열역학과 실무에 필요한 역학

열역학과 실무에 필요한 역학들에 대해서 설명드릴게요.

기계공학 계열 전공자라는 가정으로 이야기를 진행하겠습니다. 기계공학과에 진학하면 전공 필수인 역학들을 포함해서 수많은 전공 선택 역학을 배우게 됩니다. 그렇게 많이 배운 역학들을 회사에 취직하면 사용할까요? 정답은 사용할 수도 있고 안 할 수도 있습니다. 본인이 어떤 업무를 하느냐에 따라서 역학을 통해서 배운 지식들을 사용할 수 있습니다. 사실 사용하지 않아도 역학을 배우면서 논리적 추론 능력, 문제 해결 능력들이 실무에서 발휘될 거라 생각합니다. 배웠던 지식들이 기저에 깔려 있기는 하지만 표면적으로 이런 능력이 필요하다고 요구되지는 않습니다. 실무를 하다 발생하는 문제들은 복합적입니다. 학교에서 배우는 명시적이고 분명한 문제들과는 분명히 다릅니다. 회사에서 접하는 문제는 복합적이고 명쾌하지 않습니다. 이런 상황에서 학교에서 배운 단 한 가지 과목만 유용할 리가 없습니다. 열역학 관련 예를 들어보겠습니다. 회사에 취직해서 특정 제품 개발을 한다고 가정하겠습니다. 그 제품은 전기를 사용해서 구동을 합니다. 하지만 놓은 발열부가 있지 않아서 열에 대해서 따로 검토하지 않아도 되는 제품입니다. 그래서 회사에는 열 관련 노하우가 쌓인 것이 없습니다. 새로운 신제품을 출시를 준비합니다. 엔지니어들이 개발을 진행합니다. 동작하는 두 부품이 있습니다. 조립하였습니다. 테스트를 진행하는데 어느 순간 동작을 하지 않습니다. 원인을 파악해 보니 두 제품이 끼임이 발생하였습니다. 초기에 조립하고 동작할 때는 문제가 없었습니다. 왜 그런 걸까요? 이런 원인이 있을 수 있습니다. 반복 동작을 하다 보니 제품이 열 변형이 발생하였습니다. 그래서 초기 형태와는 한 부품이 휘어져 버렸습니다. 그래서 처음에는 간섭이 발생하지 않았으나 시간이 지남에 따라서 끼임이 발생한 것입니다. 사실 이 문제도 명시적으로 열역학 관련은 아닙니다. 열과 관련된 재료역학 문제라고 할 수 있죠. 열 관련 지식이 있었다면 피할 수 있었을 겁니다. 예를 들면 마찰이 적게 일어나는 재질을 사용했다면 열 변형이 일어날 만큼 열이 올라가지 않았을 수 있습니다. 혹은 공차 관련 지식이 있었다면 공차를 충분히 설정했다면 문제가 발생하지 않았을 수도 있습니다. 이렇듯 열역학을 비롯한 여러 역학에 대한 지식이 있었다면 문제를 해결하거나 근본적으로 만들지 않았을 수 있습니다. 그리고 우리가 사용하는 일상 제품들은 대부분 전기를 사용합니다. 이런 제품은 발열부를 갖고 있으면 쉽게 온도가 올라갈 수 있습니다. 제품에 대한 열역학 지식과 노하우가 있다면 문제를 만들지 않을 수 있습니다. 이렇듯 여러 역학에 대한 지식이 문제 해결 능력을 높여줄 수 있습니다. 실무에 필요한 역학들을 나열하기 전에 문제를 해결하는 다른 방법도 있습니다. 사실 이것은 엔지니어 적인 접근은 아닙니다. 회사라는 것은 사람들이 모여서 일을 하는 조직입니다. 이런 곳에서는 정치도 문제 해결하는데 아주 중요한 요소일 수 있습니다. 쉽게 해결할 수 없는 문제를 정치력으로 풀어갈 수도 있습니다. 낮은 경력을 가진 사원이 발휘할 수 있는 능력은 아닙니다. 그러나 문제를 상급자에게 보고하여 상급자가 정치로 풀 수 있게 만들 수 있습니다. 물론 모든 문제를 정치로 푼다면 그 사람은 엔지니어가 아닙니다. 분명한 문제는 해결하고 지나가야 합니다. 엔지니어가 정치로 풀려는 문제는 제한적이고 특별한 상황에서만 가능하고 특별한 상황에서만 사용되어야 합니다. 모든 문제를 정치로 풀기 시작한다면 제품의 질은 아주 떨어질 것입니다. 정치로 문제를 해결한다는 예를 하나 들겠습니다. 특정 제품 개발을 합니다. 제품이 일상 동작에서는 아무런 문제가 없습니다. 기본적이 성능은 아주 월등합니다. 기준치를 상회하는 성능을 갖고 있습니다. 그러나 한 가지 문제가 있습니다. 특정 상황에서는 동작이 제대로 되지 않습니다. 그 상황만 피하면 아무런 문제가 없습니다. 하지만 그러한 상황은 실사용자 조건에서는 발생할 가능성이 거의 없습니다. 실무를 하는 엔지니어는 문제가 없을 것이라 확신할 수 있습니다. 이럴 경우 정치력으로 풀 수 있습니다. 문제가 아니라고 검증 부서를 설득할 수 있는 것이죠. 문제가 아니라고 설득함과 동시에 대안도 제시해야 합니다. 지금 나온 문제를 해결할 수 있다. 다만 많은 재료비 상승이 있을 것이다. 이렇게 제시한다면 아마도 엔지니어의 의도대로 넘어갈 수 있을 것입니다. 이렇듯 역학적 지식 말고 다른 많은 것들이 필요한 것이 제품 개발의 세계입니다. 기계공학에는 4대 역학이 있습니다. 재료역학, 열역학, 동역학, 유체역학. 이 중에서 일반적인 제품 개발을 한다면 실용적인 역학을 꼽자면 재료 역학입니다. 재료역학은 재료의 특성을 가지고 힘을 주었을 때 어떤 변형이 발생하는지 소성 변형이 되는지 등을 알 수 있는 역학입니다. 기구 엔지니어는 제품 개발에 캐드 툴을 사용합니다. 각 부품들을 설계하고 서로 모읍니다. 그리고 동작 시킵니다. 그럴 때 의도된 동작만 하도록 만들 수 있어야 합니다. 그래야 훌륭한 제품이라고 할 수 있습니다. 특정 동작에서 힘을 받아 부품이 부서진다면 제대로 만든 것이 아니겠죠. 이럴 때 필요한 것이 재료 역학입니다. 물론 어느 정도 힘이 가해지고 어떤 힘에서 변형일 일어날지는 눈으로 보고 알 수 없습니다. 그런 경우를 확인하기 위해서는 실물을 만들고 측정을 하거나 아니면 CAE팀 도움을 받아서 계산을 해야 합니다. 하지만 재료역학적 지식이 있는 기구 엔지니어라면 초기에 설계할 때 문제가 될 형상을 만들지 않을 수 있습니다. 특정 형상은 응력 집중이 발생해서 취약하게 될 가능성이 있습니다. 이런 형상들만 피하고 만들어도 아주 훌륭한 제품을 만들 수 있습니다.