Головна сторінка     |     Про нас     |     On-line заявка     |     Координати

Інформація про курс

«Статика твердого тіла»

Передмова

  1. Розробники курсу
  2. Місце та роль дисципліни в навчальному процесі
  3. Інформація про навчальну систему

3.1 Мета і завдання курсу

3.2 Перелік тематичних модулів

3.3 Аудиторія дистанційного курсу

3.4 Склад і об'єм дистанційного курсу

Передмова

Пропонуємо дистанційний навчальний курс «Статика твердого тіла», який є складовою частиною дисципліни «Теоретична механіка», що входить до циклу науково-природничих та професійно-практичних дисциплін. Курс є обов'язковим для підготовки бакалаврів всіх інженерних спеціальностей.

Курс «Теоретична механіка» викладається на 20 факультетах Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» для студентів першого та другого років навчання (~6000 студентів).

Для бакалаврів напрямку підготовки 0902 «Інженерна механіка» курс «Теоретична механіка» викладається протягом 2, 3 та 4 семестрів в обсязі 468 годин (13 кредитів - це «Статика твердого тіла» - 5 кредитів; «Кінематика» - 5 кредитів; «Динаміка» - 3 кредити).

«Статика твердого тіла» вивчається в 2-му семестрі в обсязі 180 годин (5 кредитів) і містить:

  • Теоретичний матеріал
  • Контрольні запитання
  • Практичні заняття
  • Індивідуальні завдання
  • Задачі для самостійного розв'язування
  • Тести
  • Розрахунково-графічну роботу.

Матеріал структурований у вигляді тематично-навчальних модулів відповідно до термінології кредитно-модульної системи. Кожний навчальний блок складається з теоретичної частини, запитань для самоконтролю, практичної частини, навчальних завдань (переважно практичного характеру), індивідуальних завдань (по 30 варіантів кожного завдання) та тестів.

Згідно з положеннями розробленої в університеті рейтингової системи оцінювання, рейтинг студента складається із семестрового і отриманого на іспиті.

Семестровий рейтинг студент набирає:

  • в дистанційній формі (бали система обчислює автоматично за призначеними викладачем балами)
  • задачі для самостійного розв'язування (по 1 балу)
  • контрольні запитання (по 1 балу)
  • тести (по 10 балів)
  • в очні формі
  • колоквіуми (по 15 балів)
  • розрахунково-графічна робота (30 балів).

Перевірка засвоєння матеріалу здійснюється шляхом виконання індивідуальних завдань, що не оцінюються, і є допуском до колоквіумів. Навчальний семестр закінчується іспитом. Іспит проводиться в очній формі.

2. Місце та роль дисципліни в навчальному процесі

Програма дисципліни «Теоретична механіка» розрахована на попередню підготовку, отриману при вивченні науково-природничих дисциплін: «Математика», «Фізика», «Нарисна геометрія», «Інформатика». Отримані при вивченні дисципліни «Теоретична механіка» знання, уміння і навички використовуються надалі при вивченні професійно-практичних дисциплін: «Опір матеріалів», «Теорія механізмів та машин», «Теорія коливань», «Гідравліка», «Математичне моделювання об'єктів».

Зв'язок дисципліни теоретична механіка з іншими дисциплінами навчального плану

Математика

Фізика

Нарисна геометрія

Інформатика

Теоретична механіка

Статика твердого тіла

Кінематика

Динаміка

Опір матеріалів

Теорія механізмів та машин

Гідравліка

Теорія коливань

Математичне моделювання об'єктів

«Статика твердого тіла» вивчає основні поняття та закони механіки; методи вивчення умов рівноваги фізичних об'єктів, які моделюють у вигляді матеріальної точки, твердого тіла і механічної системи; методи перетворення систем сил у інші, їм еквівалентні; розрахунок будівельних конструкцій та визначення зусиль, які в них виникають; способи визначення центра ваги заданої фігури (аналітичні, графічні, із застосуванням комп'ютера).

Враховуючи бурхливий розвиток техніки і проникненням механіки у всі галузі людської діяльності (електроніку, медицину, біологію, діагностику систем і т.і.), підготовка спеціалістів для більшості галузей промисловості неможлива без знань законів природи, які описуються законами класичної механіки. Тому основна увага приділяється вивченню законів механіки.

3. Інформація про навчальну систему

Програмну реалізацію дистанційного навчального курсу здійснено на базі платформи MOODLE згідно з вимогами до засобів дистанційного навчання, розробленими Українським інститутом інформаційних технологій в освіті НТУУ «КПІ».

Створена версія забезпечує наступні функції: керування процесом навчання у відповідності з учбовим планом та навчальною програмою; консультування з навчальної програми, графіку навчання, основних вимог, теоретичних та практичних питань, засобів контролю та тестування; навчання, тобто система приймає на себе функції викладача у поданні навчального матеріалу; контролю засвоєння матеріалу, діагностиці помилок та оцінюванні результату.

Система забезпечує виконання у повному обсязі навчального процесу в мережі Інтернет, а також у локальних мережах або на окремому комп'ютері; аналіз відповідей студентів дозволяє оцінити рівень засвоєння студентами кожного окремого завдання та складність поставлених завдань; вилучення завдань, які студенти засвоюють добре (>90%), або доповнення завдань, які студентами засвоюються важко (<30%); корегувати всі ресурси навіть в процесі навчання.

3.1. Мета і завдання курсу

  • навчити студентів застосовувати сучасні методи дослідження механічних процесів;
  • навчити студентів виконувати громіздкі математичні розрахунки за допомогою комп'ютера з одночасним контролем отриманих результатів аналітичними та графічними методами;
  • зосереджувати увагу студентів на аналізі отриманих результатів дослідження руху фізичних об'єктів, зекономивши час на детальних підрахунках;
  • залучити талановитих студентів молодших курсів до наукової роботи та індивідуальної творчості;
  • студенти, створивши механізми, у подальшому використовують отримані навички для вивчення таких курсів, як теорія механізмів і машин, опір матеріалів.

3.2. Перелік тематичних модулів

  • Вступ
  • Основні поняття та закони статики
  • Основні властивості систем сил, прикладених до абсолютно твердого тіла
  • Умови рівноваги систем сил
  • Перетворення систем сил
  • Центр ваги
  • Розрахунково-графічна робота «Розрахунок плоскої ферми».

Тематичні модулі доповнено:

  • демо-версією «Навчальне тестування», в якій студент має можливість ознайомитися зі зразками тестових завдань та потренуватися;
  • демо-версією РГР «Плоска ферма», в якій студент має можливість ознайомитися зі зразками робіт, що виконали студенти попередніх курсів;
  • іменним покажчиком, в якій студент має можливість ознайомитися з біографією та розробками відомих вчених-механіків та доповнити його;
  • предметним покажчиком, в якій студент має можливість ознайомитися з означеннями та поняттями статики.

Мета вивчення курсу - дати студентам теоретичні знання і практичні навички в галузях: розрахунку інженерних споруд та конструкцій, складання математичних моделей фізичних об'єктів. Оволодіння теоретичною механікою викликає труднощі насамперед у розумінні виду і характеру рухів окремих ланок механізмів.

Найшвидше, це викликано тим, що студенти молодших курсів не мають досвіду поєднання спостереження за роботою технічних пристроїв з обов'язковим аналізом їхньої роботи у школі, а у програмах теоретичної механіки відсутні лабораторні заняття. Викладачі мають допомогти студентам оволодіти таємницями майстерності: алгоритмами і схемами механізмів, методами і способами математичного моделювання, що стало можливим з появою універсальних математичних пакетів Maple , MathCAD , Mathematica , MathLAB . Ці пакети дозволяють візуалізувати інженерні конструкції й спостерігати їхні рухи на моніторі комп'ютера, а також транслювати файли в HLM - формат для спілкування через Internet.

На кафедрі теоретичної механіки НТУУ «КПІ» розроблений алгоритм розв'язання задач механіки та типові програми математичного моделювання динаміки механізмів в системі Maple. Завдання комп'ютерних технологій як важливої складової забезпечення ефективності системи освіти є виконання наступних функцій :

  • навчити студенів застосовувати  сучасні методи дослідження механічних процесів;
  • навчити студенів виконувати громіздкі математичні розрахунки за допомогою комп'ютера з одночасним контролем отриманих результатів аналітичними та графічними методами;
  • зосереджувати увагу студентів на аналізі отриманих результатів дослідження руху фізичних об'єктів, зекономивши час на детальних підрахунках;
  • залучити талановитих студентів молодших курсів до наукової роботи та індивідуальної творчості;
  • студенти, створивши механізми, у подальшому використовують отримані навичок для вивчення таких курсів, як теорія механізмів та машин, опір матеріалів.

3.3. Аудиторія дистанційного курсу

Цільова аудиторія - студенти першого-третього курсів, аспіранти і здобувачі технічних спеціальностей, спеціалісти інших напрямків, пов'язані з розробками та проектуванням механічних систем.

3.4. Склад і обсяг дистанційного курсу

Склад і обсяг курсу сформовано з розрахунку 90 годин лекцій, 36 годин - практичних занять (8 годин з цієї кількості годин приділяються на контроль ходу навчального процесу - 4 колоквіуми), 3 тестування. Крім цього студенти виконують розрахунково-графічну роботу.

Склад навчальної системи дистанційного курсу зведено до таблиці

№ блоку

Назва тематичного модуля

Зміст модуля


Класична механіка Ньютона

 

  • Рейтингова система успішності студентів
  • Про авторів
  • Анотація курсу
  • Робоча програма курсу
  • Список використаних джерел
  • Демо-тест «Навчальне тестування»

 


Вступ

 

  • Вступ до предмету
  • Предметний покажчик
  • Іменний покажчик

 

2

Основні поняття та закони статики

 

  • Основні властивості механічних сил
  • Означення статики
  • Контрольні запитання «Основні поняття та закони»
  • Механічні в'язі та їхні реакції
  • Аксіоми про в'язі та їхні реакції
  • Класифікація сил. Метод перерізів
  • Теорема про рівновагу трьох непаралельних сил
  • Контрольні запитання «Аксіоми статики та в'язі»
  • Практичне заняття «Теорема про три сили»
  • Інтерактивний урок «Теорема про три сили»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Теорема про три сили»
  • Індивідуальне завдання «Теорема про три сили»
  • Сили тертя ковзання і їхні властивості
  • Практичне заняття «Сили тертя ковзання»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Сили тертя ковзання»
  • Тест «Основні поняття. Аксіоми та найпростіші теореми»

 

3

Основні властивості систем сил, прикладених до абсолютно твердого тіла

 

  • Момент сили відносно точки і осі
  • Система збіжних сил. Умови рівноваги
  • Практичне заняття «Просторова збіжна система сил»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Просторова збіжна система сил»
  • Індивідуальне завдання «Просторова збіжна система сил»
  • Колоквіум «Три сили»
  • Рівнодійна двох паралельних сил
  • Пара сил. Момент пари сил. Властивості пари сил
  • Тест «Збіжна система сил та момент сили»

 

4

Умови рівноваги систем сил

 

  • Аналітичне визначення головного вектора і головного моменту системи сил
  • Умови рівноваги вільного твердого тіл
  • Практичне заняття «Рівновага довільної плоскої системи сил»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Рівновага довільної плоскої системи сил»
  • Індивідуальне завдання «Рівновага плоскої системи сил»
  • Практичне заняття «Рівновага складеної конструкції»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Рівновага складеної конструкції»
  • Колоквіуму «Плоска система сил»
  • Практичне заняття «Рівновага довільної просторової системи сил»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Рівновага довільної просторової системи сил»
  • Індивідуальне завдання «Рівновага просторової системи сил»

 

5

Перетворення систем сил

 

  • Зведення системи сил до найпростішого вигляду
  • Допомога до практичних занять 1-3
  • Практичне заняття 1-3 «Перетворення системи сил»

 

6

Центр ваги

 

  • Центр паралельних сил. Центр ваги
  • Способи визначення положення центра ваги тіла
  • Центр ваги деяких простих геометричних фігур
  • Практичне заняття «Центр ваги лінії»
  • Практичне заняття «Центр ваги плоскої фігури»
  • Практичне заняття «Центр ваги тіла»
  • Задачі для самостійного розв'язування «Центр ваги»
  • Індивідуальне завдання «Центр ваги тонкої пластини»
  • Тест «Рівновага системи сил. Просторова система сил»
  • Колоквіум «Просторова система сил»

 

7

Розрахунково-графічна робота «Розрахунок плоскої ферми»

 

  • Завдання на РГР «Розрахунок плоских ферм»
  • Варіанти завдань РГР «Плоска ферма»
  • Шаблон комп'ютерної частини РГР «Плоска ферма»
  • Приклад виконання РГР «Плоска ферма»
  • Демо-РГР студентів ММІ

 

1. Розробники курсу

1. к. т. н., доц. Левчук К.Г. (керівник проекту),

2. асистент Степаненко С.Г. (розробник курсу)

кафедри теоретичної механіки.

Левчук КГ

Степаненко СГ

При розробці дистанційного курсу автори врахували науково-методичні поради доцентів, кандидатів фіз.-мат. Наук Шальди Людмили Мирославівни та Ільчишиної Діни Іванівни, які викладають механіку в НТУУ «КПІ» більше 40 років.

Шальда ЛМ

Ільчишина ДІ

При впровадженні дистанційного курсу у навчальний процес автори врахували науково-методичні зауваження доцентів, кандидатів технічних наук Кришталя Володимира Федоровича та Чкалова Олексія Валерійовича.

Кришталь ВФ

Чкалов ОВ

Також використані сучасні підручники:

  1. В.І.Векерик, Д.І.Ільчишина, К.Г.Левчук, І.В.Цідило, Л.М.Шальда. Теоретична механіка. Івано-Франківськ. «Факел», 2006.
  2. К.Г.Левчук, С.Г.Степаненко. Розрахунок великих будівельних конструкцій. udec.ntu-kpi.kiev.ua/udec.nsf/РозрахунокВБК.pdf
  3. В.І.Векерик, Л.М.Рижков, К.Г.Левчук, І.В.Цідило, Н.І.Штефан. Практикум з теоретичної механіки. Івано-Франківськ. «Факел», 2005.

Дистанційний курс проілюстровано механічними моделями, виконаними під керівництвом авторів проекту студентами механіко-машинобудівного інституту в математичному пакеті Maple.

Під час впровадження курсу активну участь приймали доценти кафедри теоретичної механіки Чкалов О.В. та Кришталь В.Ф., а також студенти механіко-машинобудівного інституту (рік вступу 2007).