Física Aplicada a la Ingeniería
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Descripción del curso
PRERREQUISITOS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RECOMENDADOS
Se recomienda haber cursado la asignatura Física de primer curso y poseer conocimientos básicos de Física y Matemáticas.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA
La asignatura Física Aplicada a la Ingeniería aborda el conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la Física en Teoría de Campos y Operadores Diferenciales, Mecánica de Fluidos, Mecánica de Hilos y Cables y Vibraciones Mecánicas, así como su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. El seguimiento presencial de la asignatura facilita el aprendizaje.
OBJETIVOS: CONOCIMIENTOS Y CAPACIDADES
Objetivos generales y transversales:
- Profundizar en los conceptos fundamentales de física.
- Adquirir los conocimientos básicos y necesarios para abordar asignaturas que el alumno cursará posteriormente en el ámbito de la ingeniería agroforestal.
- Romper la barrera entre la teoría que se estudia y la realidad experimental a la que puede aplicarse.
- Ejercitar las técnicas de resolución de problemas y casos prácticos de aplicación directa de los temas desarrollados en las clases teóricas.
- Usar correctamente los métodos matemáticos como herramienta imprescindible.
Objetivos específicos:
Tema 1. Teoría de campos y operadores diferenciales
- Diferenciar los conceptos de campo escalar y campo vectorial, y conocer sus propiedades.
- Conocer los operadores diferenciales, y su aplicación.
- Aprender el cálculo de flujo y circulación de un campo vectorial, y aplicación de los teoremas correspondientes.
- Distinguir los conceptos de potencial escalar y potencial vector, y conocer las técnica para su cálculo.
Tema 2. Mecánica de fluidos
- Distinguir fluidos reales e ideales, y su comportamiento.
- Aprender las ecuaciones fundamentales de la estática y la dinámica de fluidos (Euler y Helmholtz).
- Saber establecer las ecuaciones del movimiento de un fluido en una conducción (Teorema de Benoulli, ecuación de continuidad, Torricelli).
- Determinar: presión, velocidad y cota en cualquier punto de un fluido.
- Representar Líneas de altura total y línea de altura piezométrica.
- Conocer los tipos de movimiento de un fluido en relación a su variación espacial y temporal (permanente, variable, uniforme).
- Conocer la fuerza que ejerce el fluido sobre un área plana y saber calcular su centro de empuje. Aplicación: diques y compuertas.
Tema 3. Mecánica de hilos
- Conocer los conceptos de hilo y tensión
- Saber establecer las condiciones de equilibrio de un hilo.
- Saber aplicar las condiciones de equilibrio de un hilo al caso particular de fuerzas paralelas: catenaria y puente colgante.
- Resolver problemas de equilibrio de hilos. Aplicación a los tendidos eléctricos.
- Estudiar el equilibrio de un hilo sobre superficies lisas y superficies rugosas: aplicación a cabrestantes.
Tema 4. Vibraciones mecánicas
- Distinguir los movimientos armónico y no armónico.
- Identificar las fuerzas que actúan sobre un sistema vibrante.
- Clasificar las vibraciones en función de la presencia o ausencia de amortiguamiento y de estímulos externos.
- Saber deducir la ecuación diferencial que rige el movimiento en cada tipo de vibración.
- Analizar los distintos movimientos vibratorios desde el punto de vista energético.
- Conocer los efectos resonantes y su trascendencia y aplicación en el ámbito de la ingeniería.
- Saber diseñar amortiguadores para evitar la transmisión de vibraciones.
COMPETENCIAS
Generales y transversales:
Que los estudiantes tengan la capacidad de:
- Análisis y síntesis, razonamiento crítico y resolución de problemas.
- Transmitir con claridad y rigor información, ideas, problemas y soluciones de forma oral y escrita
- Reunir e interpretar datos relevantes y emitir juicios/li>
- Trabajo en equipo
- Desarrollo de habilidades de aprendizaje para emprender estudios posteriores.
- Conocimiento, gestión y uso de las tecnologías de la información y la comunicación.
- Aplicar los conocimientos adquiridos a la práctica de la ingeniería agraria.
Específicas:
- Conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la Física en Teoría de Campos y Operadores Diferenciales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
- Conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la Física en Mecánica de Fluidos y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
- Conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la Física en Teoría de Mecánica de Hilos y Cables y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
- Conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la Física en Vibraciones Mecánicas y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
MATERIAL DOCENTE
La asignatura se imparte mediante clases presénciales, complementadas con presentaciones power point. Se realizan ejercicios prácticos y resolución de problemas.
El alumno dispone de las plataformas aulaweb y moodle con material docente y cuestionarios que permiten la autoevaluación
El Universo Mecánico. (1992). California Institute of Technology. 52 videos.
Recomendados: Lección 16: movimiento armónico; L.17: resonancia; L.18: ondas
ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN O TAREAS PRÁCTICAS
La asignatura se evalúa mediante un examen final escrito. Se valora la asistencia a clase, los problemas resueltos entregados y cuestionarios realizados (moodle) con un máximo del 20% de la nota.
Programa
1. Teoría de Campos y Operadores Diferenciales
- Campos escalares. Campos vectoriales
- Gradiente de un campo escalar. Divergencia de un campo vectorial; laplaciano escalar; rotacional de un campo vectorial; laplaciano vector; doble rotacional
- Flujo de un vector a través de una superficie; teorema de Gauss-Ostrogradski; Circulación de un vector a través de una curva; teorema de Stokes
- Teoremas del gradiente, de la divergencia y del rotacional
- Campos irrotacionales. Potencial escalar
- Campos solenoidales. Potencial vector
2. Mecánica de Fluidos
- Generalidades y definiciones
- Ecuación general vectorial de la estática de fluidos
- Principio de Pascal
- Empuje de una masa líquida sobre una superficie plana. Presas. Compuertas
- Ecuación general de la dinámica de fluidos. Ecuación de Euler
- Ecuación de continuidad
- Torbellino
- Ecuación general de la dinámica de fluidos en función del torbellino. Ecuación de Helmholtz.
- Teorema de Bernoulli
- Fluidos reales. Viscosidad. Flujos laminar y turbulento. Ley de Poisuille. Ley de Stokes
3. Mecánica de Hilos y Cables
- Conceptos fundamentales.
- Ecuación vectorial del equilibrio de hilos.
- Ecuaciones cartesianas
- Ecuaciones intrínsecas
- Equilibrio de hilo en el caso de fuerzas conservativas.
- Equilibrio de hilos en el caso de fuerzas paralelas: parábola de puente colgante; catenaria.
- Equilibrio de hilos sobre superficies lisas.
- Equilibrio de hilos sobre superficies rugosas: cabrestantes.
4. Vibraciones Mecánicas: Aplicaciones a la Ingeniería.
- Generalidades.
- Ecuación diferencial general del movimiento de las vibraciones mecánicas.
- Vibraciones libres sin amortiguamiento.
- Vibraciones libres amortiguadas: amortiguamiento supercrítico, crítico y subcrítico. Estudio energético.
- Vibraciones forzadas sin amortiguamiento.
- Resonancia, fenómenos de batimiento.
- Vibraciones forzadas con amortiguamiento. Aplicaciones a desequilibrios rotatorios.
- Transmisión de vibraciones. Coeficiente de transmisibilidad.
Bibliografía
BIBLIOGRAFÍA GENERAL
- B-B-001. Amaya, J.M. (1988) “Problemas de mecánica teórica y aplicada”. E.T.S.I. Agrónomos.
- B-B-002. Amaya, J.M.; Carbonell, M.V.; Gómez, J.M.; Martínez, E.; Rodríguez, E. (1998) “100 Problemas de Física Aplicados a la Ingeniería”. E.T.S.I. Agrónomos.
- B-B-003. Beer, F.; Johnston, J.J. (2005) “Mecánica vectorial para ingenieros”. 5ª Edición. Ed. Mc Graw-Hill.
- B-B-004. Lea, S. M.; Burke, J.R. (1999). “Física. La naturaleza de las cosas. Vol. I y II”. International Thomson Editores.
- B-B-005. Riley, W.F.; Sturges, L.D. (1996) “Ingeniería mecánica. Tomo I. Estática. Tomo II. Dinámica”. Ed. Reverté.S.A.
- B-B-006. Tipler, P.A. (1992). “Física. Tomos I y II”.3ª Edición. Ed. Reverté.
- B-B-007. Tipler, P.A., Mosca, G. (2005). “Física para la ciencia y la tecnología”.” 5º Edición. Ed. Reverté
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
- B-B-008. Bastero, J. (1982) “Curso de Mecánica”. Ediciones Universidad de Navarra
- B-B-009. Hutte (1987) “Manual del Ingeniero (fundamentos teóricos). Tomos I y II”. Ed. Gustavo Gili.
- B-B-010. Lafita, F.; Mata, H.(1968). “Introducción a la teoría de las vibraciones mecánicas”. Ed. Labor.
- B-B-011. Landau, Lifshitz (1986) “Mecánica de fluidos. Vol. 6” Reverté.
- B-B-012. Çencel, Y. A.; Cimbala, J.M. (2006) “Mecánica de fluidos. Fundamentos y aplicaciones”. Mc Graw_Hill Interamericana.
- B-B-013. White, F.M. (2008). “Mecánica de fluidos e hidráulica” Ed. Mc Graw-Hill (colección Schaum).
- B-B-014. Scala, J.J. (1988) “Mecánica de Fluidos”.6 Edición. Mc Graw-Hill
Material de clase
Tema 1. Teoría de Campos y Operadores Diferenciales
- MC-F-001. Teoría de Campos y Operadores
Diferenciales (PDF).
Presentación Power Point. - MC-F-002. Momentos de inercia (PDF).
Resumen de los conceptos fundamentales de centros de gravedad y momentos de inercia aplicables a la resolución de integrales lineales, dobles y triples. - MC-F-003. Centros de gravedad y momentos de
inercia (PDF).
Prentación en Power Point de los centros de gravedad y momentos de inercia de figuras geométricas conocidas. Aplicación a resolución de integrales.
Tema 2. Mecánica de Fluidos
- MC-F-004. Estática de Fluidos (PDF).
Presentación Power Point del tema. - MC-F-005. Dinámica de Fluidos (PDF).
Presentación Power Point del tema.
Tema 3. Mecánica de Hilos y Cables
- MC-F-006. Mecánica de Hilos (PDF).
Presentación en Power Point del tema Mecánica de Hilos.
Tema 4. Vibraciones Mecánicas: Aplicaciones a la Ingeniería.
- MC-F-007. Vibraciones Mecánicas (PDF).
Presentación Power Point. Contiene: conceptos básicos de vibración y movimiento armónico simple. Clasificación de las vibraciones: vibraciones libres sin amortiguamiento, vibraciones libres amortiguadas, vibraciones forzadas sin amortiguamiento, vibraciones forzadas amortiguadas. Transmisión de vibraciones. Conceptos básicos de movimiento ondulatorio. - MC-F-008. Teoría Vibraciones Mecánicas (PDF).
Resumen del tema.
- MC-F-001. Teoría de Campos y Operadores
Diferenciales (PDF).
Ejercicios, Proyectos y casos
Tema 1. Teoría de Campos y Operadores Diferenciales
- EP-F-001. Problemas Resueltos Teoria de Campos (PDF)
Problemas Resueltos Teoría de Campos y Operadores Diferenciales.
Tema 2. Mecánica de Fluidos
- EP-F-002. Unidades Presión (PDF)
Dos ejercicios prácticos de cambio de unidades. - EP-F-003. Bernoulli-Continuidad (PDF)
Ejercicio de aplicación del Teorema de Bernoulli y la ecuación de Continuidad. Cálculo de altura piezométrica y total en dos puntos de una tubería de distinta sección. - EP-F-004. Problemas Resueltos Mecánica de Fluidos
(PDF)
Probemas Resueltos Mecánica de Fluidos.
Tema 3. Mecánica de Hilos y Cables
- EP-F-005. Problemas Resueltos Mecánica de Hilos (PDF)
Tema 4. Vibraciones Mecánicas: Aplicaciones a la Ingeniería.
- EP-F-006. Problemas resueltos Vibraciones (PDF)
- EP-F-001. Problemas Resueltos Teoria de Campos (PDF)
Otros recursos
Tema 1. Teoría de Campos y Operadores Diferenciales
Animaciones:
- OR-F-001. Líneas de Campo
Muestra las líneas de campo y superficies equipotenciales correspondientes al campo eléctrico.
Tema 3. Mecánica de Hilos y Cables:
Curiosidades:
- OR-F-001. Puente-túnel Oresund (PDF)
Presentación y detalles constructivos del Puente-Túnel Oresund, medio de comunicación entre las ciudades de Copenhague (Dinamarca) y Malmö (Suecia) a través del estrecho Oresund.
Tema 4. Vibraciones Mecánicas: Aplicaciones a la Ingeniería
Animaciones:
- OR-F-002. Movimiento Circular (m.a.s)
Se demuestra que una componente del movimiento circular uniforme describe un movimiento armónico simple. - OR-F-003. Movimiento Vibratorio
Se ilustra y compara el movimneto armónico simple de un sistema masa-muelle con el de un cilindro que oscila. - OR-F-004. Movimiento Amortiguado Vibratorio
El factor de amortiguación se puede controlar con un botón deslizante. El factor máximo de amortiguamiento es de 100 y corresponde al amortiguamiento crítico . - OR-F-005. Movimiento Vibratorio Forzado
Oscilador armónico forzado por una fuerza armónica, la frecuencia y el factor de amortiguación del oscilador se pueden modoficar. .
Material audiovisual:
- OR-B-001. El Universo Mecánico. (1992). California Institute of Technology. 52 videos
- OR-E-001. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/
Curso interactivo de física. Escuela de Ingeniería Técnica Industrial. Universidad de Eibar - OR-E-002. http://mecfunnet.faii.etsii.upm.es
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industrial
- OR-F-001. Líneas de Campo
Autores del material
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos
Departamento de Física y Mecánica de la Ingeniería Agroforestal.
Mª Victoria Carbonell Padrino
Profesora Titular de Universidad
Elvira Martínez Ramírez
Profesora Titular de Universidad
Mercedes Flórez García
Profesora Titular de Escuela Universitaria