Contenido

Se ha dividido el contenido en 10 unidades temáticas y en 6 seminarios. Al final de cada unidad temática (excepto la primera), se indican los campos de la geología relacionados con los contenidos presentados y se dan ejemplos de aplicación.

1. Fundamentos matemáticos. Introducción a las magnitudes físicas y su expresión.

Fundamentos matemáticos: relaciones trigonométricas, producto escalar, producto vectorial, derivadas e integrales.

Introducción a las magnitudes físicas y su expresión: sistemas de coordenadas. Magnitudes escalares y magnitudes vectoriales. Unidades. Sistema Internacional de Unidades. Conversión de unidades. Notación científica. Órdenes de magnitud. Cifras significativas.

 

2. Cinemática, dinámica y gravitación de sistemas puntuales

Cinemática: desplazamiento, velocidad media y velocidad instantánea. Movimiento rectilíneo uniforme. Aceleración. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (movimiento con aceleración constante). Cinemática en dos dimensiones: tiro parabólico. Cinemática en tres dimensiones. Movimiento circular.

Dinámica: fuerzas en la naturaleza. Cantidad de movimiento (momento lineal). Leyes de Newton (1ª ley de Newton: ley de la inercia, 2ª ley de Newton y 3ª ley de Newton: ley de acción y reacción). Fuerzas de fricción. Dinámica de rotación. Momento de fuerza. Momento angular.

Gravitación: movimiento planetario. Leyes de Kepler. Ley de Newton de la gravitación. Gravedad terrestre.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: ingeniería geológica, geodinámica interna, geofísica, geodesia.

Ejemplos de aplicación: desprendimiento de rocas, estabilidad de un talud, deslizamientos.

 

3. Trabajo y energía de sistemas puntuales

Trabajo mecánico realizado por una fuerza. Energía cinética. Energía potencial. Fuerzas conservativas. Conservación de la energía mecánica y aplicaciones. Fuerzas no conservativas. Potencia.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: ingeniería geológica, geodinámica interna, geofísica.

Ejemplos de aplicación: desprendimiento de rocas, extracción de minerales, explotación del subsuelo: reservorios naturales de agua, gas o petróleo.

 

4. Sistemas de partículas y sólido rígido: cinemática, dinámica, trabajo y energía. Propiedades mecánicas de sólidos.

Sistemas de partículas: centro de masas. Movimiento del centro de masas de un sistema. Conservación del momento lineal. Energía cinética del sistema de partículas. Colisiones/choques en dos dimensiones.

Sólido rígido: cinemática y dinámica. Momento de fuerzas. Momento de inercia. Rodamiento. Energía cinética de un sólido rígido. Conservación del momento lineal y angular.

Propiedades mecánicas de sólidos: esfuerzo (tensión) mecánico y deformación mecánica. Esfuerzos de tracción (módulo de Young). Esfuerzos de cizallamiento (módulo de cizallamiento).

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: isostasia (compensación del relieve de la tierra), reología.

Ejemplos de aplicación: formación de montañas, fracturas, fallas, deformación frágil y dúctil, diapirismo.

 

5. Estática y dinámica de fluidos

Estática de fluidos: hidrostática. Fluido. Densidad. Presión. Presión hidrostática. Paradoja hidrostática. Principio de Pascal. Fuerza ascensional y principio de Arquímedes.

Dinámica de fluidos: hidrodinámica. Caudal. Ecuación de continuidad. Ecuación de Bernoulli. Efecto Venturi. Viscosidad. Turbulencia.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: geodinámica externa (hidrogeología, glaciología, etc.), geodinámica interna.

Ejemplos de aplicación: movimiento de glaciares, movimiento de lava, acuíferos, deslizamientos, licuefacción del suelo, corrientes de turbidez, permeabilidad en reservorios naturales de agua, gas o petróleo, ríos, lagos.

 

6. Termodinámica: temperatura y calor

Temperatura: escalas Celsius y Fahrenheit de temperatura. Escala absoluta de temperatura. Termómetros. Dilatación térmica. Ley de los gases ideales. Teoría cinética de los gases (interpretación molecular de la temperatura).

Calor: capacidad calorífica y calor específico. Cambio de fase y calor latente. Transferencia de calor. Criterio de signos.

Principios de la termodinámica: primer principio. Energía interna de los gases ideales. Trabajo termodinámico. El diagrama presión-volumen para un gas ideal: compresión isobara, compresión isotérmica y compresión adiabática. Criterio de signos. Segundo principio de la termodinámica.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: petrología, geodinámica interna. Ejemplos de aplicación: enfriamiento de rocas, cámaras magmáticas, movimientos convectivos en el manto, energía geotérmica.

 

7. Oscilaciones y ondas

Oscilaciones: movimiento armónico simple (período y frecuencia): masa unida a un muelle. Relación entre el movimiento armónico simple y el movimiento circular. Energía del movimiento armónico simple. Péndulo simple. Oscilaciones amortiguadas. Oscilaciones forzadas y fenómeno de resonancia.

Ondas: movimiento ondulatorio y propagación. Tipos de ondas. Principio de Huygens. Ondas armónicas. Energía, potencia e intensidad de las ondas armónicas. Superposición e interferencia de ondas armónicas. Ondas estacionarias. Propiedades de las ondas: transmisión, reflexión, refracción, absorción, dispersión y difracción (experimento de doble rendija de Young). Efecto Doppler. El sonido y la intensidad del sonido. Naturaleza de la luz. Las ondas sísmicas. Prospección sísmica.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: sismología, prospección sísmica,cristalografía, geofísica, geodinámica interna.

Ejemplos de aplicación: caracterización estructural e identificación de fases por difracción de rayos X, tomografía computarizada en el estudio de fósiles incluidos en la matriz.

 

8. Campo eléctrico y corriente eléctrica

Campo eléctrico: carga eléctrica. Conductores y aislantes. Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Líneas de campo eléctrico. Acción del campo eléctrico sobre las cargas. Dipolo eléctrico. Flujo eléctrico. Ley de Gauss. Diferencia de potencial. Rayos y truenos. Capacidad. Condensadores. Almacenamiento de energía eléctrica.

Corriente eléctrica: movimiento de cargas. Densidad de corriente. Resistencia y ley de Ohm. Potencia disipada: efecto Joule. Baterías. Circuitos. Asociación de resistencias en serie y en paralelo. Resistencias equivalentes. Las reglas de Kirchhoff.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: prospección geofísica.

Ejemplos de aplicación: análisis morfológico y estructural de la corteza y el manto terrestre a través de medidas de resistividad/conductividad.

 

9. Campo magnético

Campo magnético: fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento. Campo magnético creado por cargas puntuales en movimiento. Campo magnético creado por corrientes eléctricas. Campo magnético creado por una espira de corriente. Campo magnético debido a un corriente en un solenoide. Momento dipolar magnético (momento magnético). Flujo magnético e inducción electromagnética.

Magnetismo en la materia: origen del magnetismo. Momento magnético e imantación. Diamagnetismo. Paramagnetismo. Ferromagnetismo. Ferrimagnetismo. Antiferromagnetismo. Medición de propiedades magnéticas a través de magnetometría de muestra vibrante. Magnetismo terrestre.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: paleomagnetismo, prospección geofísica (geomagnetismo).

Ejemplos de aplicación: análisis morfológico y estructural de la corteza y el manto terrestre a través de medidas de variación local del campo magnético, prospección de minerales metálicos, resonancias magnéticas para el estudio de fósiles incluidos en la matriz.

 

10. Estructura de la materia y radiactividad

Estructura de la materia: átomos (elementos de la tabla periódica). Primeros modelos atómicos. Evolución hasta la actualidad de los modelos atómicos. Origen de los elementos. Isótopos. Espectro electromagnético e interacción radiación-materia. Difracción de rayos X. Estructura nuclear.

Radiactividad: estabilidad nuclear. Desintegración radioactiva. Actividad. Período de semidesintegración. Concentración. Cadenas de desintegración. Evolución de la actividad. Geocronología y datación geológica.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: geoquímica, geocronología. Ejemplos de aplicación: datación geológica, caracterización estructural a través de difracción de rayos X, rayos X para tomografía computarizada, caracterización morfológica a través de fluorescencia de rayos X, uso de isótopos estables y radioactivos para identificar procesos: flujos de aguas subterráneas, sedimentación, erosión, etc.

 

Al final de las clases de teoría de una determinada unidad temática, se destinará exclusivamente un tiempo para hablar de ejemplos de aplicación a la geología de los contenidos estudiados. Las listas de problemas a realizar en las clases de problemas en el aula contendrán problemas representativos de cada capítulo y buena parte de estos estarán contextualizados en el ámbito de la geología. Además, se realizarán 6 seminarios de carácter práctico para aplicar los conceptos de física aprendidos de una manera directa a problemas del ámbito de las ciencias geológicas.

Seminario 1. Aplicación de la cinemática

Estudio de la caída/desprendimiento de un bloque de roca

Seminario 2. Aplicación de la dinámica

Estudio de la estabilidad de un talud de roca

Seminario 3. Aplicación de la gravimetría

Estudio local de la gravedad para obtener información sobre la distribución de masas en profundidad. Geodesia. Isostasia.

Seminario 4. Aplicación de la mecánica de sólidos y ondas: terremotos. Hidrodinámica de fluidos viscosos.

Influencia de las propiedades mecánicas del medio sólido en la propagación de ondas sísmicas. Terremotos. Fractura en materiales.

Movimiento de fluidos viscosos. Movimiento de glaciares. Movimiento de la lava. Flujo de aguas subterráneas y superficiales.

Seminario 5. Aplicación de la propagación de calor por conducción

Propagación de calor en rocas

Seminario 6. Aplicación de la electricidad, del magnetismo y de la ley de inducción electromagnética Estudio de la anomalía magnética con profundidad y su aplicación a la prospección geofísica del subsuelo