열역학만큼 중요한 다른 역학

열역학만큼 중요한 다른 역학에 대해서 알아보겠습니다.

이 블로그가 열역학에 대해 주로 다루고 있습니다. 그래서 역학 중에 열역학이 가장 중요하다고 말하는 것처럼 느껴질 수 있습니다. 그렇지 않습니다. 이 블로그가 열역학 위주로 작성을 하여 그렇게 쓰이는 것뿐입니다. 그래서 오해하시지 않길 바랍니다. 이번 포스팅도 열역학만큼 중요한 다른 역학이라고 하여 열역학이 가장 중요하고 그와 비슷하게 중요한 다른 역학을 거론한다고 생각하실 수 있습니다. 이것도 열역학 위주 블로그이다 보니 표현이 그렇게 된 것뿐입니다. 개인적인 경험으로 말씀을 드립니다. 여러 번 강조하였습니다. 기구 엔지니어로 제품 개발을 할 때 열역학적 개념을 갖고 있는 것이 중요합니다. 어느 것이 문제가 될지 미리 예측을 할 수도 있고 또한 문제가 발생했을 때 어떻게 해결할지 아이디어를 얻을 수 있습니다. 그렇다면 기구 엔지니어에게 다른 역학은 어떤 것이 중요할까요? 정답은 4대 역학 모두 중요하다입니다. 그래도 개인적인 경험으로 선택을 해보자면 재료역학을 꼽고 싶습니다. 동역학 역시 중요합니다. 유체역학 역시 중요하죠. 하지만 유체역학은 좀 더 깊이가 있다고 생각합니다. 소비자가 흔히 쓰는 제품 개발에 유체역학적 접근을 하지는 않을 것 같습니다. 물론 자동차는 유체역학적 접근이 필요합니다. 자동차가 달릴 때 공기 흐름이 매우 중요하기 때문이죠. 하지만 소비자들이 일상생활에서 사용하는 제품군에서 유체역학을 깊이 있게 다루지 않는다고 생각합니다. 물론 예외는 있을 수 있습니다. 동역학도 역시 움직이는 물체에 대해서 필요합니다.

하지만 재료역학을 선택한 이유는 부품으로 구성되고 있는 모든 것들은 재료역학적 고려를 할 필요가 있습니다.

특정 힘이 발생한다면 그 반력이 생기기 마련입니다. 그렇다면 반대 방향으로 힘이 지속적으로 받을 때 문제가 없도록 설계를 해야 합니다. 또한 의도적으로 부품 두 개를 간섭을 시켰다 가정하겠습니다. 그리고 그 부품은 구동이 되는 부품입니다. 그렇다면 반드시 마찰로 인한 열이 발생합니다. 이럴 때 부품이 어느 정도의 힘으로 어떤 방향으로 받고 있는지 알고 있어야 합니다. 그 힘이 과도할 경우 추후 성능에 문제가 발생할 수 있습니다. 과도한 힘을 받고 있다고 하면 초반에는 문제가 없을 수도 있습니다. 하지만 그 제품의 수명까지 버티지 못하고 파손될 수 있습니다. 당연히 무상 서비스 대상일 것입니다. 수명 안에 파손되었기 때문이죠. 이렇나 제품 구조에 따라 어떻게 어떤 힘을 받는지 알고 싶다면 재료역학을 충실히 배워두면 됩니다. 거기에 회사에 제품 개발 노하우가 쌓여있다면 문제가 발생하지 않을 것입니다. 모호한 표현일 수 있으니 예를 들도록 하겠습니다. 특정 제품에 특정 구조는 반복적으로 사용됩니다. 매번 제품 개발할 때마다 스펙 변화로 공용 부품은 사용할 수 없습니다. 설계 콘셉트만 동일하게 가져갑니다. 이럴 경우 설계 콘셉트는 같지만 신규 부품이 설계가 됩니다. 이 특정 구조는 힘을 받는 구조입니다. 이전 설계를 참고하였지만 약간은 변형되어 다른 제품과 다른 힘을 갖게 되었습니다. 기구 엔지니어가 어느 정도 힘을 받는지 계산하였습니다. 여기까지는 기구 엔지니어가 할 수 있습니다. 하지만 그 힘이 이전 제품보다 큰 값입니다. 그렇다면 문제가 될까요? 문제가 될 수도 있고 안 될 수도 있습니다. 회사에 관련 노하우가 있다면 판단할 수 있습니다. 이전 제품보다 그 구조의 힘은 커졌지만 그 이전의 제품은 그 정도 힘을 구현한 적이 있습니다. 그때 시장 불량이 없었습니다. 그렇다면 현재 설계한 구조와 힘으로 제품을 만들어도 된다는 것이죠. 이렇듯 재료역학적 개념을 이용하여 힘을 계산하고 회사의 축적된 노하우로 문제 여부를 알 수 있습니다. 물론 이렇게 이론적 계산과 노하우로 문제 여부를 결정하지 않습니다. 이것은 설계 단계에서 엔지니어가 판단하는 부분일 뿐입니다. 제품을 설계한 후에 각종 테스트로 문제없는지를 검증합니다. 그 검증까지 통과되어야 그 구조가 신뢰성을 갖는다고 할 수 있습니다. 힘을 계산하고 노하우 있다면 테스트 검증 직전에 거를 수 있다는 장점이 있는 것이죠. 문제가 된 적이 있다면 굳이 동일하게 또 시도할 필요가 없는 것이죠. 이렇듯 기구 엔지니어가 설계하는 제품들은 실물이 있습니다. 그 실물은 부품으로 구성되어 있습니다. 모든 부품들 간에 힘을 계산할 필요는 없습니다. 다만 특정 부품들은 힘을 계산하고 어느 정도 값을 갖는지 알고 있어야 합니다. 이럴 때 필요한 것이 재료역학적 개념이라고 생각합니다. 마찰로 인해 지속적으로 힘을 받고 동작하는 구조라면 열이 발생합니다. 마찰열입니다. 이럴 때는 열역학적 개념을 갖고 있는 것이 당연히 도움이 되겠죠. 왜냐하면 그 부분은 지속적으로 열이 발생하고 온도가 올라갈 것입니다. 민감하고 중요한 부품이라면 당연히 일정 온도 이하로 관리가 필요할 것입니다. 같은 부분이지만 다양한 역학적 관점이 필요한 부분인 것이죠. 다음 기회에는 다른 역학들에 대해서 다루어 보겠습니다. 다시 말씀드리지만 개인적인 경험으로 인해 설명드리는 부분이니 오류가 있을 수 있습니다. 참고하세요.

기구 엔지니어라면 4대 역학을 모두 숙지하는 것이 당연합니다.

그리고 거기에서 다루는 개념들은 정확히 숙지하고 있다면 현업에서 문제없이 대부분 문제를 다룰 수 있을 것입니다. 다만 회사 생활이라는 것이 사람들이 하는 것이기 때문에 역학 외전인 지식이 필요할 때가 있습니다. 그런 것들을 정치라고 부릅니다. 이런 분야는 이 블로그에서 다루지 않는 분야이기 때문에 별도 언급을 하지 않겠습니다. 기구 엔지니어로 필수 지식인 열역학을 포함해서 역학에 집중하도록 하겠습니다.