Guía para la creación de Notebooks de Google Colab

Aplicada al curso de Ingeniería Civil

Tema: Fundamentos de Estática con SymPy

1. Introducción

Un Notebook de Google Colab permite integrar texto, ecuaciones, código Python y gráficos. Puede consultar y descargar para mayores detalles el libro: Apuntes de Latex

En esta guía, se utilizará para desarrollar ejemplos de Estática empleando el módulo sympy.physics.continuum_mechanics.

La estructura sugerida incluye:

  1. Portada
  2. Índice automático
  3. Secciones con texto explicativo (Latex/Markdown)
  4. Celdas de código
  5. Conclusiones y referencias

2. Creación de un nuevo Notebook

  1. Acceda a Google Colab.

  2. Cree un nuevo cuaderno: Archivo → Nuevo cuaderno.

  3. Asigne un nombre descriptivo, por ejemplo:

    Estática_Sympy_2025_II.ipynb

  4. Guarde el archivo en su Google Drive.

3. Estructura básica del Notebook

Sección Tipo de celda Contenido
Portada Texto Título, curso, autor, fecha
Índice Texto Tabla de contenido con enlaces
Introducción Texto Descripción general del tema
Fundamento teórico Texto Ecuaciones con LaTeX
Ejemplo práctico Código y texto Uso de sympy
Conclusiones Texto Reflexión final

4. Celda de portada (Markdown)

# Título del trabajo  
**Asignatura:** Programación de Computadores Civil
**Programa:** Ingeniería Civil
**Autor(es):** Nombres completos  
**Fecha:** Octubre 2025

5. Índice automático (Tabla de Contenido)

Para crear un índice interactivo:

  1. Inserte una celda de texto y escriba:

    ## Contenido
- [1. Introducción](#introducción)
- [2. Fundamento-teórico](#fundamento-teórico)
- [3. Ejemplo-práctico](#ejemplo-práctico)
- [4. Conclusiones](#conclusiones)

  2. Cree los encabezados correspondientes en las secciones del Notebook con:

    ## Introducción
## Fundamento teórico
## Ejemplo práctico
## Conclusiones

💡 Los enlaces funcionan dentro de Colab, pero no en el modo de presentación de diapositivas.

6. Formateo de celdas de texto (Markdown + LaTeX)

6.1. Texto y ecuaciones en línea

Escriba ecuaciones dentro del texto entre $...$:

Para escribir:

La fuerza resultante es \(R = \sqrt{F_x^2 + F_y^2}\)

Escriba:

La fuerza resultante es $R = \sqrt{F_x^2 + F_y^2}$.

6.2. Ecuaciones centradas (modo extendido)

Use $$...$$ para ecuaciones destacadas:

Para escribir: \[ \sum F_x = 0, \qquad \sum F_y = 0, \qquad \sum M = 0 \]

Escriba:

$$
\sum F_x = 0, \qquad \sum F_y = 0, \qquad \sum M = 0
$$

6.3. Subíndices, superíndices y fracciones

Para escribir:

\(F_x = F \cos(\theta)\)
\(F_y = F \sin(\theta)\)
\[ M_A = F \cdot d = \frac{P \cdot L}{4} \]

Escriba:

$F_x = F \cos(\theta)$  
$F_y = F \sin(\theta)$  
$$
M_A = F \cdot d = \frac{P \cdot L}{4}
$$

6.4. Matrices y vectores

Para escribir:

\[ \begin{bmatrix} F_x \\ F_y \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} F \cos\theta \\ F \sin\theta \end{bmatrix} \]

Escriba:

$$
\begin{bmatrix}
F_x \\ F_y
\end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix}
F \cos\theta \\ F \sin\theta
\end{bmatrix}
$$

6.5. Vínculos y recursos

Para que aparezca el siguiente link:

Documentación SymPy — Continuum Mechanics

Escriba:

[Documentación SymPy — Continuum Mechanics](https://docs.sympy.org/latest/modules/physics/continuum_mechanics/index.html)

7. Ejemplo aplicado en Estática (SymPy)

# Cálculo simbólico con Sympy: Fuerzas en equilibrio
from sympy import symbols, Eq, solve, cos, sin

# Definición de variables
Fx, Fy, F, theta = symbols('Fx Fy F theta')

# Sistema de ecuaciones en equilibrio
eq1 = Eq(Fx - F*cos(theta), 0)
eq2 = Eq(Fy - F*sin(theta), 0)

# Resolución simbólica
sol = solve((eq1, eq2), (Fx, Fy))
sol

Salida esperada:

{Fx: F*cos(theta), Fy: F*sin(theta)}

8. Ejemplo extendido (Momento de una Fuerza)

from sympy import symbols, Matrix

# Vectores posición y fuerza
r = Matrix([3, 4, 0])   # m
F = Matrix([0, 0, 50])  # N

# Momento respecto al origen
M = r.cross(F)
M

Resultado: \[ \mathbf{M} = \begin{bmatrix} 200 \ -150 \ 0 \end{bmatrix} \text{ N·m} \]

9. Exportar el Notebook

Exportar a PDF o HTML:

  1. Archivo → Descargar → Descargar como → PDF (.pdf)

  2. O seleccione Archivo → Imprimir → Guardar como PDF.

  3. También puede exportar a HTML y abrir en navegador:

    !jupyter nbconvert --to html Estática_Sympy_2025_II.ipynb

10. Ejercicio sugerido

Tema: Equilibrio de una barra con cargas distribuidas.

Objetivo:

Representar el diagrama de cuerpo libre, escribir las ecuaciones de equilibrio y resolver con SymPy los valores de reacciones.

Indicaciones:

  • Incluir ecuaciones escritas en LaTeX.
  • Desarrollar paso a paso el código simbólico.
  • Finalizar con conclusiones y referencias.

11. Ejemplo de ecuaciones de apoyo (para estudiantes)

Ecuaciones de equilibrio:

$$
\sum F_x = 0,\quad \sum F_y = 0,\quad \sum M_A = 0
$$

Momento en A:
$$
M_A = R_B \cdot L - q \cdot L \left(\frac{L}{2}\right) = 0
$$

Reacción en B:
$$
R_B = \frac{qL}{2}
$$