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Academic Year/course: 2022/23

436 - Bachelor's Degree in Industrial Engineering Technology

30011 - Mechanics


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
30011 - Mechanics
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
436 - Bachelor's Degree in Industrial Engineering Technology
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

Subject matter and learning outcomes are focused on:

  • To teach students, using vector and matrix methods, the basic principles of the dynamics of rigid bodies in planar and 3D motion, and to show them how these laws of mechanics can be used to describe and predict the motion or its change.

  • To educate students to identify, formulate and solve engineering problems in rigid body dynamics.

The student, from these objectives, acquires training and competence to contribute to some extent to the achievement of the following targets of the Sustainable Development Goals 7 and 9, SDGs, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/en/)

7. Affordable and Clean Energy

7.3 By 2030, double the global rate of improvement in energy efficiency

9. Industry, Innovation and Infrastructure

9.5 Enhance scientific research, upgrade the technological capabilities of industrial sectors in all countries, in particular developing countries, including, by 2030, encouraging innovation and substantially increasing the number of research and development workers per 1 million people and public and private research and development spending

1.2. Context and importance of this course in the degree

The course encourages students’ creativity to model a mechanical system, and their ability to analyze, develop and understand its mathematical model of motion simulation. This task is based on the technical and mathematical concepts acquired in the previous courses.

Students also acquire an ability that provides them with a basis to apply kinematic and kinetic principles within following technological courses.

1.3. Recommendations to take this course

The following courses are required before taking this subject: Physics I, Mathematics I / II, Technical drawing.

Students are expected to know something about: vector calculus, differential and integral calculus, basic knowledge of dynamics of a particle and a rigid body, and fundamentals of spatial representation of mechanical systems.

Students are encouraged to attend classes on a regular basis, participate actively in the  lectures and lab sessions, and work on their homework assignments. Consistent attendance to the lectures will enable students to gain gradually knowledge, tackle easily the periodic tasks, as well as this will  have a positive influence on the grade they may obtain.

If students need academic support one-to-one tutoring is available for weekly appointments during the teacher’s office hours.

2. Learning goals

2.1. Competences

Students after module completion will have the knowledge/ know how to/be able to

Specific competence

  • Students will demonstrate an understanding of Newtonian-Eulerian physics and basic equations underlying kinematics and kinetics of rigid bodies in 2D and 3D motion, and apply to mechanisms, machines and vehicles.

Generic competence

  • Ability to solve a problem, make decisions, use initiative, be creative and make judgments about the results.
  • Ability to communicate effectively about technical issues related to mechanical modeling in the Spanish language.
  • Ability to use the methods, skills, and tools of Industrial Engineering for solving engineering tasks.
  • Ability to learn progressively and develop their own learning strategies

2.2. Learning goals

In order to pass this subject, at the end of the course, students should be able to:

  • 1. Distinguish absolute and relative motion
  • 2. Define the kinematic model of a mechanical system
  • 3. Identify the motion parameters of a mechanical system and its degrees of freedom.
  • 4. Understand and apply the concept of rolling without slipping
  • 5. Understand the contact forces between rigid bodies, driving forces; and draw clear and appropriate free-body diagrams.
  • 6. Understand and apply the concepts of center of mass and inertia tensor of a rigid body
  • 7. Apply the Newton-Euler’s equations of motion to mechanical systems and interpret the results.
  • 8. Understand how a gyroscope works and its application.

2.3. Importance of learning goals

Learning outcomes are fundamental because students know and apply the Newton- Euler´s laws to the motion simulation of real mechanical systems. That is the key to design mechanisms, machines, robots, and vehicles, as well as to control their motion. Students are also able to critically establish the dynamic parameters to design a mechanical system; and, from a conceptual perspective , analyze, and understand how it moves, without developing its mathematical model.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

There will be a comprehensive final exam according to the official schedule dates and location. It consists of three exercises:

1. Kinematics exercise. Learning outcomes assessment 1 to 4. Weight 35%

2. Kinetics exercise. Learning outcomes assessment 1 to 8. Weight 35%

3. Multiple-choice questions about lab sessions and tutored exercises.  Learning outcomes assessment 1 to 8. Weight 30%

The minimum grade per task is 4 out of 10

Continuous work fosters the achievement of the learning outcomes, so the student can replace the Kinematics exercise and the multiple-choice questions of the final exam by performing the next activities during the semester:

1- Attendance to the lab sessions,  completion of all the activities proposed in these sessions,  and hand over of the tutored exercises. Weight 30 %

2- Kinematics exercise at mid term. Weigth 35 %

The minimum grade per activity is 4 out of 10 in order to take an average with the kinetics exercise.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process of this subject is based on:

1. Lectures, where the instructor will explain the fundamentals of the subject and solve some problems applied to specific examples. These exercises can be found in the problem set provided at the beginning of the semester. 

A central component of this course is the solution to problems and the practical experience with such solutions, via homework assignments. It is recommended that students try to solve all the problems before seeking the assistance of any kind, and it is imperative that each student fully understands the solution to every homework problem. Copying the solutions of other students will only ensure poor test performance.

Instructors can help and guide to solve the homework problems, but they shall no present complete solutions.

2 Homework assignments, students are encouraged to work regularly during the semester through a homework assignments based on the concepts of the lab sessions and lectures in order to progress gradually in the comprehension of the matter.

Homework assignmenst and their corresponding due dates will be posted on the Moodle web page. The homework that is not presented in the deadline established will be considered late, and the student will have not the option of continuous assessment. 

3. Practice lab sessions. Students work together in groups and are expected to participate actively in the sessions. These activities will require practical demonstration and calculations, with the goal of reinforcing the lecture material.

4 The autonomous study, the time spent studying and doing homework is the single most important factor in students learning the process. Working with problems is the best way to learn the basic ideas in this course and to prepare for the exams. 

5. Tutoring, about any subject matter. To have the maximum benefit students should come with clear, specific and thoughtful questions.

Further information regarding the course will be provided on the first day of class.

4.2. Learning tasks

Students are expected to achieve the learning outcomes following the next activities:

Lectures

Forty-five hours during the semester according to the official schedule, where fundamental concepts, as well as problem resolution, are included. Although it is not a mandatory activity, regular attendance is highly recommended.

Lab sessions 

Alon the semester ther will be 5 sessions, 3 h each. Activities will require practical demonstration and measurement as well as accompanying calculations to check theory. Students should play the main role, guided by the instructor that will promote their participation and ability to make decisions. At each lab session, students will solve some questions to gauge how much they have learned. 

Homework assignment

Students are expected to spend about 15 hours to solve the problems assigned for homework. They may ask the Instructor for help to solve the homework.

Autonomous study

Outside class, students are expected to spend about 75 hours to study theory, solve problems, prepare lab sessions, and take exams.

Tutoring

Office hours will be posted on Moodle and degree webpage, to assist students with any question.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:  

  • 1. Introduction.
  • 2. Review of mathematical and geometry concepts.
  • 3. Kinematics modeling of mechanical systems.
  • 4. Kinematics of particles. Relative and absolute motion.
  • 5. Kinematics of rigid bodies in 3D motion. Rolling without slipping.
  • 6. Planar Kinematics of rigid bodies. Application to mechanisms.
  • 7. Forces in Newtonian mechanics of rigid bodies.
  • 8. Kinetics of particle
  • 9. Body parameters: center of gravity and inertia tensor.
  • 10. Newton-Euler’s laws of 3D motion: rigid body and multibody system.
  • 11. Newton-Euler’s laws of 2D motion. Free body diagram.

4.4. Course planning and calendar

Schedule of on-site activities and homework assignments

Lectures and lab sessions will be held according to the official schedule published before the course starts on the degree or university websites https://eina.unizar.es/.

During the course, the homework assignments will be posted on http://moodle2.unizar.es/; and collected on the due date.

 

4.5. Bibliography and recommended resources

Access to Bibliography:

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30011&year=2019


Curso Académico: 2022/23

436 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

30011 - Mecánica


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
30011 - Mecánica
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
436 - Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El contenido de la asignatura Mecánica se centra en el desarrollo de una metodología general que permita el estudio del movimiento en 3D y 2D del sólido rígido, y de sistemas mecánicos constituidos por un conjunto finito de sólidos rígidos. El análisis del movimiento del sistema consta de dos partes, Cinemática y Dinámica, que permiten establecer los modelos matemáticos teóricos que, con hipótesis simplificadas, explican el movimiento, o su cambio, con cierto grado de aproximación. Como complemento se presenta un tratamiento gráfico-matemático para el movimiento en 2D, aplicado a mecanismos, que permita tener una visión intuitiva del fenómeno mecánico real.

El estudiante, a partir de estos objetivos, adquiere capacitación y competencia para contribuir en cierta medida al logro de las metas siguientes de los Objetivos 7 y 9 de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/)

Objetivo 7: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna para todos.
Meta 7.3 De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética.
 
Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras.
Meta 9.5 Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura de Mecánica fomenta la creatividad del alumno para esquematizar sistemas mecánicos, y la habilidad para analizar, desarrollar y comprender los modelos matemáticos de simulación del movimiento correspondientes, requiriéndose el uso de conceptos técnicos y matemáticos proporcionados por las asignaturas de primer curso del Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales. Los conocimientos adquiridos por el alumno le proporcionan una formación básica para el seguimiento de asignaturas tecnológicas posteriores.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Es recomendable haber cursado Física I, Matemáticas I y II, y Expresión Gráfica, donde se habrán adquirido diversas competencias de cálculo vectorial, diferencial e integral, conceptos básicos de cinemática y dinámica de la partícula y del sólido rígido, así como fundamentos de representación espacial de sistemas mecánicos.

Se aconseja al alumno seguir la asignatura de forma presencial y continuada, asistiendo y participando activamente en las clases con el profesor, teóricas, de problemas, y prácticas, y realizar los trabajos tutelados. Esto permitirá al alumno adquirir paulatinamente los conocimientos impartidos en las diferentes sesiones y abordar sin dificultad las pruebas de evaluación y tareas periódicas programadas a lo largo del curso.

Para avanzar correctamente, el estudiante cuenta con la asesoría del profesor durante las horas de tutoría para el seguimiento de las actividades propuestas y para resolver cualquier duda que se le presente.

 

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias específicas:

1. Conocimiento y aplicación de las leyes de la Mecánica a mecanismos, máquinas y vehículos.

Competencias genéricas:

2. Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.

3. Capacidad para comunicar y transmitir conocimientos habilidades y destrezas en castellano.

4. Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería Industrial necesarias para la práctica de la misma.

5. Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

1. Aplica el concepto de movimiento absoluto y relativo a la cinemática de sistemas mecánicos

2. Define el esquema cinemático de un mecanismo

3. Define e identifica los parámetros del movimiento de un sistema mecánico y sus grados de libertad.

4. Entiende y aplica el concepto de rodadura sin deslizamiento.

5. Comprende y aplica las fuerzas que se generan en la interacción entre sólidos en sistemas mecánicos.

6. Comprende y aplica los conceptos de centro de masas y tensor de inercia en sistemas mecánicos

7. Aplica los teoremas vectoriales a sistemas mecánicos e interpreta los resultados obtenidos

8. Entiende el funcionamiento de un giróscopo y su aplicación

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los resultados de aprendizaje de la asignatura son fundamentales porque proporcionan al alumno dentro del ámbito de la Ingeniería Industrial un dominio de las leyes de la Mecánica para aplicarlas a la simulación del movimiento de sistemas mecánicos reales, punto básico de partida para el diseño de mecanismos, máquinas, robots, y vehículos, así como del control de su movimiento. A su vez le permite adquirir un carácter crítico para establecer los parámetros cinemáticos y dinámicos determinantes en el diseño de un sistema mecánico, y analizar y comprender su movimiento de forma conceptual, extrayendo conclusiones sin necesidad de desarrollar el modelo matemático.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación:

La evaluación de la asignatura es mediante un examen global en cada convocatoria, que consta de tres pruebas:

1. Ejercicio Cinemática. Resultados de aprendizaje 1 y 4. Valoración 35%

2. Ejercicio Dinámica. Resultados de aprendizaje 1 y 8. Valoración 35%

3. Ejercicios multirespuesta sobre las sesiones prácticas, y ejercicios tutelados. Resultados de aprendizaje 1 y 8. Valoración 30 % 

Para superar la asignatura es necesario obtener en cada prueba un mínimo de un 40%.

Dado que para alcanzar los resultados de aprendizaje se considera que es muy importante trabajar de forma continuada a lo largo del curso, el estudiante puede optar a las siguientes actividades de evaluación, sustitutorias del Ejercicio de Cinemática, y ejercicios multirespuesta del examen global:

1- Realización de todas las actividades propuestas en las prácticas (asistencia obligatoria) y entrega de los ejercicios tutelados. Valoración 30 %

2- Prueba escrita intermedia: Ejercicio Cinemática. Valoración 35 %

Es necesario obtener una puntuación mínima de un 40% en cada una de estas dos actividades para poder promediar con el Ejercicio de Dinámica de la prueba global.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

1. Clases magistrales, en las que el profesor explicará los principios básicos de la asignatura y resolverá algunos problemas aplicados a ejemplos específicos. Estos problemas se extraerán fundamentalmente de la colección que el profesor proporciona al estudiante al comienzo del semestre. Una parte importante del curso es la resolución de problemas, y la experiencia práctica con tales soluciones a través del trabajo continuo. Se recomienda que el alumno intente todos los problemas antes de obtener ayuda, y que entienda claramente la solución de cada problema. 

2. Trabajo tutelado para promover durante el cuatrimestre el trabajo continuado del alumno, mediante la realización y entrega de ejercicios sobre los conceptos en que se fundamenta la asignatura.

3. Prácticas de laboratorio. Se realizan en grupos de alumnos, que se mantienen a lo largo del curso, para trabajar en cada práctica, participando activamente. Las actividades incluirán demostraciones prácticas, así como cálculos y ejercicios conceptuales multirespuesta, con el objeto de reforzar el material de las clases. 

4. Trabajo autónomo. El tiempo invertido estudiando la materia y aplicándola a la resolución de ejercicios es el factor más importante en el proceso de aprendizaje del alumno. La resolución de ejercicios es el mejor modo de entender los conceptos clave en este curso, y de superar las actividades de evaluación.

5. Tutorías, que pueden relacionarse con cualquier parte de la asignatura. Se aconseja que el estudiante acuda a ellas con planteamientos convenientemente claros y reflexionados.

El planteamiento, metodología y evaluación de esta guía está preparado para ser el mismo en cualquier escenario de docencia.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Clases magistrales

Se introducen en 45 horas los principios teóricos básicos complementándose con la resolución de casos prácticos y problemas.

Es una actividad presencial, de asistencia no obligatoria, pero altamente recomendable.

Clases prácticas de laboratorio

5 sesiones de 3 h, donde el alumno realiza experiencias mecánicas que deben contrastarse con la teoría. Las clases deben ser protagonizadas por el alumno, donde el profesor motivará su participación y capacidad de tomar decisiones. Se propondrán cuestiones para favorecer el seguimiento y comprobar el grado de aprendizaje del alumno

Trabajos tutelados

La realización del trabajo tutelado supone una dedicación no presencial por parte del alumno de 15 horas, que se complementará con una asesoría por parte del profesor.

Estudio y trabajo personal

Esta es la parte no presencial de la asignatura, que se estima en unas 75 horas, necesarias para el estudio de teoría, resolución de problemas, preparación de las prácticas y de las pruebas escritas.

Tutorías

El profesor publicará un horario de atención a los estudiantes en Moodle y la página web del grado. 

4.3. Programa

Temario:

1. Introducción

2. Revisión de conceptos matemáticos y geométricos

3. Modelización cinemática de sistemas mecánicos   

4. Cinemática de la partícula. Composición de movimientos

5. Cinemática de sólido rígido. Rodadura sin deslizamiento

6. Cinemática plana. Aplicación a mecanismos

7. Fuerzas en la Mecánica Newtoniana del sólido rígido

8. Dinámica de la partícula

9. Geometría de masas. Centro de inercia y tensor de inercia

10. Teoremas vectoriales para el sólido rígido y sistemas multisólido

11. Dinámica vectorial aplicada a mecanismos planos

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de clases prácticas se imparten según horario establecido por el centro y es publicado con anterioridad a la fecha de comienzo del curso en la página web http://eina.unizar.es

Las principales actividades a realizar para seguir la asignatura se indicarán con antelación en la página Moodle de la asignatura, http://moodle2.unizar.es

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

La bibliografía de la asignatura se podrá consultar en este enlace:
http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=30011&year=2019

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