МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОУ ВПО «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
По дисциплине «Теоретическая Механика»
Для направления 151000 «Технологические машины и оборудование»
Составитель _ В.И. Кузьменко Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры теоретической механики «_»2011 г., протокол №_ Зав. кафедрой _ О.П. Бузина Рассмотрено и одобрено на заседании ОПН «_»_2011 г., протокол № Председатель ОПН _ А.П. Жильцов Липецк Содержание. Рабочая программа дисциплины…………………………….……………….. 1. Цель освоения курса. Пояснительная записка………………………………………..….……………………………….. 2. Место дисциплины в ФОГОС-3а…………………………….……….……... 3 Компетенции. …………………………………………………………………. 4. Учебно-тематический план…………………………….…………………..... 5. Образовательные технологии………………………………………………. 5.1 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы………………………………………………………………………….... 5.2 Расчетные задания студентов……………………….………..…………… 5.3 Контрольные вопросы……………………………………….…….……… 6. Оценочные средства для текущего контроля……………………………... 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение…………............. 8. Материально- техническое обеспечение занятий………………………....
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОУ ВПО «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Металлургический институт «Утверждаю»Директор металлургического института Чупров В.П.
«»_2011г
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины Теоретическая механика Направление подготовки 151000 Технологические машины и оборудование Профиль подготовки Металлургические машины и оборудование Квалификация выпускника бакалавр Форма обучения очная Липецк Рабочая программа обсуждена на заседании теоретической механики » _ 2011 г.Заведующий кафедрой, доцент О.П. Бузина Программу составил доцент В.И. Кузьменко Рабочая программа составлена на основании ФГОС-3 ВПО образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 Технологические машины и оборудование Математический и естественнонаучный цикл Базовая часть В результате изучения базовой части цикла обучаемый должен:
знать: основные определения и понятия теоретической механики общие теоремы и принципы для анализа процессов производства, эксплуатации и модернизации оборудования систем и устройств, знать элементы аналитической механики;
уметь: применять методы теоретической механики - общие теоремы и принципы при решении инженерных задач, делать быстрый прикидочный расчет механических параметров;
владеть: инструментарием для статического, кинематического и динамических расчетов движения элементов устройств, механизмов и технологических линий металлургического производства. Быть готовым к проведению самостоятельных исследований механической части для производственных проблем.
Пояснительная записка к учебной дисциплине «Теоретическая механика»
Цели и задачи Дисциплина «Теоретическая механика» входит в блок общенаучных дисциплин.
Рабочая программа дисциплины составлена в соответствии с разделом Б2 ФГОС-3 ВПО направления 151000 (Технологические машины и оборудование).
Изучение дисциплины «Теоретическая механика» является важной составной частью подготовки специалиста и имеет следующие основные цели:
- дать систематизированные знания в форме универсальных понятий и определений, а так же основных свойств, определяемых объектов;
-формирование умений и навыков практического применения общих теорем и принципов теоретической механики, ее идей и методов для моделирования и анализа сложных механических систем и процессов. Поиска оптимальных решений и выбора наилучших способов их реализации.
Важнейшие задачи преподавания механики состоят в том, чтобы дать студенту универсальные фундаментальные знания о предмете, знания основных понятий и определений теоретической механики, выработать у студентов устойчивые навыки применения основных теорем, принципов и приемов для статических, кинематических расчетов элементов, устройств, машин и механизмов применяемых в процессе металлургического производства. Данный курс является основой для других общенаучных, общеинженерных и специальных дисциплин (сопротивление материалов, теория механизмов и машин, детали машин).
приобретенные ими в общеобразовательной школе и средних специальных учебных заведениях, а также на знания разделов высшей математики, таких как дифференциальное и интегральное исчисление, обыкновенные дифференциальные уравнения, многомерные интегралы, элементы теории поля, получаемые на первом курсе университета.
Бакалавр должен обладать следующими общекультурными компетенциями:
- способностью к целенаправленному применению базовых знаний в области математических и естественных наук в профессиональной деятельности (ОК-9);
Бакалавр должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):
- способностью участвовать в работе над инновационными проектами, используя базовые методы исследования и профессиональной деятельности (ПК-20);
- уметь применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения (ПК-21).
В результате изучения данной дисциплины студенты должны:
знать:
- основные определения и понятия классической механики;
- свойства таких понятий как системы сил и тел;
- знать основные и комбинированные виды связей;
- основные уравнения равновесия тел в пространстве и на плоскости;
-кинематические соотношения при движении твердых тел;
- знать основы аналитической динамики.
уметь:
- исследовать и решать формализованные задачи механики;
- создавать простейшие модели на примерах механических явлений;
- исследовать полученные результаты и проводить их анализ;
- применять интегральное и дифференциальное исчисления функции одной и нескольких переменных к решению задач теоретической и прикладной механики;
- решать простейшие дифференциальные уравнения, описывающие механические процессы;
владеть:
- основными теоремами и принципами механики, и численного анализа экспериментальных данных;
- основными математическими пакетами прикладных программ по механике для реализации применяемых методов;
- методами оценки правильности проведенных расчетов и погрешности обработки;
методами формализации технических задач для последующего их решения математическими методами.
движения. Принцип Даламбера.
Номера Наименование тем теоретических занятий Предмет статики. Основные понятия статики. Геометрическая и аналитическая форма условий равновесия системы сходящихся сил. Теорема о трех силах Момент силы относительно точки.
Пара сил и ее момент. Свойства пар сил. Эквивалентность пар сил. Сложение пар сил на плоскости. Приведение силы к данному центру (метод Пуансо). Условия равновесия в трех формах.
Статически определенные и статически неопределенные задачи. Силы трения, момент трения качения. Равновесие с Векторный момент силы, его свойства. Момент силы относительно оси в пространстве. Их связь. Векторный момент пары сил. Сложение пар сил в пространстве. Принцип Пуансо.
Теорема о приведении произвольной пространственной системы сил к данному центру. Главный вектор и главный момент системы сил. Распределенные нагрузки. Равновесие системы тел.
Динама или силовой винт. Частные случаи приведения произвольной системы сил к простейшему виду. Инварианты системы сил. Центр системы параллельных сил и центр тяжести твердого тела. Центр тяжести тел простейших геометрической Введение в кинематику. Основные понятия и задачи кинематики. Кинематика точки. Способы задания движения точки.
Скорость и ускорение точки при векторном, координатном и естественном способах задания движения. Оси естественного трехгранника. Определение проекций ускорения на естественные оси. Простейшее движение твердого тела. Поступательное движение твердого тела. Вращательное движение твердого тела.
Угловая скорость и угловое ускорение. Скорость и ускорение точки вращающегося тела. Векторные выражения угловых и линейных характеристик. Формула Эйлера.
Сложное движение точки. Абсолютное, относительное и переносное движение. Теорема о сложении скоростей. Теорема Кориолиса о сложении ускорений. Ускорение Кориолиса.
Правило Жуковского. Причины возникновения ускорения Кориолиса. Примеры. Плоскопараллельное движение твердого тела. Разложение движения плоской фигуры на поступательное и Независимость угловой скорости и углового ускорения плоской фигуры от выбора полюса. Теорема о скоростях точек плоской Движение твердого тела вокруг неподвижной точки. Углы Эйлера. Уравнения движения. Мгновенная ось вращения.
Угловая скорость и угловое ускорение тела, скорость и ускорение точек твердого тела. Общий случай движения твердого тела.
Уравнения движения. Скорости и ускорения точек свободного Дифференциальные уравнения движения материальной точки в различных формах. Решение прямой и обратной задачи динамики инерции твердого тела и механической системы относительно центра, оси, плоскости. Радиус инерции. Теорема Штейнера.
изменении количества движения. Теорема о движении центра масс. Момент количества движения, Кинетический момент системы. Элементарная теория гироскопа. Теорема об изменении кинетического момента. Кинетическая энергия точки и системы.
Кинетическая энергия твердого тела при различных случаях его движения. Элементарная и полная работа силы, мощность силы.
Теорема об изменении кинетической энергии точки и системы.
Потенциальное силовое поле. Силовая функция. Консервативные силы. Поверхности уровня. Потенциальная энергия. Примеры потенциальных силовых полей. Закон сохранения механической Принцип Даламбера. Метод кинетостатики. Главный вектор и главный момент сил инерции механической системы. Принцип Даламбера для материальной точки и механической системы.
Элементы аналитической механики. Классификация связей. Обобщенные координаты. Число степеней свободы системы.
Возможные перемещения механической системы. Понятие Классификация связей. Принцип возможных перемещений.
перемещений в обобщенных координатах. Плоская статика - как частный случай применения принципа возможных перемещений.
Принцип возможных перемещений для консервативной системы.
координатах. Уравнение Лагранжа второго рода в трех формах.
Дифференциальные уравнения малых колебаний системы с Номера Наименование тем теоретических занятий Равновесие тел под действием сходящейся системы сил. №№ 1.19, 1.20, 1.24 [8], 2.5, 2.10, 2.15, 2.20, 2.31, 2.42[8].Произвольная плоская система сил. №№ 4.7, 4.10, 4.11, 4.17, 4.20, 4.25, 4. [8].Равновесие плоских составных конструкций. №№ 4.33, 4.35, Равновесие произвольной пространственной системы сил. №№ Кинематика точки. №№ 10.2, 10.4, 12.8, 12.9, 12.18, 12.19, 12. [8]. Поступательное и вращательное движение твердого тела.
№№ 13.3, 13.2, 13.6, 13.7, 13.15, 13.17, 13.18, 14.4, 14.10 [8].
Плоскопараллельное движение твердого тела. № 16.10, 16.11, 16.15, 16.16, 16.23, 16.28,18.10, 18.11, 18.13,, 18.22, 18.26 [8]. ( час.) Сложное движение точки. №№ 23.13, 23.14, 23.27, 23.29, Динамика точки. №№ 26.2, 26.9, 26.16, 27.15, 27.16, 27.30, 27.31, 27.35, 27.38 [8].Колебательное движение материальной точки.
Теорема о движении центра масс механической системы. №№ 35.4, 35.7, 35.20, 35.17 [8]. Теорема об изменении количества движения механической системы. №№ 36.3, 36.9, 36.10,36.13 [8] Теорема об изменении кинетического момента. №№ 37.6, 37.9, 37.43, 37.46, 37.50, 37.56 [8]. Теорема об изменении кинетической энергии. №№ 38.20, 38.24, 38.30, 38.44, 38.46 [8]. (2 час.) Принцип Даламбера. №№ 41.7, 41.10,41.17, 41.22, 41.23, 42.4 [8].
Принцип возможных перемещений. №№ 46.1, 46.2, 46.3, 46.10, 46.20 [8]. Общее уравнение динамики. №№ 47.6, 47.12, 47.16, 47.17 [8]. Уравнение Лагранжа второго рода. №№ 48.2, 48.1, 48.6, 48.7, 48.13, 48.35, 48.34, 48.46 [8]. Колебание системы с одной Обучение организовано в виде лекционных занятий, практических занятий и системы контроля.
Различные формы контроля:
По дисциплине Теоретической механике предусмотрены следующие виды контроля знаний студентов:
- Текущий контроль. Текущий контроль проводится с целью определения качества усвоения лекционного и практического материала. Проводится в форме проверки домашних заданий, опроса и тестирования студентов – на практических занятиях и в дисплейных классах в свободное время.
- Рубежный контроль. Проводится в форме самостоятельных и контрольных работ (СР и КР), защиты расчетов (СР).
2 семестр – шесть СР и семь КР, 3 семестр - четыре СР и четыре КР.
- Итоговый контроль. Для контроля усвоения разделов курса в конце семестра проводится зачет (2 сем.) и экзамен (3 сем). Перед экзаменом может быть проведено итоговое тестирование для допуска к экзамену (компьютерное или бланковое).
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Самостоятельная работа, предусмотренная программой, общим объемом (34 ИР+53 СРС+27 ПК =114) часов, выполняется по указанным в программе темам.Распределение часов самостоятельной работы по темам практических занятий соответствует объему часов аудиторных занятий.
Организация самостоятельной работы (рейтинг) 5.1 Методические рекомендации по организации Рабочей программой дисциплины «Теоретическая механика» предусмотрена самостоятельная работа студентов в объеме 53 часов.
Самостоятельная работа проводится с целью углубления знаний по дисциплине и предусматривает:
-чтение студентами рекомендованной литературы и усвоение теоретического материала дисциплины;
-подготовку к практическим занятиям;
-выполнение индивидуальных заданий;
-подготовку к контрольным работам, зачету и экзаменам.
Преподаватель, ведущий практические занятия студентов, обязан ознакомить студентов с характером каждого вида самостоятельной работы. Лучше всего это делать на занятии, предшествующем контрольной работе. По индивидуальным заданиям – в день выдачи заданий по ним, по подготовке к экзаменам – в один из последних дней проведения практических занятий в данном семестре, а также на консультации, предусмотренной расписанием за 1-2 дня до проведения экзамена.
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН НА СЕМЕСТР
Меропр. С- К.Р. С- К.Р. К.Р. С- К.Р. К- К.Р. К- К.Р. К- К.Р.Примечание: С-1,3,7, К-1,10,3 - номер заданий [9]; К.Р. - контрольная работа.
Примечание: Д-2,7,16,19- - номер заданий [9]; К.Р. - контрольная работа.
Основным источником расчетных заданий является учебное пособие [9].
1 курс (2 семестр) 1. Основные понятия и определения статики твердого тела.
2. Аксиомы статики.
3. Основные типы связей.
4. Приведение системы сходящихся сил к равнодействующей.
5. Условия равновесия сходящихся сил.
6. Теорема о трех силах.
7. Алгебраический момент силы относительно точки.
8. Пара сил. Алгебраический момент пары сил.
9. Теорема об эквивалентности пар сил, расположенных в одной плоскости.
10. Теорема о сумме моментов сил пары.
11. Сложение пар сил в пространстве. Условие равновесия под действием пространственной системы пар.
12. Сложение пар сил на плоскости. Условие равновесия произвольной плоской системы 13. Приведение силы к заданному центру (лемма Пуансо).
14. Основная теорема статики (теорема Пуансо).
15. Вычисление главного вектора и главного момента произвольной плоской системы сил.
16. Частные случаи приведения произвольной плоской системы сил.
17. Теорема о моменте равнодействующей силы (теорема Вариньона).
18. Случай приведения плоской системы сил к равнодействующей.
19. Различные формы условий равновесия плоской системы сил.
20. Сложение параллельных сил на плоскости. Уравнения равновесия параллельных сил.
21. Статически определенные и статически неопределенные задачи.
22. Равновесие системы тел.
23. Трение скольжения. Законы Кулона. Угол и конус трения.
24. Трение качения.
25. Векторный момент, его свойства 26. Момент силы относительно оси.
27. Связь момента силы относительно оси с векторным моментом силы относительно точки на оси.
28. Формулы для моментов силы относительно осей координат.
29. Вычисление главного вектора и главного момента произвольной пространственной системы сил.
30. Соотношение между главными моментами произвольной системы сил относительно двух различных центров приведения.
31. Инварианты системы сил.
32. Частные случаи приведения пространственной системы сил.
33. Уравнения равновесия сил, произвольно расположенных в пространстве.
34. Случаи приведения пространственной системы сил к равнодействующей.
35. Приведение к динаме. Уравнение центральной винтовой оси.
36. Равновесие твердого тела с одной и с двумя закрепленными точками.
37. Пространственная система параллельных сил. Частные случаи приведения.
38. Центр системы параллельных сил.
39. Определение центра тяжести тела.
40. Методы нахождения центров тяжести.
41. Параллельные силы постоянной интенсивности, распределенные по отрезку прямой линии.
42. Параллельные силы с интенсивностью, изменяющейся по линейному закону, распределенные по отрезку прямой линии.
43. Способы задания движения точки.
44. Естественный способ задания движения точки.
45. Задание движения точки в прямоугольных декартовых координатах.
46. Векторный способ задания движения точки.
47. Скорость точки при векторном способе задания движения точки.
48. Среднее и истинное ускорения точки.
49. Скорость точки при координатном способе задания движения.
50. Скорость точки при естественном способе задания движения.
51. Ускорение точки в декартовых координатах.
52. Естественный трехгранник.
53. Ускорение точки при естественном способе задания движения.
54. Поступательное движение твердого тела. Теорема о скоростях и ускорениях точек твердого тела.
55. Определение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси. Уравнение вращения.
56. Угловая скорость и угловое ускорение тела при вращении вокруг неподвижной оси, их векторы.
57. Скорости и ускорения точек твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
58. Векторные выражения для скоростей и ускорений точек твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.
59. Относительное, переносное и абсолютное движения точки – определения.
60. Теорема сложения скоростей для произвольного переносного движения.
61. Теорема сложения ускорений при произвольном переносном движении (теорема Кориолиса).
62. Уравнения плоскопараллельного движения твердого тела.
63. Разложение движения плоской фигуры на поступательное и вращательное.
Независимость угловой скорости и углового ускорения от выбора полюса.
64. Определение скоростей точек плоской фигуры, движущейся в своей плоскости.
65. Теорема о проекциях скоростей двух точек плоской фигуры на прямую, соединяющую эти точки.
66. Мгновенный центр скоростей плоской фигуры.
67. Частные случаи положения мгновенного центра скоростей плоской фигуры.
68. Ускорения точек тела при плоском движении.
69. Определение и свойство сферического движения.
70. Углы Эйлера как законы вращательного движения.
71. Теорема Шаля.
72. Скорость точек при сферическом движении.
73. Годограф мгновенной угловой скорости.
74. Ускорение при сферическом движении.
75. Общее движение твердого тела.
76. Теоремы сложения скоростей и ускорений.
2 Курс (3 семестр) 77. Динамика Основные понятия динамики. Динамика точки. Две основные задачи динамики точки. Дифференциальные уравнения движения точки.
«