Contenidos

El contenido de la asignatura se organiza en diez unidades temáticas y seis seminarios. Al final de cada unidad temática (excepto la primera), se identifican los principales ámbitos de la Geología en los que se aplican los conceptos estudiados y se presentan ejemplos de aplicación relevantes.

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 vectoriales, unidades, Sistema Internacional de Unidades, conversión de unidades, notación científica, órdenes de magnitud y 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 (primera ley de Newton o ley de la inercia, segunda ley de Newton y tercera ley de Newton o ley de acción y reacción). Masa inercial y masa gravitatoria. Fuerzas de fricción. Momento de una fuerza. Momento angular. Dinámica de rotación.

Gravitación: movimientos planetarios. Leyes de Kepler. Ley de la gravitación universal de Newton. Gravedad terrestre.

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

Ejemplos de aplicación: desprendimientos de rocas, estabilidad de taludes, deslizamientos de ladera, etc.

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 sus aplicaciones. Fuerzas no conservativas. Potencia.

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

Ejemplos de aplicación: desprendimientos de rocas, extracción de recursos minerales, explotación del subsuelo (reservorios naturales de agua, gas y petróleo), etc.

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 de un sistema de partículas. Colisiones (choques) en dos dimensiones.

Sólido rígido: cinemática y dinámica. Momento de una fuerza. Momento de inercia. Rodadura. Energía cinética de un sólido rígido. Conservación del momento lineal y del momento angular.

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

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

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

5. Estática y dinámica de fluidos

Estática de fluidos (hidrostática): concepto de fluido. Densidad. Presión. Presión hidrostática. Paradoja hidrostática. Principio de Pascal. Fuerza de empuje 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, etc.

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

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. Cambios de fase y calor latente. Transferencia de calor. Convenio de signos.

Principios de la termodinámica: primer principio de la termodinámica. Energía interna de los gases ideales. Trabajo termodinámico. Diagrama presión-volumen de un gas ideal: procesos isobáricos, isotérmicos y adiabáticos. Convenio de signos. Segundo principio de la termodinámica.

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: petrología, geodinámica interna, etc.

Ejemplos de aplicación: enfriamiento de rocas, evolución de cámaras magmáticas, movimientos convectivos en el manto, energía geotérmica, etc.

7. Oscilaciones y ondas

Oscilaciones: movimiento armónico simple (período y frecuencia): sistema masa-resorte. 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 la doble rendija de Young). Efecto Doppler. El sonido y su intensidad. Naturaleza de la luz. Ondas sísmicas. Prospección sísmica.

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

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

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. Fenómenos eléctricos atmosféricos (rayos y truenos). Capacidad eléctrica. Condensadores. Almacenamiento de energía eléctrica.

Corriente eléctrica: movimiento de cargas. Densidad de corriente. Resistencia eléctrica y ley de Ohm. Potencia eléctrica disipada (efecto Joule). Baterías. Circuitos eléctricos. Asociación de resistencias en serie y en paralelo. Resistencia equivalente. 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 terrestres mediante medidas de resistividad y conductividad eléctricas.

9. Campo magnético

Campo magnético: fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento. Campo magnético generado por una carga en movimiento. Campo magnético generado por corrientes eléctricas. Campo magnético generado por una espira de corriente. Campo magnético generado por un solenoide. Momento dipolar magnético (o momento magnético). Flujo magnético. Inducción electromagnética.

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

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

Ejemplos de aplicación: análisis morfológico y estructural de la corteza y del manto terrestres mediante medidas de las variaciones locales del campo magnético, prospección de minerales metálicos y técnicas de resonancia magnética para el estudio de fósiles incluidos en la matriz rocosa, etc.

10. Estructura de la materia y radiactividad

Estructura de la materia: átomos, elementos químicos y tabla periódica. Primeros modelos atómicos. Evolución de los modelos atómicos hasta el modelo actual. Origen de los elementos químicos. Isótopos. Espectro electromagnético e interacción entre la radiación y la materia. Difracción de rayos X. Estructura nuclear.

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

Campos de la geología donde se aplican los conceptos aprendidos: geoquímica, geocronología, etc. Ejemplos de aplicación: datación geológica; caracterización estructural mediante difracción de rayos X; tomografía computarizada basada en rayos X; caracterización morfológica mediante fluorescencia de rayos X; y uso de isótopos estables y radiactivos para identificar y cuantificar procesos geológicos, como los flujos de aguas subterráneas, la sedimentación o la erosión, entre otros.

A lo largo de las clases de teoría se procurará relacionar los conceptos físicos estudiados con ejemplos y situaciones propias de la Geología, con el objetivo de contextualizar los contenidos y poner de manifiesto su aplicabilidad en este ámbito. Asimismo, las listas de problemas que se trabajarán en las clases de problemas incluirán ejercicios representativos de cada unidad temática, una parte importante de los cuales estará contextualizada en el ámbito de las ciencias geológicas. Además, se llevarán a cabo seis seminarios de carácter práctico destinados a aplicar de forma directa los conceptos de Física aprendidos a la resolución de problemas y casos de estudio relacionados con la Geología.

Seminario 1. Aplicación de la cinemática

Estudio de la caída y el desprendimiento de bloques de roca.

Seminario 2. Aplicación de la dinámica

Estudio de la estabilidad de taludes rocosos.

Seminario 3. Aplicación de la gravimetría

Estudio de las variaciones locales del campo gravitatorio para obtener información sobre la distribución de masas en profundidad. Aplicaciones a la geodesia y a la isostasia.

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

Influencia de las propiedades mecánicas de los medios sólidos en la propagación de las ondas sísmicas. Terremotos y fractura de materiales. Dinámica de fluidos viscosos: movimiento de glaciares y de lava, y flujo de aguas subterráneas y superficiales.

Seminario 5. Aplicación de la propagación de calor por conducción

Propagación del calor en rocas y materiales geológicos.

Seminario 6. Aplicación de la electricidad, del magnetismo y de la ley de inducción electromagnética Estudio de las anomalías eléctricas y magnéticas del subsuelo y sus aplicaciones en la prospección geofísica.