Теоретическая механика. Динамика

Неделя 1.

Динамика материальной точки.

Основные положения динамики. Аксиомы динамики Ньютона. Инерциальная система отсчета. Дифференциальные уравнения динамики точки в векторной форме и в проекциях на декартовы и естественные оси координат. Две основные задачи динамики точки. Интегралы уравнений движения точки. Случай несвободного движения материальной точки.

Неделя 1. Решение задач

Неделя 2.

Дифференциальные уравнения движения точки в неинерциальной системе отсчета, динамическая теорема Кориолиса. Принцип относительности Галилея-Ньютона. Равновесие и движение точки относительно поверхности Земли.

Неделя 2. Решение задач

Тестирование по результатам недель 1-2

Неделя 3.

Механическая система. Классификация сил, действующих на механическую систему: силы внешние и внутренние. Равенство нулю главного вектора и главного момента внутренних сил. Масса системы. Центр масс системы и его координаты. Дифференциальные уравнения движения механической системы. Теорема о движении центра масс системы. Закон сохранения движения центра масс. Дифференциальные уравнения поступательного движения твердого тела. Количество движения материальной точки и механической системы. Элементарный импульс и импульс силы за конечный промежуток времени, проекции на координатные оси. Теорема об изменении количества движения в дифференциальной и конечной формах. Закон сохранения количества движения системы.

Неделя 3. Решение задач

Неделя 4.

Моменты инерции системы и твердого тела относительно оси и полюса. Радиус инерции.  Теорема Штейнера, вычисление моментов инерции тел простейшей формы. Момент количества движения точки относительно центра и оси. Главный момент количеств движения (кинетический момент) механической системы относительно центра и оси. Кинетический момент твердого тела относительно оси вращения. Теорема об изменении кинетического момента системы. Закон сохранения кинетического момента. Дифференциальное уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси. Движение точки под действием центральной силы. Понятие о секторной скорости. Теорема площадей.

Неделя 4. Решение задач

Неделя 5.

Кёнигова система отсчета. Формула для кинетического момента системы материальных точек при сложном движении. Теорема об изменении кинетического момента системы материальных точек в относительном движении по отношению к центру масс. Дифференциальные уравнения плоского движения твердого тела.

Неделя 5. Решение задач

Неделя 6.

Элементарная и полная работа силы. Мощность. Работа равнодействующей силы. Работа внутренних сил системы, работа сил, приложенных к твердому телу, при его различных движениях.

Неделя 6. Решение задач

Неделя 7.

Кинетическая энергия точки и системы точек. Вычисление кинетической энергии при сложном движении (теорема Кенига). Кинетическая энергия твердого тела в различных случаях его движений. Теорема об изменении кинетической энергии для точки и системы материальных точек.

Неделя 7. Решение задач

Неделя 8.

Потенциальное силовое поле. Элементарная и полная работа силы в потенциальном силовом поле. Силовая функция и потенциальная энергия поля. Условия существования силовой функции. Поверхности уровня и их свойства. Примеры вычисления силовых функций: однородного поля силы тяжести, линейной силы упругости, поля притяжения по закону Ньютона. Закон сохранения полной механической энергии системы.

Тестирование по результатам недель 3-8

Неделя 9.

Принцип Даламбера для материальной точки, сила инерции. Принцип Даламбера для механической системы. Главный вектор и главный момент сил инерции. Приведение сил инерции твердого тела к центру в общем и частных случаях движения твердого тела. Определение с помощью принципа Даламбера динамических реакций при несвободном движении точки и механической системы - метод кинетостатики.

Неделя 9. Решение задач

Неделя 10.

Связи и их классификация. Возможные перемещения точки и механической системы. Обобщенные координаты. Вариации обобщенных координат. Число степеней свободы голономной системы. Элементарная работа силы на возможном перемещении. Идеальные связи. Принцип возможных перемещений (принцип Лагранжа).

Неделя 10. Решение задач

Неделя 11.

Общее уравнение динамики (принцип Даламбера-Лагранжа). Пример. Обобщенные силы. Различные способы вычисления обобщенных сил. Обобщенные силы в случае потенциального силового поля. Условия равновесия в обобщенных силах. Равновесие системы в потенциальном поле. Общее уравнение динамики в обобщенных силах.

Неделя 11. Решение задач

Неделя 12.

Уравнения Лагранжа 2 рода. Вывод и методика применения.

Неделя 12. Решение задач

Неделя 13.

Геометрия масс. Момент инерции тела относительно оси, проходящей через заданную точку в заданном направлении. Формула для вычисления момента инерции относительно оси любого направления. Центробежные моменты инерции. Тензор инерции. Эллипсоид инерции. Главные центральные оси инерции и их свойства.

Неделя 13. Решение задач

Тестирование по результатам недель 9-13

Неделя 14.

Движение твердого тела вокруг неподвижной точки. Кинетический момент твердого тела относительно неподвижной точки, его проекции на оси координат. Кинетическая энергия твердого тела с одной неподвижной точкой. Вывод динамических уравнений Эйлера. Обзор случаев интегрируемости уравнений движения с одной закрепленной точкой (случаи Эйлера, Лагранжа, Ковалевской).

Неделя 15.

Элементы приближенной теории гироскопа. Основные понятия и допущения. Теорема Резаля. Особенности движения оси гироскопа. Закон прецессии. Гироскопический момент. Определение гироскопических реакций, правило Жуковского. Примеры применения  гироскопов в технике.

Неделя 15. Решение задач

Неделя 16. Итоговое тестирование

• способность использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой 
• способность использовать фундаментальные знания в области математического анализа, комплексного и функционального анализа алгебры, аналитической геометрии, дифференциальной геометрии и топологии, дифференциальных уравнений, дискретной математики и математической логики, теории вероятностей, математической статистики и случайных процессов, численных методов, теоретической механики в профессиональной деятельности 
• способность анализировать социально-экономические задачи и процессы с применением методов системного анализа и математического моделирования 
• способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности 
• владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий 
• способность (умение) использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования 
• способность применять соответствующий математический аппарат для решения профессиональных задач 
• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики 
•  способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат 
• способность применять соответствующий физико-математический аппарата, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач 
• способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики 
• владение физико-математическим аппаратом, необходимым для описания мехатронных и робототехнических систем
• способность использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности 
• способность применять методы математического анализа, моделирования, оптимизации и статистики для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности 
• способность выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их анализа соответствующий физико-математический аппарат 
• готовность применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности 
• способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных наук и экономических наук при решении профессиональных задач 
• готовность применять фундаментальные математические, естественнонаучные и общеинженерные знания в профессиональной деятельности
• способность сочетать теорию и практику для решения инженерных задач 
• способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач 
• способность использовать в профессиональной деятельности знания и методы, полученные при изучении математических и естественнонаучных дисциплин 
• готовность использовать фундаментальные научные знания в качестве основы инженерной деятельности