Актуальность разработки курса лекций по дисциплине «Механика». Раздел «Теоретическая механика»

№80-1,

педагогические науки

Учебная дисциплина «Механика» в системе высшего образования занимает одно из приоритетных мест, обеспечивает надлежащий уровень подготовленности человека в области безопасности жизнедеятельности в техносфере, безопасности технологических процессов и производств, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.

Похожие материалы

Курсы лекций по дисциплине «Механика» разрабатываются с целью оказания методической помощи обучающимся в изучении дисциплины с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего образования и выполняет основные функции:

  • информационно-методическую, которая позволяет получить представление о целях, содержании, общей стратегии обучения, воспитания и развития обучающихся средствами учебной дисциплины «Механика»;
  • организационно-планирующую, которая предусматривает изучение дисциплины «Механика», структурирование учебного материала, определение его количественных и качественных характеристик;
  • методическую, которая позволяет преподавателю механики реализовать собственный подход в части тематического планирования курса и структурирования учебного материала, определения последовательности и путей его изучения.

Учебная дисциплина «Механика» в системе высшего образования занимает одно из приоритетных мест, обеспечивает надлежащий уровень подготовленности человека в области безопасности жизнедеятельности в техносфере, безопасности технологических процессов и производств, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.

Учебная дисциплина «Механика» реализует единый подход для теоретической и практической подготовки будущих специалистов к применению знаний при решении вопросов безопасности жизнедеятельности в техносфере, безопасности технологических процессов и производств, защиты в чрезвычайных ситуациях, пожарной безопасности.

Некоторые курсы механики ограничиваются только твёрдыми телами. Изучением деформируемых тел занимаются теория упругости (сопротивление материалов — её первое приближение) и теория пластичности. В случае, когда речь идёт не о жёстких телах, а о жидкостях и газах, необходимо прибегнуть к механике жидкостей и газов, основными разделами которой являются гидростатика и гидрогазодинамика. Общей теорией, изучающей движение и равновесия жидкостей, газов и деформируемых тел, является механика сплошной среды.

Основной математический аппарат классической механики: дифференциальное и интегральное исчисление, разработанное специально для этого Ньютоном и Лейбницем. К современному математическому аппарату классической механики относятся, прежде всего, теория дифференциальных уравнений, дифференциальная геометрия (симплектическая геометрия, контактная геометрия, тензорный анализ, векторные расслоения, теория дифференциальных форм), функциональный анализ и теория операторных алгебр, теория катастроф и бифуркаций. В современной классической механике используются и другие разделы математики. В классической формулировке, механика базируется на трёх законах Ньютона. Решение многих задач механики упрощается, если уравнения движения допускают возможность формулировки законов сохранения (импульса, энергии, момента импульса и других динамических переменных).

Раздел «Теоретическая механика» — наука об общих законах механического движения и взаимодействия материальных тел. Будучи по существу одним из разделов физики, теоретическая механика, вобрав в себя фундаментальную основу в виде аксиоматики, выделилась в самостоятельную науку и получила широкое развитие благодаря своим обширным и важным приложениям в естествознании и технике, одной из основ которой она является.

По Ньютону, «Рациональная механика есть учение о движениях, производимых какими бы то ни было силами, и о силах, требуемых для производства каких бы то ни было движений, точно изложенное и доказанное».

В физике под теоретической механикой подразумевается часть теоретической физики, изучающая математические методы классической механики, альтернативные прямому применению законов Ньютона (так называемая аналитическая механика). Сюда входят, в частности, методы, основанные на уравнениях Лагранжа, принципы наименьшего действия, уравнении Гамильтона-Якоби и др.

Следует подчеркнуть, что аналитическая механика может быть как нерелятивистской — тогда она пересекается с классической механикой, так и релятивистской. Принципы аналитической механики являются настолько общими, что её релятивизация не приводит к фундаментальным трудностям.

В технических науках под теоретической механикой подразумевается набор физико-математических методов, облегчающих расчёты механизмов, сооружений, летательных аппаратов и т.п. (так называемая прикладная механика или инженерная механика). Практически всегда эти методы выводятся из законов классической механики — в основном, из законов Ньютона, хотя в некоторых технических задачах оказываются полезными некоторые из методов аналитической механики.

Теоретическая механика опирается на некоторое число законов, установленных в опытной механике, принимаемых за истины, не требующих доказательств — аксиомы. Эти аксиомы заменяют собой индуктивные истины опытной механики. Теоретическая механика имеет дедуктивный характер. Опираясь на аксиомы как на известный и проверенный практикой и экспериментом фундамент, теоретическая механика возводит свое здание при помощи строгих математических выводов.

Теоретическая механика как часть естествознания, использующая математические методы, имеет дело не с самими реальными материальными объектами, а с их моделями. Такими моделями, изучаемыми в теоретической механике, являются:

  • материальные точки и системы материальных точек,
  • абсолютно твердые тела и системы твёрдых тел,
  • деформируемые сплошные среды.

В теоретической механике выделяют такие разделы, как кинематика, статика, динамика.

В теоретической механике широко применяются методы:

  • векторного исчисления и дифференциальной геометрии,
  • математического анализа,
  • дифференциальных уравнений,
  • вариационного исчисления.

Теоретическая механика явилась основой для создания многих прикладных направлений, получивших большое развитие. Это механика жидкости и газа, механика деформируемого твердого тела, теория колебаний, динамика и прочность машин, гироскопия, теория управления, теория полета, навигация и др.

Главной целью подготовки обучающихся по механике является подготовка специалиста, обладающего знаниями:

  • законов механического взаимодействия и движения материальных точек (тел) и систем материальных точек (тел);
  • методов определения статических и динамических реакций;
  • методов структурного и кинематического анализа механизмов;
  • основных видов деформаций возникающих в различных элементах механизмов и конструкций под воздействием внешних силовых факторов;
  • основных определений и понятий деталей машин; классификации машин, механизмов, деталей;
  • основных критериев работоспособности и расчета деталей машин;
  • основных принципов проектирования деталей машин;
  • вопросов обеспечения безопасности узлов и конструкций.

Общими задачами выступают:

  • выполнение расчетов, связанных с равновесием и движением материальных тел;
  • выполнение расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;
  • анализ условий работы деталей машин и механизмов;
  • выполнение проектных и проверочных расчетов деталей машин.

Для обеспечения эффективности образовательного процесса по механике рекомендуется использовать:

  • разнообразные виды организации учебных занятий, в том числе с использованием компьютерных технологий;
  • различные виды учебной деятельности обучающихся, включая практическую, проектную и исследовательскую;
  • оптимальные средства и методы оценки качества образовательного процесса.

Список литературы

  1. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 2001.
  2. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. – СПб.: Лань, 2002.
  3. Воронков И.М. Курс теоретической механики. – М.: Наука, 1966.
  4. Гернет М.М. Курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 1987.