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연재 계측의 소사(小史)(2) <기원후 고대~중세의 계측 ①>

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작성자 댓글 0건 조회 1,937회 작성일 22-11-09 14:42

본문

표 1. 기원후 고대 및 중세 계측과 관련된 소사 


서론

본 연재에서는 계측공학의 원점을 다시 한번 살펴보고자 계측 소사에 대해 설명하려 한다.

계측의 소사 1회에서는 고대의 계측에 관하여 이야기하였다. 


1회의 고대 계측사에서는 예를 들면 이집트 문명에 착안하여 그 당시에 사용되었던 길이 단위인 큐비트, 바디스케일, 무게 계측, 그리고 고대 그리스 시대에 활약했던 철학자와 과학자들을 통한 천문과 지구 등의 측량 역사와 관련된 이야기를 다루었다. 고대 그리스에서 만들어진 책들은 기원후의 고대 이슬람, 인도, 중국으로 전해지고 각지에서 다양한 사상과 문명이 발전하고 새로운 사상, 문명이 생겨났다. 그 정수가 중세 서양으로 전파, 보급, 침투되었다. 예를 들면 중세 16세기의 코페르니쿠스, 뉴턴 등에게 큰 영향을 끼쳤으며 현대 사회의 세계로 전파되었다.

2회부터는 기원전 고대 이후인 기원후 고대 및 중세 시대의 계측 소사를 살펴보려 한다.


기원후 고대 및 중세의 계측 소사

<표 1>은 중세에 이르기까지의 기원후 고대 및 중세 시대 계측과 관련된 소사이다. 이른바 기원후부터 르네상스로 대표되는 중세까지이다. 즉 중세(5세기~15세기) 시대는 유럽에서의 과학이 쇠퇴되었던 시대이다. 

그 주요 원인 중 하나는 예를 들면 395년 로마 제국의 분열, 476년 서로마 제국의 멸망, 그리고 서기 1453년 그리스와 로마의 문화를 계승한 현재의 이스탄불이 수도인 동로마 제국(비잔티움 제국)의 멸망이다.

이처럼 5~15세기 사이에 기독교의 대두와 부패(특히 가톨릭)로 인해 서유럽의 문명이 ‘암흑의 시대’라고 불릴 만큼 쇠약해지고 발전을 멈췄다.


이에 반해 ‘이슬람(아라비아) 과학’은 특히 8~13세기에 아바스 왕조가 융성하면서 이슬람 과학이 유례없는 발전을 이루었다. 이슬람의 영향은 아라비아 반도를 중심으로 동쪽은 중앙아시아, 서쪽은 포르투갈과 스페인을 포함한 이베리아 반도에 이르기까지 매우 광역적으로 발전하였으며, 학문은 철학, 논리학, 기하학, 대수학, 물리학, 천문학, 의학, 연금술, 박물학, 지지학 등에까지 이르렀다.

여기에서는 <표 1>과 같이 기원후 고대 및 중세의 계측과 관련된 소사로 이슬람 과학에 관해 이야기하려 한다.

<그림 1>은 <표1>의 알 칸디까지의 고대 및 중세 과학자이다. 왼쪽에서 오른쪽 순서로 보면 되며, 여기에서는 지면 관계 상 알렉산드리아의 헤론을 보도록 하자.


알렉산드리아의 헤론(Heron of Alexandria, 서기 10~70년경)은 1세기에 고대 로마에 속했던 이집트의 알렉산드리아에서 활동한 그리스인 공학자이자 수학자이다. 오토메이션(automation)이란 단어는 1948년에 미국 포드 자동차 회사의 부사장이었던 허드가 엔진 가공 자동화 연구 부서를 신설하면서 오토메이션이라고 명명한 것이 시작으로 알려져 있으며, 오토매틱(automatic)과 오퍼레이션(operation)을 결합하여 만든 신조어이다. ‘자동 조작’이라는 의미를 가진다. 이 단어를 실현한 세계 최초의 사람이 헤론이었다고 할 수 있다.


<그림 2>의 신전 문을 자동으로 열리고 닫히게 하는 장치를 제작했었다. 제단에 불을 피우면 신전 문이 자동으로 열리고 불이 꺼지면 문이 닫히는 장치이다. 제단은 밀폐된 구리 상자①로 만들어져 있다. 여기서 불을 붙이면 상자 안 공기가 팽창하고 바닥 아래에 있는 물이 들어 있는 구체②에서 물이 빠져나오고 관을 통해 양동이③ 안에 저장되고 양동이는 그 물의 무게 때문에 내려가게 되므로 문에 있는 2개의 축④에 감겨 있던 끈이 잡아당겨지면서 문이 좌우로 열리게 된다. 불을 끄면 문이 닫히는 것은 이와 반대로 팽창한 공기가 식으면서 부피가 줄어들고 양동이의 물은 대기 압력으로 인해 관을 통과하여 다시 구체 안으로 되돌아가게 된다. 그러면 양동이는 가벼워지고 끝은 다른 끝에 매달린 무거운 물체로 인해 되돌아가게 되어 문이 자동으로 닫힌다.


<그림 3>과 같이 가장 오래된 증기 기관이라 불리는 ‘에올리오스(헤론의 증기기관)’ 구조이다. 이것은 날개가 없는 단순한 방사형 증기 터빈으로 중앙의 물 용기를 가열하여 회전시키며 로켓처럼 터빈에서 증기를 분출하여 그 반동으로 토크를 발생시키기 때문에 로켓 엔진의 원형으로 여겨진다. 또한 <그림 4>와 같이 헬렌의 풍력 오르간은 세계 최초의 풍력 기계로 여겨지며 그 구조는 풍차 부분, 펌프 부분, 풍압 조절 부분(삽화에서 오르간대 안), 그리고 오르간 부분으로 이루어져 있다.


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그림 1. 주요 고대 및 중세 과학자 

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그림 2. 알렉산드리아의 헤론의 자동문주1)
 
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그림 3. 알렉산드리아의 에올리오스의 구(헤론의 증기 기관)주2) 

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그림 4. 알렉산드리아의 헤론의 풍력 오르간주3) 




이처럼 증기를 사용하여 자동으로 열리는 문과 같은 장치와 증기의 압력을 이용한 증기 터빈이나 풍력 오르간 등을 발명하였다.

또한 저서 ‘Metrica’에서 ‘헤론의 공식주4)’을 증명하고 그 외에 토러스, 정다각형 면적, 원뿔대와 피라미드의 부피를 정확하고 근사하게 계산하기 위한 규칙과 공식을 정의하였으며 이러한 수학 공식을 사용하여 현대에도 토목, 건축에서 측량법을 크게 개선시킨 수학자로 알려져 있다. 그는 ‘간단한 기계’라는 단어를 사용하여 기계 부품인 레버, 블록, 웨지(V자 또는 삼각형 도구), 빗면, 나사, 그리고 그것들을 조합한 간단한 리프팅 장치와 같은 장치 등도 발명했다.




..(후략) 


武藤 一夫 무토기술연구소

본 기사는 2022년 11월호에 게재되었습니다.  

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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