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.