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Kalkül, definiert als das mathematische Studium des Wandels, wurde im 17. Jahrhundert von Isaac Newton und Gottfried Wilhelm von Leibniz eigenständig entwickelt. Ingenieurwesen ist definiert als "der Beruf, in dem Kenntnisse der Mathematik und Naturwissenschaften, die durch Studium, Erfahrung und Praxis erworben wurden, mit Urteilsvermögen angewendet werden, um Wege zu entwickeln, um die Materialien und Kräfte der Natur zum Wohle der Menschheit wirtschaftlich zu nutzen." Einige Ingenieure verwenden direkt Kalkül in ihrer täglichen Praxis und andere Computerprogramme auf Kalkülbasis, die das Konstruktionsdesign vereinfachen. Zwei Berechnungsmethoden, Differenzierung und Integration, sind in der Ingenieurpraxis besonders nützlich und werden im Allgemeinen zur Optimierung bzw. Summierung verwendet.
Bauingenieurwesen
••• losmandarinas / iStock / Getty ImagesViele Aspekte des Bauingenieurwesens erfordern Kalkül. Erstens erfordert die Herleitung der Grundgleichungen der Strömungsmechanik einen Kalkül. Beispielsweise verwenden alle hydraulischen Analyseprogramme, die bei der Auslegung von Entwässerungs- und offenen Kanalsystemen helfen, numerische Berechnungsmethoden, um die Ergebnisse zu erhalten. In der Hydrologie wird das Volumen als die Fläche unter der Kurve eines Diagramms der Strömung gegen die Zeit berechnet und unter Verwendung von Kalkül erreicht.
Baustatik
In der Tragwerksplanung werden mit Hilfe der Analysis die Kräfte in komplexen Tragwerkskonfigurationen bestimmt. Die Strukturanalyse in Bezug auf die Erdbebenbemessung erfordert Kalkül. In einer Bodenstruktur werden die Tragfähigkeit und die Scherfestigkeit des Bodens unter Verwendung von Berechnungen berechnet, ebenso wie die Bestimmung des seitlichen Erddrucks und der Hangstabilität in komplexen Situationen.
Maschinenbau
Im Maschinenbau gibt es viele Beispiele für den Einsatz von Kalkül, wie die Berechnung der Oberfläche komplexer Objekte zur Bestimmung von Reibungskräften, die Auslegung einer Pumpe nach Fördermenge und Förderhöhe und die Berechnung der von einem Batteriesystem bereitgestellten Leistung. Das Newtonsche Gesetz der Kühlung ist eine maßgebliche Differentialgleichung im HLK-Design, deren Lösung eine Integration erfordert.
Raumfahrttechnik
Zahlreiche Beispiele für den Einsatz von Analysis finden sich in der Luft- und Raumfahrttechnik. Der mit der idealen Raketengleichung berechnete zeitliche Schub ist eine Anwendung der Analysis. Die Analyse von Raketen, die in Stufen funktionieren, erfordert ebenso Berechnungen wie die Gravitationsmodellierung über Zeit und Raum. Nahezu alle physikalischen Modelle, insbesondere die der Astronomie und komplexer Systeme, verwenden eine Form von Analysis.