Aplicar los principios de mecánica clásica, manejo y conversión de de unidades, en la determinación de los efectos de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo




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Elemento de competencia I:

Aplicar los principios de mecánica clásica, manejo y conversión de de unidades, en la determinación de los efectos de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo

Fases

Contenido

Estrategias de formación

Actividades con tiempo de dedicación (T.D)

Actividades supervisadas

T.D.

Actividades independientes

T.D.

Introducción a la mecánica

Ubicar a la mecánica clásica dentro de la ingeniería ambiental industrial

Investigar la importancia de la mecánica dentro de la Ingeniería Ambiental Industrial

Presentación del curso, reglas y criterios de la conducción del curso por parte del facilitador.

2

Búsqueda individual del tema


1


Sistemas de Medidas

(unidades)

Unidades de medida: densidad, patrones de masa tiempo, longitud y conversión de unidades

Investigación del tema

Solución de problemas

Solución de problemas de conversión, proporcionados por el facilitador

2

Búsqueda individual de sistemas de medida

Solución de ejercicios



1


2

Vectores

Manejo de sistemas de coordenadas, escalares, propiedades y componentes de los vectores

Trabajo colaborativo.

Presentar solución de problemas

Solución de problemas, individual o en equipo

Talleres de solución de problemas de operaciones con vectores

3


1

Solución de problemas individual



2

Estática

Condiciones de equilibrio, fuerzas en un plano

Trabajo colaborativo.

Presentar solución de problemas

Solución de problemas, individual o en equipo

Talleres de solución de problemas sobre condiciones de equilibrio de un cuerpo

Examen de evaluación del elemento



3

1


1

Solución de problemas individual



2




Atributos genéricos

Valores y actitudes

Evaluación

Capacidad de análisis y síntesis

Capacidad de organización y planificación

Resolución de problemas

Trabajo en equipo

Responsabilidad

Dedicación

Honestidad

Puntualidad


Evidencias de evaluación

Portafolio integrado (70 %)

Problemas resueltos de tarea en forma individual (15%)

Talleres sobre operaciones con vectores (15%)

Talleres sobre condiciones de equilibrio de un cuerpo (15 %)

Examen de evaluación del elemento 25 %

Contenido del Portafolio (10 %)

Evaluación afectivo-emocional (20%)


Materiales didácticos de apoyo

Material didáctico proporcionado por el facilitador.

Guía de ejercicios

Fuentes de Información

Resnick, Halliday y Krane (2002). Física. Volumen 1. México Cuarta edición. Editorial CECSA.

Sears, Zemansky, Young y Freedman. (2004) Física Universitaria. Volumen 1 México Undécima Edición Pearson Educación.

Tripler P. A. y Mosca G. (2005) Física para la ciencia y tecnología Vol. 1, México, 5ta Edición Editorial Reverte

Bueche F.J. (1992) Física General Serie Schaum 3a Edición. Mc-Graw Hill

Alonso M. Finn Edwuard (1983) Física, Vol. I Fondo Educativo Interamericano.

McKelve J.P y Grotch H. (2000) Física para ciencias e Ingeniería. Primer a Edición Editorial Harla. México



Elemento de competencia I: Aplicar los principios de mecánica clásica, manejo y conversión de de unidades, en la determinación de los efectos de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.




Fase 1. Introducción a la mecánica. Ubicar a la mecánica clásica dentro de la ingeniería ambiental industrial

La física. La física es una ciencia fundamental que tiene una profunda influencia en todas las otras ciencias. Por consiguiente, no sólo los estudiantes de física e ingeniería, sino todo aquel que piense seguir una carrera científica (biología, química y matemática) debe tener una completa comprensión de sus ideas fundamentales.

Todo aquel que piense seguir una carrera científica debería estudiar física.

La palabra física viene del término griego que significa naturaleza, y por ello la física debía ser una ciencia dedicada al estudio de todos los fenómenos naturales.

La física es una ciencia muy compleja y desarrollada, pero a la vez muy simple, puesto que trata de las características más simples y fundamentales que son comunes a cualquier proceso, sistema, fenómeno, etc. Es la ciencia más general, puesto que sus principios son independientes de la naturaleza particular del objeto de estudio, y son válidos para cualquier fenómeno que se produzca en la naturaleza.

La simplicidad de la física reside en que sus principios fundamentales son únicamente dos. Efectivamente, todo lo que enseña la física acerca de la naturaleza puede resumirse en dos afirmaciones. Ahora bien, tales afirmaciones o principios distan mucho de ser obvios, y su comprensión requiere un importante esfuerzo y preparación conceptual. Por ejemplo, para su correcta comprensión es necesaria una preparación matemática que permita el manejo de diversos conceptos matemáticos, tales como fuerza, trabajo, energía, etc. Decimos esto porque a menudo se tiene la impresión de que la física afirma muchas y complejas cosas, y uno difícilmente llega a comprender la verdadera enseñanza de la física.

La física se estructura en diversas ramas o subdisciplinas. Desde un punto de vista estrictamente teórico, la física se divide en dos áreas teóricas: la mecánica y la termodinámica. Las demás subdisciplinas tienen ya un carácter aplicado, como por ejemplo, la dinámica de fluidos, el electromagnetismo, la electrónica, la acústica, la física molecular, atómica y nuclear, la óptica, la química física, la física del estado sólido, etc. Todas ellas se fundamentan en la mecánica (clásica y cuántica) y la termodinámica.

La mecánica teórica, tanto la clásica como la cuántica, trata exclusivamente de la comprensión del principio de la conservación de la energía. Este es el primer principio fundamental de la física, que permite explicar un gran número de propiedades de la naturaleza. En otras palabras, la mecánica nos enseña a comprender y a operar con el principio de la conservación de la energía.

La distinción entre mecánica clásica y mecánica cuántica reside en su ámbito de aplicación. Hasta que no se investigó la naturaleza íntima de la materia (su naturaleza atómica y subatómica), la formulación de la mecánica clásica era suficiente para la descripción de los fenómenos conocidos. Al empezar a investigar los fenómenos atómicos, se hizo patente que la mecánica clásica era insuficiente para este campo de investigación. La mecánica cuántica surge para solventar este problema, de modo que la mecánica clásica queda incluida en la mecánica cuántica. La mecánica cuántica coincide con la mecánica clásica cuando se aplica a sistemas superiores al nuclear, es decir, a sistemas de escala natural o humana.

La termodinámica tiene un nivel de integración teórica superior, puesto que trata de la comprensión del principio del incremento de la entropía y de su interrelación con el principio de la conservación de la energía (llamados respectivamente segundo principio y primer principio de la termodinámica.

La mecánica. El fenómeno más obvio y fundamental que observamos a nuestro alrededor es el de movimiento. Prácticamente todos los procesos imaginables pueden describirse como el movimiento de ciertos objetos. Nuestra experiencia diaria nos dice que el movimiento de un cuerpo es influenciado por los cuerpos que lo rodean; esto es por sus interacciones con ellos. Hay varias reglas generales o principios que se aplican a todas las clases de movimiento, no importa cual sea la naturaleza de las interacciones. Este conjunto de principios, y la teoría que los sustenta, se denominan mecánica.

Para analizar y predecir la naturaleza de los movimientos que resultan de las diferentes clases de interacciones, se han inventado algunos conceptos importantes, tales como los de momentum, fuerza y energía... La mecánica es la ciencia del movimiento, es también la ciencia del momentum, la fuerza y la energía. Es una de las áreas fundamentales de la física, y debe comprenderse completamente antes de iniciar una consideración de interacciones particulares.

La ciencia de la mecánica como la comprendemos hoy día es el resultado principalmente del genio de Sir Isaac Newton, que produjo la gran síntesis denominada principios de Newton. Sin embargo, muchas personas más han contribuido a su avance. Algunos de los nombres más ilustres son Arquímedes, Galileo, Kepler, Descartes, Huygens, Hamilton, Mach y Einstein.

Aunque la mecánica clásica realiza una descripción extremadamente simplificada de los procesos naturales, el interés de su estudio, para el biólogo, reside en que proporciona la aproximación más simple a los conceptos de interacción, fuerza, trabajo y energía, necesarios para la comprensión del principio de la conservación de la energía. Estos conceptos son fundamentales para la comprensión de los procesos biológicos y psicosociales, por lo que su estudio es imprescindible.

La mecánica clásica se concentra en el movimiento de un objeto en particular que interactúa con otros circundantes (su ambiente), de modo que la velocidad cambia es decir produce aceleración

La siguiente tabla muestra algunos movimientos comunes acelerados y el objeto ambiental que es la causa principal de la aceleración.

El problema central de la mecánica clásica:

1.- Se coloca un objeto con propiedades físicas conocidas (masa, volumen, carga eléctrica y otras) en un lugar inicial que se desplaza con una velocidad inicial conocida:

2.- Conocemos o podemos medir todas sus interacciones con el ambiente;

3.-Podemos predecir su movimiento subsecuente? Es decir ¿Podemos determinar su posición y su velocidad en cualquier futuro

Objeto

Cambio de movimiento

Objeto ambiental

Tipo de fuerza

Manzana

Cae del árbol

Tierra

Gravitacional

Automóvil

Se detiene

Carretera

Friccional

Aguja de brújula

Gira hacia el norte

Tierra

Magnética

Haz de gotas de tinte en una impresora

Cambia de dirección

Capacitor

Eléctrica

Balón de hielo

Se desprende del suelo

Aire

De flotación


Como describimos el movimiento de un jet de combate lanzado desde la cubierta de un portaaviones?. Cuando lanzamos una pelota verticalmente ¿Qué tanto sube? Cuando se nos resbala un vaso de la mano ¿Cuánto tiempo tenemos para atraparlo antes de que choque con el piso? ESTE ES EL TIPO QUE DEBEMOS CONTESATARNOS.




Fase 2 Sistemas de Medidas (unidades). Unidades de medida: densidad, patrones de masa tiempo, longitud y conversión de unidades.

Como la física es una ciencia experimental. Los experimentos requieren de mediciones cuyos resultados suelen describirse con números.

Un numero empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física.

Dos cantidades físicas que describen que describen a una persona pueden ser su peso y su estatura.

Todas las magnitudes físicas pueden expresarse en función de un pequeño número de unidades fundamentales

La medida de toda magnitud física exige compararla con cierto valor unitario de la misma. Ejemplo para medir la distancia entre 2 puntos, la comparamos con una unidad estándar de distancia como es el metro. La afirmación de que una cierta distancia es de 25 metros significa que equivale a 25 veces la longitud de la unidad metro

Estudiaremos magnitudes como velocidad, fuerza momento lineal, trabajo, energía y potencia y pueden expresarse en función de tres unidades fundamentales como son: Longitud tiempo y masa.

La selección de las unidades patrón o estándar para estas magnitudes fundamentales determina un sistema de unidades.

El sistema utilizado universalmente en la comunidad científica es el SISTEMA INTERNACIONAL (SI).

En la SI la unidad patrón de longitud es el metro, la unidad patrón del tiempo es el segundo y la unidad patrón de la masa es el kilogramo.
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