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계정을 잊어버리셨나요?

by 김종민 Dec 08. 2019

전공필수로 살펴본 이공계학과:
기계공학

기계를 직접 수리할까?

안녕하세요.^^

이번에는 강동원이 있는 기계공학과를 소개하려고 합니다.

미남이 있는 기계과?

아무래도 제가 물리를 배웠다보니, 물리와 관련된 학과들이 먼저 눈에 들어오는데요.

공대의 삼대장! 전/화/기 중 기계!

이번에는 기계공학과에서 무엇을 배우는지, 전공필수를 통해서 살펴보겠습니다.

1.기계공학과에서는 무엇을 배울까?

기계 공학과니까 기계를 배우겠지싶습니다.(;;;)

기계를 설계하고 만들기 위해서 필요한 기초적인 학문을 배웁니다.

그렇다면 무엇을 알면 기계를 설계하는데 도움이 될까요?

출처: SNU Mechanical Engineering

기계공학과 커리큘럼에서 다루는 분야를 체크해보겠습니다.

1)설계와 생산

2)열과 유체

3)역학 및 제어

4)나노, 재료, 바이오

음...역시 쉽지 않군요.

우리 주변에 있는 대표적인 기계 하나만 참고해 봅시다. 역시 대표적인건 자동차입니다.

자동차가 움직이기 위해서는 연료를 공급받아야합니다. 연료를 태워 생긴 열이 자동차 바퀴를 움직이는 동력이 됩니다. 자동차가 오래도록 튼튼히 달리기 위해서, 그리고 빠르게 달리기 위해서는 각 요소가 적절히 설계되어야만 하겠습니다. 또한 자동차가 공기 속을 달려나가면서 부딪히는 공기의 저항을 최소화하면 더 빠르게 달릴 수 있겠죠?

이뿐만 아니라 자동차를 대량으로 생산하는 공장 역시도 기계로 이루어져 있습니다. 각각의 기계들이 분업해서 자동차를 조립할텐데요. 가장 효율적으로, 가장 낭비가 적게 설계하는 방법이 있다면 도움이 될 것입니다.

기계공학에서 다루는 대표적인 기계, 자동차

이렇게 보니 커리큘럼의 분야가 꽤 연결되는 것 같습니다. 구체적으로 전공필수 과목을 알아볼까요?

2. 기계공학과의 전공필수

학교마다 필수로 삼는 과목은 다르지만 대체로

<고체역학>, <동역학>, <유체역학>, <열역학>

을 포함하고 있습니다.

(기계공학과의 4대역학이라고 부릅니다. 물리학과의 4대역학과는 성격이 다르죠ㅎㅎ)

역학이라고하면 Mechanics, 그러니까 어떤 현상을 물리학적으로 설명해놓은 것을 말합니다.

그런데 물리학은 수학의 언어로 쓰여있으니까 이번에도 역시 응용수학과 응용물리학이 많이 사용됩니다.

이외에도 실험과목, 설계과목, 기초수학-물리과목들을 별도로 필수과목으로 지정해두고 있습니다.

2-(0) 공통 필수과목

기초과목에 수학과 과학을 배워야하는데요.

미적분학, 공업수학(미적분학의 advanced 버전입니다, 미분방정식, 선형대수학 등을 다룹니다.)에 더해서 대학물리학과 컴퓨터 등이 기초 필수로 구성되어있습니다. 대학 물리학을 전반적으로 배운 이후에 전공과목(4대 역학)에서 세부적인 각론으로 들어갑니다.

2-(1) 고체역학

고체역학(固體力學,solid mechanics)은 달리 고체에 작용하는 응력과 그에 따른 변형에 관여하는 물리적 현상을 연구한다.(위키백과 출처)

한 마디로 힘을 가했을 때 물체가 어떻게 바뀌는지를 물리학의 방법으로 설명해보겠다는 것 같습니다.

이를테면 강원도 지방에 폭설이 왔을 때, 지붕에 눈이 쌓이게 될겁니다. 이때 무거워진 지붕을 받치는 기둥이 어떻게 될지, 버틸 수 있을지, 얼마나 버틸지..등과 관련이 있어 보입니다. 기계를 설계하는데도 꽤 중요한 지식일 것 같습니다. 왜냐하면 기계를 사용하는 과정에서, 가해지는 힘과 충격에 의해 기계가 어떻게 되는지 이해해야 대처할 수 있지 않을까요?

2-(2) 동역학

동역학(Dynamics)는 움직이는 물체를 물리적으로 설명하려고 합니다.

물리학과에서도 '일반역학(고전역학)'을 가지고 이를 배웁니다만, 일반역학에서는 좀더 일반적인 방법론에 치중해있습니다. 즉 '이런 원리로 분석해면 돼!'에 치중해있다면, 동역학에서는 그 원리에 더해서 구체적인 기계의 사례를 다루는 편입니다.

움직이는 물체 뿐만 아니라, 어떻게 해야 정지해 있는지를 역시 다루는데요. 이를 정역학이라고해서 한 세트로 묶입니다. 정지해있다는 것은 속력 0으로 움직이고 있다는 것과 같으니까...(..)

이외에도 정밀한 기계가 움직일 때에 부딪혀서 받는 힘, 그리고 그로 인해 발생하는 진동을 분석한다고 합니다.

절묘한 정역학

2-(3) 유체역학

유체를 물리적인 방법으로 설명합니다.

유체는 기체와 액체를 말합니다. 뭔가 흘러내리는 느낌입니다. 얼음처럼 형체를 유지하고 움직이는 것이 아니라, 형체가 담기는 그릇에 따라 바뀌는 녀석들인데요. 특히 기계공학과에서는 기체를 많이 공부하는 것 같습니다.

앞에서 예시를 들었던, 자동차가 공기속을 지나갈때를 생각해봅시다.

공기의 저항을 적게 받는 자동차를 만들려면, 공기가 자동차 주변에서 어떻게 흐르는지를 알아야만 합니다. 또한 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 열이 흐를때, 공기도 함께 움직이는데요. 기계 주변의 환경을 분석하기 위해서는 열과 유체를 따라서 함께 분석하게 됩니다.

연기, 유체역학

2-(4) 열역학

뭔가 뜨거운(?) 것에 대해서 다룰 것 같은데요. 주로 엔진을 다룹니다.

물리학과에서도 분명 '열/통계 물리학'이라는 과목이 있었습니다. 그러나 물리학과의 열/통계물리학는 성격이 꽤 다른 과목입니다. 물리학과의 열/통계물리는 기본적으로 '입자가 많은 상황'을 이해하기 위한 수학적인 방법입니다. 그것을 바탕으로 열적인 현상들을 이해하고자 하는 것인데요. 이를 <미시적 관점>이라고 합니다. 양자역학 역시도 미시세계를 다루고 있기 때문에, 보통 물리학과의 열/통계물리는 양자역학이 적용되는 영역에서 함께 사용됩니다.

기계공학과의 열역학은, 이렇게 얻어진 열적인 개념들을 가지고, 구체적인 사례를 다루는데요. 그것이 바로 엔진입니다. 엔진에서 연료가 어떻게 열에너지로, 또 운동에너지로 바뀌는지를 공부합니다. 더해서 각기 대표적인 엔진 유형을 배우고 좀더 효율적인 설계를 위한 기초지식을 쌓습니다. 물리학과의 열역학보다는 좀더 큰 대상을 다루기 때문에 <거시적 관점>에 해당합니다.

2-(논외) 설계 및 실습 과목

공학 전공자들은 보통 수업에서 이론을 배우고, 실험 수업을 통해 내용을 복습하고 적용해보는데요. 거기에서 더 나아가 직접 기계나 회로를 설계하고, 연구실에서 실습을 하기도 합니다. 분명 대학에서 배운 내용과 실제 상품간에는 괴리가 있고, 현실적인 난점들을 체험해 보는 것이 도움이 되겠죠? 아무래도 공학에서는 바로바로 구체적인 응용을 배우고 취업을 염두에두다보니 설계과목이 많더라구요.

기계 설계를 해보기도 한다.

3. 기계공학과 요약

1-2학년: 기초 물리학과 수학, 프로그래밍을 배웁니다. 특히 미적분학, 공학수학을 많이 배웁니다. 공학수학에서는 미분방정식, 선형대수학, 복소해석, 푸리에 등등을 다룹니다.

2-3학년: 1-2학년 과목을 베이스로 해서 4대역학을 배웁니다.

고체역학: 힘을 받는 고체가 어떻게 반응하는지를 배움. 설계 및 역학과 관계가 있음.

동역학: 힘을 받는 물체(기계)의 움직임에 대한 물리학. 설계 및 역학과 관계가 있음

유체역학: 기체, 액체의 움직임을 이해. 기계 연료, 기계 거동과 관련이 있으며

열/유체 분야의 연구로 이어짐.