0_2013_14_introducción (presentación asignatura)_2_hoja

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Mecánica Clásica. Edición 2012/13. © Consuelo Fernández

Mecánica Clásica

Guía DocenteDatos formalesConocimientos previosProgramaMetodologíaBibliografíaEvaluaciónTutorías

IntroducciónObjeto de la MecánicaLeyes de NewtonModelos e idealizacionesLímites de la Mecánica ClásicaPartes de la MecánicaReferencias

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Datos formales Guía Docente

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Conocimientos previos Guía Docente

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Programa Guía Docente

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Metodología Guía Docente

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Recursos didácticos Guía Docente

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Cronograma de trabajo Guía Docente

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Evaluación Guía Docente

8 Octubre

26 Octubre

26 Noviembre

15 Enero (9:00 h)

15 Enero (9:00 h)

EXTRAORDINARIO 3 Julio (17:00 horas)

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Tutorías Guía Docente

Lunes, Miércoles y Viernes 10:45-12:45

Lunes y Viernes 9:30-10:3011:45-12:45

Martes y Miércoles 10:45-11:45

• [email protected]

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Despacho 411

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Mecánica Clásica

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IntroducciónObjeto de la MecánicaLeyes de NewtonModelos e idealizacionesLímites de la Mecánica ClásicaPartes de la MecánicaReferencias

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“ La Mecánica es la parte de la Física que estudia el comportamiento mecánico (encontraposición con los comportamientos químicos y térmicos) de cuerpos sobrelos cuales actúan perturbaciones mecánicas”

(Irving Shames)

La Mecánica Clásica, Racional o Newtoniana fue la primera rama de la física clásicaque se desarrolló como ciencia exacta1, ya que los fenómenos mecánicos afectandirectamente a nuestros sentidos (movernos, sostener, apretar, estirar un cuerpo,etc).

1 Utiliza las matemáticas para su desarrollo

“ La Mecánica Racional es la ciencia que estudia la relación existente entre elestado de reposo o movimiento de un determinado conjunto de cuerpos opartículas materiales y el sistema de fuerzas que se aplican sobre dichaspartículas. ” (M. Prieto Alberca)

Objeto de la Mecánica Introducción

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•La Mecánica Racional es una ciencia antigua, muy elaborada y con gran aplicaciónen la ingeniería. Dentro de la relación de materias que estudia el ingeniero, ocupa elprimer escalón en el objetivo de dar un contenido físico al bagaje de conocimientosmatemáticos anteriores.

•Aunque se trata per se de una asignatura de aplicación, su finalidad principal es la deservir de base para otras más orientadas hacia la práctica como pueden ser losMecanismos, la Resistencia de Materiales, el Cálculo de Estructuras, la Mecánica de

Vuelo, etc..(M. Prieto Alberca)

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Es una ciencia causal. Isaac Newton desarrolló una

precisa y poderosa teoría con relación al movimiento,según la cual los cambios de movimiento de cualquiercuerpo son el resultado de las fuerzas que actúan sobreél.

amF

Causas

fuerzas

Efectos

movimientos

“Ofrezco esta obra como los principios matemáticos de la filosofía, porque todo elproblema filosófico parece consistir en lo siguiente: investigar las fuerzas de lanaturaleza y a partir de los fenómenos de los movimientos, y entonces partiendo deestas fuerzas, demostrar los otros fenómenos”Newton, Prefacio de los Principia (1687)

Traducción italiana de los PRINCIPIA de Newton

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Las tres leyes de Newton son los principios de la Mecánica Clásica1:

Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia.Toda partícula permanece en estado de reposo o de movimientorectilíneo uniforme a menos que sea impulsada a cambiar dichoestado por las fuerzas que le sean aplicadas.

Segunda Ley de Newton o ecuación fundamental de la dinámica.El cambio en el movimiento es proporcional a la fuerza ejercida y sudirección es la de la recta según la cual se ejerce dicha fuerza.

Tercera Ley de Newton o de Acción‐reacción.

Para toda acción siempre existe una reacción igual y opuesta.

1 Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687

amF

ij jiF F

0 0F ma

Leyes de Newton Introducción

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Rotor de cola. Se sitúa verticalmente en la cola del helicóptero para evitar queel helicóptero una vez en el aire gire en sentido contrario al rotor principal, yaque, según el principio de acción y reacción, el fuselaje tiende a rotar en sentidoopuesto a las palas del rotor principal.


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Motor de propulsión a reacción: el movimiento se produce comoreacción a la presión ejercida por los gases en la cámara de combustión delmotor.

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Modelos e Idealizaciones Introducción

Las leyes de la mecánica se explican mediante ecuaciones que representancualitativamente fenómenos mecánicos en términos de las dimensiones yrelaciones entre ellas. Estas ecuaciones deben ser:

• Dimensionalmente homogéneas.

• Válidas para todos los sistemas de unidades.

21 211

NE G Gi

i

dF Mv Ma

dt

1 1

EO O

dM L

dt

Ejemplos:

• Ecuación de la cantidad de movimiento:

• Ecuación del momento cinético:

• Ecuación de la energía. E IW W dT

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Para poder utilizar las ecuaciones hace falta adaptar la realidad, es decir, idealizarla de forma que únicamente se trabaje con la información esencial.

Los modelos mecánicos son modelos matemáticos ideales que pretendenrepresentar los fenómenos físicos con errores mínimos o aceptables. Serán válidossi la solución analítica concuerda con los resultados experimentales

0v

Torre de caída libre INTA. La torre de caída del INTA es un tubo vertical de 21 metros de altura en cuyo interior puedendepositarse cargas que experimentan condiciones de microgravedad de entre 10-3g y 10-5g durante un tiempo de 2.1 segundos


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SMOS 8 (masa de 658 kilogramos, orbita la Tierra a una altura respecto a la superficie cercana a los 760 kilómetros). Fuente ESA

http://www.esa.int/esaCP/SEMD83CUE1G_Spain_0.html

http://www.esa.int/SPECIALS/smos/index.html

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Hay que tener en cuenta las simplificaciones para saber hasta qué punto los

resultados son aplicables a la realidad:

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Ejemplos de idealizaciones:

• Partícula: Tiene masa, pero sus dimensiones son despreciables. (El tamaño de laTierra es insignificante frente al de su órbita)

•Sistema de Partículas: Conjunto de partículas con masa pero con dimensiones sondespreciables.

• Sólido: Es un sólido rígido, indeformable, que no cambia de forma ni de tamaño.(En general, las deformaciones reales que se producen en las máquinas, mecanismosy estructuras son relativamente pequeñas)

• Fuerza puntual: Se consideran actuando sobre un área infinitesimal o punto.(Fuerza de contacto entre una rueda y el suelo)


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Límites de la Mecánica Clásica Introducción

LIMITACIONES de la Mecánica Racional:

• Cuando las velocidades de los cuerpos se acercan a la velocidad de la luz(300.000 km/s) la mecánica newtoniana no es aplicable, hay que utilizar laMecánica Relativista de Einstein.

• Para fenómenos a pequeña escala (atómica) se debe utilizar la MecánicaCuántica.

La Mecánica Analítica está dentro del mismo paradigma que la Newtoniana. Ladiferencia reside en la formulación matemática empleada.

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Partes de Mecánica Introducción

El estudio de la Mecánica se divide en tres partes:

• Cinemática: se ocupa del movimiento independientemente de lasfuerzas que lo producen.

• Dinámica: que estudia el movimiento mecánico teniendo en cuenta lascausas que lo producen.

•Estática: que estudia el equilibrio de las fuerzas sobre el cuerpo en

reposo.

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UPM Moon Houndhttp://robcib.etsii.upm.es/blogs/moonhound/

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Introducción

UPM Moon Houndhttp://robcib.etsii.upm.es/blogs/moonhound/

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Referencias Introducción

Fernández, C. (2010). Mecánica para ingenieros: Cinemática http://ocw.upm.es/ingenieria‐mecanica/mecanica‐para‐ingenieros‐cinematica

French, A.P. (1982), Mecánica Newtoniana (MIT Physics course) , Reverté.

Goicolea Ruigómez, J.M. (2001), Curso de Mecánica, Volumen I y II. UPM (Escuela de Caminos, Canales y Puertos). Disponible en: http://ocw.upm.es/mecanica‐de‐medios‐continuos‐y‐teoria‐de‐estructuras/mecanica

Meriam, J.L. (1998), Dinámica, Reverté.

Prieto Alberca, M. (1990), Curso de Mecánica Racional: Dinámica, ADI, Madrid.

Prieto Alberca, M. (1990), Curso de Mecánica Racional: Cinemática y Estática, ADI, Madrid.

Shames, Irving H.(1998), Mecánica para Ingenieros: Dinámica, Prentice Hall, Madrid.

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnitudes/magnitudes_portada.htm

Dropbox:

https://www.dropbox.com/sh/ymsste04czi4dfk/UFPLj068fb

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