Kursy z przedmiotu Mechanika (14)

Mechanika to dział fizyki, który możemy podzielić na trzy podstawowe poddziały:

• Kinematyka - zajmuje się ciałami, które się poruszają.
• Dynamika -  oddziaływaniami na ciała, które się poruszają (gry ruch wywołany jest np. siłą).
• Statyka - zajmuje się ciałami, które pozostają w równowadze układu sił (nie poruszają się).

Mechanika, jest przedmiotem, z którym zetkną się wszyscy studenci wyższych uczelni technicznych w Polsce i na Świecie. Studenci pierwszego lub drugiego semestru studiów inżynierskich mają do zaliczenia egzamin z Mechaniki Technicznej, lub Mechaniki Ogólnej.

Kierunki studiów, na których zakres nauczania mechaniki jest najszerszy to:

• Budownictwo Lądowe i Wodne  - szczególny nacisk kładziony jest na statykę i mechanikę budowli oraz mechanikę konstrukcji.
• Mechanika i Budowa Maszyn - ten kierunek wymaga szerszej wiedzy z zakresu statyki, kinematyki i dynamiki.
• Architektura - z racji bliskiego pokrewieństwa z Budownictwem Lądowym, zakres nauczania obejmuje głównie statykę i mechanikę budowli.
• Mechatronika - to kierunek, na którym nacisk kładziony jest zarówno na statykę jak i kinematykę i dynamikę.
• Górnictwo i Geologia - podobnie jak w przypadku Budownictwa, tutaj również główny zakres nauczania obejmuje zagadnienia z zakresu statyki.
• Automatyka i Robotyka - z racji pokrewieństwa z Mechaniką i Budową Maszyn w tym przypadku również wymagana jest szersza wiedza z zakresu statyki, kinematyki i dynamiki.
• Technologia Drewna - statyka w pełnym zakresie z racji ścisłego powiązania tego kierunku z budownictwem.
• Meblarstwo - podobnie jak w przypadku Technologii Drewna, dominuje tutaj wiedza z zakresu statyki budowli.

W dużo mniejszym zakresie mechanika jest wykładana na takich kierunkach inżynierskich jak: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji, Biomechanika, Bezpieczeństwo i Ochrona Pracy, Metalurgia, Wzornictwo, Transport i Logistyka.

Główne zagadnienia z zakresu Mechaniki, jakie omawiane są na ww. kierunkach inżynierskich to:

Statyka:

• Obliczanie reakcji podporowych w belkach swobodnie podpartych i ramach płaskich.
• Obliczanie reakcji podporowych w belkach przegubowych (belkach Gerbera).
• Siły wewnętrzne w prętach kratownicy - metoda Równoważenia Węzłów i metoda Rittera.
• Rysowanie wykresów sił wewnętrznych (sił tnących i normalnych oraz momentów gnących) w belkach, ramach i kratownicach.
• Geometria mas - środki ciężkości i momenty bezwładności figur płaskich.
• Moment dewiacji (odśrodkowy, zboczenia) oraz momenty statyczne.
• Twierdzenie Steinera oraz tensor bezwładności.
• Łuki, cięgna, ruszty oraz ramy i kratownice przestrzenne.
• Zasada prac wirtualnych.
• Moment siły względem punktu i względem prostej.
• Redukcja układu sił, redukcja w punkcie i redukcja do najprostszej postaci.
• Tarcie toczne i tarcie ślizgowe, stożek tarcia.

Kinematyka:

• Opis ruchu punktu.
• Prędkość i przyspieszenie punktu.
• Ruch po okręgu.
• Ruch we współrzędnych krzywoliniowych.
• Ruch względny punktu.
• Jak wyznaczyć prędkość i przyspieszenie ciała sztywnego.
• Ruch postępowy, kulisty i obrotowy ciała sztywnego.
• Ruch płaski ciała sztywnego oraz ogólny przypadek ruchu ciała sztywnego.
• Wyznaczanie przemieszczeń punktów ciała sztywnego.

Dynamika:

• Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony.
• Ruch punktu po powierzchni gładkiej oraz po krzywej gładkiej.
• Pole sił, praca pola sił, energia kinetyczna, potencjalne pole sił.

Najczęściej studenci uczelni technicznych mają duże problemy w zrozumieniu podstawowych zagadnień z zakresu mechaniki - statyki. Duże problemy stwarza, zastąpienie podpór odpowiednimi dla nich reakcjami, a następnie zapisanie równań równowagi i przy ich pomocy wyznaczenia wartości reakcji podporowych. Te problemy dotyczą głównie belek i ram.

Również sporządzanie wykresów sił wewnętrznych w belkach i ramach sprawia sporo problemów. Szczególnie trudne wydaje się znakowanie momentów gnących przy wykorzystaniu włókien spodnich (włókien oznaczonych lub uprzywilejowanych) oraz wyznaczanie ekstremum momentu gnącego.

Problemy stwarza również wyznaczanie sił normalnych (osiowych) w prętach kratownicy przy wykorzystaniu metody Rittera i Równoważenia Węzłów. Częste błędy dotyczą niewłaściwego zastosowania twierdzeń o prętach zerowych.

Nawet studenci takich renomowanych uczelni jak Politechnika Śląska, Politechnika Krakowska, Politechnika Poznańska, Politechnika Wrocławska, Politechnika Gdańska, Politechnika Warszawska, Politechnika Łódzka czy Rzeszowska nie są w stanie ustrzec się przed problemami w zaliczeniu egzaminu z mechaniki.