Mecánica aplicada

La mecánica aplicada es la rama de la ciencia que se ocupa del movimiento de cualquier sustancia que los humanos pueden experimentar o percibir sin la ayuda de instrumentos. ^{[ 1 ]} En resumen, cuando los conceptos de mecánica trascienden lo teórico y se aplican y ejecutan, la mecánica general se convierte en mecánica aplicada. Es esta marcada diferencia la que hace de la mecánica aplicada un conocimiento esencial para la vida práctica cotidiana. ^{[ 2 ]} Tiene numerosas aplicaciones en una amplia variedad de campos y disciplinas, incluyendo, entre otras, la ingeniería estructural , la astronomía , la oceanografía , la meteorología , la hidráulica , la ingeniería mecánica , la ingeniería aeroespacial , la nanotecnología , el diseño estructural , la ingeniería sísmica , la dinámica de fluidos , las ciencias planetarias y otras ciencias de la vida. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Al conectar la investigación entre numerosas disciplinas, la mecánica aplicada desempeña un papel importante tanto en la ciencia como en la ingeniería . ^{[ 1 ]}

La mecánica pura describe la respuesta de los cuerpos (sólidos y fluidos) o sistemas de cuerpos a la acción de fuerzas externas, ya sea en estado de reposo o de movimiento. La mecánica aplicada tiende un puente entre la teoría física y su aplicación a la tecnología .

La mecánica aplicada se puede dividir en mecánica de partículas (mecánica de objetos macroscópicos modelados como partículas puntuales ), mecánica de cuerpos rígidos (mecánica de cuerpos macroscópicos no deformables con una forma definida), mecánica de sólidos (mecánica de sólidos macroscópicos deformables , incluyendo la deformación elástica y plástica ) y mecánica de fluidos (mecánica de fluidos macroscópicos). Cada rama de la mecánica aplicada se subdivide en estática (el estudio de cuerpos sobre los que actúan fuerzas y pares resultantes nulos ) y dinámica (el estudio de cuerpos sobre los que actúan fuerzas y pares resultantes distintos de cero).

Dentro de las ciencias prácticas, la mecánica aplicada es útil para formular nuevas ideas y teorías, descubrir e interpretar fenómenos y desarrollar herramientas experimentales y computacionales. ^{[ 5 ]} En la aplicación de las ciencias naturales , se decía que la mecánica se complementaba con la termodinámica , el estudio del calor y, más generalmente, de la energía , y la electromecánica , el estudio de la electricidad y el magnetismo .

Los problemas de ingeniería generalmente se abordan con mecánica aplicada mediante la aplicación de teorías de mecánica clásica y mecánica de fluidos . ^{[ 4 ]} Debido a que la mecánica aplicada puede aplicarse en disciplinas de ingeniería como la ingeniería civil , la ingeniería mecánica , la ingeniería aeroespacial , la ingeniería de materiales y la ingeniería biomédica , a veces se la denomina mecánica de ingeniería. ^{[ 4 ]}

La ciencia y la ingeniería están interconectadas con respecto a la mecánica aplicada, ya que las investigaciones en ciencia están vinculadas a los procesos de investigación en las disciplinas de ingeniería civil, mecánica, aeroespacial, de materiales y biomédica. ^{[ 1 ]} En ingeniería civil , los conceptos de mecánica aplicada se pueden aplicar al diseño estructural y a una variedad de subtemas de ingeniería como ingeniería estructural, costera, geotécnica, de construcción y sísmica . ^{[ 4 ]} En ingeniería mecánica , se puede aplicar en mecatrónica y robótica , diseño y dibujo, nanotecnología , elementos de máquinas, análisis estructural, soldadura por fricción-agitación e ingeniería acústica . ^{[ 4 ]} En ingeniería aeroespacial , la mecánica aplicada se utiliza en aerodinámica, mecánica estructural aeroespacial y propulsión, diseño de aeronaves y mecánica de vuelo. ^{[ 4 ]} En ingeniería de materiales, los conceptos de mecánica aplicada se utilizan en termoelasticidad, teoría de la elasticidad , mecanismos de fractura y falla, optimización del diseño estructural, fractura y fatiga, materiales activos y compuestos, y mecánica computacional. ^{[ 6 ]} La investigación en mecánica aplicada puede vincularse directamente con áreas de interés de la ingeniería biomédica, como la ortopedia; la biomecánica; el análisis del movimiento del cuerpo humano; el modelado de tejidos blandos de músculos, tendones, ligamentos y cartílagos; la biomecánica de fluidos; y los sistemas dinámicos, la mejora del rendimiento y el control óptimo. ^{[ 7 ]}

La primera ciencia con fundamento teórico basado en las matemáticas fue la mecánica ; los principios subyacentes de la mecánica fueron delineados por primera vez por Isaac Newton en su libro de 1687, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ^{[ 3 ]} . Una de las primeras obras en definir la mecánica aplicada como una disciplina propia fue el Handbuch der Mechanik, en tres volúmenes , escrito por el físico e ingeniero alemán Franz Josef Gerstner . ^{[ 8 ]} La primera obra fundamental sobre mecánica aplicada publicada en inglés fue A Manual of Applied Mechanics en 1858 por el ingeniero mecánico inglés William Rankine . ^{[ 8 ] [ 9 ]} August Föppl , ingeniero mecánico y profesor alemán, publicó Vorlesungen über technische Mechanik en 1898, en la que introdujo el cálculo al estudio de la mecánica aplicada. ^{[ 8 ]}

La mecánica aplicada se estableció como una disciplina separada de la mecánica clásica a principios de la década de 1920 con la publicación del Journal of Applied Mathematics and Mechanics , la creación de la Society of Applied Mathematics and Mechanics y la primera reunión del Congreso Internacional de Mecánica Aplicada . ^{[ 1 ]} En 1921, el científico austriaco Richard von Mises comenzó el Journal of Applied Mathematics and Mechanics ( Zeitschrift für Angewante Mathematik und Mechanik ) y en 1922, junto con el científico alemán Ludwig Prandtl, fundó la Society of Applied Mathematics and Mechanics ( Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik ). ^{[ 1 ]} Durante una conferencia sobre hidrodinámica y aerodinámica celebrada en Innsbruck , Austria, en 1922, Theodore von Kármán , un ingeniero húngaro, y Tullio Levi-Civita , un matemático italiano, se reunieron y decidieron organizar una conferencia sobre mecánica aplicada. ^{[ 1 ]} En 1924 se celebró en Delft , Países Bajos, la primera reunión del Congreso Internacional de Mecánica Aplicada, a la que asistieron más de 200 científicos de todo el mundo. ^{[ 1 ] [ 3 ]} Desde esta primera reunión, el congreso se ha celebrado cada cuatro años, excepto durante la Segunda Guerra Mundial ; el nombre de la reunión se cambió a Congreso Internacional de Mecánica Teórica y Aplicada en 1960. ^{[ 1 ]}

Debido al panorama político impredecible en Europa después de la Primera Guerra Mundial y la agitación de la Segunda Guerra Mundial, muchos científicos e ingenieros europeos emigraron a los Estados Unidos. ^{[ 1 ]} El ingeniero ucraniano Stephan Timoshenko huyó del Ejército Rojo bolchevique en 1918 y finalmente emigró a los EE. UU. en 1922; durante los siguientes veintidós años enseñó mecánica aplicada en la Universidad de Michigan y la Universidad de Stanford . ^{[ 10 ]} Timoshenko fue autor de trece libros de texto en mecánica aplicada, muchos considerados el estándar de oro en sus campos; también fundó la División de Mecánica Aplicada de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos en 1927 y es considerado el "Padre de la Mecánica de la Ingeniería de Estados Unidos". ^{[ 10 ]} En 1930 Theodore von Kármán dejó Alemania y se convirtió en el primer director del Laboratorio Aeronáutico en el Instituto Tecnológico de California ; Von Kármán cofundaría más tarde el Laboratorio de Propulsión a Chorro en 1944. ^{[ 1 ]} Gracias al liderazgo de Timoshenko y von Kármán, la llegada de talento procedente de Europa y el rápido crecimiento de las industrias aeronáutica y de defensa, la mecánica aplicada se convirtió en una disciplina consolidada en Estados Unidos hacia 1950. ^{[ 1 ]}

La mecánica aplicada es el resultado de las aplicaciones prácticas de varias disciplinas de ingeniería/mecánica; como se ilustra en la tabla a continuación. ^{[ 4 ]}

Esta sección se basa en el "Esquema de clasificación de materias AMR" de la revista Applied Mechanics Reviews ^{[ 12 ]} .

• Electrotecnia
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• Ingeniería Mecánica
• Ingeniería nuclear
• Ingeniería arquitectónica
• Ingeniería química
• Ingeniería petrolera

• Revista de Matemáticas Aplicadas y Mecánica
• Boletines informativos de la División de Mecánica Aplicada
• Revista de Mecánica Aplicada
• Reseñas de Mecánica Aplicada
• Mecánica Aplicada
• Revista trimestral de mecánica y matemáticas aplicadas
• Revista de Matemáticas Aplicadas y Mecánica (PMM)
• Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik
• Acta Mechanica Sinica

• JP Den Hartog , Resistencia de los materiales , Dover, Nueva York, 1949.
• FP Beer , ER Johnston, JT DeWolf, Mecánica de materiales , McGraw-Hill, Nueva York, 1981.
• SP Timoshenko, Historia de la resistencia de los materiales , Dover, Nueva York, 1953.
• JE Gordon , La nueva ciencia de los materiales resistentes , Princeton, 1984.
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• JL Meriam, LG Kraige. Mecánica de la ingeniería, Volumen 2: Dinámica , John Wiley & Sons., Nueva York, 1986.
• JL Meriam, LG Kraige. Mecánica de la ingeniería, Volumen 1: Estática , John Wiley & Sons., Nueva York, 1986.

Videoconferencias y clases por internet

• Videoconferencias y apuntes web sobre mecánica de la ingeniería
• Videoconferencias de Mecánica Aplicada impartidas por el Prof. SK. Gupta, del Departamento de Mecánica Aplicada del IIT Delhi.