반가워요, 미래의 엔지니어 여러분! 지난 시간에 우리는 공학 시뮬레이션이 무엇인지, 그리고 우리를 도와줄 강력한 도구 상자인 ‘라이브러리’가 무엇인지 알아보았죠? 오늘은 드디어 파이썬이라는 도구를 잡고, 첫 번째 엔진을 돌려볼 시간입니다.
우리가 수학 책에서 보던 \( x \)와 \( y \)가 컴퓨터 속에서 어떻게 살아 움직이는지, 그 ‘변수’의 세계로 함께 떠나볼까요?
> “역학을 공부하는 엔지니어에게 수식은 세상을 바라보는 언어이고, 변수는 그 언어를 구성하는 단어입니다.”
### 1. 변수(Variable): 데이터를 담는 마법의 상자
수학 시간에 배운 \( F = m \times a \) (뉴턴의 제2법칙)를 기억하나요? 여기서 힘, 질량, 가속도는 우리가 정하기 나름인 ‘값’들이죠. 파이썬에서 변수란, 이 값들을 담아두는 ‘상자’라고 생각하면 아주 쉬워요.
– 변수(Variable): 데이터를 보관하는 이름표가 붙은 상자.
– 할당(Assignment, ‘=’): 수학의 ‘=’은 좌우가 같다는 ‘등호’지만, 파이썬에서 ‘=’은 오른쪽의 값을 왼쪽 상자에 ‘집어넣으라’는 명령입니다.
자, 아래 코드를 코랩에 복사해서 실행해 보세요. 질량 10kg, 가속도 9.8m/s²인 물체에 작용하는 힘을 계산해 볼 거예요.
# 질량(m)과 가속도(a)라는 상자를 만들고 값을 넣습니다.
m = 10 # 질량 10kg
a = 9.8 # 중력가속도 9.8 m/s^2
# 힘(F) = m * a 공식을 사용합니다.
force = m * a
# 결과를 출력합니다.
print("물체에 작용하는 힘은:", force, "N 입니다.")
### 2. 컴퓨터가 계산하는 사칙연산
파이썬은 아주 똑똑한 계산기예요. 더하기(+), 빼기(-), 곱하기(*), 나누기(/)는 우리가 아는 것과 비슷하지만, 공학자에게 가장 중요한 ‘거듭제곱’을 주의해야 합니다.
운동 에너지 공식인 \( E_k = \frac{1}{2} mv^2 \)을 코드로 표현해 볼까요?
# 속도(v)가 5 m/s일 때의 운동 에너지 계산
m = 10
v = 5
# 파이썬의 거듭제곱 연산자 ** 를 사용합니다.
kinetic_energy = 0.5 * m * (v ** 2)
print("운동 에너지:", kinetic_energy, "J 입니다.")
어때요? 생각보다 훨씬 간단하죠? 우리가 그저 눈으로만 보던 수식들이 이렇게 컴퓨터 안에서 생생하게 계산되는 걸 보니, 이제 진짜 엔지니어가 된 기분이 들지 않나요?
오늘 이렇게 변수라는 상자에 값을 담고, 사칙연산이라는 명령어로 계산을 해보았습니다. 이 기초가 단단해야 나중에 수천 개의 데이터를 한 번에 처리하는 복잡한 시뮬레이션도 거뜬히 해낼 수 있답니다.
다음 시간에는 우리가 계산한 결과값이 특정 범위를 넘어가면 시스템이 작동을 멈추게 만드는, 즉 ‘압축기가 터지기 전에 멈추게 하는 마법의 조건문(if)’과 시뮬레이션의 경계 조건에 대해 배워볼 거예요. 공학에서 ‘안전’이 얼마나 중요한지 알게 되는 흥미로운 시간이 될 겁니다.
그럼, 다음 시간까지 코랩에서 변수 이름을 다양하게 바꿔보며 연습해 보세요! 다음 시간에 만나요!