Программа дисциплины Механика

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»

Факультет Электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины Механика

для направления 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» подготовки бакалавра

Автор программы: , к. т.н., доцент, *****@***ru

Одобрена на заседании кафедры "Электроника и наноэлектроника" «___»___________ 20 г.

Зав. кафедрой ______________

Рекомендована секцией УМС «Электроника» «___»___________ 20 г.

Председатель __________________________

Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций «___»____________20 г.

Ученый секретарь________________________

Москва, 2012

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

1.  Область применения и нормативные ссылки.

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» подготовки бакалавра, изучающих дисциплину «Механика».

Программа разработана в соответствии с:

·  ФГОС высшего профессионального образования по направлению подготовки 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» (квалификация бакалавр);

·  Образовательной программой 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» (квалификация бакалавр);

·  Рабочим учебным планом по направлению подготовки бакалавров 210100.62 «Электроника и наноэлектроника», утвержденным в 2012г.

2.  Цели и задачи изучения дисциплины.

Целью дисциплины является формирование у студентов знаний в области механики (дисциплины вариативной части математического и естественнонаучного цикла учебного плана), которая является базой для изучения таких предметов как: Прикладная механика, Моделирование механических систем, Основы инженерного творчества и др.

Задачей изучения дисциплины является получение студентами практических навыков в области теоретической механики, приобретение ими умения самостоятельно строить и исследовать математические и механические модели технических систем, квалифицированно применяя при этом основные алгоритмы высшей математики и используя возможности современных компьютеров и информационных технологий.

Изучение теоретической механики дает также тот минимум знаний, на базе которых будущий специалист сможет самостоятельно овладевать всем новым, с чем ему придется столкнуться в ходе дальнейшего научно-технического прогресса. И наконец, изучение данного курса способствует расширению научного кругозора и повышению общей культуры будущего специалиста, развитию его мышления.

3.  Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать: основные понятия и законы механики и вытекающие из этих законов методы изучения равновесия и движения материальной точки, твердого тела и механической системы, уметь применять полученные знания для решения конкретных задач механики.

Уметь: решать задачи статики, кинематики и динамики

Владеть: методами решения задач

В результате освоения дисциплины «Механика» студент осваивает следующие компетенции:

Компетенция	Код по ФГОС	Дескрипторы – основные признаки освоения (показатели достижения результата)	Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции
Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знаний основных положений, законов и методов естественных наук и математики	ПК-1	Решение задач, в том числе в рамках зачёта	Посещение лекций, подготовка к практическим занятиям
Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат.	ПК-2	Решение задач, в том числе в рамках зачёта	Посещение лекций, подготовка к практическим занятиям
Способность строить простейшие физические и математические модели приборов, схем, устройств и установок электроники и наноэлектроники различного функционального назначения, а также использовать стандартные программные средства их компьютерного моделирования	ПК-19	Решение задач, в том числе в рамках зачёта	Посещение лекций, подготовка к практическим занятиям

4.  Место дисциплины в структуре образовательной программы

Дисциплина «Механика» относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла учебного плана (Б.2.В.1).

Дисциплина требует наличия у студента знаний, умений и навыков, полученных в ходе изучения дисциплин "Физика", "Математика", “Инженерная и компьютерная графика”.

Для освоения учебной дисциплины «Механика» студенты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:

·  ОК-10 – Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

·  ПК-1 – Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики.

·  ПК-6 - Способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии.

Основные положения дисциплины «Механика» должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: “Прикладная механика”, "Моделирование механических систем", "Оборудование производства изделий электронной техники " и др.

5. Тематический план учебной дисциплины.

№п./п.	Тема	Аудиторные занятия	Самостоятельная работа	Всего
Лекции	Семинары
Третий модуль
1	Основные понятия и аксиомы статики твердого тела	2	2	2	6
2	Система сходящихся сил	2	2	4	8
3	Теория пар сил	2	2	4	8
4	Система произвольно расположенных сил. Центр тяжести и моменты инерции твердых тел	4	4	26	34
5	Трение. Виды трения	2	2	4	8
6	Кинематика точки	4	4	6	14
7	Простейшие движения твердого тела	4	4	4	12
Четвёртый модуль
8	Плоскопараллельное движение твердого тела	6	6	24	36
9	Сложное движение материальной точки	2	2	4	8
10	Аксиомы динамики. Уравнения движения материальной точки	2	2	4	8
11	Общие теоремы динамики точки	2	2	4	8
12	Динамика системы материальных точек и тел	8	8	14	30
	Итоговый зачёт
	Итого часов	40	40	100	180

6.  Формы контроля знаний студентов

Тип контроля	Форма контроля	1 год	Параметры **
1	2	3	4
Текущий (неделя)	Контрольная работа	*			8	Письменная работа 60 минут
Домашнее задание			7	7	Письменные расчетно-графические работы
Итоговый	Зачет					Устный зачет по билетам

6.1 Критерии оценки знаний, навыков

Учёт активности студентов на лекциях и практических занятиях (ПЗ) предусматривает участие в дискуссиях, консультации с преподавателем при подготовке домашних заданий. Оценка за активное участие на занятиях выставляется по 10-ти балльной шкале.

Домашние задания включают в себя расчётную и графическую части. Домашнее задание №1 предусматривает определение опорных реакций для составного тела. Домашнее задание №2 предусматривает определение скоростей и ускорений точек тела, совершающего плоскопараллельное движение. Выполненное домашнее задание должно содержать: чертёж конструкции, выполненный в масштабе и расчёты искомых величин. Задания выполняются на листах формата А4.

Оценки за каждое домашнее задания выставляются по 10-ти балльной шкале.

Контрольная работа оценивается по 10-ти бальной шкале.

Устный зачёт проводится в конце изучения дисциплины по билетам. Предварительно студентам выдаётся список контрольных вопросов, составленных на основе материала, пройденного в 3 и 4 модулях.

Оценка за устный ответ выставляется по 10-ти балльной шкале.

7.  Содержание дисциплины.

Тема 1. Основные понятия и аксиомы статики твердого тела.

Значение теоретической механики в системе подготовки инженеров. Предмет статики, понятие об абсолютно твердом теле и материальной точке. Характеристики вектора силы, как меры механического взаимодействия материальных тел. Понятия о системе сил, эквивалентных и уравновешенных системах сил, равнодействующей силе.

Аксиомы статики: принцип инерции, условие равновесия двух сил, перенос силы вдоль ее линии действия, сложение двух сил, принцип действия и противодействия, принцип отвердевания, сложение сил. Понятия о свободных и несвободных телах, связях и их реакциях. Принцип освобождения от связей. Основные виды связей и их реакции: гладкая поверхность; шарнирное соединение, подвижный и неподвижный шарниры; гибкая связь, связь с помощью невесомого стержня; жесткая заделка (неподвижная защемляющая опора).

Тема 2. Система сходящихся сил.

Геометрический способ сложения сходящихся сил. Проекция силы на ось. Аналитический способ сложения сил. Теорема о проекции равнодействующей. Геометрические и аналитические условия равновесия системы сходящихся сил. Теорема о трех непараллельных силах.

Тема 3. Теория пар сил.

Момент силы относительно точки. Свойства момента силы относительно точки. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей. Пара сил. Свойства пар сил. Сложение пар сил; равновесие пар сил. Момент силы относительно оси.

Тема 4. Система произвольно расположенных сил.

Приведение силы и системы сил к данному центру. Главный вектор и главный момент системы произвольно расположенных сил. Различные случаи приведения системы сил к данному центру. Геометрические и аналитические условия равновесия системы произвольно расположенных сил. Различные формы аналитических условий равновесия плоской системы произвольно расположенных сил.

Условия равновесия плоской системы параллельных сил. Распределенные нагрузки.

Центр тяжести твердого тела.

Системы сил статически определимые и неопределимые. Равновесие системы тел. Статическая определимость системы тел.

Тема 5. Трение твердых тел. Центр тяжести и моменты инерции твердых тел.

Трение скольжения при покое и при движении. Коэффициент трения скольжения. Угол и

конус трения. Трение качения, момент сопротивления качению, коэффициент трения качения.

Тема 6. Кинематика точки.

Основные понятия кинематики: предмет кинематики, механическое движение, пространство, время, материальная точка, траектория движения точки, задачи кинематики. Способы задания движения точки. Координатный способ задания движения. Определение траектории точки. Естественный способ задания движения. Скорость точки. Определение скорости при координатном и естественном способах задания движения. Ускорение точки. Определение ускорения при координатном и естественном способах задания движения. Касательное и нормальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Частные случаи движения точки: равномерное и равнопеременное движения. Векторный способ задания движения.

Тема 7. Простейшие движения твердого тела.

Поступательное движение твердого тела. Траектории, скорости и ускорения точек твердого тела при поступательном движении.

Вращательное движение твердого тела. Угол поворота, уравнение вращательного движения, угловая скорость и угловое ускорение, равномерное и равнопеременное вращение, скорости и ускорения точек вращающегося тела.

Тема 8. Плоскопараллельное движение твердого тела.

Плоскопараллельное движение, уравнения движения плоской фигуры. Разложение движения плоской фигуры на поступательное и вращательное, независимость угловой скорости фигуры от выбора полюса. Определение скоростей точек плоской фигуры. Теорема о проекциях скоростей двух точек плоской фигуры. Мгновенный центр скоростей, определение с его положения в различных частных случаях. Определение ускорений точек плоской фигуры. Векторное уравнение для ускорений двух точек плоской фигуры. Мгновенный центр ускорений.

Тема 9. Сложное движение материальной точки.

Сложное движение материальной точки. Абсолютное, относительное и переносное движение. Теорема о сложении скоростей при сложном движении. Теорема о сложении ускорений (теорема Кориолиса).

Тема 10. Аксиомы динамики. Дифференциальные уравнения движения материальной точки.

Предмет динамики. Аксиомы динамики. Второй закон Ньютона (основной закон динамики). Связь силы тяжести тела с его массой. Третий закон Ньютона. Принцип независимости действия сил.

Дифференциальные уравнения движения материальной точки в проекциях на декартовы оси координат. Дифференциальные уравнения движения точки в проекциях на естественные оси координат. Первая основная задача динамики: определение сил по заданному движению. Вторая основная задача динамики: определение параметров движения по заданным силам.

Тема 11. Общие теоремы динамики точки.

Теорема о количестве движения. Теорема о моменте количества движения. Работа силы. Теорема о кинетической энергии материальной точки. Понятие о потенциальной энергии. Закон сохранения энергии. Принцип Даламбера для материальной точки.

Тема 12. Динамика системы материальных точек и тел.

Дифференциальные уравнения движения системы в общем виде. Теорема о количестве движения системы. Теорема о движении центра масс системы. Теорема о кинетическом моменте системы. Теорема о кинетической энергии системы. Принцип Даламбера для системы материальных тел. Понятие о моменте инерции тела. Моменты инерции простейших тел. Теорема Штейнера. Главные оси инерции.

8.  Образовательные технологии

9.  Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента

9.1 Тематика заданий текущего контроля

Тематика расчетно-графических работ:

Домашнее задание - 1 – «Определение реакций опор для составных тел» (третий модуль).

Домашнее задание – 2 - «Исследование кинематических параметров движения твердых тел и их точек при плоскопараллельном движении» (четвёртый модуль).

Тема контрольной работы

КР1 - Задачи на динамику твердого тела (четвёртый модуль).

9.2 Вопросы для оценки качества освоения дисциплины

Вопросы для оценки качества освоения дисциплины

Примерный перечень вопросов к зачёту по дисциплине «Механика»:

1.  Аксиомы статики

2.  Понятия о свободных и несвободных телах, связях и их реакциях.

3.  Основные виды связей и их реакции.

4.  Система сходящихся сил. Геометрический и аналитический способы сложения сходящихся сил.

5.  Геометрические и аналитические условия равновесия системы сходящихся сил.

6.  Теорема о трех непараллельных силах.

7.  Понятие момента силы относительно произвольного центра.

8.  Теорема Вариньона о моменте равнодействующей.

9.  Свойства момента силы относительно точки.

10.  Пара сил. Свойства пар сил.

11.  Сложение пар сил. Равновесие пар сил.

12.  Понятие о моменте силы относительно оси.

13.  Приведение силы и системы сил к данному центру.

14.  Главный вектор и главный момент системы произвольно расположенных сил.

15.  Геометрические и аналитические условия равновесия системы произвольно расположенных сил.

16.  Различные формы аналитических условий равновесия плоской системы произвольно расположенных сил.

17.  Условия равновесия плоской системы параллельных сил. Распределенные нагрузки.

18.  Понятие о центре тяжести твёрдого тела.

19.  Системы сил статически определимые и неопределимые.

20.  Понятие и силе трения скольжения, покоя и качения.

21.  Способы задания движения материальной точки.

22.  Кинематические параметры движения при координатном способе задания движения.

23.  Естественный способ задания движения. Кинематические параметры движения.

24.  Векторный способ задания движения.

25.  Кинематические параметры поступательного движения твёрдого тела.

26.  Вращательное движение твёрдого тела. Кинематические параметры вращательного движения твёрдого тела.

27.  Скорости и ускорения точек вращающегося тела.

28.  Уравнения плоскопараллельного движения твёрдого тела.

29.  Определение скоростей и ускорений точек при плоскопараллельном движении.

30.  Теорема о проекциях скоростей двух точек плоской фигуры.

31.  Понятие о мгновенном центре скоростей и определении его положения.

32.  Определение ускорений точек при плоскопараллельном движении тела.

33.  Сложное движение материальной точки, абсолютное, относительное и переносное.

34.  Теорема о сложении скоростей и ускорений при сложном движении (теорема Кориолиса).

35.  Аксиомы динамики.

36.  Дифференциальные уравнения движения материальной точки в декартовой и естественной системе координат.

37.  Две основные задачи динамики и их решение.

38.  Теорема о количестве движения для материальной точки.

39.  Понятие о работе силы и кинетической энергии материальной точки.

40.  Теорема о кинетической энергии материальной точки.

41.  Понятие о потенциальной энергии. Закон сохранения энергии.

42.  Принцип Даламбера.

43.  Дифференциальные уравнения движения системы в общем виде.

44.  Теорема о количестве движения системы.

45.  Теорема о движении центра масс системы.

46.  Понятие о моменте инерции тела. Моменты инерции простейших тел. Теорема Штейнера. Главные оси инерции.

47.  Теорема о кинетическом моменте системы.

48.  Теорема о кинетической энергии системы.

49.  Принцип Даламбера для системы материальных тел.

10.  Порядок формирования оценок по дисциплине

Накопленная оценка - НО (максимум 10 баллов) включает оценку за работу на практических и лекционных занятиях (ОПЗ), выполнение домашних заданий (ОДЗ1 и ОДЗ2), оценку за контрольную работу (ОКР) и формируется по следующему правилу:

НО = 0,2 ∙ ОПЗ.+ 0,3 ∙ ОДЗ1.+ 0,3 ∙ ОДЗ2+0,2∙ ОКР

Итоговый зачёт - ИЗ (максимум 10 баллов).

Итоговая оценка - ИО (максимум 10 баллов) по дисциплине определяется с учётом накопленной оценки и оценки за устный ответ на зачёте в конце курса по следующей формуле:

ИО = 0.4 ∙ НО + 0.6 ∙ ИЗ.

Все округления производятся в соответствии с общими математическими правилами.

11.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

11.1. Основная литература

1.  ; Теоретическая механика. Руководство к решению задач. СПб.: Политехника, 2007.

2.  , Теоретическая механика. Дополнения к общим разделам М: Физматлит, 2006.

3. Кирсанов механика. Статистика. Кинематика. Динамика. Решебник М: Физматлит, 2002.

11.2. Дополнительная литература

1. Тарг курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 2003.

2. Мещерский задач по теоретической механике: Учебное пособие. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981.

3. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для втузов / Под ред. . - М.; Высшая школа, 2006.

4. Попов механика: Краткий курс: Учебник для втузов. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

5. , Грусков механика. Основы теоретической механики и теории механизмов. / Учебное пособие. – М.: МГИЭМ, 1991.

6. Сборник коротких задач по теоретической механике: Учебное пособие для втузов / , , и др.; Под ред. 0.3. Кепе. - М.: Высшая школа, 1989.

Автор программы: доцент, к. т.н., ________________________.