Теоретическая механика (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	Основные понятия и законы механики	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		1-2	9	0-3
1.2	Метод Лагранжа	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		3-4	9	0-5
1.3	Одномерное движение. Движение в центральном поле.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		5-6	9	0-7
	Всего по модулю 1:	27	0-15
Модуль 2
2.1	Теория рассеяния.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		7-8	9	0-7
2.2	Теория колебаний.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		9-10	9	0-5
2.3	Кинематика и динамика твердого тела	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		11-12	9	0-7
	Всего по модулю 2:	27	0-19
Модуль 3
3.1	Метод Гамильтона	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		13-15	9	0-10
3.2	Метод Гамильтона-Якоби	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		16-18	9	0-10
	Всего по модулю 3:	18	0-20
	ИТОГО:	72	0-54

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Механика сплошных сред	+	+
2.	Квантовая теория	+						+	+

5.  Содержание дисциплины.

Тема 1. Основные понятия и законы механики.

Основные понятия механики: пространство и время, система отсчета и закон движения, взаимодействие и модели механических систем. Кинематика материальной точки. Способы задания движения материальной точки. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея и принцип относительности Эйнштейна, преобразования Галилея и Лоренца. Законы изменения и сохранения энергии, импульса и момента импульса. Релятивистская форма законов механики.

Тема 2. Метод Лагранжа.

Системы со связями, типы связей. Принцип Даламбера. Уравнения Лагранжа первого рода (уравнения со связями). Принцип наименьшего действия. Уравнения Лагранжа второго рода (уравнения в обобщенных координатах). Обобщенные координаты, обобщенные импульсы, обобщенные силы. Свойства функции Лагранжа. Циклические координаты и законы сохранения. Связь законов сохранения с симметрией системы.

Тема 3. Одномерное движение. Движение в центральном поле.

Одномерное движение. Финитное и инфинитное движение. Период финитного движения. Движение в центральном поле. Общие свойства движения в центральном поле, эффективный потенциал. Интегрирование уравнений движения в центральном поле. Задача Кеплера. Задача двух тел.

Тема 4. Теория рассеяния.

Система центра масс и лабораторная система. Задача рассеяния. Рассеяние частицы на силовом центре. Упругое рассеяние двух частиц. Диаграмма скоростей. Рассеяние пучка частиц на силовом центре и на пучке частиц. Дифференциальное и полное сечение рассеяния. Формула Резерфорда.

Тема 5. Теория колебаний.

Малые колебания систем с одной степенью свободы. Затухающие колебания. Функция Рэлея. Вынужденные колебания. Явление резонанса. Малые колебания систем с несколькими степенями свободы. Нормальные координаты. Нелинейные колебания.

Тема 6. Кинематика и динамика твердого тела.

Кинематика твердого тела. Углы Эйлера. Теоремы Эйлера и Шаля о движении твердого тела. Угловая скорость. Кинематические формулы Эйлера. Кинетическая энергия твердого тела. Тензор моментов инерции. Момент импульса твердого тела. Динамика твердого тела. Уравнения движения твердого тела. Свободное движение шарового и симметричного волчков. Движение тяжелого симметричного волчка с одной неподвижной точкой. Движение в неинерциальной системе отсчета.

Тема 7. Метод Гамильтона.

Уравнения Гамильтона. Переход от уравнений Лагранжа к уравнениям Гамильтона. Функция Гамильтона и ее смысл. Принцип наименьшего действия в гамильтоновой формулировке. Канонические преобразования. Производящие функции канонического преобразования. Интегральные инварианты Пуанкаре. Движение как каноническое преобразование. Скобки Пуассона и уравнения движения. Теорема Лиувилля.

Тема 8. Метод Гамильтона-Якоби.

Уравнения Гамильтона-Якоби. Полный и общий интеграл уравнения в частных производных. Характеристическая и главная функция Гамильтона-Якоби. Метод разделения переменных в уравнении Гамильтона-Якоби. Переменные действие-угол. Колебания в системе с несколькими степенями свободы. Нормальные моды и нормальные координаты. Нелинейные колебания. Неинтегрируемые системы. Динамический хаос.
Адиабатические инварианты.

6.  Планы семинарских занятий.

Тема 1. Кинематика точки. Обобщенные координаты. Интегрирование уравнений движения (4 часа).

Тема 2. Метод Лагранжа. Нахождение функции Лагранжа и уравнений Лагранжа. Интегрирование уравнений Лагранжа (4 часа).

Тема 3. Одномерное движение. Движение частицы в центральном поле (4 часа).

Тема 4. Теория рассеяния. Диаграмма скоростей (4 часа).

Тема 5. Теория колебаний. Колебания с одной степенью свободы (4 часа).

Тема 6. Кинематика и динамика твердого часа).

Тема 7. Метод Гамильтона. Нахождение функции Гамильтона. Составление и интегрирование канонических уравнений. Вычисление скобок Пуассона (6 часов).

Тема 8. Метод Гамильтона-Якоби. Нахождение главной и характеристической функции Гамильтона-Якоби. Интегрирование канонических уравнений с помощью метода Гамильтона-Якоби (6 часов).

7.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Примерные задания для контрольной работы

Задача 1. Движение материальной точки задано уравнениями:

Определить радиус кривизны траектории.

Задача 2. Материальная точка движется в плоскости с постоянной по величине скоростью v0 и постоянной секторной скоростью . Найти зависимость вектора скорости от времени, если в начальный момент времени

Задача 3. Электрон движется в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях . Определить закон движения электрона, если в начальный момент времени

Задача 4. Закон движения материальной точки имеет вид:

, где b, k-const.

Определить траекторию точки, ее скорость, ускорение, а также радиус кривизны траектории.

Задача 5. Материальная точка движется по траектории с постоянной секторной скоростью σ0. Найти зависимость вектора скорости от времени, если в начальный момент времени φ(0)=0.

Задача 6. Заряд q движется в однородном стационарном поле с напряженностью . Найти закон движения заряда, считая, что на заряд действует еще и сила сопротивления . В начальный момент времени заряд находится в начале координат, а скорость .

Задача 7. Закон движения материальной точки имеет вид:

, где α, β, g – const.

Определить траекторию точки, ее скорость, ускорение, а также радиус кривизны траектории.

Задача 8. Корабль движется, сохраняя постоянным угол α между направлением скорости и направлением на маяк (угол пеленга). Определить траекторию движения корабля, если в начальный момент времени расстояние корабля от маяка равно r0.

Задача 9. Заряд q движется в однородном магнитном поле с индукцией . Найти закон движения заряда, считая, что на заряд действует еще и сила сопротивления среды . В начальный момент времени заряд находится в начале координат, а скорость .

Задача 10. Найти закон движения частицы массы m в поле , если начальные условия при t=0 имеют вид: .

Задача 11. Найти точки поворота частицы массы m в центральном поле вида U(r)= -α2/(2r2). Описать качественно характер движения.

Задача 12. Поток частиц, движущихся вдоль оси z, рассеивается на гладкой, упругой поверхности вращения . Определить дифференциальное и полное сечения рассеяния.

Задача 13. Найти период колебаний частицы массы m в поле .

Задача 14. Найти траекторию движения частицы массы m в центральном поле , если ее полная механическая энергия равна нулю.

Задача 15. Угол рассеяния частиц m1=m/2 и m2=m, имеющих скорости , в ц-системе χ=π/2. Найти, используя диаграмму скоростей, углы рассеяния частиц θ1 и θ2 в лабораторной системе, а также модули скоростей частиц после рассеяния v1+ и v2+.

Задача 16. Найти закон движения частицы массы m в поле , если начальные условия при t=0 имеют вид: .

Задача 17. Материальная точка массы m движется в центральном поле U(r)=(αr3)/3. Найти значение полной энергии E, при которой траекторией точки является окружность. Определить радиус этой окружности, угловую скорость движения, если момент импульса частицы L.

Задача 18. Найти дифференциальное и полное сечения рассеяния частиц массой m на силовом центре U(r)=α/r2, где α>0.

Задача 19. Найти период колебаний частицы массой m в поле

Задача 20. Найти траекторию частицы массой m в центральном поле U(r)=α/r2, где α>0.

Задача 21. Угол рассеяния частиц m1=m и m2=m/3, имеющих скорости , в ц-системе χ=π/2. Найти, используя диаграмму скоростей, углы рассеяния частиц θ1 и θ2 в лабораторной системе, а также модули скоростей частиц после рассеяния v1+ и v2+.

Примерные вопросы по теоретической механике к экзамену

Кинематика материальной точки. Способы задания движения материальной точки. Механические системы. Взаимодействие в классической механике. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Инвариантность и ковариантность уравнений движения. Закон изменения и сохранения энергии. Закон изменения и сохранения импульса. Закон изменения и сохранения момента импульса. Одномерное движение. Финитное и инфинитное движение. Период колебаний Движение частицы в центральном поле. Общие свойства движения частиц в центральном поле. Задача Кеплера. Задача двух тел. Рассеяние частицы на силовом центре. Упругое рассеяние двух частиц. Диаграмма скоростей. Рассеяние пучка частиц на силовом центре и на пучке частиц. Дифференциальное и полное сечение рассеяния. Формула Резерфорда. Классификация связей. Примеры. Принцип Даламбера. Уравнения Лагранжа первого рода. Принцип наименьшего действия Гамильтона. Уравнения Лагранжа второго рода. Обобщенные импульсы. Свойства функции Лагранжа. Циклические координаты и законы сохранения. Малые колебания систем с одной степенью свободы. Затухающие колебания ЛГО. Функция Рэлея. Вынужденные колебания ЛГО. Явления резонанса. Вынужденные колебания ЛГО при наличии трения. Малые колебания систем со многими степенями свободы. Нормальные координаты. Кинематика твердого тела. Углы Эйлера. Теоремы Эйлера и Шаля о движении твердого тела. Угловая скорость. Кинематические формулы Эйлера. Кинетическая энергия твердого тела. Тензор моментов инерции. Момент импульса твердого тела. Уравнения движения твердого тела. Свободное движение шарового и симметричного волчков. Движение тяжелого симметричного волчка с одной неподвижной точкой. Движение в неинерциальной системе отсчета. Переход от уравнений Лагранжа к уравнениям Гамильтона. Функция Гамильтона. Принцип наименьшего действия в гамильтоновой формулировке. Канонические преобразования. Производящие функции канонического преобразования. Скобки Пуассона и уравнения движения. Уравнения Гамильтона-Якоби. Главная и характеристическая функции Гамильтона-Якоби. Разделение переменных в уравнении Гамильтона-Якоби. Переменные действие – угол.

41. Адиабатические инварианты.

8.  Образовательные технологии.

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Теоретическая механика» 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 (модуля).

9.1. Основная литература:

1.ЛандауЛ. Д., Лифшиц . М. Наука. 2002.
2. Ольховский теоретической механики для физиков. М. МГУ. 1978.
3. , . «Теоретическая физика (теоретическая механика, электродинамика)». ТюмГУ. Тюмень, 2007.

9.2. Дополнительная литература:

1.Айзерман механика. М., 1974

2. Классическая механика. М. Наука. 1975.

9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1.  Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib. *****

2.  eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://*****/

10.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, аудитория для практических занятий, лекционная аудитория.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ____________________ « »_______________201 г.

Заведующий кафедрой ___________________/_______/

О.