最全33大系列1000+節【理科生必刷】Crash Course 10分鐘速成課 33大系列之工程學外教講解課 快速對工程相關學科有個深度瞭解 P46 - 工程學-45-如何成為工程師

改變世界的方法不止一種 在這一系列中 我們看到工程學不同領域如何解決社會上最大的問題 從醫學到太空旅行 只要有挑戰的地方 工程師總是在現場 透過了解這些學科 你已經在盡你的一份心力了 無論你是否選擇成為工程師 了解它們的運作方式都能幫助你理解並參與周圍的一切 畢竟 更深入地思考這個世界會讓我們更了解自己在其中的位置 也更體貼他人 但如果你認為你可能想成為工程師 我們可以幫助你指明方向 我們在《衝刺課程》中探討了許多 內容我們看到了土木、機械、電氣和化學工程等領域的工程師實際操作的情形 這些領域之間的主要差異在於它們關注的問題以及試圖達到的成果 但即使在同一個領域內 不同的工程師對待手頭的問題也會有獨特的解決方法 有些人會從理論的角度出發 考慮設計或想法的含義 其他人則扮演更積極的角色 透過試驗原型和實體零件來觀察其行為並收集資訊 這並不表示工程師只能專注於其中一者 但值得注意的是 工程也可以在不同領域中有許多不同的做法 成為工程師的過程可能需要努力 因此無論你更習慣在黑板前還是實驗室的實驗台前 選擇一個能引起你興趣並激勵你的領域仍然非常重要 專業工程師持續學習以跟上該領域最新的技術和方法 但有一些有用的基礎知識適用於所有類型的工程 許多物理學的主題 例如熱力學、能量、電磁學和力學 都會派上用場 數學將成為你所做幾乎每件事的基礎 而電腦程式設計也正變得越來越重要 即使你偏好親自動手 一些理論知識在尋找實用解決方案時也能發揮很大作用 現在 想了解你作為工程師可能從事的工作類型 看看一些例子會很有幫助 例如 考慮航空工程 也許你參與的是為新型飛機製造機翼的團隊 在這個過程的每個階段 公司內外的不同工程師都會產生影響 早期 許多工作將集中在設計和建模機翼上 在我們探討工程設計時看到的 在你開始建造任何東西之前 你需要知道你想要達成什麼目標 然後制定一個能讓你達成目標的計畫 這是設計工程師的任務 儘管他們參與每個階段 但在初期他們的影響力尤其重大 因為他們負責監督產品的核心概念和細節 作為一名設計工程師 您將與其他人合作 確定用於支撐飛機其他部分的機翼的具體細節 客機的重量和速度需求與戰鬥機不同 因此你可以從現有的設計中獲得靈感 來決定機翼的形狀和材料 以及引擎的安裝位置 成為一名設計工程師的關鍵在於了解如何平衡相互競爭的需求 以及這些需求如何滲透到細節之中 在整個過程中 你必須考慮每個部分的費用、能源使用和施工難度 稍微移動幾毫米的螺栓看起來可能很麻煩 但它會對飛機的安全性或建造難易度產生巨大影響 當然 要做出這些決策 你通常需要建立設計模型 以便反覆測試和改進 而這一點 分析工程師至關重要 分析工程師透過數學模型來模擬和分析設計與概念的行為 你不需要每次想要測試飛機機翼的一些功能時都從頭開始建造整個機翼 分析工程師會運用數學和物理的工具 在假設條件下測試其性 能例如 你可能想了解像機翼能否承受自身重量這樣簡單的問題 要回答這個問題 分析工程師可以進行所謂的有限元素分析 以模擬重力如何影響機翼的每個部分 當然 機翼的主要功能是產生足夠的升力 以保持飛機在空中飛行 為了達到這個目的 他們可能會使用空氣流動的電腦模擬來估算不同速度和機翼角度所產生的升力 分析工程師產生的結果將有助於設計師提升機翼的性能 但有時假設模型並不夠 這時就需要實驗工程師出馬 流體流動極其難以模擬和預測 例如渦流這樣的行為 即使借助電腦也很難用數學來描述 實驗工程師的任務是設計小型原型機 在真實的物理環境中進行測試 如果你是一名實驗工程師 你會採用改進後的設計 設法製造出機翼——甚至整架飛機——的縮小比例模型 將模型置於風洞中 就能產生真實的氣流流過機翼 以測試其形狀如何產生升力 這讓設計師能大致了解機翼實際產生的升力 以及飛機因形狀可能遇到的氣流擾動 它同時也作為分析工程師所產生結果的交叉驗證 一旦設計完成 設計工程師也規劃出製造方法 就是打造實際產品的時候了 製造工程師會解決如何將設計實現以及使用哪些具體技術等實際問題 這對最終產品的安全性和品質有著巨大的影響 例如 用來將機翼各部分固定在一起的鉚釘需要牢固安裝 以維持飛機的結構完整性 一位製造工程師會確定鑽製鉚釘孔的最佳技術 以精確達到所需的直徑和深度 這對在飛機機翼上以有效方式將力量從一個部分傳遞到另一個部分至關重要 同時避免在飛行過程中干擾氣流 即使你知道如何製造一架飛機 也不會一下子製造出數百架飛機 第一架飛機需要由試驗工程師仔細檢查 他們的任務是確保最終產品符合設計中列出的所有規格 並達到品質控制的期望 對於您的機翼 這可能包括從尋找其破壞點 到觀察它在極端溫度、模擬雨水 甚至冰雹中的反應 測試工程師有點像實驗型的人 不過他們不是測試原型 而是針對最終產品進行工作 他們發現的問題可能很嚴重 因為在產品生產完成時 已經做出了許多決定 這些步驟看起來可能像是一份檢查清單 但實際上要推動複雜專案的進展 需要大量的創意和創新思維 研究工程師在每一步都扮演著關鍵的支援角色 以確保這一切得以實現 他們花時間尋找解決問題的新方法 例如使用一種創新的新金屬合金或完全不同的機翼形狀來提升升力並減少湍流 除了產業界之外 研究工程師與大學研究人員和教授有一些共同之處 學術工程師會在整個領域內進行研究 他們可能從聚合物的新用途到電池化學物質 甚至機械手臂都可能進行研究 一般來說 這個角色與科學家有很多重疊之處 一位航空工程學教授可能領導一個團隊 研究用電腦技術來模擬不同物體周圍的氣流 這些方法可以幫助開發新的軟體 供分析或研究工程師用來模擬飛機機翼 事實上 我攻讀工程博士期間 正是專門研究如何利用電腦模擬流體的流動 博士學位或哲學博士學位是工程師通常在大學工作所需的專業學位 通常涉及對新技術或新觀念的研究 如果你晉升到教授 你也會參與教學工作 這引導我們進入每個工程師職業生涯的第一階段——教育 《工程速成課》是一系列教育影片 因此我們希望您已經從中學到了很多 並對工程的基本知識有了新的認識 但要成為專業工程師 努力學習並在學校取得好成績非常重要 尤其是數學和科學概念 接下來 你可以參加一些培訓課程 例如電氣工程的學徒課程 在那裡你可以從有經驗的工程師那裡學習並掌握相關技能 更常見的是就讀大學以取得工程學位 一個典型的學位課程會讓你接觸到不同的領域和觀念 讓你能明確自己可能想進入的領域以及可以從事的工作類型 但你不需要立刻決定一切 即使你還不確定是哪一種 選擇從事工程事業不會關閉太多大門 你培養的解決問題的技能將會對你有所幫助 即使你後來決定轉換 領域工程師甚至有轉行從事法律、金融和政治的案例 因此 無論你選擇以什麼方式改變世界 我們都希望這門課程能激勵你朝著這個目標前進 在這一集中 我們探討了如何成為工程師以及你可能選擇的不同職業道路 我下次再見 我們將探討21世紀世界面臨的最大挑戰 工程速成課由PBS數位工作室聯合製作 當你規劃未來的工程師之路時 何不進一步了解你的大腦 學習腦科學頻道的內容呢 一檔探討心理學、神經科學以及我們為何以這樣方式行動的 節目請至描述中的連結觀看 《 Crash Course 》是由 Complexly 製作的 本集是在金尼博士工作室拍攝的 在這些優秀人士和我們精彩的圖形團隊的幫助下 思想咖啡館