过几天要回母校介绍机械系，顺便写一篇介绍文放到板上 @@" 前言 机械系，到大三下的感想是：1.涉猎的范围太广，要学的东西太多了... 2.女生好少 Q口Q 我也不知道写得多详细才够，所以只对各组重点科目稍作介绍。 碍於文字与篇幅，不想写得太长太难懂。 可能还是有些地方没讲得很清楚，有问题欢迎推文或站内信讨论。 主要还是介绍中正机械的状况 特别感谢：冯国华教授、学长kula18、同学延昇 & leor4 & linsowu & js85038 写这篇遇到很多问题，还好可以跟他们讨论，不然可能没这麽顺利 心得 1.机械系大概会用到哪些东西? (1)数学：向量、三角函数、代数 在大学部比较难难遇到的，应该是排列组合、机率、统计、几何这些吧 (2)物理：大部分都是力学(ex.静力、动力、流力、...) (不用解很难的题目，紮实的基础就足以应付大学的课程了) 2.机械系就业? 系上教授都会说自己这个领域多好，别系的教授应该也会这样说吧 我觉得现在不能以就业来做为选系依据，如果不喜欢这东西会做得很辛苦 况且，不是大学四年而已，而可能是未来二十年都要跟这些东西相处 每个领域都有自己的难处，还是挑自己喜欢的吧。 前几天跟一个牙医聊天，再想想以前读书的经验，归纳出这样的想法 越末端的科学，理解较少，背诵较多。 末端的科学，像是医学相关的知识 相对来说，基础科学比较需要理解，物理系那些就是基础科学，很硬 机械系所学，比较偏向基础科学 固力组 1.静力学 这门课目前开在大一上。 静力学前半部分承接高中物理，大概就在求物体静止状态时的受力 ex.以下面这个图来说 100公斤的机车在1条100公尺长的桥，在四分之一、二分之一时，桥墩的受力各是多少？ http://tinyurl.com/cp9dvs 因为桥是静止不动的，再利用合力为0，以及合力矩为0，就能求出个桥墩受力。 接着，会教你去算一些结构(ex.桥梁、屋顶、...)所承受的力 桥梁结构:可以计算其中一支连杆的受力，可能是压力也可能是拉力 http://www.johnweeks.com/bridges/rrpics/hastingsrr51.jpg 最後还有材料某一截面的剪力(V)&正向力(N)&力矩(M) http://www.fao.org/docrep/s1250e/S1250E3A.GIF 可以求出剪力(V)与力矩(M)分布的趋势,划出V-x图与M-x图 http://www.mdsolids.com/screenshots/beamdiagram.gif 这个部分在大二的材料力学会再用到 总结:ΣF =0 ,ΣM=0 这两个式子贯穿了整个静力学 2.动力学 静力学:各轴向的ΣF = 0,ΣM=0 而动力学 是在各个轴向的ΣF = ma,ΣM = r×F 但跟高中物理的动力学不一样的是 机械系的动力学 会用到一些微分与积分 还有利用xyz以外的座标解题 ex.圆柱座标-云霄飞车问题 ,球座标-卫星运动问题 3.材料力学 材力可以说是静力的延伸 但分析的对象是材料内部(ex.某一截面) 主要还是用ΣF=0 ,ΣM=0这两个式子的概念 但跟静力学有很大差异的是： 静力学将物体视为刚体(rigid body)，受力不会产生形变。 材力则将物体视为弹性体，受力後会产生一定的形变量。 当物体受到一定程度内(未超过降伏点)的拉力 仍保持弹性体 http://tinyurl.com/6kctrd5 (移除外力後 物体会恢复原形) 等超过降伏点之後 物体的变形就算塑性变形(移除外力後 物体不会恢复原形) 除此之外，还有材料受到扭矩(像拧毛巾那样的施力方式)、弯折(像是折筷子那样) 探讨材料内部的状况(ex.应力分布、变形量、...) 自控组 1.电工学 就是..高中的电学再延伸 像是克希荷夫定律 不同的地方在於 电路学还多了电感(inductance) 把电阻 电容 电感这三种元件组合起来 可以应用在某些地方 像是滤波器 只让特定频率的讯号通过 还会介绍一些电子元件,像是二极体(可以用来整流) 2.自动控制 最常见的例子:像是室内空调系统 系统不断被干扰(ex.开窗,在室内煮火锅)的状况下 为了保持在固定温度，空调系统还是会对这些干扰做出反应(降温或升温) 而在航太工程，自动控制显得特别重要 因为在探索外太空，人通常无法亲自操作这些仪器 大概会用到线性代数(矩阵)、复数函数、拉普拉斯转换、还有微分方程式 也会用一些方法来判断系统是否稳定 (ex.Routh Hurwitz, Nyquist) 热流组 1.热力学 热力学这门课主要是在探讨能量转换。 像是机车引擎，将燃烧汽油产生的的热(Heat)转为功(Work)的过程，即是热力学的范畴。 热力学有四个定律 而机械系比较注重在第一及第二定律 其中第一定律即能量守衡，第二定律则可用来判别热力学过程的方向性。 任何反应都需要遵守第一、第二定律，如有违背，就不可能发生。 除了热力学定律以外，还会教你如何看相图(Phase Diagram) 在高中应该有学过P-T相图　http://img145.imageshack.us/i/h2ophaseis2.gif/sr=1 在热力学会加入比容(m^3 / kg)与P-T的关系，下面那就是三维的P-v-T相图 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Diag_phase_PVT.png 有了热力学定律跟相图，就能更进一步探讨各种热力学循环 像机车的四行程引擎，也是一种循环，完成一个循环需要四个步骤 或者，冷气及冰箱那种冷冻循环，也是热力学可以探讨的范畴 2.热传学 热传学 热传学为探讨不同物体间，因温度差异，造成能量传递之科学。 热力学 热力学是研究热力系统在两个平衡状态下，与外界交换能量之总量(热力学第一定律) 功与热能 以及系统在此二平衡状态之反应方向(热力学第二定律)。 举例: 把一热铁球放到水桶里 热力学只能计算其反应结束後输出或输入多少能量，及其平衡温度 但热传学可以求其某一瞬间的温度分布，以及其冷却时间 故需热传学来弥补热力学之不足部分。 3.流体力学 流体与固体的分别在於： 受到剪应力，移除外力後，流体不会恢复原形，但固体会恢复原形 (固体需在弹性限度内，才可能恢复原形) 流体静力学 这个部分跟高中物理比较有关系 流体静力学主要在探讨：静止流体造成的压力跟浮力 静止流体造成的压力，像是大家以前学过的利用水银柱高量测大气压，就是这部份的应用 除此之外，也会各种水利工程(像是水坝、水库) http://img43.imageshack.us/i/pressure.png/ 上面这张图，可以把他想像成一个水库的剖面 这样就能计算在多少深度的时候，需要多少强度的结构才能承受水压力 流体动力学 http://upload.wikimedia.org/math/6/1/a/61a840e7e6b25040825c61fd519756ae.png 上面这个式子就是白努力方程式在一些特殊条件下的统驭方程式 包含了位能、动能、压力能守恒的关系 http://tinyurl.com/4r2w2x9 以上面这张照片来说，右边水位较低是因为压力较大，压力大的代价是速度较慢 相对来说，流体到左管上方时的流速就比较快了，但压力较小。 设计制造组 1.机构学 连杆机构 主要就是由这样的四个杆件(下左图)，组合起来(下右图) http://www.cs.cmu.edu/~rapidproto/mechanisms/figures/doit4bar.gif 像这种最简单连杆机构(四连杆机构) 如果在各杆件长度不同的情况下 就可以有很多变化 https://www.youtube.com/watch?v=ktItVTjNsS4&NR=1 https://www.youtube.com/watch?v=YJj_VKNzJnQ&feature=related 而机构学在这边 就是计算主动件跟从动件的运动关系(角度 角速度 角加速度 急跳度) 不同长度组成不同类型的机构 可以用在不同的地方 生活中常见的机构应用 像是机车的悬吊系统就是其中之一 凸轮 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Nockenwelle_ani.gif 计算凸轮转动角度 跟从动件(直杆)的运动关系 凸轮转动θ度的时候 => 求从动件的运动位移 速度 加速度 2.机械设计 求结构各部位的负荷及寿命 像是脚踏车踏板寿命(可以承受几次的踩踏力量?) 在一般构件上的话,这些数学都算相对简单的 如果对象是齿轮,那需要的数学比较复杂 此外,有电脑辅助设计/制造,让设计/制造变得简单一点 以设计来说 最常用的就是ANSYS 将对象许多小块 对各细部进行负荷 变形的分析(有限元素法) https://www.youtube.com/watch?v=NQVuPQCNRaA&feature=related https://www.youtube.com/watch?v=LQmoSQuMQ9E&feature=related 学习这套软体不难 难的是其中的原理 3.机械制造 各种机械构件设计好了就是要生产，所以有机械制造这门学问。 会提到一些材料的东西(有一部分跟材料力学重复，应变、应力、...)，还有生产程序 再来就是各种大量制造产品的方法。 制造方法有很多，对於不同的工件需要不同的方法 如果想做成长条状的，可以用这种Rolling的方法，压成想要的形状 https://www.youtube.com/watch?v=44XD5mZoM_0&feature=related#t=2m32 如果有大量相同形状，就可以用压铸法(Die Casting) https://www.youtube.com/watch?v=1AgDGLNE6Es&feature=relmfu#t=0m55 虽然有一些优点，像是高强度、可快速大量制造等，但这受限於低熔点金属、与形状限制 或是像这种脱腊铸造 https://www.youtube.com/watch?v=7fPnovSJhZM 可以铸造形状复杂的工件，而且精度高，腊又可以回收，但制造程序很复杂且昂贵 所以，每种方法都有其优缺点。 --

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