science >> Wetenschap >  >> Fysica

Het gebruik van calculus in Engineering

Calculus, gedefinieerd als de wiskundige studie van verandering, werd onafhankelijk ontwikkeld door Isaac Newton en Gottfried Wilhelm von Leibniz in de 17e eeuw. Techniek wordt gedefinieerd als "het beroep waarin kennis van de wiskundige en natuurwetenschappen die door studie, ervaring en praktijk is opgedaan, met oordeelsvermogen wordt toegepast om manieren te ontwikkelen om economisch en materialen van de natuur te gebruiken ten bate van de mensheid." Sommige ingenieurs gebruiken calculus direct in hun dagelijkse praktijk en sommigen gebruiken computerprogramma's op basis van calculus die het ontwerp van de techniek vereenvoudigen. Twee methoden voor calculus, differentiatie en integratie zijn vooral nuttig in de praktijk van engineering en worden meestal gebruikt voor optimalisatie en sommatie.

Civiele techniek -

Veel aspecten van civiele techniek vereisen calculus . Ten eerste vereist het afleiden van de basis-fluïdummechanische vergelijkingen calculus. Alle hydraulische analyseprogramma's, die bijvoorbeeld helpen bij het ontwerpen van stormloop- en open kanaalsystemen, gebruiken calculus-numerieke methoden om de resultaten te verkrijgen. In de hydrologie wordt het volume berekend als het gebied onder de curve van een plot van flow versus tijd en wordt bereikt met calculus.

Structural Engineering -

In de structurele engineering wordt calculus gebruikt om de krachten te bepalen in complexe configuraties van structurele elementen. Structurele analyse met betrekking tot seismisch ontwerp vereist calculus. In een context van de bodemstructuur worden de berekeningen van het draagvermogen en de schuifsterkte van de grond uitgevoerd met calculus, evenals de bepaling van de zijdelingse gronddruk en de hellingsstabiliteit in complexe situaties.

Werktuigbouwkunde

Veel voorbeelden van het gebruik van calculus zijn te vinden in de machinebouw, zoals het berekenen van het oppervlak van complexe objecten om wrijvingskrachten te bepalen, het ontwerpen van een pomp op basis van debiet en opvoerhoogte en het berekenen van het vermogen geleverd door een accusysteem. De wet van Newton op het gebied van koeling is een toonaangevende differentiaalvergelijking in HVAC-ontwerp waarvoor integratie moet worden opgelost.

Luchtvaart- en ruimtevaarttechniek

Talrijke voorbeelden van het gebruik van calculus zijn te vinden in lucht- en ruimtevaarttechnologie. Stuwkracht in de tijd berekend met behulp van de ideale raketvergelijking is een toepassing van calculus. Analyse van raketten die in fasen functioneren, vereist ook calculus, evenals gravitatiemodellering in tijd en ruimte. Vrijwel alle fysica-modellen, vooral die van astronomie en complexe systemen, gebruiken een vorm van calculus.