Механика сплошных сред - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Волосникова Л.М.
__________ _____________ 201__г.
МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕД
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 011200.68 «Физика»
магистерская программа «Техническая физика в нефтегазовых технологиях»
очная форма обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ________________________/Губайдуллин А.А./
«01» сентября 2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03» сентября 2011 г.,
протокол № 2.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 9 стр.
Зав. кафедрой _________________ /Шабаров А.Б./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «____»______________ 2011 г., протокол
№____.
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________/Глухих И.Н./
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова С.А./
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра механики многофазных систем
ГУБАЙДУЛЛИН А.А.
МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕД
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 011200.68 «Физика»
магистерская программа «Техническая физика в нефтегазовых технологиях», очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2011
Губайдуллин Амир Анварович. Механика сплошных сред. Учебнометодический комплекс. Рабочая программа для студентов направления
011200.68 «Физика»; магистерская программа «Техническая физика в нефтегазовых технологиях», очная форма обучения. Тюмень, Тюменский государственный
университет, 2011. 13 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО
с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ:
Механика
сплошных
сред
[электронный
ресурс]
/
Режим
доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой Механики многофазных систем.
Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Зав. кафедрой Механики многофазных систем,
д.т.н., профессор Шабаров А.Б.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© А.А. Губайдуллин, 2011.
1. Пояснительная записка
1.1.Цели и задачи дисциплины (модуля)
Цель дисциплины «Механика сплошной среды» изучает макроскопические движения твердых, жидких и газообразных сред. Она имеет свою независимую аксиоматику, свои специфические экспериментальные методы изучения
макроскопических свойств среды и развитые математические методы. Механика
сплошной среды является обширной и очень разветвленной наукой, включающей теорию упругости, вязкоупругости, пластичности и ползучести, гидродинамику, аэродинамику и газовую динамику с теорией плазмы, динамику сред с
неравновесными процессами и фазовыми переходами. Данный курс, в силу
ограниченности выделенного объема времени, является вводным.
Задачи учебного курса:
– познакомить студентов с различными методами решения задач механики
сплошной среды;
– расширить области применения уже известных студентам методов дифференциального и интегрального исчисления;
– познакомить студентов с криволинейными системами координат и дать
навыки применения таких координатных систем для преобразования дифференциальных уравнений (обыкновенных и в частных производных) для их упрощения;
– дать навык преобразования различных областей (двумерных и трехмерных) при переходе из одной системы координат в другую;
– познакомить студентов с основами теории сигналов и научить их применять аппарат представления функций рядами Фурье (преобразованием Фурье)
для анализа сигналов;
– познакомить студентов с интегральными уравнениями и дать навыки
нахождения точных аналитических и приближенных решений интегральных и
интегро-дифференциальных уравнений, которые часто возникают при решении
задач математической физики и смежных дисциплин.
Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Механика сплошных сред» – это дисциплина по выбору, которая входит в вариативную часть профессионального цикла.
Для ее успешного изучения необходимы знания и умения, приобретенные
(или приобретаемые параллельно) в результате освоения предшествующих дисциплин: «Математический анализ», «Алгебра», «Аналитическая геометрия».
1.2.
1.3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО.
Выпускник должен обладать следующими компетенциями (ОК):
способность демонстрировать углубленные знания в области математики и
естественных наук (ОК-1);
способность самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения,
в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой
деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение (ОК-3);
способность к коммуникации в научной, производственной и социальнообщественной сферах деятельности, свободное владение русским и иностранным языками как средством делового общения (ОК-8);
способностью свободно владеть фундаментальными разделами физики,
необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со
своей магистерской программой) (ПК-1).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать:
– понятие системы многих частиц как континуум,
– понятие скалярного, векторного и тензорного поля;
– понятия: ламинарного и турбулентно течения;
– закон подобия;
–-понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения;
 Уметь:
– применять методы МСС при решении задач на явления переноса,
– решать континуальные уравнения сохранения,
– записывать уравнения состояния при формировании замкнутой системы
уравнений гидродинамики;
– применять расчетные формулы при решении задач;
 Владеть:
– математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и
методами решения задач.
Коды компетенции
Карта компетенции дисциплины
ОК-1
ОК-3
Формулировка
компетенции
Результаты обучения
в целом
Результаты обучения по уровням освоения материала
минимальный
способность
демонстрировать углубленные знания в
области математики и естественных наук
способность
самостоятельно
приобретать с
помощью информационных
технологий и
использовать в
практической
деятельности
новые знания и
умения, в том
числе в новых
областях зна-
базовый
понятие системы многих частиц как континуум
понятие скалярного, векторного и
тензорного поля
понятия: звуковые и
ударные волны,
сверхзвуковые течения
Умеет: решать континуальные уравнения сохранения
применять методы
МСС при решении задач на явления переноса
применять расчетные формулы при
решении задач
решать континуальные уравнения сохранения
математическим аппаратом механики
сплошных сред, ее аксиоматикой и методами
решения задач
математическим
аппаратом механики сплошных сред,
ее аксиоматикой и
методами решения
задач
курс физики и математики. Основные понятия, закономерности и
методы математического моделирования изучаемых систем технической физики
Самостоятельно выбирать адекватную мо-
Оценочные
средства
лекции,
семинарские
тесты
повышенный
Знает: понятия: звуковые и ударные
волны, сверхзвуковые течения
Владеет: математическим аппаратом
механики сплошных
сред, ее аксиоматикой и методами решения задач
Знает: курс физики и
основы математического анализа. Основные понятия, закономерности и методы математического, физического и
физико-химического
моделирования изучаемых систем технической физики
Умеет: Производить
необходимые вы-
Виды занятий
математическим аппаратом механики
сплошных сред, ее
аксиоматикой и методами решения задач
курс физики и оснокурс физики и курс вы математического
высшей математианализа. Основные
ки. Основные попонятия, закономернятия, закономерности и методы маности и методы фи- тематического, фипрактичезического моделизического и физико- ские занярования изучаемых химического модетия
систем технической лирования изучаефизики
мых систем технической физики
Составить алгоПроизводить необритм расчета, соходимые вычисления
Решение
практических учебных задач
ний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять
и
углублять
своё научное
мировоззрение
ОК-8
ПК-1
способность к
коммуникации
в
научной,
производственной и социальнообщественной
сферах
деятельности, свободное владение русским и
иностранным
языками
как
средством делового общения
способность
свободно владеть
фундаменталь-ными
разделами фи-
числения на компьютере при решении
научноинновационной задачи
Владеет: Методами
математического
моделирования объектов технической
физики
Знает: Базовую
грамматику, лексику, фонетику, текстологию и правописание для работы в
научной организации
Умеет: вести межкультурный диалог с
представителями
других культур, религий и социумов
Владеет: свободным
русским и иностранным языками как
средством делового
общения
Знает: закон подобия; понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые
течения;
дель изучаемой системы
ставить программу
(в необходимости –
воспользоваться
известными пакетами прикладных
программ)
на компьютере при
решении научноинновационной задачи
Системным представлением об инновационных процессах
Методологией
научного исследования и научного
поиска
Методами математического моделирования объектов технической физики
Понятие: конфликт,
общение, дискуссия и
др.
О ведении переговоров, об общении
по траектории передвижения в
стране
Базовую грамматику, лексику, фонетику, текстологию и
правописание для
работы в научной
организации
Избегать конфликтов
при общении, владеет
навыками дипломатического общения
Выстраивать связное повествование
о своей деятельности
вести межкультурный диалог с представителями других
культур, религий и
социумов
Навыками общения,
методикой дискуссий,
научных споров и презентаций
Свободно правильным разговорным и
письменным русским языком
свободным русским
и иностранным языками как средством
делового общения
понятие системы мно- понятие скалярногих частиц как конти- го, векторного и
нуум, понятия: лами- тензорного поля;
нарного и турбулентно
течения;
лекции,
практические
закон подобия; понятия: звуковые и лекции,
ударные
волны, практичесверхзвуковые тече- ские
ния;
Тесты,
дискуссии,
доклады,
презентации
Решение
учебных
задач
зики, необходимыми
для
решения научноУмеет: закон подоисследователь- бия; понятия: звукоских задач
вые и ударные волны, сверхзвуковые
течения;
Владеет: математическим аппаратом
механики сплошных
сред, ее аксиоматикой и методами решения задач.
записывать уравнения
состояния при формировании замкнутой системы уравнений гидродинамики;
применять расчетные формулы при
решении задач;
Методами интерпретации физических явлений, методами сбора и
обработки информации
Методами математического моделирования объектов
научноисследовательских
задач
решать континуальные уравнен закон
подобия;
понятия:
звуковые и ударные
волны, сверхзвуковые течения;
ия сохранения, применять методы МСС
при решении задач
на явления переноса.
математическим аппаратом механики
сплошных сред, ее
аксиоматикой и методами решения задач.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
1.
2.
1.
2.
Модуль 1.
1. Уравнения акустики. Волновое
уравнение и его решение. Решение
уравнений акустики.
2. Условия на поверхностях сильных разрывов. Законы сохранения
Всего
Модуль 2.
3. Анализ соотношений на сильном разрыве. Контактный разрыв и
ударная волна. Соотношения на
разрыве в неподвижной системе
координат.
4. Адиабата Пуассона и ударная
адиабата.
Всего
Модуль 3.
4
5
6
Форма контроля
3
Из них в интерактивной форме
2
Итого часов по теме
1
Семинарские (практические) занятия*
Самостоятельная работа*
Тема
Лекции*
№
недели семестра
Данная дисциплина читается в первом семестре. Форма промежуточной
аттестации – экзамен в конце семестра. Обязательное написание 1 контрольной
работы. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы. Всего
часов 72, из них лекции – 18 часов, практические занятия 18 часов, самостоятельная работа – 36 часов.
3. Тематический план.
Таблица 1.
Тематический план
Виды учебной работы
и самостоятельная работа, в час.
7
8
9
1-4
4
4
8
16
4
5,6
2
2
4
8
2
6
6
12
24
6
7-10
11,
12
4
4
8
16
Беседа
Беседа
4
Беседа
Беседа
2
2
4
8
2
6
6
12
24
6
1.
2.
5. Сверхзвуковые течения. Подобие и моделирование явлений.
13-16
4
4
8
16
4
17, 18 2
2
4
8
2
6
18
6
6
18
6
12
36
6
24
72
18
6
18 Экз.
6. Обзорная лекция.
Всего
Итого (часов)
Из них в интерактивной форме
Беседа
Беседа
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы студентов
Модули
№
и темы
Виды СРС
Не- Объобязадополни- деля ем
се- чательные тельные
мест сов
ра
Модуль 1
1.1 1. Уравнения акустики. Волновое 1. Работа с Доклад- 1-4
8
уравнение и его решение. Решение учебной
презентауравнений акустики.
литерату- ция
рой.
2. Выполнение домашнего
задания
3. Проработка лекций
1.2 2. Условия на поверхностях силь- 1. Работа с
5,6
4
ных разрывов. Законы сохранения
учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
Всего по модулю 1:
12
Модуль 2
2.1 3. Анализ соотношений на сильном 1. Работа с
7-10 8
разрыве. Контактный разрыв и
учебной
ударная волна. Соотношения на
разрыве в неподвижной системе
координат.
2.2 4. Адиабата Пуассона и ударная
.
адиабата.
литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
1. Работа с
учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего
задания
3. Проработка лекций
Всего по модулю 2:
Модуль 3
3.1 5. Сверхзвуковые течения. Подобие 1. Работа с
и моделирование явлений.
учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
3.2 6. Обзорная лекция.
1. Работа с
учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего
задания.
3. Проработка лекций
11,
12
4
12
13-16 8
17,
18
4
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
12
36
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Наименова№
Темы дисциплины необходимые для изучения
п/п ние обеспеобеспечиваемых (последующих) дисциплин
чиваемых
(последую1
2
3
4
5
6
щих) дисциплин
1. Выполнение
выпускной
квалифика+
+
+
+
+
+
ционной работы
5. Содержание дисциплины.
Тема 1. Уравнения акустики. Волновое уравнение и его решение.
Тема 2. Условия на поверхностях сильных разрывов. Законы сохранения
Тема 3. Анализ соотношений на сильном разрыве. Контактный разрыв и
ударная волна.
Тема 4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата.
Тема 5. Сверхзвуковые течения. Подобие и моделирование явлений.
Тема 6. Обзорная лекция.
6. Планы семинарских занятий.
Тема 1. Решение уравнений акустики. (4 часа).
Тема 2. Решение задач на сильные разрывы. (2 часа).
Тема 3. Соотношения на разрыве в неподвижной системе координат (4 ч.).
Тема 4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата. (2 часа).
Тема 5. Решение задач на подобие и моделирование явлений. (4 часа).
Тема 6. Систематизация моделей механики сплошных сред. (2 часа).
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
7.1. Примерные вопросы к экзамену
1. Уравнения акустики.
2. Уравнение сохранения массы на поверхности сильного разрыва.
3. Уравнение сохранения импульса на поверхности сильного разрыва.
4. Уравнение сохранения энергии на поверхности сильного разрыва.
5. Анализ уравнений сохранения на поверхности сильного разрыва. Контактный разрыв. Ударный скачок.
6. Уравнения сохранения в системах координат, связанных со скачком и с невозмущенным газом.
7. Адиабата Пуассона и ударная адиабата.
Примерные темы докладов- презентаций
1.Уравнения акустики.
2.Волновое уравнение и его решение.
3.Решение уравнений акустики.
8. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов
учебной работы в процессе изучения дисциплины «Механика сплошной среды»
предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и
интерактивных форм проведения занятий:
 лекции;
 практические занятия;
 работа в малых группах.
9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
Алешкевич В. А. , Деденко Л. Г. , Караваев В. А. Курс общей физики. Механика. М.: Физматлит, 2010. - 473 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.biblioclub.ru/book/69337/.
Галкин, В. А. Анализ математических моделей: системы законов сохра-нения, уравнения
Больцмана и Смолуховского/ В. А. Галкин. - Москва: БИНОМ. Лабо-ратория знаний, 2009. 408 с.
Папуша А. Н. Механика сплошных сред. Учебник. Москва — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2011. - 688 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.biblioclub.ru/book/114734/.
Шабаров А. Б. Гидрогазодинамика : учеб. пособие для студентов вузов, обуч. по спец. "Теплофизика" напр. подготовки "Техническая физика" / А. Б. Шабаров. - Тюмень: Изд-во
ТюмГУ, 2011. - 404 с.
Дополнительная литература:
Губайдуллин, Амир Анварович. Волны в газожидкостных системах: моногр./ А. А. Губайдуллин; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. - 184 с.
Губайдуллин, Амир Анварович. Механика сплошной среды: лекции и задачи/ А. А. Губайдуллин; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. - 172 с.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://libtech.utmn.ru
Примеры и задачи по механике сплошной среды: учебник/ сост. А. А. Губайдуллин, А. В.
Шнайдер. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2001. 105 с
Черняк В. Г. , Суетин П. Е. Механика сплошных сред. М.: Физматлит, 2008. - 353 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/69276/. – (дата обращения:
08.04.2013).
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный
класс для практических занятий, лекционная аудитория.