過幾天要回母校介紹機械系，順便寫一篇介紹文放到板上 @@" 前言 機械系，到大三下的感想是：1.涉獵的範圍太廣，要學的東西太多了... 2.女生好少 Q口Q 我也不知道寫得多詳細才夠，所以只對各組重點科目稍作介紹。 礙於文字與篇幅，不想寫得太長太難懂。 可能還是有些地方沒講得很清楚，有問題歡迎推文或站內信討論。 主要還是介紹中正機械的狀況 特別感謝：馮國華教授、學長kula18、同學延昇 & leor4 & linsowu & js85038 寫這篇遇到很多問題，還好可以跟他們討論，不然可能沒這麼順利 心得 1.機械系大概會用到哪些東西? (1)數學：向量、三角函數、代數 在大學部比較難難遇到的，應該是排列組合、機率、統計、幾何這些吧 (2)物理：大部分都是力學(ex.靜力、動力、流力、...) (不用解很難的題目，紮實的基礎就足以應付大學的課程了) 2.機械系就業? 系上教授都會說自己這個領域多好，別系的教授應該也會這樣說吧 我覺得現在不能以就業來做為選系依據，如果不喜歡這東西會做得很辛苦 況且，不是大學四年而已，而可能是未來二十年都要跟這些東西相處 每個領域都有自己的難處，還是挑自己喜歡的吧。 前幾天跟一個牙醫聊天，再想想以前讀書的經驗，歸納出這樣的想法 越末端的科學，理解較少，背誦較多。 末端的科學，像是醫學相關的知識 相對來說，基礎科學比較需要理解，物理系那些就是基礎科學，很硬 機械系所學，比較偏向基礎科學 固力組 1.靜力學 這門課目前開在大一上。 靜力學前半部分承接高中物理，大概就在求物體靜止狀態時的受力 ex.以下面這個圖來說 100公斤的機車在1條100公尺長的橋，在四分之一、二分之一時，橋墩的受力各是多少？ http://tinyurl.com/cp9dvs 因為橋是靜止不動的，再利用合力為0，以及合力矩為0，就能求出個橋墩受力。 接著，會教你去算一些結構(ex.橋梁、屋頂、...)所承受的力 橋梁結構:可以計算其中一支連桿的受力，可能是壓力也可能是拉力 http://www.johnweeks.com/bridges/rrpics/hastingsrr51.jpg 最後還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)與力矩(M)分布的趨勢,劃出V-x圖與M-x圖 http://www.mdsolids.com/screenshots/beamdiagram.gif 這個部分在大二的材料力學會再用到 總結:ΣF =0 ,ΣM=0 這兩個式子貫穿了整個靜力學 2.動力學 靜力學:各軸向的ΣF = 0,ΣM=0 而動力學 是在各個軸向的ΣF = ma,ΣM = r×F 但跟高中物理的動力學不一樣的是 機械系的動力學 會用到一些微分與積分 還有利用xyz以外的座標解題 ex.圓柱座標-雲霄飛車問題 ,球座標-衛星運動問題 3.材料力學 材力可以說是靜力的延伸 但分析的對象是材料內部(ex.某一截面) 主要還是用ΣF=0 ,ΣM=0這兩個式子的概念 但跟靜力學有很大差異的是： 靜力學將物體視為剛體(rigid body)，受力不會產生形變。 材力則將物體視為彈性體，受力後會產生一定的形變量。 當物體受到一定程度內(未超過降伏點)的拉力 仍保持彈性體 http://tinyurl.com/6kctrd5 (移除外力後 物體會恢復原形) 等超過降伏點之後 物體的變形就算塑性變形(移除外力後 物體不會恢復原形) 除此之外，還有材料受到扭矩(像擰毛巾那樣的施力方式)、彎折(像是折筷子那樣) 探討材料內部的狀況(ex.應力分布、變形量、...) 自控組 1.電工學 就是..高中的電學再延伸 像是克希荷夫定律 不同的地方在於 電路學還多了電感(inductance) 把電阻 電容 電感這三種元件組合起來 可以應用在某些地方 像是濾波器 只讓特定頻率的訊號通過 還會介紹一些電子元件,像是二極體(可以用來整流) 2.自動控制 最常見的例子:像是室內空調系統 系統不斷被干擾(ex.開窗,在室內煮火鍋)的狀況下 為了保持在固定溫度，空調系統還是會對這些干擾做出反應(降溫或升溫) 而在航太工程，自動控制顯得特別重要 因為在探索外太空，人通常無法親自操作這些儀器 大概會用到線性代數(矩陣)、複數函數、拉普拉斯轉換、還有微分方程式 也會用一些方法來判斷系統是否穩定 (ex.Routh Hurwitz, Nyquist) 熱流組 1.熱力學 熱力學這門課主要是在探討能量轉換。 像是機車引擎，將燃燒汽油產生的的熱(Heat)轉為功(Work)的過程，即是熱力學的範疇。 熱力學有四個定律 而機械系比較注重在第一及第二定律 其中第一定律即能量守衡，第二定律則可用來判別熱力學過程的方向性。 任何反應都需要遵守第一、第二定律，如有違背，就不可能發生。 除了熱力學定律以外，還會教你如何看相圖(Phase Diagram) 在高中應該有學過P-T相圖　http://img145.imageshack.us/i/h2ophaseis2.gif/sr=1 在熱力學會加入比容(m^3 / kg)與P-T的關係，下面那就是三維的P-v-T相圖 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Diag_phase_PVT.png 有了熱力學定律跟相圖，就能更進一步探討各種熱力學循環 像機車的四行程引擎，也是一種循環，完成一個循環需要四個步驟 或者，冷氣及冰箱那種冷凍循環，也是熱力學可以探討的範疇 2.熱傳學 熱傳學 熱傳學為探討不同物體間，因溫度差異，造成能量傳遞之科學。 熱力學 熱力學是研究熱力系統在兩個平衡狀態下，與外界交換能量之總量(熱力學第一定律) 功與熱能 以及系統在此二平衡狀態之反應方向(熱力學第二定律)。 舉例: 把一熱鐵球放到水桶裡 熱力學只能計算其反應結束後輸出或輸入多少能量，及其平衡溫度 但熱傳學可以求其某一瞬間的溫度分布，以及其冷卻時間 故需熱傳學來彌補熱力學之不足部分。 3.流體力學 流體與固體的分別在於： 受到剪應力，移除外力後，流體不會恢復原形，但固體會恢復原形 (固體需在彈性限度內，才可能恢復原形) 流體靜力學 這個部分跟高中物理比較有關係 流體靜力學主要在探討：靜止流體造成的壓力跟浮力 靜止流體造成的壓力，像是大家以前學過的利用水銀柱高量測大氣壓，就是這部份的應用 除此之外，也會各種水利工程(像是水壩、水庫) http://img43.imageshack.us/i/pressure.png/ 上面這張圖，可以把他想像成一個水庫的剖面 這樣就能計算在多少深度的時候，需要多少強度的結構才能承受水壓力 流體動力學 http://upload.wikimedia.org/math/6/1/a/61a840e7e6b25040825c61fd519756ae.png 上面這個式子就是白努力方程式在一些特殊條件下的統馭方程式 包含了位能、動能、壓力能守恆的關係 http://tinyurl.com/4r2w2x9 以上面這張照片來說，右邊水位較低是因為壓力較大，壓力大的代價是速度較慢 相對來說，流體到左管上方時的流速就比較快了，但壓力較小。 設計製造組 1.機構學 連桿機構 主要就是由這樣的四個桿件(下左圖)，組合起來(下右圖) http://www.cs.cmu.edu/~rapidproto/mechanisms/figures/doit4bar.gif 像這種最簡單連桿機構(四連桿機構) 如果在各桿件長度不同的情況下 就可以有很多變化 https://www.youtube.com/watch?v=ktItVTjNsS4&NR=1 https://www.youtube.com/watch?v=YJj_VKNzJnQ&feature=related 而機構學在這邊 就是計算主動件跟從動件的運動關係(角度 角速度 角加速度 急跳度) 不同長度組成不同類型的機構 可以用在不同的地方 生活中常見的機構應用 像是機車的懸吊系統就是其中之一 凸輪 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Nockenwelle_ani.gif 計算凸輪轉動角度 跟從動件(直桿)的運動關係 凸輪轉動θ度的時候 => 求從動件的運動位移 速度 加速度 2.機械設計 求結構各部位的負荷及壽命 像是腳踏車踏板壽命(可以承受幾次的踩踏力量?) 在一般構件上的話,這些數學都算相對簡單的 如果對象是齒輪,那需要的數學比較複雜 此外,有電腦輔助設計/製造,讓設計/製造變得簡單一點 以設計來說 最常用的就是ANSYS 將對象許多小塊 對各細部進行負荷 變形的分析(有限元素法) https://www.youtube.com/watch?v=NQVuPQCNRaA&feature=related https://www.youtube.com/watch?v=LQmoSQuMQ9E&feature=related 學習這套軟體不難 難的是其中的原理 3.機械製造 各種機械構件設計好了就是要生產，所以有機械製造這門學問。 會提到一些材料的東西(有一部分跟材料力學重複，應變、應力、...)，還有生產程序 再來就是各種大量製造產品的方法。 製造方法有很多，對於不同的工件需要不同的方法 如果想做成長條狀的，可以用這種Rolling的方法，壓成想要的形狀 https://www.youtube.com/watch?v=44XD5mZoM_0&feature=related#t=2m32 如果有大量相同形狀，就可以用壓鑄法(Die Casting) https://www.youtube.com/watch?v=1AgDGLNE6Es&feature=relmfu#t=0m55 雖然有一些優點，像是高強度、可快速大量製造等，但這受限於低熔點金屬、與形狀限制 或是像這種脫臘鑄造 https://www.youtube.com/watch?v=7fPnovSJhZM 可以鑄造形狀複雜的工件，而且精度高，臘又可以回收，但製造程序很複雜且昂貴 所以，每種方法都有其優缺點。 --

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