공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기

재미 넘치는 공대 교수님의 공학 이야기 두 번째!

한화택 지음

플루토 2017년 12월 19일 출간 국내도서 : 2017년 08월 29일 출간

작품소개

책소개

『공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기』는 국민대학교 기계공학부에서 30여 년간 ‘공대생’들을 가르쳐온 ‘공대 교수님’이 공대생과 청소년, 공학에 대해 잘 모르는 일반인들에게 공학을 재미있게 소개하기 위해 쓴 책이다. 이 책은 3개 부, 45개 장으로 구성되어 있으며, 모두 일상에서 가져온 이야기를 통해 과학적 원리와 공학이론을 소개한다. 어렵고 딱딱한 이론이나 수식이 아니라 우리 주변에서 흔히 만날 수 있는 상황이나 현상을 통해 공학을 이야기하기 때문에 공학의 기본과 본분, 공학자의 역할과 자세에 대해서 많은 사람들에게 공감을 얻을 수 있을 것이다.

목차

머리말 과학, 외우지 말고 의심하라
공학, 의문을 갖고 개선하라

1부 관찰하고 측정하고, 지식을 향한 길목에서
1 지식의 체계 | 격물치지에서 수신제가 치국평천하까지
2 라디안 | 손마디로 거리 재기
3 스테라디안 | 일식 관찰
4 사분면 | 헷갈리는 길 안내
5 10진법 | 프랑스 혁명정부의 시간 단위
6 시간상수 | 뚝배기와 양은냄비
7 크기변수와 세기변수 | 큰 놈과 센 놈
8 정량분석과 정성분석 | 새빨간색과 255,0,0
9 선형적 변화 |미래를 예측하는 법칙
10 보간과 가중평균 | 엄마 닮았니? 아빠 닮았니?
11 지수적 변화 1 | 기하급수의 무서움
12 지수적 변화 2 | 상생과 상극
13 롱테일 법칙 | 긴꼬리가 알려주는 뜻밖의 사건

2부 차원이 없는 세상, 흐르는 일상 속에서
1 무차원수와 상사법칙 | 골치 아픈 변수 줄이기
2 에커르트 교수님 | 걸어다니는 무차원수
3 스토크스수 | 날벌레의 뺑소니 사고
4 웨버수 | 물방울의 세계
5 종속도 | 잇츠 레이닝
6 뒷전와류 | 대장 기러기의 희생정신
7 각운동량 보존 | 태풍의 탄생
8 초임계 유동 | 일영유원지 데이트
9 유맥선 | 동창회
10 칼만 보텍스 | 라면 국물 소용돌이
11 베나드 셀 | 제주도 주상절리
12 막걸리 유체역학 | 안전하게 막걸리병 따기
13 유체정역학 | 기립성 저혈압
14 사이펀 현상 | 계영배
15 인체 열전달 | 미네소타 추위
16 실내환경 제어 | 지구와 우주선

3부 이렇게 생각하고, 저렇게 생각하고, 다르게 보이는 세상 속에서
1 물체의 자유도 | 무한대의 자유인
2 스트레스 | 열대어 살리기 대작전
3 중력 해방 | 우주쓰레기
4 엔지니어의 이상향 | 스웨덴 이야기
5 창의력 | 기압계 문제
6 정보 엔트로피 | 모름의 정도
7 게임이론 |죽느냐 사느냐 그것이 문제로다
8 재미로 보는 엉뚱과학 | 절대 믿지 마시오!
9 골드버그 장치 | 단순한 삶
10 공대 대학원생 | 실험실 의식주
11 영구기관 | 발명가의 열정
12 현학적 관용문구 | 연구논문의 속뜻
13 이그노벨상 | 엉뚱한 상상력의 힘
14 엔지니어라는 자부심 | 잔인한 PE 시험
15 첨단기술 | 모래성 쌓기
16 발명과 소통 | 호모 파베르의 미래

책 속으로

열심히 공부해서 머릿속에 개별 정보들을 많이 저장한다 하더라도 머릿속에 틀이 마련되어 있지 않으면 어느 격자에 저장해야 하고 어떻게 서로를 연결시켜야 할지 잘 모른다. 제자리에 잘 저장되어 있지 않은 내용물은 기억에서 쉽게 사라지고 만다. 이뿐인가. 의미 있게 연결되지 못하고 그저 보관만 되어 있는 개별 정보들은 멍하니 있다가 사라지기 쉽다. 각 정보들이 보관을 넘어 다른 정보들과 상호관계를 가지면서 연결되면 지식의 틀은 더욱 견고해진다. 일단 지식의 틀이 잘 마련되면 시간이 흘러 그 내용은 잊혀도 그 내용을 담아두었던 틀은 쉽게 사라지지 않는 법이다. -18p

공교롭게도 우리가 바라보는 스크린은 입체각들이 대체로 비슷하다. 작은 것은 가까이 놓고 보고 큰 것은 멀리서 보니 그렇다. 입체각이 너무 작으면 작은 글씨들이 잘 안보이고, 너무 크면 고개나 눈을 돌리면서 봐야 하니 불편하다. 엄밀하게 조사해보지는 않았지만 사람들이 스크린을 볼 때 대략 0.05에서 0.1스테라디안 범위의 입체각에서 가장 편안해 하지 않나 싶다. -32p

차가 다가갔건 벌레가 다가왔건 관측 좌표계가 다를 뿐 역학적으로는 동일한 문제다. 자동차를 향해 다가오는 공기는 앞 유리창에 부딪힌 후 흐름 방향이 급격하게 바뀌며 위로 꺾인다. 이때 공기 중에 포함되어 있는 작은 먼지나 날벌레는 관성력이 작기 때문에 공기 흐름을 충실히 따라간다. 그러므로 유선이 아주 급하게 꺾이지만 않는다면 유리창에 충돌하지 않고 부드럽게 빠져나갈 수 있다. 하지만 몸집이 큰 벌레들은 갑자기 꺾인 유선을 따라가지 못하고 자신의 관성 때문에 유선에서 이탈한 후 그대로 직진해 유리창에 부딪히고 만다.
-113p

아는 만큼 보인다고 집에서도 초임계 유동과 수력도약을 관찰할 수 있다. 부엌 싱크대에 수돗물이 한줄기로 얌전하게 떨어지도록 틀어놓고 싱크대 바닥면에 물줄기가 부딪히는 현상을 들여다보면 된다. 물줄기는 바닥면에 부딪히면서 둥그런 모양의 수력도약을 만들어낸다. 원형의 수력도약 내부에 잘 보이지 않을 정도로 얇게 깔리는 유동이 바로 초임계유동이다. 젊은 시절 애인과 함께 일영유원지에서 신비롭게 경험했던 초임계 유동을 이제는 아내와 함께 설거지하면서 매일같이 경험하며 살고 있다. -141p

회전에 있어서 방향이라 함은 오른나사법칙에 따라 나사가 회전할 때 앞으로 진행하는 방향을 의미한다. 비행기를 예로 들면 회전 방향에 따라 롤링rolling, 피칭pitching, 요잉yawing이 있다. 롤링은 비행기가 수평상태에 있다가 좌우로 기우뚱거리는 것을 말하며, 피칭은 앞뒤로 기우는 것, 그리고 요잉은 비행기가 좌우로 방향 전환하는 것을 말한다. 비행기 진행 방향이 x축, 양날개쪽 방향이 y축, 위쪽 방향이 z축인 좌표라면, 롤링은 x 방향의 회전을 의미하는데 x 방향 회전이란 x 방향을 회전축으로 하는 회전이다. 피칭은 y 방향 회전이고, 요잉은 z 방향 회전이다. -188p

이들의 경쟁상대는 자신의 제품과 동일한 형태로 가격만 다른 제품이 아니라 동일한 기능을 갖고 있지만 다른 방식, 다른 디자인의 더 좋은 제품들이다. 타인의 지적재산권을 존중해주는 것은 결국 자신의 이익을 보호받기 위한 것이다. 뿐만 아니라 개발자의 자존심을 높이고 창의성을 고양시키는 기본 조건이기도 하다. -208p

출판사 서평

취업률이 갑이라는 공학, 왜?
2016년 7월 이 땅의 ‘공대생’들에게 반가운 뉴스가 하나 보도됐다. 2015년 공학계열 취업률이 82.8퍼센트로 역대 최고, 모든 대학 전공계열 중 최고였다는 보도다([대학 전공계열별 고용 현황과 추이](김두순 전임연구원, 한국고용정보원) 인용). 아직 작년 통계는 나오지 않았지만, 꼭 통계를 보지 않더라도 최근 취업률에서 인문사회계열의 하락세와 더불어 이공계열의 상승세가 꾸준하다. 학문과 대학과 전공을 취업률로 재단하는 현재 우리 모습이 썩 반갑지는 않지만, 청년실업이 사상 최대를 갱신하고 있는 한국 사회에서 취업률이 중요하지 않다고는 아무도 말할 수 없을 것이다.
그렇다면 왜 공학이 이렇게 각광받고 있을까? 여러 이유가 있겠지만, 가장 중요한 이유는 인간 사회가 과학기술의 사회이기 때문이다. 지금 주변을 돌아보자. 과학기술력으로 태어나지 않은 것이 없다. 전기, 수도, 가스, 컴퓨터, 핸드폰, 집과 건물, 자동차, 도로... 너무 많아서 다 열거하기도 힘이 든다.
근대과학이 발달하기 시작한 200년 전에는 어땠나? 그때도 의식주, 도시건설, 이동, 전쟁 등에 어마어마한 과학기술력이 투입됐다. 그럼 그보다 훨씬 이전에는 또 어땠나? 인간을 호모 파베르(Homo faber)라고도 한다. ‘도구를 만들어 사용하는 인간’이라는 뜻이다. 인간은 기술을 만들고 사용하는 데 뛰어난 능력을 지녔다. 그리고 그 능력이 지금의 인류문명을 만들어낸 원동력이고 말이다.
공학계열 중에서도 각광받는 분야는 시대에 따라 달라져왔다. 건축붐이 일었을 때는 건축공학이 많은 사람들의 관심을 받고, 지금처럼 컴퓨터가 사회의 기반이 된 때에는 컴퓨터공학이 큰 관심을 받는다. 그밖에도 사회를 만드는 가장 기본적인 전기, 화학, 기계, 재료, 생명 등 공학에는 다양한 분야가 있고, 각 분야도 여러 분야로 세분되어 있다. 미래에 어떤 산업이 성장동력이 될 것인가에 따라 새로이 각광받는 공학분야가 생겨나기도 한다.
그런데 가장 기본적인 질문이 빠진 것 같다. 공학이 도대체 뭐지?

“과학은 탐구하고 공학은 창조한다”
공학(engineering)이란 단어를 사전에서 찾아보면 ‘공업분야의 노동생산력과 생산품 성능을 향상하고 발전시키기 위해서 활용되는 응용과학기술을 연구하는 학문’이라고 설명하고 있다. 좀 와닿지 않는다.
공학을 아주 간단히 설명하자면, 과학을 실생활에 쓸모 있게 응용한 응용과학이다.
많은 사람들이, 심지어 공대생들조차 과학과 공학이 어떤 차이인지 구분하지 못할 때가 있다. 그런데 미국 제트추진연구소(JPL)의 초대소장을 지냈던 유체공학자 시어도어 폰 카르만 박사는 공학이 무엇인지와 더불어 과학과 공학이 어떻게 다른지 한마디로 설명했다.

“과학자는 현존하는 것을 탐구하고, 공학자는 존재하지 않는 것을 창조한다.”

수학과 물리학, 화학, 생물학과 같은 기초과학이 자연현상에 대한 지적호기심에서 출발해 사물의 본질을 탐구하는 학문이라면, 공학은 이러한 기초과학을 실제 필요에 따라 무언가를 만들어내기 위해 응용하는 학문이다.
게다가 똑같은 과학적 원리를 이용한다 하더라도 정답이 하나만 있는 것이 아니라 만드는 사람에 따라, 쓰는 사람에 따라, 사회문화적 배경에 따라 다양하게 기술적 조합을 이뤄낼 수 있기 때문에 다양성이 풍부하고 높은 창조성이 요구되는 점이 공학의 큰 매력이다.

공대생이 아니어도 쓸데있는…
우리는 초등학교에서 대학교에 이르기까지 오랜 기간 교육을 받으면서 많은 지식을 습득한다. 그 과정에서 지적 호기심을 불러일으키고 사고능력을 키우는 것은 정말 중요하다. 그런데 머릿속에 많은 양의 지식을 축적하는 데 그치려는 경우가 많다. 특히 과학적 지식에 대해서는 그런 모습을 적잖이 보게 된다.
왜 그렇지? 진짜 그럴까? 하고 비판적으로 생각하기보다는 과학이라는 이름이 주는 무게감 때문인지 의심 없이 당연한 것으로 받아들인다.
많은 사람들이 과학적 원리나 이론을 주어진 사실대로만 이해하려고 하고, 이해가 잘 되지 않으면 심지어 통째로 외워버린다. 그 원리나 이론에 이르기까지 과학자들이 어떻게 생각하고 어떻게 접근해갔는지에 대해서는 그다지 관심을 두지 않는다. 그러니 결과적으로 이미 알고 있다고 생각하는 과학 지식에 대해서 사람마다 이해의 정도가 다르게 나타난다.
과학은 사실만이 아니라 사실에 도달하기까지의 ‘과정’도 중요하고, 그 과정의 이해 정도가 과학 지식의 이해 정도를 결정하기 때문이다. 더욱이 과학의 한 분야인 공학은 응용과학으로서 과학적 사실과 그 사실에 닿기까지의 과정, 다시 말해 과학에 관한 총체적인 이해의 정도가 매우 큰 역할을 한다.
사물에 대한 관찰력, 호기심, 비판능력, 상상력은 과학과 공학을 함에 있어서 기본적으로 갖추고 있어야 할 사고능력인 동시에 사람이 살아가는 데 있어서도 꼭 필요한 사고능력이다. 특히 정신적으로 풍요로운 삶을 살아가고 싶다면 필수인 능력이자 ‘생각하는 습관’이다.
남이 가리키는 곳만 바라보지 않고, 남이 가르쳐준 대로만 생각하지 않고, 흔하게 볼 수 있는 것도 다르게 보고, 다르게 생각하고, 엉뚱하게 연결도 시켜본다면 별것 아닌 것 같지만 커다란 기쁨을 얻을 수 있을지도 모른다.

재미 넘치는 공대 교수님의 공학 이야기 두 번째!!
이 책의 제목은 《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》다. 저자의 전작 《공대생도 잘 모르는 재미있는 공학 이야기》와 마찬가지로 공대생은 물론이고 ‘보통 사람들도 쉽고 재미있게 읽을 수 있는 공학책’이다.
둘 다 공학과 관련이 있는 사람이든 그렇지 않은 사람이든 누구나 읽을 수 있다. 저자가 공대에서 학생들을 가르치고 있는 교육자인 만큼 많은 공대생들이 ‘쓸모를 궁리하고 만드는’ 공학의 기본에 집중하기보다는 어려운 전공서적에만 파묻혀서 공학자라면 무엇보다 중요한 엉뚱한 공상과 기발한 생각, 주변에 대한 민감성을 계발시키지 못하는 현실을 환기시켰으면 하는 바람이 크지만, 공학과 크게 관련이 없는 보통 사람들에게도 과학적이고 공학적인 생각들, 생각하는 방법이 일상을 살아가는 데에 크게 도움이 됨을 강조하고 싶은 바람 역시 크다. 《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》는 두 번째 바람을 더 강조한 제목이라고 할 수 있다.
학생들이 딱딱하고 어려운 공학을 조금이라도 재미있고 쉽고 유연하게 받아들일 수 있도록 ‘이론+응용+재미’의 3박자를 갖춰 강의해온 저자는 강의실에서의 내공과 평소의 바람을 담아 《공대생도 잘 모르는 재미있는 공학 이야기》를 출간했고, 이어서 이번에는 《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》를 출간한다.
전작 《공대생도 잘 모르는 재미있는 공학 이야기》와 마찬가지로 이 책에 실린 이야기 대부분은 대한설비공학회 《설비저널》에 연재된 내용을 정리한 것이다. 전작이 2007년 처음 출간된 이래 과학기술부 우수과학도서(현 한국과학창의재단 우수과학도서)와 한국출판문화산업진흥원 청소년권장도서 등에 선정되고, 공과대학의 부교재나 대입논술 자료로 활동되기도 하는 등 많은 사랑을 받았다.
이번에 새로 출간된 《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》 역시 기초지식을 탐구하는 순수과학과는 또 다른, 실생활의 응용과 창의성을 강조하는 공학적 사고와 부담 없이 접하도록 할 수 있을 것이고, 독자들의 많은 사랑을 받을 수 있으리라 기대된다.

이 책에는 어떤 공학 이야기가?
《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》는 국민대학교 기계공학부에서 30여 년간 ‘공대생’들을 가르쳐온 ‘공대 교수님’이 공대생과 청소년, 공학에 대해 잘 모르는 일반인들에게 공학을 재미있게 소개하기 위해 쓴 책이다.
이 책은 3개 부, 45개 장으로 구성되어 있으며, 모두 일상에서 가져온 이야기를 통해 과학적 원리와 공학이론을 소개한다. 어렵고 딱딱한 이론이나 수식이 아니라 우리 주변에서 흔히 만날 수 있는 상황이나 현상을 통해 공학을 이야기하기 때문에 공학의 기본과 본분, 공학자의 역할과 자세에 대해서 많은 사람들에게 공감을 얻을 수 있을 것이다.
1부 관찰하고 측정하고, 지식을 향한 길목에서는 주로 관찰과 측정, 단위에 대해서 이야기하고, 이렇게 모인 자료와 정보들이 지식이 되어가는 과정도 소개한다. 공학은 머릿속에서 탐구하고 진리를 찾는 것을 넘어 실생활에서 사용돼야 하기 때문에 실제를 관찰하고, 제대로 측정하고, 현실적으로 정확하게 단위를 맞추는 작업이 아주 중요하다. 또한 자료와 정보들이 그냥 쌓이기만 한다고 지식이 되는 것은 아니다. 이것들이 의미 있게 연결되어 새로운 의미를 만들어나가면서 지식이 되어간다. 1부에서는 평면각, 입체각 등 여러 가지 각도의 의미, 10진법 시간 단위, 지수적 변화, 멱법칙 등을 소개한다.
2부 차원이 없는 세상, 흐르는 일상 속에서는 공학에서 특히 중요한 ‘무차원수’에 대한 이야기가 주로 소개된다. 간단이 설명해서 차원이란 크기, 길이, 질량 등 물리량의 단위를 말하며, 무차원수는 이 단위들을 이리저리 조합해서 단위를 없앤 수를 말한다. 실제 자연을 관찰하고 해석해야 하는 공학에서는 다뤄야 하는 변수들이 엄청나게 많아진다. 이때 변수를 하나라도 정리할 수 있다면 정말 유용할 것이다. 더욱이 어떤 무차원수는 그 숫자만 봐도 물리적으로 어떤 의미인지 파악할 수 있다. 공학 분야 가운데 특히 복잡하고 어려운 유체유동 분야에서 무차원수가 많이 발견되고 사용되는데, 2부에서는 실생활에서 쉽게 접할 수 있는 바람, 물방울, 공기 등의 흐름을 통해서 무차원수 몇 가지를 소개한다.
3부 이렇게 생각하고, 저렇게 생각하고, 다르게 보이는 세상 속에서는 공학자인 저자의 이러저러한 생각들을 소개한다. ‘진짜 자유’와 자유도의 이야기, 과거 대학원생이었던 시절을 떠올리게 하는 제자 대학원생들의 이야기, 진짠지 가짠지 모르겠는 ‘엉뚱과학’ 이야기 등이 재미있게 펼쳐진다.
책 속 여러 이야기들을 읽으며 부담 없이 페이지를 넘기다 보면 공학이 무엇인지, 우리에게 어떤 의미인지, 공학자는 어떤 사람인지, 어떤 책임을 안고 있는지 느끼게 될 것이다.

작가정보

저자(글) 한화택

저자 한화택은 국민대학교 기계공학부에서 30여 년간 ‘공대생’들을 가르쳐온 ‘공대 교수님’이다.
공학이란 있는 것을 탐구하는 것을 넘어 없는 것을 창조하고, 정답찾기를 넘어 수많은 정답을 만들어가고, 그러기까지 사람과 사회에 끊임없이 관심을 기울이며, 계속해서 삶에 응용해가는 융합학문이다. 하지만 많은 공대생들이 주위를 유연하게 둘러보지 못하고 전공서적에만 파묻혀 있다. 이 모습이 늘 안타까웠던 저자는 학생들이 딱딱하고 어려운 공학을 조금이라도 재미있고 쉽고 유연하게 받아들일 수 있도록 ‘이론+응용+재미’의 3박자를 갖춰 강의해왔다.
아울러 우리 주위 모든 것들이 공학임에도 불구하고 공학이 무엇인지 잘 모르는 보통사람들에게 공학이란 이렇게 재미있고 매력적인 학문임을 보여주고 싶었다.
강의실에서의 내공과 평소의 바람을 담아 《공대생도 잘 모르는 재미있는 공학 이야기》를 출간한 한화택 교수는 이 책의 뒤를 이어 《공대생이 아니어도 쓸데있는 공학 이야기》를 출간했다.
한화택 교수는 서울대학교 기계공학과를 졸업한 후 동대학원에서 공학석사, 미국 미네소타대학교에서 공학박사 학위를 받았다. 마르퀴스 후즈 후Marquis Who’s Who, 국제인명센터International Biographical Center, 미국인명정보기관American Biographical Institute 등 3대 세계인명사전에 모두 등재되어 있으며, 미국 기술사PE와 대한상사중재원의 중재인으로 등록되어 있다.
대한설비공학회 회장을 지냈고, 웰빙환경기술연구소 소장을 맡고 있으며, 한국공기청정협회 편집위원장과 대한기계설비산업연구원 연구심의위원장 등으로 활동하고 있다.
지은 책으로는 《공대생도 잘 모르는 재미있는 공학 이야기》, 《기계계측》, 《융복합 공학콘서트》, 《공기청정 편람》, 《Fluid Dynamics, Computational Modeling and Applications》등이 있고, 옮긴 책으로는 《공기조화 및 냉동》, 《유체역학》, 《열전달》 등이 있다.