دور الرياضيات في تحقيق النجاح في الهندسة

أهمية الرياضيات في المجالات الهندسية المختلفة

الرياضيات لها تطبيقات واستعمالات كثيرة في المجالات الهندسية المختلفة وفيما يلي بعض منها:

الرياضيات في هندسة الكهرباء

يطبق الجبر الخطي الرياضي بنطاق واسع في الهندسة الكهربائية؛ بهدف تصميم الدوائر الكهربائية، بحيث يُعد الجبر المنطقي علم أساسي في بناء أجهزة الحواسيب،¹وبالنسبة لطلاب هندسة الكهرباء لا بد أن يعلموا بالمعالجة الجبرية للأعداد المركبة (الأعداد ذات الجذور الحقيقية والخيالية)، ومن المهم لهم العلم بالمنطق الجبري فهو نظام منطقي أساسي لفهم تصميم الدوائر الكهربائية،² بالإضافة إلى الاستخدام الضروري لعلم المثلثات أيضًا في الهندسة الكهربائية، إذ تُستخدم الموجات الجيبية من أجل وصف التيارات الكهربائية المتذبذبة. [7]

الرياضيات في الهندسة المدنية

تكمن أهمية علم الرياضيات والذي يُعد أساسًا للهندسة المدنية في تصاميم الهياكل والتأكد من سلامة أبعادها، لتؤدي مهمتها المرجوة وتكون ذات جدوى، وعند تصميم الجسور يستخدم المهندسون المدنيون معادلات التفاضل لكي يتم حساب الحجم التقريبي للأرصفة الداعمة المطلوبة، ويمكن كذلك استخدام النمذجة الرياضية المعقدة للتنبؤ بعمر الهيكل الذي يراد تشييده.¹

الرياضيات في هندسة الميكانيك

تستخدم هندسة الميكانيك علم الرياضيات المُتمثل بتحويلات لابلاس، والمصفوفات الرياضية، والمعادلات التفاضلية الجزئية في مجالاتها المختلفة، حيث تلعب المصفوفات دوراً هامّاً في تحديد الأشكال الهندسية لهياكل البلورات، وفي إيجاد صلابة المواد وحل مصفوفات الإجهاد.³

بالإضافة لما سبق تُستخدم معادلات التفاضل الجزئية في نمذجة وتصميم عدد كبير من مشكلات ميكانيكا الموائع، والميكانيكا الصلبة، وتوضح آلية نقل الطاقة الحرارية، وتشرح النظرية الكهرومغناطيسية وغيرها من مجالات الفيزياء والعلوم الهندسية الأخرى، كما وتستخدم المعادلات التفاضلية الجزئية في تحليلات التوصيل الحراري، وتساعد في بناء شكل الآلات وتصميمها الداخلي والخارجي أيضاً، وأيضًا تُستخدم المعادلات التفاضلية الجزئية لحساب التدفق الحراري سواء في بُعد واحد أو في بُعدين.³

الرياضيات في الهندسة الصناعية

المهندسون الصناعيون يستخدمون حسابات التفاضل والتكامل من أجل إيجاد المعدل الذي ستتغير فيه بعض المتغيرات في عمليات معينة، ويلزم للهندسة الصناعية بشكل روتيني القيام بإجراءات تقديرية تقريبية، لضمان التحكم في العمليات بشكل صحيح وأمان، فيستخدم شكل أو أكثر من أشكال الرياضيات في إيجاد هذه التقديرات والتخمينات.¹

ارتباط الرياضيات بالهندسة

من الممكن أن يتساءل بعض طلاب التخصصات الهندسية عن أسباب دراستهم لبعض المواد الرياضية في الجامعات، أو الطلاب في المدارس عن أهمية الرياضيات ولماذا تتم دراستها وبماذا يمكن أن تفيدنا عمليًا في الحياة، أو يتساءل البعض عن استخدامات الرياضيات العملية بشكل عام، إن الرياضيات عبارة عن تخصص واسع جداً وله أشكال كثيرة، في المجال الهندسي وبعدة أنواعها تستخدم الرياضيات بأشكال مختلفة منه لحل المسائل فيها.¹

وعند الحديث عن أهم المجالات الرياضية في الهندسة، لا بد من ذكر علم المثلثات، والتحليلات العددية، والتوافقية والتحليل المنطقي، بالإضافة إلى علوم الجبر،⁴حيث يستخدم المهندسون الرياضيات في مجالاتهم الهندسية المختلفة بشكل تلقائي وأساسي، وخاصةً الرياضيات التطبيقية التي تُستخدم لحل مشكلات عملية تكون معقدة في العديد من الأحيان، إذ تقوم الرياضيات التطبيقية فبتقديم أكبر عدد من الحلول القيمة في العالم للإجابة عن أسئلة تطبيقية أو لحل المشاكل التي قد يواجهونها عند التنفيذ مثل:⁵

• كيف نصنع طائرة لها وزن قيمته 300 طن وتحلق في السماء؟
• كيف نبني الجسور التي تمكننا من عبور نهر طويل؟
• كيف نبني ناطحات السحاب التي لا تنهار عند التعرض لزلزال قوي؟

فكل الإنجازات والاختراعات الهندسية العظيمة في القرن العشرين تحققت بفضل الرياضيات.

الرياضيات وأساسيات العلوم

تعد الرياضيات أساسًا لكل العلوم، لما لها من تطبيقاتٍ متنوعة في جميع المجالات الدراسية العلمية وغير العلمية كذلك، ويتم تطبيقها في مواد المراحل الابتدائية سواء أكان في الكيمياء أو الفيزياء، وعلم الأحياء وغيرها، إذ تحتاج العديد من المعادلات الكيميائية والفيزيائية إلى حل واشتقاق مُعادلات رياضية لإتمام الخطوات وإيجاد المطلوب، وهذا يبرر ارتباط الهندسة وباقي التخصصات العلمية بالرياضيات واعتبارها قاعدة للهرم العلمي.⁴

والرياضيات التطبيقية تحديدًا دورًا هام وأساسي في أول عامين من دراسة أي تخصص هندسي، واجتياز المباحث الرياضية متطلب إجباري للحصول على الشهادة الهندسية، ذلك من منظور استحالة تطبيق أي شيء هندسي دون الرياضيات، وهذا لكِون الهندسة تقوم بمراقبة الاحتياجات المتغيرة للعالم وتتعامل مع تصميم وصناعة المنتجات التي تجعل الحياة بسيطة وسريعة وفعالة. [10]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث} “How Is Math Used in Engineering?”, reference, 30/3/2020, Retrieved 14/1/2022. Edited.
2. Andrew Breslin, “Type of Math Used in Electrical Engineering”, theclassroom, Retrieved 14/1/2022. Edited.
3. ^ ^{أ ب} Leena Bhoyar, Prerna Parkhi, Sana Anjum, International Journal of Trend in Scientific Research and Development, Page 142. Edited.
4. ^ ^{أ ب} “Application of Mathematics in Engineering”, entrance-exam, Retrieved 14/1/2022. Edited.
5. Adriaan Odendaal (26/8/2015), “WHY DO ENGINEERS NEED MATHEMATICS?”, oxbridgeacademy, Retrieved 14/1/2022. Edited.