Física per a la Geologia
Codi: 101041Crèdits: 10
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Geologia | FB | 1 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Enric Menendez Dalmau
- Correu electrònic :
- enric.menendez@uab.cat
Equip docent
- Alberto Quintana Puebla
- Eduard Saura Parramon
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
Si l’estudiant no ha cursat Física després de l’educació secundària obligatòria (ESO), és convenient que revisi i reforci els coneixements bàsics de Física adquirits durant l’ESO. També es recomana repassar conceptes matemàtics fonamentals, com ara les derivades i les integrals, així com les operacions bàsiques amb vectors i els conceptes elementals de trigonometria.
Objectius
Aquesta assignatura té com a finalitat proporcionar i consolidar els coneixements bàsics de física necessaris per comprendre i abordar adequadament altres matèries del Grau en Geologia.
Objectius específics de l'assignatura
1) Conèixer les principals magnituds físiques i les seves unitats.
2) Comprendre els fenòmens físics bàsics i saber descriure’ls mitjançant el llenguatge matemàtic adequat.
3) Aplicar els conceptes, les lleis i les expressions matemàtiques de la física a la resolució de problemes.
4) Relacionar i aplicar els conceptes físics fonamentals a situacions i processos propis de la Geologia.
Resultats d'aprenentatge
- CM17 (Determinar els paràmetres i les magnituds físiques rellevants associades a problemes i casos pràctics en geologia.) Determinar els paràmetres i les magnituds físiques rellevants associades a problemes i casos pràctics en geologia.
- CM18 (Organitzar l’experimentació adequada per resoldre problemes concrets de recerca bàsica o aplicada de la geologia a partir dels principis de la física.) Organitzar l’experimentació adequada per resoldre problemes concrets de recerca bàsica o aplicada de la geologia a partir dels principis de la física.
- KM21 (Identificar els principis físics que regeixen i condicionen la dinàmica terrestre.) Identificar els principis físics que regeixen i condicionen la dinàmica terrestre.
- KM22 (Descriure les principals tècniques i l’instrumental per al desenvolupament de la recerca bàsica i l’aplicació de la geologia segons els principis bàsics de la física.) Descriure les principals tècniques i l’instrumental per al desenvolupament de la recerca bàsica i l’aplicació de la geologia segons els principis bàsics de la física.
- KM23 (Determinar l’edat de la Terra i dels processos geològics basant-se en els principis físics de la desintegració d’isòtops d’elements químics radioactius.) Determinar l’edat de la Terra i dels processos geològics basant-se en els principis físics de la desintegració d’isòtops d’elements químics radioactius.
- SM19 (Fer servir les diferents propietats físiques dels materials geològics per a la seva identificació i per a una possible aplicació.) Fer servir les diferents propietats físiques dels materials geològics per a la seva identificació i per a una possible aplicació.
- SM20 (Demostrar la capacitat de treballar en equip i seleccionar l’instrumental o els principis físics més apropiats per resoldre un problema geològic.) Demostrar la capacitat de treballar en equip i seleccionar l’instrumental o els principis físics més apropiats per resoldre un problema geològic.
- SM21 (Comunicar de manera precisa al públic general la informació física bàsica associada a un problema geològic.) Comunicar de manera precisa al públic general la informació física bàsica associada a un problema geològic.
Continguts
Els continguts de l’assignatura s’organitzen en deu unitats temàtiques i sis seminaris. Al final de cada unitat temàtica (excepte la primera), s’identifiquen els principals àmbits de la Geologia en què s’apliquen els conceptes estudiats i es presenten exemples d’aplicació rellevants.
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 vectorials, unitats, Sistema Internacional d’unitats, conversió d’unitats, notació científica, ordres de magnitud i 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 (primera llei de Newton o llei de la inèrcia, segona llei de Newton i tercera llei de Newton o llei d’acció i reacció). Massa inercial i massa gravitatòria. Forces de fricció. Moment de força. Moment angular. Dinàmica de rotació.
Gravitació: moviments planetaris. Lleis de Kepler. Llei de la gravitació universal de Newton. Gravetat terrestre.
Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: enginyeria geològica, geodinàmica interna, geofísica, geodèsia, etc.
Exemples d’aplicació: despreniment de roques, estabilitat d’un talús, esllavissades, etc.
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 les seves aplicacions. Forces no conservatives. Potència.
Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: enginyeria geològica, geodinàmica interna, geofísica, etc.
Exemples d’aplicació: despreniments de roques, extracció de recursos minerals, explotació del subsol (reservoris naturals d’aigua, gas i petroli), etc.
4. Sistemes de partícules i sòlid rígid: cinemàtica, dinàmica, treball i energia. Propietats mecàniques dels sòlids.
Sistemes de partícules: centre de masses. Moviment del centre de masses d’un sistema. Conservació del moment lineal. Energia cinètica d’un sistema de partícules. Col·lisions (xocs) en dues dimensions.
Sòlid rígid: cinemàtica i dinàmica. Moment de força. Moment d’inèrcia. Rodolament. Energia cinètica d’un sòlid rígid. Conservació del moment lineal i del moment angular.
Propietats mecàniques de sòlids: esforç mecànic (tensió) 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 terrestre), reologia, etc.
Exemples d’aplicació: formació de muntanyes, fractures, falles, deformació fràgil i dúctil, diapirisme, etc.
5. Estàtica i dinàmica de fluids
Estàtica de fluids (hidrostàtica): concepte de fluid. Densitat. Pressió. Pressió hidrostàtica. Paradoxa hidrostàtica. Principi de Pascal. Força d’empenta 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, etc.
Exemples d’aplicació: moviment de glaceres, fluxos de lava, aqüífers, esllavissades, liqüefacció del sòl, corrents de terbolesa, permeabilitat de reservoris naturals d’aigua, gas i petroli, rius, llacs, etc.
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. Conveni de signes.
Principis de la termodinàmica: primer principi de la termodinàmica. Energia interna dels gasos ideals. Treball termodinàmic. Diagrama pressió-volum d’un gas ideal: processos isòbars, isoterms i adiabàtics. Conveni de signes. Segon principi de la termodinàmica.
Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: petrologia, geodinàmica interna, etc.
Exemples d’aplicació: refredament de roques, evolució de cambres magmàtiques, moviments convectius al mantell, energia geotèrmica, etc.
7. Oscil·lacions i ones
Oscil·lacions: moviment harmònic simple (període i freqüència): sistema massa-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, etc.
Exemples d’aplicació: caracterització estructural i identificació de fases mitjançant difracció de raigs X, tomografia computeritzada per a l’estudi de fòssils inclosos en la matriu rocosa, etc.
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. Fenòmens elèctrics atmosfèrics (llamps i trons). Capacitat elèctrica. Condensadors. Emmagatzematge d’energia elèctrica.
Corrent elèctric: moviment de càrregues. Densitat de corrent. Resistència elèctrica i llei d’Ohm. Potència elèctrica dissipada (efecte Joule). Bateries. Circuits elèctrics. Associació de resistències en sèrie i en paral·lel. Resistència equivalent. 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 generat per una càrrega en moviment. Camp magnètic generat per corrents elèctrics. Camp magnètic generat per una espira de corrent. Camp magnètic generat per un solenoide. Moment dipolar magnètic (o moment magnètic). Flux magnètic. Inducció electromagnètica.
Magnetisme a la matèria: origen del magnetisme. Moment magnètic i imantació. Diamagnetisme. Paramagnetisme. Ferromagnetisme. Ferrimagnetisme. Antiferromagnetisme. Mesura de propietats magnètiques mitjançant magnetometria de mostra vibrant. Magnetisme terrestre.
Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: paleomagnetisme, prospecció geofísica (geomagnetisme), etc.
Exemples d’aplicació: anàlisi morfològica i estructural de l’escorça i del mantell terrestres mitjançant mesures de les variacions locals del camp magnètic, prospecció de minerals metàl·lics i tècniques de ressonància magnètica per a l’estudi de fòssils inclosos en la matriu rocosa, etc.
10. Estructura de la matèria i radioactivitat
Estructura de la matèria: àtoms, elements químics i taula periòdica. Primers models atòmics. Evolució dels models atòmics fins al model actual. Origen dels elements químics. Isòtops. Espectre electromagnètic i interacció entre la radiació i la matèria. Difracció de raigs X. Estructura nuclear.
Radioactivitat: estabilitat nuclear. Desintegració radioactiva. Activitat radioactiva. Període de semidesintegració. Concentració. Cadenes de desintegració. Evolució temporal de l’activitat. Geocronologia i datació geològica.
Camps de la geologia on s’apliquen els conceptes apresos: geoquímica, geocronologia, etc.
Exemples d’aplicació: datació geològica; caracterització estructural mitjançant difracció de raigs X; tomografia computeritzada basada en raigs X; caracterització morfològica mitjançant fluorescència de raigs X; i ús d’isòtops estables i radioactius per identificar i quantificar processos geològics, com ara els fluxos d’aigües subterrànies, la sedimentació o l’erosió, etc.
Al llarg de les classes de teoria es procurarà relacionar els conceptes físics estudiats amb exemples i situacions pròpies de la Geologia, amb l’objectiu de contextualitzar els continguts i posar de manifest la seva aplicabilitat en aquest àmbit. Així mateix, les llistes de problemes que es treballaran a les classes de problemes inclouran exercicis representatius de cada unitat temàtica, una part important dels quals estarà contextualitzada en l’àmbit de les ciències geològiques. A més, es duran a terme sis seminaris de caràcter pràctic destinats a aplicar de manera directa els conceptes de física apresos a la resolució de problemes i casos d’estudi relacionats amb la Geologia.
Seminari 1. Aplicació de la cinemàtica
Estudi de la caiguda i el despreniment de blocs de roca.
Seminari 2. Aplicació de la dinàmica
Estudi de l’estabilitat de talussos rocosos.
Seminari 3. Aplicació de la gravimetria
Estudi de les variacions locals del camp gravitatori per obtenir informació sobre la distribució de masses en profunditat. Aplicacions a la geodèsia i a la isostàsia.
Seminari 4. Aplicació de la mecànica de sòlids i ones: terratrèmols.Hidrodinàmica de fluids viscosos.
Influència de les propietats mecàniques dels medis sòlids en la propagació de les ones sísmiques. Terratrèmols i fractura de materials. Dinàmica de fluids viscosos: moviment de glaceres i de lava, i flux d’aigües subterrànies i superficials.
Seminari 5. Aplicació de la propagació de calor per conducció
Propagació de la calor en roques i materials geològics.
Seminari 6. Aplicació de l’electricitat, del magnetisme i de la llei d’inducció electromagnètica
Estudi de les anomalies elèctriques i magnètiques del subsol i aplicacions a la prospecció geofísica.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Seminaris | 8 | 0,32 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19, SM20, SM21 |
| Treball individual de l'alumne | 125 | 5 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19, SM20, SM21 |
| Classes de problemes | 28 | 1,12 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19 |
| Resolució i lliurament de problemes | 23 | 0,92 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19, SM20, SM21 |
| Classes de teoria | 56 | 2,24 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19 |
L'assignatura es desenvoluparà mitjançant tres tipus d'activitats d'aprenentatge:
1. Activitats d'aprenentatge dirigides
a) Classes de teoria
Aproximadament dues hores setmanals es dedicaran a classes de teoria, en les quals es presentaran els continguts de l’assignatura mitjançant explicacions a la pissarra amb el suport simultani de presentacions. Durant aquestes sessions es fomentarà la participació de l’alumnat i es donarà resposta als dubtes i qüestions que puguin sorgir. Les presentacions utilitzades a classe estaran disponibles al Campus Virtual amb una antelació mínima de dues setmanes. Per tal d’afavorir la comprensió dels conceptes físics, es realitzaran demostracions experimentals senzilles, tant reals com virtuals. Així mateix, al llarg de les sessions es procurarà contextualitzar els continguts en l’àmbit de la Geologia, mitjançant exemples i aplicacions relacionats amb les ciències geològiques. Una part de les hores docents es desenvoluparà en format de seminari i serà impartida per professorat del Departament de Geologia, amb l’objectiu de mostrar aplicacions específiques de la física a diferents àrees de la Geologia.
b) Classes de problemes
L’alumnat dedicarà, de mitjana, una hora setmanal a la resolució de problemes. Els enunciats estaran disponibles al Campus Virtual amb una antelació mínima de dues setmanes. Durant les sessions es potenciarà la participació activa dels estudiants en la resolució i discussió dels exercicis proposats.
L’assistència a les activitats presencials de teoria, seminaris i problemes és obligatòria. L’alumnat repetidor podrà optar per presentar-se únicament a la prova final global de recuperació. Qualsevol circumstància excepcional que impedeixi l’assistència regular a classe haurà de ser comunicada al professorat tan aviat com sigui possible.
2. Activitats d'aprenentatge supervisades
Tant a les classes de teoria com a les de problemes es reservarà temps perquè l’alumnat resolgui qüestions conceptuals i exercicis sota la supervisió i orientació del professorat.
A més, fora de l’horari lectiu i prèvia sol·licitud, es podran realitzar tutories individuals o en grup per resoldre dubtes i fer un seguiment personalitzat de l’aprenentatge.
3. Activitats d'aprenentatge autònomes
L’assoliment dels objectius de l’assignatura requereix un treball individual continuat per part de l’alumnat. Aquest treball inclou l’estudi dels continguts teòrics, la resolució de problemes, la preparació de les activitats d’avaluació i la revisió dels materials docents.
Les presentacions de teoria i els enunciats dels problemes estaran disponibles al Campus Virtual amb una antelació mínima de dues setmanes per facilitar la preparació i el seguiment de l’assignatura.
Nota: es reservaran 15 minuts d’una sessió de classe, dins del calendari establert, perquè l’alumnat pugui emplenar les enquestes institucionals d’avaluació de l’actuació docent del professorat i de valoració de l’assignatura.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Informes problemes i activitats supervisades | 0,3 | 4 | 0,16 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19, SM20, SM21 |
| Proves individuals escrites | 0,7 | 6 | 0,24 | CM17, CM18, KM21, KM22, KM23, SM19, SM20, SM21 |
L’assignatura s’avaluarà mitjançant un sistema d’avaluació continuada basat en dos tipus d’activitats:
A) Proves individuals escrites (70 %)
Es realitzaran quatre proves individuals escrites (parcials), que representaran el 70 % de la qualificació final de l’assignatura. Aquestes proves inclouran tant continguts teòrics com exercicis i problemes corresponents al període avaluat. L’assistència a les proves és obligatòria.
B) Portafolis de l'estudiant (30 %)
El 30 % restant de la qualificació final correspondrà al seguiment del portafolis de l’estudiant, distribuït de la manera següent:
- Informes i activitats realitzades als seminaris: 20 %.
- Proves d’avaluació continuada realitzades al llarg del curs i lliurament d’exercicis a les sessions de problemes: 10 %.
Totes aquestes activitats són obligatòries.
Per superar l’assignatura és necessari obtenir qualificació en totes les activitats avaluables.
La qualificació final de l’assignatura s’obtindrà a partir de la combinació de les notes corresponents als apartats A i B.
Recuperació
L’estudiant que hagi participat en totes les activitats d’avaluació i no hagi superat l’assignatura podrà presentar-se a la prova de recuperació (prova global de síntesi de tota l’assignatura). La qualificació obtinguda en aquesta prova substituirà la nota de l’apartat A, mentre que la qualificació de l’apartat B es mantindrà sense modificacions.
Els estudiants que hagin superat l’assignatura també podran presentar-se a la prova de recuperació per millorar la seva qualificació.
Important: els estudiants amb una qualificació final inferior a 3 no tindran dret a presentar-se a la prova de recuperació i constaran directament com a suspesos.
Matrícules de segona convocatòria o posteriors
L’alumnat de segona matrícula o superior haurà de seguir el mateix sistema d’avaluació continuada i complir els mateixos requisits que l’alumnat de primera matrícula.
Qualificació de “No presentat”
L’estudiant que hagi realitzat alguna activitat d’avaluació de l’assignatura no podrà obtenir la qualificació de “No presentat”.
Avaluació única
En aquesta assignatura no s’ofereix la modalitat d’avaluació única.
Ús de la intel·ligència artificial (IA)
En aquesta assignatura es permet l’ús d’eines d’IA com a suport en l’elaboració de les tasques a entregar. Tanmateix, els treballs han de reflectir de manera clara una aportació original i substancial de l’estudiant, especialment en el tractament de la informació i les dades, l’anàlisi crítica, la interpretació dels resultats i l’elaboració de les conclusions.
L’estudiant haurà d’indicar si ha utilitzat eines d’IA, especificar quines ha emprat i amb quina finalitat. La manca de transparència en l’ús de la IA es considerarà una vulneració dels principis d’honestedat acadèmica i podrà comportar una penalització en la qualificació de l’activitat.
Bibliografia
1) Volum 1: Paul A. Tipler & Gene Mosca. “Física para la ciencia y la tecnología. Volumen 1: Mecánica, oscilaciones y ondas, termodinámica.” Editorial Reverté, sisena edició, 2012.
2) Volum 2: Paul A. Tipler & Gene Mosca. “Física para la ciencia y la tecnología. Volumen 2: Electricidad y magnetismo, luz y óptica.” Editorial Reverté, sisena edició, 2012.
3) “Fundamentals of Physics”, David Halliday, Robert Resnick & Jearl Walker. Wiley, 10th edition, 2013.
4) “Physics for Geologists”, Richard E. Chapman, Routledge, 10th edition, 2002.
5) “Física”, Juan Enciso Pizarro, Schaum/McGraw-Hill Interamericana de España S.L., 2a edició, 2005 (problemes resolts).
.
Programari
No es requereix d'un programari específic.
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Català | anual | matí-mixt |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Català | anual | matí-mixt |
| (SEM) Seminaris | 1 | Català | anual | matí-mixt |
| (SEM) Seminaris | 2 | Català | anual | matí-mixt |