공대생을 따라잡는 자신만만 공학이야기

공대생이라면 반드시 배워야 하는 필수 과목!
이젠 공대의 인기는 굳이 말하면 입이 아플 정도다. 공대를 나와야 취직이 잘되는 것도 그 이유 중 하나일 것이다. 취업 한파가 몰아치고 있는 현재에도 공대 취직률은 문과 계열과는 비할 수 없을 만큼 높다. 이렇듯 공대의 취직률이 높은 것은 지금의 사회를 과학기술이 이끌어가고 있기 때문이다. 특히 IT산업과 신기술의 발달로 4차 산업혁명이 일어나고 있는 현 시점에서는 더더욱 공대 인력들이 많이 필요하다.
《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》는, 공대생이라면 어떤 전공을 선택하든 반드시 배워야 하는 기본적이고 필수적인 지식을 다룬다. 공대에서 배우는 과목은 전공과 분야에 따라 정말 다양하지만, 세분화된 전공 지식을 쌓기 위해 반드시 배워야 하는 과목이 있다. 수학과 과학, 모델링, 실험과 실습, 설계가 바로 그런 지식이다. 공대생은 이러한 지식을 토대로 수학적·과학적 사고를 배우고 실험정신과 창의력을 키우면서 ‘엔지니어링’에 필요한 접근방법과 사고방식을 익히게 된다. 무엇이든 기초가 튼튼해야 하듯이 수학, 과학, 모델링, 실험, 실습, 설계라는 기초 체력을 튼튼히 쌓아 놓은 공대생이라면 장래 훌륭한 엔지니어가 될 것이다.

공대 교수님이 알려주는 공학 이야기
《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》는 국민대학교 기계공학부에서 30여 년간 ‘공대생’들을 가르쳐온 ‘공대 교수님’이 공대에서 배우는 기본적인 5개 과목을 소개한다. 이 책은 공대를 지망하는 학생들이 공대 강의를 두루 경험해볼 수 있도록 공대 강의실에서 배우는 내용을 담고 있다. 공대 4년 동안 전공을 불문하고 배우고 익혀야 하는 과목이므로 심화된 내용보다는 공대 4년 공부의 큰 그림을 보여주는 내용을 주로 다루었다. 그런 만큼 공대 재학생이거나 졸업생에게는 세분화된 전공에서 잠시 벗어나 엔지니어들이 공통적으로 추구하는 가치와 역할에 관해 생각해보는 시간도 갖게 해줄 것이다.
한편 일반적인 과학기술이나 교양 상식에 관심이 있는 일반인이라면 과학기술 교양서를 본다는 느낌으로 읽어볼 것을 권한다. 지금처럼 과학과 기술이 세상의 흐름을 좌우하는 때일수록 과학과 공학에 대한 기본지식은 세상을 읽는 데 큰 도움이 되기 때문이다.
이 책은 5부, 30장으로 구성되어 있다.
1부 공대생의 언어 수학에서는 수와 수학에 대해 이야기한다. 많은 사람들이 공학 하면 수학을 함께 떠올린다. 그도 그럴 것이 공학에서 수학은 가장 기본적인 언어이자 도구이기 때문이다. 하지만 수학에 대한 심리적인 장벽 때문에 공학마저 꺼리게 만드는 원인이 되기도 한다. 공대에서 수학을 가르치는 이유는 수학자를 기르기 위해서가 아니다. 공학에서 수학이 가장 훌륭한 ‘의사소통 수단’이자 ‘도구’이기 때문에 가르치는 것이다. 이 책에서는 공학에서 수학을 어떻게 사용하는지, 또 어떻게 사용해야 하는지 기본적인 접근방법을 소개한다. 수식이 등장하기는 하지만 겁먹을 필요는 없다. 공업 수학에서 흔히 쓰는 ‘수식의 형태’를 미리 보여주려는 의도로 실었고, 중고등학교에서 배운 내용을 담고 있는데다가, 그 이상의 전문적이고 심화된 수학은 공대에 가서 배우면 된다.
2부 공대생이 읽어야 할 자연의 법칙 과학에서는 기본적인 과학의 법칙들을 소개한다. 누구나 다 아는 기본적인 물리 법칙부터 조금은 낯선 법칙들까지 살펴본다.
여기서도 강조하는 것은, 공학에서 중요한 것은 개별 법칙에 대한 파편화된 지식이 아니라 자연의 전체 흐름을 꿰뚫는 시각이라는 점이다. 공학은 창조의 학문이다. 엔지니어라면, 복잡하고 예측하기 힘든 현실을 몇 가지 큰 흐름으로 나누거나 합쳐서 더 넓고 더 새로운 시각으로 바라볼 줄 알아야 한다. 《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》는 중고등학교에서 배운 과학법칙들을 보존, 평형, 반발, 흐름 등으로 다시 구성해 소개한다. 현실 세계에 대한 새로운 통찰을 얻을 수 있을 것이며, 엔지니어의 세상 보는 눈에 대해서도 미리 경험해볼 수 있을 것이다.
3부 복잡한 세상을 단순하게 다듬는 엔지니어링 모델링에서는 엔지니어링의 핵심이라고 할 수 있는 수학적 또는 공학적 모델링에 대해서 설명한다. 공학은 현실 밀착 학문이다. 그것이 무엇이 됐든 결국 세상에 나와서 누군가가 직접 사용해야 하는 유형 또는 무형의 물건을 만드는 학문이다. 따라서 엔지니어는 현실을 잘 다루어야 한다. 하지만 현실은 책 속 이론 문제와는 비교도 할 수 없을 정도로 복잡한 경우가 대부분이다. 영향을 끼치는 요소도 너무나 많고, 각각의 요소들이 앞으로 어떻게 변화할지 예측하는 것도 한계가 있다. 이런 때 모델링은 엔지니어의 충직한 무기가 되어준다. 모델링이란 현실을 필요에 따라 다듬고 단순화한 다음 이를 검증하며 개선할 수 있도록 하는 과정이다. 《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》에서는 모델링에 쓰이는 가장 기본적인 법칙들을 알아보고, 공대에서 하는 기본적인 공학 모델링에는 어떤 것이 있는지 살펴본다.
4부 손으로 만들고 눈으로 확인하는 일 실험과 실습에서는 공대에서 하는 실험과 실습에 대해 설명한다. 엔지니어는 두꺼운 전공책만이 아니라 직접 손으로 만들어보고 눈으로 확인하는 작업 속에서 성장한다. 이 책에서는 가장 기본적인 재료나 공구에 대해 살펴보고, 측정 표준과 기본 물리량에는 어떤 것이 있는지 알아본다. 또 실험과 실습 결과를 분석하고 그 결과를 보고서로 작성하는 방법도 설명할 것이다. 각 세부 전공별로 어떤 실험 실습을 하는지도 살펴본다.
5부 세상에 없던 것을 만들어내는 일 공학 설계에서는 공대에서 하는 다양한 설계 중에서도 가장 기본적이고 공통적인 내용을 설명한다. 엔지니어링이란 결국 엔지니어의 아이디어가 세상에 나오는 과정 전체를 일컫는다고 할 수 있다. 그러자면 지도가 필요하다. 머릿속에만 있던 아이디어가 세상 밖으로 나오도록 구체화시키는 설계가 이 지도 역할을 해준다. 공학에서는 정말 다양한 설계 과정과 기법이 있지만, 이 책은 가장 기본적인 공학 설계를 다루었다. 심화된 내용은 공대에 들어간 후 배울 것이다.
마지막으로 정말 중요한 부분을 짚는다. 바로 공학 윤리다. 공학 설계의 실패 사례를 살펴보면서 공학자가 지켜야 할 윤리와 사회적 책임은 무엇인지 다시 한 번 되짚어본다.
《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》는 단순히 공학적 지식만을 담아내는 것이 아니라 공학을 배우는 공대생이라면 어떤 사고방식과 태도를 가져야 할지, 현대를 살아가는 사람이라면 과학기술로 발전하는 세상에서 어떻게 공학적 지식들을 받아들여야 할지 고민해보는 계기가 될 수 있을 것이다.

공대생을 따라잡는, 공대에서 배우는 모든 것
《공대생을 따라잡는 자신만만 공학 이야기》에서 강조하는 것은 ‘엔지니어링 마인드’다. 공학에서 수학은 단순한 문제 풀이가 아니라 수식에 담긴 스토리를 번역하는 일이라는 점, 또 현실을 수식으로 번역하는 일이라는 점, 자연의 원리는 모르면서 외워서 쓰는 과학 법칙은 별 소용이 없다는 점, 복잡한 실제 세상을 다듬어서 간단하게 수식으로 표현하는 모델링 작업이 엔지니어에게 매우 중요한 일이라는 점, 무엇을 하든 직접 만들어보고 눈으로 확인하는 작업은 늘 중요하다는 점을 마음속에 새긴다면 좋은 엔지니어가 되는 데 밑거름이 되어줄 것이다.
이제 공학 기술은 엔지니어의 전유물이 아니다. 공대생들이 알아야 할 기본 지식들은 현대인의 필수적인 교양이기 때문이다. 복잡한 계산을 위해 발명된 기계인 컴퓨터가 모든 사람들의 필수품이 되었듯이, 이제는 인공지능이 우리 삶 곳곳에 영향력을 넓혀가고 있다. 그러므로 공학 기술은 이제 공대생들만 알아야 할 전문 지식이 아니라, 현대인이라면 누구나 관심을 가지고 이해해야 하는 기초 상식이 되었다. 이제 막 다가온 4차 산업시대에서는 공학적 마인드로 세상을 바라보고 분석할 필요가 있다. 공학적 지식은 현대인의 필수적인 교양이 되었다.  

한화택
국민대학교 기계공학부에서 30여 년간 ‘공대생’들을 가르쳐온 ‘공대 교수님’이다.
공학이란 있는 것을 탐구하는 것을 넘어 없는 것을 창조하고, 정답 찾기를 넘어 수많은 해결책을 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 일반 사람들에게 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. 또한 미래 사회를 준비하기 위한 공학 전도사로서 청소년을 위한 《10대에게 권하는 공학》를 출간하고, 어린이를 위한 《너도 엔지니어가 되고 싶니》를 번역했다.
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 기술사 PE 자격증과 대한상사중재원의 중재인으로 등록되어 있다.
국민대학교 공학대학 학장과 대한설비공학회 회장을 지냈으며, 현재 미국 냉동공조학회인 ASHRAE의 펠로우, 한국공기청정협회 편집위원장, 범부처 합동사업 추진위원장 등으로 활동하고 있다.
그밖에 지은 책으로 《미적분의 쓸모》, 《실내환경학개론》, 《기계계측》, 《창의융합 공학콘서트》, 《공기청정 편람》, 《Fluid Dynamics, Computational Modeling and Applications》 등이 있고, 옮긴 책으로는 《공기조화 및 냉동》, 《유체역학》, 《열전달》 등이 있다.

 

1부 공대생의 언어 수학
1 공학과 수학
2 수
 수와 연산 | 미지수 | 알파벳 문자 | 상수와 변수 | 절대상수
3 수식
 등호 | 차원과 단위
4 방정식
 산수와 대수 | 대수방정식과 미분방정식
5 함수
 함수란 | 수열과 함수 | 함수관계와 상관관계 | 함수의 특성
6 그래프
 막대그래프 | 선 그래프 | 산포도 | 추세선

2부 공대생이 읽어야 할 자연의 법칙 과학
1 공학과 과학
2 보존의 법칙들
 질량 보존의 법칙 | 에너지 보존의 법칙 | 운동량 보존의 법칙 | 전하량 보존의 법칙
3 평형의 원리들
 힘의 평형 | 열적 평형 | 화학평형과 상평형
4 반발의 법칙들
 작용과 반작용의 법칙 | 렌츠의 법칙 | 르샤틀리에의 원리
5 흐름의 법칙들
 푸리에 열전도 법칙 | 옴의 저항 법칙 | 다르시의 법칙 | 퍼텐셜-플럭스 이론
6 엔트로피 법칙
 열역학 제2법칙 | 통계 열역학 | 정보 엔트로피
7 엉뚱과학 이론
 무거운 것이 빨리 떨어진다? | 뜨거운 것이 더 무겁다? | 열에도 관성이 있다? | 속도가 빠르면 가벼워진다? | 속도가 빠르면 차가워진다? | 바다는 무한의 에너지를 가지고 있다? | 저절로 돌아가는 영구기관을 만들 수 있다?

3부 복잡한 세상을 단순하게 다듬는 엔지니어링 모델링
1 공학과 수학적 모델링
 문제 풀기 아닌 문제 만들기 | 관련 변수 찾기 | 관계식 유도하기 | 모델을 검증하고 개선하기 | 해 구하기
2 닮은꼴 법칙
 모양의 닮은꼴, 기하학적 상사 | 움직임의 닮은꼴, 운동학적 상사 | 힘의 닮은꼴, 역학적 상사
3 차원해석
 부피를 구하는 식의 차원해석 | 무차원화, 차원 없애기 | 무차원 변수를 구하는 방법 | 차원해석이란 이런 것
4 관계의 법칙
 알기 쉬운 선형 관계 | 급변하는 지수 관계 | 흔한 듯 독특한 멱수 관계 | 통합비례법칙 정리
5 전공별로 기본적인 공학 모델링
 거의 모든 공대생이 다루는 3D 모델링 | 구조역학에서 필수인 구조 모델링 | 기구를 만들 때는 기구 모델링 | 운동하는 모든 물체는 운동 모델링 | 유체의 운동은 유동 모델링 | 화학공정에서는 공정 모델링 | 교통 상황을 예측할 때는 교통 모델링 | 신호 처리에는 주파수 모델링 | 전자회로에는 회로 모델링 | 제어공학에서 주로 하는 시스템 모델링 | 인공지능 모델링 | 낙하 문제의 인공지능 모델링

4부 머릿속 아이디어를 손으로 만들고 눈으로 확인하는 일 실험과 실습
1 공대생과 실험실
2 실험실의 재료와 공구
 기본 공구 | 기계 부품, 전자 부품, 화학 실험 용기 | 각종 플라스틱 재료
3 측정 표준과 기본 물리량
 국제단위계 | 길이 관련 물리량과 단위 | 시간 관련 물리량과 단위 | 질량 관련 물리량과 단위 | 힘 관련 물리량과 단위 | 온도 관련 물리량과 단위 | 전류 관련 물리량과 단위
4 데이터의 분석
 오차와 불확도 | 오차 분석 | 통계 분석 | 그래프 분석 | 곡선 맞춤
5 실험 노트와 실험 보고서
 천재들의 노트 | 실험 노트 작성법 | 실험 보고서의 작성법 | 공학적 글쓰기
6 실험 실습 교과목
 실험 계획 | 전공별 실험 실습 | 현장 실습

5부 세상에 없던 것을 만들어내는 일 공학 설계
1 설계 과목
 공학 인증 | 캡스톤 설계
2 공학 설계 과정
 문제를 파악한다 | 자료를 조사한다 | 대안을 탐색한다 | 최적안을 선정한다 | 모형을 만든다 | 시험 평가한다 | 결과물을 제시한다
3 창의적 기법
 브레인스토밍 | 스캠퍼 기법 | 창의력 계발
4 설계도면
 설계 스케치 | 투상도와 등축도 | 컴퓨터 지원 설계
5 발명과 특허
 역사 속의 발명 | 지적재산권 | 특허출원 | 모순의 해결-트리즈
6 공학윤리
 대표적인 설계 실패 사례들 | 공학 윤리와 사회적 책임