재료역학

오늘날은 융합의 시대이다. 각 분야마다 창의적 문제해결능력을 갖춘 인재를 양성하기 위해 다양한 분야와의 연계 가능성을 모색하고 있다. 특히 과학기술과 공학 분야에서 인문학 및 예술 분야와의 융합은 점점 더 구체화 되고 있다. 그러나 창의성과 기발한 상상력은 그리 단시간에 습득되는 것이 아니다. 인간은 유아시절부터 차곡차곡 놀이와 예술 교육을 통해 자연스럽게 미적 감수성을 함양하고, 다양한 인문교육을 통해 인간을 성찰하는 기회를 가짐으로써 자유로운 사고능력을 발전시키게 된다. 이러한 능력들은 다양한 분야에서 창의적 문제해결능력으로 작용하게 된다.

본 도서는 예술ㆍ인문학 분야를 접할 기회가 많지 않은 공학입문 학생들을 대상으로 상식적 수준의 인문 지식이나 예술에 대해 관심을 이끌어내고, 전공분야에 관한 창의적 사고의 자극이 되도록 건축, 회화, 조각 등의 예술의 원리와 그러한 예술의 원동력이었던 공학기술의 소개 등으로 구성되어 있다. 본 도서를 통해 공학입문 학생들은 당시 예술가들이 고심했을 예술적 비전과 작품 창작과정 등을 이해해봄으로써 예술에 대한 관심과 감성적 사고를 계발시킬 수 있다. 또한, 전공분야에 대한 학습동기와 이해도를 고양시킴으로써 궁극적으로 인간의 감성과 공학을 함께 고민할 수 있는 상상력과 응용력을 습득할 수 있을 것이다.



책구성

① 공학의 근본인 수(number)가 가지고 있는 의미를 풀이하여 숫자가 가지고 있는 디자인, 공학의 의미를 학습하고, 과학사를 통해 수학(mathematics)의 기원을 이해함으로써 공학을 배우기 위해 왜 수학을 학습해야하는지를 학생들이 이해하도록 하였다.

② 기존 교재는 모든 공학의 기초가 되는 단위(unit)를 부록이나 간단하게 언급하는 수준으로 집필되어 있으나, 단위가 가지고 있는 물리적 의미를 이해하면 단위변환이나 주어진 조건의 역학계산이 용이해지기 때문에 단위를 별도의 장으로 구성하여 학생들이 단위의 의미를 이해하도록 하였다.

③ 이상적 비례와 적합미의 고찰을 통해 수학과 인간의 본성에 대한 이해가 이상적 아름다움을 창조하는 원동력임을 설명함으로써 갈수록 중요성이 커지는 아름답고 기능적인 디자인의 중요성을 이해할 수 있도록 하였다.

④ 예술가이자 만능인의 전형인 레오나르도 다빈치를 독립적인 장으로 구성하여 레오나르도 다빈치가 남긴 기록들을 통해 예술과 공학의 근원과 재료역학의 주요내용을 학생들이 이해하도록 하였다.

⑤ 역학과 예술이라는 주제에서는 인류가 남긴 위대한 예술작품인 파르테논 신전, 고딕성당, 피사의 사탑, 판테온 신전 등을 살펴보고 이러한 예술작품의 탄생이 가능하게 한 공학을 통해 재료역학의 핵심내용인 하중, 응력, 변형률, 보(beam), 기둥 등을 학습하도록 하였다.

⑥ 움직이는 조각인 모빌과 움직이는 분수를 통해 기계공학과 재료역학의 이해가 현대 설치미술의 근원임을 설명하였다.

⑦ 피카소로 대표되는 추상화와 기계재료의 공통점을 살펴봄으로써 예술작품과 공학기술의 연관성을 이해하도록 하였다.

⑧ 부록으로 영국, 프랑스, 독일, 이탈리아, 미국, 중국, 일본의 공학관련 박물관을 자세히 소개하여 학생들이 해외여행 시 테마가 있는 여행을 할 수 있도록 팁을 제공하였고, 관련 여행을 갈 경우 깊이 있는 여행이 될 수 있도록 전공서적인 본 교재가 여행지침서로 활용할 수 있도록 하였다.

⑨ 가능한 어려운 수식 전개는 배재하였고, 이론전개가 무리 없이 되도록 노력하였다.

⑩ 예술작품의 소개와 이론전개 후 이를 확인할 수 있는 간단한 예제를 상세한 설명과 함께 실었으며, 장별로 연습문제를 수록하여 재료역학을 이해하는데 부족함이 없도록 하였다.

1. 수와 수학(Number and Mathematics)

1.1 수(Number) 1.2 수학(Mathematics)



2. 공학단위(Engineering Unit)

1) 시간 2) 길이 3) 질량 4) 중력 가속도 단위 5) 힘 6) 압력 7) 일 8) 일률



3. 이상적 비례와 적합미

3.1 디자인과 공학

3.2 건축미와 적합미

3.3 예술과 미

3.4 수학과 이상적 비례

3.5 카논의 팔등신, 사각형 인간

3.6 콘트라포스토와 유기적 신체의 구현



4. 레오나르도 다 빈치(Leonardo da Vinci)

4.1 원근법, 비례, 기하학

4.2 사실주의 기법의 집대성

4.3 역학적 원리와 미적 원리의 조화

4.4 무게, 중력, 운동과 역학

4.5 데생과 해부도

4.6 수학과 과학

4.7 바람, 물, 유체역학

4.8 기구설계와 태양에너지

4.9 마찰과 베어링



5. 역학과 예술(Mechanics and Art)

5.1 재료역학

5.2 파르테논 신전 : 그리스 건축의 미적 구조와 역학적 구조

5.3 고딕 건축의 역학적 구조와 예술적 표현

5.4 고딕 건축의 역학적 구조와 보

5.5 구조재의 단면 특성

5.6 브루넬레스키-돔건축과 기계장치

5.7 피사의 사탑-회전에너지의 균형

5.8 판테온과 아치



6. 움직이는 조각(Kinetic Art)

6.1 알렉산더 칼더-모빌

6.2 힘의 균형, 모멘트

6.3 축소모형의 공학적 의미

6.4 장 팅겔리와 기계동력

6.5 모터의 원리



7. 추상화와 물질구조

7.1 추상의 개념

7.2 추상화와 물리학

7.3 재료의 미시적 구조



8. 부록-과학박물관

1. 런던 과학박물관

2. 파리 국립 기술 공예박물관

3. 독일 과학기술 박물관

4. 독일 철도 박물관

5. 독일 바우하우스

6. 이탈리아 레오나르도 다 빈치 국립 과학기술관

7. 미국 스미스소니언 박물관

8. 상하이 과학기술 박물관

9. 동경 국립 과학 박물관

조승현 저자 조승현은 동양미래대학교 기계공학과 부교수