"왜?"라는 질문으로 상식에 한 발 가까이 다가갑니다.

일반기계기사 12

강도와 경도의 차이점 비교 (기계 재료의 기계적 성질)

기계 재료에 인장력, 압축력, 전단력, 굽힘, 비틀림 등을 가하면 재료는 크던 작던 변형이 발생하게 되고, 여러 가지 성질들이 나타나게 됩니다. 그 성질들을 기계적 성질(mechanical property)이라고 하고, 강도, 경도, 인성, 취성, 연성, 전성, 크리프, 연신율, 피로, 항복점 등이 있죠. 그중에서 강도와 경도에 대해 알아보고 그 차이점을 비교해봅니다. 강도와 경도의 차이점은? ∇ 강도(strength)는 외부에서 하중이 주어졌을 때, 재료가 파단이 되기까지 견디는 정도를 뜻하는 말입니다. 여기서 파단이란, 재료가 파괴되어 두 부분 이상으로 나뉘는 것을 말하는데요. 즉, 강도는 재료가 파괴되기까지 버티는 변형 저항이자 저항력을 나타냅니다. 외부 힘이 어떤 형태로 가해지느냐에 따라 강도는 ..

유압장치의 작동원리! 파스칼의 원리(Pascal's Principle) 설명과 예시

유체의 압력에너지를 힘이나 동력과 같은 기계적 일로 변환시켜주는 장치를 유압장치(hydraulic system)라고 합니다. 유압장치는 실제 우리네 주변에서 다양한 형태로 접할 수 있는데요. 수압기, 각종 유압기계, 자동차 브레이크, 유압잭 등 다양한 방면에서 사용하고 있답니다. 이러한 유압장치가 작동할 수 있는 원리는 바로 파스칼의 원리로부터 출발하고 있습니다. 유체압력 전달원리인 파스칼의 원리 파스칼의 원리(Pascal's Principle)에서 파스칼은 사람 이름인데요. 프랑스의 수학자이자 물리학자로 유명한 파스칼이 17세기에 발견한 원리이기 때문에 파스칼의 원리라고 부릅니다. 파스칼의 원리란, 밀폐된 용기 속에 있는 비압축성 액체에 압력을 가하면 이 압력은 모든 방향, 모든 면에 동일한 크기로 작..

비열의 정의와 공식, 열용량과의 차이 이해하기 (실생활 예시 사례 포함)

비열(specific heat)을 열용량(heat capacity)과 혼동하는 경우를 많이 볼 수 있습니다. 정의 뿐만 아니라 공식과 기호에서조차 서로 유사한 부분이 많기 때문인 것 같은데요. 비열과 열용량의 차이를 이해하기 전에, 비열은 'Specific'이 붙었기 때문에 어떤 종량적 상태량을 질량으로 나눈 상태량인 것을 눈치챌 수 있겠습니다. 이와 관련해서는 기존의 '물질의 성질들 : 밀도, 비체적, 비중, 비중량' 포스팅의 더 알아보기 내용에 언급되어 있습니다. 필요하다면 아래 링크에서 확인할 수 있겠습니다. 물질의 성질들 : 밀도, 비체적, 비중, 비중량 유체역학이나 열역학, 또는 화학을 공부한다면 기본적으로 알고 있어야 할 물질의 여러 성질들이 있습니다. 대표적으로 밀도(density), 비체적..

압력의 종류와 단위 변환 방법! 표준대기압, 국소대기압, 게이지압력, 진공압력, 절대압력

압력(pressure)은 단위 면적에 수직으로 작용하는 힘을 의미하는 물리량입니다. 수식으로 표현하면 수직 힘을 면적으로 나눈 형태인 p=F/A가 됩니다. 여기서 p는 압력, A는 힘이 가해지는 작용면, F는 면에 수직으로 작용하는 힘이죠. 압력은 단위도 다양하고 종류 역시 다양합니다. 압력의 단위와 변환 방법 알아보기 압력의 정의에 의해서 가장 기본적인 단위는 힘의 단위 나누기 면적의 단위인 N/㎡입니다. 이 단위는 별도로 Pa(파스칼)이라는 단위로 표현되며, 국제단위계에서 압력의 단위로 채택하고 있습니다. 일기예보에서 흔히 들을 수 있는 헥토파스칼(hPa)이라는 것이 바로 파스칼 단위에 접두어를 붙인 것이죠. 파스칼은 보통 기계적인 힘을 계산할 때 사용됩니다. 그리고 대기압의 경우는 주로 atm이라는..

목형의 장점과 단점 및 목형 재료의 필요 조건은?

주조(casting)는 형틀에 액체 상태의 재료를 부어 채운 다음, 굳혀서 그 틀의 형상을 가진 제품을 만드는 방법인데요. 여기서 제품 형상의 틀을 주형(mold)이라고 합니다. 그리고 이 주형을 만들기 위해서는 모형(pattern)을 제작해야 하죠. 모형이란 주조될 제품의 원형으로, 주조를 통해 제품을 생산해내기 위해 제품의 형상을 지닌 모형을 가지고 주형을 만들게 되는 것입니다. 즉, 모형을 사용해서 주형(mold)을 제작한 뒤 모형을 제거하여 생기는 그 빈 공간을 활용하는 것이 주조(casting)입니다. 이때 모형은 여러 가지 재료로 제작할 수 있는데요. 목재, 금속, 플라스틱, 파라핀 왁스 등 여러 재료를 사용할 수 있으며 각각의 장단점이 다 다릅니다. 그렇지만 일반적으로는 목재를 많이 사용하게..

유체역학 기초 정리! 유체의 정의와 성질 알아보기

유체(fluid)는 일정한 형체 없이 자유롭게 변형 가능하면서 흐를 수 있는 물질을 뜻하는데요. 액체(liquid)와 기체(gas)뿐 아니라 플라즈마(plasma)까지 포괄하는 개념입니다. 유체의 유동에 대해 탐구하는 유체역학에서는 유체를 보다 공학적으로 정의하게 됩니다. 유체역학에서는 유체(fluid)를 어떤 크기의 전단 응력(shear stress)이나 외부 힘(external force)이 작용할 때, 연속적으로 변형하는 물질로 정의합니다. 유체의 특징 ∇ 고체(solid)와 비교했을 때, 분자 사이의 거리(분자 공간)이 큽니다. 이 말은 즉, 유체 분자간 거리가 분자 직경과 비교했을 때 월등히 크다는 것을 내포하고 있습니다. 분자간 거리가 큰 것은 유체가 유체만의 특징들을 가지게 되는 근본적인 원..

상태함수(점함수)와 경로함수를 비교, 구분하는 방법 알아보기

물질의 상태가 변화할 때, 여러 물리량들은 점함수와 경로함수로 구분할 수 있습니다. 구분 기준은 해당 물리량이 변화의 경로(path)에 의존하는지의 여부인데요. 두 함수를 구분하기 위해서는 과정과 경로의 뜻을 먼저 이해할 필요가 있습니다. 과정(process)이란, 어떤 계(system)가 한 평형 상태에서 다른 평형 상태로 가는 어떠한 변화를 뜻합니다. 그리고 경로(path)는 그 과정 중, 시스템이 지나는 상태의 연속을 의미한답니다. 상태함수(점함수)는 무엇인가? 점함수(point function)는 상태함수(state function)라고도 합니다. 어떤 물질이 상태 1에서 상태 2로 변화할 때, 변화의 경로(path) 또는 과정(process)과는 관계없이 시작점(상태 1)과 끝점(상태 2)만 알..

기계재료학 개요! 합금의 정의와 일반적인 성질 알아보기

합금(alloy)은 주 금속에 한 가지 이상의 다른 원소를 첨가하여 기계적 성질을 향상한 금속 물질입니다. 기존의 순금속에 다른 물질을 섞었기 때문에 기존 금속과는 다른 특성을 보여주지요. 이때 섞는 다른 물질은 꼭 금속일 필요는 없답니다. 합금을 사용하는 이유는 무엇일까? 굳이 순금속에 다른 물질을 섞어 합금을 만드는 이유는 기계적 성질에서 이득을 얻기 위함입니다. 합금은 기존 금속이 가지는 성질을 증대하여 개량하거나, 또는 부족한 특성을 보완하여 향상된 모습을 보여주는데요. 동시에 그 가격이 낮아지는 경우도 있습니다. 합금은 엄청나게 종류가 많으며, 일반적으로 많이 알려진 합금으로는 청동(bronze)과 황동(brass), 두랄루민(duralumin), 아말감(amalgam) 등이 있습니다. 이런 합..

강도성 상태량과 종량성 상태량의 비교

상태량은 '강도성 상태량(intensive property)'과 '종량성 상태량(extensive property)'으로 구분됩니다. 여러 상태량들을 이 두 가지로 구분 지어보면 다음과 같습니다. ∇ 강도성 상태량 : 온도, 압력, 밀도, 비체적(specific volume), 농도, 끓는점, 녹는점, 어느점, 전기저항 등 ∇ 종량성 상태량 : 내부에너지, 엔탈피, 엔트로피, 길이, 체적, 질량, 열용량(heat capacity) 등 강도성 상태량과 종량성 상태량 알아보기 ∇ 강도성 상태량은 물질의 질량과 관계없이 그 크기 값이 결정되는 상태량을 뜻합니다. 예를 들어서, 온도라는 상태량이 20℃라면, 이 물질이 1kg이든, 1,000kg이든 관계없이 모두 온도가 20℃ 일겁니다. 농도도 마찬가지입니다. ..

유압기기의 장단점 정리

유압장치(hydraulic system) 또는 유압기기(oil pressure machine)는 이름 그대로 유(oil)의 압력에 의해 구동되는 장치 또는 기계입니다. 유체의 압력을 활용해 힘을 전달하는 유압기기는 여러 장점이 있기 때문에 일상생활에서도 많이 사용되고 있습니다. 유압기기의 장점은? ∇ 응답속도가 빠릅니다. 유체에 압력을 가하는 순간, 그 압력은 파스칼의 원리에 의해서 다른 접촉면으로 바로 전달되어 응답속도가 빠릅니다. 또는, 입력에 대한 출력이 빠르다는 표현도 동일한 의미가 되겠습니다. ∇ 무단 변속이 가능합니다. 유량을 조절하면, 힘과 속도를 자유롭게 변속이 가능합니다. 즉, 1단, 2단처럼 이산적으로 변속하는 것이 아니라, 무단변속이 가능합니다. ∇ 작은 힘으로도 큰 힘을 얻을 수 있..

상태량 개념정리 : 상태량의 정의와 여러 표현들

상태량은 영어로 'Quantity of State'입니다. 한글로 풀이하면 '물질계의 거시적인 상태에 대해 정해진 양'인데요. 필자는 상태량을 '어떤 물질의 현재 상태를 표현하는 양'이라고 정의합니다. 예를 들어 신발의 질량이 200g이라면, 200g은 현재 신발의 질량 상태를 나타내는 값이죠? 따라서 이 신발의 질량에 대한 상태량은 200g이 되겠습니다. 상태량을 쓰는 이유는 무엇일까? 공학(engineering)은 기본적으로 자연의 것들을 이용하여 인간에게 유용한 무엇인가를 창조하는 학문입니다. 그렇기 때문에 필연적으로 이 물질의 현재 상태를 알아야 하고, 어떤 과정(process)을 거친 이후의 상태를 알아야 합니다. 그래야 공학적 행위에 의한 물질의 변화를 확인할 수 있고, 인간이 자연을 효율적으..

기계재료의 분류와 일반적인 성질

기계재료는 기계나 구조물을 제작할 때 사용되는 여러 재료를 통칭하여 일컫는 말입니다. 기계나 구조물의 주재료라고 하면, 보통 철을 많이 떠올릴텐데요. 그만큼 철강재료를 기계재료로 많이 사용하고 있기 때문이겠죠. 하지만, 철 이외에도 여러 다양한 재료들이 사용되고 있답니다. 기계재료를 분류해보자 기계재료는 크게 금속(metal)재료와 비금속(nonmetal) 재료로 구분할 수 있습니다. 금속은 고체일 때 광택이 나고 열전도율과 전기 전도도가 높은 성질을 가지는 물질인데요. 가장 대표적인 물질로는 철(Fe)이 있습니다. 금속재료에서 철은 매우 일반적으로 사용되기 때문에, 금속재료를 철을 기준으로 철강재료와 비철금속재료로 나눕니다. 철강재료는 함유하고 있는 탄소의 양에 따라 순철, 강, 주철로 구분되고 비철금..