Теоретическая механика - Орловский государственный

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
_____________________________
«_____» ________________ 20__ г.
Рабочая программа дисциплины
”Теоретическая механика”
Направление подготовки 190600 «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов»
Квалификация (степень) бакалавр
Форма обучения
заочная
Орел 2015 год
Составитель: ст.преподаватель Иванушкина Н.М. __________
«__» __________.2015 г.
Рецензент: ________________________________
«__» __________.2015 г.
__________
Программа разработана в соответствии с ФГОС 3 ВПО по направлению подготовки 190600
«Эксплуатация транспортно-технологиеских машин и комплексов» (бакалавр).
Программа обсуждена на заседании кафедры «Инженерная графика и механика»
протокол № _____ от «____» __________ 2015 г.
Зав. кафедрой: к.т.н., доцент Абрамов Г.М.
_____________
«__» __________2015г.
Программа рассмотрена и одобрена на заседании Ученого совета факультета
протокол №__ от «__» ________ 2015 г.
Декан факультета: к.т.н., доцент Коношин И.В._____________
«__» __________2015г.
Программа принята учебно-методической комиссией по направлению подготовки 190600
«Эксплуатация транспортно-технологиеских машин и комплексов» (бакалавр).
протокол №_____ от «____» __________2015 г.
Заведующий выпускающей кафедрой «Эксплуатация машинно-тракторного парка и
тракторы» :
к.т.н., Жосан А.А..
____________
«__» __________2015г.
Директор научной библиотеки Ишханова Е.В. ____________
2
«__» __________2015г.
Оглавление
Введение………………………………………………………………………………6
1. Перечень планируемых результатов обучения дисциплине, соотнесенных
с
планируемыми
(компетенции
результатами
обучающегося,
освоения
формируемые
образовательной
в
результате
программы
освоения
дисциплины)…………………………………………………………………..…….. 6
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы………….7
3.Объем дисциплины в зачетных единицах с указанием количества
академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся
и на
самостоятельную работу обучающихся…………………………………………….8
4.Содержание дисциплины, структурированное по темам (разделам) с
указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных
занятий……………………………………………………………………….……….9
4.1. Содержание разделов дисциплины………………………………….……9
4.2. Разделы дисциплин и виды занятий……………………..………………14
4.3. Тематический план лекций………………………………………………..15
4.4. Практические занятия……………………………………………………..16
4.5. Лабораторные занятия ..…………………………………………………...17
4.6.Самостоятельная работа студентов………………………………………..18
5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы
обучающихся по дисциплине………….……………………………………………19
6. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
обучающихся по дисциплине ………………………………………..……………..19
7. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для
освоения дисциплины ………………………………………………………………..22
8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»,
необходимых для освоения дисциплины……………………….….…………….…22
9.
Методические
указания
для
обучающихся
по
освоению
дисциплины………………………………………………………………….….…….23
3
10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного
обеспечения
и
информационных
справочных
систем
(при
необходимости)…………………………………………………………….……..….23
11. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления
образовательного процесса по дисциплине …………..……………………………23
4
Введение
Рабочая программа разработана для направления подготовки 190600
«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
(бакалавр) заочного очного отделения.
Рабочая программа дисциплины «Теоретическая механика» составлена на
основе учебного плана специальности, а также типовой программы
«Теоретическая механика», утвержденной учебно-методическим управлением по
вузам.
Рабочая программа содержит определение целей и задач изучения дисциплины,
рабочие планы лекционных, практических и лабораторных занятий, их
трудоемкость, задания для самостоятельной работы, темы расчетно-графических
работ.
В соответствии с указанной методикой при расчетах трудоёмкости высшего
образования в зачётных единицах исходим из следующего: одна зачётная единица
в ФГОС-3 соответствует 36 академическим часам общей трудоёмкости
продолжительностью по 45 минут.
1. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине,
соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной
программы.
В результате изучения данной учебной дисциплины формируются следующие
компетенции:
Общекультурные компетенции:
 владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
 использует основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применяет методы математического
анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования (ОК-10);
 способен
приобретать
новые
знания,
используя
современные
образовательные и информационные технологии (ОК-17);
Профессиональные компетенции:
 умеет проводить технико-экономический анализ, комплексно обосновывать
принимаемые и реализуемые решения, изыскивать возможности
сокращения цикла выполнения работ, оказывать содействие подготовке
процесса их выполнения и обеспечению необходимыми техническими
данными, материалами, оборудованием (ПК-4);
 владеет умением проводить измерительный эксперимент и оценивать
результаты измерений (ПК-20);
 владеет умением изучать и анализировать необходимую информацию,
технические
данные,
показатели
и
результаты
работы
по
совершенствованию технологических процессов эксплуатации, ремонта и
сервисного обслуживания транспортных и транспортно-технологических
машин различного назначения, их агрегатов, систем и элементов, проводить
5
необходимые расчёты, используя современные технические средства (ПК21).
В результате освоения дисциплины обучающийся студент должен:
знать:
- основные виды связей и их реакции;
- способы преобразования систем сил;
- условия равновесия тел, находящихся под действием различных систем сил;
- алгоритмы решения задач статики;
- способы задания движения и определения основных характеристик
движения точки;
- способы определения основных параметров движения тела и параметров
движения любой его точки;
- параметры сложного движения точки и способы их определения;
- сложные движения твёрдого тела и способы определения их параметров;
- дифференциальные уравнения движения материальной точки в различных
системах координат;
- постановку и алгоритмы решения прямой и обратной задачи динамики
точки;
- содержание общих теорем динамики материальной точки и механической
системы;
- основные принципы механики;
- элементарную теорию удара.
уметь:
- применять полученные знания для решения конкретных задач механики;
- выбирать рациональные методы решения задач механики.
Результатами изучения дисциплины должны стать:
единый подход к математическому описанию широкого круга механических
явлений, составляющих основу современной техники;
готовность к изучению других технических дисциплин по профилю избранной
специальности.
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы.
Дисциплина «Теоретическая механика» относится к циклу общих
математических и естественнонаучных дисциплин. Для изучения дисциплины
«Теоретическая механика» к входным знаниям обучающегося предъявляются
следующие требования: учащийся должен
знать:
 соотношения и формулы геометрии и алгебры;
 основы векторной алгебры;
6
 основы аналитической геометрии;
 основы математического анализа:
 дифференциальное и интегральное исчисление;
 физические основы механики.
Основы теоретической механики являются необходимыми входными
знаниями для дисциплин: «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и
машин», «Детали машин», «Гидравлика» и др.
7
3.Объем дисциплины в зачетных единицах с указанием количества
академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся и на
самостоятельную работу обучающихся.
Таблица1 Общая трудоемкость дисциплины ____3____ зачетных единицы.
Виды учебной нагрузки
Аудиторные занятия (всего)
в том числе:
Лекции
из них:
активные формы обучения
Практические занятия (ПЗ)
из них:
активные формы обучения
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Вид промежуточной
аттестации
Общая трудоемкость
час
Общая трудоемкость
зач. ед
8
Всего
Курс 2
часов
10
10
4
2
4
2
4
2
4
2
2
89
9
108
2
89
Экзамен
9
108
3
3
4. Содержание дисциплины, структурированное по темам (разделам) с
указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных
занятий.
4.1. Содержание разделов дисциплины
Таблица 2 Содержание разделов дисциплины
Курс 2
I. Статика
Цель: изучение основных положений статики, приобретение навыков
преобразования систем сил, составления и решения уравнений равновесия.
В результате усвоения данного модуля формируются компетенции: ОК-1,
ОК-10, ОК-17, ПК-4, ПК-20, ПК-21
№ Наименование
раздела
Содержание раздела
п/п дисциплины, входящей в аудиторная работа
СРС
данный модуль.
1
Аксиомы статики.
Введение.
2
Приведение произвольной
системы сил к заданному
центру.
Моменты силы.
Пара сил. Момент
пары.
Метод Пуансо.
Главный вектор,
главный момент
системы.
Связи и реакции
связей.Таблица
основных связей и
их реакций.
Определение
моментов силы и
пары сил.
Частные
случаи
приведения систем
сил
Центр
параллельных сил.
Центр
тяжести.
Центры тяжести
однородных тел
Условия
равновесия систем
сил.
Равновесие
твёрдого
тела
находящегося под
действием
произвольной
плоской системы
3
Уравновешенные системы
сил.
9
сил
Уравнения
равновесия для
пространственных
систем сил. Лекциядиспут
Трение
4
Равновесие
твёрдого
тела
находящегося под
действием
произвольной
пространственной
системы сил
Трение
скольжения.
Трение качения
2. Кинематика.
Цель: приобретение знаний и навыков для определения характеристик
движения точки и характеристик движения твёрдого тела.
В результате усвоения данного модуля формируются компетенции: ОК-1,
ОК-10, ОК-17, ПК-4, ПК-20, ПК-21
№ Наименование
раздела
Содержание раздела
п/п дисциплины, входящей в аудиторная работа
СРС
данный модуль.
Способы задания
движения точки.
Определение
скорости и
ускорения точки
5
6
Кинематика точки.
Естественный
способ задания
движения точки
Определение
скорости и
ускорений при
естественном
способе задания
движения точки
Поступательное
движение твёрдого
тела
Простейшие движения
твёрдого тела.
10
Вращение тела
вокруг
неподвижной оси
7
8
9
Плоскопараллельное
движение твёрдого тела
Сложное движение точки
Частные случаи
вращательного
движения.
Уравнения
движения, угловая
скорость и угловое
ускорение.
Теорема о сложении Способы
скоростей точек
определения
тела. Теорема о
положения м.ц.с.
проекциях
скоростей.
Мгновенный центр
скоростей.
Теорема о
сложении
ускорений точек
тела.
Теорема о
сложении
скоростей точки
при сложном
движении
Теорема Кориолиса.
Ускорение
Кориолиса.
Лекция диспут
Углы Эйлера.
Угловая скорость.
Сферическое движение тела.
Скорость и
ускорение
произвольной
точки тела при
сферическом
движении.
11
Уравнения
движения
Скорость и
ускорение тела
10
Общий случай свободного
движения твёрдого тела.
Скорость и
ускорение
произвольной
точки тела
3. Динамика
Цель: изучение и применение для решения задач механики основных законов
и основных теорем динамики, а также основных принципов механики.
В результате усвоения данного модуля формируются компетенции: ОК-1,
ОК-10, ОК-17, ПК-4, ПК-20, ПК-21
№
Наименование
раздела
Содержание раздела
п/п дисциплины, входящей в аудиторная работа
СРС
данный модуль.
Дифференциальные Основные законы
уравнения движения динамики.
Две
точки.
основные задачи
Динамика материальной
динамики точки
точки
11
Общие теоремы
динамики точки.
Принцип
Даламбера для
материальной
точки.
Геометрия масс
Теорема о
движении центра
масс
механической
Динамика системы
системы. Теоремы
12
материальных точек.
об изменении
количества
движения
Теоремы об
изменении
моментов
количеств
12
движения
13
14
Основные принципы
механики.
Теорема об
изменении
кинетической
энергии.
Принцип
Даламбера.
Принцип
возможных
перемещений.
Общее уравнение
динамики.
Лекция - диспут
Уравнения
Лагранжа второго
рода.
Удар. Прямой и
косой удары шара
о неподвижную
поверхность.
Элементарная теория удара
13
4.2. Разделы дисциплин и виды занятий
Раздел 3
Раздел 2
Раздел 1
Таблица 3 Разделы дисциплин и виды занятий
итого
№раздела
Лекц. ПЗ
дисциплины,
входящей в данный
модуль (см.5.1)
Курс 2
1
1
2
1
3
4
5
1
6
1
7
1
8
1
9
10
ЛЗ
СРС
2
Всего
часов
6
6
7
6
6
6
7
7
7
9
6
7
7
8
6
6
6
7
6
6
11
1
6
7
12
13
14
1
7
8
4
7
7
89
7
7
99+9
4
14
2
4.3. Тематический план лекций
Таблица 4 Тематический план лекций
№ раздела
дисциплины,
входящего в
данный модуль
Наименование темы лекции
Трудоемкость
(час.)
Курс 2
Введение. Связи и их реакции.
Моменты силы. Пары сил
Приведение
произвольной
системы сил к заданному
центру. Случаи приведения.
Центр параллельных сил. Центр
тяжести. Диспут.
1
5
Кинематика точки. Способы
задания движения. Определение
скорости и ускорения точки.
1
7
Плоскопараллельное движение
тела. Угловая скорость и
угловое
ускорение
тела.
Теорема о сложении скоростей
и
теорема
о
сложении
ускорений
точек
тела.
Мгновенный центр скоростей.
1
Раздел 2
Раздел 1
1
2
Итого:
в т.ч. в активной форме
15
1
4
2
4.4. Практические занятия.
Таблица 5 Тематический план практических занятий
Модуль
2
№ раздела
дисциплины,
входящего в
данный модуль
6
8
Модуль 3
11
12
Наименование практического Трудоемкость
занятия
(час.)
Курс 2
Вращение
твёрдого
тела
вокруг неподвижной оси.
Сложное движение точки
Дифференциальные
уравнения
движения
материальной точки.
Общие теоремы динамики
Круглый стол.
Итого:
в т.ч. в активной форме
16
1
1
1
1
4
2
4.5. Лабораторные занятия.
Таблица 5 Тематический план практических занятий
Раздел 1
№ раздела
дисциплины,
входящего в
данный модуль
3
Наименование
практического занятия
Семестр _3_
Уравновешенные
сил
Итого:
системы
Трудоемкость
(час.)
2
2
17
Раздел 1
16
Раздел 2
27
10
37
Раздел 3
16
10
26
Курс 2
10
Всего часов
18
Коллоквиумы
Работа с интернеттренажёром
Подготовка презентаций к
рефератам, докладам
Контрольная работа
Подготовка к отчету по
модулям
Выполнение домашних
упражнений и заданий
Самостоятельное изучение
теоретического материала
4.6.Самостоятельная работа студентов.
Таблица 7 Тематический план самостоятельной работы студентов
Трудое
мкость
(час.)
26
89
5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной
работы обучающихся по дисциплине .
1. Бать М.М. .Джанелидзе Г.Ю. .Кельзон А.С. Теоретическая механика в
примерах и задачах. Часть 1 и 2 : Учебное пособие. М:2008 и предыдущие
издания.
2. Теоретическая механика. Методические рекомендации по выполнению
контрольных работ для бакалавров . Раздел «Статика». Орёл:, ОГАУ, 2013
3.Теоретическая механика. Методические рекомендации по выполнению
контрольных работ для бакалавров. Раздел «Кинематика» и «Динамика».
Орёл:, ОГАУ, 2013
6. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
обучающихся по дисциплине
6.1. Перечень тем Контрольной работы
Курс 2
1. Равновесие твёрдого тела находящегося под действием произвольной плоской
системы сил. Определение опорных реакций.
2. Равновесие твёрдого тела находящегося под действием произвольной
пространственной системы сил. Определение опорных реакций.
3. Плоскопараллельное движение твёрдого тела. Определение кинематических
характеристик движения звеньев плоского механизма.
4. Сложное движение точки. Определение абсолютной скорости и абсолютного
ускорения точки.
5. Принцип Даламбера . Определение динамических реакций методом
кинетостатики.
6.2. Вопросы для самоконтроля
Раздел №1
1. Основные понятия статики.
2. Аксиомы статики.
3. Сила и системы сил.
4. Связи и реакции связей.
5. Проекции силы на оси. Определение модуля и направления силы по её
проекциям. Направляющие косинусы и направляющие углы.
6. Моменты силы относительно точки и относительно оси.
7. Главный вектор и главный момент произвольной системы сил.
8. Способы сложения систем сходящихся сил.
19
9. Условия равновесия систем сходящихся сил.
10. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей системы сил.
11. Пары сил. Вектор-момент пары сил. Свойства пар сил.
12. Сложение пар сил, произвольно расположенных в пространстве.
13. Условия равновесия произвольной пространственной системы сил.
14.Частные случаи условий равновесия.
15.Трение скольжения и трение качения. Коэффициенты трения.
16. Силы трения. Угол и конус трения.
17.Сложение параллельных сил. Центр параллельных сил.
18.Центр тяжести. Координаты центра тяжести. Способы определения центра
тяжести.
19.Центр тяжести однородного тела, плоской фигуры, линии.
Раздел №2
1. Предмет кинематики. Системы отсчёта. Время. Пространство.
2. Способы задания движения точки. Траектория, путь, перемещение
точки.
3. Определение скорости и ускорения точки.
4. Скорость и ускорение точки при различных способах задания её
движения.
5. Частные случаи движения точки.
6. Простейшие движения твёрдого тела. Поступательное движение тела.
7. Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Кинематические
характеристики вращения тела: уравнение движения, угловая скорость,
угловое ускорение.
8. Скорость и ускорение произвольной точки вращающегося тела.
9. Равномерное и равнопеременное вращение тела.
10.Плоскопараллельное движение твёрдого тела. Уравнения движения.
Разложение движения на простейшие составляющие.
11.Плоскопараллельное движение твёрдого тела. Теорема о сложении
скоростей.
12.Плоскопараллельное движение твёрдого тела. Теорема о проекциях
скоростей двух точек тела.
13.Мгновенный центр скоростей, мгновенный центр вращения.
Определение скоростей точек плоской фигуры и угловой скорости тела
с помощью мгновенного центра скоростей.
14.Способы определения мгновенного центра скоростей.
15.Плоскопараллельное движение твёрдого тела. Теорема о сложении
ускорений.
16.Мгновенный центр ускорений.
17. Сложное движение точки.
18.Сложное движение точки. Теорема о сложении скоростей точки.
19. Сложное движение точки. Теорема о сложении ускорений точки.
20. Ускорение Кориолиса.
21. Сферическое движение твёрдого тела. Углы Эйлера.
20
22. Угловые скорости тела.
23. Угловое ускорение.
24. Скорость и ускорение произвольной точки тела при сферическом
движении.
25. Общий случай свободного движения тела. Уравнения движения.
26. Угловая скорость, угловое ускорение тела.
27. Скорость и ускорение произвольной точки тела
Раздел №3.
1. Предмет динамики. Основные законы динамики.
2. Две основные задачи динамики: прямая и обратная.
3. Свободные колебания, без учёта сил сопротивления.
4. Свободные колебания при вязком сопротивлении.
5. Вынужденные колебания с учётом и без учёта сил сопротивления.
6. Явление резонанса.
7. Относительное движение точки.
8. Геометрия масс системы. Центр масс. Моменты инерции.
9. Теорема о движении центра масс механической системы.
10.Теоремы об изменении количества движения материальной точки и
механической системы.
11.Теоремы об изменении момента количества движения относительно точки
и относительно оси материальной точки и механической системы.
12.Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия тела при различных видах
его движения.
13.Теоремы об изменении кинетической энергии материальной точки и
механической системы.
14.Силы инерции. Принцип Даламбера.
15.Принцип возможных перемещений.
16. Общее уравнение динамики.
17.Обобщённые координаты. Обобщённые силы.
18.Уравнения Лагранжа второго рода.
19.Элементарная теория удара.
20.Теорема моментов при ударе.
21.Прямой центральный удар о неподвижную преграду.
22.Прямой центральный удар шаров.
23.Теорема Карно при ударе.
21
7. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой
для освоения дисциплины .
7.1 основная литература
1. Цывильский В.Л. Теоретическая механика. М.: "Высшая школа", 2010
2. Бутенин Н. В. Лунц Я.Л. Меркин Д.Р. Курс теоретической механики.
Учебник. М: Наука, 2009.
3. Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. Учебник. М: Высшая
школа,2010.
4. Старжинский В.М. Теоретическая механика. Учебник. М: Наука, 2010.
5. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. Учебник. М: Высшая
школа, 2009.
6. Яблонский А.А. .Никифорова В.А. Курс теоретической механики.
Учебник. 2010.
7. Мещерский И.В. Сборник задач по теоретической механике. Учебное
пособие. М: 2009 и предшествующие издания.
7.2 дополнительная литература
8. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования
рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008
– 2012 годы. Утверждена Постановлением Правительства РФ от 14 июля
2007 г. № 446.
9. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства
России на период до 2020 года. М.:ФГНУ «Госинформагротек», 2009.-78с.
10.Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике. М.:
"Интеграл-пресс", 2010
11.Бать М.М. .Джанелидзе Г.Ю. .Кельзон А.С. Теоретическая механика в
примерах и задачах. Часть 1 и 2 : Учебное пособие. М:2008 и предыдущие
издания.
8.
Перечень
ресурсов
информационно-телекоммуникационной
сети
«Интернет», необходимых для освоения дисциплины .
1. www.book.ru (www.orelsau.ru)
2. Научная электронная библиотека «Киберленинка»
3. Национальный Цифровой ресурс руконт http://e.landbook.com/
4. Тест. Фонд тестовых заданий (www.i-exam.ru)
5. http://books.tr200.ru/v.php - Сборник коротких задач по теоретической
механике. под ред. Кепе О.Э. (используется для домашних заданий) (25.06.14);
6. www.popularmechanics.ru – Журнал «Популярная механика»; (25.06.14)
22
7 http://pmm.ipmnet.ru
(25.06.14)
-Журнал «Прикладная математика и механика»
9. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины.
1 Теоретическая механика. Методические рекомендации по выполнению
контрольных работ для бакалавров . Раздел «Статика». Орёл:, ОГАУ,
2013
2 Теоретическая механика. Методические рекомендации по выполнению
контрольных работ для бакалавров. Раздел «Кинематика» и «Динамика».
Орёл:, ОГАУ, 2013
10.
Перечень
информационных
технологий,
используемых
при
осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень
программного обеспечения и информационных справочных систем (при
необходимости).
При изучении дисциплины используются компьютерные технологии:
персональные компьютеры, мультимедийный проектор и другие технические
средства обучения.
11. Описание материально-технической базы, необходимой для
осуществления образовательного процесса по дисциплине.
1. Мультимедийный проектор.
2. ПК.
3. Программное обеспечение: AutoCAD
23
ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ
Номер
Номера листов
Основание
для
изменезаменен новых аннулиро внесения
ния
ных
ванных изменений
24
Подпись
Расшифров
ка подписи
Дата
Дата
введения
изменения