Universidad Nacional de General San Martin FISICA I

Bachillerato Universitario en Ciencias BUC (11o Cuatrimestre 2001)

Libro de Texto: Fisica Clásica y Moderna. Gettys, Keller, Skove Mc Graw-Hill Profesores: Drs.G.García Bemúdez, S.Gil, J.Guevara .

MECÁNICA Fecha Marzo

5 -7

Tema Vectores y Cinemática

Cap. 3 Preguntas: 5,9,12,13,14,15,17,18,19,20. Ejercicios: 11,23,46,48. Problemas: 5,6,8.

Cap. 4 Preguntas: 1,2,3,13,16,22,C-1, C-2, C-3. Ejercicios:15,18,21,27, C-4,C-5. Problemas: 5,13.

Marzo 12 - 14

Dinámica de la Partícula

Cap. 5 Preguntas:3,4,6,9,10,12,20,21,D-1,D-2,D-3. Ejercicios:23,33,35,D-4,D-5. Problemas: 2,5,D-6,D-7,8.

1

Marzo

19

Cap. 6 Preguntas: 15, 16,18,D-8. Ejercicios: 12,13,17,25,D-9,D-10. Problemas : 1, 3, 4, 5, 6, 9,D-11,D-12,D-13,D-14,D-15.

Marzo 21 - 26

Trabajo y Energía

Cap. 8 Preguntas: 4, 8, 10, 11, 16. Ejercicios: 4, 13, 17, 18, 27 Problemas: 1, 3, 5, 6

Cap. 9 Preguntas: 5, 6, 7, 16. Ejercicios: 5,18, 19, 21, 25, 26 Problemas: 1, 2, 4, 7, 8.

Marzo

28 - 2

Colisiones Cap. 10 Preguntas: 4,9,12,14,15,16,18,19 Ejercicios: 2 ,10,17,21,25,26,36. Problemas: 3, 6,10.

2

Primera Evaluación (9 Abril)

Abril

11 - 16 Equilibrio estático Cap. 11 Preguntas: 5,6,9,11. Ejercicios: 5, 8, 9, 11, 13. Problemas: 1,6,7

Abril

18

Impulso Angular Cap. 13 Preguntas: Ejercicios:

Abril

23 -

Oscilaciones y Ondas Cap. 14 Preguntas: 3,9,17,18 Ejercicios: 1,5,12,18,25,36. Problemas: 7,8. Cap. 32 Preguntas: 3,4,5,12,14 Ejercicios: 6,8,15,21,36,46

Abril

25 - 30

Mecánica de los Fluidos I Cap. 15 Preguntas: 6,8,10,12,13,16,17,18

3

Ejercicios: 16,17,20,22,24,25,26,30,31,34 Problemas: 1,2,3,8,10. Ver problemas Adjuntos

Mayo 7 - 9

Mecánica de los Fluidos II ( Modelos ) Ver problemas Adjuntos

Segunda Evaluación

14 Mayo

TERMODINÁMICA

Mayo 21

Propiedades elásticas de los sólidos

•

Tensión y deformación de los sólidos.

•

Ley de Hooke-Módulo de rigidez.- Coeficiente de Poisson.

•

Limite de proporcionalidad y limite elástico. Física - J.Wilson Cap. 9 – Sólidos y Fluidos. Ejercicios: 3, 4, 5, 8, 11, 14, 17,18, 21, 22,

Mayo

23

Temperatura y Transferencia de Calor

•

Calor y Tempertura.

•

Ley cero

•

Termómetros y escalas.

4

•

Expansión térmica de sólidos y gases. Cap.16 Preguntas: 1,3,7,13,15. Ejercicios: 13,24 Problemas: No

Mayo 28 - 30

Leyes de los Gases - Teoría cinetica de los Gases

•

Ley de Boyle, Gay-Lussac, Charles y Avogadro.

•

Ley de estado de los gases ideales.

•

Gases Reales.

•

Teoría Cínetica de los Gases.

•

Distribución de velocidades Moleculares.

•

Ley de Graham- Difusión gaseosa. Cap. 18 Preguntas: 4,5, 6 , 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 18 Ejercicios:1, 4, 5, 7, 10, 12, 13, 14, 26, 29, 30, 38 Problemas: 18.1, 18.3, 18.5, 18.6,

Junio 4 - 6

Temperatura y Transferencia de Calor ( Cont)

•

Transmisión del calor.

•

Conducción

•

Convección.

5

•

Radiación. Cap. 16 Preguntas:2, 3, 4, 5, 6, 7 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 21, 22. Ejercicios:3, 4, 9, 11, 13, 17, 19, 20, 23, 26, 28, 29. Problemas: 3, 4, 7.

Junio 10 - 13

Primera ley de la termodinámica.

•

Calores especificos y capacidad calorifica..

•

Calores de reacción y transformación.

•

Equivalente mecánico y eléctrico del calor.

•

Energía interna.

•

Trabajo.

•

Primera ley. – Perpetuo movile. Cap. 17 Preguntas: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12 13, 14, 15, 16, 18, 19, 24, 26. Ejercicios:1, 2, 4, 5, 8, 11, 12, 13, 16, 18, 21, 22, 26, 27, Problemas: 3, 5

Junio 18- 20 Segunda Ley de la Termodinámica

•

Procesos termodinámicos. Entalpia.

•

Procesos reversibles – Entropia.

•

Segunda Ley. Maquinas térmicas. 6

•

Ciclo de Carnot.

•

Efecto Joule Thomson.- Refrigeradores.

•

Orden e Información - Demonios de Maxwell – Teoría de la información.

Cap. 19 Preguntas: 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 19. Ejercicios:4, 5, 6, 8, 24, 25, 31 Problemas: 2, 3, 4, 5, 10, Tercera Evaluación ( 27 Junio )

Propósitos de la Cátedra. 1. Enseñar las leyes fundamentales de la mecánica como son las Leyes de Newton en forma rigurosa por intermedio del análisis de diversos ejemplos cotidianos. 2. Discutir en profundidad los conceptos fundamentales de masa inercial, fuerza y la conservación del impulso lineal, angular y energía. El aprendizaje se logra resolviendo en forma individual numerosos problemas y se verificará el nivel alcanzado con la resolución correcta de los problemas durante evaluaciones periódicas. 3. Promover en el alumno la habilidad de describir un problema fisico y además la capacidad de abstraer, de las múltiples interacciones que sufre un cuerpo real, las más relevantes con el objeto de predecir su movimiento . Esta capacidad de describir la naturaleza inanimada reduciendo el número de parámetros a analizar, en otras palabras realizar un modelo fisico simplificado de esa realidad, es una capacidad que el alumno debería adquirir al final del curso. Sugerencias de la Cátedra: a) Organizar bien las horas de estudio durante los dias de semana y fin de semana. b) Planificar con cuidado el número de materias a cursar. Es preferible hacer las cosas bien , aunque se tarde más tiempo. 7

c) Nuevos hábitos de estudio. A diferencia del secundario, en la universidad predomina un proceso de enseñanza - aprendizaje interactivo, de intensa ida y vuelta entre los docentes y alumnos. Es importante más que la cantidad de horas al estudio su calidad. Es aconsejable fomentar un estilo profundo donde haya comprensión y asimilación de contenidos. Donde prevalezca el proceso de relacionar los temas. d) Aprovechar al máximo el desarrollo de las clases para resolver las dudas. Plantearse preguntas y resolverlas solos o en grupo. e) Desarrollar el pensamiento crítico. En la universidad la meta es ejercitar un pensamiento productivo. Esto significa no quedarse con lo que a uno le dan, sino reflexionar más, afianzar el sentido crítico, formular hipótesis, comenzar a formarse un pensamiento científico. Intentar un estudio cada vez más independiente y profundo y abandonar el pensamiento que se dedica sólo a repetir. Problemas de Mecánica de fluidos I : 1. Explique cómo funciona un aparato para extraer líquido ( sifón ) de un recipiente sin inclinarlo ? 2. En 1654 von Guericke hizo una demostración en Magdeburgo del efecto de la presión del aire . Para desalojar el aire entre dos hemisferios de metal utilizó por primera vez una bomba de vacío.Tiros de ocho caballos a cada lado fueron incapaces de separarlas. Si el radio es de 0,3 m y la diferencia de presión de 0.1 atm .Calcule la fuerza necesaria? ( Sugerencia: Calcule la fuerza total en un hemisferio y demuestre que es igual al área frontal por la diferencia de presión.)

Problemas de Mecánica de fluidos II : 1.- ?Qué diámetro deberían tener los capilares del xilema de los árboles para que la tensión superficial sea la explicación satisfactoria del ascenso de la savia a la copa de una Secuoia gigante de 100 m de altura? (Suponer que la tensión superficial de la savia es igual a la del agua 73 10-3 N m-1 ,ángulo de contacto cero grados ). Comparar el resultado con el valor experimental del xilema que es de 2.5 10-5 m de diámetro 2.-Un bloque de 10 Kg. de peso se desliza sobre un plano inclinado y llega , luego de un determinado tiempo, a tener velocidad constante. Determine esa velocidad considerando que el espacio entre el bloque y el plano es de 0.1 mm y está lleno de aceite ( 1.13 poise) .Suponga que la distribución de velocidades es lineal y que el área en contacto es de 0.2 m2 ?

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3.- Se tiene un viscosímetro cilindrico que consiste en dos cilindros separados por una distancia pequeña entre ambos donde se introduce el líquido a estudiar. Si las dimensiones son de radios 92 , 93 mm, longitud 170 mm y gira el cilindro interno a 20 rev/min. El cilindro externo fijo experimenta un torque igual a 0.54 N m. ? Cúal es la viscosidad del fluido? 4.-Desde un frasco y a través de un tubo circular fluye plasma que llega al brazo de un paciente. Cuando el frasco está a 1.5 m de altura por encima del brazo. La presión sanguinea en la vena es 12 mm de Hg superior a la atmosférica e introducimos plasma con una aguja de 3 cm de longitud y un radio de 0.36 mm. ?Qué caudal de plasma recibe el enfermo ? ( Densidad del plasma 1.05 g cm-3 y viscosidad 1.3 10-2 poises ) .Resultado2.35 cm3 /s . 5.- El caudal de sangre que circula por el cuerpo humano es de 5 litros /min estando en reposo y puede llegar a 25 l/min durante ejercicios violentos. A) Calcule la velocidad media en la arteria aorta cuyo radio es de 9 mm y se encuentra a la salida del corazón. B)Determine el número de Reynolds para la persona en reposo y durante ejercicio violento . C) Determine la potencia desarrollada por el corazón sabiendo que la la presión manométrica de la sangre es de 100 mm de Hg y cae totalmente en su viaje por el cuerpo. Datos: densidad de la sangre 1050 kg/m3 viscosidad µs = 4 10-3 Ns/m2. 6.-En condiciones normales el aire fluye por su traquea en forma laminar o turbulenta? Tome en cuenta que la circulación del aire es de aproximadamente 8 l/min y estime las dimensiones que le hacen falta. 7.- La ley de Stokes es muy útil para analizar los procesos de sedimentación. Calcule la expresión general de la velocidad máxima que llega a tener una partícula esférica de radio R cuando cae dentro de un fluido viscoso bajo la acción del peso . 8.-Teniendo en cuenta que la Ley de Stokes se cumple cuando el número de Reynols es menor que 1. Determinar el máximo radio que pueden tener las partículas de polvo ( Ver Prob. 7 ) de densidad 3 103 kg/m3. A) cuando están en el aire ( viscosidad 1.81 10-5 kg m-1 s-1 ) , B) cuando están en el agua (viscosidad del agua 1 10-3 kg m-1 s-1). Respuesta A) 3.4 10-5 m, B) 6 10-5 m . 9.- ?Que energía consume una célula esférica de 10 micrones de radio para moverse en agua ( 0.01 poises ) a una velocidad de 50 micrones/s ? Calcular el número de Reynols de la célula.

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10.- Un diseñador construye un avión de 1000 kg que tiene un coeficiente de resistencia de 0.04 y vuela a una velocidad constante de 50 m/seg. Su área frontal es de 3 m2 y cada una de sus alas tiene una longitud de 5 m y un ancho de 2m .Calcular la potencia necesaria para mantener esta velocidad.Calcular tambíen el coeficiente de sustentacion.Respuesta P= 9000 w , C=0.33.

Aprobación de la materia:

1. Aprobar las tres evaluaciones parciales. Es posible recuperar como máximo un solo parcial al final del curso.

2. Aprobación de lo trabajo de laboratorio. Para ello se requiere aprobar un mini-parcial de teoría de errores, presentar los trabajos de laboratorio realizados en bitácora y tener aprobados 6 informes grupales. Al final del curso, cada estudiante, en forma individual, expondrá los resultados y conclusiones de uno de los experimentos realizados.

3. Aprobación de un examen final en fecha a designar. El examen final versará sobre los temas descriptos en le programa, se requiere la compresión conceptual de los temas discutidos en las clases teóricas, capacidad de aplicar dichos conceptos para interpretar fenómenos naturales y tecnológicos. También se requiere habilidad para la resolución de problemas cuantitativos y tener una compresión de los experimentos realizados durante el curso.

Promoción:

!"Aquellos estudiantes que aprueben los parciales y evaluaciones de laboratorio (requisitos 1 y 2) con una nota promedio superior a 7 y no tengan ningún parcial reprobado, pueden promocionar el curso preparando una monografía o

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experimento a coordinar con los docentes. En este caso la aprobación de dicha monografía o practica especial reemplaza el examen final.

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