facultad de mecanica & energia - unac

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE IGENIERÍA MECÁNICA - ENERGÍA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERÍA MECÁNICA
SILABO
I.
II.
DATOS INFORMATIVOS
1.1.
Asignatura:
Mecánica Racional
1.2.
Número y Código del Curso:
IN03114
1.3.
Extensión horaria:
Teoría: 4 horas
Práctica: 2 horas
1.4.
Créditos:
05 (Cinco)
1.5.
Pre-requisito:
Física I
1.6.
Nivel de exigencia académica:
Tercer Ciclo
1.7.
Carácter:
Obligatorio
1.8.
Duración:
17 semanas
1.9.
Personal docente:
1.10.
Teoría:
Práctica:
Semestre Académico:
Ing. Bravo Félix Juan Adolfo
Ing. Gutiérrez Hervías Esteban
2008-B
SUMILLA
1. Introducción y Equilibrio de la Partícula. 2. Sistemas de Fuerzas y Pares Equivalentes. 3.
Equilibrio del Cuerpo Rígido. 4. Centroides y Centros de Gravedad. 5. Momentos de Inercia.
6. Introducción a la Mecánica Estructural. 7. Fuerzas Internas en Miembros Estructurales. 8.
Rozamiento. 9. Cinemática de la partícula: velocidad y aceleración en coordenadas
cartesianas, tangencial - normal, cilíndricas y polares.10. Cinemática del sólido rígido en
movimiento plano. Traslación, rotación en torno a un eje fijo. Análisis de movimiento
relativo: velocidad, aceleración, centro instantáneo de velocidad cero, ejes de rotación.
11. Cinética de partícula. Leyes de movimiento de Newton. Ecuaciones del movimiento
en coordenadas cartesianas, tangencial-normal, polar y cilíndrico. Fuerza central.
Cinética en el plano del cuerpo rígido, ecuaciones del movimiento: traslación, rotación
en torno de un eje fijo, movimiento en el plano general. 12. Trabajo y energía.
Conservación de la energía. 13. Impulso y cantidad de movimiento. Conservación de
cantidad de movimiento Choques. 14. impulso angular y Momento
cinético.
Conservación de momento cinético. Choque excéntrico 15. Movimiento vibratorio.
Vibraciones con un grado de libertad. Vibraciones libres y amortiguadas con un grado
de libertad. Vibraciones forzadas, Vibración armónica forzada. Resonancia. Factor de
amplificación. Desbalance de rotores. Movimiento de soporte.
III.
OBJETIVOS
Generales
Capacitar a los estudiantes en el estudio del equilibrio de los cuerpos cuando se les somete a
la acción de cargas, analizar la estabilidad del equilibrio y poder hallar las fuerzas internas
de los cuerpos en equilibrio, el movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas y pares
1
y principios de vibraciones para su posterior uso en los cursos de Resistencia de Materiales,
mecánica de fluidos y turbomáquinas.
Específicos
 Desarrollar en el estudiante la capacidad de analizar problemas propios de la Ingeniería
en forma sencilla y lógica aplicando los principios de la Mecánica.
 Desarrollar la habilidad del estudiante para simplificar los problemas reales desde su
descripción física hasta el modelo o representación simbólica sobre los cuales se
aplican los principios de la Mecánica.
IV.
METODOLOGÍA
Las clases serán teórico-prácticas, poniendo énfasis en el Análisis Vectorial, analizando en cada
caso el efecto físico que producen las cargas, incluyendo ideas sencillas sobre diseño y
seguridad, sin sacrificar el énfasis en la Mecánica fundamental, para que desarrollen
conciencia cómo se aplican esas ideas esenciales en la Ingeniería, y mostrar el papel que
desempeña la Mecánica dentro del contesto más amplio de la práctica de la Ingeniería.
V.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
TIPO DE EVALUACIÓN
PESO
Promedio de prácticas calificadas (PP) (Se elimina la menor nota de las cuatro
evaluaciones rendidas)
2
Trabajo domiciliario o de investigación, que comprende todo el curso
1
EXAMEN PARCIAL (EP)
2
EXAMEN FINAL (EF)
3
El curso se aprobará siempre que el promedio final del curso sea mayor o igual a 10,50; es
decir:
PC 
2PP  Trabajo  2EP  3EF
 10,50
8
Siempre y cuando el promedio del curso sea como mínimo seis (06), y el alumno no haya
aun aprobado el curso, tiene la opción de rendir el examen sustitutorio, cuya nota sustituye
a la nota más desfavorable obtenida en alguno de los dos exámenes.
VI.
VII.
RECURSOS DE ENSEÑANZA
Medios:
Clases teórico-prácticas en pizarra y con ayudas audiovisuales.
Materiales:
Pizarra convencional y tizas, retroproyector de trasparencias, filminas,
proyector multimedia, textos y separatas de problemas del curso.
CONTENIDO PROGRAMÁTICO
PRIMERA SEMANA
CAPÍTULO I: Introducción – Equilibrio de la Partícula
2
(6 horas) Σ = 6 h
1.1.
Ingeniería y Mecánica. Ubicación del curso en la Mecánica. Principios generales de la
Mecánica: Principio de Transmisibilidad de Fuerzas. Leyes de Newton.
1.2.
Definiciones y operaciones vectoriales. Vector posición, vector unitario, forma tri
nómica y triada en un vector. Casos particulares: Par ordenado. Componentes de un
vector en dos y tres dimensiones.
1.3.
Fuerza: Clases y efectos de una fuerza. Sistemas bidimensionales y tridimensionales
de fuerzas. Equilibrio de una partícula en dos y tres dimensiones.
SEGUNDA SEMANA
CAPÍTULO II: Sistemas de Fuerzas y Momentos
(6 horas) Σ = 12 h
2.1.
Momento central o respecto a un punto – Momento áxico o respecto a un eje. Par o
momento de un par de fuerzas. Equivalencia de pares de fuerzas. Sistemas equivalentes
de fuerzas. Resultante de sistemas de fuerzas coplanares, paralelas (concentradas y
distribuidas) y concurrentes – Teorema de Varignon.
2.2.
Traslación de una fuerza a una posición paralela y par de traslación. Caso general de
reducción de fuerzas: Fuerza resultante y par resultante. Reducción de un sistema de
fuerzas a un torsor. Par mínimo o reducido. Propiedades y ecuación del eje central.
2.3.
Reducción de sistemas de carga distribuida.
TERCERA SEMANA
CAPÍTULO III: Equilibrio del Cuerpo Rígido
(6 horas) Σ = 18 h
3.1.
Definición de equilibrio estático. Diagrama de cuerpo libre (DCL). Reacciones en los
apoyos. Aplicaciones bidimensionales y tridimensionales. Grados de libertad de un
sólido en el plano y en el espacio. Restricción de los grados de libertad.
3.2.
Casos especiales de equilibrio. Miembros sometidos a dos y tres fuerzas.
Indeterminación estática. Restricción completa de un cuerpo rígido.
CUARTA SEMANA
CAPÍTULO IV: Centroides y Centros de Masa
(4 horas) Σ = 22 h
4.1.
Momento de primer orden de un cuerpo rígido. Centroide y centro de gravedad de un
cuerpo rígido: De una masa (centro de masa), de un volumen, de una superficie y de
una línea. Determinación de centroides y centros de gravedad por integración y por
sumatoria.
4.2.
Teorema de Pappus y Guldinus. Centro de presión: Determinación por integración.
Primera Práctica Calificada
(2 horas) Σ = 24 h
QUINTA SEMANA
CAPÍTULO V: Momentos de Segundo Orden o Momentos de Inércia
5.1.
(6 horas) Σ=30 h
Momento de inercia de un área plana. Cálculo del momento de inercia por
3
integración y por sumatoria. Momento polar de inercia y radio de giro. Producto de
inercia de un área plana. Teorema de Steiner o de los ejes paralelos.
5.2.
Transformación de momentos y productos de inercia con respecto a ejes
inclinados. Método del Círculo de Mohr para momentos y productos de inercia de
áreas. Ejes y momentos principales de inercia. Invariante de los momentos de inercia.
5.3.
Momento de inercia de masas. Determinación del momento de inercia de un
cuerpo rígido por integración y por sumatoria. Momento de inercia de placas
delgadas. Producto de inercia de masas. Teorema de Steiner para momentos de
inercia de masas. Momento de inercia de masas con respecto a un eje arbitrario.
SEXTA SEMANA
CAPÍTULO VI: Introducción al Análisis Estructural
(6 horas) Σ = 36 h
6.1.
Armaduras o sistemas reticulares. Generación de sistemas reticulares planos.
Clases de armaduras: Estructuras, entramados y máquinas.
6.2.
Armaduras planas: Determinación de reacciones en apoyos. Determinación de
miembros estructurales rígidos: Método de los nudos. Método de Ritter o de las
secciones. Solución de estructuras espaciales sencillas por el método de los nudos.
6.3.
Marcos o entramados: Solución de entramados planos. Problemas relativos a
máquinas.
SÉTIMA SEMANA
CAPÍTULO VII: Fuerzas Internas en Miembros Estructurales
(4 horas) Σ = 40 h
7.1.
Vigas: Definición y clases. Vigas rectas y curvas. Fuerzas internas en una sección
cualquiera de un cuerpo rígido: Fuerza normal, fuerza cortante y momento
flector.
7.2.
Diagramas de fuerza cortante, momento flector y momento torsor para vigas rectas.
Aplicaciones de la teoría de vigas a la transmisión de potencia en ejes.
7.3.
Miembros estructurales flexibles: Cadenas y cables. Cables con cargas concentradas y
cargas distribuidas. Cable parabólico y catenaria.
Segunda Práctica Calificada
(2 horas) Σ = 42 h
OCTAVA SEMANA: Examen Parcial
NOVENA SEMANA
CAPÍTULO VIII: Rozamiento o Fricción
(6 horas) Σ = 48 h
8.1.
Clases de rozamiento: Seco y húmedo. Rozamiento al deslizamiento y a la
rodadura.
8.2.
Leyes de Coulomb. Coeficientes y ángulos de rozamiento. Problemas con
rozamiento seco en superficies planas.
8.3.
Aplicaciones del rozamiento: Cuñas, tornillos de rosca cuadrada, chumaceras en
ejes, cojinetes de empuje, discos, ruedas y fajas. Resistencia a la rodadura.
Coeficientes de rodadura.
4
DÉCIMA SEMANA
CAPÍTULO IX :
9.1.
9.2.
9.3.
Cinemática de la partícula
(6 horas) Σ = 54 h
Definiciones fundamentales: partícula, sistemas de referencia, posición,
trayectoria, Ecuaciones paramétricas y ley horaria
Velocidad y Aceleración en: coordenadas cartesianas, tangencial – normal,
polares y cilíndricas.
Movimiento relativo: ejes en traslación. Movimiento de cuerpos interconectados.
DÉCIMO PRIMERA SEMANA
CAPÍTULO X: Cinemática del sólido rígido
(6 horas) Σ = 60 h
10.1. Movimiento de un cuerpo rígido. Traslación. Rotación en torno de un eje fijo
10.2. Análisis del movimiento relativo: velocidad, centro instantáneo de velocidad
cero, aceleración.
10.3. Análisis del movimiento relativo utilizando ejes de rotación.
DÉCIMO SEGUNDA SEMANA
CAPÍTULO XI: Cinética de partícula y C.R.: Fuerza y aceleración (4 horas) Σ = 64 h
11.1. Leyes del movimiento de Newton. Las ecuaciones del movimiento en
coordenadas, cartesiana, tangencial-normal, polares y cilíndricas
11.2. Movimiento de la fuerza central y mecánica espacial..
11.3. Ecuaciones de movimiento cinético del cuerpo rìgido: traslación, rotación en torno de
un eje fijo. Movimiento general.
Tercera práctica calificada
(2 horas) Σ = 66 h
DÉCIMO TERCERA SEMANA
CAPÍTULO XII: Trabajo y Energía
(6 horas) Σ = 72 h
12.1. El trabajo de una fuerza. Principio de trabajo y energía de una partícula de una
partícula. Potencia y eficiencia.
12.2. Fuerzas conservativas y energía potencial. Conservación de la energía.
12.3. Energía cinética del cuerpo rígido. El trabajo de una fuerza y de un par. Principio de
trabajo y energía. conservación de la energía
DÉCIMO CUARTA SEMANA
CAPÍTULO XIII: Impulso y momento lineal
(6 horas) Σ = 78 h
13.1. Impulso lineal. Principio de impulso y el momento lineales de la partícula y
sistema de partículas. Conservación del momento lineal. Impacto
5
13.2. Principio de impulso y el momento lineales del cuerpo rígido.
DÉCIMO CUARTA SEMANA
CAPÍTULO XIV: Impulso y Momento Angular
(4 horas) Σ = 82 h
14.1. Momento angular. Relación entre el momento de una fuerza y el momento
angular.
14.2. Principios del impulso y el momento angular. Conservación del momento
14.3. Impacto excéntrico
Cuarta práctica calificada
(2 horas) Σ = 84 h
DÉCIMO QUINTA SEMANA
CAPÍTULO XV: Vibraciones
(6 horas) Σ = 90 h
15.1. Vibración Libre no Amortiguada. Métodos de Energía.
15.2. Vibración forzada no amortiguada. vibración libre amortiguada viscosa
15.3. Vibración forzada amortiguada viscosa.
DÉCIMO SEXTA SEMANA: Exámen Final
DÉCIMO SÉPTIMA SEMANA: Exámen Sustitutorio
VIII.
BIBLIOGRAFÍA
TEXTOS
1. Russell C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros: Estática. Décima edición. Editorial
Pearson – Prentice Hall. Estados Unidos de Norteamérica, 2004.
2. Russell C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros: Dinámica. Décima edición. Editorial
Pearson – Prentice Hall. Estados Unidos de Norteamérica, 2004.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
1.
Anthony Bedford, Wallace Fowler. Mecánica para Ingenieros: Estática (Tomo I). Cuarta
edición. Editorial Pearson – Prentice Hall. USA, 2005.
2.
Anthony Bedford, Wallace Fowler. Mecánica para Ingenieros: Dinámica (Tomo II).
Cuarta edición. Editorial Pearson – Prentice Hall. USA, 2005.
3.
Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston Jr. Mecánica Vectorial para Ingenieros: Estática.
Séptima edición. Mc Graw Hill Interamericana de España S.A. Madrid, España, 2004.
4.
Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston Jr. Mecánica Vectorial para Ingenieros:
Dinámica. Séptima edición. Mc Graw Hill Interamericana de España S.A. Madrid,
España, 2004
5.
James L. Meriam, L. Glenn Kraige. Mecánica para Ingenieros: Estática. Tercera edición.
Editorial Reverté S.A. Barcelona, España, 1998.
6
6.
James L. Meriam, L. Glenn Kraige. Mecánica para Ingenieros: Dinámica. T ercera edición.
Editorial Reverté S.A. Barcelona, España, 1998.
7.
William F. Riley, Leroy D. Strurges. Ingeniería Mecánica: Estática. Editorial Reverté S.A.
Barcelona, España, 1995. William F. Riley, Leroy D. Strurges. Ingeniería Mecánica:
Dinámica. Editorial Reverté S.A. Barcelona, España, 1995.
8. Pedro Obando Mecánica para Ingenieros Mecánicos : Dinámica. Concytec
Perú,1989
Lima,
BIBLIOGRÁFIA COMPLEMENTARIA
1.
Irving H. Shames. Mecánica para Ingenieros: Estática. Cuarta edición. Editorial Prentice
Hall Hispanoamericana S.A. Madrid, España, 1998.
2.
David J. Mc Gill, Wilton W. King. Mecánica para Ingeniería y sus Aplicaciones: Estática.
Grupo Editorial Iberoamericana S.A. de C.V. México, 1991.
3.
Andrew Pytel, Jaan Kiusalaas. Ingeniería Mecánica: Estática. Internacional Thomson
Editores. México, 1999.
4.
Andrew Pytel, Jaan Kiusalaas. Ingeniería Mecánica: Dinámica. Internacional Thomson
Editores. México, 1999.
5.
Braja M. Das, Aslam Kassimali, Sedat Sami. Mecánica para Ingenieros: Estática. Editorial
Limusa S.A. de C.V. México, 1999.
6.
I. Mesherski. Problemas de Mecánica Teórica. Segunda edición. Editorial Mir, Moscú,
1985.
Bellavista, Octubre del 2008
7