Mecanica_y_Mecanismos.doc

Universidad Tecnológica Nacional
Unidad Académica Reconquista
LEGAJO DE CATEDRA
ASIGNATURA
: MECANICA Y MECANISMOS
DOCENTE A CARGO:
ING. JOSE LUIS FERRER
DOCENTE AUXILIAR: ING. HORACIO RAÚL DUARTE
2008
Carrera: INGENIERIA
ELECTROMECANICA
LEGAJO DE CATEDRA
ASIGNATURA: MECANICA Y MECANISMOS
NIVEL: 3er AÑO
CODIGO: 95 - 0327
MODALIDAD DE CURSADO: ANUAL
CARGA HORARIA: 4 HS/SEMANA.
TOTAL: 4Hs/Semanales x 32 Semanas/Año: 128 HS ANUALES.
PORCENTAJE DE HORAS EN LA CARRERA: 128 Hs. / 5120 Hs.: 2,5 %
EQUIPO DOCENTE y DEDICACIONES
PROFESOR A CARGO: PROFESOR ADJUNTO INTERINO
AUXILIAR: PROFESOR AUXILIAR INTERINO
DEDICACION: 1 DEDICACION SIMPLE
1 DEDICACION SIMPLE
PRE-REQUISITOS FORMALES:
Para poder CURSAR esta asignatura se requiere:
1) Tener regularizada: Sistema de Representación –Representación Gráfica – Análisis Matemático II Estabilidad.
2) Tener aprobada: Análisis Matemático I - Física I – Algebra y Geometría Analítica.
PRE-REQUISITOS FUNCIONALES:
Además de los requisitos reglamentarios precitados se sugiere, para un mejor aprovechamiento
de la asignatura, los siguientes conocimientos de:
1) Ecuaciones diferenciales lineales, operación con números complejos, Algebra Vectorial,
Geometría Analítica y Estabilidad (sobre todo, en la determinación de momentos de inercias).
2) Tener buen manejo de PC (Windows, utilitarios e Internet) y razonables conocimientos de
inglés (en el ámbito de traducción de vocabulario técnico) para obtener:


Un mejor rédito de toda la información y/o software disponible.
Un aprovechamiento del software de simulación específico a utilizarse en los Trabajos
Prácticos y de Laboratorios.
POST-REQUISITOS:
La REGULARIZACION y APROBACION de la asignatura, es requisito previo para poder CURSAR:
1) Regularizada: Mecánica de los Fluidos y Maq. Fluidodinamicas – Elementos de Maquina.
2) Aprobada: Instalaciones Térmicas, Mecánicas y Frigoríficas – Automatización y Control
Industrial.
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA:
La ciencia, definida como aglutinadora de conocimientos, bajo una metodología determinada, en beneficio del
ser humano, comienza su fructífera senda con la Grecia ancestral. Pero, fundamentalmente bajo el aporte de
la cultura Griega y merced a las enseñanzas impartidas, a través de los años, por los imperios que le
precedieron.
El pueblo Egipcio con sus colosales obras “pirámides y esfinges” demuestran que manejaban perfectamente
las leyes del equilibrio, que constituyen el principio fundamental de una parte de la mecánica conocida ahora
como “ESTATICA”.
Una apretada síntesis, permite decir que las primeras aplicaciones de la MECANICA RACIONAL habrá que
buscarlas durante la construcción de los primeros armamentos bélicos. Desarrollados, por entonces, de la
mano Galileo Galilei a quien sé sita, actualmente, como el padre de la “DINAMICA”.
En una definición moderna se incluiría a la “MECANICA” como parte de la ingeniería y de la física, que aun
centrando sus estudios sobre entes hipotéticos denominados Modelos o Sistemas realiza comprobaciones
experimentales con el propósito de analizar los movimientos ocurridos en la naturaleza.
Los fenómenos de la mecánica se presentan cotidianamente en la vida del ingeniero y de allí, su importancia
es tan grande, que su enseñanza merece una cuidadosa atención.
Mediante la utilización de leyes, teoremas, principios y metodológicas de resolución, etc. el profesional ensaya
una mecánica aplicada sobre los procesos tecnológicos, de hoy (cuyo manejo y conocimiento abarcan
importantes campos de la ciencia).
Esta disciplina tiene sus fronteras mucho mas allá de los conocimientos impartidos, hasta el momento, por la
Física I – II. Donde, la cinemática y dinámica estudiadas, concentraban sus análisis sobre el comportamiento
del centro de masa en simples sistemas o modelos mecánicos.
Normalmente, en el universo, aparecen otros casos donde el sistema o modelo ya no pueden considerarse
como una simple partícula. Porque:



Existen desplazamientos relativos entre sus partes.
La distribución de masa no puede dejar de contemplarse.
La interacción con el medio es compleja.
Circunstancias que hacen necesario la aplicación de cierta metodología lógica, basadas en la MECANICA
RACIONAL, que permitan con cierto grado de complejidad plantear el diagrama del cuero libre, el diagrama
dinámico y el formulismo matemático necesario para la resolución de estos problemas.
Entonces, puede considerarse a la Mecánica y Mecanismos como la asignatura que suministra y aglutina los
principios, leyes y criterios indispensables para la formación técnico-mecanica específica del Ingeniero.
Permitiéndole estudiar cinemática y dinámicamente el comportamiento en movimiento del cuerpo en su
conjunto.
Estos conceptos que adquieren mayor énfasis, cuando se analiza el perfil “PROFESIONAL” que se desea
obtener en el área del conocimiento de la Mecánica Racional y de las incumbencias derivadas del título de
grado alcanzado, al culminar la carrera.
OBJETIVOS:
La asignatura tiene como objetivo principal:
Alcanzar un nivel de conocimientos que permitan, al estudiante, conocer y hasta cierto punto dominar los
principios y leyes fundamentales que rigen el comportamiento de la Mecánica del Cuerpo y trasladar su
aplicación a la resolución de problemas prácticos inherente con la mecánica.
Por otra parte, es objetivo secundario, introducir el uso de simuladores mediante la aplicación concreta en
prácticas de Laboratorio Virtual. También, se pretende que algunos ejercicios y/o problemas de mediana
complejidad, sean resueltos inicialmente en forma analítica, para luego proceder en segunda instancia a su
simulación virtual.
Como los conocimientos y criterios adquiridos durante el curso serán requeridos y aplicados durante el dictado
de las siguientes materias “Mecánica de los Fluidos y Maquinas Fluidodinamicas, Elementos de Maquina,
Instalaciones Térmicas – Mecánicas y Frigoríficas, Automatización y Control Industrial” se requiere del alumno
una dedicación diaria de una hora. Circunstancia que permitirá afianzar los conceptos adquirido durante el
dictado de clase.
Decía José Ingenieros: “Mientras que la instrucción se limita a transmitir nociones, que la experiencia
actual considera más exacta, la educación basa sus ideales en la interacción de los individuos mediante la
búsqueda de la perfección con actitudes éticas y morales.
La instruccion es simplemente una herramienta que por si sola no consigue educar y su uso desmedido solo
logra la deshumanización del hombre”.
CONTENIDOS Y CRONOGRAMA:
1) - PROGRAMA SINTETICO (Según consta en el Diseño Curricular de la carrera)

Cinemática del punto.

Cinemática del cuerpo rígido.

Dinámica del punto.

Dinámica de los sistemas de partículas.

Dinámica del cuerpo rígido.

Choque y percusión.

Vibraciones.

Mecánica de los mecanismos.
2) - PROGRAMA ANALITICO
Nota: El Cronograma del Curso especifica detalladamente la carga horaria asignada a cada una de las
Unidades Temáticas.
UNIDAD 1: CINEMATICA DEL PUNTO.
Conceptos fundamentales. Espacio y Tiempo. Leyes de Newton. Movimiento de un punto, posición, velocidad y
aceleración. Movimiento rectilíneo, descripción y análisis del mismo. Movimiento curvilíneo, descripción y análisis del
mismo. Coordenadas Cartesianas. Coordenadas Polares y Cilíndricas. Movimiento angular, descripción y análisis del
mismo. Movimientos Relativos. Problemas.
UNIDAD 2: CINEMATICA DEL CUERPO RIGIDO.
Definición del cuerpo rígido. Estudio y análisis de los diferentes tipos de movimientos: Movimiento de Traslación.
Movimiento de Rotación. Movimiento Plano Paralelo. Movimiento Alrededor de un punto fijo. Movimiento gral. de un
cuerpo Rígido. Angulos de Euler. Centro instantáneo de velocidades y aceleración. Sistemas Coordenadas en Rotación.
Sistemas de Referencias Inerciales y no Inerciales. Movimientos Relativos. Problemas.
UNIDAD 3: DINAMICA DEL PUNTO.
Ecuación fundamental de la dinámica. Principios fundamentales. Ternas características. Principio de D¨Alambert.
Dinámica del punto libre. Ecuaciones diferenciales del movimiento, casos particulares. Dinámica del punto vinculado.
Rozamiento por deslizamiento y Rodadura. Trabajo, energía cinética y potencial. Potencia. Resolución de problemas
aplicando el método energético. Principios de conservación de la energía. Impulso y cantidad de movimiento. Principio
de conservación de la cantidad de movimiento. Problemas.
UNIDAD 4: DINAMICA DE LOS SISTEMAS Y DEL CUERPO RIGIDO.
Geometría de masas: Baricentros. Momentos y productos de inercias. Teorema de Steiner. Elipsoide de inercia, ejes
principales. Modulo de inercia. Elipsoide de inercia. Problemas.
Dinámica de los sistemas: Trabajo. Energía cinética. Energía potencial. Impulso y Cantidad de movimiento. Principio de
la cantidad de movimiento para un sistema de partículas. Momento de la cantidad de movimiento. Teorema de las fuerzas
vivas. Ecuaciones de Euler, movimiento de un sólido alrededor de un punto fijo. Giroscopio. Dinámica de los
movimientos de: Traslación, rotación y polar. Problemas.
UNIDAD 5: CHOQUE Y PERCUSION.
Impactos. Impactos centrales directos. Impactos centrales oblicuos. Conservación de la cantidad de movimiento. Cantidad
de movimiento lineal. Momento angular. Coeficiente de restitución.
UNIDAD 6: DINAMICAS DE LAS VIBRACIONES.
Vibraciones lineales y torsionales con uno, dos y tres grados de libertad. Sistemas conservativos. Vibraciones
amortiguadas. Amortiguamiento subcritico, critico y supercritico. Vibraciones forzadas, excitaciones oscilatorias y
polinomial. Determinación de la velocidad critica. Resonancia. Analogía electromecánica. Problemas.
UNIDAD 7: MECANICA DE LOS MECANISMOS
Cinemática de los mecanismos: Introducción. Cuplas cinematicas. Cadenas cinematicas. Mecanismos articulados de cuatro
barras. Teorema de los tres centros. Método gráfico para el análisis cinematico. Determinación gráfica, analítica y
vectorial de la velocidad y aceleración. Ejemplos de aplicación. Problemas.
Dinámica de los mecanismos: Introducción. Estudio dinámico de los mecanismos, articulados, biela manivela, volantes y
levas. Dinámica de los órganos rotatorios rígidos: introducción, balanceo de rotores, masas co-planares, masas distribuidas
en forma no co-planar. Balanceo estático y dinámico. Ejemplo de aplicación. Problemas.
3) - BIBLIOGRAFIA:
La bibliografía disponible y referida a los contenidos específicos de la asignatura, es muy amplia y de
excelente calidad. En biblioteca, se encuentran ejemplares de las obras enumeradas.
Dada la amplia variedad de textos, la cátedra pretende conseguir que el estudiante se familiarice con la
consulta de los mismos, comparando presentaciones y autores.
INGENIERIA MECANICA – DINAMICA - I. SANDOR – PRENTICE / HALL HISPANOAMERICANA, 1989.
MECANICA VECTORIAL PARA INGENIEROS VOL II - HARRY R. NARA – LIMUSA NORIEGA, 1991.
MECANICA PARA INGENIERIA - DINAMICA - BEDFORD / FOWLER – ADDISON WESLEY, 2000.
MECANICA VECTORIAL PARA INGENIEROS – DINAMICA - BEER / JOHNSTON – MCGRAW-HILL, 1990.
MECANICA RACIONAL - LONGHINI – EL ATENEO, 1970.
CINEMATICA Y DINAMICA PARA INGENIEROS - JORGES GONZALEZ - TRILLAS, 1999
MECANICA PARA INGENIEROS - L. SINGER – HARLA 1990.
MECANICA I CUERPOS RIGIDOS
M. ROY – MARCOMBO, 1970.
MECANICA II MEDIOS CONTINUOS M. ROY – MARCOMBO 1970.
ANALISIS DINAMICOS DE SISTEMAS MECANICOS - LUCIANO CHIANG S.- ALFAOMEGA, 1999.
INGENIERIA MECANICA – DINAMICA – BORESI A. / SCHMIDT R. – THOMSON, 2001.
MECANICA VEC. PARA ESTUDIANTES DE ING. – BRANSON L. - FONDO EDUC. AMERICANO, 1973.
MECANICA I – CAZIN M. / COMBE M. – TRILLAS 1999.
MECANICA TEORICA III EDICION – HERTING R. – ATENEO 1976.
MECANICA – PARTE II DINAMICA – MERIAM J.L. – REVERTE 1965.
INSTRODUCCION A LA MECANICA – SOSA M. A. – CEIT 2001.
CINEMATICA Y DINAMICA BASICA PARA INGENIEROS – SOLAR GONZALEZ – TRILLAS 1989.
MECANICA - E. CREUS / M. MASSA /A. CORTES – UNR EDITORA 1998.
MECANICA - NC BARFORD – EDITORIAL REVERTE S.A. 1990.
MECANICA TEORICA - TARF - EDITORIAL MIR 1970.
MECANICA PARA INGENIEROS: ESTATICA Y DINAMICA / SERIE SCHAUM – McGRAW HILL 1980.
PROBLEMAS DE MECANICA TEORICA - I. MESHERSKI - EDITORIAL MIR, 1980.
PROBLEMAS DE MECANICA CLASICA – BENGURIA D. / DEPASSIER MARIA – ALFAOMEGA, 1999.
APUNTES DE DIFERENTES FACULTADES REGIONALES DE LA UTN SOBRE CINEMATICA Y DINAMICA DE
LOS MECANISMOS.
APUNTES DE LA CATEDRA.
3) - SOFTWARE Y SITIOS WEB:
Entre los conocidos podemos citar:
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
http://www.fisicaweb.com
http://www.sc.ehu.es
http://www.arrakis.es
http://www.educa.aragob.es
http://www.unalmed.edu.co
http://wwwvirtualciencias.com
http://www.jersey.uoregon.edu
http://www.unime.it
http://www.colossrv.fcu.um.es
5) – CRONOGRAMA:
La cátedra dispone para el desarrollo de la materia 34 semanas, de acuerdo al Calendario Académico. Para lo
cual adopta la siguiente planificación cronológica:



Desarrollo de clases teórico – prácticas: 25 semanas.
Trabajos prácticos evaluatorios: 7 semanas.
Se reserva para posibles ajustes u otros usos didácticos: 2 semanas
UNIDAD TEMATICA
SEMANA
DESARROLLO
1
1–2–3
4
Clases 50% teórico – 50% practica.
Trabajo Práctico evaluatorio.
2
5–6–7-8
9
Clases 50% teórico – 50% practica.
Trabajo Práctico evaluatorio.
3
10 – 11 – 12 – 13
14
Clases 50% teórico – 50% practicas.
Trabajo Práctico evaluatorio
4
15 – 16 – 17 – 18 – 19
20
Clases 50% teórico – 50% practica
Trabajo Práctico evaluatorio
5
21 – 22
23
Clases 50% teórico – 50% practicas.
Trabajo Práctico evaluatorio
6
24 – 25 – 26
27
Clases 50% teórico – 50% practica.
Trabajo Práctico evaluatorio.
7
28 – 29 – 30 – 31
32
Clases 50% teórico – 50% practicas.
Trabajo Práctico evaluatorio.
METODOLOGIA DE ENSEÑANZA:
1) - DESARROLLO DE LAS CLASES
Las clases tendrán una modalidad teórico-práctica (50%-50%). Durante el desarrollo teórico se expondrá una
síntesis del tema en estudio, ya sea, mediante el uso de la pizarra, transparencias y/o P.C. Introduciendo
ejemplos numéricos y aplicaciones prácticas que deriven de los mismos, para que el alumno visualice
inmediatamente la importancia del conocimiento recibido y adquiera la capacidad de relacionarlo con los
problemas de la vida real.
Dentro del aula, se incentivará permanentemente la participación del estudiante para que exprese sus dudas
“todas las veces que lo crea necesario” o resolviendo, desde la pizarra, los ejercicios que surjan después del
desarrollo teorico-practico. Circunstancias que permiten por un lado, afianzar los conocimientos adquiridos, y
por otro, elevar la autoestima necesaria para poder expresarse oralmente los conocimientos adquiridos.
Al comienzo de cada clase, se podrán efectuar las consultas que fuesen necesarias sobre el temario
desarrollado la clase anterior y eventualmente se acordarán horarios especiales de consultas grupales, los
que serán adicionales a los de las clases regulares.
Para profundizar el conocimiento adquirido se contemplan clases dedicadas exclusivamente a la resolución de
ejercicios con trabajos de laboratorios (real y virtual) que permitan la utilización de equipamiento y software
disponibles.
Bajo ningún concepto, el alumno, puede interpretar que el desarrollo de los temas expuestos tanto en las
clases teóricas como practica “abarcan” por completo el desarrollo global del tema tratado. Tales exposiciones
tendrán solo como objetivo situar al cursante en el tema a tratar. Dependiendo, del mismo, la profundización
del conocimiento del tema mediante las siguientes practicas:




Investigación Bibliográfica.
Investigación Virtual.
Solicitando clases de consulta y/o apoyo extras.
Etc.
2) - DESARROLLO DEL TRABAJO PRACTICO – EVALUATORIO
Se efectuara al finalizar cada unidad temática y tiene por objetivo profundizar, aun más, los conocimientos
impartidos durante el desarrollo teórico – practico de la materia.
El mismo, contempla la presentación de la Guía de Trabajos Prácticos resuelta y la ejecución de dos ejercicios
tipos, en 120 minutos, perteneciente a la unidad tratada o la realización de un trabajo de gabinete, de acuerdo
al criterio de la cátedra.
La presentación, en todos los casos, deberá estar BAJO NORMA. Vigente en la U.A.R. para la redacción de
informes técnicos, trabajos prácticos, etc.
3) - CONSULTAS ON LINE:
La cátedra tiene previsto un servicio de atención de consultas a través de las siguientes direcciones de correo
electrónico:
[email protected]
[email protected]
También, el alumno puede consultar en la pagina wwwmecanicaymecanismos.utn.ar donde encontrara variada
información relacionada con la materia.
REGIMEN DE REGULARIZACION Y PROMOCION:
Para ser incluido en la Lista de Alumnos Regulares que la cátedra entregará al Departamento de Alumnos al
finalizar el curso (ultimo día lectivo de diciembre), el alumno deberá haber cumplimentado los siguientes
requisitos:

Asistencia a por lo menos el 75% de TODAS las clases dictadas en las 34 semanas del curso.

Presentación del 100% de la Guía de Trabajos Prácticos. Teniendo como tolerancia 5 (cinco) días
corridos luego de la fecha de presentación acordada.

Asistencia a por lo menos el 100% de las instancias de evaluación parcial implementadas y obtención
de una calificación PROMEDIO MINIMA de CUATRO (4) puntos sobre un máximo posible de diez (10).

Se contempla dos recuperatorios, que se desarrollaran al finalizar cada cuatrimestre.

Se considera promocionada la parte practica cuando la calificación promedio supera los siete (7)
puntos, sobre un máximo de diez.
Su inclusión en el listado de regulares, permitirá al alumno acceder a la evaluación final, una vez cumplidas las
demás exigencias reglamentarias vigentes.
REGIMEN DE EVALUACION FINAL:
Será de carácter Teórico o Teórico - Practico según el alumno allá conseguido, o no, la promoción de la
practica, según las condiciones anteriormente expuestas.
El desarrollo del examen Teórico – Practico será efectuado en dos días consecutivos con el propósito de
lograr una optima performace del examinado y tener tiempo suficiente (TRES HORAS) para el desarrollo
perfecto, de dos problemas tipo, sobre tres.
En líneas generales, cabe señalar los siguientes aspectos considerados en toda evaluación:

Realización del diagrama del cuerpo libre y sobre la base del cual deben plantearse el desarrollo
matemático correspondiente.

Efectuar todo tipo de acotaciones, definiciones y/o sugerencias que considere necesarias para la fiel
interpretación del tribunal.

Indicar correctamente si se trata de magnitudes escalares o vectoriales.

La totalidad de las hojas deben estar, confeccionadas según norma U.A.R., firmadas y escritas con
tinta.