กลศาสตร์วิศวกรรม (Engineering Mechanics) คืออะไร

เป็นวิทยาศาสตร์กายภาพที่เกี่ยวข้องกับแรงและผลของแรงบนวัตถุ ถึงแม้ว่าหลักการของวิชากลศาสตร์จะมีไม่มาก แต่ก็สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับปัญหาหลากหลายในทางวิศวกรรมได้ เช่น การสั่นสะเทือน เสถียรภาพและความแข็งแรงของโครงสร้างหรือเครื่องจักร หุ่นยนต์ การออกแบบควบคุมรถยนต์ ยานอวกาศ เครื่องยนต์ การไหลของของไหล เครื่องจักรกลทางไฟฟ้า หรือแม้แต่ แรงในระดับอะตอม เป็นต้น  

กลศาสตร์มีรากฐานมาจากอารยธรรมกรีซโบราณ งานเขียนของอาริสโตเติล และอาร์คิมิดี นักวิทยาศาสตร์ในสมัยใหม่ตอนต้น เช่น โอมาร์ คัยยาม, กาลิเลโอ กาลิเลอี, โยฮันเนส เคปเลอร์, และโดยเฉพาะ ไอแซก นิวตัน เป็นผู้วางรากฐานกลศาสตร์ดั้งเดิม กลศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องอนุภาคทั้งที่หยุดนิ่งและที่กำลังเคลื่อนที่ ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสง

ดังนั้นการเข้าใจถึงหลักการของวิชากลศาสตร์ จึงเป็นพื้นฐานสำคัญในการศึกษาวิชาอื่น ๆ ในทางวิศวกรรม เช่น สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา สาขาวิชาวิศวกรรมการบิน และสาขาวิชาวิศวกรรมเคมี

กลศาสตร์วิศวกรรม แบ่งออกเป็น 2 แขนงใหญ่ ๆ ได้แก่

- สถิตยศาสตร์ (Statics) ; ศึกษาเกี่ยวกับสมดุลของวัตถุภายใต้แรงกระทำต่าง ๆ 

- พลศาสตร์ (Dynamics) : ศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

สถิตยศาสตร์วิศวกรรม แบ่งออกเป็น 5 ประเภท

1. กฎการรวมแรง : แรง 2 แรงที่ประทำต่ออนุภาคเดียวกัน สามารถแทนด้วยแรงลัพธ์แรงเดียว ด้วยการลากเส้นทแยงของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่มีด้านทั้งสองเท่ากับแรงทั้งสอง

2. กฎการย้ายแรง : เราสามารถแทนแรงที่กระทำที่จุดหนึ่งบนวัตถุเกร็งด้วยแรงขนาดและทิศทางเดียวกันกระทำที่อีกจุดหนึ่ง โดยที่จุดทั้งสองต้องอยู่บนแนวแรง

3. กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน : วัตถุสองก้อนซึ่งมีมวล m1 และ m2 จะดึงดูดกันและกันด้วยแรงที่เท่ากันซึ่งมีขนาด

4. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตัน (ใช้กับสถิตยศาสตร์) : ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์ วัตถุย่อมอยู่นิ่ง

5. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน : แรงกระทำและแรงปฏิกิริยาระหว่างวัตถุที่แตะกัน ย่อมมีขนาดเท่ากัน อยู่ในแนวเดียวกัน และมีทิศตรงกันข้าม

หลักพลศาสตร์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. จลนคณิตศาสตร์ (คิเนเมติกส์ Kinematics) : เป็นส่วนที่ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในเชิงคณิตศาสตร์เท่านั้น โดยยังไม่พิจารณาผลของแรงกระทําภายนอกที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ 

2. จลนศาสตร์ (คิเนติกส์ Kinetics) : เป็นส่วนที่ศึกษาความสัมพันธ์ระหวางแรงภายนอกที่กระทําต่อวัตถุซึ่งจะส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยในส่วนนี้จะมีกรรมวิธีการแก้ปัญหาอยู่ 3 วิธี ได้แก่ 

ความสัมพันธ์ของมวล แรง และความเร่ง, ความสัมพันธ์ของงานและพลังงาน และ ความสัมพันธ์ของอิมพัลส์ กับโมเมนตัม

กลศาสตร์วิศวกรรม เป็นส่วนหนึ่งของวิชาในคณะวิศวกรรมศาสตร์ น้อง ๆ ที่สนใจเรียนควรศึกษาไว้เป็นพื้นฐานข้อมูล โดยเฉพาะในการเรียนในสาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา สาขาวิชาวิศวกรรมการบิน และสาขาวิชาวิศวกรรมเคมี ที่เจอต้องวิชากลศาสตร์วิศวกรรมอย่างแน่นอน

แหล่งข้อมูล

กลศาสตร์วิศวกรรม คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

กลศาสตร์ (Mechanics)

Basic Engineering หมวดพื้นฐาน

พลศาสตร์วิศวกรรม