Tema 1. Principios y leyes fundamentales de la mecánica

La Mecánica se ocupa de las relaciones entre los movimientos de los sistemas materiales y las causas que lo producen. Cuando se describe el movimiento prescindiendo de las causas que lo originan y de la naturaleza de cuerpo que se mueve, esto es lo que estudia la parte de la Mecánica denominada Cinemática. La parte de la Mecánica que estudia el movimiento teniendo en cuenta las causas que lo originan recibe el nombre de Dinámica. Como caso particular, la Estática estudia las fuerzas y el equilibrio de los cuerpos.

En este bloque se recordarán los conceptos de vector de posición, vector desplazamiento, vectores velocidades media e instantánea y vectores aceleraciones media e instantánea. Una propiedad interesante del vector velocidad que liga conceptos físicos con conceptos matemáticos es que éste es tangente a la trayectoria del cuerpo en cada punto. La aceleración instantánea se descompone en sus componentes intrínsecas perpendiculares: aceleración normal y aceleración tangencial. La primera tiene en cuenta el cambio en la dirección del vector velocidad y es inversamente proporcional al radio de curvatura de la trayectoria, y la segunda atiende el cambio en el módulo del vector velocidad.

A continuación se estudiarán los diferentes movimientos rectilíneos, circulares y la composición de movimientos (tiro parabólico). Se obtendrán las leyes que gobiernan estos movimientos y se aplicarán a casos prácticos relacionados con algunas aplicaciones de la ingeniería civil.

Las interacciones entre cuerpos, ya sean por contacto o de acción a distancia, se establecen mediante fuerzas, cuyo carácter vectorial hace que para su análisis sea necesario saber el álgebra vectorial. La Dinámica se basa en las tres leyes de Newton: la ley de inercia, la ecuación fundamental de la dinámica y la ley de acción y reacción. Es importante entender el significado de estas leyes para su correcta aplicación en la resolución de ejercicios de dinámica.

Este bloque continuará con el estudio de los conceptos de momento lineal y momento angular y las leyes de conservación. La ecuación fundamental de la dinámica se puede establecer a partir de la variación temporal del momento lineal, la cual se debe utilizar cuando en el sistema físico analizado haya variación de masa.

Se estudiarán dos de los conceptos más importantes de la física, trabajo y energía. Se definirá el trabajo realizado por una fuerza que actúa sobre un cuerpo de masa m. Otro concepto importante es la potencia, que es la rapidez con que una fuerza realiza un trabajo. El concepto de trabajo permite definir la energía cinética de un cuerpo de masa m en movimiento. El teorema de la energía cinética o de las fuerzas vivas establece que el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto es igual a la variación de energía cinética de éste. En otras palabras, se puede entender la energía cinética como la capacidad que poseen los cuerpos para producir trabajo debido a su movimiento.

A continuación se definirán la fuerza conservativa y no conservativa, lo que dará lugar a la definición de energía potencial. Precisamente, el trabajo realizado por una fuerza conservativa sobre una partícula es igual a la variación de su energía potencial (gravitatoria, elástica, eléctrica, etc). En el caso de que las fuerzas externas no realicen trabajo sobre el sistema y todas las fuerzas internas sean conservativas, la energía mecánica total del sistema permanece constante. Se aplicarán las leyes fundamentales obtenidas en este capítulo a situaciones cercanas a los problemas que resuelve la ingeniería civil.

De acuerdo a lo que nos marca la guía de la asignatura, el alumnado deberá conseguir el aprendizaje de este bloque a través de 4 horas de docencia presencial (en las que el profesorado desarrollará las diferentes metodologías para lograrlo) y 6 de trabajo individual del alumnado (con el apoyo de las tutorías tanto presenciales como virtuales).

Bibliografía

  1. Douglas C. Giancoli, Física. Principios con aplicaciones, Prentice-Hall Hispano Americana, S. A., 1998 (4ª edición, capítulos 1-6) (English version on the web site)
  2. Paul A. Tipler & G. Mosca, Física para la ciencia y la tecnología (2 tomos), Editorial Reverté, 2010 (6ª edición, capítulos 1-7) (versió en català)
  3. R. A. Serway & J. W. Jewett, Physics for scientists and engineers with modern physics, BROOKS/COLE CENGAGE Learning, 2010 (8ª edición, capítulos 1-7)
  4. S. Burbano, E. Burbano y C. Gracia, Problemas de física, Editorial Tébar, 2004
  5. F. A. González, La física en problemas, Editorial Tébar, 2000
  6. C. Carnero, J. Aguiar y J. Carretero, Problemas de física: mecánica, Librería Ágora, 1996

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