3.3.2 ตัวอย่างการใช้วิทยาศาสตร์ในงานวิศวกรรม

วิศวกรรมอาศัยหลักการทางวิทยาศาสตร์ในการออกแบบและพัฒนาระบบต่าง ๆ โดยวิศวกรใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ เคมี และวัสดุศาสตร์เพื่อแก้ไขปัญหาและสร้างโซลูชันที่มีประสิทธิภาพ ตัวอย่างการใช้วิทยาศาสตร์ในงานวิศวกรรมได้แก่ การออกแบบระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์และการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการสร้างสะพาน ดังนี้:

1. การออกแบบระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์

การออกแบบระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์เป็นตัวอย่างหนึ่งของการใช้หลักการทางความร้อนและวิทยาศาสตร์ความร้อน (Thermodynamics) เครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engines) ผลิตความร้อนจำนวนมากเมื่อทำงาน ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิของเครื่องยนต์จึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันความเสียหายและรักษาประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์

• หลักการเทอร์โมไดนามิกส์
  วิศวกรใช้กฎข้อที่หนึ่งและข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์เพื่อคำนวณและออกแบบระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์ กฎข้อที่หนึ่งกล่าวถึงการอนุรักษ์พลังงาน ซึ่งอธิบายว่าพลังงานที่ถูกผลิตขึ้นในเครื่องยนต์จะต้องถูกระบายออกมาในรูปของความร้อน การออกแบบระบบระบายความร้อนเช่นระบบน้ำหล่อเย็น (Cooling Water System) หรือระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air-Cooling System) จึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อรักษาอุณหภูมิของเครื่องยนต์ให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม
• วัสดุสำหรับระบายความร้อน
  นอกจากนี้ วิศวกรยังต้องเลือกวัสดุที่ใช้ในระบบระบายความร้อนให้เหมาะสม เช่น การเลือกวัสดุที่มีความสามารถในการนำความร้อนสูง เช่น ทองแดงหรืออลูมิเนียม เพื่อนำความร้อนออกจากเครื่องยนต์อย่างมีประสิทธิภาพ

2. การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการสร้างสะพาน

การสร้างสะพานเป็นตัวอย่างหนึ่งของการใช้วัสดุศาสตร์ (Materials Science) และความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุในการเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับการใช้งาน วิศวกรต้องเลือกวัสดุที่แข็งแรง ทนทาน และปลอดภัยต่อการใช้งานในระยะยาว เช่น:

• การวิเคราะห์ความแข็งแรงของวัสดุ
  วิศวกรใช้วิทยาศาสตร์ในการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ เช่น เหล็กกล้า (Steel), คอนกรีต (Concrete), หรือวัสดุคอมโพสิต (Composite Materials) เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุเหล่านั้นสามารถรับน้ำหนักและแรงกดดันจากการใช้งานได้อย่างปลอดภัย ตัวอย่างเช่น การเลือกใช้เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับการรองรับโครงสร้างหลักของสะพาน เพื่อให้มั่นใจว่าสะพานสามารถรับน้ำหนักได้อย่างปลอดภัย
• การทนทานต่อสภาพแวดล้อม
  วิศวกรต้องพิจารณาคุณสมบัติของวัสดุในการทนต่อสภาพแวดล้อม เช่น การทนต่อการกัดกร่อนจากน้ำและอากาศ หรือการทนต่อการสึกหรอในบริเวณที่มีการใช้งานหนัก วัสดุที่เลือกต้องมีความทนทานและไม่เกิดการเสื่อมสภาพง่ายในสภาวะที่ต้องเผชิญตลอดอายุการใช้งานของสะพาน

ประเด็นสำคัญ:

1. การออกแบบระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์: ใช้หลักการทางความร้อนในการออกแบบระบบระบายความร้อน เพื่อรักษาอุณหภูมิของเครื่องยนต์และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
2. การเลือกวัสดุสำหรับสะพาน: การเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสมและทนทานต่อแรงและสภาพแวดล้อมเพื่อความมั่นคงและปลอดภัยในการสร้างสะพาน