3.1.2 ตัวอย่างวิศวกรรมที่ใช้หลักการทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์
งานวิศวกรรม (Engineering) ที่ใช้หลักการทางคณิตศาสตร์ (Mathematics) และวิทยาศาสตร์ (Science) มีอยู่มากมายในชีวิตประจำวันของเรา การประยุกต์ใช้ความรู้เหล่านี้มีความสำคัญในการสร้างนวัตกรรมและโครงสร้างที่มีความปลอดภัย แข็งแรง และมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างที่ชัดเจน ได้แก่ การสร้างสะพาน อาคาร เครื่องยนต์ และหุ่นยนต์ ซึ่งล้วนต้องอาศัยการคำนวณและหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน ดังนี้:
1. สะพาน
การสร้างสะพานเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้หลักการทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ วิศวกรต้องคำนวณความแข็งแรงของวัสดุ การกระจายแรง และแรงดึงแรงกด (Tension and Compression) ที่สะพานจะต้องรับ ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้กฎฟิสิกส์ เช่น กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton's Laws of Motion) และสถิติศาสตร์ในการวิเคราะห์โครงสร้างทางกล (Statics) นอกจากนี้ยังมีการคำนวณเชิงคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อให้แน่ใจว่าสะพานสามารถรับน้ำหนักและทนทานต่อสภาพแวดล้อมได้
2. อาคาร
การออกแบบและก่อสร้างอาคารต้องอาศัยการคำนวณอย่างละเอียดเพื่อให้โครงสร้างมีความแข็งแรงและมั่นคง วิศวกรจะใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณแรงและน้ำหนักที่โครงสร้างจะต้องรับ เช่น แรงลมและแรงแผ่นดินไหว นอกจากนี้วิทยาศาสตร์ก็มีบทบาทในการเลือกวัสดุ เช่น การวิเคราะห์ความแข็งแรงของเหล็ก คอนกรีต และวัสดุก่อสร้างอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าอาคารจะคงทนและปลอดภัย
3. เครื่องยนต์
เครื่องยนต์เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการออกแบบ วิศวกรต้องใช้กฎเทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamics) เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อนและพลังงานกลในเครื่องยนต์ นอกจากนี้ยังใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณแรงดัน ความเร็ว และการไหลของของเหลวและก๊าซภายในเครื่องยนต์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดการใช้พลังงาน
4. หุ่นยนต์
หุ่นยนต์เป็นตัวอย่างของการรวมกันระหว่างคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี วิศวกรหุ่นยนต์ใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ (Robotic Motion) การควบคุมอัลกอริธึมที่ช่วยให้หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างถูกต้อง นอกจากนี้ฟิสิกส์ยังช่วยให้เข้าใจถึงการทำงานของมอเตอร์และเซนเซอร์ที่ใช้ในหุ่นยนต์ ขณะที่วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบโปรแกรมที่ควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์
ประเด็นสำคัญ:
- สะพาน: ใช้คณิตศาสตร์และฟิสิกส์ในการออกแบบและสร้างสะพานที่แข็งแรงและปลอดภัย
- อาคาร: อาศัยคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ในการคำนวณและวิเคราะห์แรงและวัสดุก่อสร้าง
- เครื่องยนต์: ใช้กฎทางเทอร์โมไดนามิกส์และคณิตศาสตร์ในการเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์
- หุ่นยนต์: ผสานการใช้คณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีในการออกแบบและควบคุมหุ่นยนต์
