Las Olimpiadas Nacionales e Internacionales de Física
Sociedad Mexicana de Física
Delegación de las Olimpiadas de Física del Estado de Sonora
La olimpiada internacional de física es un concurso para estudiantes preuniversitarios. La primera de estas competencias fue organizada por el Prof. Czeskaw Sciskowski en Varsovia, en 1967. Desde entonces, las olimpiadas se han venido celebrando año con año (excepto en 1973 1978 y 1980) en distintos países.
En las olimpiadas internacionales, los equipos de cada país, se componen de cinco estudiantes que no hayan cumplido 20 años antes del 30 de junio del año de la competencia y que no hayan cursado ninguna materia en alguna universidad o instituto de educación superior.
Cada equipo es acompañado por dos delegados. Ambos pasan a formar parte del jurado internacional que es el máximo rector de la olimpiada.
La competencia se divide en dos sesiones: una teórica, en la cual los competidores deben resolver tres problemas de física y una práctica en la que se deben resolver uno o dos problemas experimentales.
Las sesiones teórica y experimental son programadas para que cada una dure cinco horas. Ambas se celebran en días distintos, teniendo que mediar al menos veinticuatro horas entre ambos exámenes.
Los problemas de las olimpiadas son propuestos ante el jurado internacional por un comité especial del país organizador. Los problemas teóricos deben abarcar al menos cuatro áreas del temario de las olimpiadas. Este temario es muy amplio, y en México no se cubre en su totalidad, por lo que se hace necesario no sólo preparar a nuestros competidores, sino enseñarles temas nuevos.
El comité especial para la elaboración de problemas, en una sesión privada, da a conocer sus propuestas ante el jurado internacional. Este comité establece previamente un puntaje de evaluación para cada etapa de solución de cada problema. A los tres problemas teóricos, en conjunto, se les asigna un máximo de treinta puntos de calificación, y a los experimentales, veinte. De esta manera, la calificación máxima que algún participante puede obtener es de cincuenta puntos. Corresponde al jurado internacional la discusión de los problemas, su contenido, su enunciado, el puntaje para cada etapa y, finalmente, su aprobación. A los delegados les corresponde también traducir los enunciados de los problemas a su idioma respectivo.
Antes de comenzar la primera reunión del jurado internacional, los Estudiantes de cada equipo son aislados de sus respectivos delegados hasta después de realizada la primera prueba (generalmente la prueba teórica) Esto tiene como finalidad asegurar que ningún estudiante pueda saber a través de sus delegados el contenido del examen y su solución antes de la prueba Teórica.
Corresponde a los propios delegados de cada país calificar a sus propios estudiantes. Simultáneamente los exámenes también son calificados por el comité organizador local. Después de la prueba, los delegados se reúnen con el comité organizador y comparan calificaciones hasta llegar a un acuerdo. A veces es posible y permitido que los Estudiantes se reúnan con sus respectivos delegados para que discutan el contenido de las respuestas de sus exámenes, de tal forma que, los delegados puedan calificar con mayor facilidad el examen y reúnan argumentos para poder subir algunos puntos en la discusión ante el comité organizador. Igual procedimiento se sigue en el caso de la prueba experimental.
Los puntajes obtenidos en los problemas Teóricos y experimentales se suman, estableciéndose así la calificación de cada participante.
Por regla, obtienen la medalla de oro los competidores que sumen mas del 90% del promedio de los tres mejores puntajes; la medalla de plata se les asigna a los estudiantes que sumen del 78% al 90% de dicho promedio; la de bronce quienes obtengan entre 65% y 78%. A los estudiantes que acumulen del 50% al 65% del promedio mencionado se les otorga una mención honorífica y a los restantes, un certificado de participación. E1 estudiante o estudiantes con la más alta puntuación reciben un premio especial.
No existe ninguna clasificación oficial por equipos. Las olimpiadas internacionales son competencias entre individuos y no entre naciones. Los estatutos no establecen ninguna forma de definir resultados por equipos, aunque algunas personas han tratado de hacerlo a través de diferentes procedimientos: sumando los puntajes de los integrantes de cada equipo, o los resultados de los tres mejores participantes de cada delegación; y tomando los tres mejores resultados de cada problema o al mejor clasificado de cada país. En la vigésima tercera olimpiada, celebrada en Espoo, Finlandia, se modificó el reglamento de la competencia: única y exclusivamente se hacen públicos los resultados de los competidores que obtienen medalla o mención honorífica, por lo que cualquier intento por hacer una clasificación por equipos resulta imposible.
Los 15 finalistas del concurso nacional son convocados al entrenamiento para la olimpiada internacional de física. Ninguno de ellos deberá estar inscrito en la universidad o algún instituto de educación superior el siguiente año lectivo, lo cual los hace elegibles para participar en la olimpiada internacional. En caso de que algunos estudiantes no cumplan con el requisito, se procederá a convocar estudiantes que hayan ocupado lugares más bajos en la clasificación del concurso nacional hasta cubrir 15 seleccionados.
El entrenamiento se realiza en los meses previos al evento internacional.
Generalidades
a) El uso extensivo del cálculo (diferencial e integral) y el manejo de números complejos o solución de ecuaciones diferenciales no es requerible para la solución de los problemas.
b) Las preguntas pueden contener conceptos y fenómenos no incluidos en el temario, pero se proporciona suficiente información en las mismas, de modo que los participantes sin un previo conocimiento de estos tópicos no se encuentren en desventaja.
c) Los participantes deben conocer el Sistema Internacional de Unidades (SI)
PROGRAMA
l. Mecánica.
a) Fundamentos de la cinemática de una masa puntual. Descripción vectorial de la posición de una masa puntual; vector velocidad y aceleración.
b) Leyes de Newton, sistemas inerciales. Se pueden establecer problemas de masa variable. No se aplicarán problemas de densidad variable.
c) Sistemas abiertos y cerrados, momento, energía, trabajo y potencia.
d) Conservación de la energía, impulso y conservación del momento lineal
e) Fuerzas elásticas, fuerzas de fricción, la ley de la gravitación universal, energía potencial y trabajo en el campo gravitacional. Ley de Hooke, coeficientes de fricción (F/R constante), fuerzas de fricción estáticas y dinámicas, selección del cero de energía potencial.
f) Aceleración centrípeta, Leyes de Kepler.
2. Mecánica del cuerpo rígido
a) Estática, centro de masa, torque. Pares de fuerza, condiciones de equilibrio de los cuerpos.
b) Movimiento de los cuerpos rígidos, traslación, rotación, velocidad angular, aceleración angular, conservación del momento angular. Conservación del momento angular alrededor de un eje fijo solamente.
c) Fuerzas externas e internas, ecuación de movimiento del cuerpo rígido alrededor de un eje fijo, momento de inercia, energía cinética de un cuerpo en rotación. Teorema de los ejes paralelos (Teorema de Steiner), adición del momento de inercia.
d) Sistemas de referencia acelerados, fuerzas inerciales.
E1 conocimiento de la fuerza de Coriolis no se requiere.
3.Hidromecánica.
a) Presión, ecuación de continuidad, ecuación de Bernoulli, principio de Arquímedes.
4 Termodinámica
a) Energía interna, trabajo, calor, primera y segunda leyes de la termodinámica. Equilibrio térmico, cantidades dependientes del estado y cantidades dependientes del proceso.
b) Modelo de un gas ideal, presión y energía cinética molecular, número de Avogadro, ecuación de estado de un gas ideal, temperatura absoluta.
Aproximación molecular a fenómenos simples en líquidos y sólidos como ebullición, fusión, etc.
c) Trabajo hecho por la expansión de un gas sujeto a procesos isotérmicas y adiabáticos. No se requiere la demostración de la ecuación de los procesos adiabáticos.
d) Ciclo de Carnot, eficiencia termodinámica, procesos reversibles e irreversibles, entropía (aproximación estadística). Factor de Boltzmann.
La entropía como función independiente del camino seguido, cambios de entropía y reversibilidad, procesos cuasiestáticos.
5.Oscilaciones y Ondas.
a) Oscilaciones armónicas, ecuación de las oscilaciones armónicas. Solución de la ecuación para el movimiento armónico, atenuación y resonancia (cualitativamente).
b) Ondas armónicas, propagación de ondas, ondas longitudinales y transversales, polarización lineal, efecto Doppler clásico, ondas de sonido. Desplazamiento en una onda progresiva y comprensión de la representación gráfica de la onda, medidas de la velocidad del sonido y de la luz. Efecto Doppler en una dimensión, propagación de ondas en medios homogéneos e isotrópicos, reflexión y retracción, principio de Fermat.
c) Superposición de ondas armónicas, ondas coherentes, interferencia, pulsos, ondas estacionarias.
Comprensión de que la intensidad de la onda es proporcional al cuadrado de la amplitud. No se requiere del análisis de Fourier, pero los alumnos deben tener algún conocimiento de que se pueden formar ondas complejas a partir de la superposición de ondas sinusuidales de diferentes frecuencias. Interferencia debido a películas delgadas y otros sistemas simples, superposición de ondas de fuentes secundarias {difracción).
6.Carga eléctrica y campo eléctrico. a) Conservación de la carga eléctrica, ley de Coulomb.
b) Campo eléctrico, potencial, ley de Gauss. Ley de Ganes aplicada a sistemas simétricos simples como esferas, cilindros, placas, etc. Momento dipolar eléctrico.
c) Condensadores, capacitancia, constante dieléctrica, densidad de energía del campo eléctrico.
7.Corriente y campo magnético
a) Corriente, resistencia, resistencia interna de una fuente, ley de Ohm, leyes de Kirchoff, trabajoy potencia de corriente directa y alterna. Ley de Joule.Casos simples de circuitos con elementos no – óhmicos de características V-I conocidas.
b) Campo magnético B de una corriente, corriente en un campo magnético, fuerza de Lorentz.
Partículas en un campo magnético, aplicaciones simples como el ciclotrón, dipolo magnético.
c) Ley de Ampere.
Campo magnético de sistemas simétricos simples como alambres rectos, lazas circulares y solenoides largos.
d) Ley de inducción electromagnética, flujo magnético, ley de Lenz, autoinductancia, inductancia, impermeabilidad, densidad de energía del campo magnético.
e) Corriente alterna, resistencias, inductancias y condensadores en circuitos AC. Resonancias de voltaje y corriente (en serie y paralelo). Circuitos simples de AC, constantes de tiempo.
8.Ondas electromagnéticas.
a) Circuitos oscilantes, frecuencia de oscilaciones, generación por retroalimentación y resonancia.
b) Óptica ondulatoria, difracción por una o dos rendijas, rejilla de difracción, poder de resolución de una rejilla. Reflexión de Bragg.
c) Espectros de dispersión y difracción, líneas espectrales de gases.
d) Ondas electromagnéticas como ondas transversales, polarización por reflexión, polaroides. Superposición de ondas polarizadas.
e) Poder de resolución de un sistema de imágenes.
f) Cuerpo negro, ley de Stefan-Boltzmann. No se requiere la fórmula de Planck.
TEMARIO INTERNACIONAL
E1 temario de la olimpiada internacional incluye, además de los puntos ya señalados en el apartado "Temario de la Olimpiada", los siguientes tópicos:
9. Física Cuántica
a) Efecto fotoeléctrico, energía e impulso de un fotón. Se requiere la fórmula de Einstein.
b) Longitud de onda de De Broglie, principio de incertidumbre de Heisemberg.
10. Relatividad
a) Principio de la Relatividad, suma de velocidades y efecto Doppler relativístico.
b) Ecuación relativista de movimiento.
11. Energía.
a) Relación entre energía y masa, conservación de la energía y momento.
Materia
a) Aplicaciones simples de la ley de Bragg.
b) Niveles de energía de átomos y moléculas (en forma cualitativa), emisión, absorción y espectros de átomos hidrogenoides
c)Niveles de energía del núcleo (cualitativamente); decaimientos alfa, beta y gamma; absorción de radiación; decaimiento exponencial y vida media; componentes del núcleo. Defecto de masa y reacciones nucleares.
Parte Experimental
E1 concurso internacional incluye una parte experimental. La parte teórica del temario proporciona la base de todos los problemas experimentales, los cuales requieren que los participantes realicen mediciones experimentales.
Requerimientos adicionales.
1. Los concursantes deberán estar concientes de que los instrumentos afectan las mediciones.
2. Conocimiento de las técnicas experimentales comunes para las mediciones de las cantidades físicas mencionadas en el temario teórico.
3. Conocimiento de instrumentos simples comúnmente utilizados en el laboratorio, tales como: vernier, termómetros, multimetros simples, amperímetros, voltímetros, ohmetros, potenciómetros, diodos, transistores, arreglos ópticos simples, etc.
4. Habilidad para usar , con el adecuado apoyo de las instrucciones, algunos instrumentos y arreglos más elaborados, como el osciloscópio de doble traza, contadores, escaladores, generadores de señales y funciones, convertidores analógico-digitales conectados a una computadora, amplificador, integrador, diferenciador, fuente de poder, voltímetros, etc.
M.C. Luis Alfonso Domínguez Carballo
Delegado Estatal de las Olimpiadas Nacionales de Física en el Estado de Sonora
Departamento de Física, Universidad de Sonora.
Hermosillo, Sonora, México.
Teléfono: (62) 59-21-08 y 59-21-14 Ext. 36
Fax: (62) 59-21-09
E-mail: ldoming@fisica.uson.mx