Profesorado

Antonio Illana Martos

Situación

Prerrequisitos

La asignatura se nutre de los conceptos mecánicos fundamentales explicados en
“Física I”.
Otras materias relevantes son las de Matemáticas y Dibujo.

Contexto dentro de la titulación

La Ingeniería Mecánica es la primera asignatura propiamente de Mecánica que se
encuentran los alumnos de dicha 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 las
asignaturas de segundo curso: “Mecánica de Sistemas”, “Elasticidad y
Resistencia
de Materiales” (I y II), “Teoría de Mecanismos y Máquinas”, y “Diseño de
Máquinas”.
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, vigas, cables, transmisiones por correas, frenos,
mecanismos, etc.

Recomendaciones

Se recomienda cursar está asignatura como Libre Elección a los alumnos de
I.T.I.
Química,  especialmente si el alumno desea continuar estudios en 2º ciclo de
Ing. Industrial.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

Formar hábitos de estudio.
Razonar correctamente.
Desarrollar la capacidad analítica.
Aprendizaje autónomo.
Resolución de problemas.
Desarrollar el pensamiento algorítmico.
Exponer los razonamientos, cálculos y resultados con claridad.
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Conocimientos básicos de la profesión.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  Dominar los conceptos básicos sobre: fuerzas, posición, velocidad y
  aceleración.
  Conocer y evitar las formas inadecuadas de anclar un eslabón o
  rigidizar un sistema.
  Distinguir claramente los diferentes tipos de solicitación de los
  materiales: tracción-compresión, torsión, flexión.
  

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  Modelar con precisión: ‘diagramas de cuerpo libre’, ‘diagramas de
  fuerzas activas’, ‘diagramas cinéticos’.
  Manejar con soltura los métodos gráficos más intuitivos: polígonos de
  fuerzas, de velocidades y de aceleraciones.
  Manejar adecuadamente las fuerzas distribuidas y conceptos
  relacionados: centroides y momentos de inercia.
  Aplicar los conocimientos adquiridos en la obtención de ecuaciones
  que
  describan el comportamiento de elementos resistentes: estructuras,
  ejes, vigas 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.
  Desarrollar algoritmos adecuados para la resolución de problemas
  mediante programación.
  

• Actitudinales:

  Expresar con claridad las ideas mecánicas, apoyándose en diagramas y
  gráficos.
  Tener una actitud proactiva en clase. No malgastar tiempo en
  transcribir información de la pizarra que ya tiene disponible en el
  material.
  Ser eficiente. Plantear la mayor cantidad posible de ejercicios,
  comprendiéndolos pero sin gastar tiempo en un cálculo completo.
  Ser equilibrado. Repartir el esfuerzo entre todos los bloques del
  temario.
  Ser versátil. No limitarse a un único procedimiento de resolución.
  Razonar y comprender, jamás memorizar problemas concretos.
  

Objetivos

Breve descripción del contenido (BOE):
Estática, cinemática y dinámica del sólido rígido. Aplicaciones fundamentales
en 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
mecánica, 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 matemáticas adecuadas.
-  Dominar los conceptos básicos sobre: fuerzas, posición, velocidad y
aceleración.
-  Conocer y evitar las formas inadecuadas de anclar un eslabón o
rigidizar un sistema.
-  Manejar adecuadamente las fuerzas distribuidas y conceptos
relacionados: centroides y momentos de inercia.
-  Distinguir claramente los diferentes tipos de solicitación de los
materiales: tracción-compresión, torsión, flexión.
-  Aplicar los conocimientos adquiridos en la obtención de ecuaciones que
describan el comportamiento de elementos resistentes: estructuras, ejes, vigas
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.
-  Manejar con soltura los métodos gráficos más intuitivos: polígonos de
fuerzas, de velocidades y de aceleraciones.
-  Desarrollar algoritmos adecuados para la resolución de problemas con
programas informáticos.

Programa

Contenido General del Programa

El programa de la asignatura se articula en tres bloques, con un total de 9
temas:
I.  Estática del sólido rígido.
II.  Aplicaciones fundamentales en la Ingeniería.
III.  Cinemática y 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 tres temas que constituyen el bloque II,
a una amplia gama de problemas fundamentales en la Técnica Mecánica. El bloque
III sigue profundizando en la Cinemática y Dinámica, cuyo estudio se inició en
la Física General (aplicado a la partícula y sistemas de partículas), y se
completará en segundo curso con ‘Teoría de Mecanismos y Máquinas’ (para
sistemas de sólidos) y ‘Mecánica de Sistemas’ (para Mecánica Analítica, con un
aparato matemático más avanzado).


Temas  (con las horas de clase magistral correspondientes).

Bloque I  ESTÁTICA DEL SÓLIDO RÍGIDO
Tema 1.     Sistemas de fuerzas equivalentes.   (4 h)
Tema 2.     Equilibrio del cuerpo rígido.    (3 h)
Tema 3.     Fuerzas distribuidas: centros de gravedad y momentos de
inercia.   (4 h)

Bloque II  APLICACIONES FUNDAMENTALES EN LA INGENIERÍA
Tema 4.    Análisis de estructuras: armaduras, entramados y máquinas.
(6 h)
Tema 5.     Fuerzas internas: ejes, vigas y cables.   (5 h)
Tema 6.    Rozamiento.   (5 h)

Bloque III  DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO
Tema 7.     Cinemática del sólido rígido.   (6 h)
Tema 8.     Dinámica plana del sólido rígido: fuerzas y aceleraciones.  (4
h)
Tema 9.    Métodos energéticos. Principio de los trabajos virtuales.   (7
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.
1.4.5.  Reducción a un torsor de 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 y momentos de
inercia.

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.  Momentos de inercia: definiciones y conceptos.
3.7.  MdI de superficies compuestas.
3.8.  Ejes principales. Círculo de Mohr.


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.  Armaduras tridimensionales.
4.6.  Entramados.
4.7.  Máquinas.


Tema 5.    Fuerzas internas: ejes, vigas y cables

5.1.  Fuerzas  internas en elementos.
5.2.  Ejes, momento torsor.
5.3.  Tipos de cargas y apoyos en vigas.
5.4.  Fuerza cortante y momento flector en una viga.
5.5.  Relaciones entre carga, fuerza cortante y momento flector.
5.6.  Cables sometidos a cargas concentradas.
5.7.  Cables sometidos a cargas distribuidas.
5.7.1.  Cable parabólico.
5.7.2.  Catenaria.


Tema 6.    Rozamiento

6.1.  Tipos de rozamiento. Características del rozamiento en seco.
6.2.  Aplicaciones del rozamiento a las máquinas.
6.2.1.  Cuñas.
6.2.2.  Tornillos.
6.2.3.  Cojinetes de apoyo. Rozamiento en ejes.
6.2.4.  Cojinetes de empuje. Rozamiento en discos.
6.2.5.  Correas planas y trapeciales.
6.3.  Resistencia a la rodadura.


Bloque III    CINEMÁTICA Y DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO


Tema 7.  Cinemática del sólido rígido.
7.1.  Reseña de cinemática de la partícula.
7.2.  Rotación con eje fijo.
7.3.  Movimiento plano general.
7.3.1.  Velocidades.
7.3.2.  Centro instantáneo de rotación.
7.3.3.  Aceleraciones.
7.3.4.  Aceleración de Coriolis.
7.4.  Rotación 3D con un punto fijo.


Tema 8.  Dinámica plana del sólido rígido: fuerzas y aceleraciones.
8.1.  Reseña de dinámica de la partícula y sistemas de partículas.
8.2.  Ecuaciones generales del movimiento.
8.3.  Traslación.
8.4.  Rotación con eje fijo.
8.5.  Movimiento plano general.


Tema 9.  Métodos energéticos. Principio de los trabajos virtuales.
9.1.  Trabajo y energía.
9.1.1.  Trabajo de fuerzas y pares. Trabajo virtual.
9.1.2.  Energía cinética del sólido en movimiento plano.
9.2.  Principio de los trabajos virtuales.
9.3.  Rendimiento mecánico.
9.4.  Energía potencial.
9.4.1.  Energía potencial elástica.
9.4.2.  Energía potencial gravitatoria.
9.5.  Estabilidad del equilibrio.
9.6.  Teorema de las fuerzas vivas.
9.7.  Impulso y cantidad de movimiento.
9.7.1.  Cantidad de movimiento.
9.7.2.  Momento cinético.
9.7.3.  Teoremas de conservación.

Metodología

Se usa una metodología muy práctica, basada en el planteamiento y resolución de
una gran cantidad de ejercicios, en distintas modalidades:
-  En las clases teóricas es el profesor quién plantea los ejemplos como
apoyo a
los conceptos.
-  En las clases prácticas y en las tutorías colectivas es el alumno quién
los
resuelve, bajo la supervisión del docente.
-  Algunos ejercicios son complejos para realizar manualmente, por lo que
se
plantean para su resolución con ordenador.

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. Se repartirá un listado con las figuras que se
utilizarán en clase y no corresponden al texto-base elegido.

Orientaciones metodológicas para el alumno:
•  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.


Orientaciones metodológicas para las prácticas:
Es obligatoria la asistencia a las prácticas de Laboratorio y la realización de
los trabajos de programación.
Trabajos de programación: la comprensión y resolución previa del problema es
fundamental, pero no como se entiende en un examen o ejercicio ‘manual’. No se
trata de obtener una función totalmente conocida y/o evaluada, esto lo hará el
ordenador. Se trata de definir qué variables se han de introducir, cuáles se
quieren obtener cómo funciones de otras y qué pasos, traducibles al lenguaje de
programación, se deben seguir.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 191

• Clases Teóricas: 31,5  
• Clases Prácticas: 21  
• Exposiciones y Seminarios: 3  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas: 12  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 7,5  
  • Sin presencia del profesorado: 24  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 63  
  • Preparación de Trabajo Personal: 24  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 3  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal): 2  

Técnicas Docentes

Criterios y Sistemas de Evaluación

TÉCNICAS DE EVALUACIÓN
•  Controles de conceptos básicos.
•  Supervisión directa del trabajo en las tutorías colectivas.
•  Corrección de memorias de AAD.
•  Examen final.

Criterios de evaluación:
Aparte de la corrección de los resultados, se evalúan muy 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.

Se sancionará la presencia de faltas ortográficas en todos aquellos términos
propios de la Ingeniería Mecánica que se introduzcan durante el curso.

Criterios específicos de los ejercicios de programación:
-  Que se ejecuten correctamente, reproduciendo los resultados impresos
entregados.
-  Una resolución clara, adjuntada de forma independiente, expresando las
variables (de entrada, de salida e intermedias) y el algoritmo utilizado.
-  Documentar adecuadamente los listados de programas, de forma que otro
técnico, distinto del autor, pueda comprenderlos y verificar su corrección.
Definir las variables y procesos de forma general. A fin de que el listado
pueda utilizarse o adaptarse fácilmente a problemas parecidos.


Sistema de evaluación:
Para aprobar la asignatura será necesario realizar y aprobar las prácticas de
Laboratorio, los trabajos de Programación y los Controles de conceptos básicos.

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 controles se realizan durante el horario de clase, en la semana siguiente
de completar el bloque respectivo. 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):

La función del examen final de Junio es, aparte y por encima de la
calificación de los conocimientos del alumno, servir de reválida de la
evaluación continua realizada mediante controles y memorias de prácticas. Por
ello, su peso en la calificación final es relativamente reducido (50%) pero se
hace hincapié en obtener un resultado mínimo (4 sobre 10).
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 y entregado las memorias correspondientes a las prácticas.
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 50% de la nota del examen final, siempre que ésta sea superior a 4.
Un 30% de las notas de los controles.
Un 20% por la puntuación de las prácticas de laboratorio/programación.
La nota final así obtenida se traduce en Suspenso, Aprobado, Notable,
Sobresaliente o Matrícula según la normativa al uso.


Convocatorias extraordinarias (Septiembre y Diciembre)

En general, los exámenes de estas convocatorias no pueden tener carácter
de reválida de una evaluación continua previa. Por ello, su resultado es la
base de la calificación que se adjudique y 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%

Si algún alumno desea hacer uso de estas convocatorias y le faltan
memorias de prácticas por entregar o controles que superar, deberá ponerser en
contacto con el profesor responsable de la asignatura (a primeros de julio o
de octubre, respectivamente) a fin de recoger los trabajos sustitutivos
pertinentes, de carácter obligatorio.

La calificación final se obtiene, para las convocatorias de Septiembre y
Diciembre:
Un 80% de la nota del examen final, siempre que ésta sea superior a 5.
Un 20% por la puntuación de prácticas, controles y trabajos
sustitutivos.
La calificación final podrá ser mejorada atendiendo al historial de notas
y asistencia del alumno durante el año en curso. En ningún caso se guardarán
notas, de prácticas o controles, conseguidas durante un año para el siguiente.

Recursos Bibliográficos

Bibliografía recomendada al alumno:
Existe una excelente bibliografía sobre Mecánica que cubre adecuadamente el
programa.

TEXTO BASE

-  Meriam, J.L. y Kraige, L.G.   MECÁNICA PARA INGENIEROS (dos tomos).
Ed. Reverté, 3ª edición, 1998.
Edición actualizada de un libro clásico en la docencia de la Mecánica.
Cubre todo el programa de la asignatura, en un orden similar. 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 mitad de ellos con el resultado final) y guías
metodológicas para la resolución de problemas. Con profusión de ilustraciones
y facilidad de lectura.

MATERIAL BÁSICO ADICIONAL

Se recomienda al alumno recoger la siguiente información, disponible en CD:
-  Listado de exámenes anteriores.
-  Listados de ejercicios para resolución en clase.
-  Listados de trasparencias para teoría.
-  Listado de problemas para resolución con ordenador.
-  Apuntes sobre los siguientes apartados: 5.1- Fuerzas internas en
elementos, 5.2 - Ejes, momento torsor, 7.1 - Reseña de cinemática de la
partícula, 8.1 - Reseña de dinámica de la partícula y sistemas de partículas.

TEXTOS-BASE ALTERNATIVOS

-  Beer, F.P. y Johnston, E.R.   MECÁNICA VECTORIAL PARA INGENIEROS
(dos tomos).
Ed. McGraw-Hill.
Este libro también puede ser utilizado como texto base en la
preparación de la asignatura. Los comentarios elogiosos realizados al texto de
Meriam se le aplican igualmente. El tratamiento matemático es algo más ligero.
El nivel medio y la variedad de los problemas también es menor.

-  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.