Profesorado

Antonio Illana Martos
Francisco Fernández Zacarías

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.

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

No procede.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 191

• Clases Teóricas:  
• Clases Prácticas:  
• Exposiciones y Seminarios:  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado:  
  • Sin presencia del profesorado:  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 191  
  • Preparación de Trabajo Personal:  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 6  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Criterios y Sistemas de Evaluación

TÉCNICAS DE EVALUACIÓN
•  Examen final.

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.