МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Механика
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость6 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-3-2020
Часов по учебному плану 216
в том числе:
аудиторные занятия 142
самостоятельная работа 47
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 1

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (1) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 50 50 50 50
Лабораторные 54 54 54 54
Практические 38 38 38 38
Сам. работа 47 47 47 47
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 216 216 216 216

Программу составил(и):
д.ф.-м.н., профессор кафедры радиофизики и теоретической физики, Лагутин Анатолий Алексеевич

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Рудер Давыд Давыдович

Рабочая программа дисциплины
Механика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. №937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Формирование у студента целостной системы знаний по основам классической механики, выработке навыков построения физических моделей и решения физических задач.
Формулировка основных принципов и законов механики, представление законов в математической форме.
Знакомство с основными физическими явлениями, методами их наблюдения и экспериментального исследования.
Развитие умения формулировать и решать механические задачи, оценивать порядок физической величины.
Формулировка представлений о границах применимости физических моделей.
Формирование у студента способности к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии.
Развитие у студента любознательности и интереса к изучению физики.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
ОПК-3: способностью использовать базовые теоретические знания фундаментальных разделов общей и теоретической физики для решения профессиональных задач
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные законы механики, их математическое выражение и границы применимости;
физические модели, отражающие свойства реального мира.
3.2.Уметь:
3.2.1.правильно соотносить содержание конкретных задач с законами механики;
практически применять теоретические знания при решении физических задач;
использовать при работе справочную и учебную литературу;
приобретать новые знания, используя современные образовательные информационные технологии.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.применением математического аппарата для решения задач механики.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Кинематика
1.1. Предмет современной физики. Методы физического исследования. Идеализация реальных объектов и взаимосвязей между ними. Принципиальная роль физического эксперимента. Пространство и время. Кинематика материальной точки. Характерные пространственно-временные масштабы. Границы применимости классической механики. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. Лекции 1 4 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
1.2. Кинематика материальной точки. Характерные пространственно-временные масштабы. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. Практические 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.2
1.3. Предмет современной физики. Методы физического исследования. Идеализация реальных объектов и взаимосвязей между ними. Принципиальная роль физического эксперимента. Кинематика материальной точки. Характерные пространственно-временные масштабы. Границы применимости классической механики. Способы описания движения материальной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
1.4. Погрешности измерений. Балистический маятник. Стрельба под углом к горизонту. Лабораторные 1 18 ПК-2 Л2.1, Л1.2
Раздел 2. Динамика материальной точки
2.1. Взаимодействие и инерциальные системы отсчета. Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Роль начальных условий. Основные типы динамических задач. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Примеры "упругой" силы, гармонический осциллятор. Динамика вращательного движения материальной точки. Лекции 1 8 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
2.2. Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Роль начальных условий. Основные типы динамических задач. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Динамика вращательного движения материальной точки. Практические 1 8 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
2.3. Взаимодействие и инерциальные системы отсчета. Первый, второй и третий законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Второй закон Ньютона как дифференциальное уравнение движения. Роль начальных условий. Основные типы динамических задач. Движение материальной точки под действием постоянной силы. Движение под действием силы, пропорциональной скорости. Примеры "упругой" силы, гармонический осциллятор. Динамика вращательного движения материальной точки. Сам. работа 1 4 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
2.4. Машина Атвуда. Лабораторные 1 6 ПК-2 Л2.1, Л1.2
Раздел 3. Работа. Энергия
3.1. Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Потенциальные силы. Потенциальная энергия материальной точки. Теорема о кинетической энергии. Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Потенциальная энергия и устойчивость состояния равновесия материальной точки. Одномерное движение материальной точки в потенциальном поле, финитные и инфинитные движения. Движение в центрально-симметричном поле. Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. Лекции 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
3.2. Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Одномерное движение материальной точки в потенциальном поле, финитные и инфинитные движения. Движение в центрально-симметричном поле. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. Практические 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2
3.3. Законы сохранения. Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца. Потенциальные силы. Потенциальная энергия материальной точки. Теорема о кинетической энергии. Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии. Закон сохранения механической энергии материальной точки в поле консервативных сил. Потенциальная энергия и устойчивость состояния равновесия материальной точки. Одномерное движение материальной точки в потенциальном поле, финитные и инфинитные движения. Движение в центрально-симметричном поле. Кеплерова задача. Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
3.4. Пружинный маятник. Связанные маятники. Лабораторные 1 6 ПК-2 Л1.2
Раздел 4. Неинерциальные системы отсчета
4.1. Неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Теорема Кориолиса. Центробежная и кориолисова силы. Земля как неинерциальная система отсчета. Маятник Фуко. Лекции 1 4 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
4.2. Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Центробежная сила и сила Кориолиса. Практические 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1
4.3. Неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, ускоренно движущаяся относительно инерциальной. Силы инерции. Вращающаяся система отсчета. Теорема Кориолиса. Центробежная сила и сила Кориолиса. Земля как неинерциальная система отсчета. Маятник Фуко. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 5. Динамика системы частиц
5.1. Центр масс. Импульс системы материальных точек. Теорема об изменении импульса системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Динамика материальной точки с переменной массой, уравнение Мещерского. Реактивная сила. Момент импульса систем материальных точек Уравнение моментов для системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек и условия ее сохранения. Явление удара (столкновение частиц). Лекции 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
5.2. Центр масс. Импульс системы материальных точек. Теорема об изменении импульса системы материальных точек. Теорема о движении центра масс. Динамика материальной точки с переменной массой, уравнение Мещерского. Реактивная сила. Задача Циолковского, ракеты. Момент импульса систем материальных точек Уравнение моментов для системы материальных точек. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов относительно оси. Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек и условия ее сохранения. Понятие о внутренней энергии. Связь законов сохранения импульса, момента импульса и энергии системы материальных точек со свойствами симметрии пространства и времени. Примеры применения законов сохранения для системы материальных точек. Явление удара (столкновение частиц). Абсолютно неупругий и абсолютно упругий удары двух частиц. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
Раздел 6. Элементарная динамика твердых тел
6.1. Динамика абсолютно твердого тела. Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Связь между моментом импульса и угловой скоростью твердого тела в общем случае, тензор инерции. Свободные оси. Кинетическая энергия и работа при вращении вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Качение тел, трение качения. Кинетическая энергия при плоском движении. Приближенная теория гироскопа. Прецессионное движение гироскопа. Гироскопические силы. Лекции 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
6.2. Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Свободные оси. Кинетическая энергия и работа при вращении вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Качение тел, трение качения. Кинетическая энергия при плоском движении. Практические 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.2
6.3. Кинематические и динамические характеристики твердого тела. Уравнения движения центра масс и уравнения моментов для твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Теорема Гюйгенса-Штейнера. Связь между моментом импульса и угловой скоростью твердого тела в общем случае, тензор инерции. Свободные оси. Кинетическая энергия и работа при вращении вокруг неподвижной оси. Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения. Качение тел, трение качения. Кинетическая энергия при плоском движении. Приближенная теория гироскопа. Прецессионное движение гироскопа. Гироскопические силы. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
6.4. Крутильный маятник. Оборотный маятник. Маятник Обербека. Лабораторные 1 18 ПК-2 Л2.1, Л1.2
Раздел 7. Тяготение
7.1. Силы тяготения. Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет. Эквивалентность гравитационной и инертной масс. Гравитационное поле, гравитационный потенциал. Движение материальной точки в поле тяготения. Первая, вторая и третья космические скорости. Вес и невесомость тел. Лекции 1 4 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
7.2. Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет. Движение материальной точки в поле тяготения. Первая, вторая и третья космические скорости. Сам. работа 1 4 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 8. Основы специальной теории относительности
8.1. Опыты Физо и Майкельсона. Преобразования Лоренца и некоторые следствия из них (относительность понятия времени, лоренцево сокращение длины, замедление хода движущихся часов). Понятие интервала. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. Давление света. Лекции 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
8.2. Преобразования Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. Практические 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.2
8.3. Опыты Физо и Майкельсона. Преобразования Лоренца и некоторые следствия из них (относительность понятия времени, лоренцево сокращение длины, замедление хода движущихся часов). Понятие интервала. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская масса. Связь релятивистской массы с энергией, а также энергии с импульсом. Фотон как частица с нулевой массой покоя. Давление света. Сам. работа 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 9. Элементы механики сплошных сред
9.1. Деформации и напряжения в твердых телах. Закон Гука. Упругие константы вещества. Сложные деформации (изгиб, кручение). Отклонения от закона Гука при больших деформациях (нелинейность, пластичность). Механика жидкости и газов. Жидкость и газ в состоянии равновесия. Закон Паскаля. Закон Архимеда. Стационарное течение несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли. Течение вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение. Колебательное движение. Волны в сплошной среде и элементы акустики. Лекции 1 6 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2
9.2. Деформации растяжения и сдвига. Закон Гука. Упругие константы вещества. Сложные деформации (изгиб, кручение). Отклонения от закона Гука при больших деформациях (нелинейность, пластичность). Жидкость и газ в состоянии равновесия. Закон Паскаля. Закон Архимеда. Стационарное течение несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли. Течение вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Ламинарное и турбулентное течение. Волны в сплошной среде и элементы акустики. Сам. работа 1 3 ОПК-3, ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2
9.3. Наклонный маятник Лабораторные 1 6 ПК-2 Л1.2
9.4. Срез знаний по всем разделам курса Экзамен 1 27 ОПК-3, ПК-1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Контрольные вопросы и задания представлены в УМКД.
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Кинематика материальной точки: система отсчета, радиус-вектор, скорость, ускорение.
Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета.
Принцип относительности Галилея, преобразования Галилея.
Движение материальной точки под действием постоянной силы; движение под действием силы, пропорциональной скорости.
Механическая работа и мощность. Работа силы трения, однородной силы тяжести, силы всемирного тяготения и кулоновской силы. Работа силы Лоренца.
Потенциальная энергия материальной точки.
Кинетическая энергии, теорема об изменении кинетической энергии.
Механическая энергия, теорема об изменении механической энергии.
Движение в центрально-симметричном поле.
Уравнение моментов для материальной точки. Закон сохранения момента импульса в центральном силовом поле.
Неинерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона, силы инерции.
Центр масс. Теорема о движении центра масс.
Кинетическая и потенциальная энергии для системы материальных точек. Механическая энергия системы материальных точек.
Связь законов сохранения импульса, момента импульса и энергии системы материальных точек со свойствами симметрии пространства и времени.
Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции.
Плоское движение твердого тела, понятие мгновенной оси вращения.
Кинетическая энергия при плоском движении.
Силы тяготения. Вывод закона тяготения из законов Кеплера для планет.
Первая, вторая и третья космические скорости. Вес и невесомость тел.
Принцип относительности. Преобразования Лоренца.
Сокращение длины движущегося стержня, замедление хода движущихся часов.
Релятивистский закон сложения скоростей.
Релятивистские масса и импульс. Релятивистское уравнение движения.
5.3. Фонд оценочных средств
Фонд оценочных средств представлен в приложении.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев Курс общей физики. Механика [Электронный ресурс]: учебное пособие М. : Физматлит, 2011 https://e.lanbook.com/book/2384
Л1.2 Д. В. Сивухин Общий курс физики. Том 1 Механика: учеб. пособие М : Физматлит (ЭБС "Лань"), 2010 https://e.lanbook.com/book/2313
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 С. Э. Хайкин Физические основы механики: учеб. пособие М. : Наука, 1971 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=450023
Л2.2 Е.И. Бутиков, А.С. Кондратьев Физика: Механика: учеб. пособие М. : Физматлит, 2008 https://e.lanbook.com/book/2128
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 ЭБС «Лань» (http://e.lanbook.com/)
Э2 Интернет-портал «Университетская библиотека онлайн» (http://www.biblioclub.ru/)
Э3 ЭБС «Юрайт» (http://www.biblio-online.ru/)
Э4 Механика, электронный курс https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6941
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем
Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/)



7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
310К лаборатория механики - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1шт.; стенд лабораторный "Машина Атвуда"; стенд лабораторный "Связанные маятники"; стенд лабораторный "Баллистический пистолет"; стенд лабораторный "Баллистический маятник"; стенд лабораторный "Крутильный маятник"; стенд лабораторный "Гироскоп"; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу "Механика".

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см.ФОС в приложении