การใช้แคลคูลัสในงานวิศวกรรม

แคลคูลัสถูกกำหนดให้เป็นการศึกษาทางคณิตศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงได้รับการพัฒนาโดยอิสระโดย Isaac Newton และ Gottfried Wilhelm von Leibniz ในศตวรรษที่ 17 วิศวกรรมศาสตร์ หมายถึง อาชีพที่ความรู้ทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติได้มาจากการศึกษา ประสบการณ์ และ ปฏิบัติด้วยวิจารณญาณเพื่อพัฒนาวิธีการใช้ประโยชน์ในเชิงเศรษฐกิจ วัสดุ และพลังแห่งธรรมชาติ เพื่อประโยชน์ของมวลมนุษยชาติ" วิศวกรบางคนใช้แคลคูลัสโดยตรงในการปฏิบัติงานประจำวัน และบางคนใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ตามแคลคูลัสที่ทำให้วิศวกรรมง่ายขึ้น ออกแบบ. แคลคูลัสสองวิธี ดิฟเฟอเรนติเอชัน และอินทิเกรต มีประโยชน์อย่างยิ่งในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพและการรวมตามลำดับ

•••losmandarinas / iStock / Getty Images

หลายแง่มุมของวิศวกรรมโยธาต้องใช้แคลคูลัส ประการแรก การได้มาของสมการกลศาสตร์ของไหลพื้นฐานต้องใช้แคลคูลัส ตัวอย่างเช่น โปรแกรมวิเคราะห์ไฮดรอลิกทั้งหมด ซึ่งช่วยในการออกแบบระบบระบายพายุและระบบช่องเปิด ใช้วิธีการคำนวณเชิงตัวเลขเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ ในอุทกวิทยา ปริมาตรคำนวณเป็นพื้นที่ใต้เส้นโค้งของแผนภาพการไหลเทียบกับเวลาและคำนวณโดยใช้แคลคูลัส

ในงานวิศวกรรมโครงสร้าง แคลคูลัสถูกใช้เพื่อกำหนดแรงในรูปแบบที่ซับซ้อนขององค์ประกอบโครงสร้าง การวิเคราะห์โครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบแผ่นดินไหวต้องใช้แคลคูลัส ในบริบทของโครงสร้างดิน การคำนวณกำลังรับน้ำหนักและกำลังรับแรงเฉือนของดินเสร็จสิ้นแล้ว โดยใช้แคลคูลัสเช่นเดียวกับการหาความดันดินด้านข้างและความคงตัวของความชันในเชิงซ้อน สถานการณ์

ตัวอย่างการใช้แคลคูลัสจำนวนมากพบได้ในวิศวกรรมเครื่องกล เช่น การคำนวณพื้นที่ผิวของวัตถุที่ซับซ้อนถึง กำหนดแรงเสียดทาน ออกแบบปั๊มตามอัตราการไหลและหัว และคำนวณพลังงานจากแบตเตอรี่ ระบบ. กฎการระบายความร้อนของนิวตันเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ที่ควบคุมในการออกแบบ HVAC ที่ต้องมีการรวมเข้าด้วยกันเพื่อแก้ปัญหา

ตัวอย่างการใช้แคลคูลัสมีอยู่มากมายในวิศวกรรมการบินและอวกาศ แรงขับเมื่อเวลาผ่านไปที่คำนวณโดยใช้สมการจรวดในอุดมคติคือการประยุกต์ใช้แคลคูลัส การวิเคราะห์จรวดที่ทำงานในระยะยังต้องใช้แคลคูลัส เช่นเดียวกับการสร้างแบบจำลองแรงโน้มถ่วงในช่วงเวลาและพื้นที่ แบบจำลองทางฟิสิกส์เกือบทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบจำลองทางดาราศาสตร์และระบบที่ซับซ้อน ใช้แคลคูลัสบางรูปแบบ