Podstawy mechaniki

W celu przyswojenia treści wykładu oraz ich praktycznego stosowania na ćwiczeniach wymagane są umiejętności w posługiwaniu się algebrą wektorów (dodawanie, odejmowanie, mnożenie przez liczbę, rozkładanie na składowe, iloczyny skalarny i wektorowy, mnożenie wektora przez macierz), podstawowa wiedza z rachunku różniczkowego i całkowego, podstawowa wiedza z zakresu geometrii i trygonometrii oraz podstawowe wiadomości z mechaniki w zakresie znajomości zasad dynamiki.

Uwaga: Naturalne uzupełnienie wiedzy z mechaniki, a także punkt wyjściowy dla niniejszego kursu stanowi materiał zawarty w prowadzonym dla tej samej grupy studentów kursie podstaw fizyki obejmujący standardowy materiał z mechaniki.

kanon (atrybut wycofany)

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 70 godz.

--udział w wykładach 30 godz.

--udział w ćwiczeniach 40 godz.

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 80 godz.):

- przygotowanie do wykładu- 10 godz

- przygotowanie do ćwiczeń – 20 godz.

- czytanie literatury- 10 godz.

- przygotowanie do egzaminu- 20 godz.

- przygotowanie do kolokwium – 20 godz.

Łącznie: 150 godz. (5 ECTS)

W01: posiada znajomość podstawowych wielkości fizycznych oraz pojęć i praw niezbędnych do opisu sytuacji typowych dla dynamiki układów mechanicznych, w szczególności w zakresie kinematyki, statyki i dynamiki układu punktów materialnych i bryły sztywnej, a także podstawowych wiadomości z wytrzymałości materiałów (AiR: K_W02, K_W04).

W02: dysponuje wiedzą i aparatem pojęciowym z zakresu dynamiki pozwalającym na samodzielne uzupełnianie wiedzy (AiR: K_W02, K_W04).

W03: zna jednostki układu SI (AiR: K_W03)

U01: posiada umiejętność analizy, opisu i przystępnego przedstawiania zjawisk fizycznych z zakresu mechaniki punktu materialnego, układu punktów materialnych i bryły sztywnej oraz rozwiązywania standardowych problemów z tej dziedziny, w szczególności potrafi zidentyfikować siły i momenty sił występujące w rozważanej sytuacji fizycznej, sformułować i zastosować wynikające z zasad dynamiki równania ruchu dla przypadków ruchu wokół osi stałej i swobodnej, analizować układ w równowadze i obliczać obciążenia na podporach, analizować siły i momenty wewnętrzne w belce, analizować zagadnienia dotyczące kinematyki układów (AiR: K_U01).

U02: ma świadomość idealizacji modeli wykorzystywanych do analizy zachowania układu mechanicznego (AiR: K_U01)

U03: potrafi pozyskiwać informacje z literatury i internetu (AiR: K_U01)

K01: zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia (AiR: K_K01)

K02: ma świadomość społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy (AiR: K_K03)

Metoda dydaktyczna podająca:

wykład informacyjny – konwencjonalny

Metoda dydaktyczna poszukująca: ćwiczenia rachunkowe

Kurs prowadzony jest metodą wykład i ćwiczenia. Niektóre zagadnienia ilustrowane są pokazem fizycznym podczas wykładu. Studentom zalecane są podstawowe podręczniki, dostępne na rynku i w bibliotece IF. Niezbędnym elementem jest rozwiązywanie zadań rachunkowych.

- pokaz

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- ćwiczeniowa

Celem zajęć z podstaw mechaniki jest:

* przekazanie podstawowej wiedzy z zakresu podstaw fizycznych służących do analizy i opisu kinematyki i dynamiki układów mechanicznych, w szczególności ruchu postępowego punktu materialnego, ruchu postępowego i obrotowego bryły sztywnej, statyki wybranych układów mechanicznych oraz wybranych zagadnień dotyczących ruchu drgającego, a także wytrzymałości materiałów,

* wykształcenie umiejętności stosowania podstawowych sposobów analizy układów mechanicznych. W celu przyswojenia treści wykładu oraz ich praktycznego stosowania na ćwiczeniach wymagane są umiejętności

w posługiwaniu się algebrą wektorów, podstawowa wiedza z rachunku różniczkowego i całkowego oraz podstawowe wiadomości z mechaniki w zakresie znajomości zasad dynamiki.

Uwaga: Naturalne uzupełnienie wiedzy z mechaniki, a także punkt wyjściowy dla niniejszego kursu stanowi materiał zawarty w prowadzonym dla tych samych grup studenckich kursie podstaw fizyki.

Zajęcia z Podstaw Mechaniki mają na celu przekazanie studentom Automatyki i Robotyki podstawowych, wybranych zagadnień z mechaniki punktów materialnych i bryły sztywnej. Mają one umożliwić opanowanie niezbędnego minimum wiedzy na temat statyki i dynamiki układów fizycznych, w szczególności ruchu obrotowego bryły oraz przykładów jej wykorzystania do analizy (obliczania) prostych zastosowań, a także wybranych zagadnień

dotyczących ruchu drgającego.

W zakresie wytrzymałości materiałów przekazanie wiedzy dotyczącej warunków wytrzymałościowych dla obciążeń prostych i złożonych elementów konstrukcyjnych.

Zajęcia te mają dostarczyć podstawowej pojęciowej i teoretycznej do

dalszego studiowania układów spotykanych w automatyce i robotyce.

Zakres tematyczny wykładu obejmuje następujące zagadnienia:

1. Wprowadzenie modeli punktu materialnego i bryły sztywnej, wraz z zakresem stosowalności ich założeń

2. Wprowadzenie pojęcia układu odniesienia i transformacji między układami odniesienia używanych w opisie ruchu punktu materialnego, w szczególności występowanie przyspieszeń odśrodkowych i Coriolisa w układach obracających się.

3. Tor ruchu punktu materialnego i jego krzywizna

4. Przypomnienie pierwszego i drugiego prawa dynamiki Newtona, wprowadzenie pojęć układu inercjalnego i sił bezwładności.

5. Mechanika układu dwóch punktów materialnych, w szczególności trzecie prawo dynamiki Newtona oraz prawa zachowania pędu i momentu pędu. Wprowadzenie pojęć środka masy i masy zredukowanej.

6. Mechanika układu wielu punktów materialnych, wprowadzenie pojęć stopień swobody i więzy.

7. Wprowadzenie pojęć pracy i energii mechanicznej, prawo zachowania energii.

8. Kinematyka bryły sztywnej i rodzaje jej ruchu, ze szczególnym uwzględnieniem ruchu precesyjnego. Twierdzenia Eulera i Chaslesa-Mozziego. Pojęcia centroidy ruchomej i nieruchomej

9. Dynamika bryły sztywnej, moment bezwładności, tensor bezwładności, dynamika precesji swobodnej, wymuszonej regularnej i nieregularnej, twierdzenie o rakiecie

10. Elementy statyki punktu materialnego i bryły sztywnej. Redukcja układu sił. Zasada prac wirtualnych i rodzaje równowagi układu

11. Metody znajdowania obciążeń elementów konstrukcyjnych takich jak kratownice i belki. Proste przypadki obciążeń rozciągających, ściskających, zginających, ścinających i skręcających

12. Elementy trybologii: tarcie ślizgowe, toczne, opór ośrodka

13. Opis ruchu drgającego: oscylator harmoniczny nietłumiony i tłumiony, rezonans mechaniczny, drgania sprzężone

14. Wytrzymałość złożona.

15. Linie ugięcia belek.

16. Podstawowe definicje, prawa i określenia opisujące obszar wytrzymałości materiałów,

17. Definicje i określenia dotyczące obciążeń,

18. Własności statyczne i cykliczne (zmęczeniowe) materiałów konstrukcyjnych,

19. Naprężenia występujące w elementach konstrukcyjnych, proste i złożone przypadki stanu obciążenia,

20. Naprężenia dopuszczalne, współczynniki bezpieczeństwa i warunki wytrzymałościowe.

Tematyka ćwiczeń obejmuje następujące zagadnienia:

1. statyka punktu, statyka bryły

2. siły i momenty rozłożone (obliczanie środków ciężkości,

efektywnego punktu przyłożenia, reakcje w łożyskach dla

niewyważonych wałów)

3. obliczanie kratownic, obliczanie rozkładu sił i momentów

w belkach

4. ruch we współrzędnych biegunowych, składowa styczna

i normalna, promień krzywizny, całkowanie równań ruchu

5. ruch bryły sztywnej, twierdzenie Eulera, chwilowy środek obrotu

6. ruch złożony,

Uwaga: Możliwe są pewne modyfikacje w wyborze tematów

dyskutowanych na ćwiczeniach.

Istnieje obszerna i wielokrotnie wznawiana literatura poświęcona

mechanice.

Podstawowymi pozycjami literaturowymi dla przedmiotu są:

1. John R. Taylor - Mechanika klasyczna, tom 1

2. G. Szala - Podstawy konstrukcji urządzeń medycznych,

Wyd. UTP w Bydgoszczy 2014

Dodatkowo, pozycje uzupełniające:

1. John R. Taylor - Mechanika klasyczna, tom 2

2. R. Bąk, A. Stawinoga – Mechanika dla niemechaników ,

PWN 2009

3. J. Leyko – Mechanika ogólna, PWN 1999

4. J. Misiak – Mechanika techniczna, WNT 1999

5. J. Misiak – Mechanika ogólna, WNT 1987.

6. Z. Osiński - Mechanika ogólna, PWN 2000

7. T. Niezgodziński – Mechanika ogólna, PWN 2007

8. B. Skalmierski - Mechanika, PWN 1977

9. W. Tybor, K. Kowalski - Mechanika, Wyd. Uniwersytetu

Łódzkiego 2016

10. A. Bedford, W. Fowler – Engineering mechanics, Addison-Wesley

1995

11. A. Januszajtis - Fizyka dla politechnik, PWN 1977

12. Różne podręczniki "podstaw fizyki", które standardowo

zawierają wykład mechaniki o różnym stopniu zaawansowania.

W szczególności warto zapoznać się z rozdziałami III.6 oraz VIII

podręcznika A.K. Wróblewski i J.A. Zakrzewski "Wstęp do fizyki"

t. 1, PWN 1976

13. M.E. Niezgodziński, T. Niezgodziński - Wytrzymałość

materiałów, PWN 1998

14. R. Żuchowski - Wytrzymałość materiałów, Wyd. Politechniki

Wrocławskiej 1996

Są to podręczniki, które prezentują zakres znacznie bardziej obszerny niż zawarty w niniejszym kursie, który bazuje na wykorzystaniu w rożnym stopniu wybranego materiału z wymienionych pozycji. Zadania rozwiązywane w trakcie ćwiczeń dotyczą wybranych zagadnień wykorzystujących, ilustrujących

i poszerzających materiał teoretyczny dotyczący statyki i ruchu brył.

Przedmiot obejmuje 30 godzin wykładu i 40 godzin ćwiczeń rachunkowych.

Zaliczenie ćwiczeń odbywa się na podstawie aktywności na zajęciach oraz zaliczenia na ocenę pozytywną kartkówek i kolokwiów. Ocena z ćwiczeń wystawiana jest na podstawie sumarycznej liczby punktów z kartkówek i z kolokwiów, przy czym punkty z kolokwiów stanowią co najmniej 80% możliwych do zdobycia punktów.

Kryteria oceniania:

51-60% - ocena: 3

61-70% - ocena: 3+

71-80% - ocena: 4

81-90% - ocena: 4+

91-100% - ocena 5

Zaliczenie wykładu odbywa się na podstawie egzaminu. Do egzaminu można przystąpić po uzyskaniu pozytywnej oceny z ćwiczeń.

Egzamin składa się z dwóch części:

część 1 obejmuje zagadnienia z zakresu kinematyki, statyki i dynamiki punktu materialnego, układu punktów materialnych i bryły sztywnej, w tym zagadnienia ruchu drgającego

część 2 obejmuje zagadnienia z zakresu teorii sprężystości i wytrzymałości materiałów

Do zaliczenia egzaminu konieczne jest uzyskanie co najmniej 51% możliwych do zdobycia punktów z każdej z dwóch części.

Końcowa punktacja jest sumą ważoną punktacji z obu części, gdzie część pierwsza wliczana jest wagą 2/3, a część druga z wagą 1/3.

Część pierwsza składa się egzaminu testowego (25% punktów z części pierwszej) oraz z egzaminu pisemnego obejmującego trzy pytania (75% punktów z części pierwszej). Zaliczenie części pierwszej wymaga uzyskania co najmniej 51% możliwych do zdobycia punktów w sumie oraz 51% możliwych do zdobycia punktów w teście. Test ma charakter testu wyboru, w którym dla każdego pytania do wyboru są cztery odpowiedzi, w tym jedna poprawna. Zdający uzyskuje punkt dodatni za udzielenie prawidłowej odpowiedzi i 1/4 punktu ujemnego za udzielenie nieprawidłowej odpowiedzi lub brak odpowiedzi.

Kryteria oceniania:

51-60% - ocena: 3

61-70% - ocena: 3+

71-80% - ocena: 4

81-90% - ocena: 4+

91-100% - ocena 5

Nie ma praktyk zawodowych do tego przedmiotu.