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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2017
Mar 29, 2024
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IBA 4060 - DINAMICA
División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica
IBA 4050 Calificación mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
4.000 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

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. (L1). Además, se busca que aprenda la terminología especializada (L2) y la importancia de aplicar las mismas en otros campos del conocimiento (L5)

Competencias básicas a desarrollar: capacidad de; análisis, para comunicarse con pertinencia y eficacia, para resolver problemas (L1)

Al finalizar el curso los estudiantes deben estar en capacidad de:

- 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 computo.
- Recursos audiovisuales como; transparencias, retroproyector, Videoproyector, 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:
1.1 Conceptos básicos: Leyes, Sistemas y modelos, Grados de libertad, Notación, Precisión numérica.
1.1.1 Partícula, Trayectoria, Vector Posición, Desplazamiento, Velocidad, Aceleración.
1.1.2 Movimiento Unidimensional: relaciones entre s,v y a. Diagramas s-t, v-t, a-t, a-s, a-v.

1.2 Movimiento Bidimensional:
1.2.1 Derivada de un vector que cambia únicamente de magnitud
1.2.2 Sistema de coordenadas rectangular
1.2.3 Derivada de un vector que cambia únicamente de dirección
1.2.4 Sistema de coordenadas tangencial y normal

1.3 Otros Sistemas de Coordenadas:
1.3.1 Coordenadas Polares
1.3.2 Conversión de velocidades y aceleraciones de un sistema de coordenadas a otro.

-Movimiento absoluto
1.4 Movimientos conectados::
1.4.1 Métodos algebraicos: Cables que no cambian de orientación
1.4.2 Métodos trigonométricos: Cables que cambian de orientación
1.4.3 Sistemas de cuerpos rígidos

-Movimiento relativo
1.5 Movimientos de un cuerpo rígido en el plano
1.5.1 Características e Identificación.
1.6 Movimiento relativo a sistemas de coordenadas en Traslación:
1.6.1 Aplicación en el movimiento de cuerpos libres
1.6.2 Análisis de velocidades en Cuerpos Rígidos en el plano: Sistemas básicos.
1.6.3 Centro instantáneo de velocidades
1.6.4 Análisis de aceleraciones

1.7 Movimiento Relativo a sistemas de coordenadas en rotación
1.7.1 Ecuación General de velocidades Relativas
1.7.2 Aplicación al análisis de velocidades en cuerpos rígidos
1.7.3 Ecuación General de aceleraciones Relativas
Aplicación al análisis de aceleraciones

Parte II : Cinética

2.1 Definiciones Generales:
2.1.1 Sistema de Partículas, Centro de masa, propiedades del centro de masa.
2.2 Ecuaciones Para el movimiento de traslación:
2.2.1 Cantidad de movimiento lineal
2.2.2 2ª Ley de Newton, Generalización, sistemas inerciales
2.2.3 Movimiento del centro de masa de un cuerpo rígido

2.3 Ecuaciones para el movimiento de Rotación
2.3.1 Cantidad de movimiento angular, propiedades
2.3.2 Relación de momento y cantidad de movimiento angular
2.3.3 Ecuación de momentos para un cuerpo rígido: Ecuaciones de Euler
2.3.4 Casos particulares:
2.3.4.1 Traslación de cuerpos rígidos
2.3.4.2 Rotación de cuerpos rígidos
2.3.4.3 Movimiento plano de cuerpos rígidos.

2.4 Principio de Impulso y Cantidad de Movimiento: Impulso, fuerzas impulsivas.
2.4.1 Colisiones
2.4.2 Sistemas que ganan y pierden masa.

2.5 Teorema de Fuerzas Vivas, Conservación de la Energía:
2.5.1 Trabajo de una fuerza, trabajo de un par, potencia, teorema de fuerzas vivas
2.5.2 Fuerzas conservativas, Principio de Conservación de la Energía
2,6 Principio D'Alembert y su aplicación en sistemas de referencia No-Inerciales
2.7 Aplicaciones en máquinas y mecanismos.

Parte III : Vibraciones Mecánicas

3.1 Vibración libre sin amortiguamiento
3.2 Métodos de energía
3.3 Vibración forzada sin amortiguamiento
3.4 Vibración libre con amortiguamiento viscoso
3.5 Vibración forzada con amortiguamiento viscoso
3.6 Vibraciones en máquinas y estructuras.


8. EVALUACIÓN

Evaluación Tópicos Criterios y objetivos a verificar en la evaluación Valor

Primer parcial Capítulos 11, a 13 del libro guía. Cinemática de una partícula, cinética de una partícula: fuerza y aceleración, trabajo y energía., potencia. Entendimiento y aplicación de los conceptos de posición, velocidad y aceleración al movimiento de una partícula siguiendo trayectorias rectas y curvilíneas. Movimiento relativo de dos partículas usando ejes en traslación. Análisis del movimiento de una partícula usando la ecuación de movimiento con diferentes sistemas coordenados. Formular las leyes de Newton para el movimiento de una partícula. Aplicar el principio de trabajo y energía a la solución de problemas cinéticos. 20%

Segundo parcial Capítulos 14, 15 y 16 del libro guía. Impulso y momentum de una partícula. Cinemática plana de un cuerpo rígido. Entendimiento y aplicación del concepto de impulso y momentum a partículas y sistemas de partículas. Traslación de un cuerpo rígido y el análisis de su movimiento alrededor de ejes fijos. Determinación del centro instantáneo de velocidad y calcular la velocidad de un punto sobre el cuerpo usando este método. Comprensión y aplicación del concepto de aceleración de Coriolis, producto de los ejes de referencia en rotación. Aprender a plantear las ecuaciones cinemáticas de movimiento plano para un cuerpo rígido simétrico, además aplicar esas ecuaciones a cuerpos que experimentan traslación y rotación alrededor de un eje fijo. Aplicar el concepto de momento de inercia al movimiento rotacional de cuerpos rígidos. Aprender a formular las ecuaciones para el cálculo de la energía cinética de un cuerpo, usando éstas en la solución de problemas de cinética plana 20%

Examen final Capítulos 17, 18 y 19 del libro guía. Cinética plana de un cuerpo rígido: fuerza y aceleración, principios de la conservación de la energía, trabajo, potencia, momentum e impulso. Cinemática tridimensional de un cuerpo rígido. Vibraciones mecánicas Establecimiento de formulaciones para el momentum lineal y el angular de un cuerpo rígido. Aprender a aplicar los principios del impulso lineal y angular para la solución de problemas cinéticos que implican fuerza, velocidad y tiempo. Análisis de la cinemática de un cuerpo sometido a rotación con respecto a un eje fijo y a movimiento plano general. Entendimiento y aplicación de las ecuaciones desarrolladas para el análisis del movimiento relativo de un cuerpo rígido usando ejes en rotación y traslación. Comprender y aplicar los conceptos relacionados con la vibración no amortiguada de un grado de libertad de un cuerpo rígido y con la vibración forzada no amortiguada 20%

Proyecto final Presentación de informes periódicos. El proyecto debe ser presentado por un grupo máximo de tres estudiantes. La sustentación es individual. .Aplicación de los principios y leyes estudiados durante el curso a un problema real . Alternativas de solución, análisis cinemático y cinético 25%

Pruebas cortas, ensayos, solución de ejercicios Evaluaciones cortas sobre los diferentes temas impartidos en el aula de clases, solución de ejercicios, tareas, ensayos. Una prueba corta y una tarea individual relativa a cada tema, un ensayo sobre aplicaciones de la dinámica por ej, impacto, conservación de la energía 15%

Total 100%



9. BIBLIOGRAFIA


TEXTOS COMPLEMENTARIOS (En orden alfabético)

MERIAM, J. L. Engineering Mechanics: Dynamics. John Wiley & sons. Inc. 4. ed. USA


REVISTAS

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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