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
Programa de la Asignatura de Ondas Mecánicas
Escuela: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Académica: Zacatenco
Carrera: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Asignatura: Ondas Mecánicas
Semestre: Tercero
Opción: Asignaturas comunes
Tipo de Asignatura: Teórico-Prácticos
Modalidad: Escolarizada
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
I Características del movimiento ondulatorio (M.O.)
OBJETIVO PARTICULAR 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.
1.1. Introducción
1.2. Características del movimiento ondulatorio (M.O.)
1.3. Similitudes y diferencias entre el M. O. y el movimiento oscilatorio
1.4. Diferencias entre las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas
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
II Descripción matemática del M.O. 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.
2.1. La función de onda armónica como modelo del Movimiento Ondulatorio,
2.2. Elementos de la función de onda: amplitud, número de onda y frecuencia angular.
2.3. Velocidad de propagación de los frentes de onda.
2.4. Relación entre los conceptos: longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Investigación de conceptos por parte de los alumnos, discusión en clase con la coordinación del profesor y solución de ejercicios extra clase. Realización de prácticas de laboratorio.
III Ecuación diferencial del movimiento ondulatorio y solución.
OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD.
El estudiante planteará y resolverá la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio.
3.1. Presentación de la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio, en una dimensión espacial en medios no dispersivos.
3.2. Solución mediante el método de Fourier de separación de variables.
3.3. Teorema de Euler y representación de la solución en términos de funciones armónicas.
3.4. Solución general de la forma ξ (x,t) = f (x ± vt)
3.5. Presentación de la ecuación diferencial del movimiento ondulatorio en medios disipativos.
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.
IV 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.
4.1. Concepto de ondas longitudinales.
4.2. Ondas longitudinales elásticas en una barra.
4.3. Ondas longitudinales de presión y densidad en una columna de gas
4.4. Análisis de la energía transportada. Intensidad.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Investigación de cómo 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.
V 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
5.1. Concepto de ondas transversales
5.2. Ondas transversales elásticas en una cuerda.
5.3. Análisis de la energía transportada. Intensidad
5.4. Reflexión y transmisión de ondas.
5.5. Ondas estacionarias en una cuerda.
5.6. Ondas elásticas transversales en una barra.
5.7. Ondas de torsión en una barra
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
VI 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.
6.1. Onda plana en tres dimensiones. Vector de propagación.
6.2. Ecuación de onda en tres dimensiones.
6.3. Ondas planas y circulares en una superficie líquida.
6.4. Ondas superficiales en una membrana tensa.
6.5. Ondas esféricas en un fluido.
6.6. Ondas sísmicas.
6.7. Efecto Doppler acústico.
6.8. Ondas de choque.
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.
VII 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.
7.1. Analogía entre vectores y señales.
7.2. Algunos ejemplos de funciones ortogonales.
7.3. Representación de una función periódica mediante la series de Fourier.
7.4. Calculo de los coeficientes de Fourier para algunos pulsos típicos.
7.5. Velocidad de fase y velocidad de grupo
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.
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
Trabajos realizados extra clase
Reportes de las prácticas realizadas en los laboratorios
Participación en actividades de aprendizaje individuales y de equipo.
Tres exámenes departamentales
PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE ONDAS MECÁNICAS
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Práctica No. 1ª |
Salón de Clase |
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Práctica No. 1b |
Salón de Clase |
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Práctica No. 1c |
Salón de Clase |
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Práctica No. 1 |
Laboratorio |
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Práctica No. 2 |
Laboratorio |
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Práctica No. 3 |
Laboratorio |
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Práctica No. 4 |
Laboratorio |
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Práctica No. 5 |
Laboratorio |
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Práctica No. 6 |
Laboratorio |
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Práctica No. 7 |
Laboratorio |
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.
- Profesor: Ma. Guadalupe Beltran Campos
- Profesor: Jose Francisco Solano Pelaez
- Profesor: Dr. Ramón Parada-Alfonso
- Profesor: GERARDO SUAREZ
