¿Qué son las matrices y cómo se usan en el campo de la ingeniería?

Las matrices son una forma sistemática de resolver conjuntos de ecuaciones simultáneas y tratar con sistemas de datos multidimensionales. Son particularmente importantes para trabajar con sistemas de coordenadas 3D, problemas de inercia, rotaciones de coordenadas, teoría de control y muchos otros tipos de aplicaciones. Los programas de análisis de elementos finitos (FEA) están escritos para manejar soluciones matriciales que se componen de 10 de miles de ecuaciones simultáneas. Esto sería casi imposible de resolver sin las soluciones automatizadas de análisis Matrix y Tensor.

Uno de los mayores logros del programa espacial de la NASA en la década de 1960 fue el desarrollo de NASTRAN, que significaba ANÁLISIS ESTRUCTURAL de NAsa. Para cumplir con los presupuestos de peso versus fuerza requeridos para poner a los hombres en la luna, las propiedades de los materiales tuvieron que mejorar enormemente, y los métodos de análisis estructural tuvieron que hacer lo mismo. Había computadoras disponibles que eran lo suficientemente potentes como para hacer las soluciones de matriz, por lo que NASTRAN se desarrolló en torno a estos métodos. Finalmente, las estructuras podrían analizarse con suficiente detalle y precisión para lograr los objetivos de peso de la misión lunar.

Hoy en día, prácticamente todas las estructuras importantes en la tierra se analizan con un programa de Análisis de Elementos Finitos (FEA) durante su fase de diseño, y hay varias muy competentes en el mercado. Además, se han ampliado para incluir dinámicas de fluidos y gases, efectos térmicos, análisis en el dominio de la frecuencia y una serie de otras características con las que ni siquiera soñamos cuando salí de la escuela de ingeniería. Estos paquetes de análisis de software, junto con computadoras de rendimiento cada vez mayor, han hecho posible lo imposible.

Las matrices pueden ser simples, o pueden provenir de las profundidades del álgebra abstracta, de las raíces de temas como espacios, grupos, anillos, transformaciones, etc. Al menos, eso fue lo que sentí al aprender sobre matrices, no estoy seguro de que los anillos y los grupos estén involucrados de inmediato.

De todos modos, una matriz generalmente se piensa de dos maneras:

  1. Un lugar para almacenar muchos números.
  2. Un operador solía cambiar vectores (de donde eventualmente surge la idea de un tensor)

Si sabes lo que es un vector, entonces estarás bien encaminado para comprender las matrices de todo tipo de formas. Si no lo hace, ese es el lugar para comenzar, ya que los vectores (y eventualmente los tensores) son los componentes básicos de los problemas del mundo real. En esencia, es una flecha, representada por un punto desde el origen 0, 0. La flecha apunta hacia ese punto. Tiene longitud y un ángulo (dirección). Realmente no puedo entrar en ellos, no estamos viendo vectores de columnas.

La segunda definición anterior es probablemente la más importante, aunque ambas trabajan juntas.

La idea es poner un vector y obtener un nuevo vector. Eso es lo que hace una matriz. El concepto más importante antes de comprender el uso de matrices como operadores es la multiplicación de matrices , que es algo poco intuitiva. No puedo entrar en detalles, pero espero que haya despertado su apetito y lo examine más a fondo. Créame, comprender los vectores (y luego los tensores) cambiará la forma en que resuelve los problemas. Son utilizados por todos los ingenieros, matemáticos y físicos. ¡Buena suerte, porque desafortunadamente es una madriguera de conejo!

En matemáticas, una matriz ( matrices plurales) es una matriz rectangular de números, símbolos o expresiones, organizados en filas y columnas. Puede aprender matrices en su escuela, pero se encuentra con la aplicación en técnicas de resolución de circuitos.

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