Física(1º Curso de Ciencias Ambientales)

Grupo B

Introducción

Esquema

• Física– Profesores, Admin., Programa, Evaluación…

• Álgebra vectorial• Física Newtoniana

Profesores• Dr. Andrew S. Kowalski (“Andy”); Teoría y dos grupos pequeños (B2; B3)

– andyk@ugr.es– http://www.ugr.es/~andyk (DocenciaFísica)– Tutoría

• Jueves de 11:00 a 13:00• Viernes de 08:30 a 12:30• {Edificio VIII (Física); 2ª planta, Despacho 103)}• Virtual : quedamos por correo Google Meet

• José Rafael Morillas Medina; grupo pequeño B1– jmorillas@ugr.es– Tutoría

• X 9:30-10:30, 16:30-17:30• (Sala PFI) Edificio VIII

La Física es diferente• Muchas otras asignaturas

– Memorizar conceptos y redactar textos• Física

– Aprender leyes y aplicarlas para resolver problemas• Usar herramientas matemáticas• Cuidar las dimensiones (unidades, S. I.)• Ejercer semanalmente examinarse

– Analizar medidas (directas e indirectas)• Determinar y comunicar incertidumbres• Examen de prácticas Informes de prácticas

Teor

íaPr

ácti

cas

Sobre las lecciones• L-M-X 11:00-12:00 (virtual o Aula C12)• Hasta el 7 de octubre, clase 100% on-line

• Asíncronamente : Tema 0 (revisión física Newtoniana)• Síncronamente (Google Meet) : Tema 1…

• Desde el 12 de octubre– Clase presencial para 25% a la vez, Aula C12

• Generalmente– Los ficheros PDF se pueden tener a mano

• http://www.ugr.es/~andyk (Docencia/Física)– Limita la necesidad de apuntar mucho

• Es mejor participar y preguntar, que apuntar

Cosas Administrativas• Grupo grande

– Lecciones PPT (y http://.........pdf)– Relaciones de problemas (fin de cada tema)– Trabajos (cada tema : a desarrollar en casa y entregar)– Examen parcial, mitades de noviembre1

1Necesito información de los alumnos 1. Delegado =__________

2. Hora/Fecha examen parcial

División en pequeños gruposGrupo B

• Inicialmente alfabético:– B1 (martes): Acosta Gázquez– B2 (miércoles): González Pérez– B3 (jueves): Puertas Zhou

• Se permiten cambios– Inicialmente, sin modificar tamaño grupo– Finalmente, ajustando tamaño grupo

Cosas Administrativas• 3 grupos pequeños (empezando el 6 de octubre)• ¿Cuándo, y con quién?

– B1 – M 18:00-20:00 (José), hasta 1 diciembre– B2 – X 18:00-20:00 (Andy), hasta 2 diciembre– B3 – J 18:00-20:00 (Andy), hasta 3 diciembre

• ¿Dónde?– Octubre en salas normales

• B1 y B2 – aula C03• B3 – aula C11

– Desde el 3 de noviembre en laboratorio• “Prácticas” en el Laboratorio General de Física I• Guiones http://www.ugr.es/~andyk (Docencia/Física)

Pequeños grupos en aula (8h)

• 6-8 oct, Introducción– Método científico; Magnitudes físicas– Revisión matemática; vectores, derivadas

• 13-15 oct: Teoría de Errores• 20-22 oct : Ejercer teoría de errores• 27-29 oct : examen, teoría de errores

¿Alumno/a quiere comunicar algo al profesor?

Para: andyk@ugr.es

De: fulanito@hotmail.comAsunto: Física

Contenido:Nombre, DNINo puedo tener prácticas los

martes porque trabajo (adjunto justific.) Propongo cambiar con María G. (jueves), en cc

Sé que no se trata de SPAMSé que se trata de esta asignatura

¿Alumno/a quiere comunicar algo al profesor?

Para: andyk@ugr.es

De: fulanito@hotmail.comAsunto: Física

Contenido:Nombre, DNITengo las prácticas aprobadas del

curso X en el año XXXX, con los profesores XXX y YYY en el grupo X

Programa• I. INTRODUCCIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS. MAGNITUDES VECTORIALES. (1h)• Introducción. El método científico. Relación entre la Física y otras ciencias. Ciencia y Tecnología. Medida. Carácter de las magnitudes físicas. Magnitudes vectoriales. Álgebra vectorial.• II. ESTÁTICA DE FLUIDOS. (1h)• Introducción. Fuerzas másicas y superficiales. Gradiente de presión. Concepto de presión. Ecuación fundamental de la estática de fluidos. Principio de Pascal. Estática de fluidos en campo gravitatorio. Presión atmosférica. Manometría.

Principio de Arquímedes. Flotación.• III. FENÓMENOS DE SUPERFICIE.( 2h) • Fuerzas intermoleculares. Cohesión. Tensión superficial. Energía superficial. Presión debida a la curvatura de la superficie interfacial. Contacto entre dos líquidos. Contacto sólido-vapor-líquido. Ángulo de contacto. Capilaridad. Ley de

Jurin.• IV. DINÁMICA DE FLUIDOS. (3h)• Introducción. Ecuación de continuidad. Fluidos ideales. Flujo estacionario. Ecuación de Bernouilli. Aplicaciones de la ecuación de Bernouilli. Fluidos reales. Viscosidad. Fluidos newtonianos. Régimen laminar y turbulento. Número de

Reynolds. Flujo viscoso. Capa límite. Flujo laminar en tuberías. Ley de Hagen-Poiseuille. Flujo externo.• V. OSCILACIONES. (3h)• Introducción. Movimiento armónico simple. Energía del oscilador armónico. Aplicaciones del movimiento armónico. Péndulos. Movimiento en las proximidades del equilibrio. Oscilaciones amortiguadas. Oscilaciones forzadas. Resonancia.

Superposición de M.A.S.• VI. ONDAS.(2h)• Introducción. Características de las ondas. Pulsos. Ondas armónicas. Ecuación de ondas. Potencia de una onda. Interferencia de ondas armónicas. Ondas sonoras. Audición. Análisis de Fourier de ondas periódicas. Fuentes de sonido.

Interferencia de ondas sonoras y pulsaciones. Efecto Doppler para el sonido. Ecuación de ondas para el sonido.• VII. SISTEMAS TERMODINÁMICOS. (1h)• Introducción. Sistema termodinámico. Estados de equilibrio. Procesos termodinámicos. Equilibrio termodinámico. Principio cero de la Termodinámica. Temperatura. Escala de temperaturas. Termómetros. Ecuación de estado: gas ideal,

gas real. Interpretación cinética de la temperatura.• VIII. CALOR Y TRABAJO. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. (2h)• Introducción. Calor. Capacidad calorífica, calor especifico. Calorimetría. Trabajo. Energía interna. Primer Principio de la Termodinámica. Entalpía. Calores específicos a presión constante y a volumen constante. Energía interna, entalpía

y calores específicos de gases ideales. Aplicaciones del primer principio a sistemas cerrados: Transformaciones cuasi-estáticas del gas ideal.• IX. PROPIEDADES Y PROCESOS TÉRMICOS. (1h)• Introducción. Dilatación térmica. Fases. Cambios de fase. Calores latentes. Superficies termodinámicas para sustancias puras. Diagramas de fase. Punto triple y punto crítico. Presión de vapor. Humedad: Punto de rocío. Mecanismos de

transmisión del calor.• X. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.(3h)• Introducción. Máquinas térmicas. Enunciados de Kelvin-Planck y de Clausius del segundo principio. Procesos reversibles e irreversibles. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Escala termodinámica de temperaturas. Entropía. Principio del

incremento de entropía. Entropía y energía utilizable. Interpretación molecular de la entropía.• XI. CAMPO ELÉCTRICO.(3h)• Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo electrostático. Ley de Gauss. Conductores. Diferencia de potencial. Campo electrostático y potencial: superficies equipotenciales. Distribución de carga. Capacidad. Condensadores. Energía

electrostática de un condensador. Energía del campo electrostático. Dieléctricos.• XII. CORRIENTE ELÉCTRICA. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA.(2h)• Corriente. Ley de Ohm. Resistencia. Energía de los circuitos eléctricos. Fuerza electromotriz. Conductores, aislantes y semiconductores. Superconductividad. Asociaciones de resistencias. Redes eléctricas: reglas de Kirchhoff.

Instrumentos para mediciones eléctricas. Circuito RC.• XIII. CAMPO MAGNÉTICO.(2h)• Campo magnético. Fuerza de Lorentz. Movimiento de partículas cargadas en el seno de un campo magnético. Fuerza magnética sobre un elemento de corriente. Imanes en el interior de campos magnéticos. Momento sobre una espira de

corriente en el interior de un campo magnético uniforme. Ley de Biot- Savart. Fuerza entre conductores rectilíneos. Ley de Ampère. Campo magnético sobre un solenide y de un imán en forma de barra. Flujo del campo magnético.• XIV. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA (2h)• Ley de inducción de Faraday. Ley de Lenz. Aplicaciones de la ley de Faraday. Corrientes de Foucault. Inducción mutua. Autoinducción. Circuito LR. Energía magnética. Circuitos LC y LRC: oscilaciones eléctricas.Generadores de corriente

alterna. Corriente alterna en una resistencia. Corriente alterna en un condensador. Corriente alterna en una bobina. Circuito LRC en serie con un generador. Potencia. Resonancia.

Programa en Bloques

1. Intro (1)1B. Prácticas (1)

Bloque 02. Estática (1)3. Superficie (2)4. Dinámica (3)

Bloque 1: Fluidos

5. Oscilaciones (3)6. Ondas (2)

Bloque 2: “Trig.”

7. Sistemas (1)8. 1ª Ley (2)9. Procesos (1)10. 2ª Ley (3)

Bloque 3: Termo

11. Campo E (3)12. Ohm,Kirchhoff (2)13. Campo M (2)14. Inducción, CA (2)

Bloque 4: E&M

Evaluación• Teoría

– 70% Exámenes• 1 Parcial a programar (Bloques 1 y 2)

– Los alumnos que lo superen eliminarán materia• Final el 29 de enero 2021 (17 de febrero 2020)

• Prácticas– ~8% Examen de Prácticas – ~12% Informes de prácticas (entregar por grupo)

• Otras actividades (trabajos, relaciones de problemas, tutorías, etc.)– 10%

imprescindible aprobar

Bibliografía• Bibliografía Fundamental• Gettys, W.E., Seller, F.J. y Skove,M.J., Física Clásica y Moderna, McGraw-

Hill, 1991.• Giancoli, D.C., Física. Principios con aplicaciones, Prentice-Hall, 1997.• Sears,F.W., M.W. Zemansky,M.W. y Young, H.D. y Freedman, R.A., Física

Universitaria, Pearson, 2003• Serway, R.A., Física, McGraw-Hill, 1997.• Wilson, J.D., Buffa, A.J., Física, Pearson, 2003.

• Bibliografía Complementaria:• Jou, D. Jebot, J. E. y Pérez García, P., Física para las ciencias de la vida,

McGraw, 1994.• Ortega, M.R., Lecciones de Física, Servicio de Publicaciones de la

Universidad de Córdoba, 1994. • Resnick, R. Y Halliday, D. Física, CECSA, 1986.

Programa• I. INTRODUCCIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS. MAGNITUDES

VECTORIALES. (1h)• Introducción. El método científico. Relación entre la Física y otras

ciencias. Ciencia y Tecnología. Medida. Carácter de las magnitudes físicas. Magnitudes vectoriales. Álgebra vectorial.

Programa• I. INTRODUCCIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS. MAGNITUDES

VECTORIALES. (1h)• Introducción. El método científico. Relación entre la Física y otras

ciencias. Ciencia y Tecnología. Medida. Carácter de las magnitudes físicas. Magnitudes vectoriales. Álgebra vectorial. Revisión de la física newtoniana.

Programa• I. INTRODUCCIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS. MAGNITUDES

VECTORIALES. (1h)• Introducción. El método científico. Relación entre la Física y otras

ciencias. Ciencia y Tecnología. Medida. Carácter de las magnitudes físicas. Magnitudes vectoriales. Álgebra vectorial.

Tensores, Escalares, y Vectores

• En la física (y dinámica de fluidos), las cantidades se caracterizan como “tensores” de rangos distintos:– Un escalar es un tensor de rango cero: solo

se caracteriza por una magnitud (y ninguna dirección).

– ¿Ejemplos?

Tensores, Escalares, y Vectores

• En la física (y dinámica de fluidos), las cantidades se caracterizan como “tensores” de rangos distintos:– Un escalar es un tensor de rango cero– Un vector es un tensor de rango uno: se

trata de una magnitud y una dirección/orientación

– ¿Ejemplos?

Tensores, Escalares, y Vectores

• En la física (y dinámica de fluidos), las cantidades se caracterizan como “tensores” de rangos distintos:– Un escalar es un tensor de rango cero– Un vector es un tensor de rango uno: se

trata de una magnitud y una dirección/orientación

– ¿Ejemplos?¿Tensores de rango dos?

El vector (V)

V

“cola”

“cabeza”

• Una flecha, con dos propiedades– Magnitud– Dirección (de cola a cabeza)

• Para denotar un vector: negrito• Dos maneras de expresarlos

– Por ángulos– Por componentes

V

El vector (V)Por ángulos

• Una flecha, con dos propiedades– Magnitud: la longitud del vector

• Un vector V tiene magnitud V = |V|– Dirección: el ángulo q con respeto al eje x

x

y Vmagnitud

q

dirección

V

El vector (V)Por componentes

• El vector se compone de– Su magnitud en la dirección “x”– Su magnitud en la dirección “y”

• Cada componente es un escalar

x

y A

AX

AY

Para un vector A, conociendo tanto su magnitud como su dirección, los componentes

se calculan fácilmente

x

yA

AX

AY AX = Acosqq AY = Asinq

Sabiendo los componentes, se pueden determinar la magnitud y

dirección de un vector

x axis

y axis A

AX

AYqtanq = AY/AX

q = tan-1(AY/AX)

2)(2)( YX AAA

SignoAX es negativo mientras

AY todavía es positivo

x

yA

AX

AYq

AX = AcosqAY = Asinq

El signo de las funciones trigonométricas se

determina por el cuadrante.

Dos vectores son iguales si tienen la misma magnitud y

dirección

A B

Así, podemos trasladar un vector de un lado a otro sin cambiarlo

AX

AY

BX

BY

Dos vectores anti-paralelos tienen la misma magnitud, pero direcciones opuestas

A

B

A = -BImplica:

B = -A

(Ax=-Bx; Ay=-By)

Los vectores se pueden añadir geométricamente

A + B ?

A

B

C = A + B

O

C

Para añadir dos vectores, ponerlos cabeza a cola

C = B + A

La adición es conmutativa

Para añadir vectores, ponerlos cabeza a cola

A

B C D

AB

C

DS

S = A + B + C + D

O

Ejm. Fuerzas en competición

La fuerza neta

Para restar dos vectoresC = A - B

A – B ?

O -B

C = A - BA

BO

A

B

C = A – BC = A + (-B)

Sea A un vector y k un escalar. Entonces kA es un

vector con magnitud |k|A. El signo de k determina la

dirección de kA.

A2A

-3A

Más álgebra vectorial

• Adición de vectores– Geométricamente (ya visto), ó

• Con el álgebra vectorial– herramienta imprescindible para las

manipulaciones más difíciles

Adición por álgebra

• C=A+BCx= Ax +BxCy= Ay +By

x

y

A

B

C

AX

AYBX

BY

CX

CYAdición por componente

Adición por álgebra• C=A+B

x

y

a

b

cInterés en expresión por vectores unitarios

i vector con magnitud 1 en la dirección x

j vector con magnitud 1 en la dirección y

A = Axi + AyjB = Bxi + Byj

C = (Ax+Bx)i + (Ay + By)jC = Cxi + Cyj

ij

Multiplicación de vectores

• Hay dos tipos de producto entre vectores– El producto escalar es de

interés cuando el componente en común afecta al proceso físico

Multiplicación de vectores

• Hay dos tipos de producto entre vectores– El producto escalar

(componente en común)– El producto vectorial es de

interés cuando un componente ortogonal afecta al proceso físico

A

i

A

i

A

i

A

i

(Componente en común)

El producto escalar

2222cos

yxyx

yyxx

bbaa

babaab

ba

yyxx babaab cosba

a

bq

“dot product”

El producto vectorial

(Componente ortogonal)

Para C = A x B

Vectorial: magnitud y dirección

Magnitud: C = AB sinq

“cross product”

El producto vectorial(Componente ortogonal)C = A x B

La dirección de C se determina por la

“regla de la mano derecha”

El producto vectorial• Propiedades

CABACBA

La regla de la mano derecha

AB BA0 BA

dtd

dtd

dtd BABABA

ABBA Antisimétrica:Para A y B paralelos:

Para A y B perpendiculares:

Distributiva:

Diferenciable:

0 AA