo enfrentar la resolución de un problema de física de nivel básico. Debe saber cómo construir gráficas y tablas de datos experimentales y cómo analizar la precisión y la exactitud de los mismos. Debe saber interpretar una ecuación física y todas sus aplicaciones. Contenidos Actitudinales (Ser) El estudiante debe ser reflexivo ante un problema de física, ya sea de tipo teórico o práctico. Debe emprender la búsqueda individual o de grupo de proyectos o trabajos con responsabilidad y de manera rápida. Debe actuar de manera responsable, ser respetuoso, ético y solidario en su desempeño en grupo; además sabe escuchar a sus compañeros, trabajar en convivencia y participar de los proyectos de grupo. Debe actuar de manera Autocrítica, autónoma, responsable y ética para su formación integral. 4 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) Conceptos básicos sobre segunda ley de la termodinámica: procesos termodinámicos, ley de Carnot, entropía. VI. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: Al finalizar el curso el estudiante debe ser competente en: Entender el concepto de onda física y matemática para comprender el funcionamiento de algunas construcciones como puentes colgantes oscilantes, edificios antisísmicos, etc. Aplicar conceptos termodinámicos para mejorar e innovar los procesos realizados en las diferentes obras industriales Manejar el material de laboratorio y sus recomendaciones de seguridad. VII. RUTA METODOLÓGICA: TEMÁTICA / UNIDAD UNIDAD 1: Movimiento Oscilatorio. Relación de la física con los fenómenos naturales enmarcados en el movimiento oscilatorio junto con todas las situaciones cotidianas que déél se desprenden. . Energía del movimiento armónico simple. . El péndulo. Oscilaciones. Laboratorios. Reconocimiento del Laboratorio y los elementos básicos de PROPÓSITO DE FORMACIÓN (Objetivo específico) El estudiante comprende la importancia de la física en la explicación del mundo real en el que vivimos. Además, conoce y comienza a aplicar algunos métodos de estudio relacionados con el movimiento oscilatorio. METODOLOGÍA (Estrategias pedagógicas) Docente El docente presentará los conceptos básicos referentes al M.A.S y diferentes tipos de osciladores. Estudiante: Interpretará y asimilara los conceptos respectivos, mediante el desarrollo de ejemplos. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. Por último, el estudiante logra aplicar y verificar en el laboratorio los conocimientos adquiridos sobre Movimiento Oscilatorio, movimiento Armónico Simple y su tratamiento de datos experimentales. 5 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) las prácticas. Práctica de movimiento armónico simple. Practica sistema masa resorte. Ley de Hooke, Péndulo simple. UNIDAD 2: El estudiante conoce y Movimiento de aprende las nociones de Ondas. Propagación Ondas y su respetivo de una perturbación. tratamiento matemático, Ondas Senoidales. además interactúa con Rapidez de Ondas en fenómenos ondulatorios cuerdas. Reflexión y propios como son transmisión. Rapidez rapidez reflexión, de transferencia de energía y transmisión. energía por ondas senoidales en cuerdas. Por último, el estudiante La ecuación lineal de logra aplicar y verificar en onda. . el laboratorio las interacciones del Laboratorios. movimiento Ondulatorio Prácticas de Ondas en junto con la ecuación lineal una cuerda, Cubeta de de Onda. Ondas, video de Ondas. Docente: Introducirá los fundamentos conceptuales referentes a la acústica, seguido de desarrollo de ejemplos. UNIDAD 3: Ondas de Sonido. Docente: Resolverá dudas que surjan en las respectivas intervenciones de los estudiantes Ondas de sonido. Rapidez de las ondas de sonido. Intensidad de ondas de sonido periódicas. El efecto doppler. Grabación digital del sonido. Sonido en películas. Laboratorios. Prácticas de Ondas de sonido, video de Ondas de sonido El estudiante conoce y diferencia la descripción dinámica de los movimientos de las ondas de sonido. Se logra una comprensión del concepto de Ondas periódicas, intensidad de ondas de sonido periódicas y un entendimiento de su aplicación a través del efecto doopler, Además, el estudiante adquiere la capacidad de aplicar esta teoría en para la Estudiante: Interpretará y asimilara los conceptos respectivos, mediante el desarrollo de ejemplos. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. Estudiante: Los temas son preparados por los estudiantes y su presentación, síntesis y aclaración se hará en clase. Se desarrollarán ejercicios en clase. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. 6 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) UNIDAD 4: Superposición y Ondas. Superposición y ondas estacionarias. Superposición e interferencia. Ondas estacionarias. Ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos. Resonancia. Ondas estacionarias en columnas de aire. resolución de problemas de la vida real. El estudiante comprende los conceptos de superposición de ondas, energía y la relación entre ellos. Docente: Presentará material virtual, del respectivo contenido temático, con el fin de desarrollar las habilidades del estudiante. Propondrá ejercicios y talleres de ejercicios. Logra un entendimiento de Ondas estacionarias, resonancia y patrones de onda no sinodales. Estudiante: Manejara algún tipo de herramienta virtual, para realizar presentaciones acerca del tema. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. El estudiante conoce los procesos de calor y temperatura y sus diferentes clases de medición. Docente: Presentará los conceptos respectivos para el desarrollo de la termodinámica y los fenómenos calóricos. Laboratorios. Prácticas de Cubeta de Ondas. Video de superposición de ondas. UNIDAD 5: Temperatura, Calor y la Primera Ley de la Termodinámica. Temperatura. Temperatura y la ley cero de la termodinámica. Termómetros y la escala Celsius de temperatura. El termómetro de gas de volumen constante y la escala absoluta de temperatura. Expansión térmica de sólidos y líquidos. Calor y energía interna, calor latente, trabajo y calor, primera ley de la termodinámica, Comprende las leyes de la termodinámica involucrada en estos procesos y los mecanismos de transferencia de energía. Estudiante: Trabajará en modelos propios de la ingeniería utilizando los principios termodinámicos. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. 7 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) aplicaciones. Laboratorios. Primera ley de la termodinámica, Calorimetría, Calor especifico, Dilatación lineal UNIDAD 6: Segunda ley de la termodinámica y entropía. . Ciclo de Carnot. Procesos termodinámicos. Definición de entropía. Aplicaciones de la segunda ley de la termodinámica El estudiante conoce los procesos termodinámicos y sus aplicaciones. Comprende el concepto de entropía aplicado a la ingeniería. Docente: Presentará los conceptos respectivos para el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica y la comprensión del concepto de entropía. Estudiante: Trabajará en modelos propios de la ingeniería utilizando los conceptos, leyes y principios de la termodinámica. Desarrollo de talleres y prácticas de laboratorio. Laboratorios. Segunda ley de la termodinámica, TOTALES VIII. ESTRATEGIAS Y PROCESOS DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS: Serán incorporados para la enseñanza de la asignatura la metodología por créditos con sus respectivos modelos pedagógicos; en estos modelos el estudiante preparará previamente los temas de la sesión, tanto teórica como experimental, usando las metodologías de estudio independiente, como el trabajo en pequeño grupo, estudio cooperativo, mapas conceptuales, entre otros, con apoyo en sus tutorías, para luego socializarlo en su clase o revisarlo en el laboratorio. En la sesión de asistencia docente, tanto teórica como experimental, el estudiante recibirá aclaraciones adicionales y resolución de dudas para la apropiación por parte de él de cada unidad. En cada sesión se tratará la síntesis del tema tratado, los detalles y elementos importantes. Al mismo tiempo se emplearán sesiones de grupo diferentes como el seminario, la mesa redonda, el foro, entre otros para la clase. Los métodos de estudio sugeridos al estudiante serán los conocidos por métodos de investigación, como el inductivo, el hipotético-deductivo, el analítico, etc., a medida que se avance en el semestre académico. También se realizará algún tipo de evaluación periódica para supervisar el aprendizaje del estudiante y que será tenida en cuenta en las sesiones de retroalimentación para mejorar el desempeño del mismo. Para el desarrollo de la asignatura, se requiere infraestructura física con condiciones apropiadas para la docencia, salones con suficiente capacidad, disponibilidad de medios audiovisuales, sala de internet para consulta y biblioteca dotada. Se requiere de un laboratorio de Física donde se desarrollarán las prácticas de 8 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) laboratorio, que contenga los aparatos, instrumentos y cantidades suficientes. materiales necesarios para las prácticas y en Coherente con la filosofía de la universidad, de estimular la formación integral de sus estudiantes se revisó la manera más apropiada de evaluarlos. Así desde el principio el estudiante de UNIAGRARIA conoce los fundamentos de su evaluación integral. Esta contempla básicamente tres aspectos: una autoevaluación, una coevaluación y una heteroevaluación. La autoevaluación consiste en una reflexión por parte del estudiante a cerca de la apropiación por parte de él, de los capítulos con sus conceptos, modelos y teorías vistos y complementados desde lo pragmático. Esta autoevaluación solo refleja el estado del estudiante frente a los temas vistos y la necesidad de refuerzos o la disposición para comenzar el nuevo capítulo. Esta evaluación tiene en cuenta sus modos de apropiación de la información, interpretación y aplicación, para evaluar su comprensión. El sistema coevaluativo como primera medida tiene en cuenta el desempeño en grupo del estudiante, su responsabilidad, cualidades y características de estudio, para que este haga consciencia de sus logros o falencias, las corrija y mejore su desempeño. La realización de la coevaluación es de manera simultánea a la autoevaluación. La heteroevaluación se refiere a una evaluación del estudiante por parte del docente. Esta se contempla de manera integral para diagnosticar el estado de aprendizaje del estudiante, cuáles son sus necesidades para suplirlas y sus capacidades para potenciarlas. Se realizará este tipo de evaluación durante todo el semestre cuando el docente determine que es adecuado para el grupo. Los criterios generales de evaluación serán: Dominio y profundidad sobre el tema tratado. Sustentación de ideas por medio de la argumentación teórica. Planteamiento y solución a problemas. Destreza en procedimientos para la solución de ejercicios. Cumplimiento y organización con sus trabajos. Manejo de la simbología adecuada para expresar ideas y realizar trabajos. Tipos de evaluación Tipo de evaluación \ Corte 40% 60% Quices Laboratorios Trabajos de consulta Guías de trabajo Pedagogía Ambiental de aula Parcial 20% 20% 15% 15% 5% 25% 20% 20% 15% 15% 5% 25% Quices: se realizarán al inicio de clase con una duración de 20 minutos y se tendrán en cuenta los temas vistos en la semana inmediatamente anterior. Laboratorios: se desarrollarán en la jornada de 3 horas durante las cuales se realizara la práctica correspondiente y al final los grupos de trabajo entregaran el informe de forma escrita. Para esto, los estudiantes deben haber preparado con anterioridad los temas de la práctica y avanzar en la 9 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) contextualización del marco teórico. Trabajos de consulta: son aquellos trabajos que se dejaran para complementar los temas tratados en clase, como preparación para los temas siguientes o referidos a los proyectos de aula. Se entregan de forma escrita de acuerdo a las fechas establecidas por el docente. Guías de trabajo: De acuerdo a la programación se desarrollaran en clase, talleres de ejercicios en grupo, para fomentar el trabajo colaborativo por parte de los estudiantes. Parciales: evaluación que comprende los temas vistos durante el respectivo corte IX. BIBLIOGRAFÍA: BÁSICA: Autor Serway-Jewett Título Física I para Ciencias e Ingeniería Editorial Thomson Física Universitaria I Pearson Física Pearson Gettis-Keller Física para ciencias e ingeniería I Mc. Graw Hill México Alonso-Finn Física Fondo Ed. Interamericano México An Introduction to Mechanics Mc. Graw Hill Física Reverté Sears, F.Zemansky, M. Resnick-Halliday Ciudad México Año 2005 México 2005 2002 Uso de la biblioteca virtual COMPLEMENTARIA: Kleppner-Kolenkow Tipler, P.A. 2005 1976 1973 1985 X. CIBERGRAFÍA: REVISTAS ELECTRÓNICAS: Revista colombiana de Física http://revcolfis.org/ojs/index.php/rcf Real sociedad española de Física http://www.rsef2.com/ BASES DE DATOS: PÁGINAS WEB: Clases de física en línea http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-‐01Physics-‐IFall1999/CourseHome/index.htm Demostraciones de física en línea http://www.mip.berkeley.edu/physics/physics.html 10 MICROCURRÍCULO(SYLLABUS) Sistema de unidades y constantes de la física http://www.physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.html DATOS DEL PROFESOR: Licenciado en Física / Físico , ingeniero mecánico ELABORÓ: JOSÉ ALBERTO HERNANDEZ GARCIA ÚLTIMA REVISIÓN: REVISÓ: APROBÓ: Día 2 Mes Año 05 2012 11