Mecánica Racional: Principios, Conceptos y Aplicaciones, Esquemas y mapas conceptuales de Física Clásica

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Mecánica Racional

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

Mg. Norman Osvaldo Aguirre Zaquinaula

CURSO: IM 221

La física es la ciencia que estudia la materia y la energía. La física se puede subdividir en las siguientes ramas: INTRODUCCION

1.3 DESARROLLO HISTORICO

• Arquímedes ( 287 - 212 A.C.) tratan el principio de la palanca. También se tiene registro en escritos antiguos de estudios sobre la polea, el plano inclinado y la llave de torsión
• Galileo Galilei ( 1564 - 1642 ) fue uno de los primeros colaboradores importantes. Su trabajo consistió en realizar experimentos con péndulos y cuerpos en caída.
• Isaac Newton ( 1642 - 1727 ), quien fue célebre por la formulación de las tres leyes fundamentales del movimiento (dinámica) y la ley de la atracción gravitacional universal, los cuales fueron expresados después en forma modificada por d’Alembert, Lagrange y Hamilton.
• Euler ( 1707 - 1793 ) fue quien primero utilizo el término momento de inercia y quien desarrolló el teorema de los ejes paralelos para los momentos de inercia. conocido por el nombre de teorema de Steiner.
• Max Planck ( 1858 - 1947 ), ha realizado las contribuciones más recientes a la Mecánica con la formulación de la Mecánica cuántica
• La validez de la mecánica newtoniana permaneció incólume hasta que Albert Einstein ( 1879 - 1955 ). formuló su teoría de la relatividad ( 1905 ). Si bien ahora se han reconocido las limitaciones de la mecánica newtoniana, ésta aún es la base de las actua les ciencias de la ingeniería.

Principios Generales

1.4 Conceptos fundamentales Los conceptos básicos que se emplean en la mecánica son espacio , tiempo , masa y fuerza :

• ESPACIO : El concepto de espacio se asocia con la noción de posición de un punto P. La posición de éste puede definirse por tres longitudes medidas desde cierto punto de referencia u origen , en tres direcciones dadas. Estas longitudes se reconocen como coordenadas de P.
• TIEMPO: El tiempo se considera una secuencia de eventos. Aunque los principios de la estática son independientes del tiempo, tal cantidad juega un rol importante en el estudio de la dinámica. Para definir un evento, no es suficiente con indicar su posición en el espacio sino que debe darse también el tiempo del evento.
• MASA: El concepto de masa tiene la función de caracterizar y comparar los cuerpos con base en ciertos experimentos mecánicos fundamentales. La propiedad de un cuerpo que hace que éste se resista a cualquier cambio de movimiento se denomina inercia. La masa es una medida cuantitativa de la inercia. Es una propiedad de la materia.

Conceptos adicionales

• La mecánica es una ciencia física puesto que estudia fenómenos físicos
• La mecánica es la base de la mayo ría de las ciencias de la ingeniería y es un requisito indispensable para estudiarlas
• La mecánica es una ciencia aplicada. Su propósito es explicar y predecir los fenómenos físicos y poner las bases para aplicarlas en ingeniería

1.5 Idealizaciones

• Partícula:
• Una partícula tiene masa, pero también un tamaño que puede despreciarse.
• Si un cuerpo se idealiza como una partícula, los principios de la mecánica se reducen a una forma bastante simplificada, ya que la geometría del cuerpo no estará incluida en el análisis del problema.
• Cuerpo Rígido:
• Un cuerpo rígido es la combinación de un gran número de partículas que ocupan posiciones fijas entre sí, tanto antes como después de la aplicación de una fuerza.
• Es un modelo importante porque la forma del cuerpo no cambia al aplicar una fuerza
• Fuerza Concentrada:
• Una fuerza concentrada representa el efecto de una carga que se supone actúa en cierto punto de un cuerpo.

Principios:

2. El principio de transmisibilidad. “Establece que las condiciones de equilibrio o de movimiento de un cuerpo rígido permanecerán inalteradas si una fuerza que actúa en un punto del cuerpo rígido se sustituye por una fuerza de la misma magnitud y la misma dirección, pero que actúe en un punto diferente, siempre que las dos fuerzas tengan la misma línea de acción”. 3. Primera Ley de Newton “Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es cero, la partícula permanecerá en reposo (si originalmente estaba en reposo) o se moverá con velocidad constante en línea recta (si originalmente estaba en movimiento)”.

Principios:

4. Segunda Ley de Newton: “Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en la dirección de ésta”. Expresado de otra manera, la fuerza no equilibrada que actúa sobre la partícula, es proporcional a la razón de cambio de la cantidad del momento lineal de dicha partícula. 5.-Tercera Ley de Newton: “Las fuerzas de acción y reacción de cuerpos en contacto tienen la misma magnitud, la misma línea de acción y sentidos opuestos”.

1.7 Sistemas de unidades

Sistema internacional de unidades

1.9 Procedimiento general para el análisis la forma más efectiva de aprender los principios de la ingeniería mecánica consiste en la resolución de problemas. Para hacerlo de manera exitosa, es importante siempre presentar el trabajo de una forma lógica y ordenada, como sugiere la siguiente secuencia de pasos: 1. Lea el problema con cuidado y trate de correlacionar la situación física real con la teoría estudiada. 2. Tabule los datos del problema y dibuje cualquier diagrama que sea necesario, mostrando las fuerzas que actúan sobre los cuerpos.(DCL). No olvide el peso del cuerpo si es relevante. 3. Aplique los principios relevantes, por lo general en una forma matemática. Cuando escriba ecuaciones, asegúrese de que sean dimensionalmente homogéneas. 4. Resuelva las ecuaciones necesarias y exprese la respuesta con no mas de tres cifras significativas. 5. Revise y estudie la respuesta con juicio técnico y sentido común para determinar si parece razonable o no.