[재료역학] 재료역학은 무엇을 배우는 학문인가

"물체는 힘을 받으면 변형된다."

 

당연한 말이지만, 물체가 어떤힘을 어떻게 받는지 정확하게 알아야 하는 상황이 있습니다. 구조물을 설계하거나 제품을 설계할 경우가 그렇습니다. 

 

간단한 예로 선반을 설계하는 상황을 생각해봅시다. 

 

 

선반은 여섯개의 지지나사위에 올려져 있습니다. 선반이 얼마의 무게를 지탱할 수 있을지, 또 얼마나 지탱할 수 있을지를 사전에 알아야합니다. 어떻게 알 수 있을까요? 

 

가장 쉬운 방법은 직접 무게를 올려가면서 실험해보면 됩니다. 너무 낮은 무게에서 부서지면 나사를 더 강하게 만들면 됩니다. 그런데 우리에게는 시간의 문제와 돈의 문제가 있습니다. 우리가 맞닥드릴 상황은 주로 이런 상황입니다. 

 

"올해 만들 선반의 목표입니다. 나사 재료비와 가공비를 최소로 하고, 무게는 20kg을 견딜 수 있도록 선반을 설계해야합니다. 실험비용은 100만원을 넘기지 않았으면 좋겠습니다."

 

여러가지 나사를 만들어보고, 선반 위에 20kg짜리 물건을 올려가며 직접 실험할 시간과 비용의 여유가 없습니다. 이 상황을 수학으로 정의하고, 선반이 얼마의 무게까지 지탱할 수 있는지를 계산할 수 있다면 실험비용을 아낄 수가 있습니다. 

 

또는 건물을 만들어야 하는 상황을 생각해봅시다. 건물을 한번 만들어보고 부서지는지 실험해보는게 가능할까요?? 불가능합니다. 우리는 건물이 어떤 힘을 받을지, 또 그 힘을 버티려면 기둥의 두께와 개수가 어떠해야하는지 등을 미리 예상하고 계산해야합니다. 

 

구조물이 받는 힘과 그 변형을 수학적으로 정의하고 계산하여 구조물의 안전한 설계를 돕는 것이 재료역학의 목적입니다.