1 (9) KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka Kurssiesite, kevät 2016 Aalto University Postal address Visiting address Tel. +358 9 47001 aalto.fi/en School of Engineering P.O. Box 14100 Otakaari 4 firstname.lastname@aalto.fi Department of Civil and Structural FI-00076 AALTO Espoo, Finland Business ID 2228357-4 VAT FI22283574 Domicile Helsinki Engineering
2 (9) 1 Perustiedot Laajuus: 5 op Ajankohta: IV periodi (22.2-1.4.2016) Kohderyhmä: ENGin kandiohjelman KJR:n ja ENY:n 1. vuoden pääaineopiskelijat Esitietovaatimukset: Matriisi-, differentiaali- ja integraalilaskennan perusteet (kurssit MS- A0005/6 Matriisilaskenta ja MS-A0105/6 Differentiaali- ja integraalilaskenta) Oppimateriaali: R. C. Hibbeler, Engineering Mechanics, Statics & Dynamics, 13. ed., Prentice-Hall sekä MasteringEngineering oppimisympäristö Vastuuopettaja: Juha Hartikainen, Opettaja: Susanna Hurme, Assistentit: (n. 10 kpl) Kurssin tiedotus MyCourses-ympäristössä: https://mycourses.aalto.fi/course/view.php?id=6293 2 Osaamistavoitteet Kurssin suoritettuaan opiskelijat osaavat 1. määrittää ja selittää statiikan ja dynamiikan peruskäsitteet ja -periaatteet kuten voiman, momentin, liikemäärän, liikemäärän momentin, tehon, työn ja energian sekä liikemäärän ja liikemäärän momentin taseet ja kuvata ne skalaari- ja vektorimuodossa 2. määrittää kappaleen tasapaino- ja liiketilan statiikan ja dynamiikan peruskäsitteitä ja - periaatteita soveltaen 3. mallintaa analyyttisesti voimien vaikutuksia rakenteisiin ja koneisiin statiikan ja dynamiikan perusteita ja periaatteita soveltaen 4. soveltaa matemaattisia menetelmiä statiikan ja dynamiikan ongelmien ratkaisemisessa 5. selittää ja arvioida kriittisesti tehtäviensä ratkaisuja ja saamiensa tulosten todenperäisyyttä 6. ilmaista kirjallisesti ja sanallisesti asiakokonaisuuksia 3 Toteutus ja työmuodot Kurssi jakaantuu kahteen kolmen viikon pituiseen jaksoon: statiikka (viikot 8-10) ja dynamiikka (viikot 11-13). Kummallakin jaksolla opiskelu tapahtuu verkko-opiskelun, luentojen ja välikokeiden muodostamassa kokonaisuudessa seuraavasti. 1. Opiskelijat tutustuvat verkossa päivän aiheen oppimateriaaliin (kurssikirja + muu materiaali) ja tekevät luennoille valmistavia esitehtäviä (3kpl/ viikko). 2. Opiskelijat osallistuvat luennoille, joissa avataan aiheen ongelmakohtia ja perehdytään aiheeseen syvällisemmin sovelluksien ja esimerkkitehtävien avulla.
3 (9) 3. Opiskelijat tekevät luentoihin liittyviä kotitehtäviä verkossa (3kpl/viikko). 4. Kirjallinen ilmaisu: Joka viikko yhden kotitehtävän ratkaisun opiskelijat kirjoittavat lisäksi käsin paperille. 5. Opiskelijat voivat osallistua tarvittaessa laskutupiin saadakseen ohjausta tehtävien ratkaisemiseen liittyviin ongelmiinsa ja palautetta laatimiinsa ratkaisuihin. 6. Jakson viimeinen luento on kertausluento. 7. Opiskelijat osallistuvat statiikan ja dynamiikan välikokeeseen jaksoa seuraavana maanantaina. 3.1 Verkko-opiskelu Verkko-opiskelu tapahtuu MasteringEngineering (ME)-oppimisympäristössä. ME sisältää kaiken oppimateriaalin mukaan lukien kurssikirja. ME:ssa opiskelijat tekevät ja palauttavat ohjaavia, vihjeisiin perustuvia yksilöllisiä luennolle valmistavia esitehtäviä ja luentoihin liittyviä kotitehtäviä. ME:ssa opiskelija saa heti tehtävästä palautteen, ja tehtävä pisteytetään automaattisesti. Kurssikirja on e-kirjana, johon merkitään päivän aihetta käsittelevät kohdat ja jota täydennetään luentomateriaalilla. Opiskelijoille osoitetaan selkeästi päivän luennon aihetta käsittelevät luvut kirjasta. Esitehtävät tutustuttavat opiskelijat päivän aiheeseen tehtävien muodossa ja orientoivat päivän opetuksen teemaan ja kotitehtävien tekemiseen. Kotitehtävät perehdyttävät opiskelijat päivän opetuksen aihepiiriin syvällisemmin. Ne ovat luentoesimerkkien kaltaisia tehtäviä ja liittyvät käytännön sovelluksiin. Käsin kirjoitetusta kirjallisen ilmaisun tehtävästä tarkistetaan esityksen selkeys ja johdonmukaisuus, eli mitataan kirjallisen ilmaisun osaamistavoitteita. Ratkaisun lisäksi opiskelijoiden tulee lisätä palautukseensa lyhyt kriittinen arviointi tehtävästä vastaamalla annettuihin kysymyksiin. Tämä harjoittaa opiskelijan kriittisen ajattelun taitoa. ME:ssa tehtävien tekemisessä voi käyttää apuna vihjeitä. Vihjeiden hyödyntämisestä esi- ja kotitehtävien tekemisessä sakotetaan ja palkitaan siten, että vihjeen avaamisella menettää pisteitä mutta vihjeen kysymykseen oikein vastaamalla saa pisteitä. Vihjeiden hyödyntäminen mahdollistaa sen, että opiskelija voi itsenäisesti omalla aikataulullaan tehdä tehtäviä, ja pääsee ratkaisuissa eteenpäin ilman assistentin apua. Kurssilla vaaditaan tehtävistä tietty määrä pisteitä joka viikko. Jos ei saa annetusta tehtävästä riittävästi pisteitä, voi niitä hankkia lisää tekemällä lisätehtäviä samasta aiheesta.
4 (9) 3.2 Luennot Päivän luento pidetään kahdessa osassa. Aamulla ti-to klo 9-10 pidetään johdantoluento, jossa keskitytään perusasioiden ymmärtämiseen. Aamun luennon pitää Susanna Hurme. Tiistaina ja torstaina klo 12-13 sekä keskiviikkona klo 10-11 pidetään soveltava luento, jossa aiheessa edetään pidemmälle ja käydään läpi soveltavia esimerkkejä. Soveltavan luennon pitää Juha Hartikainen. Opiskelija voi halutessaan osallistua kaikille luennoille, tai vain johdanto- tai soveltavalle luennolle, ja täydentää oppimistaan itseopiskelulla. Statiikan ja dynamiikan jaksojen lopussa pidetään kertausluento. 3.3 Laskutuvat Laskutuvissa assistentit ohjaavat opiskelijoita tehtävien ratkaisemiseen liittyvissä ongelmissa ja antavat heille palautetta tehtävien ratkaisuista. Opiskelija yrittää tehtävän ratkaisua ensin itsenäisesti tai ryhmässä. Jokainen laskutupatilaisuus on avoin kaikille opiskelijoille. 4 Sisältö ja ohjelma Jakso Viikko Päivä Luentojen aihe Kurssikirjan luvut 8 Statiikan peruskäsitteitä Ma Käytännön järjestelyt ja MasteringEngineering oppimisympäristö Ti Voiman käsite ja partikkelin tasapaino 2-3 Ke Voiman momentin käsite 4.1-4.6 To Voimasysteemien samanarvoisuus ja jakaantuneen voiman käsite 4.7-4.9 Statiikka 9 Jäykän kappaleen tasapaino ja sen soveltaminen Ti Vapaakappalekuvio ja jäykän kappaleen tasapaino 5 Ke Staattisesti määrätyn rakenteen tukireaktiot 5, 6.6 To Ristikon sauvavoimat 6.1-6.5 10 Kappaleen sisäiset rasitukset ja niiden analysointi Ti Normaalivoiman, leikkausvoiman ja taivutusmomentin käsitteet 7.1 Ke Palkin leikkausvoima- ja taivutusmomenttijakaumat ja -kuviot 7.2, 7.3
5 (9) To Statiikan kertausluento 11 Ma 14.3. klo 14-17 Statiikan välikoe 11 Translaatioliike Ti Translaatioliikkeen kinematiikka: asema, nopeus ja kiihtyvyys 12.1-12.4, 16.1,16.2 Ke Translaatioliikkeen kinetiikka: liikemäärä, liikemäärän- ja liikemäärän momentin taseet 12.5, 17.3 To Liike-energian, työn ja tehon käsitteet ja energiaperiaate 14 12 Rotaatioliike Dynamiikka Ti Rotaatioliikkeen kinematiikka: kulmanopeus ja -kiihtyvyys 12.6-12.7, 16.3 Ke Rotaatioliikkeen kinetiikka: hitausmomentti, liikemäärän momentti 17.1, 17.2, 17.4 To Rotaatioliikkeen liike-energia ja teho ja energiaperiaate 18.1-18.4 13 Yleinen tasoliike Ti Yleisen tasoliikkeen kinematiikka: absoluuttinen ja suhteellinen nopeus ja kiihtyvyys, rajoitettu liike 16.4-16.7 Ke Yleisen tasoliikkeen sovelluksia: esim. vierivä kappale 17.5 To Dynamiikan kertausluento 14 Ma 4.4. klo 16.30-19.30 Dynamiikan välikoe Välikokeiden uusinta järjestetään 21.4.2016 klo 16-19. 4.1 Luentojen ajankohdat Kurssin aloitusluento käytännön järjestelyistä sekä MasteringEngineering-oppimisympäristön käytöstä pidetään maanantaina 22.2. kello 10-12 Aalto-salissa. Johdantoluennot 23.2.-31.3. välisenä aikana tiistaisin, keskiviikkoisin ja torstaisin kello 9-10 Aalto-salissa (Otakaari 1). Soveltavat luennot 23.2.-31.3. välisenä aikana tiistaisin ja torstaisin kello 12-13 sekä keskiviikkoisin klo 10-11 Aalto-salissa. Statiikan kertausluento pidetään statiikan jakson lopussa torstaina 10.3. kello 8-10 Aalto-salissa. Dynamiikan kertausluento pidetään dynamiikan jakson lopussa torstaina 31.3. kello 8-10 Aalto-salissa.
6 (9) 4.2 Laskutupien ajankohdat Laskutupia pidetään 22.2.-4.4. välisenä aikana seuraavasti: Päivä Aika Sali Maanantai 10-12 B-Sali* Maanantai 14-16 Aalto-sali Torstai 13-15 Aalto-sali Perjantai 8-10 Aalto-sali Perjantai 12-14 C-sali Pääsiäisen pyhinä 25. ja 28.3. ei ole laskutupia. *) HUOM. 22.2. kello 10-12 laskutuvan sijasta kurssin aloitusluento Aalto-salissa. 4.3 Tehtävien päivämäärät Esitehtävät, kotitehtävät ja kirjallinen ilmaisu jaetaan edeltävän viikon torstaina (tulevat avoimiksi ME:ssa). Esitehtävät pitää palauttaa saman aiheen soveltavan luennon alkuun mennessä (ks. Lukujärjestys). Kotitehtävien ja kirjallisen ilmaisun palautus on seuraavan viikon maanantaina kello 16. Assistentit tarkistavat sen ja arvioivat asteikolla 0-2 p. Hylätty suoritus (0p) pitää tehdä uudelleen assistentin korjausvaatimusten mukaisesti. Korjattu kirjallinen ilmaisu palautetaan viimeistään seuraavan viikon maanantaina klo 16. 4.4 Kurssin lukujärjestys Kurssin opetustapahtumat, tehtävien jakopäivät sekä tehtävien palautuspäivät. Alla on esitetty viikon 9 opetussykli, joka alkaa esi- ja kotitehtävien jakamisesta edeltävän viikon torstaina ja päättyy kotitehtävien ja kirjallisen ilmaisun tehtävän palautukseen seuraavan viikon maanantaina klo 16.
7 (9) Viikko 8 Viikko 9 Viikko 10 To Pe Ma Ti Ke To Pe Ma Ti 8-9 Lt Lt 9-10 L1 Lt L1 L1 L1 Lt L1 10-11 Lt L2 Lt 11-12 Lt Lt 12-13 L2 Lt L2 L2 Lt L2 13-14 Lt Lt Lt Lt 14-15 Lt Lt Lt Lt 15-16 Lt Lt 16-17 Et3 /8 klo 12 Jaetaan: Et1 /9 Et2 /9 Et3 /9 Kt1 /9 Kt2 /9 Kt3 /9 Kt1-3 /8 klo 16 Ki /8 klo 16 Et1 /9 klo 12 L1: Johdantoluento L2: Soveltava luento Lt: Laskutupa Et: Esitehtävä, (Et1 /9: Esitehtävä 1 viikolla 9) Kt: Kotitehtävä Ki: Kirjallinen ilmaisu (eli paperilla palautettava tehtävä) Et2 /9 klo 10 Et3 /9 klo 12 Jaetaan: Et1 /10 Et2 /10 Et3 /10 Kt1 /10 Kt2 /10 Kt3 /10 Kt1-3 /9 klo 16 Ki /9 klo 16 Et1 /10 klo 12 4.5 Opiskelijan mallilukujärjestys Arvio keskimääräisen opiskelijan työn jakautumisesta kurssiviikon 9 aikana. Esimerkin opiskelija on valinnut käyvänsä enimmäkseen vain soveltavilla luennoilla, mutta osallistuu keskiviikkoaamun johdantoluennolle, koska on kokenut päivän aiheen itselleen haastavaksi. Viikko 8 Viikko 9 Viikko 10 To Pe Ma Ti Ke To Pe Ma Ti 8-9 Lt Lt 9-10 Kt3 /8 Et1 /9 L1 Kt3 /9 Et1 /10 10-11 Ki /8 L2 Ki /9 11-12 Lounas Lounas Lounas Lounas Lounas Lounas Lounas Lounas Lounas 12-13 L2 Et2 /9 L2 Et3 /9 L2 Et2 /10 L2 13-14 Kt2 /8 Kt1 /9 Kt2 /9 Kt1 /10 14-15 15-16 Lt Lt 16-17
Draft 8 (9) 14.1.2016 5 Osaamisen arviointi ja suoritusvaatimukset Neljä ensimmäistä osaamistavoitetta liittyvät läheisesti kurssin sisältöön. Osaamistavoite 1 on tiedollinen ja osaamistavoitteet 2-4 taidollisia. Niiden saavuttamista mitataan esi- ja kotitehtävien avulla. Siten tehtävien ratkaiseminen on keskeisin osa kurssin suoritusta. Osaamistavoitteet 5 ja 6 ovat yleisiä opiskelun ja työelämän valmiuksia kehittäviä taitoja, joiden harjoittelu ja arviointi sisällytetään kirjallisen ilmaisun tehtävien yhteyteen. Osaamistavoitteiden toteutumista arvioidaan esi- ja kotitehtäväsuoritusten sekä kirjallisen ilmaisun- ja välikoesuoritusten perusteella. Tehtävistä annetaan suorituspisteitä seuraavasti Esitehtävät: 0-2 p / tehtävä, maksimi pistemäärä yhteensä 32 p (= 16 x 2 p) Kotitehtävät: 0-2 p / tehtävä, maksimi pistemäärä yhteensä 32 p (= 16 x 2 p) Kirjallinen ilmaisu: 0-2 p / tehtävä, maksimi pistemäärä yhteensä 12 p (= 6 x 2 p) Välikoe 1: 0-6 p / tehtävä, maksimi pistemäärä yhteensä 18 p (= 3 x 6 p) Välikoe 2: 0-6 p / tehtävä, maksimi pistemäärä yhteensä 18 p (= 3 x 6 p) Osaaminen kehittyy parhaalla tavalla ja opiskelija saavuttaa osaamistavoitteet, kun työskentelee säännöllisesti koko kurssin ajan. Siksi kurssin hyväksytyn suorituksen edellytys on, että opiskelija suorittaa joka viikko vähintään 50 % esitehtävien maksimipistemäärästä (0,5 * (3 x 2p) = 3p / viikko)*), 50 % kotitehtävien maksimipistemäärästä (0,5 * (3 x 2p) = 3p / viikko) *) ja 50 % kirjallisen ilmaisun maksimipistemäärästä (0,5 * (1 x 2p) = 1p / viikko). *) Korjaus 28.2.2016. Statiikan ja dynamiikan jaksojen viimeisillä viikoilla on vain kaksi esitehtävää ja kaksi kotitehtävää, joten viikoilla 10 ja 13 hyväksytyn suorituksen edellytys on (0,5 * (2 x 2p) = 2p) sekä esitehtävistä että kotitehtävistä. Vaadituilla minimisuorituspisteillä opiskelija yltää arvosanaan 1. Tehtäväalueen pistemäärän jäädessä alle vaaditun minimin voi opiskelija paikata vajauksen lisätehtäviä tekemällä. Kurssin arvosanat määräytyvät suorituspisteiden mukaan seuraavasti. Suorituspisteet* (esitehtävät + kotitehtävät + kirjallinen ilmaisu + välikokeet) Arvosana 38 64,5 1 65 85,5 2 86 97,5 3 98 104,5 4 Aalto University Postal address Visiting address Tel. +358 9 47001 aalto.fi/en School of Engineering P.O. Box 14100 Otakaari 4 firstname.lastname@aalto.fi Department of Civil and Structural FI-00076 AALTO Espoo, Finland Business ID 2228357-4 VAT FI22283574 Domicile Helsinki Engineering
Draft 9 (9) 14.1.2016 105 112 5 *) HUOM! Välikokeilla voi ainoastaan korottaa arvosanaa. Vähimmäisvaatimus 38 pistettä on saatava suorittamalla esi-, koti- ja kirjallisen ilmaisun tehtäviä joka viikko kurssin ajan. 6 Kuormittavuustarkastelu 5 opintopistettä vastaa noin 133 tunnin työtä, joka kurssilla koostuu seuraavasti: Tapahtuma Työtunnit Työtunnit yhteensä MasteringEngineering (ME) oppimisympäristöön tutustuminen itsenäisesti 8 h 8 h Esittehtävät ja luennon aiheeseen tutustuminen ME:ssa ennen luentoja 16 x 2 h 32 h Luennot: Käytännön järjestelyt (aloitusluento) Luennot (valitaan L1 ja/tai L2) Kertausluennot 2 h 16 x 1h 2 x 2 h 22 h Kotitehtävät ME:ssa (sis. laskutupaan osallistumisen) Kirjallinen ilmaisu 16 x 2 h 6 x 1 h 38 h Kertaaminen välikokeisiin 2 x 13 h 26 h Välikokeet 2 x 3 h 6 h Yhteensä 132 h