Sisältö
Isaac Newton ja Gottfried Wilhelm von Leibniz kehittivät itsenäisesti muutoksen matemaattiseksi tutkimukseksi määritellyn kalkuluksen 1700-luvulla. Suunnittelu määritellään "ammatinksi, jolla opiskelusta, kokemuksesta ja käytännöstä saatuja matemaattisten ja luonnontieteellisten tieteiden tietoja käytetään harkiten kehittämään tapoja hyödyntää taloudellisesti luonnon materiaaleja ja voimia ihmiskunnan hyödyksi". Jotkut insinöörit käyttävät suoraan laskutoimitusta päivittäisessä käytännössään ja toiset käyttävät laskentaan perustuvia tietokoneohjelmia, jotka yksinkertaistavat suunnittelua. Kaksi laskentamenetelmää, erottelu ja integraatio, ovat erityisen hyödyllisiä tekniikan käytännössä, ja niitä käytetään yleensä vastaavasti optimointiin ja summaukseen.
Maa- ja vesirakentaminen
••• losmandarinas / iStock / Getty ImagesMonet maa- ja vesirakennuksen näkökohdat vaativat laskennan. Ensinnäkin nestemekaanisten perusyhtälöiden johdannainen vaatii laskennan. Esimerkiksi kaikki hydrauliset analyysiohjelmat, jotka auttavat myrskyn tyhjennys- ja avoin kanavajärjestelmien suunnittelussa, käyttävät laskennallisia numeerisia menetelmiä tulosten saamiseksi. Hydrologiassa tilavuus lasketaan virtauskaavion käyrän alla olevana pinta-alana ja saadaan aikaan laskennalla.
Rakennesuunnittelu
Rakennesuunnittelussa laskua käytetään määrittämään voimat rakenneosien monimutkaisissa kokoonpanoissa. Seismisen suunnittelun rakenneanalyysi vaatii laskennan. Maaperän rakenneosassa lasketaan maaperän kantokyky ja leikkauslujuus laskennalla, samoin kuin määritetään sivupintapaine ja kaltevuusvakaus monimutkaisissa tilanteissa.
Mekaaninen suunnittelu
Monia esimerkkejä laskennan käytöstä löytyy konepajateollisuudesta, kuten monimutkaisten esineiden pinta-alan laskemisesta kitkavoimien määrittämiseksi, pumpun suunnittelemiseksi virtausnopeuden ja pään mukaan ja akkujärjestelmän tuottaman tehon laskemiseksi. Newtonin jäähdytyslaki on LVI-suunnittelun hallitseva differentiaaliyhtälö, joka vaatii integroinnin ratkaisemiseksi.
Ilmailu- ja avaruustekniikka
Lentomäärän suunnittelusta löytyy lukuisia esimerkkejä laskennan käytöstä. Ihanteellisella rakettiyhtälöllä laskettu työntövoima ajan myötä on laskennan sovellus. Vaiheittain toimivien rakettien analysointi vaatii myös laskennan, samoin kuin gravitaation mallintaminen ajan ja tilan suhteen. Lähes kaikissa fysiikan malleissa, erityisesti tähtitieteen ja monimutkaisten järjestelmien malleissa, käytetään jonkinlaista laskentamuotoa.