Ondas y Óptica
Código: 100140 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500097 Física | FB | 1 | 2 |
Contacto
- Nombre:
- Juan Ignacio Pedro Campos Coloma
- Correo electrónico:
- juan.campos@uab.cat
Uso de idiomas
- Lengua vehicular mayoritaria:
- español (spa)
- Algún grupo íntegramente en inglés:
- No
- Algún grupo íntegramente en catalán:
- No
- Algún grupo íntegramente en español:
- No
Equipo docente
- Monica Canabal Carbia
- Octavi López Coronado
Equipo docente externo a la UAB
- Chris Hensel
- José Gonzçalez
Prerequisitos
Ninguno.
Objetivos y contextualización
La asignatura de Ondas y Óptica se enmarca dentro del conjunto de asignaturas de Física General de primer curso del título de Grado de Física. En este conjunto de asignaturas se pretende:
- Dar una visión de conjunto de las diferentes disciplinas que forman parte de la Física.
- Adquirir unos conocimientos y habilidades básicas que deben servir posteriormente para desarrollar formalmente la física.
- Uniformizar los niveles adquiridos por los alumnos en los estudios de bachillerato en la disciplina de Física.
En esta asignatura pretendemos enseñar de forma cualitativa y cuantitativa la manera de razonar para comprender aspectos del mundo que nos rodea y desarrollar habilidades en la resolución de problemas. Estas habilidades y conocimientos se concretan en el campos de las Ondas y de la Óptica. Se pretende que los alumnos adquieran los conceptos básicos de los temas que forman parte de la asignatura, insistiendo sobre todo en los aspectos fenomenológicos y teniendo en cuenta que el alumnado cursará posteriormente otras asignaturas, donde ya se dispondrá de todas las herramientas adecuadas para desarrollar adecuadamente el formalismo, y sin olvidar el contexto histórico del progreso en las diferentes ramas de la física, los experimentos realizados, y las teorías a las que han dado origen.
Competencias
- Actuar con responsabilidad ética y con respeto por los derechos y deberes fundamentales, la diversidad y los valores democráticos.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Conocer y comprender los fundamentos de las principales áreas de la física.
- Desarrollar estrategias de análisis, síntesis y comunicación que permitan transmitir los conceptos de la Física en entornos educativos y divulgativos.
- Formular y abordar problemas físicos identificando los principios más relevantes y usando aproximaciones, si fuera necesario, para llegar a una solución que debe ser presentada explicitando hipótesis y aproximaciones.
- Introducir cambios en los métodos y los procesos del ámbito de conocimiento para dar respuestas innovadoras a las necesidades y demandas de la sociedad.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Realizar trabajos académicos de forma independiente usando bibliografía, especialmente en inglés, bases de datos y colaborando con otros profesionales.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Usar las matemáticas para describir el mundo físico, seleccionando las herramientas apropiadas, construyendo modelos adecuados, interpretando resultados y comparando críticamente con la experimentación y la observación.
Resultados de aprendizaje
- Analizar algunas cuestiones abiertas de la física actual y explicarlas con claridad.
- Analizar e interpretar los principales experimentos relacionados con la física básica.
- Calcular figuras de difracción para distintos objetos sencillos (rendija, orificio circular, doble rendija, etc.).
- Calcular figuras de interferencia en la superposición de ondas de la misma frecuencia o frecuencias ligeramente distintas.
- Calcular la posición y el tamaño de la imagen de un objeto en la aproximación geométrica.
- Caracterizar el movimiento oscilatorio de un péndulo en diversas situaciones físicas.
- Compatibilizar el rigor matemático con la modelización física aproximada.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Contrastar la nitidez de los resultados matemáticos con los márgenes de error de las observaciones experimentales.
- Describir algunos de los principales experimentos relacionados con esa materia.
- Describir el comportamiento de la luz en un medio o al cambiar de medio.
- Describir las características de las imágenes de los objetos en óptica geométrica a través de un espejo, una lente o un sistema óptico sencillo.
- Describir las características de las oscilaciones y las ondas.
- Identificar las implicaciones sociales, económicas y medioambientales de las actividades académico- profesionales del ámbito de conocimiento propio.
- Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Realizar trabajos académicos de forma independiente usando bibliografía, especialmente en inglés, bases de datos y colaborando con otros profesionales.
- Relacionar los conceptos básicos de la física con temas de ámbito científico, industrial y cotidiano.
- Relacionar transversalmente áreas diversas de la física básica.
- Seleccionar las buenas variables y efectuar las simplificaciones correctas.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Usar el cálculo diferencial e integral.
- Usar las transformaciones lineales y el cálculo matricial.
- Usar los números complejos.
Contenido
1.- Oscilaciones
- Movimiento oscilatorio armónico simple. Energía del oscilador.
- El péndulo simple. El péndulo físico. El péndulo de torsión.
- Oscilaciones amortiguadas. Oscilaciones forzadas. Frecuencia de resonancia.
2.- Ondas
- Movimiento ondulatorio. Velocidad de propagación. Amplitud. Frente de onda.
- Ondas longitudinales y transversales. Polarización.
- Ecuación de ondas. Ondas armónicas. Características. Fase y diferencia de fase. Energía e intensidad.
- El sonido. Velocidad de propagación. Intensidad. Decibelios. Ultrasonidos. El oído.
- Efecto Doppler.
- Principio de superposición. Interferencias. Superposición de ondas de la misma frecuencia. Superposición de ondas de diferente frecuencia. Ondas estacionarias. Análisis y síntesis armónicas.
3.- La luz
- La luz como onda electromagnética. Ondas planas.
- Propagación de la luz. Principio de Huygens. Principio de Fermat.
- Polarización. Dicroísmo. Ángulo de Brewster. Birrefringencia.
- Refracción y reflexión en una superficie plana. Fibras.
- Absorción y difusión.
4.- Formación de imágenes en la aproximación geométrica
- Fundamentos de la óptica geométrica.
- Formación de imágenes ópticas. Óptica paraxial. Lentes y espejos.
- Los instrumentos ópticos: principios, relaciones geométricas y utilidad.
5.- Interferencias y difracción
- Coherencia e interferómetros.
- Difracción de una rendija. La doble rendija de Young (interferencias y difracción). La red de difracción. Difracción de Fraunhofer y de Fresnel.
Metodología
Clases de teoría:
Aunque las clases de teoría serán clases magistrales se procurará introducir en momentos concretos cuestiones y preguntas que den lugar a un cierto debate, comentarios y discusiones que permitan centrar la atención de los estudiantes en puntos concretos y detectar el seguimiento de las clases. También se realizarán ejercicios que permitan clarificar algunos aspectos teóricos y demostraciones prácticas de algunos fenómenos físicos sencillos que ilustren o permitan explicar los aspectos teóricos. Para ello, los fenómenos físicos de la Óptica nos dan muchas posibilidades de visualizar el fenómeno que se está estudiando o que se pretende explicar.
Clases de problemas:
En estas clases se plantearán problemas y cuestiones de forma que los estudiantes las resuelvan en la pizarra de manera individual o en grupo, procurando que se den todas las explicaciones necesarias para su correcta solución e interpretación. Si es necesario el profesor completará y corregirá todo lo que considere necesario.
Seminarios:
A lo largo del cursose realizarán cuatro seminarios con participación activa de los alumnos donde se discutirán cuestiones y fenómenos físicos relacionados con los temas objeto de estudio tanto desde una vertiente histórica como de las aplicaciones actuales del campo.
Trabajo autónomo:
El trabajo autónomo del estudiante requerido en esta asignatura incluye tanto el estudio de los conceptos teóricos como la preparación y resolución de ejercicios yproblemas. La entrega de problemas representa una actividad supervisada por el profesor y será evaluada.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Actividades
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases de problemas | 14 | 0,56 | 4, 3, 5 |
| Clases de teoría | 28 | 1,12 | 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 20, 22, 24, 23 |
| Seminaris | 9 | 0,36 | 1, 2, 14, 15, 18, 19 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Actividades para entregar | 16,5 | 0,66 | 1, 8, 17, 16, 18, 21 |
| Preparación y estudio de los fundamentos teóricos | 43 | 1,72 | 2, 4, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 19, 20, 22, 24, 23 |
| Resolución de problemas | 30 | 1,2 | 1, 4, 3, 5 |
Evaluación
La evaluación consistirá en:
- Una primera prueba parcial sobre conceptos y ejercicios de oscilaciones y ondas, con un peso del 35%.
- Una segunda prueba parcial sobre conceptos y ejercicios de óptica, con un peso del 35%.
- Asistencia y participación en cuatro seminarios distribuidos a lo largo del curso, con un peso del 5%.
- Entrega de ejercicios a resolver de manera autónoma, con un peso del 5%.
Para aprobar por parciales se deberá obtener una nota mínima de 3 sobre 10 en ambos parciales. Los alumnos podrán presentarse a los éxamenes de repesca si previamente se han presentado a los dos exámenes parciales.
Tots aquellos alumnos que hayan realizado los dos exámenes parciales y/o la repesca no podrán ser calificados como "No evaluable".
Actividades de evaluación
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Asistencia y participación en seminarios | 5% | 0,75 | 0,03 | 1, 2, 7, 8, 9, 14, 17, 15, 18, 19, 20, 22 |
| Entrega de ejercicios | 5% | 0,75 | 0,03 | 1, 7, 8, 17, 15, 20, 21, 22, 24, 23 |
| Primer exámen parcial | 45% | 2,5 | 0,1 | 2, 4, 6, 7, 8, 10, 13, 16, 19, 20, 22, 23 |
| Repesca del primer parcial | 45% | 1,5 | 0,06 | 2, 4, 6, 7, 8, 10, 13, 16, 19, 20, 22, 23 |
| Repesca del segundo parcial | 45% | 1,5 | 0,06 | 3, 5, 8, 10, 11, 12, 16, 19, 20, 22, 24, 23 |
| Segundo exámen parcial | 45% | 2,5 | 0,1 | 3, 5, 8, 10, 11, 12, 16, 19, 20, 22, 24, 23 |
Bibliografía
- Tipler y Mosca, Física para la ciencia y la tecnología. Volúmenes 1 y 2. Editorial Reverté. 6ª edición. 2010. Texto básico de la asignatura.
- Hecht, E. Optica. Addison Wesley Iberoamericana. 3ª edición, Madrid 1999. Incluye soluciones de los problemas. Texto complementario de la parte de óptica.
- Alonso, M. y Finn, E.J. Física. Ed. Adison-Wesley Iberoamericana. 1995. Texto complementario de la asignatura.
- Burbano, S., Burbano, E., Garcia, C, Física General. Ed. Tebar 32 edición. Madrid 2003. Texto complementario de la asignatura.
- Cutnell, J., Johnson, K. Física. Limusa Wiley. Méjico 2004. Texto complementario de la asignatura.
- Burbano, S., Burbano, E. Problemas de Física. Libreria General. Zaragoza 1984. Colección complementaria de problemas de la asignatura.
- López, M, Díaz, J.L., Jiménez, M., Problemas de Física General. Vol. V: Optica. Editorial Romo 1980. Colección complementaria de problemas de la asignatura.
- http://bcs.whfreeman.com/tiplerphysics5e/ Página web del libro de Tipler y Mosca, con material complementario.
Se pueden encontrar muchos artículos de divulgación interesantes en las revistas: Investigación y Ciencia, Physics Today, Physics web, Revista española de Física, y American Journal of Physics.
Software
Posible uso de applets en Matlab