Лукин А.М., Лукин Д.А., Квалдыков В.В. Теоретическая механика (разделы Статика, Кинематика) - файл n1.doc

приобрести
Лукин А.М., Лукин Д.А., Квалдыков В.В. Теоретическая механика (разделы Статика, Кинематика)
скачать (9049.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc9050kb.18.09.2012 20:51скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Федеральное агентство по образованию
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)


А. М. Лукин, Д. А. Лукин, В.В. Квалдыков
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

(разделы «Статика», «Кинематика»)

Учебно-методическое пособие для студентов

заочной и дистанционной форм обучения при подготовке

дипломированного специалиста по направлению

653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО»

Омск

Издательство СибАДИ

2007

ББК 22.21

УДК 531.8

Л 84
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. В. В. Сыркин (СибАДИ);
канд. техн. наук В. Я. Слободин (СибАДИ)
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом

академии в качестве учебно-методического пособия
А. М. Лукин, Д. А. Лукин, В. В. Квалдыков

Л84 Теоретическая механика (разделы «Статика», «Кинематика»): Учебно-методическое пособие для студентов заочной и дистанционной форм обучения при подготовке дипломированного специалиста по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО». – Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. – 287 с.
ISBN 978-5-93204-318-9
Курс теоретической механики разбит на две самостоятельные части, что в основном соответствует распределению материала по семестрам и содержит необходимый минимум для сдачи экзамена. Наглядность и удачно подобранные примеры позволяют в кратчайшие сроки самостоятельно усвоить и повторить программу курса. Первая часть учебно-методического пособия посвящена разделам «Статика» и «Кинематика».

Предназначено для студентов заочной и дистанционной форм обучения при подготовке дипломированного специалиста по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО» (специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство»; 290400 – «Гидротехническое строительство»; 290500 – «Городское строительство и хозяйство»; 290600 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; 290700 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»; 290800 – «Водоснабжение и водоотведение»; 291300 – «Механизация и автоматизация строительства»; 171600 – «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций»; 291500 – «Экспертиза и управление недвижимостью»; 291400 – «Проектирование зданий»).

ISBN 978-5-93204-318-9 © А.М. Лукин, Д. А. Лукин,
В. В..Квалдыков, 2007


ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной техники ставят перед ее разработчиками разнообразные задачи, связанные с проектированием объектов: строительных конструкций и сооружений, машин различного функционального назначения и т. д. Несмотря на разнообразие, решения поставленных задач основываются на общих принципах и имеют общую научную базу. Объясняется это тем, что в большинстве задач значительное место занимают вопросы, требующие изучения законов движения или равновесия тел.

Теоретическая механика представляет собой одну из научных основ современных технических дисциплин, таких как теория механизмов и машин, сопротивление материалов, детали машин и т. д. Теоретическая механика является одним из разделов механики.
Механика – наука о механическом движении и механическом взаимодействии материальных тел.
Теоретическая механика – раздел механики, в котором изучают законы движения механических систем и общие свойства этих движений.
Курс теоретической механики состоит из трех разделов: статика, кинематика, динамика. Изучение теоретической механики начинают с первого раздела – статики.

Настоящее учебно-методическое пособие по разделам «Статика», «Кинематика» теоретической механики предназначено для студентов заочной и дистанционной форм обучения. Такое содержание данного пособия обусловлено тем, что эти разделы теоретической механики студенты изучают в одном семестре.

Необходимость создания учебно-методического пособия вызвана тем, что студенты дистанционной и заочной форм обучения не всегда имеют свободный доступ к учебной литературе и консультациям преподавателя. Эта проблема особенно актуальна для студентов, проживающих в глубинных сельских районах и на Крайнем Севере.

Следует также отметить, что опубликованные ранее вузовские учебники по теоретической механике очень объемны. Как правило, в рабочих программах этой дисциплины при подготовке дипломированного специалиста по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО» (специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство»; 290400 – «Гидротехническое строительство»; 290500 – «Городское строительство и хозяйство»; 290600 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; 290700 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»; 290800 – «Водоснабжение и водоотведение»; 291300 – «Механизация и автоматизация строительства»; 171600 – «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций»; 291500 – «Экспертиза и управление недвижимостью»; 291400 – «Проектирование зданий») в настоящее время используется не более 50 % информации, приведенной в рекомендуемой для высшего профессионального образования учебной литературе. Студентам дистанционной и заочной форм обучения, самостоятельно изучающим учебный материал, достаточно сложно ориентироваться в обширном списке рекомендуемой литературы при поиске теоретических положений, необходимых для выполнения контрольных работ.

Кроме этого, имеется еще один существенный недостаток известных учебных пособий, заключающийся в следующем. Для одних и тех же специальностей дневной и заочной форм обучения используются различные задания. Парадокс в том, что для студентов заочной формы обучения эти задания гораздо труднее, чем для студентов дневной формы обучения.

Содержание данного курса соответствует программе и требованиям государственного образовательного стандарта ГОС ВПО РФ по дисциплине «Теоретическая механика» (разделы «Статика», «Кинематика») при подготовке дипломированного специалиста по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО».

Отличительными особенностями данного учебно-методического пособия от многих известных учебников по теоретической механике являются следующие особенности:

  1. Краткость изложения теоретического материала. Громоздкие выводы и доказательства в нем не приведены, но вместе с тем уделено большое внимание четкости формулировок определений основных понятий, теорем и принципов. Это позволяет глубже уяснить физический смысл формул и математических выражений, описывающих изучаемые механические процессы. В книге приведено достаточное количество рисунков, наглядно иллюстрирующих теоретический материал.

  2. Сформирован подробный словарь терминов и определений, используемых в изучаемых разделах теоретической механики. Это позволяет студенту выработать четкие навыки владения грамотной инженерно-технической лексикой.

  3. Теория, примеры решения задач, варианты курсовых заданий, алгоритмы решения и примеры их выполнения сведены в одну книгу. Это существенно повышает удобства при изучении теоретического курса.

  4. К каждой изучаемой теме занятий приведены вопросы для самоконтроля. Такие же вопросы сформулированы и для изучаемого в соответствующем семестре учебного материала. По этим вопросам студент имеет возможность самостоятельно проверить качество усвоения теоретического материала по всему комплексу вопросов, изучаемых в теоретической механике. По результатам самостоятельно проведенного тестирования студент выявляет те вопросы, которые изучены недостаточно хорошо, и принимает решение о целесообразности коррекции своих знаний по изучаемому предмету.

  5. Для студентов дистанционной формы обучения приведены экзаменационные билеты, содержащие теоретические и практические задания. Теоретическая часть экзаменационного билета содержит пять заданий по статике и пять заданий по кинематике. Ответы на эти задания приведены в учебно-методическом пособии. Практическая часть экзаменационного билета содержит два задания по статике и три задания по кинематике. В эти задания входят вопросы, решаемые студентами при выполнении расчетно-графических работ. Экзаменационный билет, который студент выбирает самостоятельно по соответствующей методике, позволяет произвести объективную оценку теоретических знаний и практических навыков применения этих знаний при решении практических задач.

  6. В качестве контрольных работ использованы задания, аналогичные заданиям, приведенным в «Сборнике заданий для курсовых работ по теоретической механике»: Учеб. пособие для техн. вузов/ А. А. Яблонский, С. С. Норейко, С. А. Вольфсон и др.; Под ред. А. А. Яблонского. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1985. – 367 с., ил. Это учебное пособие применяется практически во всех высших учебных заведениях Российской Федерации.

Такой подход к выбору вариантов заданий позволяет обеспечить единство требований государственных образовательных стандартов РФ к качеству высшего образования и поднять качество дистанционного и заочного образования до уровня очного образования.

Перечисленные особенности делают данный курс легко доступным для хорошего понимания и усвоения студентами изучаемого материала, позволяют в короткие сроки подготовиться к экзаменам и зачетам.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам за внимательное прочтение рукописи и замечания, которые позволили в значительной мере улучшить содержание книги.


ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

(разделы «Статика», «Кинематика»)
Программа дисциплины «Теоретическая механика» (разделы «Статика», «Кинематика») составлена согласно требованиям государственного образовательного стандарта ГОС ВПО РФ по дисциплине «Теоретическая механика» при подготовке дипломированных специалистов по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО».
Выдержка из ГОС ВПО РФ по дисциплине

«Теоретическая механика»
Требования

к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы при подготовке дипломированных специалистов по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО».


Индекс

Наименование дисциплин и их основные

разделы

Всего часов

1

2

3

ЕН.Ф.06

Теоретическая механика

Статика: реакция связей, условия равновесия плоской и пространственной систем сил, теория пар сил

Кинематика: кинематические характеристики точки, сложное движение точки, частные и общий случаи движения твердого тела

Динамика: дифференциальные уравнения движения точки в инерциальной и неинерциальной системах отсчета, общие теоремы динамики, аналитическая динамика, теория удара

210



Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является формирование у студентов знаний в области теоретической механики – фундаментальной дисциплины физико-математического цикла, которая является базой для изучения как общепрофессиональных, так и специальных дисциплин при подготовке дипломированных специалистов по направлению 653500 «СТРОИТЕЛЬСТВО».

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

Изучение студентами теоретической механики основывается на предварительной подготовке по элементарной и высшей математике, а также по основам механики, изучаемым в курсе физики. Основное применение положений теоретической механики в последующем учебном процессе происходит при изучении студентами курсов сопротивления материалов, деталей машин и других технических дисциплин, относящихся к специальностям: 290300 – «Промышленное и гражданское строительство»; 290400 – «Гидротехническое строительство»; 290500 – «Городское строительство и хозяйство»; 290600 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»; 290700 – «Теплогазоснабжение и вентиляция»; 290800 – «Водоснабжение и водоотведение»; 291300 – «Механизация и автоматизация строительства»; 171600 – «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций»; 291500 – «Экспертиза и управление недвижимостью»; 291400 – «Проектирование зданий».

Знания, полученные студентами при изучении теоретической механики и последующих общетехнических дисциплин, применяются при изучении специальных дисциплин и выполнении курсовых и дипломных проектов.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Студент должен знать:

– понятийный аппарат теоретической механики;

– навыки составления математических моделей практических задач, в которых приходится иметь дело с равновесием или движением твердых тел;

– технику составления уравнений равновесия или движения различных механических систем;

– основные приемы аналитического и численного исследований уравнений равновесия и движения.
Студент должен знать и уметь использовать:

– основные законы механики и важнейшие следствия из них;

– основные модели механики (модель материальной точки, системы материальных точек, абсолютно твердого тела, системы взаимосвязанных твердых тел);

– основные аналитические и численные методы исследования механических систем.

Студент должен иметь опыт решения типовых задач по статике и кинематике механических систем.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В полном курсе теоретической механики студенты изучают три ее раздела: статику, кинематику и динамику.

Назначение изучаемого предмета – дать будущим специалистам основные сведения о законах равновесия и движения механических систем под действием приложенных к ним сил и методах расчета их динамических характеристик. Все знания и навыки, полученные при изучении теоретической механики, необходимы для освоения специальных и профилирующих предметов и потребуются в практической работе на производстве.

Рекомендуется такая последовательность изучения материала:

  1. Ознакомиться с содержанием программы предмета к каждому заданию.

  2. Изучить теоретический материал, относящийся к контрольному заданию. При изучении теоретического материала необходимо прежде всего уяснить сущность каждого излагаемого вопроса. Главное – это понять теоретический материал, а не «заучить». Изучать материал рекомендуется по темам. Сначала следует прочитать весь материал изучаемой темы, особенно не задерживаясь на том, что показалось не совсем понятным; часто это становится понятным из последующего. Затем надо вернуться к местам, вызвавшим затруднения, и внимательно разобраться в том, что неясно. Особое внимание при повторном чтении обратите на формулировки соответствующих определений, понятий и теорем (они набраны курсивом). В точных формулировках, как правило, бывает существенным каждое слово и очень полезно понять, почему данное определение сформулировано именно так. Для удобства изучения словари терминов, определений и понятий, применяющихся в изучаемых разделах теоретической механики, вынесены в отдельные приложения.

  3. Дать ответы на вопросы и задания для самоконтроля. При затруднениях необходимо вновь вернуться к теоретическому материалу и разобраться в соответствующем вопросе.

  4. Закрепить изученный материал путем разбора решенных задач, приведенных в настоящем пособии. Особое внимание следует обратить на методические указания. При затруднениях в понимании какого-либо вопроса необходимо обратиться за разъяснением к преподавателю.

  5. Приступить к решению задач контрольной работы. Задачи контрольной работы даны в последовательности тем программы и поэтому должны решаться постепенно, по мере изучения материала.

Каждый студент–заочник должен выполнить контрольные работы. Контрольная работа содержит четыре задачи по статике и четыре задачи по кинематике. Варианты заданий приведены в данном учебно-методическом пособии.
Номер варианта задания в контрольной работе студент выбирает самостоятельно по двум последним цифрам номера своей зачетной книжки, используя следующую формулу:

b = c – 30·i,

где b – номер варианта задания; с – две последние цифры номера зачетной книжки студента; 30 – число вариантов заданий; i – целое число, изменяющееся от 0 до 3.

Примеры определения номера варианта задания:

с = 06, b = 06 – 30·0 = 6. Вариант №6.

с = 32, b = 32 – 30·1 = 2. Вариант №2.

с = 77, b = 77 – 30·2 = 17. Вариант №17.

с = 93, b = 93 – 30·3 = 3. Вариант №3.

При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать следующие требования.

  1. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, на титульном листе которой указывают: фамилию, имя, отчество студента, наименование предмета, номер варианта, дату отправления работы и точный почтовый адрес студента.

  2. Контрольные работы выполняют чернилами, а рисунки и схемы – карандашом, четко и аккуратно, соблюдая требования единой конструкторской документации (ЕСКД).


Рекомендуется следующий порядок решения

контрольных работ

  1. Полностью записать текст условия задания и пояснить его чертежом или схемой. Выписать из условия задания исходные данные и составить план решения. Решение задания выполнять по этапам, поясняя их подзаголовки с указанием, что определяется или что рассматривается, ссылками на теоремы, законы, правила и методы.

  2. Задания решают в общем виде (в буквенных обозначениях), а затем, подставляя численные значения, вычисляют результат с точностью до трех значащих цифр.

  3. Перед тем как переписать решенное задание в тетрадь начисто, следует тщательно проверить все действия, правильность подстановки числовых значений величин, соблюдение однородности единиц, а также правдоподобность полученных результатов.

  4. Если возможно, следует проверить правильность ответа, решив задание вторично каким-либо иным путем.

Выполненная студентом контрольная работа высылается по электронной или обычной почте в учебное заведение для проверки. Незачтенная работа по указанию преподавателя выполняется вновь или переделывается частично. Контрольные работы обязательно предъявляются преподавателю при сдаче зачета или экзамена.
ПРОГРАММА РАЗДЕЛА «СТАТИКА»
Введение в статику. Предмет механики. Теоретическая механика и ее роль в среде естественных и технических наук. Объективный характер законов механики.

Основные понятия и аксиомы статики. Предмет статики. Основные понятия статики: масса, инертность, материальная точка, абсолютно твердое тело, механическая система, механическое действие, механическое движение, свободное тело, равновесие механической системы, система отсчета, сила, линия действия силы, сила тяжести, вес тела, внешняя сила, внутренние силы, система сил, уравновешенная система сил, уравновешивающая система сил, эквивалентные системы сил, равнодействующая системы сил, плоская система сил, сходящаяся система сил, сосредоточенная сила, распределенные силы, аксиома инерции, аксиома равновесия двух сил, аксиома присоединения и исключения уравновешенной системы сил, аксиома параллелограмма сил, аксиома равенства действия и противодействия, аксиома сохранения равновесия сил, приложенных к деформирующемуся телу при его затвердевании, следствия из аксиом.

Связи и реакции связей для плоской системы сил. Несвободное твердое тело, связи, реакции связей, активные силы, гладкая связь, гибкая связь, невесомый стержень, шарнирно подвижная и неподвижная опоры, аксиома связей.

Проекции силы на ось и плоскость. Проекция силы на координатную ось, направляющие косинусы.

Аналитический способ сложения сил. Проекция равнодействующей системы сил на ось, условие равновесия сходящейся системы сил, геометрическое условие равновесия сходящейся системы сил, аналитические условия равновесия сходящейся системы сил, алгоритм решения задач статики твердого тела.

Теория пар сил. Пара сил, плоскость действия пары сил, алгебраический момент пары сил, момент пары сил, теоремы о парах сил, следствия из теорем о парах сил, сложение пар сил, условие равновесия пар сил.

Момент силы относительно точки. Момент силы относительно точки, алгебраический момент силы относительно точки.

Приведение силы к заданному центру. Метод Пуансо, приведение произвольной системы сил к заданному центру, плоская произвольная система сил, аналитические условия равновесия плоской произвольной системы сил, другие типы связей на плоскости, алгоритм определения реакций опор твердого тела при действии на него плоской произвольной системы сил, пример выполнения курсового задания С 1.

Расчет фермы. Ферма, узлы фермы, пояса фермы, стойки, раскосы, допущения при силовом расчете, аналитический и графический способы вырезания узлов, леммы о нулевых стержнях, метод Риттера, пример выполнения курсового задания С 2.

Определение реакций опор составной конструкции. Статически определимые задачи, статически неопределимые задачи, алгоритм решения задач на составную конструкцию, пример выполнения курсового задания С 3.

Пространственная произвольная система сил. Момент силы относительно оси, аналитические выражения моментов силы относительно координатных осей, приведение пространственной произвольной системы сил к заданному центру, уравнения равновесия системы сил, произвольно расположенных в пространстве, типы связей в пространстве, пример выполнения курсового задания С 4.

ПРОГРАММА РАЗДЕЛА «КИНЕМАТИКА»
Введение в кинематику. Предмет кинематики. Пространство и время в классической механике. Система отсчета. Задачи кинематики.

Кинематика точки. Координатный способ задания движения точки (в декартовых координатах). Определение траектории точки. Определение скорости и ускорения точки по ее проекциям на координатные оси.

Естественный способ задания движения точки. Естественные координатные оси. Определение скорости и ускорения точки по их проекциям на оси естественного трехгранника. Касательное и нормальное ускорения точки. Равномерное и равнопеременное движения точки, законы этих движений.

Векторный способ задания движения точки. Определение скорости и ускорения точки. Пример выполнения курсового задания К 1.

Поступательное движение твердого тела. Уравнения движения. Теорема о траекториях, скоростях и ускорениях точек твердого тела при поступательном движении.

Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси (вращательное движение). Уравнение вращательного движения твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение твердого тела. Законы равномерного и равнопеременного вращений. Скорость и ускорение точки твердого тела. Векторы угловой скорости и углового ускорения. Пример выполнения курсового задания К 2.

Плоскопараллельное (плоское) движение твердого тела. Уравнения плоскопараллельного движения. Определение скорости точки плоской фигуры как геометрической суммы скорости полюса и скорости этой точки при вращении фигуры относительно оси, проходящей через полюс. Определение скоростей точек плоской фигуры с помощью мгновенного центра скоростей. Пример выполнения курсового задания К 3.

Сложное движение точки и твердого тела. Абсолютное и относительное движения точки. Переносное движение. Относительные, переносные и абсолютные скорость и ускорение точки. Теорема о сложении скоростей. Теорема Кориолиса о сложении ускорений. Модуль и направление кориолисова ускорения. Случай поступательного переносного движения. Пример выполнения курсового задания К 4.

Примечания:

  1. По решению кафедры в рабочую программу могут включаться дополнительные вопросы, перечень которых должен быть сообщен студентам.

  2. При обучении студентов другим специальностям решением кафедры или деканата из рабочей программы могут быть исключены некоторые вопросы.


При написании данного учебно–методического пособия использованы следующие литературные источники информации:

1. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2002. – 416 с.: ил.

2. Яблонский А. А., Никифорова В. М. Курс теоретической механики. Ч. I. Статика. Кинематика: Учебник для втузов. – Изд. 5-е, испр. – М.: Высш. школа, 1977. – 368 с. с ил. и последующие издания.

3. Мещерский И. В. Сборник задач по теоретической механике: Учеб. пособие/ Под ред. Н. В. Бутенина, А. И. Лурье, Д. Р. Меркина. – М.: Наука, 1986. – 448 с. и последующие издания.

4. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учеб. пособие для техн. вузов/ А. А. Яблонский, С. С. Норейко, С. А. Вольфсон и др.; Под ред. А. А. Яблонского. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1985. – 367 с.

5. Горбач Н. И. Теоретическая механика: Динамика: Учеб. пособие. – Мн.: Книжный Дом, 2004. – 192 с. (Экспресс-курс).

6. Тульев В. Д. Теоретическая механика: Статика. Кинематика: Учеб. пособие. – Мн.: Книжный Дом, 2004. – 152 с. (Экспресс-курс).

7. Лукин А. М., Лукин Д. А. Теоретическая механика. Часть 1. Статика: Учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 271200. – Омск: Изд-во «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2004. – 88 с.

8. Лукин А. М., Лукин Д. А. Теоретическая механика. Часть 2. Кинематика: Учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 271200 «Технология продуктов общественного питания». – Омск: Изд-во «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2004. – 76 с.

9. Лукин А. М., Лукин Д. А. Теоретическая механика. Часть 3. Динамика: Учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 260501 «Технология продуктов общественного питания». – Омск: Изд-во «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2005. – 244 с.

10. Теоретическая механика. Терминология/ Отв. ред. А. Ю. Ишлинский. – М.: 1977. – Вып. 90. – 88 с.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации