FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 0. Presentación de la asignatura. 0.1 ¿Quién es el profesor? y ¿Qué nos impartirá? 0.2 Temario de la asignatura. 0.3 Exámenes y reglas del juego. 0.4 Preguntas para obtener puntos extras. Preguntas de reto.

0.1 ¿Quién es el profesor? y ¿Qué nos impartirá? Asignatura: Física I Año del plan de estudio: 2010 Asignatura cuatrimestral (primer cuatrimestre). Primer cuatrimestre (Octubre-Enero): Mecánica y Termodinámica (60 horas). Profesor: Dr. Norge Cruz Hernández. Despacho: primera planta – Caracolas, detrás de la cafetería de la EPS E-mail: norge@us.es

0.2 Temario de la asignatura. 1. Magnitudes físicas y vectores. (1 hora) 1.1 Introducción 1.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional 1.3 Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores. 1.4 Suma de vectores. Componentes de un vector. Vectores unitarios. 1.5 Producto escalar y vectorial. 2. Cinemática de la partícula. (2 horas) 2.1 Introducción 2.2 Descripción del movimiento. Vectores de posición, velocidad y aceleración. 2.3 Componentes intrínsecas de la aceleración. 2.4 Movimiento circular. Velocidad y aceleración angulares. 2.5 Movimiento relativo. Velocidad y aceleración relativas.

3. Dinámica de la partícula. (5 horas) 3.1 Introducción 3.2 Leyes de Newton. 3.3 Interacciones fundamentales de la naturaleza. 3.4 Fuerzas de contacto. Rozamiento. 3.5 Fuerzas elásticas. Ley de Hooke. 3.6 Momentos lineal y angular. Leyes de conservación. 3.7 Trabajo y potencia. Teorema de la energía cinética. 3.8 Fuerzas conservativas. Energía potencial. 3.9 Teorema de la conservación de la energía mecánica.

4. Dinámica de los sistemas de partículas. Sólido rígido. (6 horas) 4.1 Introducción 4.2 Concepto de Sólido Rígido 4.3 Cinemática del Sólido Rígido. 4.4 Centro de masa. Cálculo del centro de masa. 4.5 Ecuación fundamental de la traslación de un sólido rígido. 4.6 Momento lineal de un sistema de partículas. Aplicación al Sólido Rígido. 4.7 Momento de una fuerza respecto a un punto y respecto a un eje. 4.8 Momento angular de un sistema de partículas: Sólido Rígido. Momento de Inercia. 4.9 Propiedades y cálculo del Momento de inercia. 4.10 Ecuación fundamental de la rotación de un Sólido Rígido. 4.11 Reacciones en los soportes y conexiones de un Sólido Rígido. 4.12 Caso particular: Estática. Condiciones de equilibrio 4.13 Energía cinética de un Sólido Rígido. 4.14 Teorema de conservación de la Energía mecánica de un Sólido Rígido.

5. Movimiento vibratorio. (2 horas) 5.1. Introducción. 5.2. Movimiento Armónico Simple M.A.S. 5.3. Cinemática del M.A.S. Representación vectorial. 5.4. Dinámica del M.A.S. Ecuación de movimiento del M.A.S. 5.5. Energía en el M.A.S. 5.6. Aplicaciones: péndulo simple y compuesto. 5.7 Oscilaciones forzadas y amortiguadas. 6. Mecánica de Fluidos. (3 horas) 6.1 Introducción 6.2 Fuerzas en el interior de un fluido. Concepto de presión. Manómetros y barómetros. 6.3 Ecuación fundamental de la estática de fluidos. Consecuencias. 6.4 Principio de Arquímedes. Equilibrio de los cuerpos sumergidos y flotantes. 6.5 Movimiento de un fluido. Líneas y tubos de corriente. Regímenes de movimiento. 6.6 Flujo a través de una superficie. Gasto o caudal. Ecuación de continuidad. 6.7 Fluidos ideales. Ecuación de Bernoulli. Aplicaciones. 6.8 Fluidos reales. Viscosidad. Pérdida de carga.

7. Termodinámica: primer principio. (3 horas) 7.1 Introducción 7.2 Conceptos básicos. Sistemas, estados y transformaciones termodinámicas. 7.3 Equilibrio térmico y temperatura. Principio cero. 7.4 Termometría: propiedades termométricas. Escalas de temperatura. 7.5 Concepto de calor. Capacidades caloríficas y calores latentes. 7.6 Gas ideal 7.7 Trabajo termodinámico. Trabajo en procesos cuasiestáticos. 7.8 Primer principio de la termodinámica. Energía interna.

8. Termodinámica: segundo principio. (2 horas) 8.1 Introducción 8.2 Necesidad de un segundo principio. Irreversibilidad de los procesos naturales. 8.3 Motores térmicos. Rendimiento. Enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio. 8.4 Máquinas frigoríficas. Eficiencia. Enunciado de Clausius del segundo principio 8.5 Equivalencia entre los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. 8.6 Procesos reversibles e irreversibles. 8.7 Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Escala absoluta de temperatura. 8.8 Entropía y segundo principio.

0.3 Exámenes y reglas del juego. Final del cuatrimestre: 10 puntos 2 de los temas 1, 2, 3 y 4 4 Preguntas 2 de los temas 5, 6, 7 y 8 Parcialito 1: Examen de los temas 1, 2, 3 y 4. Para tenerlo en cuenta es necesario obtener más de 5 puntos. Parcialito 2: Examen de los temas 5, 6, 7 y 8. Para tenerlo en cuenta es necesario obtener más de 5 puntos.

0.4 Preguntas para obtener puntos extras. Preguntas de reto. La revista “The Physics Theacher” (http://tpt.aapt.org/) publica cada mes una pregunta en el apartado “PHYSICS CHALLENGE FOR TEACHERS AND STUDENTS”. En el siguiente mes, se publica el nombre de los alumnos/profesores que han enviado y aceptado la solución al problema planteado. El alumno que logre poner su nombre en la revista tendrá 1 punto extras para el examen final.

¿Algún alumno de la Escuela Politécnica Superior ha logrado poner su nombre en la revista? SI !!!! Problema propuesto en TPT en el mes de Abril de 2011. ÁNIMO!!!!

FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 1. Magnitudes Físicas y Vectores. Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 1. Magnitudes Físicas y Vectores. 1.1 Introducción 1.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional 1.3 Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores. 1.4 Suma de vectores. Componentes de un vector. Vectores unitarios. 1.5 Producto escalar y vectorial.

Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11.

1.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional. Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física. Al medir una cantidad, siempre la comparamos con un estándar de referencia. Este estándar define una unidad de la cantidad. Por ejemplo: Si decimos que el largo de una mesa es 4.62 m, queremos decir que es 4.62 veces más largo que una unidad de medida, que en este caso es un metro. De esta forma, decir que la mesa mide 4.62 no tiene significado, será necesario decir la unidad, es decir, la mesa mide 4.62 m. El sistema de unidades empleado por los científicos e ingenieros en todo el mundo se le conoce desde 1960 con el nombre de : “Sistema Internacional, o SI”

Tiempo: La unidad actual (desde 1967) se basa en un reloj atómico que usa la diferencia de energía entre los dos estados más bajos del átomo de cesio. Al bombardearse con microondas de cierta frecuencia exacta, el átomo sufre una transición entre dichos estados. Se define un segundo como el tiempo que tardan 9,192,631,770 ciclos de esta radiación. Longitud: En la actualidad, el metro se define como la distancia que recorre la luz a la velocidad en el vacío (299,792,458 m/s) durante un tiempo igual a 1/299,792,458 segundos. Masa: El estándar de masa es el kilogramo, y se define como la masa de cierto cilindro de aleación platino-iridio guardado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París. El gramo (que no es una unidad fundamental) es 0.001 kilogramos.

Prefijos de unidades: Definidas las unidades fundamentales, es fácil introducir unidades adicionales más grandes o más pequeñas para las mismas cantidades. Los nombres de las unidades adicionales se obtienen agregando un prefijo al nombre de la unidad fundamental. Longitud: 1 nanómetro = 1 nm = 10-9 m 1 micrómetro = 1 µm = 10-6 m 1 milímetro = 1 mm= 10-3 m 1 centímetro = 1 cm = 10-2 m 1 kilómetro = 1 km = 103 m Masa: 1 microgramo = 1 µg = 10-6 g = 10-9 kg 1 miligramo = 1 mg= 10-3 g = 10-6 kg 1 gramo = 1 g = 10-3 kg Tiempo: 1 nanosegundo = 1 ng = 10-9 s 1 microsegundo= 1 µs = 10-6 s 1 milisegundo = 1 ms=10-3 s

Consistencia y conversiones de unidades: Las ecuaciones planteadas deben ser dimensionalmente consistentes. No podemos sumar manzanas y coches; solamente podemos sumar manzanas con manzanas y coches con coches. Por ejemplo: un cuerpo que viaja a velocidad v recorrerá una distancia d durante el intervalo de tiempo t, en forma de ecuación se escribirá: Si sustituimos las unidades correspondientes a cada variable, debe ocurrir que ambos miembros de la ecuación serán consistentes. Así,

Unidades fundamentales del SI Magnitud física Unidad Abreviatura Longitud Masa Tiempo Temperatura Corriente eléctrica Cantidad de materia metro m kilogramo kg segundo s kelvin K amperio A mol mol

Unidades suplementarias del SI Unidades suplementarias y derivadas del SI Unidades derivadas

Indique las dimensiones y unidades (nombre y símbolo) en el SI (Sistema Internacional) de las de las siguientes magnitudes físicas: magnitud dimensiones unidades   nombre símbolo longitud [L] metro m fuerza masa presión tiempo energía superficie potencia volumen calor densidad temperatura velocidad ángulo aceleración velocidad angular [M] [L] [T-2] Newton N [M] kilogramo kg [M] [L-1] [T-2] Pascal Pa [T] segundo s [M] [L2] [T-2] Julio J [L2] metro cuadrado m2 [M] [L2] [T-3] Watio W [L3] metro cúbico m3 [M] [L2] [T-2] Julio J kilogramo por metro cúbico [θ] [M] [L-3] kg/m3 Kelvin k metro por segundo [L] [T-1] m/s adimensional radianes rad metro por segundo cuad. radianes por segundo [L] [T-2] m/s2 [T-1] rad/s