Tema 2. Oscil·lacions i ones (I)

Posted on by
Reply

Què pot ocórrer en un pont quan es produeix una oscil·lació pel vent o pel pas de vianants? Quin pot ser l’efecte de la ressonància en obres civils? Els fenòmens oscil·latoris són una part important dels fonaments físics de l’enginyeria civil que, a més a més, dóna resposta a les qüestions plantejades.

El resum en castellà d’aquest tema es pot consultar ací. Aquesta sessió se centrarà en el moviment oscil·latori on es presenta la cinemàtica i dinàmica del moviment amb acceleració proporcional al desplaçament respecte de la posició d’equilibri. S’estudiarà el moviment harmònic simple (MHS) per ser una aproximació que descriu moltes oscil·lacions que es presenten en la natura. En primer lloc, s’estudia la cinemàtica del MHS i s’introdueixen els conceptes d’elongació, velocitat i acceleració d’un mòbil que realitza aquest moviment i l’equació diferencial que el descriu. A més a més, s’analitza la relació entre el MHS i el moviment circular uniforme. També s’analitzarà la dinàmica del MHS i les forces recuperadores elàstiques com generadores de MHS. A partir de la llei de Hooke s’obté l’equació diferencial que descriu el MHS. Tota magnitud física que verifique aquesta es comportarà com un MHS. A partir d’ací s’obtenen les energies cinètica i potencial d’un MHS, demostrant-se que l’energia mecànica d’un MHS és constant.

Per acabar l’apartat del moviment oscil·latori, es tractaran la superposició de MHS, i els moviments oscil·latoris amortits i forçats, a més del fenomen de la ressonància.

El pont de Tacoma va patir els efectes devastadors de les oscil·lacions i el pont del Mil·leni de Londres va començar a balancejar-se quan hi passaven dues mil persones alhora (vibracions), vegeu aquests vídeos.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/SzObC64E2Ag" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/eAXVa__XWZ8" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

Tema 1. Principis i lleis fonamentals de la mecànica

Posted on by
Reply

La mecànica és la branca de la física que estudia el moviment i la seua relació amb les causes que l’originen. La cinemàtica és la branca de la mecànica que estudia les característiques del moviment sense considerar les causes que l’originen (és a dir, les forces). La dinàmica és la branca de la mecànica que estudia la relació del moviment amb la força i la massa.

En aquest tema posarem les bases per a entendre el concepte d’equilibri estàtic com a un cas particular de la dinàmica. És molt important per a l’edificació l’estudi de les forces i els moments necessaris perquè els cossos molt amples romanguen estàtics. Per exemple, els cables que suporten un pont han de tindre la resistència adequada, les grues que aixequen un pes han de dissenyar-se perquè no es tomben, etc. Les causes de les interaccions entre els cossos es descriuen mitjançant forces.

Les lleis de Newton relaciones les forces que els cossos exerceixen entre ells, i també relacionen els canvis en el moviment d’un objecte amb les forces que hi actuen. Aquestes lleis són: la llei d’inèrcia, l’equació fonamental de la dinàmica i el principi d’acció i reacció. Cal assenyalar que el concepte de sistema de referència inercial és fonamental per a les lleis del moviment de Newton. Tant la primera com la segona llei de Newton són vàlides únicament en els sistemes de referència inercials. Per a la tercera llei de Newton cal entendre que les forces d’acció i reacció actuen sobre cossos diferents i, encara que són iguals i oposades, no s’equilibren. El pes, com a exemple de força de gran interés de l’enginyeria, és la força amb què la Terra atrau a un objecte.

L’aplicació de les lleis de Newton a la resolució de problemes d’estàtica és molt important, així com dibuixar correctament les forces que actuen sobre un cos (és a dir, el diagrama de sòlid lliure). Donat el caràcter vectorial de la força, aquest tema també revisa les operacions vectorials i les seues propietats i els conceptes de magnituds i unitats en física. S’acaba amb una breu descripció del tractament d’errors i xifres significatives.

Un document amb un resum d’aquest bloc temàtic es pot descarregar des del campus virtual de la Universitat d’Alacant. Una versió en castellà d’aquest bloc la podeu trobar ací.

Els vídeos descriuen les lleis de Newton i explica el significat de l’equació fonamental de la dinàmica, F = m·a.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/XrY9aE_7aF4" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/KQYJjHrIDlc" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

Ejercicios tipo investigación (I)/Exercicis tipus investigació (I)

Posted on by
Reply

Este tipo de ejercicios plantean problemas abiertos y sin datos numéricos. El alumnado debe elaborar una propuesta de solución preguntándose qué conocimientos necesita para poder plantearla y los datos que se deberían obtener. Algunas situaciones que se adaptarían al primer bloque de contenidos “Principios y leyes fundamentales de la mecánica” podrían ser las siguientes:

  1. ¿Cómo podemos estimar la profundidad a la que se encuentra el agua en un pozo?
  2. Una ingeniera trabaja en el diseño urbano de una parte montañosa de la provincia de Alicante, de manera que hasta los automóviles de pequeña cilindrada sean capaces de subirlas sin detenerse. En un examen poco riguroso estima que la pendiente debe ser de 10º, ¿está en lo cierto?
  3. Un ingeniero tiene que diseñar un muelle para colocar en la base del hueco de un ascensor, ¿cómo le podremos ayudar en esta tarea?

Aquest tipus d’exercicis plantegen problemes oberts i sense dades numèriques. L’alumnat ha d’elaborar una proposta de solució preguntant-se què coneixements necessita per a poder plantejar-la i les dades que s’haurien d’obtenir. Algunes situacions que s’adaptarien al primer bloc de continguts “Principis i lleis fonamentals de la mecànica” podrien ser les següents:

  1. Com podem estimar la profunditat a la qual es troba l’aigua en un pou?
  2. Una enginyera treballa en el disseny urbà d’una part muntanyosa de la província d’Alacant, de manera que fins els automòbils de petita cilindrada siguen capaços de pujar-les sense aturar-se. En un examen poc rigorós estima que el pendent ha de ser de 10º, està ben feta aquesta estimació?
  3. Un enginyer ha de dissenyar un ressort per a col·locar en la base del buit d’un ascensor, com podem ajudar-li en aquesta tasca?

Laboratori de física (I)

Posted on by
Reply

Hui comencen les classes dels fonaments físics de l’enginyeria civil amb les sessions pràctiques de laboratori. Com que tota la informació la podeu consultar en la guia detalladament, en aquesta entrada només farem un resum de les activitats que es faran en aquesta primera setmana.

Ja teniu en el campus virtual les diapositives corresponents a la primera sessió del laboratori de física, els exercicis proposats i el full de càlcul per al tractament de dades experimentals del mètode de mínims quadrats. També podeu descarregar un model de memòria de pràctiques i un exemple resolt. L’objectiu d’aquesta sessió és entendre que tota mesura experimental té una incertesa (error absolut).  Caldrà aprendre les condicions particulars per a expressar l’error absolut amb dues xifres significatives i aplicar el cas general d’una xifra significativa en la resta de casos. A més a més, qualsevol valor experimental s’expressarà amb el seu error absolut i la unitat corresponent.

Prepareu la següent sessió tractant d’estimar el volum d’una habitació utilitzant una cinta mètrica. Amb l’ajuda de les diapositives deduïu l’error absolut que s’ha comés en el càlcul del volum. A continuació teniu un parell d’exemples d’instruments de mesura utilitzats en el laboratori de física (vídeos en castellà).

Les pràctiques de laboratori són fonamentals per entendre molts fenòmens físics, tractament de dades experimentals i presentació de treballs tècnics. En aquesta primera pràctica s’explica un instrument per a mesurar longituds i els seus errors. Com a exercici es tracta de deduir el valor del volum d’un cilindre a partir de les longituds que es mesuren amb el peu de rei en aquest vídeo.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/Htuc2Py1vVc" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

El micròmetre, també anomenat cargol de Palmer, és un aparell que serveix per a mesurar amb precisió dimensions de l’ordre de centèsimes de mil·límetre. L’instrument es basa en un cargol de pas constant roscat interiorment que en anar girant desplaça un tambor graduat on indica la distància recorreguda linealment pel cargol. El vídeo següent explica el seu funcionament i un exemple de com s’utilitza per a mesurar longituds.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/2986xttTaRc" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

¿Porqué es importante saber los sistemas de unidades y sus factores de conversión?

Posted on by
Reply

El alumnado, normalmente, piensa que este aspecto de la física, en particular, y de la ciencia, en general, no es importante. Sin embargo, no es lo mismo equivocarse en un ejercicio sobre un papel que sobre un problema real de ingeniería o de ciencia.

Para darle valor a esta entrada, se adjuntan algunas noticias y las causas de los accidentes que han ocurrido por razones que nunca debieran suceder.

  1. Pérdida de la Mars Climate Orbiter (septiembre 1999), una misión de la NASA debido a que una parte del equipo de ingenieros trabajaba en unidades inglesas (pies, pulgadas y libras) mientras otra trabajaba en el sistema métrico decimal. Increíble pero cierto y a continuación algunos enlaces originales para su comprobación (normalmente en inglés, obviamente):

    1. Página oficial de la misión aquí.
    2. Noticias de la CNN acerca del suceso, aquí y aquí.
    3. Noticia en el Washintong Post.
    4. O en la BBC.
  2. Otro suceso parecido ocurrió con un vuelo de la compañía Air Canada en 1983. En este caso se debió a que el peso de combustible lo midieron en libras (22.300) en lugar de kp (22.300). La consecuencia fue que el avión se quedo sin combustible en pleno vuelo ya que pusieron menos de la mitad del combustible necesario (1 libra equivale aproximadamente a 0,45 kp).
    1. CBC digital archives.
    2. Otra referencia en una clase de matemáticas, aquí.
    3. Noticia en el New York Times.
  3. Descarrilamiento en la montaña rusa del Tokyo Disneyland’s Space Mountain. En este caso fue debido a que la compañía que suministraba los ejes para los cojinetes cambió al sistema métrico decimal y modificó el valor del diámetro de los ejes a partir de ese cambio. La consecuencia fue que el espacio entre el eje y los cojinetes fue casi de un mm, en vez de ser del orden de 0,2 mm. Esto produjo más vibraciones de las normales produciendo la rotura de un eje en la parte final de la montaña rusa.
    1. Metric/English conversions errors.
    2. Confusion between units or systems of measurement.
    3. Some famous unit conversion errors!
  4. ¿Podéis encontrar algún ejemplo más?

Curso 2013-14 de FFIC

Posted on by
Reply
Bienvenidas/os al blog de Fundamentos Físicos de la Ingeniería Civil del Grado en Ingeniería Civil de la Universidad de Alicante. En él podéis encontrar información sobre la asignatura, así como enlaces de interés. Esperamos que entre todos podamos sacarle el máximo jugo a esta nueva herramienta de comunicación.
La principal novedad académica para el curso 2013-14 es la elaboración de materiales que favorecerán el aprendizaje autónomo del alumnado: objetivo fundamental del Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). Los contenidos del curso y la mayor parte de los materiales que se utilizarán en las clases se facilitarán a través del RUA a medida que se vayan produciendo.
Benvinguts/des al bloc de Fonaments Físics de l’Enginyeria Civil del Grau en Enginyeria Civil de la Universitat d’Alacant. Ací trobareu informació sobre l’assignatura i enllaços d’interés. Esperem que entre tots puguem traure-li el màxim suc a aquesta nova eina de comunicació.
La principal novetat acadèmica és l’elaboració de materials que afavoriran l’aprenentatge autònom de l’alumnat: objectiu fonamental de l’Espai Europeu d’Educació Superior (EEES). Els continguts del curs i molts dels materials que s’utilitzaran en les classes es posaran al vostre abast a través del RUA a mesura que es vagen produint.