Antecedentes y objetivos:

Las practicas del laboratorio de física de la ETSAM se heredan del plan 75 estando básicamente enfocadas a la antigua asignatura de Mecánica de dicho plan. En años recientes, el departamento de física ha hecho el esfuerzo económico de adquisición de más prácticas, quedando parte de las antiguas didácticamente obsoletas o inoperativas.

Nuestra intención es conseguir que el laboratorio responda con sus prácticas al ámbito de conocimiento que cubren las dos asignaturas asignadas a este departamento en el actual plan de estudios, ampliando el abanico de practicas disponibles para el alumno, como son los casos de termodinámica y electromagnetismo. Creemos poder lograrlo a coste económico reducido gracias a la utilización de la arquitectura electrónica digital de la plataforma Arduino (controlador) y a dispositivos electrónicos (sensores y actuadores) básicos. Así mismo, en muchas de las practicas comerciales en la actualidad, la adquisición de datos físicos opera a través de dispositivos que el alumno percibe como una “caja negra”. Arduino es una plataforma de hardware abierto que permite conocer e interaccionar con el sistema de forma transparente, dado que se basa en sistemas open source electronics and software. Arduino, además de tratarse de una plataforma libre, permitirá al alumno utilizar estas herramientas no solamente durante su periodo de aprendizaje en la ETSAM sino en diversas aplicaciones, para otros usos, en su posterior vida profesional, sin limitación alguna, debido a la ausencia de restricciones en las licencias de uso, ya que el software necesario para el control de la placa de Arduino se puede distribuir al alumnado de manera legal sin coste alguno de ningún tipo.

Practicas sobre las que intervenir.

Práctica de Atwood y práctica de choques:

Actualmente se encuentra fuera de uso debido a la imposibilidad de adquirir el material fungible propio de la práctica y necesario para la toma de los datos de formatos analógicos. En este proyecto se plantea, mediante la utilización de la plataforma Arduino, la obtención de adquisición y registros de datos mediante sistemas digitales, susceptibles del posterior tratamiento computacional por el alumno.

Práctica de Cerchas:

Adecuación a ensayos de vibraciones aplicados a estructuras, utilizando la plataforma Arduino con sensores de desplazamiento y motores con transmisión excéntrica, aplicándose a las prácticas existentes de ensayos estáticos. El alumno aprenderá a crear sistemas generadores de vibraciones y cómo amortiguarlas. Además permitirá la adquisición y registro de los datos, mediante sistemas digitales, facilitando el tratamiento computacional de los datos medidos por el estudiante.

Practica de electromagnetismo:

Actualmente carecemos de material para estas practicas. Creemos que con un material electrónico básico y la plataforma Arduino, se permitiría disponer de unas prácticas de circuitos y experiencias básicas en electromagnetismo económicas para la medida, adquisición y registro de datos digitales, susceptibles de tratamiento computacional.

Prácticas de Termodinámica:

La implementación de experiencias con el Segundo Principio de la Termodinámica se logrará a través de máquinas térmicas sencillas de baja temperatura (tipo motor Stirling) instrumentalizadas con sensores de movimiento, presión y temperatura, registrando y controlando las magnitudes del proceso a través de la plataforma Arduino de manera digital y susceptible de tratamiento computacional por el alumno.

Fases:

01-06-2014 / 15-06-2014. Reunión inicial del equipo de trabajo para coordinar objetivos y tareas. Inventario de prácticas del Laboratorio de Física de la ETSAM.

15-06-2014 / 15-07-2014. Selección de las prácticas recuperables y modificables.

15-07-2014 / 31-12-2014. Diseño didáctico de las prácticas a actualizar y mejorar de las antiguas y las nuevas.

31-12-2014 / 28-02-2015. Instalación de los dispositivos electrónicos (sensores, actuadores y controladores) y programación de los mismos.

28-02-2015 / 01-09-2015. Implementación de los interfaces y sistemas de adquisición para la mejora didáctica de las prácticas actualizadas y de las nuevas.

01-09-2015 / 15-11-2015. Evaluación de los resultados.

Enfoque y resultados del aprendizaje:

Las clases prácticas de laboratorio son el complemento perfecto para las asignaturas de Física. Es aquí donde el alumno encuentra el nexo de unión entre lo aprendido en clase y la realidad. Además de materializar los fenómenos planteados sobre el papel, el alumno desarrolla los hábitos de observación y crítica, ejercitándose en la ordenación, análisis e interpretación de datos empíricos, evaluación de resultados y en la comparación con las predicciones de la teoría. Es evidente que en el laboratorio se fomenta el trabajo en equipo, que les será imprescindible a lo largo de su vida laboral y personal. El protagonista de la práctica debe ser el alumno, actuando el profesor únicamente como coordinador y consejero en el caso de que sea preciso. Para un correcto desarrollo de las prácticas el alumno debe comprender claramente el fenómeno que se va a analizar, estudiar las características del montaje experimental y su adecuación a la medida de las magnitudes físicas involucradas, ser cuidadoso en la adquisición de datos y proceder al análisis de los resultados obtenidos y a su comparación con la teoría.

El alumno adquirirá:

Habilidad para trabajar en grupo

Capacidad de análisis y síntesis

Habilidad y métodos para la resolución de problemas

Capacidad de organización y planificación

Razonamiento crítico

Creatividad

Capacidad para aplicar la teoría a la práctica

Capacidad de modelar un problema científico e implementar una solución práctica a un problema.

El alumno será capaz de:

Entender los fenómenos físicos estudiados teóricamente.

Analizar e interpretar de datos experimentales.

Evaluar resultados y compararlos con las predicciones de la teoría.

Familiarizarse con las técnicas de control automático y adquisición de datos.

Enfrentarse a fenómenos científico-técnicos concretos, aplicando los conocimientos adquiridos.

Resolver problemas y aprovechar oportunidades, aprendiendo a diferenciar ambos.

Adquirir destreza en el uso de sistemas básicos de control automático y electrónicos y capacidad para mejorar y sugerir cambios en los mismos.

Evaluación de los resultados:

Entregaremos a los alumnos un guión de cada práctica en el que se expongan los objetivos de la misma, el fundamento teórico, la metodología de trabajo y una descripción detallada del diseño y modificación realizada en la práctica. Una vez realizada la práctica el alumno entregará una memoria explicando los detalles del desarrollo de la práctica y los resultados. Con posterioridad, a través de un cuestionario o encuesta entregado al alumno, se intentará cuantificar el grado de utilidad alcanzado y su sentido. Así se podrá detectar posibles errores, deficiencias, ventajas e inconvenientes subsanables posteriormente, así como a promover la exposición de sugerencias globales para el perfeccionamiento y mejora futura del proyecto.