Podstawy mechaniki 0800-POMECH

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.

Całkowity nakład pracy studenta

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)

Efekty uczenia się - wiedza

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)

Efekty uczenia się - umiejętności

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)

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

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)

Metody dydaktyczne

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.

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące

- ćwiczeniowa

Rodzaj przedmiotu

kanon (atrybut wycofany)

Wymagania wstępne

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.

Koordynatorzy przedmiotu

Łukasz Kłosowski
Grzegorz Szala

Kryteria oceniania

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

Praktyki zawodowe

Nie ma praktyk zawodowych do tego przedmiotu.

Literatura

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.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-POMECH w USOSweb