11 типов инженерных формул, которые стоит освоить для вашей карьеры

Опубликовано 6 июня 2022 г.

Инженеры изучают множество типов уравнений и формул, которые помогают им добиться успеха в своей карьере. От расчета силы и напряжения до оценки теплового излучения и даже финансовых показателей, профессионалы в области инженерии полагаются на конкретные формулы при планировании и разработке продуктов, систем и процессов. Если вы подумываете о карьере инженера, важно развивать свои навыки работы с обычными математическими функциями.

В этой статье мы исследуем, что такое инженерные формулы и некоторые уравнения, с которыми вы, вероятно, столкнетесь как инженер.

Что такое инженерные формулы?

Инженерные формулы — это математические вычисления, которые профессионалы используют для оценки и понимания приложений, которые они проектируют и создают. В области проектирования вы можете столкнуться с множеством различных формул, которые необходимы для решения технических задач и обеспечения успеха проектов. Хотя формулы могут быть уравнениями, между ними есть некоторые различия:

Уравнения

Уравнения по определению — это математические операторы, которые устанавливают два выражения равными друг другу. Однако, в отличие от формул, уравнения часто содержат больше известных переменных, что делает их полезными для многих типов приложений. Кроме того, вы можете более свободно корректировать уравнения на основе используемых вами входных данных, и вы можете применять эти вычисления в любой области техники, которая требует математической оценки.

Формулы

Формула — это тип уравнения, для решения которого следует стандартный набор процедур. При решении формул вы обычно ищете больше неизвестных значений, которые зависят от определенных параметров, таких как постоянные и зависимые переменные. Кроме того, формулы представляют отношения между переменными, которые вы вычисляете, и часто специфичны для отдельных приложений. Например, формула тепловой конвекции специфична для теплопередачи и охлаждения, поэтому инженер-программист вряд ли будет использовать ее вычисления в своей работе.

11 общих инженерных формул

Рассмотрим следующие формулы, которые инженеры применяют в приложениях в механике, финансах, аэрокосмической, гражданской и структурной областях:

1. Теорема Пифагора

Теорема Пифагора измеряет гипотенузу прямоугольного треугольника, чтобы определить длину диагонали по отношению к углу 90 градусов. Формула гласит, что a² + b² = c², где вы сложите квадраты двух сторон, образующих прямой угол (a² и b²), чтобы получить квадрат диагонали (c²). Эта формула распространена в гражданском и структурном строительстве, где архитекторы, проектировщики и строители могут применять ее для определения длины диагонали различных объектов инфраструктуры, таких как здания, мосты и дороги.

2. Закон относительности

Закон общей относительности Альберта Эйнштейна служит основой для многих математических приложений в аэрокосмической технике и дизайне. Формула утверждает, что наблюдательные эффекты гравитации между массами возникают из-за искривления массами пространства-времени вокруг них. Эта теория полезна для понимания того, как гравитация и электромагнетизм влияют на движущиеся тела в космосе, на что полагаются многие инженеры, работающие в аэрокосмической отрасли, для тестирования и обеспечения эффективности своих разработок.

В теории Эйнштейна есть формула для расчета общей теории относительности относительно энергии, массы и скорости, с которой свет распространяется в пространстве. Уравнение E = mc² представляет собой энергию (e), которую конкретное тело проявляет в пространстве в форме электромагнетизма. Вы можете определить эту энергию, умножив массу тела (m) на квадрат скорости света (c), которая является постоянной величиной.

3. Модуль упругости Юнга.

Модуль Юнга измеряет способность материала выдерживать продольное сжатие и растяжение, которые вызывают изменения длины материала. Эта инженерная концепция связана с эластичностью и равна отношению между продольным напряжением и деформацией материала. Многие инженеры применяют эту формулу для завершения строительных проектов, проектирования и создания машин, оборудования и сложных систем для производства.

Инженеры-профессионалы в аэрокосмической и оборонной промышленности также могут работать с модулем Юнга для определения жизнеспособных конструкций самолетов, механических компонентов, космических кораблей, спутников и приложений военной обороны. Уравнение для модуля Юнга: E = σ / ε = (F/A) / (изменение L / начальное L) = (FL / A x изменение L), где σ — напряжение, ε — деформация, F — сила, A – площадь поверхности материала, прилагающего силу, L – начальная длина, а изменение L представляет собой положительное или отрицательное значение сжатия или растяжения материала.

4. Крутящий момент

Крутящий момент является важным измерением, которое многие инженеры и специалисты по автомобильному дизайну применяют при разработке механических систем, деталей и компонентов. Крутящий момент системы относится к крутящей силе, которая вызывает вращение вдоль точки оси. Формула для расчета крутящего момента: T = F xrx sin(θ), где F представляет собой линейную силу, r представляет собой расстояние между осью вращения и точкой приложения силы, а тета (θ) представляет собой угол между силой и точкой вращения. Эта математическая концепция является неотъемлемой частью определения того, как центробежная сила влияет на движущиеся объекты.

5. Ускорение

Ускорение измеряет изменение скорости по отношению к изменению времени. Уравнение для ускорения: a = изменение v / изменение t, где v представляет собой скорость, а t обозначает значение времени. Это позволяет инженерам оценить, насколько быстро изменяется скорость при подстановке конкретных значений времени для переменной t. Инженеры полагаются на вычисления, включающие ускорение и относительную скорость, в приложениях, начиная от ракетной механики и автомобильного дизайна и заканчивая научными приложениями, такими как климатология и экологическая инженерия.

6. Скорость

Скорость движущегося объекта — это вектор, который измеряет смещение по отношению к изменению во времени и использует уравнение v = изменение s / изменение t. Изменение s представляет собой скорость, с которой движется объект, а изменение t представляет собой отношение между начальным временем и значением времени в момент его измерения. Подобно ускорению, скорость — это научная и математическая концепция, которую инженеры учитывают при проектировании различных механических систем, таких как автомобили, самолеты и военное оборонное оборудование.

7. Сила

Сила представляет собой один из законов движения Исаака Ньютона и измеряет силу, которую объект оказывает по отношению к массе объекта и скорости ускорения. Чтобы рассчитать силу, вы можете использовать уравнение F = mxa, где масса объекта (m) умножается на ускорение (a) для приложения силы (F). Эта формула является еще одним важным вычислением, которое инженеры-профессионалы могут использовать для определения силы, которую объект вырабатывает при различных скоростях ускорения.

Связанный:

8. Стресс

Напряжение измеряет внутреннюю силу объекта по отношению к площади поперечного сечения, в которой находится объект. Измерение точки напряжения конструкции имеет решающее значение для целостности многих типов конструкций, включая здания, мосты, дороги и механические системы и компоненты. Инженеры оценивают напряжение по формуле s = F/A, где s — значение напряжения, F — сила, а A — площадь поверхности поперечного сечения. Кроме того, понимание напряжения имеет решающее значение для оценки максимальной нагрузки, которую материал может выдержать до разрушения.

9. Сложные проценты

Сложный процент может быть важным показателем для расчета в области продаж, логистики и управления цепочками поставок. Хотя сложные проценты обычно применимы только в финансовых ситуациях, экономисты и инженеры по данным могут также применять эту формулу при прогнозировании затрат, анализе экономических данных и принятии финансовых решений, влияющих на всю организацию.

Чтобы рассчитать сложные проценты, вы можете использовать формулу P (1 + r/n)(nt) – P, где P — основная сумма долга, r — процентная ставка, n — количество начислений процентов за каждый период, а t представляет время в годах, когда вы применяете сложные проценты. Для расчета будущей стоимости основного долга можно использовать формулу A = P (1 + r/n)(nt).

10. Тепловые потери

Потеря тепла описывает скорость, с которой объект охлаждается, и может происходить за счет теплового излучения или теплопроводности. В то время как тепловая конвекция измеряет скорость теплопередачи между областями, тепловое излучение и теплопроводность описывают процесс быстрого охлаждения. Специалисты в области механики, авиации, аэрокосмической, химической и ядерной инженерии могут регулярно применять формулы тепловых потерь при выполнении проектных работ, поскольку многие из этих типов приложений основаны на оценке тепловых потерь и передачи энергии. Формула для потерь тепла за счет теплового излучения: p = eoA(T⁴ – Tc⁴).

В этой формуле p представляет чистое излучение объекта, e представляет собой коэффициент излучения объекта, o представляет собой константу закона Стефана-Больцмана, T представляет собой температуру излучающего объекта, а Tc представляет окружающую температуру. Потери тепла за счет теплопроводности используют формулу Q / t = [kA(T2 – T1)] / d, где Q — количество тепла, передаваемого за время