CIRCULAR MECÁNICA VECTORIAL ESTÁTICA

CIRCULAR MECÁNICA VECTORIAL ESTÁTICA
Enero 20 de 2014
DOCENTES:
IM Mg. Luís Alfonso Bernal B.
luisalfonso.bernal@upb.edu.co
IM Mg. Carlos Builes Restrepo
carlos.builes@upb.edu.co
OBJETIVO GENERAL
El curso de Mecánica Vectorial Estática tiene como objetivo desarrollar la comprensión del mundo
que nos rodea a la luz del equilibrio estático, adquiriendo habilidades para analizar y calcular cómo
actúan y se transmiten fuerzas y momentos por diferentes tipos de estructuras, máquinas y
mecanismos en equilibrio.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar en el estudiante la capacidad de identificar las fuerzas y momentos que intervienen en el
equilibrio de partículas y cuerpos rígidos, los diferentes tipos de conexiones entre cuerpos rígidos y
la evaluación de cargas internas soportadas por ellos.
Afianzar la capacidad de razonamiento 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 en la determinación de centroides y momentos de inercia
de masas y de áreas.
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: 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 20)
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.
Laboratorio: presentación y conformación de grupos de trabajo
Semana 02 (Enero 27)
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.
Práctica 1: Fuerzas concurrentes en el espacio (grupo A)
Semana 03 (Febrero 03)
5. Reducción de una carga simple distribuida.
6. Taller.
Práctica 1: Fuerzas concurrentes en el espacio (grupo B)
Semana 04 (Febrero 10)
7. Equilibrio de una partícula en 2D y 3D.
8. Taller.
Práctica 2: Equilibrio del cuerpo rígido en 2D (grupo A)
Semana 05 (Febrero 17)
9. Condiciones para el equilibrio de un cuerpo rígido en 2D. Diagramas de cuerpo rígido.
Miembros de 2 y 3 fuerzas.
10. Condiciones para el equilibrio de un cuerpo rígido en 3D. Diagramas de cuerpo libre.
Práctica 2: Equilibrio del cuerpo rígido en 2D (grupo B)
Semana 06 (Febrero 24)
11. Taller de equilibrio de cuerpo rígido.
12. Parcial 1 (20%)
Práctica 3: Equilibrio del cuerpo rígido en 3D (grupo A)
Semana 07 (Marzo 03)
13. Análisis de estructuras y cerchas en dos y tres dimensiones.
14. Taller de estructuras y cerchas.
Práctica 3: Equilibrio del cuerpo rígido en 3D (grupo A)
Semana 08 (Marzo 10)
15. Bastidores y máquinas en dos y tres dimensiones.
16. Taller de bastidores y máquinas en dos y tres dimensiones.
Práctica 4: Cerchas (grupo A)
Semana 09 (Marzo 17)
17. Cargas internas
18. Taller cargas internas.
Práctica 4: Cerchas (grupo B)
Semana 10 (Marzo 24)
19. Potencia, relaciones de fuerzas, momentos y velocidades.
20. Transmisión de potencia rotativa (Engranajes, bandas, cadenas).
Práctica 5: Equilibrio en vigas (grupo A)
Semana 11 (Marzo 31) Fecha para registro del 40% de la nota Abril 03
21. Taller análisis de cargas en ejes rotativos
22. Parcial 2 (20%)
Práctica 5: Equilibrio en vigas (grupo B)
Semana 12 (Abril 07)
23. Principios de la fricción de Coulomb. Fricción en cuñas.
24. Fricción en embragues, tornillos, bandas y bujes.
Práctica 6: Fricción (grupo A)
SEMANA SANTA ABRIL 13 A 19
Semana 13 (Abril 21)
25. Aplicaciones de la fricción en sistemas mecánicos.
26. Aplicaciones de la fricción en sistemas mecánicos.
Práctica 6: Fricción (grupo B)
Semana 14 (Abril 28)
27. Taller de aplicaciones de la fricción.
28. Centroides de áreas, masas, volúmenes, centros de gravedad
Práctica 7: Centroides de áreas (grupo A)
Semana 15 (Mayo 05) Último día de cancelación de materias o semestre mayo 09
27. Taller de centroides
28. Momentos de inercia de áreas y masas
Práctica 7: Centroides de áreas (grupo B)
Semana 16 (Mayo 12)
29. Taller de momentos de inercia de áreas y masas
30. Taller de momentos de inercia de áreas y masas.
Prácticas atrasadas
Parcial 3: 20% (lo programa la secretaría)
BIBLIOGRAFÍA
MERIAM, J. L. and KRAIGE, L.G. Estática. 3a edición. Madrid: Reverté, 2004. 429p.
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.
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
Trabajo
Laboratorio
REQUISITOS
Prerrequisitos: Fundamentos de Mecánica aprobada (3.00)
Cálculo de variable real 2.50
Correquisito: Cálculo integral simultánea
20%
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PROGRAMACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE MECÁNICA
VECTORIAL ESTÁTICA
SEMESTRE 2014-10
PRÁCTICA
SEMANA
PRESENTACIÓN Y CONFORMACIÓN DE
GRUPOS DE TRABAJO
Enero 20
1. FUERZAS CONCURRENTES EN EL ESPACIO
Enero 27 y Febrero 03
2. EQUILIBRIO DEL CUERPO RÍGIDO EN 2D
Febrero 10 y 17
3. EQUILIBRIO DEL CUERPO RÍGIDO 3D
Febrero 24 y Marzo 03
4. CERCHAS
Marzo 10 y 17
5. EQUILIBRIO EN VIGAS
Marzo 24 y 31
6. FRICCION
Abril 7 y 21
7. CENTROIDES DE AREAS
Abril 28 y Mayo 05
PRÁCTICAS ATRASADAS
Mayo 12