กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

กลศาสตร์ประยุกต์

เปลี่ยนทางจากตัวพิมพ์ใหญ่อื่น/การเปลี่ยนเส้นทางที่ไม่สามารถพิมพ์ได้

กลศาสตร์ประยุกต์เป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสสารใดๆ ที่มนุษย์สามารถสัมผัสหรือรับรู้ได้โดยไม่ต้องอาศัยเครื่องมือกล่าวโดยสรุป เมื่อ แนวคิด...

กลศาสตร์ประยุกต์

กลศาสตร์ประยุกต์เป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสสารใดๆ ที่มนุษย์สามารถสัมผัสหรือรับรู้ได้โดยไม่ต้องอาศัยเครื่องมือ[ 1 ]กล่าวโดยสรุป เมื่อ แนวคิด ทางกลศาสตร์ก้าวข้ามทฤษฎีและถูกนำไปประยุกต์ใช้และปฏิบัติ กลศาสตร์ทั่วไปก็จะกลายเป็นกลศาสตร์ประยุกต์ ความแตกต่างที่ชัดเจนนี้เองที่ทำให้กลศาสตร์ประยุกต์เป็นความเข้าใจที่จำเป็นสำหรับชีวิตประจำวันในทางปฏิบัติ[ 2 ] มีการประยุกต์ใช้มากมายในหลากหลายสาขาและแขนงวิชา รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงวิศวกรรมโครงสร้างดาราศาสตร์สมุทรศาสตร์อุตุนิยมวิทยาอุทกศาสตร์วิศวกรรมเครื่องกลวิศวกรรมการบินและอวกาศนาโนเทคโนโลยีการออกแบบโครงสร้างวิศวกรรมแผ่นดินไหวพลศาสตร์ของไหลวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพอื่นๆ[ 3 ] [ 4 ] การเชื่อมโยงงานวิจัยระหว่างหลากหลายสาขาวิชา กลศาสตร์ประยุกต์ จึงมีบทบาทสำคัญทั้งในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม[ 1 ]

กลศาสตร์บริสุทธิ์อธิบายถึงการตอบสนองของวัตถุ (ของแข็งและของเหลว) หรือระบบของวัตถุต่อพฤติกรรมภายนอกของวัตถุ ไม่ว่าจะเป็นในสถานะหยุดนิ่งหรือสถานะเคลื่อนที่ ภายใต้การกระทำของแรง ส่วนกลศาสตร์ประยุกต์เชื่อมโยงช่องว่างระหว่างทฤษฎีทางฟิสิกส์และการประยุกต์ใช้ในด้านเทคโนโลยี

กลศาสตร์ประยุกต์สามารถแบ่งออกเป็นกลศาสตร์อนุภาค (กลศาสตร์ของวัตถุขนาดมหาสารที่จำลองเป็นอนุภาคจุด ) กลศาสตร์ของวัตถุแข็ง (กลศาสตร์ของวัตถุขนาดมหาสารที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้และมีรูปร่างที่แน่นอน) กลศาสตร์ของแข็ง (กลศาสตร์ของของแข็งขนาดมหาสารที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ รวมถึงการเปลี่ยนรูปทั้ง แบบยืดหยุ่นและแบบพลาสติก ) และกลศาสตร์ของไหล (กลศาสตร์ของของไหลขนาดมหาสาร) แต่ละสาขาของกลศาสตร์ประยุกต์ยังแบ่งย่อยออกเป็นสถิตศาสตร์ (การศึกษาวัตถุที่มีแรงและแรงบิด สุทธิ เป็นศูนย์) และพลศาสตร์ (การศึกษาวัตถุที่มีแรงและแรงบิดสุทธิไม่เป็นศูนย์)

ภายในสาขาวิทยาศาสตร์เชิงปฏิบัติ กลศาสตร์ประยุกต์มีประโยชน์ในการกำหนดแนวคิดและทฤษฎีใหม่ การค้นพบและการตีความปรากฏการณ์ และการพัฒนาเครื่องมือทดลองและการคำนวณ[ 5 ]ในการประยุกต์ใช้วิทยาศาสตร์ธรรมชาติกล่าวกันว่ากลศาสตร์ได้รับการเสริมด้วยอุณหพลศาสตร์ซึ่งเป็นการศึกษาความร้อนและพลังงาน โดยทั่วไป และกลศาสตร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นการศึกษาไฟฟ้าและแม่เหล็ก

ภาพรวม

โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาทางวิศวกรรมจะได้รับการแก้ไขด้วยกลศาสตร์ประยุกต์โดยการประยุกต์ใช้ทฤษฎีกลศาสตร์คลาสสิกและกลศาสตร์ของไหล [ 4 ] เนื่องจากกลศาสตร์ประยุกต์สามารถนำไปใช้ในสาขาวิชาวิศวกรรม เช่นวิศวกรรมโยธาวิศวกรรมเครื่องกลวิศวกรรมการบิน และอวกาศ วิศวกรรมวัสดุ และวิศวกรรมชีวการแพทย์จึงบางครั้งเรียกว่ากลศาสตร์วิศวกรรม[ 4 ]

วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์มีความเชื่อมโยงกันในแง่ของกลศาสตร์ประยุกต์ เนื่องจากงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์เชื่อมโยงกับกระบวนการวิจัยในสาขาวิศวกรรมโยธา วิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรมการบินและอวกาศ วิศวกรรมวัสดุ และวิศวกรรมชีวการแพทย์[ 1 ]ในวิศวกรรมโยธา แนวคิดของกลศาสตร์ประยุกต์สามารถนำไปใช้กับการออกแบบโครงสร้างและหัวข้อย่อยทางวิศวกรรมต่างๆ เช่น วิศวกรรมโครงสร้าง วิศวกรรมชายฝั่ง วิศวกรรมธรณีเทคนิค วิศวกรรมการก่อสร้าง และวิศวกรรมแผ่นดินไหว[ 4 ]ในวิศวกรรมเครื่องกลสามารถนำไปใช้ในเมคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์การออกแบบและการเขียนแบบนาโนเทคโนโลยีชิ้นส่วนเครื่องจักร การวิเคราะห์โครงสร้าง การเชื่อมแบบเสียดทานกวน และวิศวกรรมเสียง [ 4 ] ในวิศวกรรมการบินและอวกาศกลศาสตร์ประยุกต์ใช้ในอากาศพลศาสตร์ กลศาสตร์โครงสร้างและการขับเคลื่อนของอากาศยาน การออกแบบเครื่องบิน และกลศาสตร์การบิน[ 4 ]ในวิศวกรรมวัสดุ แนวคิดของกลศาสตร์ประยุกต์ใช้ในเทอร์โมอิลาสติกทฤษฎีความยืดหยุ่น กลไกการแตกหักและความล้มเหลว การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้าง การแตกหักและความล้า วัสดุแอคทีฟและวัสดุคอมโพสิต และกลศาสตร์เชิงคำนวณ[ 6 ]การวิจัยในกลศาสตร์ประยุกต์สามารถเชื่อมโยงโดยตรงกับสาขาวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่น่าสนใจ เช่น ศัลยกรรมกระดูก กลศาสตร์ชีวภาพ การวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์ การสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่ออ่อนของกล้ามเนื้อ เอ็น เส้นเอ็น และกระดูกอ่อน กลศาสตร์ของของเหลวชีวภาพ และระบบไดนามิก การเพิ่มประสิทธิภาพ และการควบคุมที่เหมาะสมที่สุด[ 7 ]

ประวัติโดยย่อ

วิทยาศาสตร์สาขาแรกที่มีพื้นฐานทางทฤษฎีมาจากคณิตศาสตร์คือกลศาสตร์หลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยไอแซค นิวตันในหนังสือPhilosophiæ Naturalis Principia Mathematicaใน ปี 1687 [ 3 ]หนึ่งในผลงานแรกๆ ที่กำหนดกลศาสตร์ประยุกต์ให้เป็นสาขาวิชาเฉพาะคือHandbuch der Mechanik สามเล่ม ที่เขียนโดยฟรานซ์ โจเซฟ เกิร์สต์เนอร์นัก ฟิสิกส์และวิศวกรชาวเยอรมัน [ 8 ]ผลงานสำคัญชิ้นแรกเกี่ยวกับกลศาสตร์ประยุกต์ที่ตีพิมพ์เป็นภาษาอังกฤษคือ A Manual of Applied Mechanicsในปี 1858 โดยวิลเลียม แรนไคน์วิศวกร เครื่องกลชาวอังกฤษ [ 8 ] [ 9 ]ออกัสต์ เฟิปเปิลวิศวกรเครื่องกลและศาสตราจารย์ชาวเยอรมัน ได้ตีพิมพ์Vorlesungen über technische Mechanikในปี 1898 ซึ่งเขาได้นำแคลคูลัส มาใช้ ในการศึกษากลศาสตร์ประยุกต์[ 8 ]

กลศาสตร์ประยุกต์ได้รับการสถาปนาเป็นสาขาวิชาที่แยกจากกลศาสตร์คลาสสิกในช่วงต้นทศวรรษ 1920 ด้วยการตีพิมพ์วารสารคณิตศาสตร์และกลศาสตร์ประยุกต์การก่อตั้งสมาคมคณิตศาสตร์และกลศาสตร์ประยุกต์ และการประชุมครั้งแรกของสภาคองเกรสระหว่างประเทศด้านกลศาสตร์ประยุกต์ [ 1 ] ใน ปี 1921 นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรียRichard von Misesได้เริ่มวารสารคณิตศาสตร์และกลศาสตร์ประยุกต์ ( Zeitschrift für Angewante Mathematik und Mechanik ) และในปี 1922 ได้ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันLudwig Prandtlก่อตั้งสมาคมคณิตศาสตร์และกลศาสตร์ประยุกต์ ( Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik ) [ 1 ]ในระหว่างการประชุมเรื่องอุทกพลศาสตร์และอากาศพลศาสตร์ที่เมืองอินส์บรุค ประเทศออสเตรีย ในปี 1922 ธีโอดอร์ ฟอน คาร์มันวิศวกรชาวฮังการี และทุลลิโอ เลวี-ซีวิทานักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี ได้พบกันและตัดสินใจจัดการประชุมเกี่ยวกับกลศาสตร์ประยุกต์[ 1 ]ในปี 1924 การประชุมครั้งแรกของสภาคองเกรสระหว่างประเทศว่าด้วยกลศาสตร์ประยุกต์จัดขึ้นที่เมืองเดลฟท์ประเทศเนเธอร์แลนด์ โดยมีนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกเข้าร่วมมากกว่า 200 คน[ 1 ] [ 3 ] นับตั้งแต่การประชุมครั้งแรกนี้ สภาคองเกรสได้จัดขึ้นทุกสี่ปี ยกเว้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองชื่อของการประชุมได้เปลี่ยนเป็นสภาคองเกรสระหว่างประเทศว่าด้วยกลศาสตร์เชิงทฤษฎีและประยุกต์ในปี 1960 [ 1 ]

เนื่องจากสถานการณ์ทางการเมืองที่ไม่แน่นอนในยุโรปหลังสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและความวุ่นวายของสงครามโลกครั้งที่สอง นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวยุโรปจำนวนมากจึงอพยพไปยังสหรัฐอเมริกา[ 1 ]สเตฟาน ทิโมเชนโกวิศวกรชาวยูเครนหนีจาก กองทัพแดง บอลเชวิกในปี 1918 และในที่สุดก็อพยพไปยังสหรัฐอเมริกาในปี 1922 ตลอดระยะเวลา 22 ปีต่อมา เขาได้สอนกลศาสตร์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนและมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด [ 10 ] ทิโมเชนโกเป็นผู้เขียนตำรากลศาสตร์ประยุกต์ 13 เล่ม ซึ่งหลายเล่มถือเป็นมาตรฐานทองคำในสาขาของตน เขายังเป็นผู้ก่อตั้งแผนกกลศาสตร์ประยุกต์ของสมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกาในปี 1927 และได้รับการยกย่องว่าเป็น “บิดาแห่งกลศาสตร์วิศวกรรมของอเมริกา” [ 10 ]ในปี 1930 ธีโอดอร์ ฟอน คาร์มัน ออกจากเยอรมนีและกลายเป็นผู้อำนวยการคนแรกของห้องปฏิบัติการการบินที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย ต่อมา von Kármán ได้ร่วมก่อตั้งห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratoryในปี 1944 [ 1 ]ด้วยการนำของ Timoshenko และ von Kármán การหลั่งไหลของบุคลากรที่มีความสามารถจากยุโรป และการเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการบินและการป้องกันประเทศ กลศาสตร์ประยุกต์จึงกลายเป็นสาขาวิชาที่เติบโตเต็มที่ในสหรัฐอเมริกาภายในปี 1950 [ 1 ]

สาขา

พลวัต

พลศาสตร์ ซึ่งเป็นการศึกษาการเคลื่อนที่และการเคลื่อนไหวของวัตถุต่างๆ สามารถแบ่งออกเป็นสองสาขาย่อย ได้แก่จลนพลศาสตร์และพลศาสตร์เชิงแรง [ 4 ] สำหรับกลศาสตร์คลาสสิกจลนพลศาสตร์จะเป็นการวิเคราะห์วัตถุที่เคลื่อนที่โดยใช้เวลาความเร็วการกระจัดและความเร่ง [ 4 ]พลศาสตร์เชิงแรงจะเป็นการศึกษาวัตถุที่เคลื่อนที่โดยพิจารณาจากผลกระทบของแรงและมวล[ 4 ] ในบริบทของกลศาสตร์ของไหล พลศาสตร์ของไหลเกี่ยวข้องกับการไหลและการ อธิบายการเคลื่อนที่ของของไหลต่างๆ[ 4 ]

สถิตศาสตร์

การศึกษาสถิตศาสตร์คือการศึกษาและอธิบายวัตถุที่หยุดนิ่ง[ 4 ]การวิเคราะห์สถิตศาสตร์ในกลศาสตร์คลาสสิกสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ วัตถุที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้และวัตถุที่สามารถเปลี่ยนรูปได้[ 4 ]เมื่อศึกษาวัตถุที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้ จะมีการวิเคราะห์ถึงแรงที่กระทำต่อโครงสร้างแข็ง เมื่อศึกษาวัตถุที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ จะมีการตรวจสอบโครงสร้างและความแข็งแรงของวัสดุ[ 4 ]ในบริบทของกลศาสตร์ของไหล จะพิจารณาสถานะหยุดนิ่งของของไหลที่ไม่ได้รับผลกระทบจากความดัน[ 4 ]

ความสัมพันธ์กับกลศาสตร์คลาสสิก

กลศาสตร์ประยุกต์เป็นผลมาจากการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติของสาขาวิชาวิศวกรรม/กลศาสตร์ต่างๆ ดังที่แสดงในตารางด้านล่าง[ 4 ]

กลศาสตร์คลาสสิก /

กลศาสตร์ของไหล

สถิตศาสตร์ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้

ร่างกาย

ใช้ได้จริง

แอปพลิเคชัน

พลเรือน

วิศวกรรม

กลศาสตร์ประยุกต์
เปลี่ยนรูปได้

ร่างกาย

เครื่องกล

วิศวกรรม

พลวัตจลนศาสตร์อวกาศ

วิศวกรรม

จลนศาสตร์วัสดุ

วิศวกรรม

ตัวอย่าง

รากฐานแบบนิวตัน

กลศาสตร์เป็นหนึ่งในวิทยาศาสตร์แรกๆ ที่มีการพัฒนากรอบทฤษฎีอย่างเป็นระบบ โดยมีหนังสือ Principia ของเซอร์ไอแซค นิวตัน (ตีพิมพ์ในปี 1687) เป็นผู้บุกเบิก [ 3 ]กลยุทธ์ "แบ่งและปกครอง" ที่นิวตันพัฒนาขึ้นนั้นช่วยควบคุมการเคลื่อนที่และแบ่งออกเป็นพลศาสตร์หรือสถิตศาสตร์[ 3 ] กลยุทธ์ "แบ่งและปกครอง" ในการศึกษาพลศาสตร์และสถิตศาสตร์จะ ขึ้นอยู่กับประเภทของแรงประเภทของสสารและแรงภายนอกที่กระทำต่อสสารดังกล่าว[ 3 ]

หลักการของอาร์คิมีดีส

หลักการของอาร์คิมิดีสเป็นหลักการสำคัญที่มีข้อเสนอเชิงนิยามมากมายที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ของไหล ดังที่ระบุไว้ในข้อเสนอที่ 7 ของหลักการของอาร์คิมิดีส ของแข็งที่มีน้ำหนักมากกว่าของเหลวที่มันวางอยู่จะจมลงไปที่ก้นของของเหลว[ 11 ]หากชั่งน้ำหนักของแข็งภายในของเหลว น้ำหนักของของเหลวจะเบากว่าน้ำหนักของปริมาณของเหลวที่ถูกแทนที่โดยของแข็งดังกล่าว[ 11 ]พัฒนาต่อยอดโดยข้อเสนอที่ 5 หากของแข็งมีน้ำหนักเบากว่าของเหลวที่มันวางอยู่ ของแข็งจะต้องถูกจุ่มลงไปในของเหลวอย่างแรงเพื่อให้ถูกปกคลุมด้วยของเหลวทั้งหมด[ 11 ]น้ำหนักของปริมาณของเหลวที่ถูกแทนที่ก็จะเท่ากับน้ำหนักของของแข็ง[ 11 ]

หัวข้อหลัก

ส่วนนี้อ้างอิงจาก "AMR Subject Classification Scheme "จากวารสารApplied Mechanics Reviews [ 12 ]

รากฐานและวิธีการพื้นฐาน

พลศาสตร์และการสั่นสะเทือน

การควบคุมอัตโนมัติ

  • ทฤษฎีและการออกแบบระบบ
  • ระบบควบคุมที่เหมาะสมที่สุด
  • แอปพลิเคชันระบบและการควบคุม
  • หุ่นยนต์
  • การผลิต

Applications

Publications

  • Journal of Applied Mathematics and Mechanics
  • Newsletters of the Applied Mechanics Division
  • Journal of Applied Mechanics
  • Applied Mechanics Reviews
  • Applied Mechanics
  • Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics
  • Journal of Applied Mathematics and Mechanics (PMM)
  • Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik
  • Acta Mechanica Sinica

See also

Further reading

  • J.P. Den Hartog, Strength of Materials, Dover, New York, 1949.
  • F.P. Beer, E.R. Johnston, J.T. DeWolf, Mechanics of Materials, McGraw-Hill, New York, 1981.
  • S.P. Timoshenko, History of Strength of Materials, Dover, New York, 1953.
  • J.E. Gordon, The New Science of Strong Materials, Princeton, 1984.
  • H. Petroski, To Engineer Is Human, St. Martins, 1985.
  • TA McMahon และ JT Bonner, On Size and Life , Scientific American Library, WH Freeman, 1983.
  • เอ็มเอฟ แอชบี , การเลือกใช้วัสดุในการออกแบบ , เพอร์กามอน, 1992
  • เอ.เอช. คอตเทรลล์, คุณสมบัติเชิงกลของสสาร , ไวลีย์, นิวยอร์ก, 1964
  • SA Wainwright, WD Biggs, JD Organisms , Edward Arnold, 1976.
  • S. Vogel, กลศาสตร์ชีวภาพเปรียบเทียบ , พรินซ์ตัน, 2003.
  • J. Howard, กลไกการทำงานของโปรตีนมอเตอร์และโครงสร้างเซลล์ , Sinauer Associates, 2001
  • JL Meriam, LG Kraige. กลศาสตร์วิศวกรรม เล่ม 2: พลศาสตร์ , John Wiley & Sons, นิวยอร์ก, 1986.
  • JL Meriam, LG Kraige. กลศาสตร์วิศวกรรม เล่ม 1: สถิตศาสตร์ , John Wiley & Sons, นิวยอร์ก, 1986.
การบรรยายผ่านวิดีโอและเว็บ
  • วิดีโอการบรรยายและบันทึกย่อออนไลน์เกี่ยวกับกลศาสตร์วิศวกรรม
  • วิดีโอการบรรยายวิชากลศาสตร์ประยุกต์ โดย ศ.ส.ก. กุปตะ ภาควิชากลศาสตร์ประยุกต์ สถาบันเทคโนโลยีแห่งอินเดีย เดลี
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Applied_mechanics&oldid=1360612158 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ กลศาสตร์ประยุกต์

กลศาสตร์ประยุกต์เป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสสารใดๆ ที่มนุษย์สามารถสัมผัสหรือรับรู้ได้โดยไม่ต้องอาศัยเครื่องมือกล่าวโดยสรุป เมื่อ แนวคิด...

ภาพรวม

โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาทางวิศวกรรมจะได้รับการแก้ไขด้วยกลศาสตร์ประยุกต์โดยการประยุกต์ใช้ทฤษฎี กลศาสตร์คลาสสิก และ กลศาสตร์ของไหล [ 4 ] เนื่องจาก กลศาสตร์ประยุกต์สามารถนำไปใช้ในสาขาวิชาวิศวกรรม เช่น วิศวกรรมโยธา วิศวกรรม เครื่องกล วิศวกรรม การบิน และอวกาศ...

ประวัติโดยย่อ

วิทยาศาสตร์สาขาแรกที่มีพื้นฐานทางทฤษฎีมาจาก คณิตศาสตร์ คือ กลศาสตร์ หลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย ไอแซค นิวตัน ในหนังสือ Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ใน ปี 1687 [ 3 ] หนึ่งในผลงานแรกๆ...

พลวัต

พลศาสตร์ ซึ่งเป็นการศึกษาการเคลื่อนที่และการเคลื่อนไหวของวัตถุต่างๆ สามารถแบ่งออกเป็นสองสาขาย่อย ได้แก่จลนพลศาสตร์ และ พลศาสตร์ เชิงแรง [ 4 ] สำหรับ กลศาสตร์ คลาสสิก จลนพลศาสตร์จะเป็นการวิเคราะห์วัตถุที่เคลื่อนที่โดยใช้เวลา ความเร็ว การกระจัด และ ความเร่ง [ 4...