Física (plan 2002) 2020-1

Segundo Semestre, Laboratorio de Mecánica

Estimados estudiantes:

Bienvenidos a este curso de Laboratorio de Mecánica, esperamos que sea enriquecedor para su preparación profesional y satisfaga sus expectativas.

El programa del curso es:

OBJETIVOS GENERALES

1. Profundizar en la compresión de conceptos y teorías de la mecánica clásica.

2. Conocer y aplicar los elementos del diseño, métodos y técnicas experimentales en el desarrollo de la Física.

3. Conocer los fundamentos básicos de metrología

3 a. Comprender y aplicar los conceptos y teoría estadística básicos para el análisis e interpretación de datos.

3 b. Conocer los principios de operación y funcionamiento del equipo experimental del laboratorio de mecánica y desarrollar habilidades para el manejo de dichos instrumentos

4. Elaborar el registro adecuado de actividades experimentales y del informe correspondiente

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. ¿Qué es Experimento o experimentación?: C1 C4 Baird e Internet
   1. Identificar un problema: qué sé y qué no sé, marco teórico, qué creo que sé (ideas previas), qué quiero saber (problema) y qué espero o pienso que sea (hipótesis).
   2. Identificar el sistema: variables entrada y salida, en qué consiste y cómo está configurado
   3. Planteamiento o planeación del experimento: identificar o determinar qué se pretende y cómo se propone hacer para resolver el problema
   4. Desarrollo: cómo lo hago, por qué lo hago así. Qué necesito para hacerlo
   5. Registro de lo que hago: Bitácora, registro de datos, tablas, video, foto, audio, etc.
   6. Análisis de los datos obtenidos: Gráficas, relaciones, resultados de medida, cálculos, cambios de variable.
   7. Discusión de resultados: relación con lo esperado, comparación con modelos, análisis de problemas del experimento.
   8. Conclusiones: qué nuevas interrogantes surgen, para qué más nos sirve, mejoras o nuevos planteamientos experimentales.
2. ¿Qué es una bitácora y cómo se elabora?
   1. Partes de la bitácora
   2. Cómo se elabora
3. ¿Qué es un informe y cómo se elabora?
   1. Partes del informe
   2. Formato de un informe

CONTENIDOS

1. Teoría Mecánica clásica

1.a. Unidades y patrones

1.b. Cinemática y Dinámica:

• Velocidad y aceleración
• Movimiento relativo y sistemas de referencia
• Fuerza y masa
• Cantidad de movimiento y su conservación

1.c. Trabajo, Energía y su conservación

1.d. Equilibrio: Centro de masa, centro de gravedad y centro de percusión

1.e. Elasticidad y oscilaciones, ley de Hook, péndulo y oscilaciones acopladas

1.f. Movimiento circular y movimiento debido a una fuerza central

1.g. Torca, momento angular, momento de inercia

2. Metodología experimental

2.a. Sistema, Medición, medidas directa e indirecta, dimensiones, unidades patrones y conversiones de unidades y análisis dimensional

2.b. Incertidumbre, error, precisión, cifras significativas de una medición, propagación de incertidumbres, determinación de incertidumbres de una variable dependiente de otra y cambios de variable

2.c. Características de un instrumento de medición: Resolución y sensibilidad.

2.d. Gráficas, análisis de las gráficas, cambios de variable y ajustes a una recta o modelo

2.e. Introducción a la simulación por computadora y análisis por métodos numéricos

2.f. Diseño y planeación de un experimento

2.g. Elaboración de informe de un experimento

2.h. Elaboración de una bitácora de trabajo

3. Instrumentación

3.a. Instrumentos Analógicos y digitales: Balanza, cronómetro, calibradores, dinamómetros, Microscopio viajero.

3.b. Lámpara estroboscópica, riel de aire, mesa de aire, riel dinámico, giróscopo.

3.c. Cámaras fotográfica y de video.

3.d. Programas de análisis, cálculo: Excel, Tracker.

3.e. Sensores e interfaces para la computadora y sus programas: Vernier, Pasco y LESA

3.f. Simuladores como: Interactive Physics, Modellus, Crocodile Physics, o cualquier otro simulador que se tenga disponible en el laboratorio o se pueda encontrar en la red.

MÉTODO DE TRABAJO

• Los alumnos trabajarán en equipo de 3 o 4 personas. Los equipos de trabajo podrán ser cambiados en función de su desempeño.
• Cada alumno tendrá un cuaderno de trabajo (bitácora) donde llevarán sus apuntes, la bitácora de los experimentos realizados, las notas y comentarios a las lecturas y las tareas solicitadas. La bitácora deberá tener todas sus hojas numeradas y no se podrán arrancar hojas.
• Las tareas se deberán entregar la fecha que se indique y después de que se regrese calificada los alumnos la deberán corregir y pegar a su bitácora.
• Para la comunicación entre los alumnos y los profesores se aprovechará de los sistemas de correo electrónico y de la plataforma de Drive de Google o el de cursos en línea Moodle de la Facultad de Ciencias.
• Las actividades experimentales serán planteadas a partir de problemas o cuestiones que se deben resolver de manera experimental
• Los alumnos tendrán la responsabilidad de buscar la información requerida para la realización de las actividades.
• Al final los alumnos realizarán un experimento libre, el cual se irá diseñando a lo largo de curso. Cada tres semanas se revisarán los avances del proyecto. Los alumnos deberán tener definido su proyecto final a partir del segundo mes de clase.
• El experimento libre se podrá realizar con el apoyo de sus compañeros y el informe será individual.
• Se dejarán tareas que pueden ser reseñas de lecturas comentadas, artículos, libros, películas y ejercicios.
• Todos los alumnos tendrán al menos una exposición de lectura, que podrá ser individual o en equipo.

EVALUACIÓN

• La naturaleza práctica de la materia, requiere del trabajo presencial del alumno, así que se necesita una asistencia mínima del 80% para aprobar el curso (No faltar a más de 6 clases).
• De cada proyecto se solicitará un informe elaborado en equipo con los lineamientos que se establezcan por acuerdo en el grupo.
• Los cuadernos de bitácora se revisarán al menos dos veces durante del semestre, formando parte de la calificación del curso.
• Las tareas deben de ser entregadas para su calificación
• Se tomarán en cuenta las exposiciones y discusiones de lecturas ante el grupo como parte de las tareas
• Los porcentajes de la calificación serán:

La participación activa del estudiante en el laboratorio es fundamental, no puede haber asistencia sin dicha participación ya que se reflejará en los resultados del trabajo experimental y en las presentaciones de lecturas. Puede llegar a ser el fiel de la balanza que decide el ajuste en la calificación final.

Bitácora: Recurso donde se anota en forma organizada el trabajo realizado en cada sesión del laboratorio: Qué se hace, con qué se hace, cómo se hace, por qué se hace. La bitácora se llevará ya sea en un cuaderno, en una carpeta o como archivo electrónico permanente, se revisará periódicamente. La bitácora se divide en tres partes una donde se lleva el trabajo diario y otra donde se llevan las tareas, lecturas y la tercera donde llevan sus avances del experimento libre.

En los recursos Drive y Moodle del curso se pondrán guías para los experimentos y tareas, las cuales serán revisadas por los alumnos antes de realizar las actividades experimentales y algunas tareas. Las guías experimentales son consideradas como parte de la bitácora, aunque no se integren al cuaderno, por lo que en este se debe hacer referencia a ellas.

Las tareas y lecturas se realizarán en casa y se comentarán en clase, se pueden elaborar en hojas separadas o en el cuaderno de bitácora, en todo caso se deben integrar a ella.

Habilidades: Se presentan en el trabajo en clase, en las presentaciones, bitácora, tareas e informes de actividades experimentales. Entre las habilidades a considerar se encuentran: Organización, aprovechamiento del tiempo, uso de instrumentos y sus manuales, Búsqueda de información, redacción de informes y comunicación, análisis, interpretación y síntesis de datos, realización e interpretación de gráficas, trabajo y discusión en equipo, etc.

Con respecto a la puntualidad y la asistencia, estas son importantes para dedicar el tiempo suficiente para realizar las actividades. Se aplicará el reglamento vigente para determinar la calificación.

REFERENCIAS:

Bibliografía Principal de Metodología y Manuales Experimentales

• Baird, D.C., 1995, Experimentación: una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos, Editorial PrenticeHall Hispanoamericana, S.A., México.
• Oda, B., 1997, Introducción al análisis gráfico de datos experimentales, editado por la Facultad de Ciencias, UNAM, México.

Sitios de internet

• CENAM: http://www.cenam.mx/
• Curso de Física con computadoras http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm
• Física con TIC: https://sites.google.com/site/fisicacontics/home
• Laboratorio de Mecánica de la FC: http://mecanica.fciencias.unam.mx/
• Simulaciones de la Universidad de Colorado: http://phet.colorado.edu

Publicaciones de la Organisation Internationale de Métrologie Légale:

• V2, 1993, International vocabulary of basic and general terms in metrology (bilingüe: francés - inglés).
• P15, 1989, Guide to calibration.
• P17, 1995, Guide to the expression of uncertainty in measurement.

Complementaria

• Bentley, J.P., 1995, Principles of measurement systems, 3a edición, ed. Longman Publishing Group, GB.
• Bevington, P.R., Robinson, D.K., 2003, Data reduction and error analysis for the physical sciences (book and disc), 3a edición, ed. McGraw Hill, USA.
• Campbell, P.D.Q., 1995, An introduction to measurement and calibration ed. Industrial Pr., USA.
• Cooke, C., 1996, An introduction to experimental physics, ed. Taylor & Francis, USA.
• Dunlap, R.A., 1988, Experimental physics, Oxford University Press, GB.
• Garduño, R., 1988, Manual de apoyo para el curso de Laboratorio de Física Clásica I, editado por la Facultad de Ciencias, UNAM, México.
• Lyons, L., 1992, A practical guide to data analysis for physical science students, ed. Cambridge University Press, GB.
• Marousek, G y Williams, T. W., 1969, Experiments on air Table, Edit. Ealing Corporation, Massachusetts, USA.
• Mc Alexander, A. 1979, Experiments for technical Physics, 2a edición, ed. Allyn and Bacon, Inc. USA.
• Meiners, H.F., 1970, Physics demonstration experiments, Vol. I y II, The Ronald Press Co., USA.
• Moore JH, Davis CC, Coplan MA, Greer SC. Building scientific apparatus. 4th ed. Cambridge (UK): Cambridge University Press; 2009.
• Preston, D.W., Dietz, E.R., 1991, Art of experimental physics, ed. John Wiley & Sons, USA.
• Squires, G. L. 1985, Practical physics 3a. edición,Cambridge University Press, Cambridge U. K. 211 p. ISBN. 0 521 270950 2.
• Staudenmaier, H.M., 1995, Physics experiments using PCs: A guide for instructors and students, ed. Springer Verlag, Alemania.
• Taylor, J.R., 1997, An introduction to error analysis: The study of uncertainties in physical measurements, 2a edición, ed. University Science Books, USA.
• Wall C. N. and Levine, R.B. 1962, Physics Laboratory Manual, 2a edición, e. Prentice-Hall, Inc., USA.
• White, M. S. and Manning, K. V. 1954, Experimental College Physics. A Laboratory Manual, 3a edición, edit Mc Graw-Hill Book Company, Inc., Japón.
• Worsnop, B.L., Flint, H. T. 1962, Advanced Practical Physics for students, 9a edición, ed. Methuen & Co. Ltd., GB.

Bibliografía de teoría física

• Alonso, M., Finn, J.E., 1995, Física, AddisonWesley Iberoamericana, México.
• Arons A. B., 1970, Evolución de los conceptos de la física, Editorial Trillas, México.
• Eisberg, R.M., Lerner, S.L., 1984, Física, Vol. 1, McGrawHill, México.
• French, A.P., 1975, Mecánica newtoniana, Editorial Reverté, México.
• Halliday, D., Resnick, R., Walker, J., 1997, Fundamentals of physics, fifth edition, John Wiley & Sons, Inc., N.Y., USA.
• Ingard, U., Kraushaar, W.L., 1973, Introducción al estudio de la mecánica, materia y ondas, Editorial Reverté S.A., México.
• Sears, F. W. (1973) Mecánica, movimiento ondulatorio y calor, 1ª edición, trd. Albino Yusta Almarza, Edit. Aguilar, Madrid, Esp. 667p.
• Sears, F. W., Zemansky, M. W., Young, H. D. y Freedman, R. A. (2004) Física universitaria, V. 1. 11a edición, trd. M en C, Roberto Escalona García, Edit. Pearson Educación, México, Mex. 864p.
• Tipler, P.A. (1994) Física, V. 1, 3ª. edición, Trd. Dr. J. Aguilar Peris y Dr. J. de la Rubia Pacheco, Edit. Reverté, S. A. Barcelona Esp. 595 p. más apéndicies. ISBN84-291-4367-X.