Рабочая программа дисциплины «Теоретическая механика» наименование
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа Наименование дисциплины Теоретическая механика По специальности 220501., 218.91kb.
- Программа дисциплины теоретическая механика цели и задачи дисциплины. "Теоретическая, 216.89kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "теоретическая физика", 162.35kb.
- Рабочая программа Наименование дисциплины «Механика» По специальности 261203. 65 Тпп, 260.39kb.
- Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 03. «Механика», 522.8kb.
- Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 02 «Теоретическая, 115.8kb.
- Программа учебной дисциплины прикладная механика наименование дисциплины в соответствии, 482.95kb.
- Аннотация программы дисциплины учебного плана и программ учебной и производственных, 24.01kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Теоретическая механика» Направление подготовки, 395.67kb.
- Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 02. «Механика», 828.6kb.
Владимир, 2010
Аннотация
Данная рабочая программа по дисциплине «Теоретическая механика» предназначена для выпускника со степенью (квалификацией) «Бакалавр техники и технологии». Программа включает три раздела теоретической механики: статику, кинематику, динамику. Содержание и трудоёмкость дисциплины соответствует ФГОС ВПО 3-го поколения.
В каждом разделе теоретической механики особое внимание уделено темам, которые тесно связаны с дисциплинами профессионального цикла. В достаточном объёме рассмотрены вопросы определения реакций связей составных конструкций и кинематики твёрдого тела. Подробно изложена методика математического моделирования движения механических систем на основе дифференциальных уравнений Лагранжа II рода. Изложены основные теоремы динамики и отмечена их значимость для исследования движения механических систем.
Annotation
This program on the discipline “Theoretical Mechanics” is for the graduates having the degree (qualification) “Bachelor of engineering and technology”. The program includes 3 sections of theoretical mechanics: statics, kinematics, dynamics. The contents and working hours of the discipline correspond to Federal State Educational Standards of the Higher Professional Education of the 3d generation.
Special attention is paid in each section of theoretical mechanics to the subjects closely connected with the disciplines of professional cycle. The questions of determining composite constructions connections response and kinematics of solid body have been considered in sufficient volume. The method of mechanical systems mathematical modeling movement on the basis of Lagranzh II type differential equations has been described in detail. The main theorems of dynamics have been stated and their importance for the research of mechanical systems movement has been noted.
- Цели и задачи изучения дисциплины «Теоретическая механика»
Целями теоретической механики являются изучение тех общих законов, которым подчиняются движение и равновесие материальных тел и возникающие при этом взаимодействия между телами, а также овладение основными алгоритмами исследования равновесия и движения механических систем. На данной основе становится возможным построение и исследование механико-математических моделей, адекватно описывающих разнообразные механические явления. Помимо этого, при изучении теоретической механики вырабатываются навыки практического использования методов, предназначенных для математического моделирования движения систем твёрдых тел.
Изучение курса теоретической механики способствует расширению научного кругозора и повышению общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления и становлению его мировоззрения.
Задачами курса теоретической механики являются:
- ознакомление студентов с историей и логикой развития теоретической механики;
- изучение механической компоненты современной естественнонаучной картины мира, понятий и законов теоретической механики;
- овладение важнейшими методами решения научно-технических задач в области механики, основными алгоритмами математического моделирования механических явлений;
- формирование устойчивых навыков по применению фундаментальных положений теоретической механики при научном анализе ситуаций, с которыми выпускнику приходится сталкиваться в ходе создания новой техники и новых технологий.
- Место дисциплины «Теоретическая механика» в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Теоретическая механика» относится к циклу (разделу) ООП – бакалавриат (код 62).
Дисциплина «Теоретическая механика» относится к базовой части математического, естественнонаучного и общетехнического цикла и обеспечивает логическую связь, во-первых, между физикой и математикой, применяя математический аппарат к описанию и изучению физических явлений, и, во-вторых, между естественнонаучными дисциплинами и общетехническими и специальными дисциплинами. Дисциплина является частью модуля «Механика».
«Теоретическая механика» - фундаментальная естественнонаучная дисциплина, лежащая в основе современной техники. Для успешного изучения дисциплины «Теоретическая механика» студенты должны быть знакомы с основными положениями высшей математики и физики. На материале теоретической механики базируются такие общетехнические дисциплины, как «Прикладная механика», «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Детали машин», «Строительная механика», «Гидравлика», «Теория упругости и пластичности», «Гидродинамика и аэродинамика», «Теория колебаний», «Теория управления движением», «Мехатроника», «Робототехника». Сюда следует отнести и большое число специальных инженерных дисциплин, предметом которых служат: динамика и управление машинами и транспортными системами, методы расчёта, сооружения и эксплуатации высотных зданий, мостов, тоннелей, плотин, гидромелиоративных сооружений, трубопроводного транспорта.
Развитие естествознания на современном этапе привело к окончательному оформлению механики в качестве самостоятельной науки, отличающейся и предметом своего исследования, и кругом решаемых задач, и своей сложившейся методологией. Исторически теоретическая механика стала первой из естественных наук, оформившейся в аксиоматизированную теорию, и до сих пор остаётся эталоном, по образу и подобию которого строятся другие естественные науки, достигшие этапа аксиоматизации.
В ХХ веке выявились пределы применимости классической механики, основанной на известных законах Ньютона. В то же время практика доказала, что в тех обширных пределах, где справедливы законы классической механики, она описывает механические явления с исключительной точностью. В настоящее время теоретическая механика ориентирована не столько на открытие новых законов природы, сколько на запросы современной техники; в этих условиях значимость её не только не уменьшилась, но многократно выросла, поскольку неизмеримо расширился круг задач, на которые она способна дать ответ.
В силу этих причин теоретическая механика способна обслуживать резко возросшие запросы техники. Высокоточное приборостроение, создание разнообразных энергетических, технологических и транспортных машин, систем автоматического управления, робототехнических и мехатронных систем – всё это невозможно без теоретической механики, и на этом стыке механики и техники возникает масса интереснейших задач.
Изучение теоретической механики даёт цельное представление о механическом компоненте современной естественнонаучной картины мира и весьма способствует формированию системы фундаментальных знаний. Именно наличие такой системы знаний позволяет будущему специалисту научно анализировать проблемы его профессиональной области (в том числе связанные с созданием новой техники и технологий), успешно решать разнообразные научно-технические задачи в теоретических и прикладных аспектах, самостоятельно – используя современные образовательные и информационные технологии – овладевать той новой информацией, с которой ему придётся столкнуться в производственной и научной деятельности.
Изучение теоретического и алгоритмического аппарата теоретической механики способствует развитию у будущих специалистов склонности и способности к творческому мышлению, выработке системного подхода к исследуемым явлениям, умения самостоятельно строить и анализировать математические модели различных систем.
Переход к государственным образовательным стандартам 3-го поколения означает новый этап в модернизации и дальнейшем развитии курса теоретической механики. Необходимость такой модернизации связана с возрастанием роли фундаментальных наук в подготовке бакалавра. Внедрение в инженерную практику высоких технологий предполагает основательное знакомство как с классическими, так и с новейшими концепциями и методами исследования.
В ходе изучения курса студент должен получить представление о предмете теоретической механики, возможностях её аппарата и границах применимости её моделей, а также о междисциплинарных связях теоретической механики с другими естественнонаучными, обще-профессиональными и специальными дисциплинами. Он должен приобрести навыки решения типовых задач по статике, кинематике и динамике, а также опыт компьютерного моделирования механических систем.
Значение курса теоретической механики в системе высшего образования определено ролью науки в жизни современного общества. Чрезвычайно велико гносеологическое значение учебной дисциплины «Теоретическая механика». Во-первых, как фундаментальные (пространство, время, тело, масса, сила), так и многие производственные (системы отсчёта, механическое движение, равновесие, работа, мощность, энергия) понятия теоретической механики имеют общенаучное значение. Во-вторых, студенты в ходе изучения теоретической механики знакомятся с научными методами познания, учатся собирать и формализовать информацию о механических системах с последующим созданием их механико-математических моделей, аргументировано – в плане логики и содержания – обосновывать свои рассуждения, целенаправленно выявлять причинно-следственные связи между явлениями, отличать научный подход к изучению окружающего мира от антинаучного. Тем самым теоретическая механика оказывается важнейшим звеном в формировании у студентов подлинно научного мировоззрения.
Именно в рамках теоретической механики студенты впервые получают возможность практически применить арсенал математических и физических понятий к исследованию реальных систем, осваивают важнейшие алгоритмы такого исследования. С учётом всех этих обстоятельств (а также характерного для аппарата теоретической механики сочетания непосредственной наглядности и логической стройности) дисциплина «Теоретическая механика» играет среди дисциплин отечественной высшей технической школы уникальную дидактическую роль.
- Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Теоретическая механика»
В результате освоения дисциплины студент должен:
Демонстрировать и применять на практике базовые знания, методы и алгоритмы исследования, усвоенные в ходе её изучения; имеющуюся информацию механического характера о природных объектах и технических системах с целью последующего создания соответствующих математических моделей, динамических процессов и явлений; знания о механической компоненте современной естественнонаучной картины мира для понимания процессов и явлений, происходящих в природе и техносфере.
Знать – на соответствующем уровне – предметное содержание всех изучаемых в вузе разделов теоретической механики, её основные понятия и законы, понимание их значимости как теоретического фундамента современной техники и технологий.
Уметь самостоятельно строить и исследовать математические и механические модели технических систем, квалифицированно применяя при этом аналитические и численные методы исследования и используя возможности современных компьютеров и информационных технологий; находить рациональный подход к решению механических проблем повышенной сложности, в том числе требующих оригинальных подходов; читать и анализировать учебную и научную литературу по математике, информатике и теоретической механике.
Владеть основывающимися на законах механики методами и алгоритмами исследования равновесия и движения материальной точки, твёрдого тела и механической системы, математической и естественнонаучной культурой.
Выпускник должен обладать следующими компетенциями:
- Общекультурными компетенциями (ОК):
- владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
- умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
- готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
- стремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);
- осознанием социальной значимости своей будущей профессии, обладанием высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8).
3.2 . Профессиональными компетенциями (ПК):
для научно-исследовательской деятельности:
- способностью к работе с моделями механических систем как в абстрактно-математическом, так и в конкретном плане, наличие математической и механической интуиции (ПК-1);
- способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
- готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующих физико-математический аппарат (ПК-3);
- пониманием пределов применимости математических моделей механических систем, необходимости проверки адекватности используемых моделей применительно к конкретным задачам и верификации теоретических выводов (ПК-4);
- способностью представлять – как в письменной, так и в устной форме – утверждения, доказательства, проблемы, результаты исследований в области теоретической механики ясно и точно, в терминах, понятных для профессиональной аудитории (ПК-5);
- способностью выполнять численные и экспериментальные исследования, проводить обработку и анализ результатов (ПК-14).
для научно-инновационной деятельности (в соответствии с профилем подготовки):
- активностью, умением и способностью применять фундаментальные результаты в области теоретической механики как для решения новых практических задач (в том числе технического и технологического характера), так и для выдвижения принципиально новых проектных решений (ПК-6);
- умением разрабатывать и исследовать математические модели новых систем, включая нахождение оптимальных значений их параметров (ПК-8).
- Структура и содержание дисциплины
Общая трудоёмкость дисциплины составляет __8__ зачётных единиц, __288__ часов.
4.1. Учебно-образовательные модули дисциплины
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (в часах) | Объём учебной работы с применением интерактивных методов (в часах / %) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||||||
| Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | Контрольные работы | СРС | РГР | КП/ КР | |||||||
| 1 | СТАТИКА | 2 | | | | | | | | | | | |
| 1.1 | Введение. Основные понятия. Аксиомы статики. Связи. Реакции связей. | | 1 | 2 | | | | 2 | | | | | |
| 1.2 | Система сходящихся сил. | | 2 | 2 | 4 | | | 3 | | | | Устный опрос | |
| 1.3 | Теория моментов. | | 3-4 | 4 | 2 | | | 4 | Выдача РГР № 1 | | | Отчёт по решению задач | |
| 1.4 | Система произвольно расположенных сил. | | 5-6 | 4 | 6 | | | 4 | | | | | |
| | Текущий контроль по модулю 1 | | 5-6 | | Рейтинг-контроль по тестам №1 | ||||||||
| 1.5 | Центр тяжести. | | 7 | 1 | 1 | | | 2 | | | | | |
| 1.6 | Трение. | | 7 | 1 | 1 | | | 2 | | | | Защита РГР № 1 | |
| 2 | КИНЕМАТИКА ТОЧКИ | | | | | | | | | | | | |
| 2.1 | Способы задания движения точки. | | 8 | 1 | | | | 1 | | | | Устный опрос | |
| 2.2 | Скорость точки. | | 8-9 | 2 | 3 | | | 3 | | | | Устный опрос | |
| 2.3 | Ускорение точки. | | 9-10 | 3 | 3 | | | 3 | | | | Устный опрос | |
| 3 | КИНЕМАТИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА И СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ТОЧКИ | | | | | | | | | | | | |
| 3.1 | Простейшие виды движения твёрдого тела. | | 11 | 2 | 2 | | | 2 | | | | Устный опрос | |
| | Текущий контроль по модулю 2 | | 11-12 | | Рейтинг-контроль по тестам №2 | ||||||||
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (в часах) | Объём учебной работы с применением интерактивных методов (в часах / %) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||||||
| Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | Контрольные работы | СРС | РГР | КП/ КР | |||||||
| 3.2 | Плоскопараллельное движение твёрдого тела. | | 12-14 | 6 | 6 | | | 6 | Выдача РГР № 2,3 | | | | |
| 3.3 | Сферическое движение твёрдого тела. | | 15 | 2 | 2 | | | 3 | | | | Отчёт по решению задач | |
| 3.4 | Сложное движение точки. | | 16-17 | 4 | 4 | | | 5 | | | | Защита РГР № 2,3 | |
| | Текущий контроль по модулю 3 | | 17 | | Рейтинг-контроль по тестам №3 | ||||||||
| | Промежуточная аттестация | | | | Экзамен | ||||||||
| | Итого: | | | 34 | 34 | | | 40 | | | | 36 | |
| 4 | ДИНАМИКА ТОЧКИ | 3 | | | | | | | | | | | |
| 4.1 | Введение. Законы механики. Две задачи динамики точки. | | 1 | 2 | | 4 | | 2 | | | | Устный опрос | |
| 4.2 | Динамика относительного движения точки. | | 2 | 2 | | 2 | | 2 | | Выдача К.Р. I часть | | Устный опрос | |
| 5 | ДИНАМИКА МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ | | | | | | | | | | | | |
| 5.1 | Введение в динамику механической системы. Геометрия масс. | | 3 | 2 | | | | 2 | | | | Устный опрос | |
| 5.2 | Принцип Даламбера. | | 4 | 2 | | 4 | | 3 | | | | Устный опрос | |
| 5.3 | Работа силы. Принцип возможных перемещений. Общее ур-ние динамики. | | 5-6 | 4 | | 2 | | 4 | | | | Защита К.Р. I часть | |
| | Текущий контроль по модулю 4 | | 5-6 | | Рейтинг-контроль по тестам №4 | ||||||||
| 5.4 | Кинетическая и потенциальная энергия системы. | | 7-8 | 4 | | 2 | | 5 | | Выдача К.Р. II часть | | Устный опрос | |
| 5.5 | Дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода. | | 9-10 | 4 | | 6 | | 5 | | | | Отчёт по лабораторным занятиям | |
| 6 | ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ ДИНАМИКИ | | | | | | | | | | | | |
| 6.1 | Теорема об изменении кинетической энергии механической системы. | | 11 | 2 | | 4 | | 4 | | | | Устный опрос | |
| 6.2 | Теорема о движении центра масс механической системы. | | 12 | 1 | | 2 | | 2 | | | | Устный опрос | |
| | Текущий контроль по модулю 5 | | 11-12 | | Рейтинг-контроль по тестам №5 | ||||||||
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (в часах) | Объём учебной работы с применением интерактивных методов (в часах / %) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||||||
| Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | Контрольные работы | СРС | РГР | КП/ КР | |||||||
| 6.3 | Теорема об изменении количества движения механической системы. | | 12-13 | 2 | | 2 | | 2 | | | | Устный опрос | |
| 6.4 | Теорема об изменении кинетического момента механической системы. | | 13-14 | 3 | | 2 | | 3 | | | | Защита К.Р. II часть | |
| 7 | КОЛЕБАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | | | | | | | | | | | | |
| 7.1 | Малые свободные колебания системы с одной степенью свободы. | | 15-16 | 3 | | 2 | | 3 | | | | Отчёт по лабораторным работам | |
| 7.2 | Малые свободные колебания системы с двумя или n-степенями свободы | | 16-17 | 3 | | 2 | | 3 | | | | | |
| | Текущий контроль по модулям 6,7 | | 17 | | Рейтинг-контроль по тестам №6 | ||||||||
| | Промежуточная аттестация | | | | экзамен | ||||||||
| | Итого: | | | 34 | | 34 | | 40 | | | | 36 | |
| Всего | | | 68 | 34 | 34 | | 80 | | | | 72 | ||