3.2: Інженер - це людина

Стародавні піраміди - інженерне диво. Велика піраміда була найвищим рукотворним спорудою в світі протягом майже чотирьох тисяч років.

Інжиніринг - це людське прагнення. Люди займаються інженерією, щоб задовольнити свої потреби до тих пір, поки вони мали потреби. Ми винаходимо та впроваджуємо інновації, коли стикаємося з проблемами, потребами та бажаннями. Винаходи існують і продовжують створюватися для задоволення наших потреб у повсякденному житті, таких як доступ до води, енергії, транспорту та розваг. Петроський (2004) сказав: «Створення речей - це діяльність, така стара, як цивілізація, і створення нових речей є частиною буття людиною». Наше життя пронизане технологічними винаходами, які люди спроектували (рисунок вище). Тим не менш, фундаментальний характер інженерії або те, що роблять інженери, не є повсякденними знаннями. Наприклад, багато хто з нас не знайомі з основними принципами, які використовуються для побудови систем, які доставляють воду, газ або електроенергію до наших будинків.

Інжиніринг - це проектування, аналіз і створення речей, які є практичними і корисними в нашому житті. За своєю суттю інженерія включає в себе дизайн. Дизайн, простіше кажучи, створює те, чого раніше не існувало. Інженери допомагають проектувати, створювати або змінювати майже все, що ми стикаємося в нашому житті, включаючи те, що ми відчуваємо, їмо, бачимо і чуємо.

У цьому розділі ми розглянемо кілька різних інженерних досягнень, які кардинально змінили наш спосіб життя сьогодні. Потім ми розглядаємо вплив інжинірингу на стійкість природних ресурсів і коротко зосередилися на одному дуже важливому ресурсі: воді.

Людські потреби задовольняються інженерними

Щоб залишитися в живих, людям і тваринам потрібні лише основи води, їжі та притулку. Крім цих основ, тварини, а часом і люди теж потребують захисту від інших тварин, які є хижаками. Здебільшого, однак, людям сьогодні не доведеться турбуватися про те, щоб стати їжею для інших тварин. Хоча нам потрібна вода, їжа, одяг та притулок, не дуже багато з нас беруть воду з колодязя чи річки; вирощують або вбивають власну їжу; виготовляють власну тканину та шиють одяг; або будують власні будинки своїми руками. Ми не робимо це самостійно, тому що люди винайшли продукти, інструменти та системи, щоб зробити це за нас, дозволяючи нам проводити продуктивний час іншими способами.

Ми вважаємо за краще робити щось інше, ніж з'ясувати, як отримати чисту воду в наші будинки, вирощувати урожай, вирощувати птицю, виготовляти тканину та шити одяг або будувати будинки. Це можливо завдяки всім перед нами людям, які створювали винаходи, які задовольняли їх і наші потреби. Ці винаходи варіюються від базової технології плуга або колеса до сучасних передових технологій, які дозволяють нам управляти і підтримувати наші природні ресурси або займатися освоєнням космосу. Потреби та бажання людини протягом усього часу задовольнялися інженерними досягненнями, які суттєво змінили та вплинули на наше життя, особливо за останні сто років.

Національна інженерна академія (НАЕ) визначила двадцять кращих інженерних досягнень ХХ століття; ці досягнення задокументовані в книзі Constable and Somerville (2003) та на веб-сторінці (http://www.greatachievements.org/). Ці досягнення більш детально описані в розділі Природа інженерії. Ці досягнення включають багато технологій, які ми використовуємо щодня і можемо сприймати як належне.

Одне з таких досягнень, яке ми розглянемо докладніше в цьому розділі - водопостачання і розподіл. Вода життєво необхідна для нашого життя. Коли ми включаємо наш кухонний кран і з крана тече чиста питна вода, ми рідко робимо паузу, щоб думати, як ця вода туди потрапила (рис. Нижче). Однак доставка чистої води до вашого будинку, школи або офісу вимагає передової системи очисних і розподільних споруд. Уявіть своє життя без внутрішньої сантехніки. Тим не менш, навіть у сучасному світі є багато людей, які живуть без доступу до проточної води, туалетів, ванн або душових. Підтримка якості води та розподіл води серед людей, де вони живуть, є позачасовими проблемами. Важливо пам'ятати, що вода не просто потрібна для нашого основного виживання; у сучасному світі вода використовується для багатьох інших цілей, які підтримують наш спосіб життя.

Більшості людей у Сполучених Штатах пощастило мати безпечну питну воду.

Інженерна стійкість для нашого майбутнього

Поточні прогнози прогнозують, що людське населення Землі становитиме близько 9 мільярдів у 2050 році. За прогнозами, до 3000 років населення планети вдвічі перевищить сьогоднішні 6,6 мільярда. Більша частина цього очікуваного збільшення, за прогнозами, буде зосереджена в країнах, що розвиваються, Африки, Азії та Латинської Америки. Задоволення найголовніших потреб цього майбутнього населення означає постійно зростаючий стрес на навколишнє середовище та обмежені природні ресурси. Це означає збільшення виробництва та споживання товарів і послуг та збільшення попиту на землю, енергію та матеріали (NRC, 1999). Хоча інженерні досягнення минулого століття підвищили рівень життя в розвинених країнах, завдання майбутнього полягає в тому, щоб пом'якшити бідність і підвищити рівень життя для всіх на цій планеті, одночасно підтримуючи наші природні ресурси.

Розглядаючи інженерні досягнення минулого, ми також повинні враховувати їх ненавмисні наслідки для нашого життя і нашої планети. Ми повинні запитати себе: які соціальні, економічні та екологічні наслідки наших інженерних досягнень? Багато інженерних рішень не можуть бути прийняті без урахування довколишніх природних і техногенних систем, оскільки сучасні інженерні системи можуть впливати на навколишнє середовище далеко в майбутньому. Існує гостра потреба зменшити ризик та рівень небажаних порушень для природних ресурсів та нашого техногенного світу, пов'язаного з інженерними системами.

Згідно з Національною ресурсною радою (NRC, 1999): «Сталий розвиток - примирення цілей розвитку суспільства з його екологічними межами в довгостроковій перспективі - є останнім концептуальним фокусом, що пов'язує колективні прагнення народів світу до миру, свободи, поліпшення життя умови та здорове довкілля». Інженери зобов'язані задовольняти основні потреби всіх людей у воді, харчуванні, енергії, санітарії та здоров'ї, а також захисті ресурсів планети, включаючи наше культурне та природне різноманіття.

Вода

Вода покриває 71% поверхні Землі. Ця фотографія полярного льоду та океанів Землі була зроблена космічним зондом Галілео.

Наступний розділ присвячений одній з основних потреб людини: воді. Вода - звичайна речовина. Його хімічна формула H2O широко відома. Це цілющий природний ресурс. Сімдесят один відсоток земної поверхні покритий водою, велика частина якої - солона вода (рис. Вище). Вода необхідна більшості організмів на Землі. Наприклад, 50− 70% людського тіла складається з води.

Вода - одна з небагатьох речовин на планеті Земля, які можна зустріти природним шляхом у всіх трьох станах: твердому (лід), рідина (вода) та газ (водяна пара). Істотною відмінністю між цими станами є щільність кожного стану. (Щільність тут відноситься до того, наскільки близькі молекули води один до одного. Маса води в межах конкретного обсягу визначає щільність води.) Паровий стан найменш щільне, при цьому рідке - найбільш щільне; твердотільне (лід) менш щільне, ніж рідке. Тепла вода менш щільна, ніж холодна. Тому нагрів і охолодження води впливає на її щільність.

Вода є дуже хорошим розчинником для багатьох сполук. Тому в природі майже не існує чистої води, більшість води містить розчинені речовини. Після того як вода потрапляє на землю у вигляді опадів, вона розчиняє речовини з грунту і гірських порід. Це призводить, наприклад, до жорсткої води, яка є водою з розчиненими в ній магнієм і кальцієм. Наступного разу, коли ви купуєте бутильовану воду, прочитайте етикетку. Ви можете виявити, на ваш подив, що ваша чиста джерельна вода не просто H2O, але також містить хімічні речовини. Насправді етикетка на вашій бутильованій воді може навіть перераховувати хімічні речовини та їх кількість. Більшість води, яку ви п'єте, містить іони. Ці іони у воді роблять її кислою або основною. РН води є мірою її кислотності або лужності; індекс рН пов'язаний з кількістю вільних іонів водню у воді.

Вода є природним ресурсом, і підтримка її для майбутнього населення є основним викликом, який потребує творчої інженерії. Вода використовується промисловістю, сільським господарством та будинками. У багатьох місцях Північної Америки люди мають доступ до всієї чистої води, яка їм потрібна. Однак у світі є багато місць, де водопостачання обмежене. Більшість використання води насправді знижують якість води; це стосується води, яка використовується в багатьох промислових процесах, а також води, що використовується людиною.

Наша сім'я, наша громада, наша культура, географічний район та економіка, що переважає, часто впливають на наші цінності щодо води. Наприклад, якщо ви з сільськогосподарської області, де ваші засоби до існування залежать від наявності води для ваших сільськогосподарських потреб, ви можете оцінити значення або значення води для вашого власного життя вище, ніж хтось, чиї засоби до існування побудовані навколо індустрії розваг, таких як запуск кінотеатру мультиплекс.

Діяльність

Приділіть кілька хвилин, щоб розглянути різні види використання води, з якими ви зіткнулися у своєму житті. Вийміть ручку і папір і перерахуйте якомога більше застосувань для води, як ви можете. Порівняйте свій список з чужим списком. Чим вони відрізняються? Що у них спільного?

Переглянути питання

Наступні питання допоможуть вам оцінити ваше розуміння цього розділу. На кожне питання може бути один, два, три або навіть чотири правильні відповіді. Щоб продемонструвати своє розуміння, слід знайти всі правильні відповіді.

1. Технологія відноситься до
   1. комп'ютери, програмне забезпечення та комп'ютерна периферія
   2. зміна природного світу для задоволення потреб
   3. інструменти, що використовуються інженерами для проектування систем
   4. доінжинірингові курси, прийняті в середній школі
2. При розгляді масштабних проблем інженери повинні зосередитися на
   1. наукові аспекти
   2. етичні аспекти
   3. економічні аспекти
   4. правові аспекти
3. Інженерні
   1. розпочався як винахід двадцятого століття
   2. завжди була діяльністю людини
   3. це родовище, вперше розроблене в Європі
   4. почався з Олександра Грема Белла
4. Інженери допомагають проектувати речі, які
   1. практичний і корисний у нашому житті
   2. корисний тільки вченим
   3. занадто спеціалізований, щоб бути корисним
   4. не практичний або економічний
5. Однією з найбільших проблем інженерії є
   1. підвищити рівень життя при використанні природних ресурсів
   2. підтримувати рівень життя однаковим, зберігаючи природні ресурси
   3. підтримувати рівень життя однаковим при використанні природних ресурсів
   4. підвищити рівень життя при збереженні природних ресурсів
6. Інженерні рішення повинні враховувати
   1. внутрішні системи
   2. природні системи
   3. техногенні системи
   4. майбутні системи
7. Сталий розвиток пов'язаний з
   1. основні потреби
   2. свобода
   3. харчування
   4. світ мир
8. Що з них впливає на наші цінності щодо води?
   1. культура
   2. вартість
   3. чистоти
   4. сімейний
9. Інженерні досягнення можуть мати
   1. помилкові наслідки
   2. нереальні наслідки
   3. ніяких наслідків
   4. ненавмисні наслідки
10. Коли ми використовуємо воду, ми
    1. зниження його якості
    2. підвищити його якість
    3. не впливають на його якість
    4. поліпшити його якість