본문내용
1. 재료역학의 발달사
1.1. 개요
재료공학은 철강과 비철을 광석으로부터 제련하여 소재를 제조하거나 산화물, 질화물, 탄화물 등의 세라믹스를 필요한 특성을 가지도록 제조하는 방법을 개발하고 개선하여 재료를 실생활에 이용할 수 있도록 연구하는 학문 분야이다. 재료역학(Mechanics of Materials)이라 함은 이러한 재료들에 의해서 만들어진 물체들이 여러 종류의 하중을 받을 때 그 內部擧動을 다르는 응용역학 분야이다. 즉, 재료역학은 재료공학의 한 분야로 재료들이 여러 종류의 하중을 받을 때 내부에서의 거동을 다루는 학문이다.
1.2. 재료역학의 발전과정
수메르 문명(B.C. 4000∼3000)에서는 건축물 건설과 관련하여 초기 재료역학의 모습을 보여준다. 이 문명은 메소포타미아 지역에 위치하여 잦은 홍수로 인한 건축물 건설의 필요성이 대두되었다. 특히 신전인 "바벨탑"은 이 시대에 지어진 건축물로 알려져 있다. 수메르인들은 높고 웅장한 신전을 건축하여 도시의 중심에 세웠는데, 이러한 건축물 건설에 있어 건축재료의 역학적 특성에 관심을 가졌던 것으로 보인다. 즉, 수메르 문명에서는 주로 건축재료에 대한 역학 연구가 이루어졌다고 할 수 있다.
우르의 지구라트(B.C. 2065∼2047)에서는 거대한 신전탑인 지구라트를 건축하였다. 지구라트는 벽돌로 쌓은 계단식 피라미드 형태의 건축물로, 맨 위층에 사원이 세워졌다. 이는 산을 상징하는 건축물로, 신에게 제물을 바치는 종교의식이 이루어지는 장소였다. 또한 이 시기에는 초기의 2륜차에 대한 그림이 발굴되기도 하였다. 따라서 우르의 지구라트 건축과 초기 수레 개발에서도 재료역학적 특성에 대한 관심이 있었음을 알 수 있다.
이집트 문명(B.C. 2000∼1850)에서는 기하학 및 도형의 방정식이 나오기 시작했다. 특히 피라미드와 스핑크스 등의 거대 건축물 건설을 통해 토목 기술이 발전하였다. 이집트인들은 나일강의 홍수에 대비하기 위해 운하 공사와 수문, 둑 건설 등 다양한 토목 사업을 수행하였는데, 이를 통해 건축술이 발달하여 피라미드와 같은 불멸의 건축물을 건설할 수 있었다. 그러나 이러한 기술들은 지나치게 실용적이었기 때문에 하나의 학문으로 발전하지는 못했다.
레오나오르도 다빈치의 가상변위 원리(A.D. 1452∼1529)는 재료역학 발전에 큰 기여를 하였다. 다빈치는 물체의 움직임을 수학적으로 기술하려 했으며, 이것이 바로 가상변위의 원리이다. 이는 역학계의 힘의 평형을 논할 때 질점이 주어진 구속 조건에 따라 미소변위를 할 때의 힘이 하는 일을 의미한다. 또한 다빈치는 새를 해부하여 과학적으로 뜨는 힘과 공기저항과의 관계를 연구하고, 헬리콥터와 날개 치기 비행기 등의 설계를 시도하는 등 비행에 대한 과학적 연구의 선구자였다.
1.2.1. 수메르 문명(B.C. 4000∼3000)
수메르 문명(B.C. 4000∼3000)은 메소포타미아 남부 유프라테스, 티그리스강 하류에 위치한 지역에서 발생한 농업사회 문명이다. 이 문명에서는 잦은 홍수가 있었던 것으로 알려져 있으며, 바벨탑은 이 시대에 만들어진 건축물이라고 성경에 언급되어 있다. 수메르 문명에서는 대지신(Marduk)과 천신(Anu)을 모시기 위해 많은 종교건축물들이 건설되었는데, 신전은 높고 웅장하게 지어져 주변의 모든 건물을 압도하였으며 도시의 중심에 세워졌다. 이 시기는 이후 다른 문명에서 발견된 건축양식들의 모태가 된 시기라고 할 수 있으며, 주로 건축재료에 대한 역학 연구가 이루어졌다.
1.2.2. 우르의 지구라트(B.C. 2065∼2047)
우르의 지구라트(B.C. 2065∼2047)는 수메르 문명 탄생 당시 세워진 도시 국가 중 하나인 우르에서 건설되었다. 우르는 지구라트라는 거대한 건축물을 만들었는데, 지구라트는 위로 올라갈수록 좁아지는 거대한 신전탑이다. 신전은 벽돌로 3∼7단의 테라스를 쌓은 계단식 피라미드(zigurat)로 지어졌고 맨 위층에는 사원이 세워졌다. 산이 없는 평야지대에서 산을 상징해서 만든 지구라트는 신에게 제물을 바치는 종교 의식이 이루어지는 장소였다. 또한 이때에 초기의 2륜차의 그림이 발굴되었는데 자동차에 대한 관심이 있었던 것이 아닌가 생각된다.
1.2.3. 이집트 문명(B.C. 2000∼1850)
이집트 문명(B.C. 2000∼1850)은 도형의 방정식이 나오고, 피라미드 건축과 스핑크스를 통해 거대문명 발전의 초시를 이루었다. 이집트에서는 홍수를 대비한 나일강 관리를 위해 운하 건설, 수문 설치, 둑 축조 등의 토목 사업이 활발하였고, 이를 통해 건축술이 발달하여 피라미드를 건축할 수 있었다. 다만 이러한 기술들이 지나치게 실용적으로만 사용되어 하나의 학문으로 발전하기는 힘든 상태였다. 이집트 문명은 도형의 방정식 등장과 거대 건축물 건설을 통해 재료역학 발달에 중요한 기반을 마련하였다고 볼 수 있다.
1.2.4. 레오나오르도 다빈치의 가상변위 원리(A.D. 1452∼1529)
레오나오르도 다빈치의 가상변위 원리(A.D. 1452∼1529)는 물체의 움직임을 수학적으로 기술하려는 시도였다. 이는 역학계(力學系)의 힘의 평형을 논할 때 질점(質點)이 주어진 구속 조건에 따라 미소변위(微小變位: 假想變位)를 할 때의 힘이 하는 일을 말한다. 운동을 논할 때는 관성력(慣性力) 및 관성 우력(偶力)이 하는 일도 고려한다. ...
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