МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет _механико-математический

(наименование)

Кафедра _математического моделирования в механике

(наименование)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе В.П. Гарькин «»_ 2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Физико-механический и математический практикум Профессионально-образовательная программа специальности 010700 Фундаментальная математика и механика Цикл С3+. «профессиональный цикл», вариативная часть Профиль подготовки Теоретическая и прикладная механика Квалификация (степень) выпускника Специалист фундаментальной математики и механики Форма обучения очная Курс 4 семестр Самара Рабочая программа составлена на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 010700 ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 2010 г. №.

Зарегистрировано в Минюст России _ 2010 г. №.

Составители рабочей программы:

Калабухов В.Н., ст. преподаватель кафедры математического моделирования в механике Рецензент:

Кожевников Е.Н. профессор кафедры математического моделирования в механике, д.ф.-м.н., профессор _ 2010 г. _ _Е.Н.Кожевников Рабочая программа утверждена на заседании кафедры математического моделирования в механике (протокол № от «» _ 2010 г.) Заведующий кафедрой _ 2010 г. Н.И.Клюев

СОГЛАСОВАНО

Председатель методической комиссии факультета _ 2010 г. _Е.Я.Горелова Декан Факультета _ 2010 г. С.Я.Новиков Начальник методического отдела _ 2010 г. _ Н.В. Соловова 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины.

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины.

Цель дисциплины «Физико-механический и математический практикум» – закрепление у студентов навыков обращения с основными измерительными приборами и использование компьютерных технологий обработки опытных данных.

1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

- основные положения и методы научного познания при решении профессиональных задач;

- фундаментальные законы механики: основные положения статики, кинематики и динамики материальной точки и твердого тела, гидродинамики и аэромеханики;

- современные проблемы механики, решение которых сопряжено с разработкой математических моделей;

уметь:

- применять основные положения и методы механики при решении профессиональных задач;

- понять поставленную задачу и на основе анализа сформулировать результат;

- грамотно пользоваться языком предметной области и самостоятельно математически корректно ставить задачи механики;

- применять базовые знания в областях информатики и современных информационных технологий, создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет;

быть способным:

- разрабатывать и реализовывать математические модели механических явлений окружающего мира средствами вычислительной техники;

- использовать практические навыки в решении задач механики рациональным способом с наименьшими затратами времени.

- применять методы алгоритмического моделирования при постановке прикладных задач;

владеть компетенциями:

ОК - 7 Способность к исследованиям и нацеленность на постижение точного ОК - 8 Способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии ОК - 9 Способность осознать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности ОК - 10 Умение находить, анализировать и контекстно обрабатывать информацию, в том числе относящуюся к новым областям знаний, непосредственно не связанным со сферой профессиональной ОК - 11 Способность и готовность использования в профессиональной деятельности фундаментальной подготовки по основам ОК - 12 Способность активно использовать компьютер в профессиональной и ОК - 14 Способность к анализу и синтезу ОК - 17 Способен и нацелен на постоянное совершенствование в практической ПК - 1 Способность к определению общих форм, закономерностей и инструментальных средств отдельной предметной области ПК - 2 Умение понять поставленную задачу ПК - 4 Способность создавать и исследовать новые математические модели явлений реального мира, сред, тел и конструкций ПК - 5 Умение на основе анализа увидеть и корректно сформулировать ПК - 6 Умение самостоятельно увидеть следствия сформулированного ПК – 7 Умение грамотно пользоваться языком предметной области ПК - 8 Умение ориентироваться в постановках задач ПК - 9 Умение ориентироваться в современных методах и алгоритмах компьютерной математики, совершенствовать их, углублять и развивать математическую теорию и физико-механические модели, лежащие в их ПК - 10 Способность к собственному видению прикладного аспекта в строгих ПК - 11 Способность к творческому применению современных специализированных программных комплексов, включение в них собственных моделей, методов и алгоритмов ПК - 12 Глубокое понимание сути точности фундаментального знания ПК - 13 Обретение опыта самостоятельного различения различных типов знания ПК - 19 Владение методом алгоритмического моделирования при анализе ПСК - 8 Владение специальными разделами теоретической и прикладной механики, методами механики управляемых систем, методами математического моделирования в естественных науках 1.3. Место дисциплины в структуре ООП Для усвоения данного курса необходимо знание основных разделов курсов:

«Математический анализ», «Дифференциальные уравнения», «Теоретическая механика», «Механика сплошных сред». Студенты должны владеть основами векторного и тензорного анализа, уметь дифференцировать и интегрировать.

2. Содержание дисциплины 2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы Семестр – 7,8 вид отчетности –7сем.-зачет, 8сем.-зачет Трудоемкость изучения дисциплины Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) в том числе:

7 семестр лабораторные занятия 8 семестр лабораторные занятия Самостоятельная работа студента (всего) в том числе:

7 семестр Подготовка к практическим занятиям Самостоятельное изучение тем 8 семестр Подготовка к практическим занятиям Самостоятельное изучение тем 2.2. Тематический план учебной дисциплины Наименование разделов Содержание учебного материала, лабораторные Раздел 1. Основные методы механики жидкости и газа Краткие теоретические 1 Движение жидких сред. Законы сохранения. сведения из механики идеальной жидкости Краткие теоретические 1 Определение плотности неизвестной жидкости. сведения из механики вязкой Раздел 2. Аэродинамические исследования основных газа.

гидравлических параметров Экспериментальное 1 Определение поля скоростей в выходном сечении определение основных аэродинамической трубы.

гидравлических параметров аэродинамических коэффициентов профиля крыла в дозвуковом потоке по измеренным давлениям на его Методика опытного 1 Задачи управления процессами взаимодействия Экспериментальное 1 Определение картины распределения давления по аэродинамических характеристик летальных Анализ векторной и 1 Построение векторной и координатных диаграмм. координатных диаграмм Определение точки полного торможения на Определение 1 Определение аэродинамических коэффициентов для характеристик профиля Раздел 4. Исследование распределения давления и аэродинамического сопротивления шара в потоке несжимаемой жидкости Теоретические основы эксперимента Экспериментальное 1 Построение схемы распределения коэффициентов определение картины давления по поверхности шара.

обтекания шара Определение коэффициента 1 Вычисление коэффициента лобового сопротивления лобового сопротивления шара шара.

Раздел 5. Определение параметров пограничного слоя на плоской пластине, обтекаемой в продольном Основные положения теории 1 Расчетная методика определения параметров пограничного слоя пограничного слоя.

Методы измерений в 1 Экспериментальное определение параметров Анализ результатов 1 Построение эпюры скоростей в заданном сечении измерений в пограничном пограничного слоя. Сравнение расчета с Раздел 6. Определение аэродинамических характеристик тела вращения по распределению давления на его поверхности Теоретические основы 1 Представление осевой и нормальной составляющей эксперимента аэродинамической силы в виде суммы отдельных Экспериментальное определение давлений в сечениях тела вращения Приближенный аэродинамический расчет аэродинамических коэффициентов * В таблице уровень усвоения учебного материала обозначен цифрами:

1. – репродуктивный (освоение знаний, выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);

2. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач; применение умений в новых условиях);

3. – творческий (самостоятельное проектирование экспериментальной деятельности; оценка и самооценка инновационной деятельности) 2.3. Содержание учебного курса Раздел 1. Основные методы механики жидкости и газа Тема 1.1.Краткие теоретические сведения из механики идеальной жидкости. Типы жидких сред. Понятие о несжимаемых жидкостях и сжимаемых жидкостях (газах).

Движение жидких сред. Законы сохранения массы и энергии.

Тема 1.2. Краткие теоретические сведения из механики вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Течение жидкой среды в трубе. Измерение расхода на основании уравнения Бернулли. Потери на трение и падение давления в трубах.

Раздел 2. Аэродинамические измерения.

Тема 2.1. Методика опытного исследования основных гидравлических параметров аэродинамической трубы. Типы установок, создающих газовый поток заданных параметров. Движение газов в диффузоре и конфузоре. Измерительные приборы и приемники давления газа.

Тема 2.2. Экспериментальное определение основных гидравлических параметров аэродинамической трубы. Определение скорости набегающего потока с помощью насадка Пито-Прандтля. Определение коэффициента гидравлических потерь сопла аэродинамической трубы. Определение скорости воздушного потока по методу перепада давлений. Оценка погрешности наблюдаемых величин.

Раздел 3. Определение аэродинамических коэффициентов профиля крыла в дозвуковом потоке по измеренным давлениям на его поверхности.

Тема 3.1. Методика опытного определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Задачи управления процессами взаимодействия между газом и движущимся в нем летательным аппаратом. Определение аэродинамических коэффициентов крыла при продувках моделей в аэродинамических трубах путем измерения давления на обтекаемой поверхности.

Тема 3.2. Экспериментальное определение аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Картина распределения давления по профилю, полученная в результате продувок дренированных моделей крыльев в аэродинамических трубах. Ее графическое представление с помощью векторной и координатной диаграмм.

Тема 3.3. Анализ векторной и координатных диаграмм. Определение точки полного торможения на профиле по векторной диаграмме распределения коэффициентов давления. Определение фактора вызывающего возникновение подъемной силы.

Определение для различных сечений профиля крыла коэффициентов подъемной силы, лобового сопротивления и продольного момента от давления.

Тема 3.4. Определение аэродинамических характеристик профиля крыла в целом.

Вычисление коэффициента подъемной силы всего крыла. Вычисление полного коэффициента сопротивления профиля. Определение коэффициента полной аэродинамической силы, коэффициента центра давления. Определение качества профиля.

Нахождение критического числа Маха для данного профиля.

Раздел 4. Исследование распределения давления и аэродинамического сопротивления шара в потоке несжимаемой жидкости.

Теоретические основы эксперимента. Методика расчета лобового Тема 4.1.

сопротивления сферических конструкций по результатам экспериментальных исследований. Отрыв пограничного слоя в зоне миделевого сечения шара. Кризис сопротивления шара.

Тема 4.2. Экспериментальное определение картины обтекания шара. Определение картины обтекания шара без турбулизирующего кольца и с кольцом. Построение схемы распределения коэффициентов давления по поверхности шара.

Тема 4.3. Определение коэффициента лобового сопротивления шара. Определение скорости набегающего потока по замерам в критической точке шара. Вычисление числа Рейнольдса. Вычисление коэффициента лобового сопротивления шара.

Раздел 5. Определение параметров пограничного слоя на плоской пластине, обтекаемой в продольном направлении Тема 5.1. Основные положения теории пограничного слоя. Расчетная методика определения параметров пограничного слоя. Приближенный теоретический расчет параметров пограничного слоя.

Тема 5.2. Методы измерений в пограничном слое. Определение основных параметров пограничного слоя: толщина пограничного слоя; толщина вытеснения скорости; толщина вытеснения импульса.

Тема 5.3. Анализ результатов измерений в пограничном слое. Вычисление числа Рейнольдса и определение характера течения газа. Построение эпюры скоростей в заданном сечении пограничного слоя. Сравнение экспериментальных результатов с расчетом.

Раздел 6. Определение аэродинамических характеристик тела вращения по распределению давления на его поверхности Тема 6.1. Теоретические основы эксперимента. Представление осевой и нормальной составляющей аэродинамической силы в виде суммы отдельных компонент.

Тема 6.2. Экспериментальное определение давлений в сечениях тела вращения.

Определение давлений в сечениях тела вращения.

Тема 6.3. Приближенный аэродинамический расчет. Определить критическое число Рейнольдса. Используя зависимости для плоской пластины провести расчет коэффициента сопротивления трения.

Тема 6.4. Определение аэродинамических коэффициентов. Методом графического интегрирования вычислить аэродинамические коэффициенты, обусловленные давлением.

Используя приближенный расчет найти составляющие от силы трения и донного давления.

3.Организация входного, текущего и промежуточного контроля обучения 3.1. Организация контроля:

Опрос на 1-ом практическом занятии;

Текущий контроль – использование балльно-рейтинговой системы;

Промежуточная аттестация выставляется на основании выполненных лабораторных работ в конце 9 семестра.

3.2. Курсовая работа Курсовая работа по курсу не предусмотрена.

3.4. Балльно-рейтинговая система Максимальная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине «Физикомеханический и математический практикум», закрываемой семестровой (итоговой) аттестацией, равна 100.

На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно».

- «Отлично» – от 86 до 100 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.

- «Хорошо» – от 74 до 85 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено минимальным числом баллов, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.

- «Удовлетворительно» – от 61 до 73 баллов – теоретическое содержание курса освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, большинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.

- «Неудовлетворительно» – 60 и менее баллов - теоретическое содержание курса не освоено, необходимые практические навыки работы не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения учебных заданий.

Баллы, характеризующие успеваемость студента по дисциплине, набираются им в течение всего периода обучения за изучение отдельных тем и выполнение отдельных видов работ.

Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению дисциплины «Физико-механический и математический практикум » в течение семестра:

1. Посещение занятий (1,5 балла в неделю) до 27 баллов 3. Выполнение домашних заданий по дисциплине в до 24 баллов течение семестра Участие в студенческой научной конференции 4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины 4.1. Лаборатория компьютерного моделирования с шестью рабочими местами для студентов, оборудованными компьютерами с подключением к сети Интернет.

4.2. Лаборатория аэрогидромеханики, оснащенная прямоточной аэродинамической трубой АТ – 1.

5. Литература 5.1. Основная 1. Седов Л.И. Механика сплошной среды: Учебник для вузов. – СПб.: Лань, 2004.

2. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2003.

3. Алексеев Г.В., Бриденко И.И. Виртуальный лабораторный практикум по курсу «Механика жидкости и газа». – СПб.: ГИОРД, 2007.

4. Введение в математическое моделирование. Учебное пособие для вузов/Под.ред.

П.В. Трусова – М.: Инжиниринг, 2000.

5. Загузов И.С. Введение в математическое моделирование процессов аэрогидромеханики. В 2-х частях. Учебное пособие. – Самара: СамГУ, 20006.

6. Калабухов В.Н. Аэромеханика. Лабораторный практикум. – Самара: СамГУ, 2008.

5.2. Дополнительная.

1. Седов Л.И. Об основных моделях в механике. – М.: МГУ, 1992.

2. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели.

– М.: Наука, 1977.

3. Клюев Н.И., Калабухов В.Н., Лукс А.Л., Кравцов В.Н. Экспериментальные методы исследования в аэрогидромеханике и теплопередаче. Лабораторный практикум. – Самара: СамГУ, 1994.