Versión imprimible Curso Académico
Dinámica de Fluidos Astrofísicos
Curso 2017/18
1. Datos Descriptivos de la Asignatura
ASIGNATURA: Dinámica de Fluidos Astrofísicos CÓDIGO: 279190901
- Centro: Facultad de Ciencias
- Titulación: Grado en Física
- Plan de Estudios: 2009 (publicado en 25-11-2009)
- Rama de conocimiento: Ciencias
- Itinerario/Intensificación:
- Departamento/s: - Área/s de conocimiento:
  • Astronomía y Astrofísica
- Curso: 3
- Carácter: Optativo
- Duración: Cuatrimestral
- Créditos ECTS: 6.0
- Horario: http://www.ull.es/view/centros/fisica/Horarios/es
- Dirección web de la asignatura: http://www.campusvirtual.ull.es
- Idioma: Castellano e Inglés (3 ECTS en Inglés)


2. Requisitos para cursar la asignatura
Necesario tener aprobado al menos 90 créditos.


3. Profesorado que imparte la asignatura
Profesor/a Coordinador/a: BASILIO RUIZ COBO
- Grupo: G1
- Departamento: Astrofísica
- Área de conocimiento: Astronomía y Astrofísica
- Lugar Tutoría: Instituto Astrofísica de Canarias
- Horario Tutoría: de lunes a viernes (de 14:00h a 15:00h)
- Teléfono (despacho/tutoría):
- Correo electrónico: brcobo@ull.es
- Dirección web docente: http://www.campusvirtual.ull.es
Profesor/a: TOBIAS FELIPE GARCIA
- Grupo: G1
- Departamento: Astrofísica
- Área de conocimiento: Astronomía y Astrofísica
- Lugar Tutoría: Edificio Blanco de la Facultad de Física, Departamento de Astrofísica, 3ª planta, Despacho 12
- Horario Tutoría: de lunes a jueves la hora siguiente a clase (de 13 a 14:30h)
- Teléfono (despacho/tutoría): 922 605 200 Ext. 5511
- Correo electrónico: tfelipeg@ull.es / tobias_ext@iac.es
- Dirección web docente: http://www.campusvirtual.ull.es


4. Contextualización de la asignatura en el plan de estudio
- Bloque formativo al que pertenece la asignatura: Física Optativa
- Perfil profesional:


5. Competencias
Competencias Especificas
[CE4] Conocer los hitos más importantes de la historia del pensamiento científico y de la Física en particular.
[CE5] Desarrollar una visión panorámica de la Física actual y sus aplicaciones
[CE6] Tener un buen conocimiento sobre la situación en el momento presente en, por lo menos, una de las especialidades actuales de la física.
[CE7] Comprobar la interrelación entre las diferentes disciplinas científicas
[CE11] Adquirir destreza en la modelización matemática de fenómenos físicos.
[CE12] Observar fenómenos naturales y realizar experimentos científicos.
[CE13] Registrar de forma sistemática y fiable la información científica.
[CE14] Analizar, sintetizar, evaluar y describir información y datos científicos
[CE15] Medir magnitudes esenciales en experimentos científicos.
[CE16] Evaluar y analizar cuantitativamente los resultados experimentales
[CE17] Realizar informes sintetizando los resultados de experimentos científicos y sus conclusiones más importantes.
[CE18] Utilizar la instrumentación científica actual y conocer sus tecnologías innovadoras.
[CE19] Desarrollar la “intuición” física.
[CE20] Utilizar herramientas informáticas en el contexto de la matemática aplicada.
[CE23] Ser capaz de evaluar claramente los órdenes de magnitud, así como de desarrollar una clara percepción de las situaciones que son físicamente diferentes, pero que muestran analogías, permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.
[CE24] Afrontar problemas y generar nuevas ideas que puedan solucionarlos
[CE25] Ser capaces de realizar experimentos de forma independiente.
[CE26] Dominar la expresión oral y escrita en lengua española, y también en lengua inglesa, dirigida tanto a un público especializado como al público en general.
[CE27] Haber desarrollado habilidades para la popularización de las cuestiones concernientes a la cultura científica y de aspectos aplicados a la física clásica y moderna.
[CE28] Adquirir hábitos de comportamiento ético en laboratorios científicos y en aulas universitarias.
[CE29] Organizar y planificar el tiempo de estudio y trabajo, tanto individual como en grupo.
[CE30] Saber discutir conceptos, problemas y experimentos defendiendo con solidez y rigor científico sus argumentos.
[CE31] Saber escuchar y valorar los argumentos de otros compañeros.
[CE32] Saber trabajar e integrarse en un equipo científico multidisciplinar
[CE33] Ser capaz de identificar lo esencial de un proceso / situación y establecer un modelo de trabajo del mismo.
Competencias Generales
[CG1] Conocer el trabajo en el laboratorio, el uso de la instrumentación, tecnología y métodos experimentales más utilizados, adquiriendo la habilidad y experiencia para realizar experimentos de forma independiente. Ello le permitirá ser capaz de observar, catalogar y modelizar los fenómenos de la naturaleza.
[CG3] Desarrollar una clara percepción de situaciones aparentemente diferentes pero que muestran evidentes analogías físicas, lo que permite la aplicación de soluciones conocidas a nuevos problemas. Para ello es importante que el alumnado, además de dominar las teorías físicas, adquiera un buen conocimiento y dominio de los métodos matemáticos y numéricos mas comúnmente utilizados.
[CG4] Desarrollar la habilidad de identificar los elementos esenciales de un proceso o una situación compleja que le permita construir un modelo simplificado que describa, con la aproximación necesaria, el objeto de estudio y permita realizar predicciones sobre su evolución futura. Así mismo, debe ser capaz de comprobar la validez del modelo introduciendo las modificaciones necesarias cuando se observen discrepancias entre las predicciones y las observaciones y/o los resultados experimentales.
[CG5] Conocer las posibilidades de aplicar la Física en el mundo laboral, docente y de investigación, desarrollo tecnológico e innovación y en las actividades de emprendeduría
[CG6] Saber organizar y planificar el tiempo de estudio y de trabajo, tanto individual como en grupo; ello les llevará a aprender a trabajar en equipo y a apreciar el valor añadido que esto supone.
[CG7] Ser capaz de participar en debates científicos y de comunicar tanto de forma oral como escrita a un público especializado o no cuestiones relacionadas con la Ciencia y la Física. También será capaz de utilizar en forma hablada y escrita otro idioma, relevante en la Física y la Ciencia en general, como es el inglés.
[CG8] Poseer la base necesaria para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía, tanto desde la formación científica, (realizando un master y/o doctorado), como desde la actividad profesional.


6. Contenidos de la asignatura
Contenidos teóricos y prácticos de la asignatura
Bloque impartido por Basilio Ruiz Cobo

0. Conceptos matemáticos previos.
0.1- Vectores.
0.2- Coordenadas curvilíneas.
0.3- Operadores diferenciales
0.4- Tensores.

1 Conceptos básicos
1.1- Aceleración. Trayectoria y línea de corriente.
1.2- Derivada Lagrangiana y derivada Euleriana.
1.3- Descripción local del movimiento de un fluido.
1.4- Fuerzas de volumen.
1.5- Fuerzas de superficie
1.6 Tensor de esfuerzos.
1.7 Fluidos ideales y viscosos
1.8 Elementos de termodinámica
1.9 Elementos de la teoría cinética

2. Ecuaciones fundamentales
2.1-Teorema del transporte de Reynolds
2.2- La ecuación de continuidad.
2.3- Ecuación de movimiento.
2.4- Ecuación de la energía.
2.5- Cierre de las ecuaciones.
2.6- Relación entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura.
2.7- Fluidos newtonianos.
2.8- La ecuación de Navier-Stokes.
2.9- Ecuación de la energía para un fluido newtoniano.
2.10- Ecuación de entropía. Fluidos adiabáticos y barótropos.
2.11- Efectos de radiación
2.12- Condiciones de contorno.

3. El fluido ideal.
3.1- Hidrostática.
3.2 Campo de gravedad cte, fluidos barotrópicos
3.3 Equilibrio de una estrella. Estructura estelar
3.4-Teorema de Bernouilli.
3.5 Corona solar
3.6- Ecuaciones para la vorticidad.
3.7 Teorema de Helmholtz para la circulación.
3.8- Teorema de Kelvin para la circulación en el tiempo
3.9- Flujo potencial (irrotacional)
3.9.1 T de Bernouilli para el flujo potencial incompresible
3.10 Flujo incompresible (solenoidal)
3.10.1 Condiciones para fluidos incompresibles (solinoidales).
3.10.2 Condiciones para el flujo incompresible y no- adiabático (conducción térmica)
3.11 El viento solar y la acreción esférica
3.12 Flujo potencial.
3.12.1 Campo de velocidades alrededor de un cilindro

Bloque impartido por Dr. Tobias Felipe

4. Fluidos viscosos.
4.1 Ejemplos de casos integrables
4.2- El número de Reynolds.
4.3- Semejanza dinámica
4.4 Flujos a altos y bajos números Reynolds
4.5 Introducción a capa límite
4.6 Difusión de vorticidad
4.7 Disco de acreción en estrellas
4.7.1 Disco de acreción delgado
4.7.2 Solución estacionaria
4.7.3 Origen de viscosidad en los discos de acreción

5. Ondas lineales
5.1- Perturbaciones débiles: ondas acústicas.
5.2- Ecuación de onda: discusión de las soluciones.
5.3- Relación de dispersión
5.4- Ondas estacionarias y modos propios: caso de una estrella
5.5- Condición de adiabaticidad
5.6- Efectos de la conducción térmica y viscosidad
5.7- Ondas de gravedad internas
5.8- Ecuaciones básicas
5.9 Solución de ecuaciones

6. Ondas de choque
6.1- Choques unidimensionales
6.2- Características e invariantes de Riemann
6.3- Ecuaciones de ondas simples nolineales
6.4- Formación de una onda de chhoque
6.5- Condiciones de Rankine-Hugoniot
6.6- Curva de Hugoniot
6.7- Implicaciones del segundo principio de termodinámica
6.8- Relaciones en términos de número de Mach
6.9- Onda de choque y remanente de una supernova

7. Inestabilidades
7.1- Teoría lineal de inestabilidades.
7.2- Criterio de estabilidad para el equilibrio hidrostático.
7.3- Inestabilidad de Jeans.
7.4- Inestabilidad en discontinuidades tangenciales.
7.5- Introducción a la turbulencia.
7.6- Ejemplos de inestabilidades en Astrofísica

Actividades a desarrollar en otro idioma
- Temas: Las clases teóricas de todos los temas serán impartidas en inglés. Las clases prácticas en español


7. Metodología y volumen de trabajo del estudiante
Descripción
Créditos: 6ECTS
Horas: 150
Clases teóricas: 26 horas presenciales
Asistencia clases prácticas: 30 horas presenciales
Realización de exámenes: 4 horas presenciales
Estudio preparación clases teóricas: 38 horas de trabajo autónomo
Estudio preparación clases prácticas: 30 horas de trabajo autónomo
Preparación de exámenes: 22 horas de trabajo autónomo
HORAS TOTALES 60 presenciales; 90 de trabajo autónomo




Actividades formativas en créditos ECTS, su metodología de enseñanza-aprendizaje y su relación con las competencias que debe adquirir el estudiante
Actividades formativas Horas presenciales Horas de trabajo autónomo Total Horas Relación con competencias
Clases teóricas  26.00      26  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]
Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio)  15.00      15  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]
Realización de seminarios u otras actividades complementarias  15.00      15  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]
Realización de exámenes  4.00      4  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]
Estudio y trabajo autónomo en todas las actividades     90.00   90  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]
Total horas  60   90   150 
Total ECTS  6 


8. Bibliografía / Recursos
Bibliografía básica

•    Landau, L.D. y Lifshitz, E.M. Mecánica de Fluidos. Curso de Física Teórica, Volumen 6. Editorial Revert'e S.A., 1986 (La edición inglesa corresponde a una edición original posterior).
•    Batchelor, G.K. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 1967. (Edición en español: Introduciión a la Dinámica de Fluidos. Ministerio de Medio Ambiente, 1997)
•    Tritton D.J. Physical Fluid Dynamics. Oxford University Press, 1988
•    Mihalas, D., Mihalas, B.: “Foundations of Radiation Hydrodynamics” Oxford University Press
•    Acheson, D.J.: “Elementary Fluid Dynamics” Oxford University Press
Bibliografía complementaria
•    Choudhuri, A. Rai. The Physics of Fluids and Plasmas. An introduction for astrophysicists. Cambridge University Press, 1998.
•    Clarke C.J. and Carswell R.F. Astrophysical Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2007
•    Shu, F. H. The Physics of Astrophysics, volume II: Gas Dynamics University Science Books, 1992.
Otros recursos
La asignatura está integrada en el Aula Virtual de la ULL, en su plataforma “moodle”. A lo largo del curso se colgarán enlaces a páginas web que contengan tanto información complementaria, como ejemplos astrofísicos, o experimentos numéricos. Según la Memoria del Grado de Física se impartirán el equivalente a 3 ECTS en inglés, incluyendo la docencia expositiva, lecturas bibliográficas y trabajo del alumno.


9. Sistema de evaluación y calificación
Descripción
La evaluación de la asignatura se hace atendiendo a la calificación obtenida en el examen final (que es obligatorio) de las convocatorias oficiales y la evaluación continua a lo largo del curso. La calificación obtenida de forma ponderada entre las dos evaluaciones se obtiene aplicando la siguiente fórmula que viene indicada en la Memoria del Grado de Física de la ULL: Suponiendo c la calificación de la evaluación continua (en escala de 0-10) y z la del examen final (en escala 0-10), la calificación total será

P=z+0.4c(1.-z/10)

• El seguimiento de la evaluación continua es optativo por parte del alumno.
• Para aplicar la formula anterior se requiere que en el examen final se supere 1/3 de la calificación máxima (z > 10/3) y se apruebe la evaluación continua (c > 5).
• La calificación de los alumnos que no opten a la evaluación continua o no aprueben la misma será la calificación del examen final.

La calificación de la evaluación continua (c) se efectuará en base a las siguientes actividades a lo largo del curso:
• problemas y ejercicios propuestos en clase y realizadas allí­ mismo por el alumno (30%)
• problemas y ejercicios realizados autónomamente fuera de clase. (50%)
• Actitudes y valores mostrados en clase (20%)
El examen final de la asignatura será un control escrito, basado en preguntas de respuesta corta y en problemas similares a los resueltos en clase, sobre los conocimientos adquiridos durante el curso. Durará un máximo de 4 horas.
Este sistema de evaluación tendrá una vigencia de un curso académico, durante el cual la evaluación continua realizada durante el curso (c) se conservará inalterada.
Dado que la evaluación tiene una parte importante de evaluación continuada (40%) a lo largo del curso, es importante el seguimiento de la asignatura a lo largo del mismo, especialmente en forma presencial con la asistencia a las clases teóricas y prácticas, así­ como realizar los ejercicios prácticos propuestos y las autoevaluaciones solicitadas.


Estrategia Evaluativa
TIPO DE PRUEBA COMPETENCIAS CRITERIOS PONDERACIÓN
Pruebas objetivas  [CG1], [CG3], [CG4], [CG5], [CG6], [CG7], [CG8], [CE4], [CE5], [CE6], [CE7], [CE11], [CE12], [CE13], [CE14], [CE15], [CE16], [CE17], [CE18], [CE19], [CE20], [CE23], [CE24], [CE25], [CE26], [CE27], [CE28], [CE29], [CE30], [CE31], [CE32], [CE33]   No aplica   1% 
Pruebas de respuesta corta  [CG5]   No aplica   1% 
Pruebas de desarrollo  [CG4], [CG6], [CG8], [CE11], [CE23], [CE29], [CE33]   En el examen final se valorará la correcta realización de los problemas o cuestiones planteadas   47% 
Trabajos y proyectos  [CE11], [CE19], [CE23], [CE29], [CE33]   Se valorará el intento de resolución de los problemas, las estrategias usadas y la iniciativa mostrada por el estudiante   37% 
Informes memorias de prácticas  [CG3]   No aplica   1% 
Pruebas de ejecuciones de tareas reales y/o simuladas  [CG3]   No aplica   1% 
Escalas de actitudes  [CE30], [CE31]   Se valorará la activa participación del alumno en clase así como su expresión oral y su actitud   8% 
Técnicas de observación  [CG1]   No aplica   1% 
Portafolios  [CG1]   No aplica   1% 
No aplica  [CG5]   No aplica   1% 
No aplica  [CG5], [CE29]   No aplica   1% 


10. Resultados de Aprendizaje
 Se espera que el alumno comprenda los principios básicos que gobiernan los fluidos así como su aplicación a sistemas astrofísicos. 


11. Cronograma / calendario de la asignatura
Descripción
 El siguiente cronograma es orientativo y está sujeto a variación según calendario académico. 


Segundo Cuatrimestre
SEMANA Temas Actividades de
enseñanza aprendizaje
Horas
de trabajo
presencial
Horas
de trabajo
autónomo
Total
Semana 1:  1   2 horas teóricas, 1 práctica presenciales más el trabajo autónomo   3.00   4.00   7 
Semana 2:  1   1 horas teóricas, 3 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 3:  1 y 2   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 4:  2   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 5:  2   1 horas teóricas, 1 práctica presenciales más el trabajo autónomo   2.00   4.00   6 
Semana 6:  3   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 7:  3   1 horas teóricas, 3 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 8:  3 y 4    2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 9:  4   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 10:  4   1 horas teóricas, 3 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 11:  5   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   4.00   8 
Semana 12:  5   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   6.00   10 
Semana 13:  5 y 6   2 horas teóricas, 1 práctica presenciales más el trabajo autónomo   3.00   6.00   9 
Semana 14:  6   2 horas teóricas, 2 práctica presenciales más el trabajo autónomo   4.00   6.00   10 
Semana 15:  7   4 horas teóricas más el trabajo autónomo   4.00   6.00   10 
Semanas 16 a 18:  Evaluación   Trabajo autónomo, preparación de la evaluación   4.00   22.00   26 
Total horas 60 90 150

Fecha de última modificación: 21-07-2017
Fecha de aprobación: 21-07-2017