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MECÁNICA GENRAL

AMBROSIO OLIVOS PÉREZ

[email protected] 14 de Marzo de 2016

Cátedra Lunes 12:00 A 14:10

Jueves 8:30 a 10:40

Unidad 1

Sistemas de fuerzas concurrentes

• Fuerzas y sus características

• Representación vectorial

• Resultante de un sistema de fuerzas. Método gráfico, trigonométrico, por descomposición de componentes

Equilibrio de partículas

• Diagramas de sólido libre

• Equilibrio en sistemas en dos y tres dimensiones

• Representación vectorial, cosenos directores, vectores unitarios

Cuerpos rígidos

• Concepto de cuerpo rígido

• Concepto de momento de una fuerza y sus características. Representación vectorial, 2D y 3D

• Suma de momentos , Pares

• Sistemas equivalentes de fuerza

Equilibrio de cuerpos rígidos


• Condiciones de equilibrio, Tipos de reacciones en los apoyos. Casos en 2D y 3D

PROGRAMA

Unidad 2

Armaduras, marcos y Máquinas

• Fuerzas externas y fuerzas internas


• Evaluación de fuerzas externas e internas de un marco

• Evaluación de fuerzas externas e internas de una “máquina”

• Tipos de estructuras 2D, Método de los nudos, método de las secciones

• Soluciones computacionales

14-03-2016 MECÁNICA GENERAL 2

Unidad 3

Sistemas con fuerzas distribuidas

• Concepto de fuerzas distribuidas. Casos

• Centroides y centros de masa. Método de integración.

• Teorema de Steiner. Método para cuerpos de geometría compuesta

• Fuerzas sobre superficies sumergidas

• Momentos de inercia de superficie y de masas. Concepto y aplicación. Método de integración y por partes.

Unidad 5

Dinámica de partículas

Dinámica de cuerpo Rígido

Unidad 4

Rozamiento

• Características del rozamiento de Coulomb

• Coeficiente de roce estático y cinético. Aplicaciones

• Roce en elementos de máquinas. Cuñas, tornillos, cojinetes, poleas

• Resistencia a la rodadura

14-03-2016 3 MECÁNICA GENERAL

PROGRAMA

3 Pruebas acumulativas P1: 18 de abril

P2: 23 de mayo

P3: 27 de junio

Controles y tareas Se avisarán con una semana de anticipación

Nota Final: 𝑃1+𝑃2+𝑃3+𝑁𝐶

4

Criterios de aprobación: Nota Final mayor a 4,0

Nota controles y tareas mayor a 4,0

Prueba global recuperativa en caso de inasistencia a alguna prueba.

IMPORTANTE! Faltas de ortografía, orden y formalidad podrán ser sancionadas en las evaluaciones.

Al menos una pregunta de las pruebas podrá tener enunciado en inglés.


EVALUACIONES

1.-BEDFORD A. ;FOWLER W. ,”MECANICA PARA INGENIERIA, ESTATICA, EDITORIAL PEARSON,2008

2.- WILLIAM F. RILEY, LEROY D. STURGES, “INGENIERÍA MECÁNICA, ESTÁTICA”,EDITORIAL REVERTÉ 2004

3.- J.L.MERIAM, L.G.KRAIGE, “MECÁNICA PARA INGENIEROS, ESTÁTICA”, EDITORIAL REVERTÉ 2002

4.- R.C. HIBBELER INGENIERIA MECANICA DINAMICA 12ª ED.


BIBLIOGRAFÍA

• Lecturas asociadas a los contenidos del ramo

• Videos

• Recursos en internet – Youtube


MATERIAL COMPLEMENTARIO

1. Defina la primera ley de newton

2. Defina la segunda ley de newton

3. Defina la tercera ley de newton

4. Defina la ley cero de la termodinámica

5. Defina la primera ley de la termodinámica

6. Defina la tercera ley de la termodinámica

7. Defina Mecánica

8. Defina Estática

9. Defina Dinámica


PRUEBA DIAGNÓSTICO

• En esta primera ley, Newton expone que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”.

• Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

• Por ejemplo, los proyectiles continúan en su movimiento mientras no sean retardados por la resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la fuerza de gravedad.


PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE INERCIA

• La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

• Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

• En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

• Ejemplo: Si un carro de tren en movimiento , con una carga, se detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en el momento del choque.


SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA

• Enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una reacción igual y opuesta".

• En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.

• Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

• Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.


TERCERA LEY DE NEWTON, ACCIÓN Y REACCIÓN

• A esta ley se le llama de "equilibrio térmico". El equilibrio térmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.

• Esta ley dice "Si dos sistemas A y B están a la misma temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C están a la misma temperatura". Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición cero.

• Un ejemplo de la aplicación de esta ley lo tenemos en los conocidos termómetros.


LEY CERO DE LA TERMODINAMICA


PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

• Esta primera ley, y la más importante de todas, también conocida como principio de conservación de la energía, dice: "La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro".

• La primera ley de la termodinámica da una definición precisa del calor, y lo identifica como una forma de energía. Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse, pero no es una sustancia material.

• Experimentalmente se demostró que el calor, que originalmente se medía en unidades llamadas calorías, y el trabajo o energía, medidos en julios, eran completamente equivalentes. Una caloría equivale a 4,186 julios.


SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

• La segunda ley dice que "solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura". Al respecto, siempre se observa que el calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos hasta quedar a la misma temperatura.

• La segunda ley de la termodinámica da, además, una definición precisa de una propiedad llamada entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo). Para entenderla, la entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema.

• Pues bien, esta segunda ley afirma que "la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio"

• Como la entropía nunca puede disminuir, la naturaleza parece pues "preferir"’ el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.


TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

El tercer principio de la termodinámica afirma que "el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él". Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es una de las más sólidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

¿Qué es la mecánica?

La mecánica puede definirse como la ciencia que describe y predice las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas.

Está compuesta por tres ramas:

1. Mecánica de los cuerpos Rígidos: Estática (cuerpos en reposo) y Dinámica (movimiento). Se supone que los cuerpos son perfectamente rígidos, es decir que no se deforman bajo la acción de las fuerzas. ( lo cual en la práctica NO ES REAL).

2. Mecánica de los cuerpos deformables: Resistencia de Materiales.

3. Mecánica de fluidos.

El propósito de la mecánica es explicar y predecir los fenómenos físicos y proporcionar las bases para las aplicaciones de la Ingeniería.

Aunque el estudio de la mecánica se remonta a los tiempos de Aristóteles (384-322 a.C) y de Arquímedes (287-212 a.C) fue Newton (1642 – 1727) quien formuló sus principios fundamentales.


INTRODUCCIÓN

¿Qué es la Estática?

Parte de la mecánica que estudia el EQUILIBRIO de los cuerpos, es decir estudia a los cuerpos que están en reposo o a una velocidad constante.

Sus principios permiten analizar, de manera simple, las interacciones de dos o más cuerpos a través de mediciones geométricas y de fuerza.


INTRODUCCIÓN

• ¿Que es la dinámica?

• Es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con los motivos o causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.

• En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema.


INTRODUCCIÓN

Conceptos Fundamentales

Longitud : Nos permite localizar la posición de un punto en el espacio y por tanto describe el tamaño de un sistema físico. Una vez definida una unidad estándar nos permite definir distancias y propiedades geométricas de un cuerpo como múltiplos de esta unidad.

Tiempo : Corresponde a una secuencia de eventos, los principios de la estática son independientes del tiempo, caso contrario ocurre en el estudio de la dinámica.

Masa : Resistencia de un cuerpo al movimiento o a un cambio de velocidad. Esta propiedad se manifiesta como un factor en la atracción gravitacional de un cuerpo sobre otro, esta última es la manifestación de la masa que consideraremos en Estática.

Fuerza : Acción de un cuerpo sobre otro, visualizada fácilmente como una Compresión o Tracción. Esta acción puede generarse cuando existe contacto directo entre dos cuerpos o cuando los cuerpos están separados físicamente (Fuerzas Gravitatorias, Eléctricas, etc.), en todos los casos una fuerza es definida por una magnitud, dirección y punto de aplicación.


INTRODUCCIÓN

Definiciones:

• Partícula: Pequeña cantidad de materia que ocupa solo un punto en el espacio y puede ser despreciada dentro de los modelos sin introducir errores apreciables.

Cuando un cuerpo se modela como una partícula los principios de la mecánica se simplifican notoriamente puesto que la geometría del cuerpo no estará incluida en el análisis del problema.

• Cuerpo Rígido: es un conjunto de partículas fijas entre sí, tal que la distancia entre 2 puntos cualesquiera permanece constante, antes o después de aplicar alguna fuerza.

Cuando un cuerpo se considera como cuerpo rígido, se desprecian todos los efectos producidos por las fuerzas externas.


INTRODUCCIÓN


UNIDADES

Unidad SI Imperial

Tiempo s s

Longitud m ft

Masa kg lb

Fuerza N 𝑘𝑔∙𝑚 𝑠2

lbf

10n Prefijo Símbolo Equivalencia decimal

1012 tera T 1 000 000 000 000

109 giga G 1 000 000 000

106 mega M 1 000 000

103 kilo k 1 000

102 hecto h 100

101 deca da 10

100 1

10−1 deci d 0.1

10−2 centi c 0.01

10−3 mili m 0.001

10−6 micro µ 0.000 001

10−9 nano n 0.000 000 001

10−12 pico p 0.000 000 000 001

Conversión:

1 in = 25,4 mm

1 ft = 12in = 0,3048m

1 Lb= 0,454 kg

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