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FÍSICA II (Geología) UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales República Argentina Código: PDF
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Enrique Camacho Arroyo
1 Página 1 de7 Programa de: FÍSICA II (Geología) UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales República Argentina Código: 1407 Carrera: Geología Escuela:Geología Departamento: Física Plan: Carga Horaria: 120 Semestre: Cursadoanual Carácter: Obligatoria Bloque: Puntos: 3 Hs. Semanales: 4 Año: Segundo Objetivos: Interpretar adecuadamente los fenómenos, leyes, definiciones y principios relacionados con campos eléctricos y campos magnéticos, en el vacío y en medios materiales. Identificar los fenómenos ondulatorios, tranfiriéndolos a las leyes y comportamiento del sonido y la luz, reconocer la naturaleza cuántica de algunos fenómenos. Reconocer los fenómenos relacionados con la corriente eléctrica y los circuitos eléctricos básicos. Tomar conciencia de la proyección de las leyes de la Física en las disciplinas geológicas. Programa Sintético: 1. Campo eléctrico, ley de Gauss, y potencial eléctrico. 2. Dieléctricos y capacidad eléctrica. Condensadores. 3.. Corriente eléctrica, fuerza electromotriz circuitos eléctricos. 4. Campos magnéticos. 5. Fuerzas obrantes sobre corrientes en campos magnéticos. 6. Fuerza electromotriz inducida. 7. Ferromagnetismo. 8. Ondas: el sonido la luz 9. Óptica geométrica. 10. Principio de Huygens. Interferencia, difracción y polarización de la luz 11. Introducción a fenómenos cuánticos Programa Analítico: de foja 3 a foja 6. Programa Combinado de Examen (si corresponde): de foja a foja. Bibliografía: de foja 7 a foja7. Correlativas Obligatorias: Física I (Geología) Matemática I Correlativas Aconsejadas: Rige: dese 1997 Aprobado HCD, Res.: Fecha: Modificado / Anulado / Sust. HCD Res.: Fecha: El Secretario Académico de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (UNC) certifica que el programa está aprobado por el (los) número(s) y fecha(s) que anteceden. Córdoba, / /. Carece de validez sin la certificación de la Secretaría Académica:
2 Página 2 de7 PROGRAMA ANALITICO LINEAMIENTOS GENERALES Física II, que pertenece al segundo año de la carrera, provee a la formación de los alumnos de Geología en el campo disciplinar de la Física. Comprende básicamente el área de Electricidad y Magnetismo, Óptica geométrica, Ondas y Fenómenos ondulatorios. METODOLOGIA DE ENSEÑANZA El profesor explica los contenidos del programa en la primera parte de la clase. En el segundo tramo, se hacen las actividades de Trabajos Prácticos. Las mismas consisten en la resolución de problemas y en la ejecución de trabajos de laboratorio. Los alumnos disponen de un cuadernillo, preparado por la Cátedra, correspondiente material para seguir cada clase y con el cual concurren a la misma. También disponen de un cuadernillo con las consignas y preguntas sobre cada tema, cuyo objetivo es proporcionar una guía para la preparaciónde la materia. Para los trabajos prácticos, disponen de cuadernillos de guía. Se realiza una clase semanal de consulta, para evacuar dudas o completar los aprendizajes. EVALUACION Los requisitos para regularizar la materia, consisten en cumplir con la asistencia reglamentaria y aprobar con 4 las evaluaciones parciales de Prácticos, que son 2, con una recuperación. La aprobación de la materia es mediante examen final, en el que los alumnos son evaluados sobre los contenidos prácticos y teóricos. Los alumnos con 7 en los parciales de prácticos, se los exime de la parte práctica del examen final y se les pregunta sólo la parte teórica de la materia. En forma optativa, los alumnos pueden acceder a la aprobación de la materia sin examen final, mediante la aprobación, durante el transcurso del año, de 3 parciales adicionales de teórico, mas un coloquio integrador al final del ciclo. Reparcialización: Para aquellos alumnos a quienes se les venció la regularidad sin haber rendido o aprobado la materia y debieran recursar, se establece un régimen de reparcialización. Consiste en que se le toman los 2 parciales de práctico, mas la recuperación, entre abril y mayo, con lo cual se les revalida su regularidad, sin necesidad de que asistan nuevamente a clase. También se les concede reparcialización a quienes cumplieron con el 80% de asistencia el año anterior, pero que no aprobaron, o no rindieron, los parciales para regularizar
3 Página 3 de7 CONTENIDOS TEMATICOS Unidad 1. Campo eléctrico, electroestática y elecrodinámica Carga eléctrica, electrización por frotamiento, aisladores, conductores, el electroscopio, ley de Coulomb. Cargas inducidas. Carga de un conductor por inducción. Campo eléctrico, cálculo para cargas puntuales. Líneas de campo eléctrico para algunas distribuciones de carga: cargas puntuales, esfera, placas, cuerpos conductores. Flujo del campo eléctrico en superficies abiertas y cerradas. Ley de Gauss, aplicación al cálculo del campo E ur en diversos casos de conductores cargados: esfera, placas, cilindro, punto próximo a la superficie de un conductor. Efecto de puntas, cuerpo conductor en un campo eléctrico, efecto de jaula de Faraday. Trabajo de la fuerza del campo eléctrico, diferencia de potencial eléctrico entre 2 puntos del campo. Carácter conservativo del campo electrostático. Cálculo del potencial en un punto del campo de una carga puntual y de una esfera cargada. Superficies equipotenciales para: cargas puntuales, esfera, placas, cuerpos conductores. Definición de gradiente de potencial. Generador de Van de Graaf, experimento de Millikan. Unidad 2. Dieléctricos y capacidad eléctrica. Condensadores. Polarización de una lámina dieléctrica entre 2 placas cargadas, densidad de cargas libres, e inducidas. Comparación entre los casos de una lámina dieléctrica y una metálica. Cálculo del campo E ur en el interior de un dieléctrico, susceptibilidad, coeficiente dieléctrico, campo disruptivo. Conocimiento de las propiedades de algunos dieléctricos. Definición de condensador eléctrico, formas de cargarlo, diversos tipos. Capacidad eléctrica. Deducción de las expresiones de la capacidad de un condensador plano y de la energía almacenada. Conexión en serie y en paralelo de condensadores. Algunos usos de los condensadores. Unidad 3. Corriente eléctrica, fuerza electromotriz y circuitos eléctricos. Estructura cristalina de los metales, electrones libres, definición de corriente eléctrica, ley de Ohm. Distinción de los casos de conducción eléctrica, según se comporten, o no, de acuerdo con la ley de Ohm. Variación de la resistencia con la temperatura. Superconductividad. Efecto Joule. Potencia eléctrica. Circuito eléctrico simple, concepto de fuerza electromotriz. Conexiones de resistencias. Ecuación del circuito simple. Leyes de Kircchoff. Algunas definiciones básicas de corriente alternada, y su campo de aplicación. Efecto Volta. Corrientes de origen termoeléctrico, termocuplas. Unidad 4. Campos magnéticos. Efecto Oersted. Definición del campo magnético B ur. Ley diferencial de Biot y Savart, interpretación vectorial. Deducción del valor del campo B ur en un punto próximo a un conductor recto, a partir de la ley diferencial de Biot y Savart. Líneas de campo. Casos de espira circular, solenoide y toroide: conocimiento de las expresiones para el cálculo del campo y de la forma de las líneas de campo B ur en cada caso. Teorema de Ampère. Unidad 5. Fuerzas obrantes sobre corrientes en campos magnéticos. Órbitas de partículas cargadas en campos magnéticos. Espectrógrafo de masas. Fuerza sobre un conductor con corriente, interpretación vectorial.
4 Página 4 de7 Momento sobre una espira con corriente, interpretación vectorial. Motor eléctrico elemental. Unidad 6. Fuerza electromotriz inducida. Interpretación ur de las fuerzas que aparecen durante el movimiento de un conductor móvil en un campo B uniforme. Cálculo de la fuerza electromotriz inducida, consideraciones sobre la energía en juego. Flujo del campo magnético. Deducción de la f.e.m. inducida en una espira, por variación de flujo, ley de Faraday-lenz. Aplicación e interpretación de la ley de Faraday-lenz a los casos de: espira que gira en campo ur B y espira que se traslada perpendicularmente a ur B. Aplicación de la ley de Faraday lenz a la interpretación del funcionamiento de un transformador elemental. Aplicación de la ley de Faraday lenz a la deducción de la f.e.m. inducida en una espira en rotación, y a la interpretación del funcionamiento de un generador elemental. Unidad 7. Ferromagnetismo. uur Anillo de Rowland, campo H. Permeabilidad magnética, relativa y absoluta. Magnetización, materiales ferromagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos. Susceptibilidad magnética. Curva de magnetización del hierro, histéresis. Temperatura de Curie. Líneas de campo magnético de imanes, polos magnéticos, magnetismo inducido, campo desmagnetizante. Componentes del vector campo magnético terrestre, inclinación, declinación, líneas isógonas. Unidad 8. Ondas, el sonido y la luz. Propagación de una perturbación en un medio elástico unidimensional, onda transversal y longitudinal. Frecuencia, período, longitud de onda, análisis al pasar la onda de un medio a otro. Reflexión de un pulso. Deducción de la ecuación de la onda progresiva, doble periodicidad. Superficies y frentes de onda, esféricos y planos. Intensidad de una onda, definición, determinación de su valor para una onda mecánica. Variación de la intensidad y la amplitud en función de la distancia a la fuente, en una onda esférica. Expresión de la intensidad de una onda electromagnética, vector de Ponting. Módulo de cizallamiento G, velocidad de una onda transversal en un sólido. Módulo de Young, velocidad de propagación de un onda longitudinal en un sólido elástico. Módulo de elasticidad cúbica M, velocidad de una onda longitudinal en un fluido. Ejemplos. Onda estacionaria en un medio elástico unidimensional, descripción, principio de superposición, concepto de interferencia. Deducción de la ecuación de la onda estacionaria en una cuerda vibrante, en un modo normal. Descripción de algunos modos normales de ondas estacionarias en determinados cuerpos vibrantes: cuerda, varilla vinculada, diapasón, campana columna de aire. Concepto de resonancia. Qué es el sonido?. Deducción de su velocidad de propagación en aire, en función de la temperatura. Velocidad del sonido en el agua, y en un metal. Ley logarítmica de la intensidad percibida, intensidad umbral. Tono. Componentes armónicos del sonido, teorema de Fourier, timbre. Reflexión del sonido, eco. Efecto Doppler. Ultrasonido. Fenómeno de difracción del sonido. Qué es la luz?, teorías sobre su naturaleza, electromagnética y cuántica, fenómenos modelizables con cada una de ellas, aspectos históricos: medición de la velocidad de la luz, método de Roemer. Espectro electromagnético, unidades, forma de generar ondas electromagnéticas..
5 Página 5 de7 Fotometría. Flujo radiante de una fuente luminosa puntual. Flujo luminoso, rendimiento luminoso y rendimiento total de una fuente luminosa. Intensidad luminosa. Intensidad de iluminación. Unidades. Fotómetro de Bunsen. Unidad 9. Óptica geométrica. Propagación rectilínea de la luz, fuentes luminosas puntuales y extensas, sombra y penumbra. Leyes de reflexión de la luz. Espejos planos, formación de imágenes, espejos en ángulo. Campo con respecto a un punto de un espejo plano. Espejos esféricos cóncavos, formación de imágenes, diversos casos. Ecuación de los espejos esféricos cóncavos. Espejos esféricos convexos. Campo con respecto a un punto de un espejo convexo y de uno cóncavo. Limitaciones en el estudio de los espejos esféricos, condiciones de aplanetismo. Fenómeno de refracción de la luz, ejemplos, índice de refracción, definiciones. Ley de Snell. Reflexión total, prismas de reflexión total. Refracción en lámina de caras paralelas y en prisma. Fenómeno de dispersión de la luz, índice de refracción en función de la longitud de onda. Dispersión de la luz blanca en un prisma. Noción de espectros. Lentes delgadas, diversos casos de formación de imágenes en lentes convergentes, aumento. Lentes divergentes. Ecuaciones de newton, de Gauss y del Constructor de lentes. Instrumentos ópticos. El ojo, cámara fotográfica, proyector de diapositivas, anteojo astronómico, microscopio, telescopio reflector, espectrómetro de prisma. Unidad 10. Principio de Huygens Fresnel, interferencia, difracción, polarización. Principio de Huygens Fresnel, propagación de un frente de onda esférico. Su aplicación a la determinación de las leyes de reflexión y refracción de ondas. Interferencia de dos fuentes luminosas puntuales coherentes, definición de coherencia. Experimento de Young, patrón de intensidades de interferencia, cálculo de la longitud de onda de una luz monocromática a partir del experimento de Young. Interferencia en láminas delgadas. Anillos de Newton, lámina de cuarto de onda. Fenómeno de difracción de una onda plana en una ranura, requisitos para que el fenómeno sea observable, diferencia entre la refracción de la luz y del sonido. Hipótesis de Fraunhofer. Difracción a través de una ranura: deducción del valor de los ángulos de mínima intensidad, análisis influencia del ancho de ranura, patrón de intensidades. Redes de difracción, aspectos descriptivos, espectroscopio de red, determinación de la longitud de onda de una luz monocromática mediante una red. Difracción de rayos X por un cristal, aspectos históricos e importancia. Efecto de la difracción de la luz a través de una abertura circular, análisis de la influencia del diámetro de la abertura y de la longitud de onda. Ángulo de mínima resolución de un instrumento óptico, poder separador. Luz polarizada en un plano, interpretación. Fenómeno de polarización por reflexión, ángulo de polarización. Ley de Brewster, deducción de la expresión correspondiente. Fenómeno de doble refracción, eje óptico. Frentes de onda ordinario y extraordinario, dirección de propagación en función de la orientación de la luz incidente sobre un cristal birrefringente., índices de refracción. Polarización por doble refracción, prisma de Nicol. Polarización por cristales dicroicos. Porcentaje de polarización, ley de Malus. Aspectos básicos de la polarización circular y elíptica, a partir de la incidencia de luz polarizada en una lámina de calcita. Rotación del plano de polarización en sustancias y cristales ópticamente activos, medición experimental del ángulo de rotación, rotación magnética del plano de polarización.
6 Página 6 de7 Unidad 11. Introducción a fenómenos cuánticos. La hipótesis cuántica de Planck en la radiación del cuerpo negro. Efecto fotoeléctrico, curvas características, potencial de corte, función trabajo, frecuencia umbral. Espectros atómicos. La teoría de Bhor para el átomo de hidrógeno, postulados, ecuaciones. Series espectrales. 1. LISTADO DE ACTIVIDADES PRACTICAS Y/O DE LABORATORIO Resolución de problemas Incluye la resolución de problemas sobre los contenidos del programa. Actividades de laboratorio Incluye la realización de las siguientes actividades experimentales Práctico de laboratorio 1, ley de ohm y circuitos eléctricos. Trabajo en grupos de alumnos, por mesa, medirán c.d.p. y corrientes en circuitos serie y paralelo, y comprobarán la ley de ohm. Práctico de laboratorio 2, ondas estacionarias, cuerda vibrante. Práctico de demostración. Los alumnos observarán los nodos en los modos normales en un dispositivo de cuerda vibrante, medirán la distancia entre nodos y la frecuencia para calcular la velocidad de propagación de la onda. Práctico de laboratorio 3, óptica geométrica I. Descomposición de la luz en un prisma. Los alumnos medirán el ángulo de desviación mínima y calcularán el índice de refracción del material. Trabajo en grupos, por mesa. Práctico de laboratorio 4, Óptica geométrica II. Formación de imágenes con lentes, ecuación de gauss. Trabajo en grupos, por mesa. Los alumnos observarán la formación de imágenes y medirán distancias objeto e imagen y aumentos en diferentes casos. Verificarán la ecuación de gauss Práctico de laboratorio 5, Óptica Ondulatoria. Observación del fenémeno de difracción de la luz, mediante redes de difracción. Trabajo en grupos, por mesa. Los alumnos medirán la separación entre los máximos de un espectro de difracción, y calcularán la cantidad de ranuras por mm de la red. Práctico de laboratorio 6, Magnetismo, Medición del Campo Magnético Terrestre. Medición del campo terrestre, mediante el montaje de una brújula de tangentes 2. DISTRIBUCION DE LA CARGA HORARIA ACTIVIDAD HORAS TEÓRICA 65 FORMACIÓN PRACTICA: o FORMACIÓN EXPERIMENTAL 25 o RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS 30
7 Página 7 de7 TOTAL DE LA CARGA HORARIA 120 DEDICADAS POR EL ALUMNO FUERA DE CLASE ACTIVIDAD HORAS PREPARACION TEÓRICA 100 PREPARACION PRACTICA o EXPERIMENTAL DE LABORATORIO 20 o EXPERIMENTAL DE CAMPO o RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS 80 o PROYECTO Y DISEÑO TOTAL DE LA CARGA HORARIA 3. BIBLIOGRAFIA Material didáctico para estudio preparado por la Cátedra Consistente en los siguientes cuadernillos: Notas de clase de: Campo Eléctrico, ley de Gauss potencial, Dieléctricos, capacidad eléctrica y condensadores, Corriente eléctrica, fuerza electromotriz y circuitos, campos magnéticos producidos por corrientes, Fuerzas sobre corrientes en campos magnéticos, Fuerza electromotriz inducida, Nociones de ferromagnetismo, Ondas: el sonido y la luz, Óptica geométrica, óptica Física. Guía de problemas. Guías para laboratorio Consignas de guía para estudio de la materia, consistentes en preguntas y consignas direccionadas a los objetivos de aprendizaje específicos, tema por tema. Bibliografía general de referencia: Tipler Mosca, 1 y 2, editorial Reverté, Barcelona, 2005 Sears Zemansky Young, Física, tomo 2. F.W. Sears, tomos 2 y 3. I.V. Savéliev, Curso de Física General, tomos 1, 2 y 3 Serway Jewet, Física I y II, editorial Thomson, 2003 Raymond A. Serway, Física Mc Graw Hill, 1995 Resnick Halliday, Física, editorial Cecsa 1972

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 RESOLUCIÓN 
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