Guía docente de Mecánica, Ondas y Termodinámica (2051113)

Tener conocimientos adecuados sobre:

• Física (2º de Bachillerato)
• Matemáticas (2º de Bachillerato)

• Mecánica, Ondas, Termodinámica.
• Aplicaciones en ingeniería.
• Mecánica del punto material y de los sistemas de puntos.
• Sólido rígido.
• Oscilaciones.
• Propiedades de las Ondas. Ondas mecánicas.
• Energía. Entropía. Potenciales termodinámicos.
• Teoría cinética. Motores térmicos. Descripción termodinámica de sistemas eléctricos y magnéticos. Aplicaciones en ingeniería.

• Saber utilizar la formulación vectorial para la descripción de los campos escalares y vectoriales.
• Identificar y calcular las fuerzas y momentos que causan los movimientos de traslación y rotación de sistemas de partículas y de sólidos rígidos, y relacionarlos con las magnitudes dinámicas correspondientes
• Comprender y saber analizar la fenomenología básica del movimiento oscilatorio, incluyendo la superposición de movimientos armónicos, el movimiento armónico amortiguado y los fenómenos de resonancia en osciladores forzados.
• Interpretar desde el punto de vista físico el significado de la ecuación de ondas.
• Comprender la importancia de los fenómenos ondulatorios en el transporte de energía a través medios materiales.
• Analizar el efecto de las discontinuidades en un medio material sobre la propagación de las ondas, con especial énfasis en los fenómenos de transmisión, de reflexión y en la generación de ondas estacionarias.
• Aplicar las leyes fundamentales de la termodinámica a los procesos de conversión de la energía.
• Evaluar la cantidad de energía no utilizable en distintos tipos de procesos termodinámicos.
• Comprender el significado físico de los potenciales termodinámicos e identificar sus variaciones, en determinadas condiciones, con las funciones de proceso.
• Relacionar e interpretar el significado de las principales variables y funciones termodinámicas en términos de magnitudes microscópicas (atómico-moleculares)
• Aplicar las leyes de la termodinámica a sistemas eléctricos y magnéticos de interés tecnológico.
• Manejar correctamente dispositivos básicos de medida en sistemas mecánicos y térmicos.
• Saber planificar y realizar experimentos.
• Aprender a realizar informes científicos y a expresar correctamente los resultados, mediante la aplicación de la teoría de errores experimentales.

1. Introducción

• 1.1 Introducción.
• 1.2 Análisis dimensional.
• 1.3 Sistemas de unidades.
• 1.4 Campos escalares y vectoriales.
• 1.5 Álgebra vectorial.
• 1.6 Teoría de errores experimentales.

2. Mecánica del punto material

• 2.1 Repaso de las leyes de Newton.
• 2.2 Concepto de fuerza.
• 2.3 Momento angular.
• 2.4 Trabajo. Potencia.
• 2.5 Energía.
• 2.6 Fuerzas conservativas.
• 2.7 Teoremas de conservación.
• 2.8 Fuerzas de rozamiento.
• 2.9 Fuerzas centrales.

3. Mecánica de los sistemas de puntos

• 3.1 Fuerzas internas y fuerzas externas.
• 3.2 Centro de masas.
• 3.3 Movimiento del centro de masas.
• 3.4 Energía cinética.
• 3.5 Teoremas de conservación.

4. Dinámica del sólido rígido

• 4.1 Introducción.
• 4.2 Ecuaciones de movimiento del sólido rígido.
• 4.3 Rotación en torno a un eje fijo.
• 4.4 Rotación en torno a un eje principal.
• 4.5 Momento angular del sólido rígido.
• 4.6 Momento de inercia.
• 4.7 Teorema de Steiner.
• 4.8 Energía cinética de rotación.
• 4.9 Rodadura.

5. Oscilaciones

• 5.1 Introducción.
• 5.2 Movimiento armónico simple.
• 5.3 Diagramas de fase.
• 5.4 Composición de movimientos armónicos simples.
• 5.5 Oscilaciones amortiguadas.
• 5.6 Oscilaciones forzadas.
• 5.7 Péndulo simple.
• 5.8 Oscilaciones en circuitos eléctricos.

6. Ondas

• 6.1 Introducción.
• 6.2 Ecuación de onda.
• 6.3 Solución de la ecuación de onda.
• 6.4 Energía e intensidad de una onda.
• 6.5 Ondas amortiguadas.
• 6.6 Reflexión y transmisión de ondas.
• 6.7 Ondas estacionarias.
• 6.8 Ondas longitudinales.

7. Primer principio de la termodinámica

• 7.1 Introducción.
• 7.2 Calor y temperatura.
• 7.3 Escalas de temperatura.
• 7.4 Expansión térmica.
• 7.5 Capacidades caloríficas.
• 7.6 Cambios de fase.
• 7.7 Calorimetría.
• 7.8 Trabajo.
• 7.9 Energía interna.
• 7.10 Primer principio.
• 7.11 Representación gráfica de procesos.

8. Teoría cinética

• 8.1 Introducción.
• 8.2 Modelo molecular de un gas ideal.
• 8.3 Interpretación microscópica de la temperatura.
• 8.4 Equilibrio térmico.
• 8.5 Equipartición de la energía.
• 8.6 Capacidades caloríficas de gases y sólidos.

9. Segundo principio de la termodinámica. Entropía

• 9.1 Máquinas térmicas.
• 9.2 Enunciado de Kelvin-Planck.
• 9.3 Refrigeradores.
• 9.4 Enunciado de Clausius.
• 9.5 Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot.
• 9.6 Escala termodinámica de temperaturas.
• 9.7 Entropía.

10. Termodinámica de sistemas eléctricos y magnéticos

• 10.1 Introducción.
• 10.2 Sistemas especiales.
• 10.3 Pila reversible.
• 10.4 Pila de combustible.
• 10.5 Efecto piezoeléctrico.
• 10.6 Fenómenos termoeléctricos.
• 10.7 Sistemas paramagnéticos

El estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de las prácticas. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de las prácticas, el no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor/a que imparte las prácticas y al departamento donde se desarrollen las mismas

Las clases prácticas de la asignatura, consistirán en la realización de experimentos de laboratorio relacionadas con el temario impartido. Tendrán por contenido, la adquisición, análisis y modelado de datos experimentales asi como el estudio de la incetidumbre en la medidas (calidad del resultado).

Los alumnos con prácticas aprobadas en cursos anteriores tendrán superada las prácticas en el presente curso académico con una nota de 5

Las prácticas de laboratorio podrán tener un formato especifico contemplando dos opciones. La opción elegida para el presente curso académco, se informará con anticpación al alumnado. La decisión sobre la opción a aplicar durante el presente curso académico corresponderá exclusivamente al criterio del profesor.

Opción 1

Las prácticas se realizarán durante las dos horas asignadas al laboratorio. Estas dos horas de prácticas se dividirán en:

• 30 minutos iniciales de evaluación de concocimientos previos de la práctica a realizar (se enviará previamente por Prado los guiones, tema asignado y fechas de la práctica a realizar.
  • La evaluacion consistirá en un test al inicion de la práctica, con opciones múltiples realizada en la Plataforma PRADO o manuscrita, cuya ponderación de la nota será del 30% del total.
• 1h 30m de ejecución de la práctica, que consistirá en el desarrollo de la práctica, toma de datos, resolución de la misma, analisis y determinación de incertidumbre y errores de las medidas, gráficas, etc. (ponderación: 70%).

Al finalizar las dos horas, el alumno deberá entregar el informe de datos, errores, gráficas y conclusiones solicitadas.

Opción 2

Las prácticas se realizarán durante las dos horas asignadas al laboratorio. En un plazo máximo de 5 dias desde la realización de la práctica, se entregará un informe de la misma. Una vez finalizado el plazo de entrega, las prácticas con retraso en la presentación, tendrán un penalización de un punto (-1) por cada día de retraso en la entrega

Las prácticas podrán ser entre otras:

• Teoría de errores experimentales
• Práctica 1. Estudio del péndulo simple.
• Práctica 2. Leyes de Newton.
• Práctica 3. Caída libre de los cuerpos.
• Práctica 4. Momento de inercia de un volante.
• Práctica 5. Constante elástica de un muelle.
• Práctica 6. Determinación de la densidad de sólidos y líquidos.
• Práctica 7. Velocidad del sonido en el aire.
• Práctica 8. Termómetro de gas a presión constante.
• Práctica 9. Equivalente en agua de un calorímetro.
• Práctica 10. Calor de fusión del hielo y calor específico de sólidos.

2. Prácticas de laboratorio con la utilización de móviles y/o programas computacionales y simuladores:

Durante las clases y actividades de laboratorio se utilizará como estrategia de enseñanza:

• la utilización móviles (teléfonos inteligentes) y de sus sensores (acelerómetros, sensores de temperatura, cámara, etc.)
• la utilización y estudio de software de seguimiento de imágenes.
• la utilización de cámaras digitales o webcam o de móviles.
• la utilización de plataforma Arduino IDE (Entorno de Desarrollo Integrado) y sensores asociados

Se podrá utilizar, entre otros, el software gratuito "Tracker" para el análisis y mediciones de magnitudes físicas estudiadas en clases y actividades experimentales de laboratorio. En el caso de la utilización de móviles, se podrá utilizar, entre otros, la app "G-sensor logger" o similar.

Los trabajos consistirán en la realización de las prácticas tradicionales de laboratorio, debiendo por ejemplo registrar mediante imágenes, o mediante los sensores del móvil el fenómeno físico estudiado. Con la información adquirida por diferentes medios, (imágenes, sensores varios) se estudiará, analizará y elaborará el informe correspondiente. Así mismo se podrá solicitar comparar los experimentos realizados, con las medidas realizadas con instrumentos tradicionales de laboratorio.

Las prácticas posibles a realizar, entre otras podrán ser:

• Leyes de Newton
  • Tiro/Movimiento Parabólico
  • Plano inclinado
  • Caída libre de los cuerpos.
  • Estudio de una partícula con movimiento circular.
  • Estudio de choque elástico entre dos masas.
• Oscilaciones
  • Estudio del péndulo simple. Movimiento Armónico Simple.
  • Constante elástica de un muelle. Movimiento de un sistema masa resorte.
  • Oscilador amortiguado.

• Gettys EW, Keller FJ, Skove MJ. Física para Ciencias e Ingeniería. Tomos I y II. Segunda edición. Ed. McGraw Hill Interamericana, México, 2005.
• Pain HJ. The Physics of Vibrations and Waves, 6th edition. Wiley. Chichester. 2005.
• Sears, FW, Zemansky, MW, Young, HD, Freedman, RA. Física Universitaria. Duodécima edición. Vols. 1 y 2. Ed. Pearson Educación, México, 2009.
• Serway RA, Jewet JW. Física para ciencias e ingeniería. Vols. 1 y 2. Cengage Learning, México, séptima edición, 2008-2009.
• Tipler PA, Mosca G. Física para la Ciencia y la Tecnología. Reverté. Barcelona. 2005.

• Aguilar J. Curso de Termodinámica. Pearson. Madrid. 2002.
• Alonso M, Finn EJ. Física. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. Delaware. 1995.
• Baker, J. 50 cosas que hay que saber sobre Física. Ariel, Madrid. 2009.
• Beer FP, Johnston Jr ER. Mecánica vectorial para ingenieros. McGraw Hill. Madrid. 1992.
• Boeker E, van Grondelle R. Environmental Physics. Wiley. Chichester, Reino Unido. 1995.
• Carrington G. Basic Thermodynamics. Oxford University Press. Oxford. 1996.
• Criado-Sancho M, Casas-Vázquez J. Termodinámica Química y de los Procesos Irreversibles. Addison-Wesley Iberoamericana. Madrid 1997.
• De Juana JM. Física General 1. Pearson Prentice Hall. Madrid. 2003.
• Delgado AV. Conceptos clave en Mecánica. Anaya. Madrid. 2005.
• Hudson A, Nelson R. University Physics. Harcourt Brace Jovanovich, Inc. New York. 1982.
• Marion JB. Dinámica clásica de partículas y sistemas. Reverté. 2003.
• Ortega, MR. Lecciones de Física. Mecánica. Vols. I-IV. Editor: M.R. Ortega Girón, Córdoba, novena edición 2006.
• Palacios J. Física General. Espasa Calpe. Madrid. 1965.
• Taylor JR. An introduction to Error Analysis University. 2ª edición. Science Books. Sausalito, California. 1997.
• Tejerina F. Termodinámica. Paraninfo. Madrid. 1983.
• Zemansky MW, Dittman RH. Calor y Termodinámica. 6ª edición. McGraw-Hill. Madrid 1981.

Bibliografía de problemas resueltos

• Aguilar J, Casanova J. Problemas de Física. Saber. Valencia. 1966.
• Bueche FJ, Hecht E. Física General. Novena edición. Editorial McGraw-Hill. México. 2001.
• González FA. La Física en problemas. Ed. Tébar. Albacete. 2000.
• Van der Merwe CW. Física General. McGraw Hill. Serie Schaum. México. 1969.

Académicos

• PRADO
• Profesorado. Departamento de Física Aplicada
• How Things Work: An Introduction to Physics. University of Virginia
• Ministerio de Educación. Newton
• Acoustics and Vibration Animations
• Chemistry Davidson
• Paul Falstad
• Fisica Re-Creativa
• NTNUJAVA Virtual Physics Laboratory
• Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics

Administrativos

• Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada
• Convocatorias Grado de Física
• Convocatorias Doble Grado en Física y Matemáticas

• MD01. EXPOSICIONES EN CLASE POR PARTE DEL PROFESOR. Podrán ser de tres tipos: 1) Lección magistral: Se presentarán en el aula los conceptos teóricos fundamentales y se desarrollarán los contenidos propuestos. Se procurará transmitir estos contenidos motivando al alumnado a la reflexión, facilitándole el descubrimiento de las relaciones entre diversos conceptos y tratando de formarle una mentalidad crítica 2) Clases de problemas: Resolución de problemas o supuestos prácticos por parte del profesor, con el fin de ilustrar la aplicación de los contenidos teóricos y describir la metodología de trabajo práctico de la materia. 3) Seminarios: Se ampliará y profundizará en algunos aspectos concretos relacionados con la materia. Se tratará de que sean participativos, motivando al alumno a la reflexión y al debate. 
• MD02. PRÁCTICAS REALIZADAS BAJO SUPERVISIÓN DEL PROFESOR. Pueden ser individuales o en grupo: 1) En aula/aula de ordenadores: supuestos susceptibles de ser resueltos de modo analítico o numérico. Se pretende que el alumno adquiera la destreza y competencias necesarias para la aplicación de conocimientos teóricos o normas técnicas relacionadas con la materia. 2) De laboratorio/laboratorio virtual: supuestos reales relacionados con la materia, principalmente en el laboratorio aunque, en algunos casos, se podrá utilizar software de simulación a modo de laboratorio virtual. El objetivo es desarrollar las habilidades instrumentales y las competencias de tipo práctico, enfrentándose ahora a la complejidad de los sistemas reales. 3) De campo: se podrán realizar visitas en grupo a empresas relacionadas, con el fin de desarrollar la capacidad de contextualizar los conocimientos adquiridos y su implantación en una factoría, teniendo en cuenta los valores e intereses de la actividad empresarial. 
• MD03. TRABAJOS REALIZADOS DE FORMA NO PRESENCIAL: Podrán ser realizados individualmente o en grupo. Los alumnos presentarán en público los resultados de algunos de estos trabajos, desarrollando las habilidades y destrezas propias de la materia, además de las competencias transversales relacionadas con la presentación pública de resultados y el debate posterior, así como la puesta en común de conclusiones en los trabajos no presenciales desarrollados en grupo. Las exposiciones podrán ser: 1) De problemas o casos prácticos resueltos en casa 2) De trabajos dirigidos 
• MD04. TUTORÍAS ACADÉMICAS: podrán ser personalizadas o en grupo. En ellas el profesor podrá supervisar el desarrollo del trabajo no presencial, y reorientar a los alumnos en aquellos aspectos en los que detecte la necesidad o conveniencia, aconsejar sobre bibliografía, y realizar un seguimiento más individualizado, en su caso, del trabajo personal del alumno. 
• MD05. EXÁMENES. Se incluye también esta actividad, que formará parte del procedimiento de evaluación, como parte de la metodología. 

Con objeto de evaluar la adquisición de los contenidos y competencias a desarrollar en la materia, se utilizará preferentemente un sistema de evaluación continua y diversificada, en el que se tendrán en cuenta los siguientes apartados:

La Evaluación continua se realizará mediante controles informales de seguimiento en clase, resolución habitual de problemas por parte de los estudiantes y una prueba final de conocimientos con cuestiones teórico-prácticas y problemas de toda la asignatura.

• La resolución de pruebas escritas parciales contarán como nota de Evaluación Continua (EC)
• La asistencia a todas las sesiones de prácticas de laboratorio y la entrega de todos los informes técnicos son obligatorios. En caso de falta no justificada de los alumnos, ésta será evaluada de forma similar a los alumnos acogidos a la evaluación única final.
• Los alumnos con prácticas aprobadas en cursos anteriores tendrán superada las prácticas en el presente curso académico con una nota de 5.

La calificación final responderá al siguiente baremo:

1. Examen escrito teórico-práctico de toda la asignatura. Ponderación 60 %.
   • Será necesario obtener una puntuación mínima de 5 sobre 10 puntos.
2. Prácticas de laboratorio. Ponderación 20 %.
   • Será necesario obtener una puntuación mínima de 5 sobre 10 puntos.
3. Examenes parciales (EC). Ponderación 20 %.
   • Será necesario obtener una puntuación mínima de 4 sobre 10 puntos (promedio entre todos los test) para hacer promedio con la nota del examen teórico-práctico.

Para aprobar la asignatura se deberá tener en cuenta los mínimos exigidos en cada apartado, teniendo en cuenta la ponderación arriba mencionada.

Los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. El método de evaluación de la convocatoria extraordinaria consistirá en un examen final escrito teórico-práctico referido a la materia impartida en el curso.

La calificación final responderá al siguiente baremo:

1. El 80 % de la calificación final se basará en la valoración obtenida mediante la realización de un examen final en el que se evaluarán los conocimientos y competencias adquiridas, tanto de los contenidos teóricos como de las habilidades para la resolución de problemas. Este examen se realizará de forma escrita e individualizada. Será necesario obtener una puntuación mínima de 5 sobre 10 puntos para aprobar la asignatura.
2. El 20 % de la calificación final se basará en la evaluación de las prácticas realizadas por el estudiante.
   • El estudiante que no haya aprobado las prácticas de laboratorio durante el curso, podrá optar por una evaluación mediante examen que incluirá el temario de prácticas y la teoría de errores. Es necesario obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10 para optar a aprobar la asignatura.
   • El estudiante que ha superado las prácticas de laboratorio durante el curso o en cursos anteriores tendrán superada las prácticas en el presente curso académico con una nota de 5.

Para aprobar la asignatura se deberá tener en cuenta los mínimos exigidos en cada apartado y obtener un mínimo de 5 puntos en total (suma de los dos apartados anteriores), teniendo en cuenta la ponderación arriba mencionada.

De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, se contempla la realización de una evaluación única final a la que podrán acogerse aquellos estudiantes que no puedan cumplir con el método de evaluación continua por algunos de los motivos recogidos en el Artículo 8.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica,
alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación
continua.

La calificación final responderá al siguiente baremo:

1. El 80 % de la calificación final se basará en la valoración obtenida mediante la realización de un examen final en el que se evaluarán los conocimientos y competencias adquiridas, tanto de los contenidos teóricos como de las habilidades para la resolución de problemas. Este examen se realizará de forma escrita e individualizada y coincidirá con la convocatoria ordinaria de la asignatura. Es necesario obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10 para optar a aprobar la asignatura.
2. El 20 % de la calificación final se basará en la evaluación de una práctica mediante un examen del temario práctico en el laboratorio y la elaboración del correspondiente informe escrito completo in situ, incluyendo preguntas sobre la teoría de errores. Es necesario obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10 para optar a aprobar la asignatura. Esta prueba está programada el mismo día, pero en diferente turno que la prueba escrita de las convocatorias ordinaria y extraordinaria.

Para aprobar la asignatura se deberá tener en cuenta los mínimos exigidos en cada apartado y obtener un mínimo de 5 puntos en total (suma de los dos apartados anteriores), teniendo en cuenta la ponderación arriba mencionada

Evaluación por incidencias (válido para las convocatorias ordinaria, única final y extraordinaria): Podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación o a las programadas en la Guía Docente con fecha oficial, por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.

Para aprobar la asignatura se deberá obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10.