Механика сплошных сред

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ /

__________ _____________ 201__г.

механика сплошных сред

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов направления 011200.68 «Физика»
магистерская программа «Физика наноструктур и наносистем»

очная форма обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы ________________________//

«01» сентября 2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «03» сентября 2011 г., протокол

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 9 стр.

Зав. кафедрой _________________ //

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «____»______________ 2011 г., протокол №____.

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК _________________//

«______»_____________2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________//

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра механики многофазных систем

ГУБАЙДУЛЛИН А. А.

механика сплошных сред

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов направления 011200.68 «Физика»
магистерская программа «Физика наноструктур и наносистем»

очная форма обучения

Тюменский государственный университет

2011

. Механика сплошных сред. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 011200.68 «Физика»; магистерская программа «Физика наноструктур и наносистем», очная форма обучения. Тюмень, Тюменский государственный университет, 2011. 9 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Механика сплошных сред [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой Механики многофазных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Зав. кафедрой Механики многофазных систем, д. т.н., профессор

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

1. Пояснительная записка

1.1.Цели и задачи дисциплины (модуля)

Цель дисциплины «Механика сплошной среды» изучает макроскопические движения твердых, жидких и газообразных сред. Она имеет свою независимую аксиоматику, свои специфические экспериментальные методы изучения макроскопических свойств среды и развитые математические методы. Механика сплошной среды является обширной и очень разветвленной наукой, включающей теорию упругости, вязкоупругости, пластичности и ползучести, гидродинамику, аэродинамику и газовую динамику с теорией плазмы, динамику сред с неравновесными процессами и фазовыми переходами. Данный курс, в силу ограниченности выделенного объема времени, является вводным.

Задачи учебного курса:

– познакомить студентов с различными методами решения задач механики сплошной среды;

– расширить области применения уже известных студентам методов дифференциального и интегрального исчисления;

– познакомить студентов с криволинейными системами координат и дать навыки применения таких координатных систем для преобразования дифференциальных уравнений (обыкновенных и в частных производных) для их упрощения;

– дать навык преобразования различных областей (двумерных и трехмерных) при переходе из одной системы координат в другую;

– познакомить студентов с основами теории сигналов и научить их применять аппарат представления функций рядами Фурье (преобразованием Фурье) для анализа сигналов;

– познакомить студентов с интегральными уравнениями и дать навыки нахождения точных аналитических и приближенных решений интегральных и интегро-дифференциальных уравнений, которые часто возникают при решении задач математической физики и смежных дисциплин.

1.2.Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Механика сплошных сред» – это дисциплина по выбору, которая входит в вариативную часть профессионального цикла.

Для ее успешного изучения необходимы знания и умения, приобретенные (или приобретаемые параллельно) в результате освоения предшествующих дисциплин: «Математический анализ», «Алгебра», «Аналитическая геометрия».

1.3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО.

В результате освоения ООП магистратуры выпускник должен обладать следующими компетенциями:

способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1);

способностью свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своей магистерской программой) (ПК-1);

способностью использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);

способностью свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6);

способностью руководить научно-исследовательской деятельностью студентов младших курсов и школьников в области физики (ПК-11).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

·  Знать:

– понятие системы многих частиц как континуум,

– понятие скалярного, векторного и тензорного поля;

– понятия: ламинарного и турбулентно течения;

– закон подобия;

–-понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения;

·  Уметь:

– применять методы МСС при решении задач на явления переноса,

– решать континуальные уравнения сохранения,

– записывать уравнения состояния при формировании замкнутой системы уравнений гидродинамики;

– применять расчетные формулы при решении задач;

·  Владеть:

– математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач.

2. Структура и трудоемкость дисциплины.

Данная дисциплина читается в первом семестре. Форма промежуточной аттестации – экзамен в конце семестра. Обязательное написание 1 контрольной работы. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы. Всего часов 72, из них лекции – 18 часов, практические занятия 18 часов, самостоятельная работа – 36 часов.

3.  Тематический план.

Таблица 1.

Тематический план

№	Тема	недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Форма контроля
Лекции*	Семинарские (практические) занятия*	Самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Модуль 1.
1.	1. Уравнения акустики. Волновое уравнение и его решение. Решение уравнений акустики.	1-4	4	4	8	16	4	Беседа
2.	2. Условия на поверхностях сильных разрывов. Законы сохранения	5,6	2	2	4	8	2	Беседа
	Всего		6	6	12	24	6
	Модуль 2.
1.	3. Анализ соотношений на сильном разрыве. Контактный разрыв и ударная волна. Соотношения на разрыве в неподвижной системе координат.	7-10	4	4	8	16	4	Беседа
2.	4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата.	11, 12	2	2	4	8	2	Беседа
	Всего		6	6	12	24	6
	Модуль 3.
1.	5. Сверхзвуковые течения. Подобие и моделирование явлений.	13-16	4	4	8	16	4	Беседа
2.	6. Обзорная лекция.	17, 18	2	2	4	8	2	Беседа
	Всего		6	6	12	24	6
	Итого (часов)		18	18	36	72	18	Экз.
	Из них в интерактивной форме		6	6	6	18

Таблица 3.

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	1. Уравнения акустики. Волновое уравнение и его решение. Решение уравнений акустики.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций	Доклад-презентация	1-4	8
1.2	2. Условия на поверхностях сильных разрывов. Законы сохранения	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		5,6	4
Всего по модулю 1:	12
Модуль 2
2.1	3. Анализ соотношений на сильном разрыве. Контактный разрыв и ударная волна. Соотношения на разрыве в неподвижной системе координат.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		7-10	8
2.2.	4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций		11, 12	4
Всего по модулю 2:	12
Модуль 3
3.1	5. Сверхзвуковые течения. Подобие и моделирование явлений.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		13-16	8
3.2	6. Обзорная лекция.	1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций		17, 18	4
Всего по модулю 3:	12
ИТОГО:	36

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
1.	Выполнение выпускной квалификационной работы	+	+	+	+	+	+

5.  Содержание дисциплины.

Тема 1. Уравнения акустики. Волновое уравнение и его решение.

Тема 2. Условия на поверхностях сильных разрывов. Законы сохранения

Тема 3. Анализ соотношений на сильном разрыве. Контактный разрыв и ударная волна.

Тема 4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата.

Тема 5. Сверхзвуковые течения. Подобие и моделирование явлений.

Тема 6. Обзорная лекция.

6.  Планы семинарских занятий.

Тема 1. Решение уравнений акустики. (4 часа).

Тема 2. Решение задач на сильные разрывы. (2 часа).

Тема 3. Соотношения на разрыве в неподвижной системе координат (4 часа)..

Тема 4. Адиабата Пуассона и ударная адиабата. (2 часа).

Тема 5. Решение задач на подобие и моделирование явлений. (4 часа).

Тема 6. Систематизация моделей механики сплошных сред. (2 часа).

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

7.1. Примерные вопросы к экзамену

1.  Уравнения акустики.

2.  Уравнение сохранения массы на поверхности сильного разрыва.

3.  Уравнение сохранения импульса на поверхности сильного разрыва.

4.  Уравнение сохранения энергии на поверхности сильного разрыва.

5.  Анализ уравнений сохранения на поверхности сильного разрыва. Контактный разрыв. Ударный скачок.

6.  Уравнения сохранения в системах координат, связанных со скачком и с невозмущенным газом.

7.  Адиабата Пуассона и ударная адиабата.

8.  Образовательные технологии.

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Механика сплошной среды» 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).

Перечень основной и дополнительной учебной литературы, включая электронно-библиотечные ресурсы (с исходными данными)

9.1.Основная литература:

Курс общей физики. Механика  - М.: Физматлит, 2010. -473 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. *****/book/69337/. (Дата обращения: 31.01.2014г)

Механика сплошных сред. Учебник  - Москва — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2011. – 688 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. *****/book/114734/. (Дата обращения: 31.01.2014г)

Шабаров , издание 2-е. – Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2011. – 406с.

Эглит, по основам механики сплошных сред/ . - 4-е изд.. - Москва: Изд-во ЛКИ, 20с.

9.2.Дополнительная литература:

Губайдуллин, Амир Анварович. Механика сплошной среды: лекции и задачи/ ; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 20с.

Лойцянский жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://libtech. *****. (Дата обращения: 31.01.2014г)

Примеры и задачи по механике сплошной среды: учебник/ сост. , . - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 20 с.

Механика сплошных сред  - М.: Физматлит, 2008. – 353 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. *****/book/69276/.(Дата обращения: 31.01.2014г)

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, компьютерный класс для практических занятий, лекционная аудитория.

Приложение 1.

Карта компетенций дисциплины

«Механика сплошной среды»

Код компетенции	Формулировка компетенции*	Результаты обучения в целом**	Результаты обучения по уровням освоения материала	Виды занятий (лекции, практические, семинарские, лабораторные)	Оценочные средства (тесты, творческие работы, проекты и др.)
минимальный	базовый	повышенный
ОК-1	способность демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук	Знает: понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения	понятие системы многих частиц как континуум	понятие скалярного, векторного и тензорного поля	понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения	Практические занятия, лекции	Расчеты учебных задач
Умеет: решать континуальные уравнения сохранения	применять методы МСС при решении задач на явления переноса	применять расчетные формулы при решении задач	решать континуальные уравнения сохранения	Практические занятия, лекции	Расчеты учебных задач
Владеет: математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	Практические занятия, лекции	Расчеты учебных задач
ПК-1	способность свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач	Знает: Основные термины, законы и явления фундаментальных разделов физики	Основные понятия и термины физики, его роль в изучении и формировании технологических процессов	Физико-математические закономерности и основные соотношения	Основные термины, законы и явления фундаментальных разделов физики	Практические занятия, лекции	Тесты
Умеет: Устанавливать причинно-следственные связи и формулировать логические выводы на основе экспериментальных и статических данных	Применять физические принципы и явления для решения научно-исследовательских задач	Выявлять и показывать основные технологические параметры и особенности технологического процесса	Устанавливать причинно-следственные связи и формулировать логические выводы на основе экспериментальных и статических данных	Практические занятия, лекции	Тесты
Владеет: Методикой сбора и обработки информации и использования ее в профессиональной деятельности	Методами решения задач для анализа объектов физики	Методами интерпретации физических явлений	Методикой сбора и обработки информации и использования ее в профессиональной деятельности	Практические занятия, лекции	тесты
ПК-2	способность использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности	Знает: Школьный курс физики, современные проблемы физики, историю физики, последние достижения зарубежных и отечественных ученых в области физики	Школьный курс физики, современные проблемы физики	Школьный курс физики, современные проблемы физики, историю физики с начала появления физики, как науки	Школьный курс физики, современные проблемы физики, историю физики, последние достижения зарубежных и отечественных ученых в области физики	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Умеет:   Ставить цели и задачи для научно-исследовательской деятельности учащихся, предложить ход проведения исследования, самостоятельно провести эксперимент, обработать данные и сделать выводы исследования	Ставить цели и задачи для научно-исследовательской деятельности учащихся, проводить анализ литературных источников как отечественных, так и зарубежных авторов	Ставить цели и задачи для научно-исследовательской деятельности учащихся, предложить ход проведения исследования (эксперимент, аналит. решение)	Ставить цели и задачи для научно-исследовательской деятельности учащихся, предложить ход проведения исследования, самостоятельно провести эксперимент, обработать данные и сделать выводы исследования	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Владеет: Способами целеполагания, способами и методами проведения экспериментов, навыками вывода текущих уравнений, навыками сбора, анализа и синтеза	Способами целеполагания, методами сбора информации	Способами целеполагания, способами и методами проведения экспериментов, навыками вывода текущих уравнений	Способами целеполагания, способами и методами проведения экспериментов, навыками вывода текущих уравнений, навыками сбора, анализа и синтеза данных и информации	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
ПК-6	способность свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач	Знает: закон подобия; понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения;	понятие системы многих частиц как континуум, понятия: ламинарного и турбулентно течения;	понятие скалярного, векторного и тензорного поля;	закон подобия; понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения;	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Умеет: закон подобия; понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения;	записывать уравнения состояния при формировании замкнутой системы уравнений гидродинамики;	применять расчетные формулы при решении задач;	решать континуальные уравнен закон подобия; понятия: звуковые и ударные волны, сверхзвуковые течения; ия сохранения, применять методы МСС при решении задач на явления переноса.	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Владеет: математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач.	Методами интерпретации физических явлений, методами сбора и обработки информации	Методами математического моделирования объектов научно-исследовательских задач	математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач.	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
ПК-7	способность свободно владеть профессиональными знаниями для анализа и синтеза физической информации	Знает: законы сохранения массы, количества движения, момента количества движения, энергии и их дифференциальные уравнения	понятие системы многих частиц как континуум	понятия эйлерова и лагранжева описания движения сплошной среды, тензора деформаций, скоростей деформаций, напряжений	Знает: законы сохранения массы, количества движения, момента количества движения, энергии и их дифференциальные уравнения	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Умеет: решать континуальные уравнения сохранения	записывать уравнения состояния при формировании замкнутой системы уравнений гидродинамики	применять методы МСС при решении задач на явления переноса	решать континуальные уравнения сохранения	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания
Владеет: математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	Методами интерпретации физических явлений, методами сбора и обработки информации	Методами математического моделирования объектов научно-исследовательских задач	математическим аппаратом механики сплошных сред, ее аксиоматикой и методами решения задач	Практические занятия, лекции	Выполнение домашнего задания

_______________________/

_______________________/ (согласно протоколу кафедры ММС от 01.01.01 года, №9).