Selles blogipostituses uurime, miks kaks erinevat valdkonda, masinaehitus ja lennundustehnika, on ühendatud üheks akadeemiliseks distsipliiniks, mis põhineb ühisel „mehaanika” põhimõttel.
Mis tuleb meelde, kui kuulete nime „mehaanika- ja lennundustehnika osakond“? Üldiselt seostavad inimesed sõna „mehaanika“ robotite või autodega ning sõna „lennundustehnika“ lennukite või rakettidega. Autode ja lennukite vahel on raske leida ühist kujutist, välja arvatud see, et mõlemad on transpordivahendid. Sellisena on nende kahe osakonna vahel vähe sarnasusi. Seetõttu kipuvad inimesed nime „mehaanika- ja lennundustehnika“ kuuldes mõtlema kas „masinaehitusele“ või „lennundustehnikale“. Põhjus, miks kaks osakonda, millel näib olevat midagi ühist, on ühendatud üheks osakonnaks, on ilmselt see, et neil on oluline sarnasus, mis erineb üldisest arusaamast.
Mehaanika- ja lennundustehnika on inglise keeles kirjutatud kui „Mechanical & Aerospace Engineering”. Nagu näete, viitab nimi sellele, et see koosneb kahest akadeemilisest valdkonnast: mehaanika- ja lennundustehnika. Mehaanikatehnika on inglise keeles kirjutatud kui „Mechanical Engineering”. On lihtne arvata, et masinaehitus on koht, kus õpitakse asju valmistama nagu roboteid. Kui aga vaadata sõnu „mehaanika” ja „tehnika”, siis on näha, et see pole koht, kus õpitakse asju valmistama, vaid pigem koht, kus õpitakse liikumisprintsiipe, mis võimaldavad sellistel asjadel nagu robotid liikuda. Need liikumisprintsiibid ei ole lihtsalt lihtsad liigutused, vaid hõlmavad ka selliseid asju nagu energia ja soojuse voog.
Lennundustehnikat kirjutatakse inglise keeles kui „Aerospace Engineering“. Sõna „aerospace“ meenutab peamiselt lennukeid. Siiski võib „lennundustehnikat“ pidada kahe sõna „aero“ ja „space“ kombinatsiooniks. Need kaks sõna viitavad õhule ja kosmosele (või kosmosele). Neid sõnu vaadates võib lennundustehnikat pidada õhu uurimiseks ja kosmose uurimiseks.
Põhjus, miks liikumispõhimõtetega tegelev masinaehitus ja õhu ja kosmosetehnika on ühendatud ühte osakonda, saab aru õppekavast. Suurim erinevus masinaehituse ja lennunduse ning teiste insenerivaldkondade, näiteks keemiatehnika, biotehnoloogia, materjalitehnika ja arhitektuuritehnika vahel on mehaanika. Mehaanika liigitatakse üldiselt nelja põhikategooriasse. Need on termodünaamika, hüdraulika, tahkisemehaanika ja dünaamika. Tudengid saavad valida, millist neist neljast mehaanikatüübist õppida, kuid kõik mehaanika- ja lennundustehnika osakonna tudengid peavad õppima kõiki nelja.
Hiina hieroglüüfi hieroglüüfi hieroglüüf on „力学”, mis tähendab „jõu uurimist”. Inglise keeles kirjutatakse seda kui „mehaanika”. Sellel sõnal on sama tüvi mis masinaehituses kasutataval sõnal „mehaaniliselt”, mis viitab sellele, et mehaanika on liikumise põhimõtete uurimine. Termodünaamika uurib soojuse tekkimist ja ülekandumist. Vedelike mehaanika uurib, kuidas voolavad vedelikud teatud tingimustel voolavad ja millised on selle voolu mõjud. Tahkise mehaanika uurib, kuidas jõud mõjuvad tahketele ainetele palja silmaga nähtamatul viisil, sealhulgas kuidas jõud objektides jaotuvad, deformatsiooni ulatust ja millal toimub häving. Dünaamika uurib, kuidas objektid liiguvad üksteisega ühendatuna.
Ingliskeelne nimetus „mechanics” viitab sellele, et see on tihedalt seotud masinaehitusega. Lennunduse, mis hõlmab õhu ja kosmose tundmaõppimist, ning mehaanika vahel pole lihtne seost leida. Järgmised näited näitavad aga, et ka lennundustehnika on mehaanikaga tihedalt seotud.
Autod ja lennukid on vastavalt masinate ja lennunduse tüüpilised näited. Vaatame, kuidas mehaanikat nende kahe näite puhul rakendatakse. Nii autod kui ka lennukid saavad liikuda. Autodel ja lennukitel on liikumiseks jõuallikaks mootorid. Need mootorid kasutavad kuumutamisel paisumise omadust. Kuna nad kasutavad soojust, on nad tihedalt seotud termodünaamikaga.
Me ütlesime, et mootorid kasutavad ära omadust kuumutamisel paisuda ja paisuv aine on õhk, mis on vedelik. Mootori efektiivsus varieerub sõltuvalt sellest, kuidas õhk mootoris voolab, ja seda käsitletakse hüdraulika mehaanikas. Lisaks mootoritele liiguvad lennukid ja autod suurel kiirusel, mille juures nad kohtavad suurt õhutakistust. Hüdrodünaamika uurib, kuidas seda õhutakistust vähendada, et muuta liikumine tõhusamaks.
Nii autod kui ka lennukid on konstrueeritud kergekaalulisteks, et vähendada kütusekulu. Kergem ei ole aga alati parem. Seda seetõttu, et väga kerge materjali valmistamine tähendab selle õhemaks muutmist, mis võib tekitada ohutusprobleeme. Seetõttu kasutatakse tahkete materjalide mehaanika alaseid teadmisi ohutuse tagamiseks isegi õhemate materjalide puhul ehk teisisõnu, et luua konstruktsioon, mis on nii kerge kui ka tugev.
Lõpuks, vaadeldes valdkondi, kus dünaamikat rakendatakse, liiguvad nii autod kui ka lennukid. Autode ja eriti lennukite puhul on oluline mõista nende täpset liikumist reaalse töötamise ajal ja seda juhtida. Dünaamikat kasutatakse nende liikumiste mõistmiseks ja juhtimiseks. Nagu näete, mängib mehaanika väga olulist rolli nii masinaehituses kui ka lennunduses ning just selle ühisosa tõttu ühendati need kaks osakonda üheks teaduskonnaks.
Masinaehitusel ja lennundustehnikal on erinevad nimetused ja erinevad fookused. Neil on aga midagi ühist: mõlemad põhinevad mehaanika põhiprintsiipidel, mis uurivad objektide omaduste mehhanisme ja nende kasutamist. Seetõttu õpetatakse neid koos samas osakonnas.
Mehaanika- ja lennundustehnika osakonnas õpitav mehaanika ei ole pelgalt teooria, vaid olulised teadmised, mida rakendatakse erinevates valdkondades. Näiteks mehaanika- ja lennundustehnika mehaanikateadmisi kasutatakse taastuvenergia valdkonnas. Vedelikumehaanika ja tahkisemehaanika on olulised tuuleturbiinide projekteerimisel ja nende efektiivsuse parandamisel. Termodünaamika on oluline ka päikeseenergiat kasutavates süsteemides. Lisaks on masina- ja lennundustehnika üha olulisem kosmosetööstuses. Dünaamika ja mehaanika põhimõtteid rakendatakse kosmoselaevade projekteerimisel ja juhtimisel ning satelliitide orbiitide arvutamisel.
Kokkuvõtteks võib öelda, et masina- ja lennundustehnika osakond on koht, kus tudengid õpivad mehaanika põhimõtteid reaalsetes olukordades rakendama. Selle õppetöö käigus arendavad tudengid uuenduslikke tehnoloogiaid erinevates valdkondades ja omandavad võime panustada tuleviku tehnoloogilisse arengusse. On selge, et masina- ja lennundustehnika on õppevaldkond, mis ulatub kaugemale pelgalt masinatest ja lennundusest, mängides olulist rolli mitmesuguste inseneriprobleemide lahendamisel ja uute tehnoloogiate loomisel.
