МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС СИСТЕМ
КАФЕДРА СЕРВИСА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
Рабочая программа учебной дисциплины
Основная образовательная программа
190700.62 ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ
(ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ)
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2013
ББК **.**
Рабочая программа учебной дисциплины «Теоретическая механика» составлена в соответствии с
требованиями ООП: 190600.62 Технология транспортных процессов на базе ФГОС ВПО.
Составитель: Чубенко Е.Ф., доцент кафедры Сервиса транспортных средств
Утверждена на заседании кафедры Сервиса транспортных средств от 11.01.2012 г., протокол
№ 5, редакция 2012г.
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией Института информатики, инноваций и
бизнес-систем.
©
Издательство ВГУЭС
2013
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина "Теоретическая механика" предназначена для формирования у
студентов направления подготовки 190700.62 "Технология транспортных процессов"
общих знаний о равновесии и законах движения материальных тел. Особое внимание
уделяется рассмотрению вопросов определения скоростей и ускорений точек и звеньев
механизмов и машин.
В дисциплине "Теоретическая механика" основное внимание уделяется изучению
реакций связей, условий равновесия плоской и пространственной систем сил, теории пар ,
кинематическим характеристикам точки, дифференциальным уравнения движения, общим
теоремам динамики, теории удара.
Особое внимание уделено рассмотрению методик выполнения расчетнографических заданий, определению скоростей и ускорений точек тела при различных
условиях движения, исследованию условий равновесия материальных объектов.
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1 Цели освоения учебной дисциплины
Теоретическая механика наряду с математикой имеет огромное общеобразовательное
значение. Изучение этой дисциплины развивает логическое и техническое мышление,
вводит в понимание широкого круга явлений, относящихся к механическому движению.
Целью изучения дисциплины «Теоретическая механика» является теоретическая и
практическая подготовка студентов в области изучения общих законов движения и
равновесия материальных тел, отражающих взаимодействие между этими телами, в такой
степени, чтобы они могли выбирать необходимые технические решения, уметь объяснить
принципы их функционирования и правильно их использовать. Основные задачи изучения
дисциплины:
 формирование у студентов минимально необходимых знаний в области
Теоретической механики;
 ознакомление с техническими и технологическими решениями,
используемыми в данной области;
 выработка практических навыков аналитического и экспериментального
исследования основных методов и средств, используемых в области, изучаемой в
рамках данной дисциплины.
1.2 Место учебной дисциплины в структуре ООП (связь с другими дисциплинами)
Дисциплина «Теоретическая механика» является для бакалавров начинающей
общемеханическую подготовку и формирующей представление о комплексе технических
документов, относящихся к изделию, предназначенному для изготовления или
модернизации, и содержащем чертежи, расчеты, описания с принципиальными
обоснованиями и относится к дисциплинам математического и естественнонаучного
цикла. Данная дисциплина базируется на компетенциях, полученных при изучении
дисциплин «Математический анализ», «Физика», «Инженерная и компьютерная графика»,
являющихся теоретическим фундаментом, на котором строится современное
машиностроение.
1.3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения учебной дисциплины
В результате изучения дисциплины будут сформированы следующие компетенции:
Таблица 1. Формируемые компетенции
ООП
Вид компетенций
Компетенции
ОК-10 использует основные законы
190600.62, Эксплуатация
естественнонаучных дисциплин в
транспортнопрофессиональной деятельности, применяет
Общекультурные
технологических машин
методы математического анализа и
и комплексов
моделирования, теоретического и
экспериментального исследования
ПК-24 способен выполнять работы в области
научно-технической деятельности по основам
190600.62, Эксплуатация
проектирования, информационному
транспортнообслуживанию, основам организации
Профессиональные
технологических машин
производства, труда и управления
и комплексов
транспортнымт производством,
метрологического обеспечения и транспортного
контроля
Таблица 2. Формируемые знания, умения, владения
ООП
Коды
компетенций
Знания, Умения, Владение
основных законов
естественнонаучных дисциплин
применять на практике методы
Умения:
математического анализа и
моделирования
методиками начных
Владения:
исследований
основных законов статики,
Знания:
кинематики и динамики
применять на практике основные
расчетные зависимости
Умения:
определения равновесия
материальных объектов
навыками решения задач основ
Владения:
проектирования
Знания:
ОК-10
190600.62, Эксплуатация
транспортно-технологических
машин и комплексов
ПК-24
1.4 Основные виды занятий и особенности их проведения
Объем и сроки изучения дисциплины:
Для студентов второго курса направления 190700.62 «Технология транспортных
процессов» дисциплина Теоретическая механика читается в третьем осеннем семестре.
Общая трудоемкость составляет 3 зачетные единицы, 108 часов. Из них 51 час –
аудиторной работы (34 часа лекций, 17 часов практических занятий), 57 часов –
самостоятельной работы. Промежуточная аттестация по дисциплине – зачет.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, составляет 30
процентов аудиторных занятий.
1.5 Виды контроля и отчетности по дисциплине
Контроль успеваемости студентов осуществляется в соответствии с рейтинговой
системой оценки знаний студентов.
Текущий контроль предполагает: проверку уровня самостоятельной подготовки
студента при выполнении индивидуальных заданий; опросы и дискуссии по основным
моментам изучаемой темы на практических занятиях.
Промежуточный контроль предусматривает: проведение контрольных работ по блокам
изученного материала; тестирование остаточных знаний (предварительные аттестации) в
форме компьютерного тестирования.
Итоговый контроль знаний студентов осуществляется при проведении зачета и
экзамена в форме компьютерного тестирования.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Темы лекций
Тема 1. Введение в статику. (2 часа)
Предмет статики. Основные понятия статики. Аксиомы статики. Связи и реакции
связей.
Тема 2. Система сходящихся сил. (2 чаа)
Геометрический и аналитический способы сложения сил. Сходящиеся силы.
Равнодействующая сходящихся сил. Геометрические и аналитические условия
равновесия.
Тема 3. Момент силы относительно центра. Пара сил. ( 2 часа)
Момент силы относительно центра как вектор. Момент пары сил как вектор.
Тема 4. Приведение системы сил к данному центру. Условия равновесия
систем сил. ( 2 часа)
Теорема о приведении произвольной системы сил к данному центру. Главный
вектор и главный момент системы сил. Векторные условия равновесия произвольной
системы сил.
Тема 5. Система сил, произвольно расположенных на плоскости. ( 4 часа)
Аналитические условия равновесия произвольной плоской системы сил.
Равновесие плоской системы параллельных сил. Равновесие системы тел.
Тема 6. Произвольная система сил. ( 2 часа)
Момент силы относительно оси. Аналитический способ определения моментов сил
относительно координатных осей. Главный вектор и главный момент произвольной
системы сил. Аналитические условия равновесия произвольной пространственной
системы сил.
Тема 7. Введение в кинематику. ( 2 часа)
Предмет кинематики. Системы отсчета. Задачи кинематики.
Тема 8. Кинематика точки. ( 2 часа)
Векторный способ задания движения точки. Траектория точки. Векторы скорости и
ускорения точки.
Координатный способ задания движения точки в декартовых прямоугольных
координатах. Определение скорости и ускорения точки по
их проекциям на
координатные оси. Естественный способ задания движения точки. Касательное и
нормальное ускорения точки.
Тема 9. Кинематика твердого тела. ( 2 часа)
Поступательное движение твердого тела. Теорема о траекториях, скоростях и
ускорениях точек твердого тела при поступательном движении.
Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Уравнение вращательного
движения. Угловая скорость и угловое ускорение твердого тела, вращающегося вокруг
неподвижной оси.
Плоскопараллельное движение твердого тела. Уравнения движения плоской
фигуры. Мгновенный центр скоростей, определение с его помощью скоростей точек
плоской фигуры. Определение ускорений точек плоской фигуры.
Тема 10. Сложное движение точки и твердого тела. ( 2 часа)
Абсолютное и относительное движение точки, переносное движение. Теорема о
сложении скоростей. Теорема Кориолиса о сложении ускорений.
Сложное движение твердого тела..
Тема 11. Введение в динамику. ( 2 часа)
Предмет динамики. Основные понятия и определения динамики – масса,
материальная точка, сила, постоянные и переменные силы. Законы классической
механики. Инерциальная система отсчета. Задачи динамики.
Тема 12. Динамика точки. ( 2 часов)
Дифференциальные уравнения движения материальной точки в декартовых
прямоугольных координатах и в проекциях на оси естественного трехгранника. Две
основные задачи динамики для материальной точки, их решение. Постоянные
интегрирования и их определение по начальным условиям.
Общие теоремы динамики точки. Количество движения точки. Теорема об
изменении количества движения точки в дифференциальной и конечной формах.
Момент количества движения точки относительно центра и оси. Теорема об
изменении момента количества движения точки.
Элементарная работа силы. Работа силы на конечном пути. Работа силы тяжести и
силы упругости. Мощность. Кинетическая энергия точки. Теорема об изменении
кинетической энергии точки в дифференциальной и конечной форме.
Тема 13. Динамика механической системы. ( 2 часа)
Механическая система. Масса системы. Центр масс системы и его координаты.
Моменты инерции системы и твердого тела относительно плоскости, оси и полюса.
Радиус инерции. Теорема о моменте инерции относительно параллельных осей. Осевые
моменты инерции однородных тел.
Тема 14. Общие теоремы динамики системы. ( 2 часа)
Дифференциальные уравнения движения механической системы. Теорема о
движении центра масс системы.
Количество движения механической системы. Теорема об изменении количества
движения механической системы в дифференциальной и конечной форме.
Кинетический момент механической системы относительно центра и оси.
Кинетический момент вращающегося твердого тела относительно оси вращения. Теорема
об изменении кинетического момента системы.
Кинетическая энергия механической системы. Теорема об изменении кинетической
энергии механической системы в дифференциальной и конечной форме.
Тема 15. Принцип Даламбера. ( 2 часа)
Принцип Даламбера для материальной точки, сила инерции. Принцип Даламбера
для механической системы. Главный вектор и главный момент сил инерции. Приведение
сил инерции твердого тела к центру.
Тема 16. Динамика твердого тела. ( 2 часа)
Дифференциальные уравнения поступательного движения твердого тела.
Дифференциальное уравнение вращательного движения твердого тела вокруг
неподвижной
оси. Дифференциальные уравнения плоскопараллельного движения
твердого тела.
Тема 17. Аналитическая механика. ( 2 часа)
Связи и их уравнения. Классификация связей. Принцип возможных перемещений.
Принцип Даламбера-Лагранжа. Общее уравнение динамики.
Обобщенные координаты системы. Обобщенные силы. Условия равновесия
системы в обобщенных координатах.
Дифференциальные уравнения движения механической системы в обобщенных
координатах. Кинетический потенциал. Уравнения Лагранжа второго рода.
2.2 Перечень тем практических/лабораторных занятий
Тема 1. Система сходящихся сил. (2 часа)
Тема 2. Система сил, произвольно расположенных на плоскости. (2 часа)
Тема 3. Произвольная система сил. (2 часа)
Тема 4. Кинематика точки. (2 часа)
Тема 5. Кинематика твердого тела. (2 часа)
Тема 6. Сложное движение точки и твердого тела. (2 часа)
Тема 7. Общие теоремы динамики точки. (2 часа)
Тема 8. Общие теоремы динамики системы. (2 часа)
Тема 9. Аналитическая механика. (1 час)
3. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Программой дисциплины предусмотрено чтение лекций, проведение практических
занятий. В течение семестра студенты изучают на лекционных занятиях теоретический
материал. На практических занятиях под руководством преподавателя решают задачи,
связанные с изучением теоретической механики, защищают полученные результаты,
обсуждают возникающие вопросы и проблемы.
Для студентов в качестве самостоятельной работы предполагается выполнение и
защита индивидуальных заданий, подготовка докладов и сообщений, решение домашних
задач.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
4.1
Перечень и тематика самостоятельных работ студентов по дисциплине
В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины,
предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов
(СРС): контрольные работы (индивидуальные домашние задания), самостоятельное
изучение теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже вопросам,
изучение теоретического материала при подготовке к защите лабораторных работ,
итоговое повторение теоретического материала.
Для самостоятельного изучения дисциплины выносится часть материала по всем
темам дисциплины с самоконтролем по контрольным вопросам и возможностью
консультации у ведущего преподавателя общим объемом 38 часов СРС.
Для выполнения индивидуальных заданий в соответствии с разделом 2.2 настоящей
учебной программы студент должен предварительно освоить теоретический материал
соответствующих тем.
4.2
Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения учебной
дисциплины
1. Что такое абсолютно твердое тело?
2. Какими параметрами характеризуется сила?
3. Как определяется равнодействующая системы сил?
4. Какие силы являются внешними, а какие внутренними?
5. Что такое связь?
6. Как определяются реакции цилиндрического шарнира?
7. Как определяются реакции сферического шарнира?
8. Что такое невесомый стержень?
9. Как расположена реакция гладкой опоры?
10. В чем заключается геометрический способ сложения сил?
11. В чем заключается аналитический способ сложения сил?
12. Что такое равнодействующая сходящихся сил?
13. Каковы аналитические условия равновесия системы сходящихся сил?
14. Как определяется момент силы относительно точки?
15. Каковы свойства пары сил?
16. Что такое главный момент системы сил?
17. В чем заключаются условия равновесия произвольной системы сил?
18. По какому выражению вычисляется главный момент плоской системы сил?
19. Каковы аналитические условия равновесия плоской системы сил?
20. Как формулируется теорема Вариньона о моменте равнодействующей?
21. Что такое равновесие системы тел?
22. Как определяется момент силы относительно оси?
23. Что такое главный вектор пространственной системы сил?
24. В чем заключаются аналитические условия равновесия произвольной
пространственной системы сил?
25. Каковы условия равновесия пространственной системы параллельных сил?
26. Что такое центр тяжести твердого тела?
27. Каково отличие центра тяжести и центра масс?
28. Как определяется центр тяжести объема?
29. Каковы способы определения положения центров тяжести?
30. Что изучает кинематика?
31. Что такое относительность механического движения?
32. Какие системы отсчета применяются в кинематике?
33. Каковы задачи кинематики?
34. Какие способы задания движения применяются в кинематике?
35. Что такое скорость точки?
36. Что такое ускорение точки?
37. Как определяются нормальное и касательное ускорения точки?
38. Что такое поступательное движение твердого тела?
39. Чем характеризуется вращение твердого тела вокруг неподвижной оси?
40. Как определяются угловая скорость и угловое ускорение тела?
41. Как направлен вектор угловой скорости тела?
42. Что такое плоское движение твердого тела?
43. Каковы уравнения движения плоской фигуры?
44. Что такое мгновенный центр скоростей?
45. Как определить скорости точек плоской фигуры с помощью мгновенного центра
скоростей?
46. Что такое абсолютное и относительное движения точки?
47. Как формулируется теорема о сложении скоростей при сложном движении?
48. Как формулируется теорема о сложении ускорений при переносном
поступательном и переносном вращательном движениях?
49. Как вычисляется ускорение Кориолиса?
50. Как записываются дифференциальные уравнения движения свободной и
несвободной материальной точки в декартовых координатах?
51. Каковы две основные задачи динамики?
52. Что такое начальные условия?
53. Как определяются постоянные интегрирования?
54. Как записываются дифференциальные уравнения относительного движения
материальной точки?
55. Что такое кориолисовы силы инерции?
56. Что такое момент инерции твердого тела относительно оси?
57. Как формулируется теорема о моментах инерции тела относительно параллельных
осей?
58. Что такое дифференциальные уравнения движения механической системы?
59. Как формулируется теорема об изменении количества движения?
60. Как формулируется теорема об изменении кинетической энергии?
61. Как определяется кинетическая энергия механической системы?
62. Что такое возможные перемещения точки и механической системы?
63. В чем заключается принцип возможных перемещений?
64. Как определяется число степеней свободы системы?
65. Каковы основные положения теории удара?
4.3 Методические рекомендации по организации СРС
Для студентов в качестве самостоятельной работы предполагается подготовка
докладов и сообщений, выполнение и защита индивидуальных заданий, решение
домашних задач.
4.4 Рекомендации по работе с литературой
В учебнике 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, 2012. - 736 с. даются основные понятия механики. Определено ее место среди
других научных направлений. Подробно рассмотрены основные вопросы статики,
кинематики и динамики, в него включены сведения, показывающие связь теоретического
материала с практикой. Данный учебник является базовым для изучения Теоретической
механики для студентов специальности 190600.62.
Теоретические и практические вопросы, связанные с использованием основных
расчетных зависимостей подробно описаны в учебнике Тарг, С.М. Краткий курс
теоретической механики : учебник для вузов /С.М. Тарг. – 13 изд.стер. – М.: Высш.
Шк. 2012. - 416 с. В нем дана характеристика рассматриваемым вопросам сточки зрения
развития механики, прослеживается связь данной темы с другими темами курса и другими
дисциплинами.
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
И
ИНФОРМАЦИОННОЕ
5.1 Основная литература
1. 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, 2012. - 736 с.
2. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики : учебник для вузов /С.М. Тарг. – 13
изд.стер. – М.: Высш. Шк. 2012. - 416 с.
3. Мещерский, Иван Всеволодович. Сборник задач по теоретической механике. , И.В.
Мещерский. – 38-е изд., стер. – СПб. : Лань, 2011. – 448 с.
4. Сборник коротких задач по теоретической механике : учебное пособие/О.Э. Кепе [и
др.]; под ред. О.Э. Кепе.–М.: Высш. Шк. 2010. - 368 с.
5.2 Дополнительная литература
5. Яблонский А.А. Курс теоретической механики : статика, кинематика, динамика :
учебник / А.А. Яблонский, В.М. Никифорова. – 9-е изд., стер. – СПб. : Лань, 2012. 768
с.
6. Добронравов В.В. Курс теоретической механики : учебник / В.В. Добронравов, Н.Н.
Никитин, А.Л. Дворников. – 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 2011. – 575 с.
7. 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, 2008 –
1991. Т.2 : Динамика. – 1991. - 638 с.
8. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике / под ред. А.А.
Яблонского.–16-е изд. Стер.–М. : Интеграл-Пресс, 2011. – 384 с.
3.3 Интернет-ресурсы
http://www.lib.- сайт, посвящённый проблемам механики.
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
а) для чтения лекций с использованием презентаций используется аудитория,
оборудованная мультимедийной установкой.
б) лабораторное обеспечение – специализированная лаборатория, оснащенная
метрологическим оборудованием.
7. СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
Абсолютно твердое тело Материальное тело, в котором расстояние между двумя
любыми точками всегда остается неизменным.
Аксиома параллелограмма сил - Две силы, приложенные к телу в одной точке,
имеют равнодействующую, приложенную к этой же точке и изображаемую диагональю
параллелограмма, построенного на этих силах, как на сторонах.
Аксиома связей - Всякое несвободное тело можно рассматривать как свободное, если
отбросить связи и заменить их действие реакциями этих связей.
Амплитуда колебаний - величина, равная наибольшему отклонению точки от центра
колебаний.
Бинормаль - нормаль, перпендикулярная к главной нормали.
Вектор перемещения точки - вектор, соединяющий начальное и конечное положения
точки в выбранной системе отсчета.
Вес тела - величина силы, с которой тело, покоящееся на поверхности Земли, давит
под действием силы тяжести на опору, препятствующую его вертикальному падению.
Ватт - единица измерения мощности в системе СИ, равная 1 ватт = 1 Дж/с.
Вращение замедленное – при котором модуль угловой скорости со временем
убывает.
Вращение равномерное – при котором модуль угловой скорости постоянен.
Вращение ускоренное – при котором модуль угловой скорости со временем
возрастает.
Главный вектор системы сил - величина, равная геометрической сумме сил какойнибудь системы.
Главный вектор внутренних сил - главный вектор всех внутренних сил равняется
нулю.
Главный вектор сил инерции - для тела, совершающего любое движение, равен
произведению массы тела на ускорение его центра масс и направлен противоположно
этому ускорению.
График движения точки – кривая, построенная в осях, где по оси абсцисс отложено
время, а по оси ординат перемещение точки.
Динамический винт - совокупность силы и пары сил.
Масса – одна из основных характеристик любого материального объекта, являющаяся
мерой его инертности.
Масса механической системы – сумма масс материальных точек, образующих
систему.
Материальная точка – точка, обладающая массой.
Механическое движение – изменение положений материальных тел или взаимного
положения частей данного тела.
Механическая система – любая совокупность материальных точек.
Свободное твердое тело – тело, на перемещения которого не наложено никаких
ограничений.
Сила – мера механического действия одного материального тела на другое.