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Información detallada de curso

 

Segundo semestre 2015
Mar 29, 2024
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IBA 4061 - DINAMICA
División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica
IBA 4032 Calificación mínima de 3.0 y MAT 1111 Calificación mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
3.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría

En la asignatura se establecen las relaciones existentes entre las fuerzas que actúan sobre los cuerpos en movimiento y el efecto que causan sobre éstos. El curso se inicia con el estudio de los conceptos básicos de la cinemática de partículas aplicados a sistemas de referencia absolutos, posteriormente se introduce el concepto de movimiento relativo y se aplica al análisis de movimiento de cuerpos rígidos con la ayuda de métodos vectoriales y geométricos. Seguidamente se aborda la cinética de cuerpos, complementada con la formulación de expresiones para la cantidad de movimiento y la energía cinética para un sistema general de n partículas y al análisis de sistemas de cuerpos rígidos. Se incluye además, un análisis de vibraciones de sistemas físicos con uno y dos grados de libertad, finalmente se aplican los conceptos adquiridos a máquinas y estructuras de uso generalizado en la ingeniería moderna.


3. JUSTIFICACIÓN

El conocimiento de las leyes que gobiernan el movimiento de los cuerpos rígidos es fundamental para entender las interacciones que se presentan entre los distintos componentes de los sistemas mecánicos de uso frecuente en ingeniería. El enfoque energético para la solución de problemas es una poderosa herramienta cuando no se requieren conocer las fuerzas internas de un conjunto de cuerpos interconectados, además, este método permite cuantificar de una forma ágil la potencia requerida por las máquinas para su accionamiento. En cuanto al análisis de estructuras se refiere, la obtención de las cargas dinámicas y su evolución en el tiempo es posible con los fundamentos teóricos impartidos durante el curso.


4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVOS GENERALES
-Que el estudiante adquiera los conocimientos básicos de la cinemática y la cinética de los cuerpos rígidos, tanto en condiciones ideales como en ingeniería, identificando las restricciones de las ecuaciones desarrolladas para la generalización de las soluciones.
-Que aprenda la terminología especializada
-Que aprenda la importancia de aplicar las mismas en otros campos del conocimiento

4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
-Competencias básicas a desarrollar: capacidad de; análisis, para comunicarse con pertinencia y eficacia, para resolver problemas
-Saber elaborar diagramas de cuerpo libre cinético, identificando claramente las fuerzas externas e internas.
-Deducir expresiones matemáticas que permitan determinar y relacionar la posición, velocidad y aceleración de una partícula o cuerpo rígido tanto en el plano como en el espacio en función del tiempo o para un instante específico.
-Deducir y aplicar las ecuaciones que gobiernan el movimiento de una partícula, cuerpo rígido o sistema de cuerpos rígidos basándose en cualquiera de los tres métodos vistos en el curso; Newton-Euler, Trabajo y Energía, Impulso y Momentum.
-Interpretar el enunciado de un problema mecánico y establecer las simplificaciones adecuadas que permitan resolverlo a partir de las Leyes de la mecánica.
-Interpretar los resultados obtenidos de la solución de un problema mecánico en términos de los órdenes de magnitud, dirección de cantidades vectoriales y significado físico.


5. METODOLOGÍA

Exposición de los principios teóricos y presentación de ejemplos ilustrativos por parte del profesor. Resolución y sustentación de los problemas propuestos por el profesor. Exposiciones orales por parte de los estudiantes de ensayos relacionados con las leyes de la mecánica.


6. MEDIOS

Los medios a utilizar durante el curso serán los siguientes:
Tablero, marcadores, texto guía y equipos de cómputo.
Recursos audiovisuales como; transparencias, retroproyector, Video proyector, televisor
Bases de datos, Internet, revistas
Máquinas ubicadas dentro o fuera de la universidad
Programa Working Model para la simulación de los problemas (incorporado en el libro guía)


7. CONTENIDO

PARTE I: CINEMÁTICA
MOVIMIENTO DE UNA PARTÍCULA
Conceptos básicos: leyes, sistemas y modelos, grados de libertad, notación, precisión numérica.
Partícula, trayectoria, vector posición, desplazamiento, velocidad, aceleración.
Movimiento unidimensional: relaciones entre s,v y a. Diagramas s-t, v-t, a-t, a-s, a-v.

MOVIMIENTO BIDIMENSIONAL
Derivada de un vector que cambia únicamente de magnitud
Sistema de coordenadas rectangular
Derivada de un vector que cambia únicamente de dirección
Sistema de coordenadas tangencial y normal

OTROS SISTEMAS DE COORDENADAS
Coordenadas polares
Conversión de velocidades y aceleraciones de un sistema de coordenadas a otro.

MOVIMIENTO ABSOLUTO
Movimientos conectados
Métodos algebraicos: cables que no cambian de orientación
Métodos trigonométricos: cables que cambian de orientación
Sistemas de cuerpos rígidos

MOVIMIENTO RELATIVO
Movimientos de un cuerpo rígido en el plano
Características e identificación.
Movimiento relativo a sistemas de coordenadas en traslación
Aplicación en el movimiento de cuerpos libres
Análisis de velocidades en cuerpos rígidos en el plano: sistemas básicos.
Centro instantáneo de velocidades
Análisis de aceleraciones

MOVIMIENTO RELATIVO A SISTEMAS DE COORDENADAS EN ROTACIÓN
Ecuación general de velocidades relativas
Aplicación al análisis de velocidades en cuerpos rígidos
Ecuación general de aceleraciones relativas
Aplicación al análisis de aceleraciones

PARTE II: CINÉTICA
Definiciones generales
Sistema de partículas, centro de masa, propiedades del centro de masa.
Ecuaciones para el movimiento de traslación:
Cantidad de movimiento lineal
2da ley de newton, generalización, sistemas inerciales
Movimiento del centro de masa de un cuerpo rígido

ECUACIONES PARA EL MOVIMIENTO DE ROTACIÓN
Cantidad de movimiento angular, propiedades
Relación de momento y cantidad de movimiento angular
Ecuación de momentos para un cuerpo rígido: ecuaciones de euler
Casos particulares:
Traslación de cuerpos rígidos
Rotación de cuerpos rígidos
Movimiento plano de cuerpos rígidos.

PRINCIPIO DE IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO: IMPULSO, FUERZAS IMPULSIVAS.
Colisiones
Sistemas que ganan y pierden masa.

TEOREMA DE FUERZAS VIVAS, CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
Trabajo de una fuerza, trabajo de un par, potencia, teorema de fuerzas vivas
Fuerzas conservativas, principio de conservación de la energía
Principio D'Alembert y su aplicación en sistemas de referencia no-inerciales
Aplicaciones en máquinas y mecanismos.

PARTE III: VIBRACIONES MECÁNICAS
Vibración libre sin amortiguamiento
Métodos de energía
Vibración forzada sin amortiguamiento
Vibración libre con amortiguamiento viscoso
Vibración forzada con amortiguamiento viscoso
Vibraciones en máquinas y estructuras.


8. EVALUACIÓN

Primer parcial: 20%
Segundo parcial: 20%
Examen final: 20%
Proyecto final: 25%
Pruebas cortas, ensayos, solución de ejercicios: 15%


9. BIBLIOGRAFIA

BEER, FERDINAND P. Mecánica Vectorial para Ingenieros: Dinámica. 8va edición, McGrawHill. México, 2007
HIBBELER, R.C. Mecánica Vectorial para Ingenieros. Dinámica. 10 ed. Pearson Educación. México, 2004
MERIAM, J. L. Engineering Mechanics: Dynamics. John Wiley & sons. Inc. 4. ed. USA
MACHINE DESIGN CLEVELAND, OH: PENTON PUBLISHING
JOURNAL OF APPLIED MECHANICS. TRANSACTIONS OF THE ASME / AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS.
JOURNAL OF DYNAMIC SYSTEMS MEASUREMENT, AND CONTROL: TRANSACTIONS OF THE ASME / AMERICAN SOCIETY MECHANICAL ENGINEERS.
JOURNAL OF MECHANICAL DESIGN: TRANSACTIONS OF THE ASME / AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS
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Versión: 8.7.2 [BSC: 8.10]