유체공학의 기본을 다져보자

클래식카의 외형을 기억하는가? 네모난 차체의 박스카를 떠올리는 사람이 많을 것이다. 그런데 최신형 자동차는 유선형의 매끈한 디자인이 주를 이루고 있다. 자동차 디자인에 왜 이런 변화가 나타난 것일까?

이공학 입문서 『가볍게 읽는 유체공학』은 공학 분야의 혁신적인 발명이나 제품의 바탕이 된 이학적인 원리, 구조 등을 분석하고, 컬러 일러스트와 사진으로 이러한 특징을 누구나 이해할 수 있도록 설명했다. 또한 우선도가 높은 항목을 엄선하여 한눈에 들어올 수 있도록 간결하게 정리했다.

과학 없는 사회는 상상조차 할 수 없을 정도로 오늘날 과학의 영향력은 상당하며, 특히 유체공학의 눈부신 발전은 우리 생활에 깊숙이 스며들어 있다. 이러한 발전과 혁신을 위해서는 무엇보다 학문의 기본이 중요하다. 기본이 탄탄하다면 꿈을 이루기 위한 출발선에 언제든 설 수 있다. 이 책과 함께 유체공학의 기본을 다져보자. 

우리는 항상 공기나 물과 접하며 생활한다. 공기는 대표적인 기체이고, 물은 대표적인 액체이다. 기체나 액체처럼 일정한 형상은 없고 유동성이 있는 물질을 ‘유체’라고 부르는데, 액체와 기체는 동일한 작용을 하는 경우가 있는가 하면 전혀 다른 성질을 갖기도 한다. 어떤 현상이나 생각하는 입장에 따라 여러 가지 측면에서 바라볼 수 있다.

이 책은 유체의 성질과 기본적인 작용뿐 아니라 생활에 이용되는 유체 기술까지 다루면서 폭 넓은 분야에 걸쳐 ‘유체공학’을 다룬다. 유체를 취급하려면 구체적인 예로 비행기가 어떤 원리로 하늘을 나는가에 대한 설명을 해야 한다. 이전에는 일반적인 설명 외에도 시대나 기술 환경이 변함에 따라 다방면에서 타당성을 갖는 별도의 다른 견해가 등장하여, 때로는 다른 것을 배척하는 논쟁거리를 제공하기도 했다. 이런 상황에서 이 책은 특정 이론이나 설명에 편중되지 않고 지식을 얻을 수 있도록 노력했다.

유체의 현상은 생활 속에서 많이 발견할 수 있다. 찻잔 속에 있는 뜨거운 물을 회전시키면 바닥에 가라앉은 찻잎이 가운데로 모인다. 세면대나 욕조에 채웠던 물을 배수시키면 소용돌이는 중심에 가까워질수록 속도가 증가하여 배수구로 빠져나간다. 이와 같은 생활 속의 경험도 유체의 성질을 밝히는 기본적이고 실험적인 현상이다. 경기용 수영복은 물속에서 서식하는 물고기의 원리를 적용하여 원단 재질과 표면 가공법에 대한 연구를 거듭했다. 고속열차는 신형 차량이 등장할 때마다 차량 앞부분의 형상이 평평하면서 길어지고 있다. 레이싱 카는 레이스의 안전성 확보를 위해 차량 규정이 매년 바뀐다. 이러한 사례들도 이 책을 읽어 나가면서 새롭게 보일 것이다.

제1장 유체의 성질을 배우다

001 어떤 형상으로든 자유자재로 변한다유체의 유동성

002 유동성을 이용한레미콘 차와 경합금 휠

003 자전거 타이어의 공기압압력은 왜 생기는 걸까?

004 압력의 단위 파스칼을 알자단위 기호는 Pa

005 빨대로 마실 때 주스의 움직임압력에 대한 생각

006 무게부터 힘까지무게와 힘

007 공기와 물이 발생시키는 압력기압과 수압

008 열을 가했을 때 팽창되지 않는 물과 팽창되는 공기열과 부피 변화

009 눌렀을 때 수축되지 않는 물과 수축되는 공기힘과 부피 변화

010 화재경보기와 가솔린 엔진부피 변화의 이용

COLUMN 흔치 않은 베이퍼 로크 경험 

제2장 유체의 성질을 이용하다

011 물과 공기의 점도 차이점성

012 힘을 증폭시키는 편리한 구조파스칼의 원리

013 자동차의 브레이크 장치파스칼의 원리를 응용

014 물체에 작용하는 유체의 힘부력

015 물체가 뜨고 가라앉는 현상은 비중으로 결정된다비중과 부력

016 부력을 사용한 배의 엘리베이터갑문

017 떨어지는 물방울은 공 모양표면장력

018 표면장력과 공기의 힘물방물의 변형

019 액체가 틈새로 스며드는 이유모세관현상과 젖음

020 액정 패널도 모세관현상모세관현상의 응용

021 수평을 맞추는 고대로부터의 지혜수평면과 연통관

022 주택 건축부터 캠핑까지수준기

COLUMN 거침없이 물 위를 가르는 장뇌 보트 

제3장 유체의 움직임을 배우다

023 배를 안정시키는 힘복원력과 모멘트

024 동력을 사용하지 않는 분수의 구조높낮이 차이가 갖는 에너지

025 떨어지는 물이 물을 빨아올린다사이펀

026 액면에 작용하는 힘의 균형질점의 균형

027 욕조의 소용돌이와 컵의 소용돌이자유 소용돌이와 강제 소용돌이

028 소용돌이의 조합랭킨의 조합 소용돌이

029 공기와 물의 흐름을 보기 위한유선

030 사람이나 자동차도 유체와 동일한 움직임을 보인다흐름의 개념

031 수도꼭지를 여는 정도와 물의 흐름층류와 난류

032 물체의 형태가 낳는 저항력압력과 마찰

033 공기의 여러 가지 저항력물체에 작용하는 항력

034 흐름을 흐트러뜨려서 저항력을 감소시킨다박리와 소용돌이

035 저온의 물속에서 발생하는 기포캐비테이션①

036 ‘물거품’도 사용하기 나름캐비테이션②

COLUMN 탄산음료와 캐비테이션 

제4장 운동하는 유체를 배우다

037 가정의 수도 설비를 배워 보자물이 흐르는 양

038 흐르는 양은 어디서나 똑같다연속의 식

039 유체의 에너지 보존 법칙베르누이의 정리

040 베르누이의 정리를 응용하다베르누이 효과①

041 유체의 속도와 압력을 이용하다베르누이 효과②

042 비행기와 자동차의 속도를 측정하다피토관

043 압력계의 변화에서 속도 변화를 알다정압과 속도 수두

044 에너지에는 반드시 손실이 있다손실 수두

045 분출되는 물을 생각하다유선과 베르누이의 정리

046 물의 흐름과 소방 설비압력 수두와 손실

047 유체의 세기유체의 운동량

048 호스로 물 뿌릴 때를 생각하다운동량 보존의 법칙

049 호스로 세차할 때를 생각하다충돌하는 유체

050 유체는 갑자기 멈추지 않는다수격작용

COLUMN 병실에서 실감한 공기의 움직임 

제5장 일상 속 현상과 유체의 움직임을 보다

051 구부러지는 유체와 압력유선곡률의 정리

052 컵 속의 소용돌이를 생각하다2차 흐름

053 면에 생기는 힘의 작용작용력과 반작용력

054 기류 조작으로 쾌적한 공기조화코안다 효과

055 유선곡률과 변화구마그누스 효과

056 양력의 개념①베르누이의 정리와 양력

057 양력의 개념②유선곡률의 정리와 양력

058 양력의 개념③반작용력

059 날개 표면의 흐름①코안다 효과와 양력

060 날개 표면의 흐름②순환

061 비행기 주변의 흐름순환 흐름과 순환

062 유연한 흐름을 만들다박리와 소용돌이

063 물체 뒷부분의 흐름카르만의 소용돌이열

064 전선의 울림과 흔들리는 공소용돌이의 작용력

065 소용돌이 진동과 소용돌이열의 방지법요철로 소용돌이를 방지

066 나선으로 대형 구조물을 지킨다긴 대교와 송전선

067 카르만 소용돌이열을 이용하다소용돌이열의 주파수

COLUMN 취미에서 발견한 형상과 흐름 

제6장 유체 기계를 배우다

068 유체에서 생각하는 플루이딕스유체논리소자

069 노즐과 센서유체발진자

070 맨홀의 공기 밸브유체 압송법

071 하수를 내보내는 방법하수도 설비

072 우물과 온천의 깊이수중 펌프

073 낮에는 발전, 밤에는 펌프수차와 펌프

074 거품을 사용한 양수 장치에어리프트 펌프

075 작은 공간에서 큰 힘을 만들다유압 기계

COLUMN 사적과 유체소자