용도에 맞는 재료 선택

재료 선택은 재료가 아니라 용도에서 시작합니다. 부품이 해야 하는 일을 적고(요구 사항), 그런 조건을 만족하면서 비용도 적절한 재료를 찾아보세요. 몇 가지 예를 들어 볼게요.

• 전기 케이블: 전류를 손실 없이 전달하고, 끊어지지 않고 구부러지며, 가격도 적당해야 합니다. 구리는 전기가 아주 잘 통하고 철사로 뽑아내기 쉽습니다. 알루미늄은 구리보다 전기가 잘 통하지 않지만 더 가볍고 저렴해서, 긴 가공 송전선에 사용됩니다.
• 창문: 빛을 통과시키고 바람과 비를 막아야 하므로 투명해야 합니다. 유리는 이 조건을 만족하기 때문에 깨지기 쉽지만 선택됩니다.
• 프라이팬: 바닥은 열을 고르게 퍼뜨려야 하므로 알루미늄이나 구리처럼 열을 잘 전달하는 재료가 좋습니다. 손잡이는 플라스틱이나 나무처럼 열을 잘 전달하지 않는 재료로 만들어 손잡이가 차갑게 유지되어야 합니다.
• 용수철: 여러 번 늘어나거나 눌린 뒤 원래 모양으로 돌아와야 하므로 탄성 극한값이 매우 높아야 합니다. 스프링강은 바로 이런 용도로 만들어집니다.

“최고의 재료”는 없고, 가장 좋은 절충안만 있습니다. 자전거 프레임을 보면 이런 절충을 알 수 있습니다.

• 강철: 강하고 질기며 수리하기 쉽지만 더 무겁습니다.
• 알루미늄 합금: 강성이 높은 프레임을 만들 때 강철보다 훨씬 가볍지만, 반복되는 하중을 잘 견디지 못합니다.
• 탄소 섬유 복합재: 매우 가볍고 필요한 방향으로 강성이 높도록 조정할 수 있지만, 비싸고 수리하기도 더 어렵습니다.

저렴한 출퇴근용 자전거를 원하는 사람과 무게를 조금이라도 줄이고 싶은 경주 선수는 서로 다르게 선택합니다. 그리고 둘 다 자신의 용도에 맞는 선택을 한 것입니다.

자전거 헬멧을 살펴보세요. 바깥 껍질은 얇고 단단한 플라스틱이지만, 헬멧의 대부분은 눌려 찌그러지는 폼으로 되어 있습니다. 사고가 나면 폼은 영구적으로 눌려 찌그러집니다. 이 과정에는 약간의 시간과 거리가 필요하고 충격의 에너지를 흡수하므로, 머리에 전달되는 힘이 줄어듭니다. 폼이 없는 단단하고 강성 높은 헬멧은 머리를 더 갑자기 멈추게 하므로 오히려 더 위험합니다. 여기서는 “부드러운” 재료가 현명한 선택입니다.