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역사는 흥미롭다. 그리고 역사는 누구나 알고 있다고 믿는다. 깊이의 차이가 있을 뿐
다양한 사고사례와 생활 속 문제로부터 기계공학의 이론을 찾는다

기계공학을 전공하려는 미래의 공학도들은 공학의 발생사로부터 왜 기계공학을 공부해야하고, 기계공학은 우리의 삶에 어떠한 영향을 미치는지, 미래의 삶에 어떠한 영향을 미칠 것인지를 가늠할 수 있다고 믿는다. 또한, 역사는 누구나 알고 있고 흥미롭다. 전쟁 영웅들의 활약과 모사, 음모, 전략이 가득한 전쟁사만 재미있는 것이 아니라 과학사도 기계사도 흥미롭다. 이러한 흥미는 공학도들에게 낮선 용어와 이론으로 가득한 기계공학을 친숙하게 이끌어 줄 것이다. 교재는 이집트 피라미드, 고대 그리스·로마의 과학과 건축기술, 중세 르네상스와 17세기 이후 과학의 빅뱅시기에 이루어진 위대한 인류의 과학과 공학을 소개하고 있다. 또한 인류가 발명한 많은 도구들도 소개하여 학생들이 기계공학의 기원을 이해할 수 있도록 하였다. 기계공학의 기원은 학생들로 하여금 기계공학에 대한 호기심과 학습 동기 부여를 제공할 것으로 믿는다.

교재는 다리의 붕괴, 철도 차량 사고, 우주왕복선의 폭발, 타이타닉호의 침몰 등 다양한 사고 사례를 소개하고 사고의 원인을 기계공학의 내용으로 분석하였다. 또한, 정역학, 재료역학, 진동 및 동역학, 유체역학, 열역학 등 개별 전공 내용은 주변에서 쉽게 볼 수 있는 구조물과 기계장치의 사용 등을 먼저 소개하여 학생들이 전공 내용을 일상생활과 연결하여 사고할 수 있도록 하였다. 기계공학의 이론적 내용을 ‘대형사고’나 ‘생활 속 관찰 대상’ 이라는 주목도 높은 사례와 연결함으로써 학생들은 ‘왜 기계공학을 공부해야하는가’에 대한 대답을 스스로 찾을 수 있을 것이다.

[누구나 기계공학 속에서 살고, 기계공학을 목격하고, 기계공학을 이용하며 살고 있다]

우리는 자고 일어나 잠들기 전까지 매일 공학기술을 사용하며 생활하고 있다. 시원한 우유를 보관한 냉장고에 적용된 열역학을, 화장실을 이용할 때 유체역학을, 등굣길 아파트 엘리베이터에 적용된 재료역학을, 버스와 지하철의 동역학을, 한강다리에 적용된 정역학 등 이미 생활은 기계공학 속에서 이루어지고 있다. 뜨거운 여름철 실내온도를 낮추기 위해서 에어컨을 켜면 창문을 닫아 실내와 외부를 차단해야 한다고 생각했다면 그는 열역학과 열전달 그리고 에너지를 이해하고 있다. 또한, 아파트 놀이터에서 잠시 짬을 내 시소를 타고 있는 엄마와 어린이가 적절한 위치에 앉아 재미있게 타고 있다면 그들은 자신들도 모르게 힘과 모멘트를 이해하는 것이다. 이렇듯 공학은 멀리 있지 않다. 과학이 진리를 탐구하는 학문이라면 공학은 진리를 이용해 생활의 편리함을 도모하는 응용 학문이기에 누구나 생활의 편의를 위해 기계공학을 활용할 수 있다. 생활 속 필수품인 자동차는 하나의 상품이지만 이 제품에는 기계재료, 정역학, 재료역학, 열역학, 유체역학, 동역학, 진동학 등 기계공학의 모든 전공분야가 망라해있지만 우리는 이러한 사실을 잘 인식하지 못한다.

[기계공학 전체를 통찰하는 눈이 필요하다]

아쉽게도 대학에 입학한 학생들은 기계공학을 개별 전공교과로 학습하면서 기계공학 전체를 보는 눈을 갖지 못하는 것 같다. 기계공학 전체를 보는 눈, 즉 기계공학 전체를 이해할 수 있는 교육과정이 있다면 학습이 훨씬 쉬울텐데 학생들에겐 그런 기회가 잘 없다. 기계공학 전체를 보는 눈이 지도를 보고 복잡한 도시의 길을 찾는 것이라면 지금과 같이 개별 전공분야별로 학습을 하는 것은 지도 없이 길을 찾는 것과 같다. 해가 거듭할수록 기계공학을 전공하는 학생들이 공학의 기초 교과인 수학과 물리에 어려움을 겪고 있다. 이유가 어디에 있든 기초 교과에 대한 학생들이 느끼는 어려움은 그들이 전공에 대한 흥미를 가지기도 전에 기계공학 개별 전공교과의 어려움과 두려움으로 연결된다. 각 교과마다 접하는 수식은 학생들의 학습의욕을 떨어뜨리는데 심할 경우 학업을 포기하는 지경에 이르기도 한다. 이러한 현실적 어려움을 극복할 수 있는 방법 중 하나는 학생들에게 기계공학 전체를 볼 수 있는 지도를 보여주는 것이라고 생각한다. 학생들이 개별 전공교과가 어디에서부터 시작되었고, 어떻게 연결되어 있으며 우리 생활에는 어떻게 활용되고 있는지를 먼저 이해하고 개별 전공교과를 접한다면 그들이 느끼는 학업의 어려움이 조금이나마 줄어들지 않을까 하는 고민을 하게 된다.

[상세함이 아닌 큰 그림부터 시작한다]

깊이 있는 전공 내용은 없지만 기계공학의 전체를 먼저 보고 이후 상세하고 깊이 있는 개별 전공을 학습하는 것이 전공공부에 유리할 것이다. 이러한 학습방법은 최근 교육의 화두가 된 ‘융합교육과 융합형 인재육성’ 과도 맞다. 기계공학 분야도 매우 다양한 전공이 있기 때문에 기계공학도를 융합형 인재로 육성하기 위해서는 기계공학의 융합교육을 시작해야 한다.

[Part 1. 기계의 역사]
고대 이집트의 피라미드
그리스의 과학자들
원의 둘레 길이와 면적의 관계
포물선과 직선으로 둘러싸인 도형에 내접하는 삼각형의 넓이
같은 높이를 갖는 원기둥과 구의 부피의 관계
로마 시대의 기술
로마 아치의 키스톤
로마 로드
중세 르네상스의 예술과 기술
고딕 건축의 특징
레오나르도 다빈치의 역학
17세기 과학과 역학의 빅뱅
갈릴레이의 방정식
갈릴레이의 역학
베르누이ㆍ오일러의 보 이론
훅의 구성 모델
데카르트의 좌표계
보일의 보일법칙
뉴턴의 운동 법칙
파스칼의 기계적 계산기
라이프니츠의 운동 법칙
시계의 발명과 그리니치 자오선
에펠탑과 보의 모멘트
금문교와 재료강도학 및 구조역학
도구의 발명
손도끼, 빗살무늬토기 그리고 쟁기
천칭과 지레
휠과 축
투석기
물레방아
기어
나사
자물쇠
도르래와 크레인
베어링
지퍼

[Part 2. 정역학]
미즈시마 제유소의 탱크파손
기울어진 피사 사탑
반력과 힘의 평형
힘과 모멘트의 평형방정식
힘의 평형
힘의 모멘트
강체의 평형
트러스 구조물

[Part 3. 재료와 역학]
취성 파괴
타이타닉호 침몰
뒤플레시스 다리 붕괴
피로 파괴
코메트 항공기 사고
부식
천연가스 파이프라인 폭발
고분자 재료
자동차 와이퍼 노이즈
독일 고속전철 ICE 탈선과 전복
우주왕복선 챌린저호 폭발
플라스틱
우주왕복선 콜롬비아호 폭발
열변형
면적 모멘트
도요타 자동차 SUV 차량 전복사고
벤츠 A클래스의 전복사고
도심과 면적 1차 모멘트
면적 2차 모멘트
평행축 정리
굽힘강성
좌굴
히로시마 신교통시스템의 고가다리 낙하
기둥 지지조건에 따른 임계하중

[Part 4. 동역학]
직선운동
변위
평균속도
순간속도
평균가속도
순간가속도
등가속도 운동
자유낙하 운동

포물선 운동
수평방향으로 던진 물체의 포물선 운동
경사각으로 던진 물체의 포물선 운동
원운동
임의 곡선의 운동
상대 운동
뉴턴의 운동법칙

[Part 5. 진동학]
영국 밀레니엄 브리지 폐쇄
미국 타코마 다리 붕괴
단순 조화 운동

[Part 6. 유체역학]
유체의 성질
밀도, 비중, 비중량
압력
부력
표면장력
유체의 흐름
연속방정식과 베르누이 방정식

[Part 7. 열역학]
온도
열량
이상 기체의 상태 방정식
열역학 제 1 법칙
엔탈피
등압과정
등적과정
등온과정
열역학 제 2 법칙
열전달
전도
대류
복사

[Part 8. 공학단위]
우주왕복선 챌린저호 폭발사고
대한항공 화물기 추락사고
화성 기후 관측 위성의 실종사건
단위
시간
길이
질량
중력 가속도
힘
압력
일
동력
에너지

[부록 기초통계]
표본
표본오차
산포
데이터 표시(그래프)
상관분석
확률
정규분포
정규성 검정
표준 정규뷴포
추정
가설 검정
분산분석