5.4: ¿Cómo se conectan las matemáticas y las ciencias con la ingeniería en la preparatoria y la universidad?

Preparatoria Preparatoria y Cursos Universitarios

Se necesitan muchos cursos de preparatoria y universidad para prepararse para una educación de ingeniería.

Cursos Preuniversitarios

Si un estudiante quiere considerar la posibilidad de cursar un título universitario en ingeniería, ¿qué tipos de cursos K-12 debe tomar? Antes incluso de ingresar a la preparatoria, los estudiantes deben investigar los requisitos de admisión de las universidades para la educación secundaria de un estudiante. Las universidades establecen pautas de requisitos de prerrequisito al momento de aplicar. La mayoría requiere un mínimo de cuatro años de matemáticas de secundaria, incluyendo al menos los cursos básicos de matemáticas (álgebra uno y dos, geometría, trigonometría y geometría analítica), y un mínimo de cuatro años de ciencias, cubriendo nuevamente al menos los cursos básicos (química, biología y física). Además, junto con estos requisitos establecidos para el trabajo del curso, los programas de ingeniería de mayor reputación requieren presentar calificaciones de exámenes de ubicación (como ACT o SAT) y no muestran deficiencias en matemáticas o ciencias.

Cursos Universitarios

Una vez admitido en un programa de ingeniería universitaria, se requerirá que los estudiantes completen un año de matemáticas y física universitarios (aproximadamente 10 cursos). Esto incluiría cursos de ciencias fundamentales (Química, Biología, Física) y cursos básicos de matemáticas (Cálculo I, II, III y Ecuaciones Diferenciales). Estos suelen ser el nivel mínimo requerido para los ingenieros en general, pero disciplinas específicas de ingeniería pueden requerir más. La mayoría de los programas también requieren alrededor de un semestre (5 cursos) de “cursos de ciencias de la ingeniería” donde las comprensiones de matemáticas y ciencias se dirigen hacia amplios cursos de ciencias aplicadas y matemáticas. Podrían incluir cursos como Circuitos, Estática, Dinámica, Fluidos, Materiales, Termodinámica y Estadística. Las conexiones de las matemáticas y las ciencias con la ingeniería en estos cursos aplicados son bastante obvias, por ejemplo, con las ecuaciones químicas y diferenciales utilizadas en la termodinámica de ingeniería.

Cursos de Ciencias y Matemáticas Conectados a la Ingeniería

Las matemáticas y ciencias básicas proporcionan las herramientas de técnicas matemáticas y fenómenos científicos que los ingenieros utilizan para abordar problemas de diseño relacionados con fenómenos del mundo natural. Se basan en cursos fundamentales similares de matemáticas y ciencias en la escuela secundaria que son introductorios con un nivel inferior de matemáticas que describen fenómenos naturales. Los cursos universitarios de matemáticas y ciencias proporcionan una base para cursos avanzados de matemáticas y ciencias necesarios para abordar problemas más complejos en una disciplina de ingeniería determinada. Los cursos básicos de matemáticas y ciencias también se han utilizado para una amplia gama de aplicaciones prácticas de ingeniería para desarrollar cursos que se conocen como cursos de ciencias de ingeniería como termodinámica, circuitos y fluidos. Por ejemplo, el curso de Ciencias de la Ingeniería de Fluidos suele ser tomado por estudiantes de Ingeniería Química, Mecánica, Aeroespacial y Biomédica. Esto se debe a que los principios generales de Fluidos se aplican al flujo de fluido de aire para aviones así como al flujo de gases en motores de combustión interna mientras que el flujo de fluido de líquido se usa para analizar el flujo sanguíneo en humanos así como el flujo de productos químicos en plantas de procesamiento químico. Así, la conexión de las matemáticas básicas y la ciencia con la ingeniería se muestra directa e inequívocamente tanto como base para cursos avanzados como integrándose en cursos de Ciencias de la Ingeniería ampliamente suscritos. Aquí se presentan breves descripciones de los cursos básicos de matemáticas y ciencias seguidas de breves descripciones de los cursos de Ciencias de la Ingeniería más suscritos.

Física. La física es la ciencia de la materia y la interacción de la materia. Describe y predice fenómenos sobre la materia, el movimiento y las fuerzas, el espacio y el tiempo, y otras características del mundo natural.

Química. La química es la ciencia de los fenómenos sobre la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que sufre durante las reacciones químicas, especialmente en lo que respecta a diversos átomos, moléculas, cristales y otros agregados de la materia.

Biología y Ciencias Biológicas. La biología es la ciencia de los organismos vivos que describe y predice fenómenos relacionados con la estructura, función, crecimiento, origen, evolución y distribución de los seres vivos, así como las interacciones que tienen entre sí y con el entorno natural.

Cálculo. El cálculo es la matemática del cambio que incluye el estudio de límites, derivados, integrales y series infinitas; muchas disciplinas de la ingeniería abordan problemas que deben ser resueltos por el cálculo diferencial y el cálculo integral.

Ecuaciones Diferenciales. Las ecuaciones diferenciales son ecuaciones con variables que relacionan los valores de la propia función con sus derivadas de diversos órdenes. Las ecuaciones diferenciales se utilizan para aplicaciones de ingeniería donde se conocen o postulan las cantidades cambiantes modeladas por las funciones y sus tasas de cambio expresadas como derivadas dando soluciones que dependen de las condiciones límite.

Cursos de Ingeniería Conectados a la Ciencia y las Matemáticas

Como se discutió anteriormente, los cursos básicos de matemáticas y ciencias se han utilizado para una amplia gama de aplicaciones prácticas de ingeniería para desarrollar cursos que se conocen como cursos de ciencias de ingeniería como Termodinámica, Circuitos y Fluidos. Por ejemplo, el curso de Ciencias de la Ingeniería de Fluidos suele ser tomado por estudiantes de Ingeniería Química, Mecánica, Aeroespacial y Biomédica. Esto se debe a que los principios generales de Fluidos se aplican al flujo de fluido de aire para aviones así como al flujo de gases en motores de combustión interna mientras que el flujo de fluido de líquido se usa para analizar el flujo sanguíneo en humanos así como el flujo de productos químicos en plantas de procesamiento químico. Así, la conexión de las matemáticas básicas y la ciencia con la ingeniería se muestra directa e inequívocamente tanto como base para cursos avanzados como integrándose en cursos de Ciencias de la Ingeniería ampliamente suscritos. Aquí se presentan breves descripciones de los cursos básicos de matemáticas y ciencias seguidas de breves descripciones de los cursos de Ciencias de la Ingeniería más suscritos. Argumentos similares se aplican a otros cursos de ciencias de la ingeniería que también están ampliamente suscritos por muchas disciplinas. Los cursos se describirán brevemente en esta sección.

Dinámica. El campo de la dinámica utiliza el conocimiento de la mecánica clásica que se ocupa de los efectos de las fuerzas sobre el movimiento de los objetos. Los ingenieros utilizan los conceptos en el diseño de cualquier pieza móvil, como para motores, maquinaria y motores. Por ejemplo, un ingeniero mecánico habría utilizado Dynamics extensamente en el diseño de la sembradora de semillas multifila de potencia neumática que se inventó en 1956.

Circuitos Eléctricos. El campo de los circuitos aplica la física de los fenómenos eléctricos al diseño, análisis y simulación de circuitos eléctricos lineales y mediciones de sus propiedades. Los principios se utilizan en diseños de circuitos para aplicaciones de amplio alcance como motores, teléfonos celulares y computadoras. Por ejemplo, un ingeniero eléctrico habría utilizado Circuits extensamente en el diseño en 1980 de la primera placa de circuito con tecnología incorporada de autocomprobación.

Fluidos. El tema de la mecánica de fluidos utiliza la física de los fluidos para comprender y predecir el comportamiento de los gases y líquidos en reposo y en movimiento que se denominan estática de fluidos y dinámica de fluidos. Como se describió anteriormente, hay un amplio conjunto de aplicaciones de ingeniería que incluyen flujo de aire para aviones y en motores de combustión interna, así como flujo de fluido de sangre líquida en humanos, así como flujo de productos químicos en plantas de procesamiento químico. Por ejemplo, un ingeniero químico habría utilizado ampliamente el tema de Fluidos en el diseño de bombeo profundo de petróleo desde una profundidad de 4800 pies en el Golfo de México iniciado en 2000.

Ciencia e Ingeniería de Materiales. Esta asignatura utiliza las técnicas de síntesis de la química y las herramientas de caracterización de la física, como el microscopio de fuerza atómica, para controlar y caracterizar las propiedades de la estructura y propiedades de los materiales sólidos. Los principios de la ciencia de los materiales son ampliamente utilizados por una variedad de disciplinas de ingeniería, incluyendo electrónica, aeroespacial, telecomunicaciones, procesamiento de información, energía nuclear y conversión de energía. Las aplicaciones varían desde aceros estructurales hasta microchips de computadora. Un ingeniero de materiales habría aplicado ampliamente los principios de la Ciencia de Materiales en el diseño de piel sintética que puede actuar como marco para las células vivas que crecen en una capa de piel mientras que el armazón es absorbido por el cuerpo.

Mecánica de Sólidos. Esta asignatura utiliza conceptos y conocimientos de mecánica continua que emergen de la física y las matemáticas para comprender y predecir el comportamiento de la materia sólida bajo acciones externas, como fuerzas externas, cambios de temperatura y desplazamiento o deformación. Los principios se utilizan ampliamente en una variedad de temas para una serie de disciplinas de ingeniería. Es parte de un estudio más amplio conocido como mecánica continua. Los ingenieros utilizan los principios para determinar qué sucede cuando se aplica una tensión a un componente. Los conceptos son útiles en cualquier momento en que un componente se aleja de la forma del resto debido al estrés. La cantidad de salida del descanso, que inicialmente es elástica o proporcional a la tensión, es segura siempre y cuando el material esté por debajo de su límite elástico. Por ejemplo, un ingeniero aeroespacial habría utilizado ampliamente Mecánica de Sólidos en el diseño del Transbordador Espacial lanzado por primera vez el 12 de abril de 1981.

Estática. Esta es la aplicación de ingeniería de una rama de la física llamada Mecánica. Describe cuerpos sobre los que se actúa mediante fuerzas y pares equilibrados para que permanezcan en reposo o en movimiento uniforme. En la estática, los cuerpos que se estudian están en equilibrio. Las condiciones de equilibrio son muy similares en las estáticas planas, o bidimensionales, y tridimensionales del cuerpo rígido. Estas son que la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo debe ser cero; y la resultante de todos los pares alrededor de cualquier punto debe ser cero. Por lo tanto, es necesario comprender las sumas vectoriales de fuerzas y pares. Por ejemplo, un ingeniero civil habría utilizado ampliamente la estática en el diseño del puente Golden Gate en 1937.

Ingeniería Termodinámica. Esta asignatura utiliza los conceptos de ciencia que tratan de transferencia de calor y trabajo que se utilizan para resolver problemas de ingeniería. Los ingenieros utilizan la termodinámica para calcular energías en el procesamiento químico, calcular la eficiencia de combustible de los motores y encontrar formas de hacer sistemas más eficientes, ya sean cohetes, refinerías o reactores nucleares. Por ejemplo, un ingeniero mecánico habría utilizado “termo” extensamente en el diseño de un “vehículo de energía alternativa” que utiliza gas natural.

Actividad: enfoque educativo diferente de diferentes disciplinas de ingeniería

Elija dos o tres tipos de ingenieros y describa y escriba lo que cree que son las clases típicas de matemáticas y ciencias que podrían tomar y que brindarán un enfoque para sus futuras actividades profesionales.

Preguntas de revisión

Las siguientes preguntas te ayudarán a evaluar tu comprensión de la ¿Cómo se conectan las matemáticas y las ciencias con la ingeniería en la preparatoria y la universidad? sección. Puede haber una, dos, tres o incluso cuatro respuestas correctas a cada pregunta. Para demostrar su comprensión, debe encontrar todas las respuestas correctas.

1. Los programas universitarios de ingeniería requieren
   1. Puntuaciones ACT o SAT
   2. cartas o recomendación
   3. cuatro años de secundaria matemática
   4. un ensayo sobre ingeniería
2. Los estudiantes de ingeniería deben ser capaces de
   1. aplicar las matemáticas y la ciencia a los problemas
   2. recordar problemas de matemáticas y ciencias
   3. especialización en un campo de matemáticas o ciencias
   4. utilizar las matemáticas y la ciencia como herramientas
3. Si quieres convertirte en ingeniero debes estudiar
   1. en su mayoría matemáticas
   2. en su mayoría ciencia
   3. matemáticas y ciencias
   4. algo de historia
4. El inglés es tan importante como la matemática y la ciencia porque
   1. los ingenieros deben ser capaces de escribir
   2. los ingenieros deben comunicarse con el público
   3. los ingenieros deben comunicarse con sus compañeros de trabajo
   4. los ingenieros deben estar bien redondeados
5. La ingeniería requiere que entiendas
   1. líneas de tiempo
   2. cálculo
   3. geometría
   4. fórmulas
6. El mejor indicador de éxito en una carrera de ingeniería en la universidad es
   1. promedio general de calificaciones en secundaria
   2. tomando tres años de taller de metal en la secundaria
   3. tomar dos cursos de ciencias de la computación en la secundaria
   4. completar con éxito cuatro años de cursos de matemáticas en la escuela secundaria