안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
Q. 비행기가 나는 원리에 대해서 궁금합니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.비행기가 하늘을 나는 핵심 원리는 양력입니다. 비행기 날개는 에어포일 이라는 특수한 형상을 가지고 있는데, 이 위를 흐르는 공기는 아래보다 빠르게 흘러 압력이 낮아지고(베르누이 원리), 동시에 날개가 공기를 아래로 밀어내 그 반작용으로 날개가 위로 뜨는 힘이 발생합니다. 활주로에서 충분한 속도를 얻고, 날개의 받음각을 조절하며 정교하게 설계된 날개 덕분에 거대한 동체도 충분한 양력을 받아 하늘로 떠오를수있습니다. 즉, 날개의 크기뿐만 아니라 속도와 설계가 복합적으로 작용하여 필요한 힘을 만들어냅니다.
Q. 기계와 전자는 함께 생각해야하나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.오늘날 대부분의 첨단 제품과 시스템은 기계적인 움직임과 전기/전자적인 제어가 유기적으로 결합되어 작동합니다. 이를 기전공학(메카트로닉스)이라고 부르며, 기계공학, 전자공학, 컴퓨터 공학, 제어공학 등이 융합된 학문입니다. 복합 시스템 구현 : 로봇, 스마트폰, 드론, 자율주행차 등은 단순히 기계적인 구조만으로는 작동할수없습니다. 센서로 정보를 감지하고, 마이크로컨트롤러로 연산하며, 모터와 같은 액추에이터로 움직임을 제어하는 전자적인 요소가 필수적입니다. 정밀 제어 및 자동화 : 기계 시스템을 정밀하게 제어하고 자동화하기 위해서는 전기전자 지식이 반드시 필요합니다. 예를들어, 로봇 팔을 원하는 위치로 정확히 움직이려면 정교한 모터 제어와 센서 피드백이 동반되어야 합니다. 문제 해결 능력 향상 : 기계적인 문제와 전기전자적인 문제가 복합적으로 발생할수있는 현대 시스템에서 통합적인 이해가 있어야만 효율적인 문제 진단과 해결이가능합니다.
Q. 내연기관 엔진은 운동 메커니즘이 궁금합니다
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.자동차 내연기관 엔진은 연료의 화학 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 장치입니다. 연료 분사와 폭발로 피스톤이 움직여 차량이 전지/후진하는 메커니즘은 주로 4행정 사이클을 통해 이루어집니다. 흡입 행정 : 흡기 밸브가 열리면서 피스톤이 하강하고, 공기와 연료 (휘발유등)의 혼합기가 실린더 내부로 유입됩니다. 압축 행정 : 흡기 밸브가 닫히고 피스톤이 상승하면서 혼합기를 고온 · 고압 상태로 압축합니다. 연소(폭발) 행정 : 점화플러그가 스파크를 일으켜 압축된 혼합기를 폭발시키면 발생한 고압의 가스가 피스톤을 강하게 밀어내며 하강시킵니다. 이 과정에서 동력이 발생합니다. 배기 행정 : 배기 밸브가 열리고 피스톤이 다시 상승하면서 연소된 배기가스를 실린더 밖으로 배출합니다. 이러한 피스톤의 상하 운동은 크랭크축을 회전시키고, 이 회전력이 변속기를 거쳐 바퀴로 전달되어 차량을 움직이게 합니다.
Q. 기계공학이란 무엇이며, 어떤 분야를 포함하고 있나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.쉽게 말해, 물질의 움직임과 에너지의 변환을 다루는 학문 이라고 생각하시면 됩니다. 주로 다음 네가지 핵심 역학을 기반으로 합니다. 고체역학 : 재료가 힘을 받았을때 어떻게 변형되고 파손되는지 연구합니다. 유체 역학 : 유체(액체,기체)의 움직임과 힘을 다룹니다. 열역학 : 열과 에너지의 변환 및 전달을 연구합니다. 동역학 : 물체의 움직임과 그 원인을 분석합니다. 이러한 기초 학문을 바탕으로 기계공학은 다양한 분야를 포함합니다. 기계 설계 및 제조 : 자동차, 항공기, 가전제품 등 모든 기계 장치의 설계, 제작, 생산 공정을 다룹니다. CAD,CAE,3D프린팅 등이 활용됩니다. 에너지 시스템 : 발전소, 냉난방 시스템 , 신재생 에너지 등 에너지 생산 및 활용 기술을 연구합니다. 자동화 및 제어 : 로봇, 자동화 설비, 정밀 제어 시스템 개발에 기여합니다. 재료 공학 : 기계에 사용되는 재료의 특성과 개발을 연구합니다. 따라서 기계공학은 단순히 기계를 만드는것을 넘어, 세상 모든 움직이는 것과 에너지를 다루는 포괄적인 학문이라고 이해하시면 좋습니다.
Q. 열역학이 기계공학에서 어떤 역할을 하며, 실생활에서는 어떻게 적용되나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.열역학은 기계공학의 4대 역학중 하나로, 에너지의 형태 변화와 이동, 그리고 그 과정에서 일어나는 현상들을 다루는 학문입니다. 기계공학에서 열역학은 다음과 같은 중요한 역할을 합니다. 에너지 변환 및 효율 분석 : 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 엔진(내연기관, 증기 터빈 등)이나, 반대로 기계적인 일을 이용해 열을 이동시키는 냉동 및 공조 시스템의 설계와 성능 분석에 필수적입니다. 열역학 법칙을 통해 이론적인 최대 효율을 계산하고 실제 시스템의 효율을 높이는 방법을 연구합니다. 시스템 설계 및 최적화 : 발전소, 자동차, 냉장고, 에어컨 등 열을 다루는 모든 기계 시스템의 작동 원리를 이해하고, 이를 바탕으로 효율적이고 안전한 시스템을 설계하는데 기반이 됩니다. 재료 및 공정 이해 : 재료의 열적 특성, 열처리 공정 등 재료 공학 분야에서도 열역학적 원리가 중요하게 활용됩니다. [실생활 적용 사례]열역학은 우리 주변의 다양한 기기와 현상에 숨어있습니다. 자동차 엔진 : 연료의 화학 에너지를 열에너지로 변환하고, 이 열에너지를 다시 기계적 에너지(자동차를 움직이는 힘)로 바꾸는 과정이 열역학 제 1법칙(에너지 보존)과 열기관 사이클에 의해 설명됩니다. 냉장고 및 에어컨 : 열역학 제 2법칙(열은 항상 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다)에 역행하여 열을 낮은 온도에서 높은 온도로 이동시키는 냉동 사이클을 통해 작동합니다. 압력밥솥 : 열을 가하면 내부 압력이 높아져 끊는점을 상승시키고, 이로 인해 밥이 더 빨리, 고르게 익는 것은 열역학적 원리입니다. 방귀 냄새 확산 : 방귀 가스가 한곳에 머물지 않고 공기 중으로 널리 확산되는 것은 엔트로피(무질서도)가 증가하는 열역학적 경향성 때문입니다. [열역학의 응용 및 활용]열역학을 직접적으로 응용하는 것은 주로 공학자들의 영역이지만, 그 원리를 활용하여 실생활에서 이점을 얻을수있습니다. 예를들어, 냉장고 문을 오래 열어두면 왜 전력 소모가 커지는지, 단열이 왜 중요한지 등을 이해함으로써 에너지 절약 습관을 형성하는데 도움이 됩니다. 또한, 고효율 가전제품을 선택하거나, 집안의 단열을 개선하는등 에너지 효율을 높이는 결정을 내릴떄 열역학적 지식이 간접적으로 활용될수있습니다.