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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Ondas Mecánicas SEMESTRE: Tercero OBJETIVO GENERAL: El alumno analizará los fenómenos ondulatorios que ocurren en los sistemas físicos, identificando los modelos matemáticos de las ondas mecánicas y extendiendo estos conceptos a las ondas electromagnéticas. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Características del movimiento ondulatorio (M.O.) II. Descripción matemática del M.O. Función de onda. III. Ecuación diferencial del M. O. y solución. IV. Ondas longitudinales. V. Ondas transversales. VI. Ondas en dos y tres dimensiones. VII. Introducción al análisis de Fourier de pulsos y señales METODOLOGÍA: Investigación de la presentación de las ondas mecánicas en la naturaleza. Búsqueda de temas afines, exposición y análisis grupal, solución de problemas extraclase, exposición de los reportes de investigación abriendo la discusión para la participación masiva. Reforzamiento de conceptos en el laboratorio y reporte, por equipos, de los fenómenos observados, en el que se incluya la base teórica del experimento. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Elementos: Trabajos realizados extra clase Reportes de las prácticas realizadas en los laboratorios Participación en actividades de aprendizaje individuales y de equipo. Tres exámenes departamentales. BIBLIOGRAFÍA: 1. - Resnick D. Halliday and Krane. Física Vol 2 CECSA México 2002 pp 311-314. 347-360 2.- M. Alonso & E. Finn. “Física Volumen II " Addison Wesley, México, 1976. pp: 694-747. 3.- Raymand A Serway “Física” Tomo II McGraw-Hill Interamericana, México 2001. pp: 1078 -1084, 1093 -1016, 1110 -1118. 4.- B. P. LATHI “Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación” Limusa Noriega Editores 1997. pp: 13 – 51. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Ondas Mecánicas SEMESTRE: Tercero CLAVE: CRÉDITOS: 10.5 VIGENTE: Agosto de 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica. MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA TEORÍA: 4.5 HORAS/SEMANA PRÁCTICA: 1.5 HORAS/SEMESTRE TEORÍA: 81.0 HORAS/SEMESTRE PRÁCTICA: 27.0 HORAS TOTALES: 108.0 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Las Academias de Física de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica de Culhuacan y Zacatenco REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de Culhuacan y Zacatenco Ing. Fermín Valencia Figueroa Dr. Alberto Cornejo Lizarralde. AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo de IPN. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 2 DE 11 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En los planes de estudio de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica de la ESIME se ha incluido la asignatura de Ondas Mecánicas sustentada en la experiencia de que es indispensable que al ingeniero en comunicaciones y electrónica se le proporcione una sólida formación de las ciencias básicas, sin la cual no es posible comprender los fenómenos físicos que el debe dominar para adaptarlos a las necesidades que se le presenten y a su vez comprender los avances tecnológicos sobre todo ligados a las comunicaciones. La asignatura de Ondas Mecánicas proporciona al alumno una herramienta sin la cual no podría adentrarse en el complejo mundo de las comunicaciones, ni dominar los fenómenos acústicos, que son base de una especialidad. Teniendo en cuenta el lugar que ocupa la Física como ciencia y fundamento de la tecnología moderna, queda perfectamente definida la importancia de esta parte, como asignatura componente del Plan de Estudios de las carreras de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. Esta asignatura tiene como antecedente: Álgebra, Cálculo diferencial e integral, Ecuaciones diferenciales y Mecánica clásica. Esta asignatura tiene como consecuente: Ondas electromagnéticas, Acústica y Comunicaciones OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno analizará los fenómenos ondulatorios que ocurren en los sistemas físicos, identificando los modelos matemáticos de las ondas mecánicas y extendiendo estos conceptos a las ondas electromagnéticas. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 3 DE 11 No. UNIDAD l NOMBRE: Características del movimiento ondulatorio. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno describirá las características generales del movimiento ondulatorio, diferenciando éstas de las de otros fenómenos físicos, identificará la diferencia entre las ondas mecánicas y las electromagnéticas. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.0 1.1 1.2 1.3 Introducción Características del movimiento ondulatorio (M.O.) Similitudes y diferencias entre el M. O. y el movimiento oscilatorio. Diferencias entre las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas. subtotal 2.0 2.0 2.0 6.0 3.0 3.0 1.0 2.0 2.0 5.0 1B, 2B, 3C, 4C, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de diagramas ilustrativos, ejercicios, solución de problemas, exposición de temas de investigación. en forma grupal y/o individual, bajo la orientación del profesor. Realización de prácticas en el laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Problemas solucionados extraclase.. • Prácticas de laboratorio. • El examen de los contenidos de esta unidad se efectuará al terminarse la unidad III INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 4 DE 11 No. UNIDAD lI NOMBRE: Descripción matemática del Movimiento Ondulatorio Función de onda. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante identificará a la función de onda como el modelo físico-matemático del movimiento ondulatorio y describiendo los elementos que la conforman así como las relaciones entre éstos, solucionará problemas sobre los diferentes temas. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2.1 2.2 2.3 2.4 La función de onda armónica como modelo del Movimiento Ondulatorio, Elementos de la función de onda: amplitud, número de onda y frecuencia angular. Velocidad de propagación de los frentes de onda. Relación entre los conceptos: longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación. Subtotal 4.5 1.5 1.5 1.5 9.0 1.5 1.5 3.0 3.0 1.0 1.0 1.0 6.0 1B, 2B, 3C, 4C, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Investigación de conceptos por parte de los alumnos, discusiónen clase con la coordinación del profesor y solución de ejercicios extra clase. Realización de prácticas de laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Trabajos de investigación. • Prácticas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad se efectuarán al término de la unidad III. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 5 DE 11 No. UNIDAD: III NOMBRE: Ecuación diferencial del movimiento ondulatorio y solución. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante planteará y resolverá la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Presentación de la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio, en una dimensión espacial en medios no dispersivos. Solución mediante el método de Fourier de separación de variables. Teorema de Euler y representación de la solución en términos de funciones armónicas. Solución general de la forma )(),( vtxftx ±=ξ Presentación de la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio en medios disipativos. Subtotal 4.5 3.0 1.5 3.0 1.5 13.5 3.0 3.0 3.0 2.0 1.0 2.0 1.0 9.0 1B, 2B, 3C, 8B, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Identificación de la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio con sus diferentes métodos de solución con el auxilio de modelos y diagramas, explicación grupal en el aula con intervención del profesor como orientador. Realización de prácticas de laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Ejercicios realizados en clase. • Prácticas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad y de las dos anteriores comprenderán el primer examen departamental INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 6 DE 11 No. UNIDAD: IV NOMBRE: Ondas longitudinales. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el concepto de ondas longitudinales aplicándolo en el análisis de ejemplos concretos, como son los acústicos. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 4.1 4.2 4.3 4.4 Concepto de ondas longitudinales. Ondas longitudinales elásticas en una barra. Ondas longitudinales de presión y densidad en una columna de gas Análisis de la energía transportada. Intensidad. Subtotal 3.0 3.0 3.0 3.0 12.0 4.5 4.5 2.0 2.0 2.0 2.0 8.0 1B, 2B, 3C, 4C, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Investigación de como se presentan, en la naturaleza, las ondas longitudinales, planteamiento de problemas para resolver extra clase. Análisis grupal de los temas más representativos donde el profesor fomente y oriente la discusión. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Trabajos de investigación y problemas. • Practicas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad se efectuará al término de la unidad V. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 7 DE 11 No. UNIDAD: V NOMBRE: Ondas transversales. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno identificará las ondas transversales, explicando, tanto el concepto físico como matemático y lo aplicará en el análisis de ejemplos concretos. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Concepto de ondas transversales Ondas transversales elásticas en una cuerda. Análisis de la energía transportada. Intensidad Reflexión y transmisión de ondas. Ondas estacionarias en una cuerda. Ondas elásticas transversales en una barra. Ondas de torsión en una barra Subtotal 1.5 1.5 3.0 1.5 1.5 1.5 3.0 13.5 1.5 3.0 4.5 1.0 1.0 2.0 1.0 1.0 1.0 2.0 9.0 1B, 2B, 3C, 4C, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Investigación de cómo se presentan las ondas transversales en la naturaleza, elaboración de diagramas alusivos y problemas extra clase, discusión grupal con la orientación del profesor. Realización de prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Ejercicios realizados en clase. • Practicas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad y de la anterior conforman el segundo examen departamental. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 8 DE 11 No. UNIDAD: VI NOMBRE: Ondas en dos y tres dimensiones. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante describirá el movimiento ondulatorio en más de una dimensión, explicando su ecuación. HORAS No. TEMA T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Onda plana en tres dimensiones. Vector de propagación. Ecuación de onda en tres dimensiones. Ondas planas y circulares en una superficie líquida. Ondas superficiales en una membrana tensa. Ondas esféricas en un fluido. Ondas sísmicas. Efecto Doppler acústico. Ondas de choque. Subtotal 3.0 1.5 1.5 1.5 1.5 3.0 1.0 0.5 13.5 1.5 1.5 1.5 4.5 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 0.5 9.5 1B, 2B, 3C,4C, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Identificación en la naturaleza de los temas 6.2 a 6.7. Elaboración de modelos y diagramas. Solución de problemas extra clase para discutirse en el aula bajo la orientación del profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Ejercicios realizados en clase. • Practicas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad efectuará al término de la unidad VII. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 9 DE 11 No. UNIDAD: VII NOMBRE: Introducción al análisis de Fourier de pulsos y señales. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará la técnica de Fourier para la representación analítica de pulsos y señales típicas. HORAS No. TEMA T E M A S T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 Analogía entre vectores y señales. Algunos ejemplos de funciones ortogonales. Representación de una función periódica mediante la series de Fourier. Calculo de los coeficientes de Fourier para algunos pulsos típicos. Velocidad de fase y velocidad de grupo Subtotal 1.5 1.5 4.5 4.5 1.5 13.5 4.5 4.5 1.0 1.0 3.0 3.0 1.0 9.06B, 7C ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Elaboración de modelos y diagramas por los alumnos utilizándolos en la solución de problemas que presentarán para su análisis y discusión grupal. Realización de prácticas de laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: • Ejercicios realizados en clase. • Practicas de laboratorio. • Participación en actividades individuales y de equipo. • El examen de los contenidos de esta unidad y de la anterior conforman el tercer examen departamental. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 10 DE 11 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Características de las ondas. Medición de frecuencias bajas acústicas. Ondas estacionarias. Reflexión y refracción en superficies planas. Reflexión en espejos esféricos. Refracción en lentes. Polarización. Interferencia de ondas luminosas. Difracción de ondas luminosas. Pulsos y señales, simulaciones. I I, II I, II, IV III, IV III, IV III, IV II, III, IV IV, V IV, V VI, VII 3.0 3.0 3.0 1.5 1.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 Laboratorio INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA ASIGNATURA: Ondas Mecánicas CLAVE HOJA 11 DE 11 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1 2 3 I, ll, y III IV y V VI y VlI 70% examen escrito + 25% prácticas de laboratorio + 5% intervenciones en clase 70% examen escrito + 25% prácticas de laboratorio + 5% intervenciones en clase 70% examen escrito + 25% prácticas de laboratorio + 5% intervenciones en clase No se asignará una calificación definitiva aprobatoria del curso sin que se haya realizado y reportado satisfactoriamente como mínimo el 80% de las prácticas programadas. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X M. Alonso & E. Finn. “Física Volumen I, " Addison Wesley , México. 2 X Serway Raymand A “Física” Tomo II McGraw Hill Interamericana 3 X Feynman Física Vol.I, Mecánica, Radiación y Calor. Fondo Educativo Interamericano, México, 1971. 4 X Harris Benson. “Física Universitaria " Vol. 1. CECSA, México,1997 5 X Hollyday D. y Resnick and Krane. R. Física Vol. 1. CECSA México 2002. 6 X B. P. LATHI “Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación” Limusa Noriega Editores 1997 . 7 X M. L. BOAS “Mathematical Methods in the Physical Science” J. Wiley & Sons,1996 8 X Resnick D. Halliday and Krane. “Física Vol. 2” CECSA México 2002 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICA PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Culhuacan - Zacatenco CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE Tercero ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Física ASIGNATURA: Ondas Mecánicas ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura en Ingeniería o en Ciencias Físico Matemáticas 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno analizará los fenómenos ondulatorios que ocurren en los sistemas físicos, identificando los modelos matemáticos de las ondas mecánicas y extendiendo estos conceptos a las ondas electromagnéticas. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES Cálculo diferencial e integral, cálculo vectorial. Dominio de los fenómenos acústicos y electromagnéticos. Óptica. Ecuaciones diferenciales. Física clásica. De preferencia dos años en la enseñanza superior o diplomado en docencia en la enseñanza superior. Dos años dentro de su profesión (no indispensable). Para el manejo de grupos. Para establecer climas favorables al aprendizaje. Para transferir el conocimiento teórico a la solución de problemas. Para motivar al estudio al razonamiento y a la investigación. De liderazgo ante el grupo. Para el manejo de: material didáctico, Equipo de laboratorio, y de software. Ejercicio de la crítica fundamentada. Respeto. Tolerancia. Compromiso con la docencia. Ética. Responsabilidad. Científica. Colaboración. Superación docente y profesional. motivadora de los valores humanos e institucionales Vocación al servicio. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. José Luis Tenorio García Ing. Guillermo Santillán Guevara Dr. Alberto Cornejo Lizarralde Ing. Juan José Martínez Mar. M. en C. Alberto Paz Gutiérrez Ing. Fermín Valencia Figueroa ________________________ _________________________ _______________________ PRESIDENTES DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA: 21 de abril de 2004
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