FÍSICA I. ESTÁTICA, CINEMÁTICA, DINÁMICA Y MECÁNICA DE FLUIDOS. TEORÍA Y PROBLEMAS RESUELTOS - Tecno-Libro

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PARTE I. ESTÁTICA

1. Análisis vectorial y sistemas de vectores deslizantes.
1.1. Análisis vectorial.
1.2. Sistemas de vectores deslizantes.
Problemas resueltos.
Problemas propuestos.

2. Equilibrio de la partícula y de los sistemas de partículas.
2.1. Equilibrio.
2.2. Punto libre y punto ligado.
2.3. Equilibrio de un punto libre.
2.4. Equilibrio de un punto material en el caso de la existencia de un potencial.
2.5. Equilibrio de un punto material ligado a una superficie.
2.6. Equilibrio de un punto material ligado a una curva.
2.7. Equilibrio de un sistema de partículas.
Problemas resueltos.
Problemas propuestos.

3. Equilibrio del sólido rígido.
3.1. Desplazamiento virtual. Trabajo virtual.
3.2. Teorema de los trabajos virtuales.
3.3. Equilibrio del solido rígido.
3.4. Equilibrio de los sistemas constituidos por sólidos.
3.5. Ecuaciones de la estática de la partícula, de los sistemas de partículas y del sólido rígido.
Problemas resueltos.
Problemas propuestos.

4. Geometría de masas.
4.1. Centro de masas (C.D.M.) o centroide.
4.2. Invariancia del centro de masas en las transformaciones lineales.
4.3. Simplificación en la determinación del centro de masas.
4.4. Centro de gravedad (C.D.G.).
4.5. Teoremas de Pappus-Guldin.
4.6. Momentos de inercia.
4.7. Momentos de inercia respecto de los planos, ejes y origen de coordenadas en un sistema cartesiano.
4.8. Momentos de inercia de un sólido respecto de los planos, ejes y origen de un sistema cartesiano.
4.9. Principio de superposición.
4.10. Teorema de Steiner.
Problemas resueltos.
Problemas propuestos.

PARTE II. CINEMÁTICA

5. Cinemática de la partícula
5.1. Vector posición, velocidad y aceleración
5.2. Derivada de un vector (fórmula de Poisson)
5.3. Coordenadas cartesianas
5.4. Coordenadas intrínsecas o triedro de Frenet (triedro variable en dirección)
5.5. Cálculo de la trayectoria de una partícula
5.6. Clasificación de los movimientos
5.7. Movimiento rectilíneo.
5.8. Coordenadas polares
Problemas resueltos
Problemas propuestos

6. Cinemática del sólido rígido
6.1. Sólido rígido
6.2. Movimiento de traslación
6.3. Movimiento de rotación alrededor de un eje fijo
6.4. Movimiento general de un sólido
6.5. Movimiento helicoidal equivalente
6.6. Movimiento plano de un sólido (S)
6.7. Movimiento de rodadura sin deslizamiento
6.8. Composición de movimientos. Movimiento relativo
Problemas resueltos
Problemas propuestos

PARTE III. DINÁMICA

7. Teoría de campos
7.1. Vector posición de un punto
7.2. Derivada de un vector
7.3. Triedro de Frenet
7.4. Fórmulas de Frenet
7.5. Derivada parcial y diferencial de una función.
7.6. Campo escalar
7.7. Campo vectorial
7.8. Gradiente de una magnitud escalar
7.9. Operadores diferenciales
7.10. Circulación de un vector a lo largo de una línea
7.11. Flujo de un vector a través de una superficie
7.12. Teorema de Stokes
7.13. Teorema de Gauss
7.14. Clases de campos vectoriales
Problemas resueltos
Problemas propuestos

8. Campos de fuerzas
8.1. Punto material y sistemas de puntos materiales
8.2. Noción de fuerza
8.3. Rozamiento
8.4. Postulados de la mecánica clásica
8.5. Campos de fuerzas
8.6. Trabajo elemental de una fuerza
8.7. Trabajo a lo largo de una curva
8.8. Campos conservativos. Energía potencial (U). Potencial (V)
8.8.1. Propiedades de los campos conservativos
8.9. Acciones newtonianas
8.10. Ley de gravitación universal. Masa gravitatoria. Peso de un cuerpo
8.11. Postulado de la igualdad de la masa inerte y la masa gravitatoria
Problemas resueltos
Problemas propuestos

9. Dinámica
9.1. Ecuación fundamental de la dinámica del punto material
9.2. Principio de d´Alembert
9.3. Teorema de la energía cinética
9.4. Teorema de la conservación de la energía
9.5. Cantidad de movimiento
9.6. Teorema de la cantidad de movimiento.
9.7. Momento cinético
9.8. Teorema del momento cinético.
9.9. Conservación del momento cinético
9.10. Momento cinético de un sólido en rotación alrededor de un eje fijo
9.11. Energía cinética de un sólido en rotación alrededor de un eje fijo
9.12. Teoremas del movimiento del centro de gravedad.
9.13. Momento cinético de un sistema de partículas con relación a un punto fijo.
9.14. Energía cinética de un sistema de partículas referida a su centro de gravedad.
Problemas resueltos
Problemas propuestos

PARTE IV. MECÁNICA DE FLUIDOS

10. Estática de fluidos
10.1. Tipos de fluidos. Densidad. Presión.
10.2. Ecuación general de la hidrostática.
10.3. Principio de Arquímedes.
Problemas resueltos
Problemas propuestos

11. Dinámica de fluidos
11.1. Movimiento de fluidos. Introducción.
11.2. Ecuación de continuidad.
11.3. Teorema de Bernoulli.
11.4. Fluidos reales. Viscosidad.
11.5. Ley de viscosidad de Newton.
11.6. Flujo laminar y turbulento. Número de Reynolds.
11.7. Ley de Poiseuille.
Problemas resueltos
Problemas propuestos

Este libro surge de la necesidad percibida en los estudiantes de los primeros cursos de diversos estudios de Ingeniería y Arquitectura, para conocer y afianzar los conceptos básicos de la Física y sus posteriores aplicaciones a los problemas reales que se plantean en el día a día de cualquier profesional de los diferentes campos técnicos donde se desarrollan estas disciplinas.

Se complementa con el libro Física II. Electricidad, Magnetismo, Ondas, Óptica y Termodinámica, de los mismos autores, dedicado a otras áreas básicas de la Física, como son: la Electricidad, el Magnetismo, las Ondas, la Óptica y la Termodinámica, formando una colección que cubre completamente los contenidos de un curso básico de Física general aplicada.

Estos libros presentan un enfoque teórico fundamental, acompañado de la aplicación práctica inmediata de los conocimientos adquiridos en una colección de Problemas Resueltos y otra de Problemas Propuestos, con la solución indicada, para que el proceso de aprendizaje pueda autoevaluarse. Todos los problemas recogidos en los dos volúmenes son problemas tipo examen de diversas escuelas de Ingeniería y Arquitectura donde los autores han impartido clase durante muchos años, lo que garantiza que estos libros se han estructurado de la manera más adecuada para que el alumno pueda adquirir los conocimientos necesarios de estas materias.

Física I. Estática, Cinemática, Dinámica y Mecánica de Fluidos incluye los contenidos necesarios para afrontar con garantías materias técnicas que el alumno tendrá que cursar posteriormente como la Mecánica y Mecanismos, la Resistencia de Materiales, la Mecánica de Fluidos y la Hidráulica.

Física I se ha organizado en cuatro grandes bloques temáticos que comprenden:

1. Estática: que se ha organizado en cuatro capítulos:
Análisis vectorial y sistemas de vectores deslizantes, donde se presentan las magnitudes Físicas, tanto escalares como vectoriales, que definen los diferentes fenómenos presentes en la naturaleza, y permiten analizar las diferentes partes de la Mecánica Aplicada (Estática, Cinemática y Dinámica).
Equilibrio de la partícula y de los sistemas de partículas. Aquí se estudia el equilibrio de las partículas, tanto en un punto libre como en un punto ligado. Se desarrolla el equilibrio de un punto material existiendo un potencial ligado a una superficie y a una curva y por último se revisa el Equilibrio de un sistema de partículas.

Equilibrio del sólido rígido, una vez analizado y desarrollado el sistema de vectores deslizantes que representan las fuerzas aplicadas en los diferentes cuerpos (partícula, sistema de partículas y sólido rígido), se trabaja en el estudio pormenorizado del equilibrio de los mismos, fundamental en la adquisición de la competencia que resuelve los diferentes sistemas estructurales.

Geometría de masas, donde se evidencia que determinar con exactitud, tanto la posición del centro de masas, centroide y centro de gravedad de los diferentes cuerpos, como sus momentos de inercia, es clave en la comprensión del movimiento y comportamiento de los mismos.

2. Cinemática: que se ha estructurado en dos capítulos:

Cinemática de la partícula, donde se presenta la partícula o punto material definiendo su posición y sometida a los campos vectoriales de velocidades y aceleraciones que definen los diferentes movimientos de la partícula.

Cinemática del sólido rígido, aquí se definen los sistemas de puntos materiales y el sólido rígido, considerando éste como un sistema de puntos materiales continuo e indeformable. Estudiando, como en el caso de la partícula, la posición, velocidad y aceleración de los cuerpos para definir los diferentes movimientos o composición de movimientos a los que pueden estar sujetos.

3. Dinámica: que comprende tres capítulos:
Teoría de campos, se introducen a través de la Geometría Diferencial y los distintos operadores diferenciales, los conceptos de circulación y flujo de los campos vectoriales y la clasificación de los mismos.
Campos de fuerza, donde de manera particularizada se analizan los diferentes campos vectoriales de fuerza, conservativos y no conservativos, determinando el trabajo y la energía de los mismos.

Dinámica, en este último capítulo se estudia el movimiento de los cuerpos (partícula, sistemas de partículas y sólido rígido) atendiendo a las causas (fuerzas) que lo provocan, introduciendo los diferentes teoremas y leyes que gobiernan la Mecánica Clásica.

4. Mecánica de Fluidos: que se organiza en dos capítulos:

Estática de Fluidos, donde se estudian los tipos de fluidos y sus propiedades, se plantea la ecuación general de la hidrostática y se enuncia el principio de Arquímedes.

Dinámica de Fluidos, donde se revisa el movimiento de los fluidos, se enuncia la ecuación de continuidad, se plantea el teorema de Bernoulli. A continuación, se estudian los fluidos reales y sus propiedades y se enuncia la ley de viscosidad de Newton. Por último, se estudia el flujo la-minar y turbulento y el número de Reynolds y se enuncia la ley de Poiseuille.

Este libro se ha concebido con un único objetivo: ayudar al lector a comprender, ampliar y superar los conocimientos necesarios de las materias básicas de la Física y la Mecánica aplicadas de una manera ágil y dinámica.