Continguts

S'ha dividit el contingut en 10 unitats temàtiques i en 6 seminaris.

Al final de cada unitat temàtica (exceptuant la primera), s’indiquen els camps de la geologia relacionats amb els continguts presentats i es posen exemples d’aplicació.

1. Fonaments matemàtics. Introducció a les magnituds físiques i la seva expressió.

Fonaments matemàtics: relacions trigonomètriques, producte escalar, producte vectorial, derivades i integrals.

Introducció a les magnituds físiques i la seva expressió: sistemes de coordenades. Magnituds escalars i magnituds vectorials. Unitats. Sistema internacional d'unitats. Conversió d’unitats. Notació científica. Ordres de magnitud. Xifres significatives.

 

2. Cinemàtica, dinàmica i gravitació de sistemes puntuals

Cinemàtica: desplaçament, velocitat mitjana i velocitat instantània. Moviment rectilini uniforme. Acceleració. Moviment rectilini uniformement accelerat (moviment amb acceleració constant). Cinemàtica en dues dimensions: tir parabòlic. Cinemàtica en tres dimensions. Moviment circular.  

Dinàmica: forces a la natura. Quantitat de moviment (moment lineal). Lleis de Newton (1a llei de Newton: llei d’inèrcia, 2a llei de Newton i 3a llei de Newton: llei d’acció i reacció). Forces de fricció. Dinàmica de rotació. Moment de força. Moment angular. 

Gravitació: moviment planetari. Lleis de Kepler. Llei de Newton de gravitació. Gravetat terrestre.

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: enginyeria geològica, geodinàmica interna, geofísica, geodèsia

Exemples d’aplicació: despreniment de roques, estabilitat d’un talús, esllavissades.

 

3. Treball i energia de sistemes puntuals

Treball mecànic realitzat per una força. Energia cinètica. Energia potencial. Forces conservatives. Conservació de l’energia mecànica i aplicacions. Forces no conservatives. Potència.  

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: enginyeria geològica, geodinàmica interna, geofísica

Exemples d’aplicació: despreniment de roques, extracció de minerals, explotació del subsol: reservoris naturals d’aigua, gas o petroli. 

 

4. Sistemes de partícules i sòlid rígid: cinemàtica, dinàmica, treball i energia. Propietats mecàniques de sòlids. 

Sistemes de partícules: centre de masses. Moviment del centre de masses d’un sistema. Conservació del moment lineal. Energia cinètica del sistema de partícules. Col·lisions/xocs en dues dimensions.

Sòlid rígid: cinemàtica i dinàmica. Moment de forces. Moment d’inèrcia. Rodolament. Energia cinètica d’un sòlid rígid. Conservació del moment lineal i angular.  

Propietats mecàniques de sòlids: esforç (tensió) mecànic i deformació mecànica. Esforços de tracció (mòdul de Young). Esforços de cisallament (mòdul de cisallament).   

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: isostàsia (compensació del relleu de la terra), reologia.

Exemples d’aplicació: formació de muntanyes, fractures, falles, deformació fràgil i dúctil, diapirisme.

5. Estàtica i dinàmica de fluids

Estàtica de fluids: hidrostàtica. Fluid. Densitat. Pressió. Pressió hidrostàtica. Paradoxa hidrostàtica. Principi de Pascal. Força ascensional i principi d’Arquímedes.   

Dinàmica de fluids: hidrodinàmica. Cabal. Equació de continuïtat. Equació de Bernoulli. Efecte Venturi. Viscositat. Turbulència.  

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: geodinàmica externa (hidrogeologia, glaciologia, etc.), geodinàmica interna.

Exemples d’aplicació: moviment de glaceres, moviment de lava, aqüífers, esllavissades, liqüefacció del sòl, corrents de terbolesa, permeabilitat a reservoris naturals d’aigua, gas o petroli, rius, llacs.

 

6. Termodinàmica: temperatura i calor 

Temperatura: escales Celsius i Fahrenheit de temperatura. Escala absoluta de temperatura. Termòmetres. Dilatació tèrmica. Llei dels gasos ideals. Teoria cinètica dels gasos (interpretació molecular de la temperatura).    

Calor: capacitat calorífica i calor específica. Canvi de fase i calor latent. Transferència de calor. Criteri de signes.

Principis de la termodinàmica: primer principi. Energia interna dels gasos ideals. Treball termodinàmic. El diagrama pressió-volum per a un gas ideal: compressió isòbara, compressió isoterma i compressió adiabàtica. Criteri de signes. Segon principi de la termodinàmica.   

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: petrologia, geodinàmica interna.

Exemples d’aplicació: refredament de roques, cambres magmàtiques, moviments convectius al mantell, energia geotèrmica.

 

7. Oscil·lacions i ones

Oscil·lacions: moviment harmònic simple (període i freqüència): massa unida a una molla. Relació entre el moviment harmònic simple i el moviment circular. Energia del moviment harmònic simple. Pèndol simple. Oscil·lacions amortides. Oscil·lacions forçades i fenomen de ressonància.

Ones: moviment ondulatori i propagació. Tipus d’ones. Principi de Huygens. Ones harmòniques. Energia, potència i intensitat de les ones harmòniques. Superposició i interferència d’ones harmòniques. Ones estacionàries. Propietats de les ones: transmissió, reflexió, refracció, absorció, dispersió i difracció (experiment de doble escletxa de Young). Efecte Doppler. El so i intensitat del so. Naturalesa de la llum. Les ones sísmiques. Prospecció sísmica.

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: sismologia, prospecció sísmica, cristal·lografia, geofísica, geodinàmica interna. 

Exemples d’aplicació: caracterització estructural i identificació de fases per difracció de raigs X, tomografia computeritzada en l’estudi de fòssils inclosos a la matriu. 

 

8. Camp elèctric i corrent elèctric 

Camp elèctric: càrrega elèctrica. Conductors i aïllants. Llei de Coulomb. Camp elèctric. Línies de camp elèctric. Acció del camp elèctric sobre les càrregues. Dipol elèctric. Flux elèctric. Llei de Gauss. Diferència de potencial. Llamps i trons. Capacitat. Condensadors. Emmagatzematge d’energia elèctrica.  

Corrent elèctric: moviment de càrregues. Densitat de corrent. Resistència i llei d’Ohm. Potència dissipada: efecte Joule. Bateries. Circuits. Associació de resistències en sèrie i en paral·lel. Resistències equivalents. Les regles de Kirchhoff.

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: prospecció geofísica. 

Exemples d’aplicació: anàlisi morfològica i estructural de l’escorça i mantell terrestre a través de mesures de resistivitat/conductivitat.

 

9. Camp magnètic

Camp magnètic: força exercida per un camp magnètic sobre una càrrega en moviment. Camp magnètic creat per càrregues puntuals en moviment. Camp magnètic creat per corrents elèctrics. Camp magnètic creat per una espira de corrent. Camp magnètic degut a un corrent en un solenoide. Moment dipolar magnètic (moment magnètic). Flux magnètic i inducció electromagnètica.

Magnetisme a la matèria: origen del magnetisme. Moment magnètic i imantació. Diamagnetisme. Paramagnetisme. Ferromagnetisme. Ferrimagnetisme. Antiferromagnetisme. Mesura de propietats magnètiques a través de magnetometria de mostra vibrant. Magnetisme terrestre.

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: paleomagnetisme, prospecció geofísica (geomagnetisme). 

Exemples d’aplicació: anàlisi morfològica i estructural de l’escorça i mantell terrestre a través de mesures de variació local del camp magnètic, prospecció de minerals metàl·lics, ressonàncies magnètiques per a l’estudi de fòssils inclosos a la matriu.

 

10. Estructura de la matèria i radioactivitat 

Estructura de la matèria: àtoms (elements de la taula periòdica). Primers models atòmics. Evolució fins a l’actualitat dels models atòmics. Origen dels elements. Isòtops. Espectre electromagnètic i interacció radiació-matèria. Difracció de raigs X. Estructura nuclear.

Radioactivitat: estabilitat nuclear. Desintegració radioactiva. Activitat. Període de semidesintegració. Concentració. Cadenes de desintegració. Evolució de l’activitat. Geocronologia i datació geològica.    

Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: geoquímica, geocronologia.

Exemples d’aplicació: datació geològica, caracterització estructural a través de difracció de raigs X, raigs X per a fer tomografia computeritzada, caracterització morfològica a través de fluorescència de raigs X, ús d’isòtops estables i radioactius per identificar processos: fluxos d’aigües subterrànies, sedimentació, erosió, etc.

Al final de les classes de teoria d’una determinada unitat temàtica, es destinarà exclusivament un temps per a parlar d’exemples d’aplicació a la geologia dels continguts estudiats. Les llistes de problemes a fer a les classes de problemes a l’aula contindran problemes representatius de cada capítol i bona part d’aquests estaran contextualitzats a l'àmbit de la geologia. A més, es realitzaran 6 seminaris de caire pràctic per tal d’aplicar els conceptes de física apresos d’una manera directa a problemes de l’àmbit de les ciències geològiques.

Seminari 1. Aplicació de la cinemàtica

Estudi de la caiguda/despreniment d’un bloc de roca  

Seminari 2. Aplicació de la dinàmica

Estudi de l’estabilitat d’un talús de roca

Seminari 3. Aplicació de la gravimetria

Estudi local de la gravetat per a obtenir informació de les distribució de masses en profunditat. Geodèsia. Isostàsia.    

Seminari 4. Aplicació de la mecànica de sòlids i ones: terratrèmols.  Hidrodinàmica de fluids viscosos. 

Influència de les propietats mecàniques del medis sòlids en la propagació d’ones sísmiques. Terratrèmols. Fractura en materials.

Moviment de fluids viscosos. Moviment de glaceres. Moviment de la lava. Flux d’aigües subterrànies i superficials.     

Seminari 5. Aplicació de la propagació de calor per conducció

Propagació de calor en roques

Seminari 6. Aplicació de l’electricitat, del magnetisme i de la llei d’inducció electromagnètica  Estudi de l’anomalia magnètica amb profunditat i la seva aplicació a la prospecció geofísica del subsol.