Capitolo 1 : Ingegneria meccanica

Il campo dell'ingegneria meccanica si occupa dello studio delle macchine fisiche che fanno uso della forza e del movimento. L'ingegneria meccanica è un sottocampo dell'ingegneria che combina i principi della fisica e della matematica ingegneristica con i principi della scienza dei materiali al fine di progettare, analizzare, costruire e mantenere sistemi meccanici. Tra i vari sottocampi dell'ingegneria, è uno dei più antichi e completi.

Il campo dell'ingegneria meccanica richiede la comprensione di materie fondamentali come la meccanica, la dinamica, la termodinamica, la scienza dei materiali, la progettazione, l'analisi strutturale e l'elettricità. Oltre a questi principi fondamentali, gli ingegneri meccanici si avvalgono di vari strumenti, tra cui la progettazione assistita da computer (CAD), la produzione assistita da computer (CAM), l'ingegneria assistita da computer (CAE) e la gestione del ciclo di vita del prodotto, al fine di progettare e analizzare impianti di produzione, attrezzature e macchinari industriali, sistemi di riscaldamento e raffreddamento, sistemi di trasporto, veicoli a motore, aerei, moto d'acqua, robotica, dispositivi medici, armi e altri oggetti.

Tuttavia, lo sviluppo dell'ingegneria meccanica può essere fatto risalire a diverse migliaia di anni fa in tutto il mondo. Lo studio dell'ingegneria meccanica è iniziato come campo durante la rivoluzione industriale in Europa nel XVIII secolo. Lo sviluppo della scienza dell'ingegneria meccanica può essere fatto risalire al XIX secolo, quando i progressi della fisica portarono alla sua creazione. I compositi, la meccatronica e la nanotecnologia sono alcune delle aree che gli ingegneri meccanici stanno ora lavorando per migliorare con l'aiuto delle innovazioni nel settore. La disciplina è in continua evoluzione per includere nuovi sviluppi. Inoltre, si sovrappone ad altre discipline ingegneristiche a vari livelli, tra cui ingegneria aerospaziale, ingegneria metallurgica, ingegneria civile, ingegneria strutturale, ingegneria elettrica, ingegneria manifatturiera, ingegneria chimica, ingegneria industriale e altre specializzazioni tecniche. È possibile per gli ingegneri meccanici lavorare anche nell'ambito dell'ingegneria biomedica, in particolare nei settori della biomeccanica, dei fenomeni di trasporto, della biomeccatronica, delle bionanotecnologie e della modellistica di sistemi biologici.

Attraverso l'esame dei documenti di una varietà di società antiche e medievali, si può osservare l'uso dell'ingegneria meccanica. Fin dall'antichità, le persone nel Vicino Oriente conoscevano le sei macchine semplici fondamentali. Fin dalla preistoria, le persone sono state consapevoli del cuneo e del piano inclinato, a volte noto come rampa. Ci sono un certo numero di testi, la maggior parte dei quali sono più antichi, che attribuiscono la creazione della ruota alla civiltà mesopotamica. Tuttavia, ci sono alcune fonti recenti che suggeriscono che sia stato inventato indipendentemente sia in Mesopotamia che nell'Europa orientale o che gli europei orientali preistorici siano accreditati con l'invenzione della ruota. Il meccanismo a leva è stato utilizzato per la prima volta circa 5.000 anni fa nel Vicino Oriente, dove è stato utilizzato in una semplice bilancia e per spostare oggetti di grandi dimensioni nell'antica tecnologia egizia. Non solo la leva è stata utilizzata nel meccanismo di sollevamento dell'acqua shadoof, ma è stata anche utilizzata nella prima macchina gru, scoperta in Mesopotamia intorno all'anno 3000 a.C. In Mesopotamia, all'inizio del secondo millennio avanti l'era volgare, si possono trovare le prime testimonianze di pulegge.

Durante il IV secolo a.C., il Regno di Kush fu il luogo in cui si sviluppò per la prima volta il Sakia. Si basava sul potere degli animali, che a sua volta riduceva la quantità di energia richiesta agli esseri umani. La regione di Kush è stata creata con serbatoi sotto forma di Hafir allo scopo di immagazzinare l'acqua e aumentare l'irrigazione. Meroe fu il luogo in cui si sviluppò fiorifici e altiforni durante il VII secolo a.C. L'applicazione della matematica sotto forma di trigonometria avanzata è stata dimostrata dalle meridiane kushite.

La ruota idraulica e il mulino ad acqua, due delle più antiche macchine azionate dall'acqua e pratiche, furono viste per la prima volta nell'impero persiano, che si trovava in quelli che oggi sono l'Iraq e l'Iran, all'inizio del IV secolo a.C. Le opere di Archimede, vissuto dal 287 al 212 a.C., hanno avuto un impatto significativo sullo sviluppo della meccanica in questa tradizione occidentale. Un computer analogico noto come meccanismo ad ingranaggi di Antikythera fu sviluppato intorno al II secolo a.C.

Un'eolipila, il primo dispositivo alimentato a vapore, fu inventata da Erone di Alessandria, che visse nell'Egitto romano tra il 10 e il 70 d.C. Un orologio ad acqua fu migliorato da Zhang Heng (78-139 d.C.), che costruì anche un sismometro. Ma Jun (200-265 d.C.) fu l'inventore di un carro con ingranaggi differenziali. Entrambe queste invenzioni sono state realizzate in Cina. Su Song, un orologiaio e ingegnere cinese vissuto durante il Medioevo (1020-1101 d.C.), fu la prima persona a inserire un meccanismo di scappamento nella sua torre dell'orologio astronomico. Questo accadde due secoli prima che i dispositivi di scappamento fossero scoperti negli orologi europei medievali. Inoltre, è stata la prima persona a introdurre nel mondo un azionamento a catena a trasmissione di potenza senza fine.

La sgranatrice di cotone si è affermata in India nel VI secolo dopo l'era volgare, mentre l'arcolaio è stato inventato nel mondo islamico all'inizio dell'XI secolo. I gin a doppio rullo sono stati introdotti per la prima volta in India e in Cina durante il XII e il XIV secolo. Durante il primo periodo del Sultanato di Delhi, che durò dal XIII al XIV secolo, il gin a rulli a vite senza fine fece il suo debutto nel subcontinente indiano.

Gli inventori di origine musulmana diedero un contributo significativo al campo della tecnologia meccanica durante l'età dell'oro islamica, che durò dal VII al XV secolo. Ad esempio, nell'anno 1206, Al-Jazari, che era uno di loro, scrisse il suo famoso Libro della conoscenza dei dispositivi meccanici ingegnosi e presentò una serie di diverse idee meccaniche.

Ci sono stati progressi significativi nelle basi dell'ingegneria meccanica in Inghilterra e nel continente per tutto il XVII secolo per l'ingegneria meccanica. Christiaan Huygens, matematico e scienziato olandese, è accreditato di aver inventato l'orologio a pendolo nell'anno 1657. Questo orologio è stato il primo cronometrista affidabile per circa trecento anni. Huygens produsse anche un trattato dedicato alla progettazione degli orologi e alla teoria che ne era alla base. Isaac Newton, nato in Inghilterra, è accreditato per lo sviluppo del calcolo e la formulazione delle leggi del moto di Newton, che in seguito sarebbero servite come base matematica per il campo della fisica. Newton fu riluttante a pubblicare le sue opere per un certo numero di anni, ma i suoi colleghi, tra cui Edmond Halley, alla fine lo convinsero a procedere con la pubblicazione delle sue opere. Si ritiene che Gottfried Wilhelm Leibniz, che in precedenza aveva inventato una calcolatrice meccanica, sia stato anche responsabile dello sviluppo del calcolo nello stesso periodo.

Inghilterra, Germania e Scozia sono stati i tre paesi responsabili dello sviluppo delle macchine utensili durante le prime fasi della rivoluzione industriale. Come risultato è stato possibile lo sviluppo dell'ingegneria meccanica come sottocampo distinto all'interno dell'ingegneria. Erano le attrezzature di produzione e i motori che venivano utilizzati per alimentarli che portavano con sé. L'Institution of Mechanical Engineers è stata fondata nel 1847, trent'anni dopo che la prima società professionale del suo genere, l'Institution of Civil Engineers, è stata fondata da ingegneri civili. Questa organizzazione è stata la prima organizzazione professionale di ingegneri meccanici ad essere fondata nel Regno Unito. Chemnitz, in Germania, fu il luogo in cui Johann von Zimmermann (1820-1901) fondò la prima fabbrica di rettificatrici nel continente europeo. Questo stabilimento è stato fondato nell'anno 1848.

Dopo l'American Society of Civil Engineers (1852) e l'American Institute of Mining Engineers (1871), l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) è stata fondata negli Stati Uniti nell'anno 1880. Questo l'ha resa la terza società di ingegneria professionale del suo genere nel paese. L'Accademia Militare degli Stati Uniti, che aprì le sue porte nel 1817, che ora è conosciuta come Norwich University, e il Rensselaer Polytechnic Institute, che aprì le sue porte nel 1825, furono i primi college negli Stati Uniti a fornire agli studenti l'opportunità di perseguire una formazione in ingegneria. Nel corso della sua storia, l'educazione all'ingegneria meccanica è stata tradizionalmente fondata su solide basi in matematica e fisica.

Ci sono numerose università in tutto il mondo che rilasciano lauree in ingegneria meccanica. I laureati dei programmi di ingegneria meccanica in genere ottengono un Bachelor of Engineering (B.Eng. o B.E.), Bachelor of Science (B.Sc. o B.S), Bachelor of Science Engineering (B.Sc.Eng.), Bachelor of Technology (B.Tech.), Bachelor of Mechanical Engineering (B.M.E.), o Bachelor of Applied Science (B.A.Sc.), con o senza un'enfasi in ingegneria meccanica. Il tempo necessario per completare questi programmi varia a seconda dell'istituto e dell'università. La Spagna, il Portogallo e la maggior parte del Sud America sono esempi di luoghi in cui né BS né B.Tech. Oltre al fatto che sono stati implementati programmi, il termine ufficiale per la laurea è...