UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER PROGRAMA DE ASIGNATURA

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UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER

PROGRAMA DE ASIGNATURA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

2014

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FACULTAD Facultad De Ciencias Naturales E Ingeniería PROGRAMA ACADÉMICO Todos

ASIGNATURA: LABORATORIO DE FÍSICA

Tipo Asignatura: PRACTICA Créditos: 1 TP: 48 TI: 0 Semestre académico: IV Código asignatura: DCB011 Requisitos: DCB011 ELECTROMAGNETISMO

JUSTIFICACIÓN: Las prácticas de laboratorio ayudan al estudiante a desarrollar destrezas básicas. Las herramientas de la Física experimental y el tratamiento de datos, el manejo de conceptos básicos, la comprensión del papel de la observación directa en la Física y la distinción entre las inferencias que se realizan a partir de la teoría y las que se realizan a partir de la práctica, permiten destacar el proceso: observación del fenómeno - obtención de un dato experimental - análisis de los resultados – conclusiones, siendo este proceso significativo para la construcción del conocimiento científico. Las prácticas de laboratorio permiten al estudiante estar en contacto físico y manipular los elementos, dispositivos e instrumental requeridos para el experimento. La aplicación práctica y las comprobaciones teóricas constituyen la base de la labor científica, exigiendo a su vez un esfuerzo creativo y crítico por parte de lo estudiantes.

De esta manera es importante para la Facultad de Ciencias Naturales e Ingeniería de las Unidades Tecnológicas de Santander, la asignatura de Laboratorio de Física, porque contribuye al desarrollo de los procesos cognitivos, investigativos y académicos; ayudando de manera activa en el crecimiento del conocimiento científico-tecnológico de los estudiantes.

OBJETO DE ESTUDIO: La comprobación de los fenómenos de la naturaleza y sus manifestaciones.

OBJETIVO DE FORMACIÓN: Al finalizar el curso el estudiante estará en capacidad de evaluar los fenómenos físicos que ocurren a su alrededor mediante la aplicación de sus conocimientos en mecánica y electromagnetismo, dirigidos a la construcción de conocimiento científico y tecnológico.

COMPETENCIAS TRANSVERSALES: Se pretenderá potenciar las competencias básicas:

 Expresión comunicativa escrita

 Capacidad para obtener y procesar información de diferentes fuentes

 Capacidad para trabajar y aprender en equipo

 Interpretar la información de diferentes fuentes clasificándola de acuerdo a las necesidades propias del entorno.

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DE LA ASIGNATURA:

 Evaluar las leyes de la Física Clásica (mecánica) mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas prácticas de laboratorio.

 Evaluar las leyes del Electromagnetismo mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas prácticas de laboratorio.

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2 ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA POR UNIDADES TEMÁTICAS

COMPETENCIAS

ESPECÍFICAS UNIDADES TEMÁTICAS PRÁCTICAS Semanas

Horas TP TI Evaluar las leyes de la

Física Clásica (mecánica)

mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas prácticas de laboratorio. MECÁNICA 1. Ecuación del movimiento de Newton 8 24 0 2. Plano inclinado 3. Deflexión de una hoja de resorte 4. Palancas 5. Colisiones 6. Oscilaciones- Ley de Hooke

Evaluar las leyes del Electromagnetismo mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas prácticas de laboratorio. ELECTROMAGNETISMO 7. Transmisión de potencia de un transformador 8 24 0 8. Efectos de una fuerza en un campo magnético 9. E l e c t r ó m e t r o 10. I n d u c c i ó n d e c a m p o e l e c t r o m a g n é t i c o v a r i a b l e 11. Histéresis 12. Líneas de Fuerza y Carga Específica del Electrón Total 16 48 0

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3 UNIDAD 1: MECÁNICA

COMPETENCIA: Evaluar las leyes de la Física Clásica (mecánica) mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas de laboratorio.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante:

 Comprueba la Segunda Ley del Movimiento de Newton a partir de la observación, experimentación y análisis del efecto que tiene la fuerza aplicada y la masa del cuerpo sobre el movimiento rectilíneo uniforme acelerado (MRUA), con ayuda del software CASSY-lab.

 Evalúa el efecto que tiene el ángulo de inclinación sobre un cuerpo en un plano inclinado y determina el coeficiente de rozamiento para diferentes áreas y superficies en contacto.

 Verifica la relación entre la deflexión de una hoja de resorte con la longitud y la fuerza aplicada, y determina la constante de elasticidad del material.

 Determina la importancia que tiene la ubicación de la potencia, la resistencia y el punto de apoyo en los diferentes tipos de palancas y compara el efecto que tiene la fuerza (potencia) que se debe ejercer como una función del brazo de potencia y del brazo de carga (resistencia) para que permanezca en equilibrio una barra rígida.

 Comprueba la Ley de conservación de la cantidad de movimiento y la energía, y distingue los diferentes tipos de colisiones y la forma en que reaccionan a partir de la observación, experimentación y análisis con ayuda del software CASSY-lab.

 Determina que la deformación longitudinal de un resorte es proporcional a la fuerza aplicada y comprueba que el periodo de oscilación de un resorte es función de la masa colgada.

CONTENIDOS

Conocimientos Habilidades

Ecuación del movimiento de Newton

 Elementos de la cinemática (trayectoria, desplazamiento, velocidad, aceleración) fórmulas y conceptos

 Movimiento Rectilíneo con velocidad constante y con aceleración constante  Interpretación de gráficas X vs t, V vs t, a vs t  Tipos de fuerza (peso, normal, tensión,

fricción), fuerzas de contacto, unidades de fuerza

 Leyes de Newton

 Energía Cinética (concepto y fórmula)

Plano Inclinado

 Movimiento Rectilíneo con velocidad constante y con aceleración constante

 Tipos de fuerza (peso, normal, tensión, fricción), fuerzas de contacto, unidades de fuerza

 Leyes de Newton

 Diagrama de cuerpo libre  Problemas de plano inclinado

 Energía potencial, energía cinética (concepto

 Manipulación de los equipos correspondientes a cada práctica y el software CASSY-lab.

 Análisis de datos obtenidos y graficas.  Toma de datos y elaboración de gráficas.  Correcta ejecución de la práctica, con ayuda

de la guía.

 Interpretación de datos obtenidos calculados y obtenidos en la práctica.

 Conocimiento de los factores que influyen en la realización de un ensayo y en los resultados obtenidos.

 Aplicación de los conocimientos de los fenómenos físicos en las prácticas de laboratorio.

 Argumentación del efecto que tiene la fuerza y la masa en el movimiento de los cuerpos.  Análisis del cambio de velocidad de un

cuerpo de acuerdo a la fuerza que lo hace mover.

 Identificación de las condiciones que cumple un cuerpo para estar en equilibrio.

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Versión 2 - Agosto 2009

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y fórmula)

Deflexión de una hoja de resorte

 Concepto de flexión  Tipos de deformación

 Ley de Hooke y constante de elasticidad  Aplicaciones de la Ley de Hooke

 Momento flector o flectante

 Energía potencial elástica (concepto y fórmula)

Palancas

 Momento de una fuerza  Condiciones de Equilibrio

 Máquinas simples, clases, leyes y elementos  Tipos de palancas

Colisiones

 Energía cinética (concepto y fórmula)  Ley de conservación de la energía

 Cantidad de movimiento (conceptos, fórmulas, unidades)

 Impulso (concepto, fórmulas, unidades)  Conservación de la cantidad de movimiento

(conceptos y fórmulas)

 Colisiones y tipos de colisiones (conceptos y características)

 Interpretación de gráficas de energía

Oscilaciones-Ley de Hooke

 Movimiento Armónico Simple, características y elementos (período, frecuencia, amplitud, elongación, fase, punto de equilibrio)

 Ley de Hooke (concepto y fórmula), constante de elasticidad

 Aplicaciones de la Ley de Hooke

 Energía potencial elástica (concepto y fórmula)

movimiento rectilíneo uniforme y movimiento rectilíneo uniforme acelerado.

 Determinación del coeficiente de rozamiento estático.

 Comparación entre el coeficiente de fricción estático y el coeficiente de fricción dinámico en distintas superficies.

 Análisis de las implicaciones que tiene aplicar a un material una carga o esfuerzo y su relación con la deformación.

 Determinación de la constante de elasticidad de una material aplicando la ley Hooke.  Comparación entre la fuerza que se produce

en palancas de 1 y 2 brazos como una función de la carga.

 Diferenciación entre la fuerza que se produce en palancas de 1 y 2 brazos como una función del brazo de potencia y del brazo de carga.

 Interpretación de lo ocurrido después de una colisión teniendo en cuenta las condiciones iniciales y el tipo de colisión.

 Diferenciación de los diferentes tipos de colisiones según sus características.

 Determinación del período de oscilación de un resorte en función de la cantidad de masa suspendida.

 Determinación de la constante de elasticidad de un resorte aplicando la Ley de Hooke.

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE

En el Aula Fuera del Aula

Las actividades propuestas serán:

 Ejecución del experimento semanal con ayuda de la guía y la orientación del docente.  Revisión del pre-informe y del informe.

Las actividades propuestas por el docente serán:  Lectura comprensiva de la guía del

laboratorio.

 Búsqueda y lectura comprensiva de la temática correspondiente de la práctica a realizar.

 Promover el trabajo en equipo.

 Elaboración del pre-informe y del informe.  Motivar las consultas a expertos sobre las

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5 UNIDAD 2: ELECTROMAGNETISMO

COMPETENCIA: Evaluar las leyes del Electromagnetismo mediante la experimentación, aplicación y análisis de resultados obtenidos en pruebas de laboratorio.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante:

 Comprueba el funcionamiento de un transformador, la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, la eficiencia y la transferencia de potencia entre el devanado primario y el secundario.  Evalúa el efecto que tiene un campo magnético homogéneo producido en un solenoide sobre un

conductor rectangular sobre el que circula corriente, midiendo la fuerza ejercida sobre el conductor haciendo uso del CASSY-lab.

 Comprueba la validez de la Ley de Biot-Savart, relacionando el valor del campo magnético y la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un solenoide, midiendo la intensidad de campo magnético a lo largo del eje de la bobina con una sonda axial y un teslámetro.

 Comprueba la validez de la Ley de Biot-Savart midiendo la intensidad de campo magnético con una sonda axial y un teslámetro en anillos de diferentes radios y relaciona el valor del campo magnético como una función del radio de los aros, de la corriente y de la distancia a la cual es medido en campo.

 Comprueba los conceptos de susceptibilidad y permeabilidad magnética en materiales ferromagnéticos y distingue las partes y lo que ocurre en el ciclo de una curva de histéresis a partir de la observación, experimentación y análisis de las curvas realizadas con ayuda del CASSY-lab.

 Distingue los conceptos de campo eléctrico y magnético, y calcula la carga específica del electrón.

CONTENIDOS

Conocimientos Habilidades

Transmisión de potencia de un transformador

 Transformadores (Alta, baja y reguladores)  Autoinducción e inducción mutua

 Aplicaciones de los transformadores  Concepto de rectificación de la corriente  Concepto de corriente alterna (AC) y

corriente continua (DC)

 Fuerza electromotriz (FEM) (concepto y fórmula)

Medición de los efectos de una fuerza sobre un anillo conductor

 Magnetostática (concepto)

 Densidad de flujo magnético (concepto, fórmula, unidades)

 Ley de Lorentz (concepto, fórmulas, unidades, interpretación vectorial)

 Campo magnético generado en una bobina (fórmulas, unidades)

 Fuerza producida por un campo magnético sobre un conductor cuando por él circula una

 Manipulación de los equipos correspondientes a cada práctica y el software CASSY-lab.

 Análisis de datos obtenidos y graficas.  Toma de datos y elaboración de gráficas.  Correcta ejecución de la práctica, con ayuda

de la guía.

 Interpretación de datos obtenidos calculados y obtenidos en la práctica.

 Conocimiento de los factores que influyen en la realización de un ensayo y en los resultados obtenidos.

 Aplicación de los conocimientos de los fenómenos físicos en las prácticas de laboratorio.

 Explicación del funcionamiento de un transformador.

 Análisis de la naturaleza de la corriente alterna y directa.

 Identificación del desarrollo de un proceso de rectificación de corriente.

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corriente (interpretación vectorial, fórmulas)

Electrómetro



Ley de Faraday

 Ley de Ampere

 Ley de Gauss

 Ley de du Fay

 Ley de Coulomb

 Concepto de carga y campo eléctrico

 Concepto y unidades de capacitancia eléctrica

 Concepto, formas, fórmulas y elementos de un

capacitor

 Energía de un condensador o capacitor

eléctrico

Inducción de campo electromagnético variable

 Definición de Onda mecánica y electromagnética

 Frecuencia, periodo amplitud y longitud de una onda (unidades).

 Onda triangular y cuadrada, señales de Fourier.

 Inducción magnética o densidad de flujo magnético (unidades), autoinducción.  Ley de Faraday

 Ley de Lenz  Ley de Ampere.

 Campo magnético de un solenoide (demostración de la ecuación)  Unidades de campo magnético

Histéresis

 Materiales ferromagnéticos, paramagnéticos y diamagnéticos (conceptos, propiedades y características)

 ¿Qué es la histéresis magnética y como se produce?. Explicación de la curva

 Concepto de dominio magnético

 Formas de las curvas de histéresis y aplicaciones

Líneas de Fuerza y Carga Específica del Electrón

 Estructura de la materia (electrones, protones, neutrones)

 Líneas de fuerza y líneas equipotenciales (conceptos y forma gráfica)

 Carga específica del electrón (conceptos y formulas)

 Fuerza de Lorentz y Fuerza Centrípeta (conceptos, formulas, interpretación vectorial)

 Campo magnético generado por un par de bobinas de Helmholtz

 Análisis de los principios que cumplen las cargas en movimiento en un lugar del espacio y sus manifestaciones.

 Interpretación del efecto que produce un campo magnético sobre una carga en movimiento a través de dicho campo.

 Medición y análisis de la fuerza ejercida sobre un conductor de corriente debida a un campo magnético homogéneo según la intensidad de la corriente y la forma del conductor.

 Determinación de la relación que existe entre la corriente y la intensidad del campo magnético.

 Estimación del comportamiento del campo magnético de acuerdo la longitud del conductor (bobina).

 Explicación del comportamiento de un campo magnético en un solenoide (bobina) como una función de la distancia entre las espiras, el número de espiras y la corriente.  Explicación del comportamiento de un

campo magnético en anillos circulares conductores como una función del radio de los aros, la distancia al anillo y la corriente.  Explicación de los conceptos de

susceptibilidad y permeabilidad magnética, y del ciclo de histéresis.

 Descripción del comportamiento magnético en materiales ferromagnéticos.

 Determinación de la carga específica del electrón.

 Verificación de la generación de líneas de campo eléctrico según las diferentes disposiciones de los electrodos.

 Explicación y diferenciación de los fenómenos de campo eléctrico y campo magnético.

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ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE

En el Aula Fuera del Aula

Las actividades propuestas serán:

 Revisión del pre-informe y del informe.  Ejecución del experimento semanal con

ayuda de la guía y la orientación del docente.

Las actividades propuestas por el docente serán:  Lectura comprensiva de la guía del

laboratorio.

 Búsqueda y lectura comprensiva de la temática correspondiente de la práctica a realizar.

 Promover el trabajo en equipo.

 Elaboración del pre-informe y del informe.  Motivar las consultas a expertos sobre las

temáticas que no queden claras.

ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE En cada laboratorio dotaremos a los estudiantes

de estrategias efectivas para la aplicación práctica de las teorías físicas, proceso en el que los estudiantes aprenderán a usar las herramientas de la Física experimental, a realizar análisis de datos y expresar el proceso observado.

Durante las prácticas de laboratorio se utilizarán estrategias coinstrucionales para apoyar los contenidos curriculares durante el proceso mismo de enseñanza o de la lectura de los textos de enseñanza. Esta estrategias cubren funciones como las siguientes: detección de la información principal; conceptualización de contenidos; delimitación de la organización, estructura e interrelaciones entre dichos contenidos y mantenimiento de la atención y motivación. Aquí pueden incluirse estrategias como: ilustraciones, redes semánticas, mapas conceptuales y analogías, entre otras.

NOTA: El programa de la asignatura se encuentra diseñado acorde a la capacidad del laboratorio (aproximadamente 24 estudiantes para trabajar en grupos de máximo 2 personas), con los cuales se desarrollan las unidades en forma simultánea y rotativa para cada una de las prácticas que conforman las unidades.

Usaremos estrategias de aprendizaje como un procedimiento (conjunto de pasos o habilidades) que el estudiante adquirirá y empleará de forma intencional como instrumento flexible para aprender significativamente y solucionar problemas y demandas académicas.

Se trabajarán con los estudiantes procedimientos que:

 Puedan incluir varias técnicas, operaciones o actividades específicas.

 Persigan un propósito determinado: el aprendizaje y en la solución de problemas académicos y/o aquellos otros aspectos vinculados con ellos.

 Sean más que los "hábitos de estudio” porque se realizarán flexiblemente.

Se promoverán estrategias básicas de aprendizaje como: la comprensión lectora; la expresión escrita y oral; realización de resúmenes, pre-informes, informes, esquemas y mapas conceptuales. Estrategias de memorización para recordar definiciones, fórmulas y vocabulario, utilizar la biblioteca; organizar y archivar la información de el estudio; y realizar informes de lectura y de laboratorio con sus respectivas conclusiones y observaciones; además de estrategias para las evaluaciones prácticas que permitan el aprovechamiento de los experimentos del laboratorio.

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CRITERIOS INSTITUCIONALES DE EVALUACIÓN

La evaluación se hará teniendo como referente los resultados de aprendizaje y las habilidades previstos en cada unidad, los cuales serán comunicados a los estudiantes, antes de valorar su desempeño, por medio del manual de guías de laboratorio el cual se entregará el primer día de clase. Se hará uso de diversas estrategias para recoger, como mínimo, tres evidencias de aprendizaje en cada uno de los cortes distribuidos así: una del 60% correspondiente a la evaluación de las prácticas realizadas por grupos de trabajo durante el corte. Este 60% se evaluará en cada práctica de laboratorio y estará integrado por los siguientes componentes: preinforme y montaje o quiz, el cual será el 40% del 60% y el respectivo informe el 60% del 60%, los cuales suman una nota total de 0 a 5 que es el 60% del total de la nota del corte. El otro 40% correspondiente a una evaluación práctica individual, la cual se realiza de manera periódica con el fin de observar y evidenciar los progresos en el aprendizaje de los estudiantes, los cuales serán certificados mediante una calificación (valoración cuantitativa) en una escala de 0.0 a 5.0.

Para su evaluación el preinforme estará constituido por: título de la práctica, objetivos, marco teórico, materiales, procedimiento (montaje y ejecución) y bibliografía. El informe estará constituido por: cálculos, análisis de los resultados obtenidos (datos), análisis de gráficas, solución de la evaluación de la guía, observaciones y conclusiones.

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

 Preinforme de la práctica entregado al inicio de la clase.  Informe de la práctica realizada.

 Quices.

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BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

 SERWAY, Raymond. Física tomo I y II Ed. Mc Graw Hill. Ediciones 2, 3. 4 y 5. (Código libro 530S492f)

 SEARS-ZEMANSKY. Física Universitaria vol I. Ed. Pearson. 11 ed. (Código libro 530S439f) BIBLIOGRAFIA SUGERIDA

 TIPLER, Paul. Física tomo I, II y III. Ed. Reverté. Ediciones 1. 2 y 3. (Código libro 530T595f)  GETTYS, Edward. Física para Ciencias e Ingeniería vol I. Ed. Mc Graw Hill. 2 ed. (Código libro

530.07G394f)

 TIPPENS, Paul. Física conceptos y aplicaciones. Ed. Mc Graw Hill. 6 ed. (Código libro 530.07T595f)

 FINN, Alonso. Física. Editorial Pearson. 1 ed. (Código 530A454f)  www.elprisma.com