Документ 516608

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 150100
_______________________
Зав. кафедрой механики
проф. В.Г. Гореликов
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»
Направление подготовки: 150100.62 «Материаловедение и технологии
материалов»
Профиль подготовки: «Материаловедение и технологии новых материалов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. механики М.И. Вершинин
Санкт-Петербург
2012
Составитель:
Научный редактор
канд. пед. наук, доцент М.И Вершинин
д-р техн. наук, проф. В.В. Гурецкий
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 180
часов.
Цели и задачи дисциплины: Цель: формирование знаний и умений,
необходимых для самостоятельного применения универсальных законов
механики в профессиональной деятельности, а также при проектировании и
применении механических устройств общего назначения.
Основные дидактические единицы (модули): Дисциплина
«Теоретическая механика» состоит из следующих разделов:
1.Кинематика материальной точки.
2.Кинематика твердого тела.
3.Статика.
4.Динамика материальной точки.
5.Динамика системы.
В процессе изучения дисциплины студенты осваивают следующие
компетенции:
ОК-10 - Способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин
профессиональной
деятельности,
применять
методы
математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
В результате изучения дисциплины «Теоретическая механика» студент
должен:
Знать: (ОК-10) основные законы и теоремы, необходимые для применения в
предметной области теоретической механики.
Уметь: (ОК-10) применять физико-математические методы проектирования
с использованием стандартных программных средств.
Владеть: (ОК-10) навыками исследования физико-математических моделей в
предметной области теоретической механики.
Виды учебной работы:
Лекции
Практические занятия
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
В результате освоения данной дисциплины бакалавр приобретает
знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц3 и Ц5
основной образовательной программы «Материаловедение и технологии
материалов».
Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к решению
следующих профессиональных задач:
- осуществление технологических процессов переработки минерального
природного и техногенного сырья;
- осуществление технологических процессов получения и обработки
металлов и сплавов, а также изделий из них;
- осуществление мероприятий по защите окружающей среды от
техногенных воздействий производства;
- конструирование и расчет элементов технологической оснастки;
- разработка проектной и рабочей технической документации.
- расчет и проектирование деталей и узлов в соответствии с техническим
заданием с использованием стандартных средств автоматизации
проектирования;
- разработка проектной и рабочей технической документации, оформление
законченных проектно-конструкторских работ;
- изучение
научно-технической
информации,
отечественного
и
зарубежного опыта по тематике исследования;
- проведение экспериментов по заданной методике и анализ результатов;
- проведение измерений и наблюдений, составление описания проводимых
исследований, подготовка данных для составления обзоров, отчетов и
научных публикаций;
- составление отчета по выполненному заданию, участие во внедрении
результатов исследований и разработок.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина относится к базовой части профессионально цикла (Б3.Б3).
Она непосредственно связана с дисциплинами естественнонаучного и
математического цикла (физика, химия) и опирается на освоенные при
изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для
дисциплины
«Теоретическая
механика»
являются
дисциплины
профессионального цикла: «Теплотехника», «Основы производства и
обработки металлов», «Моделирование процессов и объектов в
металлургии», «Машиностроительные материалы».
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
При изучении дисциплины бакалавр должен научиться самостоятельно
определять силы реакций, действующих на тело; находить скорости
ускорения точек тела в различных видах движений; анализировать
кинематические
схемы
механических
элементов
технологических
комплексов; определять динамические реакции опор вращающихся тел. В
результате освоения курса у бакалавров должен быть выработан навык
рационального анализа механических систем
После изучения данной дисциплины бакалавры приобретают знания,
умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной
программы: Р1, Р3, Р5*. Соответствие результатов освоения дисциплины
«Теоретическая механика» формируемым компетенциям ООП представлено
в таблице.
Формируемые
компетенции в
Результаты освоения дисциплины
соответствии с
ООП*
З.1.1, З.1.2,
В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:
З.3.1, З.3.3,
Законы преобразования систем сил; условия равновесия
З.5.1.
систем сил на плоскости и в пространстве и условия
У.1.1, У.1.2,
У.3.1, У.5.1,
У.5.2, У.5.3.
В.1.1, В.1.2,
В.1.3, В.3.2,
В.3.3, В.5.1,
В.5.2.
равновесия тел; влияние трения скольжения и сопротивления
качению на равновесие тел.
Способы задания движения точки и тела, законы
определения скоростей и ускорений точек при плоском,
сферическом и произвольном движении тела.
Основные задачи динамики материальной точки и уравнения
движения системы материальных точек. Колебание
материальной точки и механической системы. Принцип
Даламбера, метод кинетостатики, принцип возможных
перемещений, общее уравнение динамики.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:
Определять силы реакций, действующих на тело, и силы
взаимодействия между телами системы; определять скорости
и ускорения точек тела во вращательном и плоском
движениях; определять динамические реакции опор
вращающихся тел. Анализировать кинематические схемы
механических элементов технологических агрегатов и
комплексов, определять их основные динамические
характеристики.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен
владеть:
Методами анализа механизмов в статике, кинематике и
динамике; критериями выделения основных параметров,
влияющих на устойчивую работу технологических агрегатов.
Опытом работы и использования научно-технической
информации, баз данных и каталогов, электронных журналов
и патентов, поисковых ресурсов и др. в области
высокотехнологического технологического оборудования, в
том числе, на иностранном языке.
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций
представлена в Основной образовательной программе подготовки бакалавров
по направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов».
4.
4.1.
№
1
2
3
4
5
Структура и содержание дисциплины
Структура дисциплины по разделам, формам организации и
контроля обучения
Название
раздела/темы
Введение.
Сходящаяся и
плоская системы сил.
Простр. система сил.
Трение скольжения
Кинематика точки.
Сложное движение
точки
Кинематика твёрдого
тела
Динамика точки.
Общие теоремы
динамики
механической
системы
Промежуточная
аттестация
Итого
по дисциплине
Аудиторная работа (час)
Лекц Практ./
Лаб.
ии
семинар
зан.
3 семестр
СРС
(час)
Итого
4
4
30
38
4
4
30
38
4
4
30
38
1
1
20
22
4
4
36
44
Формы текущего
контроля и аттестации
Расчетно-графическая
работа
Экзамен
17
17
146
180
При сдаче расчетно-графической работы проводится устное собеседование.
Примечание. Для направлений с объемом курса менее 180 часов
соответственно уменьшается время на самостоятельную работу студента.
4.2.
Содержание разделов дисциплины
Семестр 3
Раздел 1. Введение. Сходящаяся и плоская системы сил
Лекция. Практическое занятие. Введение в механику. Механическое
движение. Материальная точка. Система материальных точек. Абсолютно
твёрдое тело (АТТ). Сила. Система сил, равнодействующая. Аксиомы
статики. Система сходящихся сил Теорема о трёх силах. Момент силы
относительно точки. Алгебраический момент силы. Момент силы
относительно оси. Пара сил. Момент пары. Эквивалентность пар. Лемма о
параллельном переносе силы. Основная теорема статики (Теорема Пуансо).
Различные случаи приведения системы сил к центру. Уравнения равновесия
произвольной системы сил. Уравнения равновесия произвольной плоской
системы сил. Параллельные силы. Центр параллельных сил.
Статические моменты объёма и площади. Центр тяжести тела и методы
определения его положения. Центр тяжести простейших однородных тел.
Силы трения скольжения и качения. Равновесие при наличии сил трения.
Равновесие системы тел. Статически определимые системы.
Раздел 2. Кинематика точки. Сложное движение точки
Лекция. Практическое занятие. Способы задания движения, скорость
и ускорение точки в декартовых осях. Естественный способ задания
движения. Нормальное и касательное ускорения. Сложное движение точки.
Теорема сложения скоростей. Теорема Кориолиса. Ускорение Кориолиса..
Раздел 3. Кинематика твёрдого тела
Лекция. Практическое занятие. Поступательное и вращательное
движения АТТ. Закон вращательного движения, угловая скорость и угловое
ускорение тела. Скорость и ускорение точки при вращательном движении
тела. Формула Эйлера. Плоское движение АТТ. Скорости и ускорения точек
плоской фигуры. Мгновенный центр скоростей (МЦС). Способы нахождения
МЦС.
Раздел 4. Динамика точки
Лекция. Практическое занятие. Законы Ньютона. Дифференциальные
уравнения движения точки в декартовых и естественных осях. Две основные
задачи динамики точки. Задача Коши в динамике точки. Принцип Даламбера
для точки. Движение точки под действием упруго-линейной силы.
Свободные колебания точки. Период, частота и амплитуда колебаний.
Затухающие и вынужденные колебания точки.
Раздел 5. Общие теоремы динамики механической системы
Лекция. Практическое занятие. Внутренние силы и их свойства.
Дифференциальные уравнения движения точек механической системы.
Центр масс системы. О моментах инерции системы. Понятие главной
центральной оси инерции. Радиус инерции. Теорема Штейнера-Гюйгенса.
Осевые моменты инерции простейших тел.
Количество движения системы. Теорема об изменении количества
движения системы. Закон сохранения количества движения. Теорема
импульсов для сплошной среды. Теорема Эйлера. Кинетический момент
системы и АТТ. Теорема об изменении кинетического момента относительно
произвольной, неподвижной точки и относительно центра масс.
Дифференциальное уравнение вращательного движения АТТ.
Работа и мощность силы. Работа силы, приложенной к АТТ. Силовое
поле. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия силы тяжести и
упруго-линейной силы.
4.3.
Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов
обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках
данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№
Формируемые
компетенции
З.1.1
З.1.2.
З.3.1.
З.3.3.
З.5.1.
У.1.1.
У.1.2.
У.3.1.
У.5.1.
У.5.2.
У.5.3.
В.1.1.
В.1.2.
В.1.3.
В.3.2.
В.3.3.
В.5.1.
В.5.2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
5.
1
х
х
х
х
х
Разделы дисциплины
2
3
4
х
х
х
х
5
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной
деятельности бакалавров для достижения запланированных результатов
обучения и формирования компетенций.
Методы и формы активизации
деятельности
Дискуссия
IT-методы
Опережающая СРС
Индивидуальное обучение
Проблемное обучение
Обучение на основе опыта
Виды учебной деятельности
ЛК
х
х
СРС
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины
реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с
использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с
использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических
разработок, специальной учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при выполнения проблемноориентированных, поисковых, творческих заданий в рабочей тетради.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
 работе бакалавров с лекционным материалом, поиск и анализ литературы
и электронных источников информации по заданной проблеме,
 выполнении контрольных работ,
 изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
 подготовке к экзамену и зачету.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на
развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала бакалавров и заключается в:
 поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе
научных публикаций по определенной теме исследований,
 анализе материалов по заданной теме, аналитическое исследование задач
повышения эффективности объектов металлургии и машиностроения,
 исследовательской работе и участии в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах,
6.2.1. Примерный перечень научных проблем и направлений научных
исследований:
1. Принцип схематизации механических систем.
2. Выработка методологических основ анализа механических систем.
3. Принцип выделения факторов и параметров, играющих определяющую
роль в динамике механических систем.
4. Выявление принципов соотнесения основных и побочных факторов в
динамике механических систем.
5. Применение принципа Даламбера для анализа динамики механических
систем.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости бакалавров осуществляется по результатам:
- самостоятельного выполнения расчетно-графической работы,
- анализа подготовленных бакалаврами расчётно-графической работы,
- устного опроса при сдаче выполненных расчётно-графической работы и
экзамена (для выявления знания и понимания теоретического материала
дисциплины).
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три задания:
1. Теоретический вопрос.
2. Теоретический вопрос.
3. Задача.
При необходимости преподаватель дополнительно задает устные
вопросы и простые задачи.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1
2
3
Введение в динамику. Предмет динамики. Основные понятия и
определения: масса, материальная точка, сила. Законы ГалилеяНьютона.
Теорема об изменении кинетической энергии
Дано: V-скорость ползуна С, ОА=r,
OB=a . Определить скорость точки
А в указанном положении механизма.
8. Учебно-методическое и информационное
(дисциплины) помимо изданий кафедры
обеспечение
модуля
Основная литература
 Бутенин Н.В. Курс теоретической механики. Т.1: статика и кинематика.
Т.2: динамика: в 2 т./Н.В. Бутенин, Я.Л.Лунц, Д.Р. Меркин . – СПб. :
Лань, 2008. 736 с.
 Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики : учебник для вузов
/С.М. Тарг. – 13 изд.стер. – М.: Высшая школа, 2003. 416 с.
 Мещерский, И.В. Сборник задач по теоретической механике., И.В.
Мещерский. – 38-е изд., стер. – СПб. : Лань, 2001. – 448 с.
 Сборник коротких задач по теоретической
механике : учебное
пособие/О.Э. Кепе [и др.]; под ред. О.Э. Кепе.–М.: Высшая школа, 1989.
368 с.
Вспомогательная литература
 Яблонский, А.А. Курс теоретической механики : статика, кинематика,
динамика : учебник / А.А. Яблонский, В.М. Никифорова. – 9-е изд., стер.
– СПб. : Лань, 2002. 768 с.
 Добронравов, В. В. Курс теоретической механики : учебник / В.В.
Добронравов, Н.Н. Никитин, А.Л. Дворников. – 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1983. – 575 с.
 Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах : учебное
пособие для вузов / М.И. Бать, Г.Ю. Джанелидзе, А.С. Кельзон. – 9-е.
изд., перераб. – М.: Наука, 1990 – 1991. Т.1 : Статика и кинематика. –
1991. 669 с.
 Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах : учебное
пособие для вузов / М.И. Бать, Г.Ю. Джанелидзе, А.С. Кельзон. – 9-е.
изд., перераб. – М.: Наука, 1990 – 1991. Т.2 : Динамика. – 1991. 638 с.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При освоении дисциплины используются технические средства и
оборудование кафедры.