آموزش و تولید محتوای الکترونیکی دروس
دنیای پیرامون ما (فیزیک)آموزش و تولید محتوای الکترونیکی دروس
دنیای پیرامون ما (فیزیک)مهندسی پزشکی ، گرایش بیو مکانیک چیست ؟
مهندسی پزشکی ، گرایش بیو مکانیک چیست ؟
بیو مکانیک در واقع کاربرد علم مکانیک در بیولوژی ( زیست شناسی ) می باشد در بیو مکانیک ، هدف درک مکانیزم سیستمهای زنده است . در مورد یک اورگانیزم ، علم بیو مکانیک کمک به درک عملکرد طبیعی آن ، تخمین تغییرات در اورگانیزم و پیشنهاد روشهای مصنوعی در مورد آن می نماید .
کاربرد مهندسی پزشکی ، گرایش بیو مکانیک چیست ؟
مهندس پزشکی ، گرایش بیو مکانیک توانایی طراحی و ساخت ایمپلنت ها ، اورتز ها و پروتزهای مناسب و سازگار با بدن موجود زنده را دارد (که ایمپلنت ، اورتز و پروتز از مواد کاشتنی در بدن است مثل اعضای مصنوعی ) البته بخشی از این گرایش مربوط به طراحی و توسعه دستگاههای توانبخشی درمانی و شیوه های استفاده از آنها می باشد .
دانشجویان بیو مکانیک در مدت کارشناسی با چه مفاهیمی آشنا می شوند ؟
دانشجویان مشغول به تحصیل در این رشته ، همانند دیگر رشته های مهندسی ، پس از گذراندن ریاضیات و فیزیک پایه با مسائل مطرح در علم مکانیک مانند ترمودینامیک ، حرارت و جرم و روشهای کامپیوتری بررسی این قوانین در موجودات زنده آشنا می شوند .
محیط کار مهندس پزشکی به چه صورت است ؟
امروزه تجهیزات پزشکی بکار رفته در دنیا از تکنولوژی بسیار پیشرفته ای برخوردار هستند و هر روز دستگاههای جدید تر با مزایای بهتر و کاستی های کمتر توسط مهندسین پزشکی ساخته می شود . اما در ایران بدلیل برخوردار نبودن از امکانات و تکنولوژی لازم و نیاز به سرمایه گذاری هنگفت در این زمینه و نداشتن نیروی متخصص در این زمینه و با توجه به تازه بودن این رشته در ایران ، اکثر شرکتها به وارد کردن این تجهیزات و ارائه خدمات پس از فروش می پردازند . البته تعدادی از شرکتها نیز تولیداتی در این زمینه دارند و به بعضی از کشورهای خاورمیانه نیز صادرات دارند که فارغ التحصیلان این رشته علاوه بر شرکتها می توانند در بیمارستانهای مختلف مشغول بکار شوند و مسوولیت نظارت و سفارش تجهیزات مورد نیاز بیمارستان را بعهده گیرند .
در پایان گفتنی است که دانشجویان این رشته با توجه به جنسیت و علاقه و روحیات خود می توانند در زمینه های مختلفی از جمله تجارت ، تعمیرات و تولید تجهیزات پزشکی و یا در زمینه تحقیقات پزشکی و فیزیولوژی مشغول بکار شوند
مکانیک کلاسیک
این شاخه با اجسام در حال سکون و حرکت ، و شرایط سکون و حرکت آنها تحت تاثیر نیروهای داخلی و خارجی ، سرو کار دارد.
قوانین مکانیک به تمام گستره اجسام ، اعم از میکروسکوپی یا ماکروسکوپی، از قبیل الکترونها در اتمها و سیارات در فضا یا حتی به کهکشانها در بخش‌های دور دست جهان اعمال می‌شود.سینماتیک حرکت:
سینماتیک به توصیف هندسی محض حرکت ( یا مسیرهای) اجسام ، بدون توجه به نیروهایی که این حرکت را ایجاد کرده‌اند ، می‌پردازد. در این بررسی عاملین حرکت (نیروهای وارد بر جسم) مد نظر نیست و با مفاهیم مکان ، سرعت ، شتاب ، زمان و روابط بین آنها سروکار دارد. در این علم ابتدا اجسام را بصورت ذره نقطه‌ای بررسی نموده و سپس با مطالعه حرکت جسم صلب حرکت واقعی اجسام دنبال می‌شود.
حرکت اجسام به دو صورت مورد بررسی است:
* سینماتیک انتقالی:
در این نوع حرکت پارامترهای سیستم به صورت خطی هستند و مختصات فضایی سیستمها فقط انتقال می‌یابد. از اینرو حرکت انتقالی مجموعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. کمیت مورد بحث در سینماتیک انتقالی شامل جابه‌جایی ، سرعت خطی ، شتاب خطی ، اندازه حرکت خطی و...می‌باشد.
* سینماتیک دورانی:
در این نوع حرکت برخلاف حرکت انتقالی پارامتر اصلی حرکت تغییر زاویه می‌باشد. به عبارتی از تغییر جهت حرکت ، سرعت و شتاب زاویه‌ای حاصل می‌شود. و مختصات فضایی سیستم ها فقط دوران می‌یابند. جابه‌جایی زاویه‌ای ، سرعت زاویه‌ای ، شتاب زاویه‌ای و اندازه حرکت زاویه‌ای از جمله کمیات مورد بحث در این حرکت می‌باشند.
دینامیک حرکت :
دینامیک به نیروهایی که موجب تغییر حرکت یا خواص دیگر ، از قبیل شکل و اندازه اجسام می‌شوند می‌پردازد. این بخش ما را با مفاهیم نیرو و جرم و قوانین حاکم بر حرکت اجسام هدایت می‌کند. یک مورد خاص در دینامیک ایستاشناسی است که با اجسامی که تحت تاثیر نیروهای خارجی در حال سکون هستند سروکار دارد.
پایه گذاران مکانیک کلاسیک:
* با این که شروع مکانیک از کمیت سرچشمه می‌گیرد ، در زمان ارسطو فرایند فکری مربوط به آن گسترش سریعی پیدا کرد. اما از قرن هفدهم به بعد بود که مکانیک توسط گالیله ، هویگنس و اسحاق نیوتن بدرستی پایه‌گذاری شد. آنها نشان دادند که اجسام طبق قواعدی حرکت می‌کنند ، و این قواعد به شکل قوانین حرکت بیان شدند. مکانیک کلاسیک یا نیوتنی عمدتا با مطالعه پیامدهای قوانین حرکت سروکار دارد.
* قوانین سه گانه اسحاق نیوتن راه مستقیم و سادهای به موضوع مکانیک کلاسیک می‌گشاید.این قوانین عبارتند از:
قانون اول نیوتن:
هر جسمی به حالت سکون یا حرکت یکنواخت خود در روی یک خط مستقیم ادامه می‌دهد مگر اینکه یک نیروی خارجی خالص به آن داده شود و آن حالت را تغییر دهد.قانون دوم نیوتن:
آهنگ تغییر تکانه خطی یک جسم با برآیند نیروهای وارد بر آن متناسب بوده و در جهت آن قرار دارد. قانون سوم نیوتن:
این قانون که به قانون عمل و عکس‌العمل معروف است ، اینگونه بیان می‌شود. هر عملی را عکس العملی است ، مساوی با آن و در خلاف جهت آن.
* فرمولبندی لاگرانژی مکانیک کلاسیک:
در برسی حرکت اجسام به کمک قوانین نیوتون اجسام به صورت ذره‌ای در نظر گرفته می‌شود. بنابراین ، بررسی حرکات سیستم های چند ذره‌ای ، اجسام صلب ، دستگاههای با جرم متغیر ، حرکات جفت شده و ... به کمک قوانین اسحاق نیوتن به سختی صورت می‌گیرد. لاگرانژ و هامیلتون دو روش مستقلی را برای حل این مشکل پیشنهاد کردند. در این روشها برای هر سیستم یک لاگرانژین (هامیلتونین) تعریف کرده ، سپس به کمک معادلات اویلر-لاگرانژ (هامیلتون-ژاکوپی) حرکات محتمل سیستمها مورد بررسی قرار می‌گیرد.موارد شکست فرمولبندی اسحاق نیوتن :
* تا آغاز قرن حاضر . قوانین اسحاق نیوتن بر تمام وضعیتهای شناخته شده کاملا قابل اعمال بودند. مشکل هنگامی بروز کرد که این فرمولبندی به چند وضعیت معین زیر اعمال شدند: * اجسام بسیار سریع:
اجسامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.
* اجسام با ابعاد میکروسکوپی مانند الکترونها در اتمها.
شکست مکانیک کلاسیک در این وضعیتها ، نتیجه نارسایی مفاهیم کلاسیکی فضا و زمان است.مکمل مکانیک کلاسیک:
مشکلات موجود در سر راه مکانیک کلاسیک منجر به پیدایش دو نظریه زیر شد:
* فرمولبندی نظریه نسبیت خاص برای اجسام متحرک با سرعت زیاد
* فرمولبندی مکانیک کوانتومی برای اجسام با ابعاد میکروسکوپی
__________________
***مکانیک علم هستی ست***
مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک شاخه‌ای از مهندسی است که با طراحی، ساخت و راه‌اندازی
دستگاهها وماشینها سروکار دارد. مهندسی مکانیک نقش به سزایی در بالا بردن امنیّت زندگی، بهبود کیفیّت کلّی زندگی، و نیز ایجاد شور و نشاط اقتصادی ایفا می‌کند. به جرئت می‌توان گفت که مهندسی مکانیک، گسترده‌ترین رشتهٔ مهندسی از نظر دامنهٔ فعالیّت‌ها و کاربردها است.
مهندسان مکانیک، اصول اساسی نیرو،انرژی، حرکت و گرما را به کار برده و با دانش تخصصی خود، سیستمهای مکانیکی و دستگاهها و فرآیندهای گرمایی را طراحی کرده و می‌سازند. مهندسان مکانیک، گسترهٔ وسیعی از دستگاهها، فرآورده‌ها و فرآیندها را تولید می‌کنند؛ به عنوان نمونه:
موتورها و سیستمهای کنترل خودرو و هواپیما، نیروگاه‌های الکتریکی، دستگاههای پزشکی، اجزا و قطعه‌های گوناگون از موتورهای با ابعاد میکروسکوپی گرفته تاچرخدنده های غول‌آسا، فناوری لیزر، طراحی و ساخت به کمک رایانه، ماشینی کردن یاخودکارسازی (اتوماسیون) و روباتیک، انواع گوناگونی از فرآورده‌های مصرفی از دستگاههای تهویهٔ مطبوع گرفته تا رایانه‌های شخصی و تجهیزات ورزشی، ماشین‌ها و دستگاه‌هایی که هر یک از فرآورده‌های بالا را به صورت انبوه تولید می‌کنند.
می‌توان گفت تقریباً همهٔ جنبه‌های زندگی، در ارتباط با مهندسی مکانیک هستند. هر چیزی که حرکت کند یا انرژی مصرف نماید، احتمالاً یک مهندس مکانیک در طراحی یا ساخت آن نقش داشته است.
مهندسان مکانیک معروف
چند تن از مهندسان مکانیک معروف که پیش از این می‌زیسته‌اند، عبارت‌اند از:
· کارل(فردریش)بنز(۱۸۴۴-۱۹۲۹)
· گوتلیب ویلهلم دایملر (۱۸۳۴-۱۹۰۰): ماشین‌های مرسدس بنزامروزی، حاصل کار او و کارل بنز است.
· چستر کارلسون(۱۹۰۶-۱۹۶۸): دستگاه زیراکس از نو‌آوری‌های اوست.
· سامویل کولت(۱۸۱۴-۱۸۶۲): سازندهٔ اسلحهٔ کولت.
· سویچیرو هوندا (۱۹۰۶-۱۹۹۱): بنیان‌گذار شرکت معروف هوندا.
· آیزاک سینگر (سینجر) (۱۸۱۱-۱۸۷۵): سازندهٔ نخستین چرخ خیاطی خانگی.
· آلفرد برنارد نوبل : پایه‌گذار اندیشهٔ جایزهٔ نوبل.
· رودولف دیزل : سازندهٔ موتورهای معروف دیزل که با گازوئیل کار می‌کنند.
· ویلیس کریر:مخترع تهویه مطبوع
زمینه‌های فعالیّت در مهندسی مکانیک
زمینه‌های فعالیّت مهندسی مکانیک به طور جامع‌تر عبارت‌اند از:
· در زمینهٔ طراحی:
o ماشین‌ها و دستگاه‌هایی که هر نوع محصولی را ساخته و بسته‌بندی می‌کنند.
o تجهیزات گردنده مانند پمپ‌ها، فشرده‌سازها (کمپرسورها)، دمنده‌ها، توربوماشین‌ها (توربین‌ها و ...).
o موتورهای درونسوز
o مخزن‌های تحت فشار، رآکتورها، مبادله‌کن‌های گرمایی، دیگ‌های بخار
o سامانه های لوله‌کشی
o وسیله‌های نقلیه مانندخودرو وکامیون،اتوبوس،هواپیما، قطار و ...
o تجهیزات حمل مواد مانند تسمه‌نقّاله‌ها، روباتها و ...
· در زمینهٔ تحلیل:
o شکست دستگاهها
o بهبودعملکرد و قابلیّت اطمینان
o انتقال گرما
o ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک
o پیزوالکتریک
· در زمینهٔ آزمایش:
o آزمایش کیفیّت، امنیّت و قابلیّت اطمینانِ فرآورده‌ها، دستگاهها و فرآیندها
· در زمینه فرآیندهای ساخت و تولید
o فرایندهای ماشینکاری سنتی
o فرایندهای ماشینکاری غیر سنتی
o فرایندهای شکل‌دهی شامل شکل‌دهی ورقی و حجمی
o طراحی و ساخت قالبها و قیود
o روشهای اتصال و جوشکاری
o عملیات حرارتی
o روشهای ریخته گری
o مترولوژی و سیستمهای اندازه گیری
· زمینه های نوین :
o فن آوری نانو
o سیستم های میکروالکترومکانیکی (حسگری و عملگری)
o سیستم های دارو رسانی در ابعاد نانو
o سیستم های میکرو و نانو سیالاتی
o نانو روباتها
· همکاری با مهندسان دیگر رشته‌ها (مانند مهندسی عمران، برق، شیمی و ...) به منظور طراحی واحدهای تولیدکنندهٔ انواع گوناگون فرآورده‌ها
آیندهٔ شغلی مهندسی مکانیک
چشم‌انداز شغلی مهندسان مکانیک، امیدبخش و بااستحکام است. برای مثال، درایالات متحده آمریکا، رشد شغل‌ها و حرفه‌های مربوط به مهندسی مکانیک، هر سال حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) است و انتظار می‌رود این آهنگ رشد تا سال ۲۰۰۶ میلادی حفظ شود. مهندسان مکانیک از روزگاران گذشته تا به امروز، اغلب در بخش‌های صنعتی زیر نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند:
هوا فضا، خودروسازی، واحدهای شیمیایی، فن آوری نانو، رایانه والکترونیک، ساختمان‌سازی، انواع فرآورده‌های مصرفی، انرژی، مشاورهٔ مهندسی و بخش‌های دولتی.
همچنین صنعت پزشکی و داروسازی، فرصت‌های شغلی هیجان‌انگیزی را برای مهندسان مکانیک به وجود آورده‌اند تا نیروها و دانش‌های زیستی را در هم بیامیزند. همچنین فرصت شغلی این رشته در ایران نسبت به رشته های دیگر بسیار مناسب است.
مباحث اساسی در مهندسی مکانیک
مبحث‌ها و موضوع‌های اساسی مهندسی مکانیک عبارت‌اند از:ایستایی شناسی(استاتیک)،پویایی شناسی(دینامیک)،مکانیک ماده ها(مقاومت مصالح)،ترمودینامیک مهندسی،مکانیک شاره ها(مکانیک سیالات)،دینامیک سیالات،انتقال گرما(انتقال حرارت)،نظریه کنترل ، سیستمهای کنترلی شامل هیدرولیک ونیوماتیک،ارتعاشات،مکاترونیک.
همچنین انتظار می‌رود یک مهندس مکانیک بتواند مفاهیم اساسی شیمی ومهندسی برق را درک کرده و در طراحی به کار بندد.
مهم‌ترین نرم افزارهای مورد استفاده در مهندسی مکانیک
- Adams LS-DYNA AUTODYN pro-engineer
- Ansys Catia Fluent Matlab
- Working Model Nastran PATRAN Abaqus
- Solidworks PDMS Autocad inventor
- Mechanical Desktop Microstation AutoPlant Maple
- CadPipe AutoPipe building systems Cosmus
- Ceasar II
