Física (plan 2002) 2019-1

Primer Semestre, Física Contemporánea

BIENVENIDOS TODOS, son bienvenidos los que quieran asistir, pero no se guardarán calificaciones.

Se aplicarán 3 exámenes parciales obligatorios: 2 en clase y una tarea examen.

En clase se aplicarán ligeras evaluaciones que servirán de repaso a los estudiantes. Además, los viernes se presentarán diversos temas de investigación (seminarios) dados por estudiantes trabajando en un proyecto de investigación con el fin de que sirvan de divulgación y motiven el interés en dichos tópicos especializados.

En la clase se mostrarán videos, animaciones, juguetes con el fin de entender mejor los conceptos ilustrados en clase.

Un examen final opcional, el cual su calificación será la calificación final, sin importar la calificación de los parciales y tareas.

LAS TAREAS DEBERÁN ENTREGARSE EN LA FECHA DE ENTREGA.

FÍSICA CONTEMPORÁNEA

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CLAVE: 0104 MODALIDAD: Curso

PRIMER SEMESTRE CARÁCTER: Obligatorio

CRÉDITOS: 6 REQUISITOS: Ninguno

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HORAS POR CLASE TEÓRICAS: 1

HORAS POR SEMANA TEÓRICAS: 3

HORAS POR SEMESTRE TEÓRICAS: 48

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Objetivos

Introducir conceptos básicos de la Física, los cuales se estudiarán con mayor detalle a lo largo de la Licenciatura. Introducir el uso de las herramientas matemáticas necesarias, con el fin de nivelar la experiencia de los estudiantes. Motivar a los estudiantes mediante seminarios básicos sobre temas de investigación actual.

Metodología de la enseñanza

Los temas a discutir en clase se encuentran relacionados a los cuatro pilares principales de la Física: la Mecánica Clásica, el Electromagnetismo, la Termodinámica y la Mecánica Cuántica.

Se desarrollarán en las 16 semanas de clase, dos clases teóricas por cada semana en este caso los días lunes y miércoles, salvo por los días de examen parcial y/o ayudantía.

Los días viernes se expondrá a los estudiantes una conferencia o seminario, en la que se discutirá un tema de investigación actual dado por algún tesista en la materia correspondiente, de manera que se utilicen los conceptos vistos en clase y con el fin principal de motivar a los estudiantes a trabajo de investígación o bien, un empleo. Por ejemplo, tema de materia obscura y relatividad especial (mecánica clásica); aceleradores de partículas, partículas elementales, láseres y solitones (electromagnetismo); transiciones de fase, gases cuánticos, átomos fríos e ingeniería de materiales (termodinámica) y semiconductores, enredamiento cuántico (mecánica cuántica).

Evaluación del curso.

Se sugiere evaluar con tareas semanales y exámenes parciales obligatorios.

Se ayudará a los estudiantes con pequeñas pruebas (quizzes) y asistencias a seminarios (estos dos últimos no obligatorios).

Temario

MATEMÁTICAS Y MECÁNICA CLÁSICA 18 hrs.

1. Cinemática: Definición de velocidad y aceleración instantáneas. Caída libre. Movimiento uniformemente acelerado. Movimiento en dos y tres dimensiones. Tiro parabólico y hélice.
2. Dinámica. Las tres leyes de Newton. Sistemas inercial y no inercial. Momento lineal. Fuerza, diagramas de cuerpo libre. Trabajo. Energía cinética y potencial: oscilador armónico y plano inclinado. Conservación de energía y momento. Definición de torca y momento angular
3. Leyes de Kepler. Ley universal de la gravitación. Derivación de las leyes de Kepler a partir de la gravitatoria.

Los temas de matemáticas respectivos: definición de vector, magnitud de un vector, producto punto y producto cruz, derivada de un vector, derivada parcial; trigonometría, derivadas e integrales, ecuaciones diferenciales de primer grado y representación paramétrica.

2. ELECTROMAGNETISMO 14 hrs.

4. Carga eléctrica. Conservación y transferencia de la carga. Interacción electrostática. Ley de Coulomb.

5. Campo eléctrico. Trayectoria de partículas cargadas en un campo eléctrico externo. Energía potencial eléctrica, diferencia de potencial, trabajo y energía. Distribución continua de carga y Ley de Gauss.

6. Corriente eléctrica. Campo magnético y Biot Savart. Fuerza de Lorentz y movimiento de partículas cargadas en un campo magnético externo. Aceleradores de partículas. Ley de Ampere y de inducción de Faraday.

Los temas de matemáticas que se deben cubrir son: álgebra vectorial, derivadas e integrales, trigonometría, gradiente, integral de línea y cerrada (teorema de Gauss).

3. TERMODINÁMICA 10 hrs.

7. Sistemas microscópicos y macroscópicos. Estados de equilibrio y variables termodinámicas. Fluidos, concepto de presión y ecuación de Bernoulli.

8. Ecuación de gas ideal (Boyle-Mariotte, Gay Lussac y Charles). Número de partículas, número de Avogadro y constante de gases ideales. Ley cero: concepto de temperatura y equilibrio termodinámico. Calor Latente y calorímetros. Trancisiones de fase y diagramas de fase.

9. Diagrama PV. Trabajo mecánico y calor. Primera Ley de la Termodinámica. Segunda y Tercera Leyes de la Termodinámica. Concepto de irreversibilidad y entropía. Ciclo de Carnot. Diagrama TS.

Los temas matemáticos a repasar son: integrales de trayectoria, ecuaciones algebraicas lineales, logaritmos y gráficas de funciones.

4. MECÁNICA CUÁNTICA 6 hrs.

10. Radiación del cuerpo negro y cuantización de la energía de Planck. Hipótesis de de Broglie.
11. Efecto fotoeléctrico: experimento y explicación de Einstein
12. Espectros atómicos y modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno.
13. Notación de Dirac. Concepto de enredamiento cuántico.

Los temas de matemáticas que se deben cubrir son: Espacios vectoriales, condiciones continuidad y discontinuidad en la frontera. Ecuación de eigenvalores.

Bibliografía básica

• Tipler, Paul A., Física para las Ciencias y la Tecnología. Vol 1: Mecánica, Oscilaciones y Ondas, Termodinámica y Física para las Ciencias y la Tecnología. Vol 2: Electricidad y magnetismo. Luz. Física Moderna, 6ª. Edición, Reverté, (2010).
• R. Serway, J. W. Jewett, Física para ciencias e Ingeniería Vol 1 y Vol 2. 7ª. Edición Cengage Learning (2005).
• F. Bueche y E. Hecht, Física General. 10ª edición, McGraw Hill (2007).
• Alonso & Finn, Física, Vol. I: Mecánica, Addison Wesley Iberoamericana, (1986).
• F. W. Sears, M.W. Zemansky. Física Universitaria con Física Moderna V.1 y 2. 11ª edición. (2005).
• P. E. Tippens. Física Conceptos y aplicaciones. 7ª edición. (2007).

Bibliografía complementaria

• Hewitt, Paul G., Física Conceptual, Pearson, (2007), Conceptos de Física, Limusa, (2011)
• Halliday, Resnick, Walker. Fundamentos de Física. Vol. I y II, 8ª. Edición, Grupo Editorial Patria, (2011).
• E. Braun. Física 1, Mecánica. Ed. Trillas (2007)
• M. W. Zemansky, R.H. Dittman, Calor y termodinámica. 6ª edición. McGraw Hill (1984).
• Ingard y Kraushaar Introducción al estudio de la mecánica, materia y ondas. Ed. Reverte, S.A. (1969).
• R. Serway, C. Moses, C, Moyer. Física Moderna. 3ª edición. Ed. Cengage Learning (2006).
• L. García-Colín, L. Ponce. Problemario de termodinámica clásica. Ed. Trillas.
• Purcell, E. M., Electricidad y Magnetismo 2a ed, Berkeley physics course, Volumen 2, Ed. Reverté, 4a. Edición, (2001).
• Feynman, Richard P., Leighton, R. B. and Sands, M., The Feynman Lectures on Physics, Volume I: Mechanics, Radiation, and Heat, The Feynman Lectures on Physics, Volume II: Electromagnetism and Matter, The Feynman Lectures on Physics, Volume III: Quantum Mechanics, (1964).

Bibliografía más pesada

• L. D. Landau, E. M. Lifshitz. Mecánica Vol 1, 2a edición. Ed. Reverte (1985).
• D. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Fourth Edition. Pearson.
• C.C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë, Quantum Mechanics V 1 & 2. WILEY-VCH. (2005).
• H. Callen, Thermodynamics and an introduction to Thermostatics. Jhon Wiley & Sons (1964).