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생활속의 수학 레포트
기계공학은 인간의 삶을 편리하게 하고 물질적으로 풍요롭게 하기 위해 힘과 에너지에 대한 연구를 수행하는 학문이다.
기계공학의 기본분야는 물체의 변형을 다루는 고체역학, 움직이는 물체의 현상을 규명하는 동역학, 흐르는 물체의 현상을 파악하는 유체역학과 열의 이동현상을 해석하는 열역학 등으로,
흔히 4대 역학 이라고 부르는 과목을 기본으로 한다.
기계공학은 4대 역학을 기반으로 해 인간생활의 편리함을 위해 장치, 기계제품 등을 창조해 이윤을 창출하는 데 기여하는 실용적 학문이다.
기계공학의 기반이 되는 고체, 동, 유체, 열역학을 공부하기 위해서는 수학이 많이 필요하기 때문에 공업수학 등을 심도 있게 배우는 것이 일반적이다.
-열역학에서의 일의 정의
?(중학교 물상) 일은 힘과 변위의 곱이다. (W = F*L)
ex)중력장(가속도=g)하에서 질량m을 L만큼 들어올리는 일 = mg*L
?(고등학교물리) 힘과 변위의 방향이 다르면 일은 힘과 변위의 백터 내적
ex)중력장하에서 질량 m을 비스듬히 L만큼 이동(높이z)한 일: = mg*z
= *
?(대학교 일반물리, 열역학)힘이 변위에 따라 변화하면, 일은 선 적분
= *d
ex)힘을 받지 않고 있는 선형 스프링(상수=k)을 L만큼 인장시키는일 =*dx=k
출처: Sonntag/Borgnakke/Van Wylen 저 [FUNDAMENTAL of THERMODYNAMICS 6th edition]
흔히 힘이 어떤 물체에 가해질 때 힘이 변위에 따라 일정한 경우는 거의 없다. 보다 일반적인 경우에 물체에 가해진 일을 계산하기위해서는 선형적으로 변화되는 힘의 크기를 변위에 대하여 적분함으로써 변화하는 힘에 의해 어떤 물체에 가해지는 일의 크기를 계산해 볼 수 있다.
-열역학 상태량…
1. X1값에 X2에서 X까지의 거리값을 가중치로 곱한값을 구한다.
2. X2값에 X1에서 X까지의 거리값을 가중치로 곱한값을 구한다.
3. 위에서 구한 두 값을 더한다.
(1) P(x,y)*dx + Q(x,y)*dy 가 완전미분이면
(2) P(x,y)*dx + Q(x,y)*dy 가 불완전 미분이면, 경로에 따라 달라지는 경로함수.
,y)*dy 가 완전미분이면
*dx +Q(x,y)*dy = = z()-z() 이므로 경로에 무관한 점함수
(2) P(x,y)*dx + Q(x,y)*dy 가 불완전 미분이면, 경로에 따라 달라지는 경로함수.
-기계공작법과 고체역학에서의 응력집중해석차이
기계공작법이라는 과목은 기계제작에 기본이 되는 주조, 소성가공, 다듬질과 공작기계에 의한 절삭 및 연삭가공을 중심으로 가공원리와 방법을 익혀 자동화 시스템 제작능력을 배양하는 능력을 기르는 과목입니다.
기계공작법에서 제품을 만들 때 가장 신경 쓰는 제품의 제조결함중의 하나가 응력집중으로 인해 제품의 크랙이 생성되는 문제인데, 기계공작법에서는 단순히 재품 두께의 급격한 변화, 제품 안에 위치한 구멍 등으로 인한 크랙생성과, 결함을 없애기 위한 방법에 대하여 공부했다면, 물체의 변형을 공부하는 고체역학이라는 학문에서는 두께의 급격한 변화나 제품 안에 위치한 구멍 등의 응력집중의 크기에 대하여 해석합니다.
출처: R.C Hibbeler저 [Mechanics of Materials 5th edition]
앞서 언급했듯이 기계공학과 수학은 설로 땔래야 땔 수 없는 관계이다. 수학의 발전이 없었더라면 기계공학을 비롯한 많은 공학적 학문의 발전도 없었을 것이고, 현대사회에서 우리가 누리고 있는 여러 가지 문명의 해택을 받지 못했을 것이다.
아직 기계공학과 전공을 막 배우기 시작해, 기계공학공부의 기본이자 뿌리라고 불리는 4대역학중에서 재료역학, 열역학 수업을 조금 맛 본 수준이지만, 앞으로 전공공부를 해 나가면서 수학과 기계공학의 관계에 대해 생각해 보는 시간이 더욱 많아질 것이라고 생각한다.