CIRCULAR MECÁNICA VECTORIAL ESTÁTICA

CIRCULAR MECÁNICA VECTORIAL ESTÁTICA
Enero 12 de 2011
DOCENTES:
IM Mg. Luís Alfonso Bernal B.
luisalfonso.bernal@upb.edu.co
IM Mg. Carlos Builes Restrepo
carlos.builes@upb.edu.co
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
OBJETIVO GENERAL
El curso de Mecánica Vectorial Estática tiene como objetivo desarrollar el entendimiento y
razonamiento del mundo que nos rodea a la luz de la física estática, adquiriendo habilidades para
analizar y calcular cómo actúan y se transmiten fuerzas y momentos por diferentes tipos de
estructuras, máquinas y mecanismos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar en el estudiante una estructura mental que permita identificar el orden de magnitud de
fuerzas y momentos, las condiciones de equilibrio de partículas y cuerpos rígidos, los diferentes
tipos de conexiones entre cuerpos rígidos y la evaluación de cargas internas en elementos
mecánicos reales.
Afianzar la capacidad de razonamiento mecánico en los estudiantes, así como criterios para
identificar diferentes tipos de cargas y sus reacciones en diferentes cuerpos, entendiendo su
influencia en el funcionamiento de los sistemas mecánicos y estructuras en donde están presentes.
Utilizar los conceptos de la mecánica vectorial en la determinación de características propias de
diferentes cuerpos como los centroides y los momentos de inercia de masa y de área.
PROPÓSITOS DE FORMACIÓN
Uno de los principales propósitos del curso de Mecánica Vectorial Estática es el de desarrollar, en el
estudiante de ingeniería, la capacidad de comprender, analizar y resolver problemas de Física
Estática usando herramientas matemáticas como la geometría vectorial y el cálculo infinitesimal.
El curso de Mecánica Vectorial Estática es el fundamento para desarrollar temas propios de las
ingenierías Mecánica y Aeronáutica como los son: mecánica de materiales, mecanismos y diseño de
máquinas y estructuras. Por lo tanto, al final del curso el estudiante deberá tener un claro dominio
de los conceptos que le posibilite abordar los mencionados tópicos en forma rápida y eficaz.
METAS DE APRENDIZAJE
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Asimilar y aplicar los conceptos de la mecánica clásica en las diferentes situaciones físicas para
el análisis de partículas y cuerpos rígidos que se encuentran en equilibrio respecto a un marco
de referencia inercial en dos y tres dimensiones.
Estudiar las fuerzas y los momentos como cantidades vectoriales.
Reducir sistemas de fuerzas y momentos a otros sistemas estáticamente equivalentes.
Analizar las fuerzas distribuidas aplicadas en elementos mecánicos.
Aplicar los principios de la Estática al análisis estructural de armaduras, marcos y máquinas.
Estudiar las fuerzas internas desarrolladas en elementos de máquinas.
Estudiar los principios de la fricción seca y su aplicación en el diseño de elementos de
máquinas.
Calcular centros de masa, centros de gravedad y centroides de, superficies y volúmenes.
Calcular momentos de inercia de masa en volúmenes y momentos de inercia de área por el
método de las secciones.
COMPETENCIAS
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El estudiante será competente en interpretar, analizar, sintetizar y resolver casos de cuerpos en
equilibrio.
El estudiante estará en capacidad de comprobar la validez de teorías y conceptos a través del
trabajo experimental en el laboratorio.
El estudiante estará en capacidad de solucionar problemas de equilibrio, aplicando los métodos
de la Mecánica Vectorial Estática.
El estudiante integrará y aplicará los conceptos físico-matemáticos adquiridos en los cursos
anteriores
El estudiante debe tener buena destreza en el manejo de su calculadora de ingeniería
CONTENIDO (Por clases)
Semana 01 (Enero 17)
1. Presentación del curso e introducción: presentación del profesor, programa de la materia, fechas
de evaluación y entrega de trabajos, metodología, bibliografía.
2. Nivelación de conceptos: Cantidades básicas, unidades de medición, Sistema internacional de
unidades, cálculos numéricos, cantidades escalares y vectoriales, operaciones básicas con
vectores, vectores cartesianos, vectores unitarios, fuerzas, fuerzas coplanares y componentes
cartesianas de una fuerza.
Semana 02 (Enero 24)
3. Momento de una fuerza (formulación escalar). Momento de una fuerza (formulación vectorial).
Principio de momentos. Momento de una fuerza respecto a un eje específico. Momento de un
par.
4. Sistema equivalente. Resultantes de un sistema de una fuerza y un par. Reducción adicional de
un sistema de una fuerza y un par.
Laboratorio: Presentación y conformación de grupos de trabajo
Semana 03 (Enero 31)
5. Reducción de una carga simple distribuida.
6. Taller.
Práctica 1: Fuerzas concurrentes en el espacio (grupo A)
Semana 04 (Febrero 7)
7. Equilibrio de una partícula en 2D y 3D.
8. Taller.
Práctica 1: Fuerzas concurrentes en el espacio (grupo B)
Semana 05 (Febrero 14)
9. Condiciones para el equilibrio de un cuerpo rígido en 2D. Diagramas de cuerpo rígido.
Miembros de 2 y 3 fuerzas.
10. Parcial 1 (20%)
Práctica 2: Sistemas de fuerzas equivalentes (grupo A)
Semana 06 (Febrero 21)
11. Condiciones para el equilibrio de un cuerpo rígido en 3D. Diagramas de cuerpo libre.
12. Taller de equilibrio de cuerpo rígido.
Práctica 2: Sistemas de fuerzas equivalentes (grupo B)
Semana 07 (Febrero 28)
13. Análisis de estructuras y cerchas en dos y tres dimensiones.
14. Taller de estructuras y cerchas.
Práctica 3: Equilibrio del cuerpo rígido en 2D (grupo A)
Semana 08 (Marzo 7)
15. Bastidores y máquinas en dos y tres dimensiones.
16. Taller de bastidores y máquinas en dos y tres dimensiones.
Práctica 3: Equilibrio del cuerpo rígido en 2D (grupo B)
Semana 09 (Marzo 14)
17. Parcial 2 (20%).
18. Cargas internas.
Práctica 4: Equilibrio del cuerpo rígido en 3D (grupo A)
Semana 10 (Marzo 21)
19. Taller de cargas internas.
20. Potencia, relaciones de fuerzas, momentos y velocidades.
Práctica 4: Equilibrio del cuerpo rígido en 3D (grupo B)
Semana 11 (Marzo 28)
21. Transmisión de potencia rotativa. (Engranajes, bandas y cadenas).
22. Taller: análisis de cargas en ejes rotativos.
Práctica 5: Cerchas (grupo A)
Semana 12 (Abril 4) Registro del 40% de la nota en el sistema
23. Parcial 3 (20%)
24. Fricción en embragues, tornillos, bandas y bujes.
Práctica 5: Cerchas (grupo B)
Semana 13 (Abril 11)
25. Aplicaciones de la fricción en sistemas mecánicos.
26. Aplicaciones de la fricción en sistemas mecánicos.
Práctica 6: Equilibrio en vigas (grupo A)
SEMANA SANTA ABRIL 17 A 24
Semana 14 (Abril 25) Ultimo día cancelación materias abril 29
27. Taller de aplicaciones de la fricción.
28. Taller de aplicaciones de la fricción.
Práctica 6: Equilibrio en vigas (grupo B)
Semana 15 (Mayo 2)
29. Centros de masa, centros de volumen
30. Taller centroides
Práctica 7: Centroides de áreas (grupo A)
Semana 16 (Mayo 9)
31. Momentos de inercia de área. Momentos de inercia de masa.
32. Taller de momentos de inercia de área y de masa.
Prácticas 7: Centroides de áreas (grupo B)
Semana 17 (Mayo 16)
Prácticas atrasadas
Parcial final (20 % lo programa la secretaría)
BIBLIOGRAFÍA
Texto Guía:
MERIAM, J. L. and KRAIGE, L.G. Estática. 3a edición. Madrid: Reverté, 2004. 429p.
Libros de consulta:
HIBBELER, R. C. Mecánica vectorial para ingenieros: Estática. 10ª ed. México D.F: Pearson
Prentice Hall, 2004. 656 p.
SHAMES, Irving H. Mecánica para ingenieros: estática. 4ª edición. Madrid: Prentice Hall, 1998.
463 p.
BEER, Ferdinand y JOHNSTON, Jr. E. Russell. Mecánica vectorial para Ingenieros. Estática. 6ª
edición. Madrid: Mc Graw-Hill, 1998. 599 p.
BEDFORD, Anthony y FOWLER, Wallace. Mecánica para Ingeniería: Estática Pearson PrenticeHall 5° ed. 2008 632 p.
Revistas:
 Mechanical Engineering.
 Mechanisms and machine theory.
 ASME Journal of Mechanical design.
METODOLOGÍA
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El curso se desarrolla mediante actividades de tipo presencial, de trabajo autónomo y tutorías.
En las actividades presénciales están: las clases, evaluaciones, y las prácticas de laboratorio.
Las actividades de trabajo autónomo del estudiante corresponden a: lecturas, horas dedicadas al
estudio, tareas y trabajos.
El docente dedica unas horas a tutoría atendiendo las inquietudes de los estudiantes.
Prácticas de Laboratorio.
EVALUACIÓN
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Primer parcial
Segundo Parcial
Tercer Parcial
Cuarto parcial
Laboratorio
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20%
20%
20%
PROGRAMACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE MECÁNICA
VECTORIAL ESTÁTICA
SEMESTRE 2011-10
PRÁCTICA
SEMANA
PRESENTACIÓN Y CONFORMACIÓN DE
GRUPOS DE TRABAJO
Enero 24
1. FUERZAS CONCURRENTES EN EL ESPACIO
Enero 31, Febrero 7
2. SISTEMAS DE FUERZAS EQUIVALENTES
Febrero 14 y 21
3. EQUILIBRIO DEL CUERPO RÍGIDO 2D
Febrero 28 y Marzo 7
4. EQUILIBRIO DEL CUERPO RÍGIDO 3D
Marzo 14 y 21
5. CERCHAS
Marzo 28 y Abril 4
6. EQUILIBRIO EN VIGAS
Abril 11 y 25
7. CENTROIDES DE AREAS
Mayo 2 y 9
PRÁCTICAS ATRASADAS
Mayo 16