3.4.2 ตัวอย่างการบูรณาการในโครงงานวิศวกรรม

ตัวอย่าง: การออกแบบสะพานจำลองที่สามารถรับน้ำหนักได้ตามที่กำหนด โดยการคำนวณและการทดสอบ

การออกแบบสะพานจำลองที่สามารถรับน้ำหนักได้ตามที่กำหนด เป็นตัวอย่างหนึ่งของการบูรณาการคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ในโครงงานวิศวกรรม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณแรงและการออกแบบโครงสร้าง ขณะเดียวกันก็ใช้วิทยาศาสตร์ในการทดสอบและตรวจสอบความแข็งแรงของวัสดุและโครงสร้างเพื่อให้แน่ใจว่าสะพานสามารถรองรับน้ำหนักได้ตามที่กำหนด

ขั้นตอนการออกแบบสะพานจำลอง:

1. การคำนวณและออกแบบโครงสร้าง

   • คำนวณแรงและแรงดึง
     ในขั้นแรก วิศวกรต้องใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณแรงที่สะพานจะต้องรับ ซึ่งรวมถึงแรงกด (Compression) และแรงดึง (Tension) ที่เกิดขึ้นในแต่ละส่วนของสะพาน นอกจากนี้ยังต้องคำนวณแรงลมและแรงอื่น ๆ ที่อาจมีผลต่อสะพาน โดยใช้พีชคณิตและฟิสิกส์เพื่อให้ได้ค่าที่แม่นยำ
   • ออกแบบสะพานโดยใช้เรขาคณิตและตรีโกณมิติ
     การออกแบบสะพานจำลองจะต้องใช้เรขาคณิตและตรีโกณมิติเพื่อกำหนดความยาว มุม และความสูงของแต่ละส่วน เช่น การวางตำแหน่งเสา การคำนวณมุมของสายเคเบิลที่ใช้รองรับสะพาน รวมถึงการคำนวณระยะห่างระหว่างเสาต่าง ๆ

2. การสร้างสะพานจำลอง

   • เมื่อได้การออกแบบแล้ว วิศวกรจะเริ่มสร้างสะพานจำลองโดยใช้วัสดุที่เลือกตามความต้องการของโครงงาน วัสดุที่ใช้ในสะพานจำลองอาจเป็นไม้ โลหะ หรือพลาสติก ขึ้นอยู่กับความต้องการของการทดสอบ

3. การทดสอบความแข็งแรงของสะพาน

   • ทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนัก
     หลังจากการสร้างสะพานจำลองเสร็จแล้ว วิศวกรจะทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนักของสะพาน โดยการเพิ่มน้ำหนักลงบนสะพานทีละน้อย เพื่อดูว่าสะพานสามารถรับน้ำหนักได้มากเพียงใดก่อนที่จะเกิดการเสียหาย
   • การตรวจสอบแรงดึงและการเคลื่อนตัว
     ในการทดสอบนี้ จะตรวจสอบว่ามีการยืดหรือบิดตัวของโครงสร้างอย่างไรเมื่อถูกกระทำด้วยน้ำหนัก วิศวกรจะใช้เครื่องมือวัดเพื่อประเมินว่ามีการยืดหยุ่นและการเคลื่อนตัวของสะพานมากน้อยเพียงใด

4. การวิเคราะห์และปรับปรุงโครงสร้าง

   • หลังจากการทดสอบเสร็จสิ้น วิศวกรจะนำผลลัพธ์มาวิเคราะห์และตรวจสอบว่ามีส่วนใดของสะพานที่ต้องปรับปรุง เช่น การเสริมแรงในบางส่วนของสะพาน หรือการเปลี่ยนวัสดุเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทั้งนี้เพื่อให้สะพานสามารถรองรับน้ำหนักได้ตามที่กำหนดโดยไม่มีการพังทลาย

ประเด็นสำคัญ:

1. การใช้คณิตศาสตร์ในการคำนวณและออกแบบ: การคำนวณแรง แรงดึง และแรงกดใช้พีชคณิต ฟิสิกส์ เรขาคณิต และตรีโกณมิติเพื่อกำหนดการออกแบบโครงสร้างสะพาน
2. การทดสอบความแข็งแรงของวัสดุและโครงสร้าง: การทดสอบการรับน้ำหนักและการเคลื่อนตัวของสะพานใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์ในการตรวจสอบความแข็งแรงและประสิทธิภาพ