Mecánica y Ondas para Biociencias - Código: 1000023-6

Diego Alejandro Torres Galindo∗

Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá

ResumenPhysics (from Ancient Greek: φύσvις physis "nature") is a natural science that involves the study

of matter and its motion through space-time, along with related concepts such as energy and force.

More broadly, it is the general analysis of nature, conducted in order to understand how the universe

behaves.

Physics is one of the oldest academic disciplines, perhaps the oldest through its inclusion of astro-

nomy. Over the last two millennia, physics was a part of natural philosophy along with chemistry,

certain branches of mathematics, and biology, but during the Scientific Revolution in the 16th cen-

tury, the natural sciences emerged as unique research programs in their own right. Physics intersects

with many interdisciplinary areas of research, such as biophysics and quantum chemistry, and the

boundaries of physics are not rigidly defined. New ideas in physics often explain the fundamental

mechanisms of other sciences, while opening new avenues of research in areas such as mathematics

and philosophy.

Physics also makes significant contributions through advances in new technologies that arise from

theoretical breakthroughs. For example, advances in the understanding of electromagnetism or nu-

clear physics led directly to the development of new products which have dramatically transformed

modern-day society, such as television, computers, domestic appliances, and nuclear weapons; ad-

vances in thermodynamics led to the development of industrialization; and advances in mechanics

inspired the development of calculus.

Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Physics

∗Electronic address: datorresg@unal.edu.co; URL: http://www.docentes.unal.edu.co/datorresg/

index.html

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I. INFORMACIÓN GENERAL

Nombre de la asignatura: Mecánica y Ondas para Biociencias.

Código de la Asignatura: 10000236.

Unidad académica que ofrece la asignatura: Departamento de física.

Facultad: Ciencias.

Nivel: pregrado.

Numero de horas actividad presencial: 12

Numero de creditos: 4

Prerrequisitos: Haber aprobado la componente de matemáticas del examen de clasificación

o el curso de matemáticas básicas.

Porcentaje de asistencia mínimo: 80%

La asignatura pertenece a la tipología de fundamentación.

II. OBJETIVOS

1. Desarrollar la comprensión y el aprendizaje de los conceptos básicos de la Mecánica

Newtoniana y de las Oscilaciones y Ondas: cinemática y dinámica, estática y palancas,

trabajo y energía, propiedades elásticas de materiales.

2. Desarrollar competencias para aplicar los conceptos anteriores a la interpretación y

explicación de fenómenos físicos y a la solución de problemas significativos para el

desempeño profesional futuro.

3. Desarrollar competencias experimentales propias de la física, pero útiles en la visión

científica de la vida cotidiana y del futuro desempeño profesional de los estudiantes.

III. METODOLOGÍA Y EVALUACIÓN

• En la semana habrá tres sesiones de 2 horas cada una:

– Clase magistral: miercoles, 7:00 a.m. - 9:00 a.m., edificio 404-salón 203.

– Práctica de laboratorio: martes, 7:00 a.m. - 9:00 a.m, edificio 404 salón 102.

– Taller de ejercicios: lunes, 9:00 a.m. - 11:00 a.m., edificio 404, salón 214.

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• En la clase magistral se trabajaran un total de 14 semanas, las siguientes excepciones

deberán ser tenidas en cuenta:

– Martes 7 de agosto, laboratorio (motivo: festivo de la batalla de Boyaca).

– Lunes 20 de Agosto, Taller (motivo: festivo regular en Colombia).

– Lunes 3 y Miercoles 5 de Septiembre, taller y magistral (motivo: personal).

– Semana del 17 al 22 de Septiembre (motivo: semana universitaria).

– Lunes 15 de Octubre, Taller (motivo: festivo regular en Colombia).

– Lunes 5 de Noviembre, taller (motivo: festivo regular en Colombia).

– Lunes 12 de Noviembre, taller (motivo: festivo regular en Colombia).

• Evaluaciones:

– Parciales 50%. Tres parciales a lo largo del semestre durante la clase magistral.

– Talleres de ejercicios 25%. Se realizaran por medio de sesiones de ejercicios, que

serán entregados a lo largo del semestre.

– Laboratorios 25%.

• Información acerca de los cursos puede ser consultada en la dirección electrónica:

http://www.docentes.unal.edu.co/datorresg/docs/MecanicaYOndasBiociencias

IV. CONTENIDOS

En los contenidos las practicas de laboratorio se denotan con (P) y los talleres de ejercicios

con (T).

Introducción (1 semana)

1. La física como ciencia experimental: Observar y predecir. Caracterización y Conceptos:

definición operativa y representación matemática (ej: vectores en mecánica), leyes para

construir predicciones. La naturaleza como juez último de la predicción teórica.

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2. (P) Mediciones y Magnitudes Físicas: unidades y dimensiones, cifras significativas,

notación científica, errores, conversión de unidades.

3. Vectores: Definición, representación gráfica y operaciones elementales, representación

en componentes.

Cinemática (2 semanas)

1. Conceptos Fundamentales: Posición, velocidad media y velocidad instantánea, acele-

ración media y aceleración instantánea.

2. Predicción gráfica del movimiento usando vectores: Tiro parabólico, movimiento cir-

cular uniforme.

3. (P) Tiro parabólico (primera parte): Mediciones y predicción gráfica de la trayectoria

usando vectores.

4. Movimiento en una dimensión: Caída libre. Representaciones gráficas del movimiento.

5. Movimiento en dos dimensiones: Tiro parabólico, Movimiento Circular uniforme y no

uniforme.

6. (P) Tiro parabólico (segunda parte): Predicción de la trayectoria usando ecuaciones y

hoja excel.

Primer examen miércoles 29 de Agosto 2012

Dinámica (3 semanas)

1. Cantidad de Movimiento (momentum lineal) y Fuerza (interacciones que cambian la

cantidad de movimiento)

2. Segunda Ley de Newton: Definición. Sumas de fuerzas. Diagramas de fuerzas. Fuerzas

de gravedad (peso), superficies (normal) y cuerdas (tensión). Ejemplos de predicción

de la aceleración.

3. (P) Segunda Ley de Newton.

4. Fuerzas de fricción de Coulomb: Máxima fuerza de fricción estática y coeficiente de

fricción estático. Fricción dinámica y coeficiente de fricción dinámico. Ejemplos.

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5. (Taller) Ejercicios de Aplicación: Construcción de diagramas de cuerpo libre y de

predicción de la aceleración.

6. (P) Ejemplos de aplicación de diagramas de fuerzas: montajes en plano inclinado,

fricción, cuerdas, poleas y pesos.

7. Tercera Ley de Newton: Acción y reacción. Ejemplos de análisis de cuerpo libre usando

acción y reacción.

8. Primera Ley de Newton: Ley de inercia y sistemas inerciales de referencia: ¿cuándo

puedo usar las leyes de Newton? Fuerzas ficticias. Ejemplos (aceleración constante,

movimiento circular uniforme).

Leyes Empíricas (1 semana)

1. Leyes Empíricas: Graficar en papel lineal para establecer leyes empíricas. Graficando

contra el inverso o el cuadrado. Ejemplos.

2. (P) La Masa y el Resorte: Caracterizar empíricamente la fuerza del resorte (Elongación

vs. Masa) para luego predecir su movimiento (Periodo vs. Masa).

3. (P) Determinando leyes empíricas: El péndulo, La masa y el resorte, El ascenso capilar

del café en una galleta, o similares.

Estática (1 semana)

1. Torque y Equilibrio estático: Definición de torque. Segunda Ley de Newton para la

rotación. Equilibrio estático. Ejemplos.

2. Palancas y aplicaciones: Tipos de palancas. Palancas en el cuerpo humano.

3. (P) Palancas: Predicción de la fuerza o del punto de equilibrio para palancas de primer,

segundo y tercer tipo.

Trabajo y Energía (1 semana)

1. Trabajo y Energía: Trabajo de una Fuerza Constante. Energía cinética y Trabajo de

la fuerza total. Trabajo de fuerzas conservativas y energía potencial. Balance de ener-

gía mecánica. Ejemplos de predicción usando balance de energía. Formas de energía,

transformaciones y conservación de la energía.

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2. Potencia y Máquinas Sencillas: Definición de potencia y ejemplos. Máquinas sencillas:

trabajo y potencia en el plano inclinado, la palanca y el tornillo.

3. (P) Experimentos con máquinas sencillas.

Segundo examen miércoles 24 de octubre de 2012

Propiedades Elásticas de Sólidos (1/2 semana)

1. Esfuerzos, deformaciones y elasticidad: Deformación de una banda elástica. Presión.

Módulo de Young, de cizalladura y de compresibilidad.

2. Diagramas de Esfuerzo-Deformación: Límite lineal, límite elástico y límite de ruptura.

Histéresis. Ejemplos.

3. (P) Oscilación de un peso al final de una viga o péndulo de torsión.

Oscilaciones (1/2 semana)

1. Movimiento armónico simple: Ley de fuerzas del MAS. Ejemplo: la masa y el resorte.

Ecuación de movimiento, y senos y cosenos como solución de esta ecuación. El MAS

como proyección del movimiento circular. Energía potencial del MAS.

2. Resonancia y Modos Normales: Concepto de la resonancia. Frecuencia natural. Con-

cepto de Modos Normales. Ejemplos de osciladores acoplados. Resonancia de modos

normales. Todo tiene modos normales (la cuerda, las placas de Chiandi, los volúmenes

de aire).

3. (P) Modos normales de un sistema de masas y resortes: medición de las frecuencias

naturales.

Ondas (1 semanas)

1. Ondas en una cuerda: Periodo, longitud de onda y velocidad de propagación. Ondas

estacionarias para una cuerda: frecuencia fundamental y armónicos. Ondas viajeras.

Reflexión de pulsos (extremo abierto y extremo cerrado). Pulsos en una cuerda de

violín (frotada) y en una cuerda de guitarra (pulsada).

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2. El Sonido: Ondas en el aire. Presión y movimiento de las moléculas. Velocidad del

sonido como función de la temperatura del aire. Instrumentos musicales de viento.

3. Propagación del Sonido: Principio de Huygens. Ondas en 2 y 3 dimensiones. Reflexión

y refracción. Ley de Snell. Absorción en las paredes. Refuerzo y eco en auditorios.

Interferencia (constructiva y destructiva). Difracción.

4. El Oído Humano: Pabellón e identificación espacial de la fuente. Canal, tímpano y

huesecillos. La cóclea. El órgano de Corti. Canales auditivos de calcio y señal nerviosa.

Teoría de bandas críticas, consonancia y disonancia. Escalas musicales.

5. (P) Experiencias con la Cubeta de Ondas (PSSC).

Tercer examen miércoles 21 de Noviembre de 2012.

V. DÍAS DE ATENCIÓN Y CONTACTO

• Martes, Miércoles, Jueves y Viernes entre las 10:00 AM y las 12:00 AM en la oficina

348, del edificio 404 (Edificio viejo de Matemáticas y Física).

• Correo electrónico: datorresg@unal.edu.co

• Teléfono: 3165000 extensión: 13031.

• Pagina web: http://www.docentes.unal.edu.co/datorresg/index.html

VI. OBSERVACIONES FINALES

• Cinco minutos después de comenzar la clase no se permitirá el ingreso a ningún estu-

diante.

• Los teléfonos celulares deben ser apagados durante la clase. Si un telefono celular

suena dentro de la clase se hará quizz.

• El resultado de las calificaciones se dará a conocer como máximo 10 días después de

realizada la prueba (Articulo 33 del acuerdo 008 de 2008 del CSU Estatuto Estudiantil

en sus Disposiciones Académicas).

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• Sin perjuicio de lo que se resuelva en la correspondiente investigación disciplinaria, el

fraude en actividades, trabajos y evaluaciones académicos se sancionará con la asig-

nación de la nota cero punto cero (0.0) en la respectiva evaluación, trabajo o prueba

(Articulo 27 del acuerdo 044 de 2009 del CSU Estatuto Estudiantil en sus Disposiciones

de Bienestar y Convivencia).

• Preparar las clases, preguntar, y repasar lo visto en clase es fundamental para un buen

desempeño académico.

VII. BIBLIOGRAFÍA

[1] Paul Hewitt, Física Conceptual. Editorial Addison-Wesley Interamericana.

[2] Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands. The Feynman Lectures

on Physics, Vol. 1: Mainly Mechanics, Radiation, and Heat.

[3] MacDOnald/Burns, Física para las ciencias de la vida, Addison-Wesley Iberoa-

mericana.

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