Теоретическая механика

Учебный курс · Технологии и ИТ

О курсе

Учебная дисциплина «Теоретическая механика» представлена как отдельный курс в направлении «Технологии и ИТ». Прежде чем записаться, ознакомьтесь с содержанием и уточните условия обучения.

Тематический план

1. Механика — наука о движении. Этапы становления механики как фундаментальной науки — основы современной техники

2. Роль механики в решении проблем современного общества

3. КИНЕМАТИКА
  • Траектория, закон движения, скорость и ускорение точки. Разложение скорости и ускорения по осям естественного трехгранника
  • Криволинейные координаты. Скорость и ускорение точки в криволинейных координатах
  • Сложное движение материальной точки. Лемма о производной ортогонального оператора. Теорема сложения скоростей
  • Распределение скоростей при произвольном движении твердого тела. Угловая скорость твердого тела. Простейшие движения твердого тела: поступательное движение, вращение вокруг неподвижной оси
  • Классификация мгновенных движений твердого тела. Уравнение винтовой оси
  • Непрерывное движение твердого тела. Аксоиды
  • Частные случаи движения тела: плоскопараллельное движение и вращение вокруг неподвижной точки
  • Сложное движение твердого тела. Пара вращений
  • Теорема сложения вращений. Углы Эйлера. Кинематические формулы Эйлера
  • Ускорения точек твердого тела. Теорема сложения ускорений для материальной точки
4. ДИНАМИКА ТОЧКИ
  • Основные определения и законы динамики
  • Уравнения движения материальной точки в декартовой и криволинейной системах координат, в проекциях на оси естественного трехгранника
  • Теоремы о количестве движения и о моменте количества движения. Первые интегралы
  • Работа силы. Потенциальные силовые поля. Теорема об изменении кинетической энергии. Закон сохранения энергии
  • Движение точки по прямой в сопротивляющейся среде. Метод фазовой плоскости
  • Движение материальной точки в центральном поле сил. Формулы Вине
  • Движение планет. Вывод закона всемирного тяготения из законов Кеплера
  • Движение планеты в центральном ньютоновском поле сил. Уравнение Кеплера. Связь между истинной и эксцентрической аномалиями
  • Движение несвободной материальной точки. Голономные связи. Конфигурационное пространство. Принцип освобождаемости от связей
  • Уравнения движения точки по поверхности и по кривой. Аксиома идеальных связей. Уравнения Лагранжа первого рода с неопределенными множителями
  • Уравнения движения точки по поверхности и по кривой в независимых координатах. Определение реакций связей
  • Теорема об изменении кинетической энергии при движении несвободной материальной точки. Закон сохранения энергии. Движение по инерции
  • Математический маятник
  • Уравнения движения точки в неинерциальной системе координат. Теорема об изменении кинетической энергии. Закон сохранения энергии
  • Движение точки относительно Земли: относительное равновесие, падение точки в пустоте
  • Маятник Фуко
5. ДИНАМИКА СИСТЕМЫ N ТОЧЕК
  • Система свободных материальных точек и уравнения ее движения. Теоремы об изменении количества движения и о движении центра масс
  • Момент количеств движения относительно неподвижной точки и центра масс. Теоремы об их изменениях
  • Кинетическая энергия системы в абсолютном движении и в движении относительно центра масс. Теоремы об их изменении
  • Задача двух тел. Уточнение третьего закона Кеплера
  • Задача N тел, взаимодействующих по закону всемирного тяготения. Лемма Лагранжа-Якоби. Необходимое условие ограниченности взаимных расстояний
  • Движение системы несвободных N точек. Голономные связи. Конфигурационное многообразие системы. Возможные перемещения
  • Идеальные связи. Уравнения Лагранжа первого рода. Вариационный принцип Д Аламбера-Лагранжа
  • Вывод общих теорем динамики из принципа Д Аламбера-Лагранжа
  • Уравнения Лагранжа второго рода
  • Первые интегралы уравнений Лагранжа второго рода. Теорема Нетер
  • Определение реакций связей с помощью уравнений Лагранжа второго рода
  • Равновесие системы материальных точек. Принцип возможных перемещений. Теорема Лагранжа об устойчивости положения равновесия
6. ДИНАМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
  • Движение свободного твердого тела. Поле реакций связей. Принцип Д Аламбера-Лагранжа. Уравнения движения
  • Тензор инерции, моменты инерции, эллипсоид инерции твердого тела
  • Движение твердого тела с одной неподвижной точкой. Динамические уравнения Эйлера. Случай однородного силового поля
  • Случай Эйлера: вращение твердого тела вокруг центра масс
  • Геометрическая интерпретация Пуансо движения твердого тела с одной неподвижной точкой по инерции. Устойчивость стационарных вращений. Регулярная прецессия
  • Случай Лагранжа движения симметричного твердого тела
  • Вырожденные случаи движения тяжелого симметричного тела: регулярная прецессия. Вращение вокруг вертикали, асимптотические движения
  • Приближенное исследование движения тела в случае Лагранжа, псевдорегулярная прецессия
  • Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Определение реакций
  • Физический маятник. Теорема Гюйгенса
7. ВАРИАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ И АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
  • Канонические уравнения Гамильтона. Первые интегралы
  • Вариационный принцип Гамильтона-Остроградского в конфигурационном и фазовом пространствах
  • Принцип наименьшего действия Лагранжа
  • Принцип наименьшего действия в форме Якоби. Уравнения Якоби
  • Оптико-механическая аналогия
  • Интегральный инвариант Пуанкаре-Картана. Условие гамильтоновости фазового потока
  • Понижение порядка канонических уравнений с помощью интеграла энергии. Уравнения Уиттекера
  • Теорема Лиувилля о сохранении фазового объема
  • Теорема Пуанкаре о возвращении
  • Канонические преобразования. Производящая функция канонического преобразования
  • Критерий каноничности преобразования. Бесконечно малые канонические преобразования
  • Функция действия и ее свойства
  • Уравнение Гамильтона-Якоби. Теорема Якоби
  • Отыскание полного интеграла уравнения Гамильтона-Якоби методом разделения переменных
  • Скобки Пуассона и их свойства. Теорема Пуассона
  • Теорема Лиувилля о вполне интегрируемых гамильтоновых системах
  • Переменные действие-угол
  • Метод вариации произвольных постоянных в теории возмущений
  • Уравнения возмущенного движения в переменных действие-угол и метод усреднения. Эволюция переменной действие в задаче Ван дер Поля
  • Принцип наименьшего принуждения Гаусса. Уравнения движения голономных систем в форме Аппеля
  • Неголономные связи. Уравнения Рауса с неопределенными множителями
  • Уравнения Аппеля для неголономных систем. Задача о движении конька
8. МАЛЫЕ КОЛЕБАНИЯ
  • Малые колебания системы около положения равновесия. Нормальные координаты. Свойства собственных частот
  • Поведение собственных частот при изменении жесткостных или инерционных характеристик
  • Поведение собственных частот при наложении связи
  • Вынужденные колебания системы около положения равновесия
  • Влияние диссипативных сил на малые колебания и устойчивость положения равновесия
9. ТЕОРИЯ УДАРА
  • Ударный импульс. Основные уравнения и теоремы теории удара
  • Удар в системе с идеальными голономными связями
  • Удар твердого тела о поверхность
  • Удар двух тел. Теорема Карно
  • Удар при наложении идеальных голономных связей
  • Удар по телу, вращающемуся вокруг оси. Центр удара
10. ДИНАМИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА
  • Модель упругого тела. Деформированное состояние упругого тела
  • Малые деформации. Функционал потенциальной энергии малых деформаций
  • Уравнения движения упругого тела. Тензор напряжений
  • Продольные колебания упругого стержня
  • Колебания струны и балки
  • Собственные колебания упругих тел
  • Волны в упругой среде
11. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
  • Вариационный принцип Д Ал амбера-Лагранжа в задаче о движении идеальной несжимаемой жидкости. Поле реакций связей. Уравнение Эйлера
  • Уравнения движения идеальной баротропной сжимаемой жидкости или газа
  • Интегралы Бернулли, Коши и Бернулли-Эйлера
  • Вихревые движения идеальной баротропной жидкости. Теорема Томсона и ее следствия
  • Вихревые линии и трубки. Теоремы Гельмгольца
  • Диссипация энергии при движении жидкости. Уравнение Навье-Стокса

До начала обучения

  • Согласуйте объём программы, форму и сроки обучения.
  • Уточните требования к поступающим, итоговой работе и документу об обучении.
  • Получите договор с полной стоимостью курса и порядком предоставления доступа.

Порядок обучения · Правила возврата · Условия договора