Francisco Fernández Zacarías, Antonio Illana Martos

Breve descripción del contenido (BOE):
Mecánica aplicada. Aplicaciones al sólido rígido, estructuras y mecanismos de
la ingeniería.

Objetivos propios de la asignatura:
Nuestro objetivo fundamental es el de sentar los cimientos y desarrollar la
capacidad analítica para resolver una gran variedad de problemas de
ingeniería, mediante la aplicación de unos pocos principios básicos bien
asimilados.
Otros objetivos que pueden destacarse son los siguientes:
-  Conseguir la capacidad de establecer con precisión modelos del sistema
real del tipo “diagramas de cuerpo libre”. En particular sobre cuerpos
rígidos, estructuras y máquinas; aplicando los principios de la Mecánica e
incorporando las hipótesis físicas y las aproximaciones matemática adecuadas.
-  Dominar los conceptos básicos sobre fuerzas.
-  Conocer y evitar las formas inadecuadas de anclar un eslabón o
rigidizar un sistema.
-  Manejar adecuadamente las fuerzas distribuidas y conceptos
relacionados (centroides).
-  Aplicar los conocimientos adquiridos en la obtención de ecuaciones que
describan el comportamiento de estructuras y cables.
-  Aplicar los conocimientos adquiridos en la obtención de ecuaciones que
describan el funcionamiento de elementos de máquinas: cuñas, tornillos,
frenos, embragues, correas, etc.

Objeto de la asignatura dentro de la titulación:
El ingeniero técnico en Electricidad debe tener unos conocimientos amplios en
Ingeniería Mecánica, que aplicará tanto en su variante de máquinas (motores,
transmisiones de potencia...) como en la estructural (apoyos eléctricos,
casetas para centros de transformación, cimentaciones...). La Estática Técnica
es la primera asignatura al respecto que se cursa en la especialidad. Su
ubicación en primer curso le da carácter básico, por dos motivos:
-  El alumno está formando todavía sus hábitos de estudio y adquiriendo
herramientas y métodos de resolución de problemas.
-  Los conocimientos adquiridos se utilizan, de forma directa e intensa,
en la asignatura de segundo curso:  “Teoría de Mecanismos y Estructuras”.

Pero esta asignatura también tiene carácter técnico, como indica su nombre. Es
el primer contacto que tienen los alumnos con problemas reales de la
ingeniería mecánica: estructuras, cables,transmisiones por correas, frenos,
etc.

Secuencias entre asignaturas:
Asignaturas previas:  ‘Física I’
Asignaturas posteriores:   ‘Teoría de Mecanismos y Estructuras’

Contenido General del Programa

El programa de la asignatura se articula en tres bloques, con un total de 7
temas:
I.  Estática del sólido rígido.
II.  Aplicaciones fundamentales en la Ingeniería.
III.  Dinámica del sólido rígido.
Los 3 primeros temas forman el bloque I, en el que se desarrollan los
conceptos fundamentales de la Estática y el principio del equilibrio. Este
principio se aplica después, en los dos temas que constituyen el bloque II,  a
una amplia gama de problemas fundamentales en la Técnica Mecánica. El bloque
III sigue profundizando en la Dinámica, cuyo estudio se inició en la Física
General (aplicado a la partícula y sistemas de partículas).

Temas    (las horas incluyen teoría y problemas)

Bloque I  ESTÁTICA DEL SÓLIDO RÍGIDO
Tema 1.     Sistemas de fuerzas equivalentes.  (6 h)
Tema 2.     Equilibrio del cuerpo rígido. (5 h)
Tema 3.     Fuerzas distribuidas: centros de gravedad. (6 h)

Bloque II  APLICACIONES FUNDAMENTALES EN LA INGENIERÍA
Tema 4.    Análisis de estructuras: armaduras, entramados y máquinas. (7
h)
Tema 5.    Rozamiento. (5 h)

Bloque III  DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO
Tema 6.     Dinámica plana del sólido rígido. (8 h)
Tema 7.    Vibraciones Mecánicas. (5 h)


PROGRAMA  DESARROLLADO

Bloque I    ESTÁTICA DEL SÓLIDO RÍGIDO

Tema 1.    Sistemas de fuerzas equivalentes.

1.1.  Las fuerzas: concepto y características.
1.1.1.  Fuerzas concurrentes en el plano. Polígono de Fuerzas.
1.1.2.  Fuerzas concurrentes en el espacio.
1.1.3.  Fuerzas  externas e internas.
1.1.4.  Principio de transmisibilidad. Fuerzas equivalentes.
1.2.  Momentos de una fuerza.
1.2.1.  Momento polar de una fuerza.
1.2.2.  Teorema de Varignon.
1.2.3.  Momento  axial de una fuerza.
1.3.  Par  de  fuerzas.
1.4.  Sistemas de fuerzas y su simplificación.
1.4.1.  Sistemas fuerza-par.
1.4.2.  Sistemas de fuerzas coplanarias.
1.4.3.  Sistemas de fuerzas paralelas no coplanarias.
1.4.4.  Sistemas de fuerzas tridimensionales.

Tema 2.    Equilibrio del cuerpo rígido

2.1.  Diagrama  de cuerpo libre.
2.2.  Reacciones en los apoyos y conexiones  (dos  dimensiones).
2.3.  Equilibrio de un cuerpo rígido en el plano.
2.4.  Reacciones estáticamente indeterminadas.  Ligaduras parciales.
2.5.  Equilibrio de un cuerpo sujeto a dos fuerzas.
2.6.  Equilibrio de un cuerpo sujeto a tres fuerzas.
2.7.  Reacciones en los apoyos  y conexiones (tres dimensiones).
2.8.  Equilibrio de un cuerpo rígido en el espacio.

Tema 3.    Fuerzas distribuidas: centros de gravedad.

3.1.  Fuerzas distribuidas y centros  de  gravedad.
3.2.  Centroides de volúmenes, superficies y líneas.
3.3.  Figuras y cuerpos compuestos. Aproximaciones.
3.4.  Teoremas de Pappus-Guldin.
3.5.  Cargas distribuidas   en   vigas.
3.6.  Cables sometidos a cargas distribuidas.
3.6.1.  Cable parabólico.
3.6.2.  Catenaria.

Bloque II    APLICACIONES FUNDAMENTALES EN LA INGENIERÍA

Tema 4.    Análisis de estructuras: armaduras, entramados y máquinas

4.1.  Definiciones.
4.2.  Tipos de armaduras. Determinación estática.
4.3.  Análisis de armaduras por el método de  los  nudos.
4.4.  Análisis de  armaduras por el método de las secciones.
4.5.  Entramados.
4.6.  Máquinas.

Tema 5.    Rozamiento

5.1.  Tipos de rozamiento. Características del rozamiento en seco.
5.2.  Aplicaciones del rozamiento a las máquinas.
5.2.1.  Cuñas.
5.2.2.  Tornillos.
5.2.3.  Cojinetes de apoyo. Rozamiento en ejes.
5.2.4.  Cojinetes de empuje. Rozamiento en discos.
5.2.5.  Correas planas y trapeciales.
5.3.  Resistencia a la rodadura.

Bloque III    DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO

Tema 6.  Dinámica plana del sólido rígido.
6.1.  Reseña de dinámica de la partícula y sistemas de partículas.
6.2.  Momento angular.
6.3.  Principio de D’Alembert.
6.4.  Trabajo y energía.
6.4.1.  Trabajo de fuerzas y pares.
6.4.2.  Trabajo virtual.
6.4.3.  Teorema de las fuerzas vivas.
6.4.4.  Energía cinética del sólido en movimiento plano.
6.5.  Teorema de los momentos.
6.5.1.  Conservación del momento angular.
6.6.  Principio de los trabajos virtuales.

Tema 7.  Vibraciones mecánicas.
7.1.  Introducción.
7.2.  Vibraciones libres del sólido rígido.
7.3.  Vibraciones forzadas. Rotor desequilibrado.
7.4.  Vibraciones libres amortiguadas.
7.5.  Vibraciones forzadas amortiguadas.
7.6.  Analogías eléctricas.

Orientaciones metodológicas:

Se usa una metodología muy práctica, basada en el planteamiento y resolución
de una gran cantidad de ejercicios; bien planteados por el profesor como
ejemplos de apoyo a los conceptos, bien resueltos por el alumno bajo la
supervisión del docente.

El temario descansa completamente sobre el texto-base, tanto en teoría como en
problemas. Esto hace innecesario el reparto de listas adicionales de
ejercicios y permite el estudio autodidacta. Sí se repartirá un listado con
las figuras que se utilizarán en clase y no corresponden al texto-base elegido.
•  Se recomienda encarecidamente preparar uno o dos folios, de cada tema,
con los conceptos teóricos  básicos. Los textos de Beer y Riley traen estos
resúmenes ya preparados (unas 40 páginas para toda la asignatura); aunque
siempre será más útil el material preparado por el propio estudiante.
•  El alumno debe equilibrar su tiempo. No sirve de nada resolver 50
problemas de un tema y ninguno de otro. A tal fin, los ejemplos resueltos del
texto-base constituyen una magnífica batería de problemas: breve, completa y
representativa del nivel exigido.
•  Plantee la mayor cantidad posible de ejercicios, pero no gaste su
tiempo en solucionar por entero cada problema.
•  Aplique distintos procedimientos para resolver un mismo problema, y
reflexione qué método le ha resultado más ventajoso.
•  Bajo ningún concepto intente memorizar ejercicios. Si sufre esa
tentación consulte el listado de exámenes anteriores.

Criterios de evaluación:
Aparte de la corrección de los resultados, se evalúa favorablemente:
-  La corrección de los razonamientos
-  Claridad en la exposición (diagramas, expresión verbal, notación,
tabulación de resultados, limpieza...)
-  El uso de un método adecuado, que proporcione las soluciones de la
manera más sencilla y breve posible.
-  Las soluciones propias, ‘imaginativas’ sin dejar de ser correctas; no
expuestas en clase pero que revelan que el alumno domina realmente la Mecánica.

Sistema de evaluación:
La evaluación de la asignatura se apoya en los Controles de conceptos básicos
y el examen final.

Controles de conceptos básicos:
Se trata de tres pruebas, formada cada una por 6 a 9 cuestiones objetivas
(teóricas y prácticas) sobre los conocimientos esenciales de cada bloque. Cada
pregunta se valora como bien o mal, sin valores intermedios.
Los dos primeros controles se realizan durante el horario de clase, en la
semana siguiente de completar el bloque respectivo. El tercero se realiza
junto con el examen final. Aquellos alumnos que no superen alguna prueba
deberán realizarla posteriormente, junto con el examen final de Junio.
Se exige la superación de estos controles para calificar el Examen Final.
3 puntos de la calificación final dependen de las notas de estos controles.

Examen Final (convocatoria de Junio):
El examen final consta de dos partes bien diferenciadas, ponderadas por igual.
En la primera parte sólo se permite el material usual de dibujo y escritura,
junto con una calculadora científica no programable. Esta parte consta de:
-  1 ó 2 preguntas teóricas largas, en las que se desarrollan apartados
del programa.
-  2 ó 3 cuestiones. Entendemos por cuestiones problemas sencillos, de
aplicación directa de los principios de la mecánica. También puede tratar de
una cuestión teórico-práctica breve, en la que se realiza alguna deducción de
las vistas en clase.
La segunda parte está compuesta por  problemas de mayor nivel y se permite el
uso de cualquier material en su resolución. Los problemas propuestos tienen
una o más de las siguientes características: se han de aplicar conocimientos
de varios temas, se requieren herramientas matemáticas avanzadas, son sistemas
complejos (con muchos eslabones), presentan soluciones múltiples, la
resolución es necesariamente larga, implican deducciones simbólicas que no se
han visto en clase...
El examen final sólo se corregirá si el alumno ha superado los controles de
conceptos básicos. Para compensar la nota del examen final se exige una
calificación mínima de cuatro (sobre diez).
La calificación final se obtiene, para la convocatoria de Junio:
Un 70% de la nota del examen final, siempre que ésta sea
superior a 4.
Un 30% de las notas de los controles.
La nota final así obtenida se traduce en Suspenso, Aprobado, Notable,
Sobresaliente o Matrícula según la normativa al uso.

Convocatorias extraordinarias (Septiembre y Diciembre)

No se realizan controles de conceptos básicos previos a estos exámenes.
Se modifica en consecuencia la estructura del examen final. La primera parte
pondera un 60% aprox. y se incrementa el número de cuestiones a resolver (de 5
a 8). La segunda parte es similar a lo descrito para Junio, pero pondera un 40%

La calificación final se obtiene, en consecuencia, de la nota del examen,
aunque podrá ser mejorada atendiendo al historial de notas y asistencia del
alumno durante el año en curso. En ningún caso se guardarán notas de
controles, conseguidas durante un año, para el siguiente.

Existe una excelente bibliografía sobre Mecánica que cubre adecuadamente el
programa.

TEXTO BASE

- Beer, F.P. y Johnston, E.R.   MECÁNICA VECTORIAL PARA INGENIEROS (dos
tomos).    Ed. McGraw-Hill, 6ª edición.
Edición actualizada de un un libro clásico en la docencia de la
Mecánica. Cubre todo el programa de la asignatura. Es un texto excelente, muy
didáctico, diseñado para ser autosuficiente. Dispone de una gran cantidad de
ejemplos resueltos paso a paso, más de mil quinientos problemas propuestos (la
mayoría de ellos con el resultado final), resúmenes de los temas y guías
metodológicas para la resolución de problemas. Con profusión de ilustraciones
y facilidad de lectura.

TEXTOS-BASE ALTERNATIVOS

- Meriam, J.L. y Kraige, L.G.   MECÁNICA PARA INGENIEROS (dos tomos).
Ed. Reverté, 3ª edición, 1998.
Este libro también puede ser utilizado como texto base en la
preparación de la asignatura. Los comentarios elogiosos realizados al texto de
Beer se le aplican igualmente. El tratamiento matemático es algo más fuerte.
El nivel medio y la variedad de los problemas también es mayor.

- Riley, W.F. y Sturges, L.D.   INGENIERÍA MECÁNICA (dos tomos).  Ed. Reverté.
Un segundo texto alternativo como libro-base, igualmente excelente.

- Vázquez, M. y López, E.    MECÁNICA PARA INGENIEROS   Ed. Noela
Una edición en un solo tomo, mucho más económica, y sin embargo de
gran calidad. Merecen destacarse los interesantes problemas sobre estructuras,
vigas y fuerzas internas.