Программа обучения по дисциплине (Syllabus) Механика жидкости и газа для студентов специальности 050603 - «Механика»

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/37

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра физики и приборостроения

Программа ОБУЧЕНИЯ ПО дисциплинЕ (Syllabus)

Механика жидкости и газа

для студентов специальности

050603 - «Механика»

Павлодар

Лист утверждения программы Форма

обучения по дисциплине Ф СО ПГУ 7.18.3/38

(Syllabus)

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета физики, математики и информационных технологий ______ Нурбекова Ж.К. "___" __________2010 г.

Составитель: ст. преподаватель _________

Кафедра физики и приборостроения

Программа обучения по дисциплине

Механика жидкости и газа

для студентов очной формы обучения специальности 050604 «Физика»

Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___» _______________ 2010 г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________2010 г.

Протокол № _______.

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________2010 г.

Одобрена учебно–методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 2010 г.

Протокол №_____

Председатель УМС _________________ «___»__________2010 г.

1 Сведения о преподавателях и контактная информация

Ст. преподаватель

кафедра физики и приборостроения находится в главном корпусе (Ломова, 64), аудитория А – 313, контактный тел. 67–36–26 (внутр. 11-70).

2 Данные о дисциплине

Дисциплина будет изучаться в 5 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часа, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часов – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.

3 Трудоемкость дисциплины

Семестр	Количество кредитов	Количество контактных часов по видам аудиторных занятий	Количество часов самостоятельной работы студента	Формы контроля
Всего	лк	пз	лб	студ.	индивид	всего	срсп	экзамен
5	3	45	30	15	-	-	-	90	45

4 Цель дисциплины: Целью и задачей данной дисциплины является дать студентам знания по фундаментальным вопросам механики жидкости и газа.

Целью преподавания дисциплины - представить механику жидкости и газа как физическую теорию, основанную на законах, установленных опытом, развитую далее как теоретический курс, ее основных методов и положений.

Данная дисциплина наряду с другими разделами физики играет роль фундаментальной базы, без которой невозможно представить успешную деятельность специалиста высокого уровня. Поэтому основной целью преподавания данной дисциплины является обеспечение на базе изучения основных физических явлений и идей, фундаментальных понятий, законов и теорий современной и классической физики, а также приложений физики в современной технике, достаточной теоретической подготовки, позволяющей будущему специалисту использовать физические принципы на практике.

Не менее важной целью является формирование научного мировоззрения и современного физического мышления, понимания границ применимости различных законов и теорий.

5 Задачи дисциплины:

Достижение цели преподавания дисциплины должно быть обеспечено решением следующих задач:

- в лекционном курсе на теоретическом уровне должны быть освещены основные вопросы по всем разделам физики;

- на практических занятиях необходимо обеспечить выработку навыков и умения самостоятельно решать самые разнообразные практические задачи, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности;

- на лабораторных занятиях необходимо формировать навыки и умения проведения физического эксперимента, обработки результатов измерений и их анализа, а также ознакомить с методами физического исследования;

- в рамках часов, отведённых на самостоятельную работу студента, необходимо расширить знания и умения студентов по вопросам дисциплины. Для этого предусматривается работа с дополнительной литературой и ознакомление с современной научной аппаратурой.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать кинематику среды, уравнения и законы гидростатики, уравнения и теоремы гидрогазодинамики, уравнения и особенности динамики вязкой жидкости;

- уметь моделировать процессы при равновесии и течениях жидкости и газа, решать задачи и упражнения по гидростатике и гидрогазодинамике;

- приобрести навыки при выводе основных уравнений и доказательств теорем МЖГ, моделирования процессов движения жидкости и газа; решением задач.

- знать гауссову и международную системы единиц и связь между ними;

- уметь ставить проблему, выбирать методы решения, как в аналитической форме, так и с использованием компьютерных технологий (современных ЭВМ и соответствующих программных продуктов)

6 Пререквезиты

Для глубокого и прочного усвоения курса «Механика жидкости и газа» необходимы знания дисциплин: «Теоретическая механика», «Механика сплошной среды», «Уравнения математической физики», «Теория функций комплексной переменной», «Физика» («Теплофизика»).

Тематический план дисциплины

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/31

ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ
№ п/п	Наименование тем	Количество часов
Лекц.	Практ	СРС
1	2	3	4	5
1	Введение	2	2	3
2	Основы гидростатики	4	3	15
3	Общая теория движения идеальных жидкостей и газа	8	3	18
4	Распространение малых возмущений в идеальном газе	8	2	18
5	Безвихревое движение идеальной среды	4	2	18
6	Динамика вязкой несжимаемой жидкости	4	3	18
ИТОГО:	30	15	90

2. Содержание теоретического курса

2.1 Содержание лекционных занятий

Тема 1 Введение. Предмет механики жидкости и газа, основные проблемы и разнообразие её приложений. Различные свойства жидких и газообразных сред. Элементы тензорного исчисления и анализа. Основные дифференциальные операции над тензорами. Градиент, дивергенция, ротор, лапласиан.

Тема 2 Основы гидростатики. Уравнения равновесия жидкостей и газов. Равновесие в поле сил тяжести. Равновесие однородной несжимаемой тяжёлой жидкости. Равновесие совершенного газа в поле сил тяжести. Закон Архимеда.

Тема 3 Общая теория движения идеальных жидкостей и газа. Уравнение движения идеальной среды в форме Громека-Ламба. Теорема и интеграл Бернулли. Примеры приложения интеграла Бернулли. Явление кавитации. Число кавитации. Уравнение энергии при адиабатическом движении идеального газа. Энтальпия. Интеграл энергии и его приложение.

Тема 4 Распространение малых возмущений в идеальном газе. Скорость звука. Формулы Ньютона и Лапласа. Число Маха. Одномерное стационарное движение идеального газа по трубе переменного сечения. Элементарная теория сопла Лаваля. Пример плоской стационарной ударной волны. Уравнение Гюгонио.

Тема 5 Безвихревое движение идеальной среды. Безвихревое движение идеальной среды. Потенциал скоростей. Интеграл Лагранжа-Коши. Плоское безвихревое движение идеальной жидкости. Функции тока. Применение теоремы функции комплексных переменных. Комплексный потенциал. Примеры простейших течений: одномерный равномерный поток, источник (сток), вихрь, диполь, безциркуляционное обтекание круглого цилиндра. Решение задачи обтекания крылового профиля по методу конформных отображений. Постулат Жуковского - Чаплыгина.

Тема 5 Динамика вязкой несжимаемой жидкости. Уравнения Навье-Стокса динамики вязкой несжимаемой жидкости в безразмерных переменных. Безразмерные параметры и их смысл. Число Рейнольдса. Основы теории подобия. Примеры простейших линейных задач. Движение вязкой несжимаемой жидкости в круглой трубе. Закон Пуазейля. Примеры простейших течений при малых числах Рейнольдса. Особенности течения при больших числах Рейнольдса. Понятие о пограничном слое. Уравнение Прандтля. Задача Блаузиуса. Ламинарные и турбулентные движения. Опыты и критическое число Рейнольдса. Уравнение Рейнольдса осредненного турбулентного движения. Формула Буссинеска. Гипотеза Прандтля. Обзор других полуэмпирических теорий турбулентности. Прикладные вопросы механики и жидкоси.

2.2 Содержание практических занятий

№ п/п	Наименование темы	Содержание	Объём в часах
1	2	3	4
1	Введение	Элементы тензорного исчисления и анализа. Основные дифференциальные операции над тензорами. Градиент, дивергенция, ротор, лапласиан.	2
2	Основы гидростатики	Уравнения равновесия жидкостей и газов. Равновесие в поле сил тяжести. Равновесие однородной несжимаемой тяжёлой жидкости. Равновесие совершенного газа в поле сил тяжести. Закон Архимеда.	3
3	Общая теория движения идеальных жидкостей и газа	Уравнение движения идеальной среды в форме Громека-Ламба. Уравнение энергии при адиабатическом движении идеального газа. Энтальпия. Распространение малых возмущений в идеальном газе. Скорость звука. Формулы Ньютона и Лапласа. Число Маха. Одномерное стационарное движение идеального газа по трубе переменного сечения. Уравнение Гюгонио. Элементарная теория сопла Лаваля. Пример плоской стационарной ударной волны.	5
4	Распространение малых возмущений в идеальном газе	Решение задачи обтекания крылового профиля по методу конформных отображений. Постулат Жуковского - Чаплыгина. Потенциал скоростей. Интеграл Лагранжа-Коши. Применение теоремы функции комплексных переменных. Примеры простейших течений: одномерный равномерный поток, источник (сток), вихрь, диполь, безциркуляционное обтекание круглого цилиндра. Решение задачи обтекания крылового профиля по методу конформных отображений.	5
5	Безвихревое движение идеальной среды	Безразмерные параметры и их смысл. Число Рейнольдса. Примеры простейших линейных задач. Движение вязкой несжимаемой жидкости в круглой трубе.	5
6	Динамика вязкой несжимаемой жидкости	Закон Пуазейля. Примеры простейших течений при малых числах Рейнольдса. Особенности течения при больших числах Рейнольдса. Уравнение Прандтля. Задача Блаузиуса. Ламинарные и турбулентные движения. Уравнение Рейнольдса осредненного турбулентного движения. Формула Буссинеска.	5
Всего	15

2.3 Содержание СРС

№ п/п	Вид СРО	Форма отчетности	Вид контроля	Объем в часах
1	Подготовка к лекционным занятиям		Участие на занятии	20
2	Подготовка к практическим занятиям, выполнение домашних заданий	Рабочая тетрадь	Участие на занятии	25
3	Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий	Конспект (и др.)	Коллоквиум (и др.)	25
4	Подготовка к контрольным мероприятиям		РК 1, РК 2, коллоквиум (тестирование и др.)	20
Всего	90

2.4 Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения:

1 Тема – Введение.

Основные дифференциальные операции над тензорами.

Рекомендуемая литература: [2], 18-39 стр.

2 Тема - Основы гидростатики

Закон Архимеда

Рекомендуемая литература: [2], 80-83 стр.

3 Тема - Общая теория движения идеальных жидкостей и газа.

Примеры приложения интеграла Бернулли. Интеграл энергии и его приложение. Элементарная теория сопла Лаваля.

Рекомендуемая литература: [2], 94-100 стр.

4 Тема - Безвихревое движение идеальной среды.

Интеграл Лагранжа-Коши. Применение теоремы функции комплексных переменных. Решение задачи обтекания крылового профиля по методу конформных отображений.

Рекомендуемая литература: [2], 163-166 стр;[2], 172-178 стр, 178-189 стр.

5 Тема - Динамика вязкой несжимаемой жидкости.

Безразмерные параметры и их смысл. Основы теории подобия. Особенности течения при больших числах Рейнольдса. Ламинарные и турбулентные движения. Опыты и критическое число Рейнольдса. Гипотеза Прандтля.

Рекомендуемая литература: [2], 375-382 стр;[2], 630-634 стр.

9 Календарный график контрольных мероприятий

Рейтинг 1	Всего баллов
1 Текущий рейтинг
Апта	1	2	3	4	5	6	7	8
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:		30		30		30		10	100
Посещение лекционных занятий
Посещение практических занятий, работа в группе, выполнение домашнего задания		20		20		20			60
Выполнение СРС		10		10		10		10	40
Рубежный контроль 1								РК 100	100
Рейтинг 2	Всего баллов
2 Текущий рейтинг
Апта	9	10	11	12	13	14	15
Максимальный балл, в том числе по видам контроля:	25	0	25	0	25	0	25	100
Посещение лекционных занятий
Посещение практических занятий, работа в группе, выполнение домашнего задания	15		15		15		15	60
Выполнение СРС	10		10		10		10	40
Рубежный контроль 1							РК 100	100

10 Политика курса

Система требований:

· активно участвовать в учебном процессе;

· своевременно и в полном объеме выполнять домашнее задание;

· не нарушать правила внутреннего распорядка;

· не пропускать и не опаздывать на занятия.

· пропущенные занятия отрабатывать в определенное преподавателем время;

· придерживаться доброжелательного, делового стиля общения с сокурсниками и преподавателями.

Порядок выполнения знаний студентов

1. В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины. Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:

- подготовку к занятиям, активную работу в группе и участие в контрольных мероприятиях на занятиях:

- своевременность, качество выполнения и защиты лабораторных и самостоятельных работ:

- своевременность и качество выполнения разделов КП/КР:

посещаемость занятий и др.).

Перечень видов СРС, календарный график выполнения и сдачи заданий, требования преподавателя, критерии и правила выставления оценок по каждой дисциплине описаны в ПДС:

2. Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале.

К рубежному контролю по дисциплине допускаются студенты, имеющие баллы по ТУ:

3. По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине

Р1(2)=ТУ1(2)*0,7+РК1(2)*0,3.

Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.

4. Оценка рейтинга допуска студента по дисциплине за семестр равна

РД=(Р1+Р2)/2.

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы, получившие положительную оценку за защиту курсового проекта и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).

5. Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена, дифференцированного зачета или курсовой работы проекта) с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК

Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета и должны быть для РД не менее 0,6, а для ИК не более 0,4.

Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах в соответствии с таблицей 1, переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».

Если Вы получили на экзамене оценку F, то его итоговый рейтинг не определяется, а в ведомости заносится оценка «не удовлетворительно».

Таблица 1

Итоговая оценка в баллах (И)	Цифровой эквивалент баллов (Ц)	Оценка в буквенной системе (Б)	Оценка по традиционной системе
Экзамен, дифзачет	Зачет
95-100	4	A	Отлично	Зачтено
90-94	3,67	A-
85-89	3,33	B+	Хорошо
80-84	3,0	B
75-79	2,67	B-
70-74	2,33	C+	Удовлетворительно
65-69	2,0	C
60-64	1,67	C-
55-59	1,33	D+
50-54	1,0	D
0-49	0	F	Не удовлетворительно	Не зачтено