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工学部とは?機械工学科の勉強内容ってこんな感じ!

しゃる

何となく機械に興味はあるけど大学の機械工学科ってどんな勉強するの?

大学を選ぶにあたって自分が勉強する内容くらいは知っておきたいもの。

しかし名前だけ聞いても、機械工学科とはいったいどんなことをするのかということについて具体的にイメージするのは難しいですよね。

今回は高校生の方に大学の機械工学科で専門的に勉強する内容について具体的に知ってもらうために記事を書いてみようかと。

進路選択の参考になれば幸いです。

ではでは早速いきましょう。

ざっくりこんな感じ

機械工学科に行きたい人って何かやりたいことや好きなことが明確にある人が多いと思います。

例えば「自動車を作りたい!」、「飛行機を作りたい!」とか「自転車が好き!」、「ものづくりが好き!」という感じ。

しかし実際どんなことを勉強するのか明確なイメージはなかなか無いのではないでしょうか?

機械工学科ではものづくりついての様々なことを学びます。

例えば何かものを作る際にどのように設計すればいいか、ものが壊れないためにどんな設計をすればいいのか、どんな加工方法でものを作るのか、といったことですね。

そしてものづくりのために必要な様々な力学や数学も学ぶという感じになります。

では具体的な専門科目について順番に見ていきましょう。

専門科目

高校では物理の時間に力学の勉強をすると思います。

高校の物理では分野の大きな区分けとして力学、波、電磁気、原子分野という区分けがされていますよね。

そして力学はさらに細かくたくさんの分野に分けることが出来るんです。

例えば材料力学や熱力学、流体力学、機械力学などなど、、

機械工学科は以上のような様々な力学の分野に大きく焦点を当てて学んでいきます。

まずは材料力学から。

材料力学

材料力学では物にどれくらいの力が加わると物が壊れるのかといったことを学んでいきます。

例えば鉛筆を例に考えてみましょう。

鉛筆を折るように両側から力を加えるとしますよね。

その時にどれくらいの力を加えると鉛筆が折れてしまうか、ということが材料力学を使うと求めることが出来てしまうんです。

物が壊れる、壊れないというお話はものづくりではとても重要な事です。

だからこそ機械工学科では材料力学を深く学んでいくということなんですね。

流体力学

流体力学って聞いてパッとイメージが出来る人は少ないのではないでしょうか?

流体力学では流体がどのような振舞いをするのかということについて学びます。

「ものづくりをするのにどうして流体が関係するの?」と思うかもしれません。

では具体的な例を上げてみましょう。

例えば自動車について。

自動車が走っている時には自動車の周りに空気が流れていますよね。

また、エンジンを冷やすための冷却水やオイル、排気管から出てくる排気ガス

これらはすべて流体です。

実は自動車を作る時にはこれらの流体がどのように流れるのかといったことも考える必要があるんです。

一見ものづくりと関係が薄そうな流体ですが、実はものづくりと深く関係していることが車の例からわかるのではないでしょうか?

自動車以外でもものづくりをする際には流体についての知識が求められます。

だからこそ機械工学科では流体力学を学ぶということなんですね。

熱力学

高校でも熱の分野は物理で勉強しますよね?

気体の状態方程式とかポアソンの式とか!

熱力学は高校で勉強する熱分野の延長線上だと思ってもらうとわかりやすいと思います。

状態方程式はもちろんのこと、様々な熱サイクル、熱伝導、熱伝達など熱に関する分野を全般的に学びます。

熱力学もものづくりでは欠かせない存在になってきます。

例えば自動車のエンジンを考えてみましょう。

ガソリンを燃やしてエンジンを動かし、車が走るわけですが、その間ではたくさんの熱の移動、出入りがあるわけですね。

その熱の振舞を考えるのに必要なのが熱力学。

自動車以外にも飛行機、電車、家電製品などを設計する際には熱力学は必要です。

つまり、ものづくりと熱力学の間に密接な結びつきがあるということなんです。

機械力学

機械力学という言葉を辞書で引いてみました。

機械の運動や,それに伴って現れる力学的問題を取り扱う学問。機械が高速度で運転されるようになってくるに従い,運動する部分の慣性のために,静力学的あるいは幾何学的・運動学的知識だけでは解決できない問題がいろいろ起こってくる。このような機械に関する動力学的な問題を取り扱うのが機械力学である。エンジンのような往復機械を滑らかに運動させるためのつり合せの問題,伝動軸ねじり振動,あるいは回転機械のつり合せや振れ回りなどを扱う機械振動学がその中心をなすが,鉄道車両や自動車の乗りごこちや運転性能など,人間工学と関連が深い問題も新しい機械力学の対象となってきている。

コトバンクより

ん~~、、、よくわかりませんね(笑)

なんか色々と書いてありますが、機械力学は主に振動を取り扱う力学だと思ってください!

機械力学って言ってるのに振動なんですよね(笑)

ちょっとイメージがしにくいので具体例を上げてみましょう。

例えば車に乗っている時、車は振動しますよね?

でも乗り心地が悪いと感じるほど振動する車は少ないはず。

これは実は機械力学を使って乗り心地が良い車になるようにしっかり設計されているからなんです!

振動ってものづくりでは結構厄介な問題を引き起こすことが多くて、ものが壊れてしまう原因にもなるんですね。

「だからこそ機械工学科ではしっかり振動についても学んでおきましょう!」ということなんです。

数学

今までさんざん力学の話をしてきました。

では力学の内容を記述するためには何が必要でしょうか?

そう、数学なんですね!

高校でも数学は勉強しますよね?

そしてその数学を使って数学の問題はもちろんのこと、物理の問題も解いていくわけです。

大学でも同じです。

大学で学ぶ力学には材料力学、熱力学など様々なものがありますが、それらの内容を理解するためには数学が必要なんです。

だからこそ数学はとても重要な存在なんですね。

具体的には微分方程式や線形代数(行列)の勉強を主にしていきます!

聞き慣れない内容かもしれませんが、要は力学を学ぶために数学を学ぶと思ってください!

実験・実習

今までは座学のお話をたくさんしてきましたが、実は実験や実習も沢山します。

大学は設備が充実しているので、様々な実験・実習をすることが出来るんです。

実習では金属を加工するための工作機械を用いた実習をたくさんすることができます。

例えば、溶接、フライス盤、ボール盤、旋盤、NC工作など。

こちらはフライス盤で金属加工をしている様子ですね。

また、実験も沢山することができます。

流体実験、振動実験、引張試験、衝撃試験、などなどたくさんあります。

他にもエンジンの解体、組み立ての実習がある場合もあります。

個人的にはエンジンの実習はとても楽しくて好きでしたね!

エンジンって丁寧に組み立てないとなかなか動いてくれないんですが、組み立てたエンジンが動いてくれた時はとても嬉しかったです。

座学だけでなく、実習と実験で機械工学の内容を肌で感じることができるというところが大学で学ぶ特権だと思いますね。

解析

専門科目のお話の中で物にどのような力がかかっているのかを見ることが出来る、流体の振舞を知ることが大切だ、という話がありました。

そのような力や流体の振舞は実はコンピューターを使って解析することによって視覚的に知ることが出来るんです。

物に働く力、振動、熱の移動を見ることができる解析をCAE解析、流体の振舞を知ることが出来る解析をCFD解析と呼びます。

大学では研究室でこのような解析を使って研究開発をすることが出来るんです。

では具体的にそれぞれの解析について見てみましょう。

CAE解析

CAEとはComputer Aided Engineeringの略で、日本語に訳すとコンピューター支援設計という意味です。

コンピューターを用いて物にかかる荷重や振動、熱の伝わりやすさなどをシュミレーションできるのがCAE解析になります。

僕も実際に自分のパソコンでブロックに力を加えた時の応力解析をしてみました。

こんな感じ。

キャプチャ29

こうやって見えない力の分布が見れちゃうんです!

CFD解析

CFD解析とはComputational Fluid Dynamicsの略で日本語では数値流体解析という意味になります。

こちらも先ほどのCAE解析同様コンピューターを用いて解析をすることが出来るんですが、CFD解析では流体の流れを解析することが出来るんです。

実際には見えない空気の流れをシュミレーションで見ることが出来ちゃったりします。

CFD解析もCAE解析同様ものづくりでは欠かせない存在になっています。

設計段階で様々なシュミレーションができるので設計にかかる時間と手間が省けるからなんですね。

そして何といってもシュミレーションは楽しいです。

興味を持った方、ぜひ機械工学科へ(笑)

さいごに

機械工学科で勉強する内容をざーっと一通り見てきました。

もちろん勉強する内容は他にもたくさんあるのですが、大体は今まで紹介してきた内容について学ぶということになります。

少しでも機械工学科のイメージは掴めたでしょうか?

「機械工学科面白そう!」
って思えてもらえたでしょうか?(笑)

学科のミスマッチを無くすためにも今回の内容が進路選択に役立てば幸いです。

ではでは!