유체역학은 힘이다. 힘의 학문, 힘 력(力)이다. 힘에 관해 과학이론의 기초를 놓은 인물이 바로 뉴턴이다. 과학은 뉴턴 이전과 이후로 나뉜다. 뉴턴의 법칙은 3가지다. 제1법칙, 제2법칙, 제3법칙이 있다. 제1법칙은 관성의 법칙, 제2법칙은 가속도 법칙, 제3법칙은 작용반작용의 법칙이다. 관성의 법칙이란, 외부에서 힘이 작용하지 않는다면, 움직이는 물체는 영원히 움직이고, 정지한 물체는 영원히 정지한다. 결국, 외부의 힘은 상당히 중요한 것이다. 누군가 외압, 혹은 충고, 충격적 사건을 겪는다면, 사람은 그것을 통해 변화를 겪는다. 과학의 일이 곧 사람의 일이다.
제2법칙은 가속도 법칙으로, F=ma라고 한다. 힘은 곧 속도의 변화다. 제3법칙은 작용 반작용의 법칙으로, 모든 힘은 반대로 작용한다. 지구가 사람을 당긴다면, 사람도 지구를 당긴다. 내가 누군가를 미워함으로 밀어낸다면, 상대방도 동일한 크기로 나를 미워하고 밀어낸다. 그러한 원리는 모든 분야에서 작용하는 것이다. 학교 선생이 학생을 때린다면, 역시 학생도 선생을 동일한 힘으로 때리는 것이다. F=ma는 곧 중력권 안에서 mg로 표시된다. 여기서 g는 중력가속도라고 한다. 지구는 사실 찌그러진 구와 같다. 정확하게 둥근 원이 아니고, 타원형에 가깝다. 그리고 기울어져서 돌고 있다. 자전과 공전을 하는 지구는 북극과 적도에서 각각 가속도가 달라진다. 그래서 표준가속도, 표준중력가속도를 정의하게 된 것이다. g는 곧 9.8이다. (표준지구가속도)
지구상에 있는 물체는 3가지 상태로 구분한다. 고체, 액체, 기체로 구분한다. 고체는 서로 잡아 당기는 힘이 정말로 강력하고, 따닥따닥 붙어있는 조직이다. 부부관계, 가족공동체가 여기에 해당한다. 고체는 형체가 분명하게 존재한다. 반면, 액체는 스스로 형체는 없지만, 그릇에 담길 수 있다. 기체는 그릇에 담길 수 없다. 어떤 곳에 가만히 있지를 못하는 사람을 일컬어 ‘기체’와 같다. 기체는 자유스럽다. 그 자유는 방향을 알 수 없다. 고체는 외부에서 힘이 작용했을 때, 반작용으로 힘이 작용하고, 고체의 형체는 처짐이 발생한다. 그 처짐은 곧 전단력이다. 전단력은 액체에서 ‘마찰력’으로 나타난다. 곧, 전단력과 마찰력은 동일한 힘의 속성이다. 분자간 길이가 짧고, 충돌소요시간이 짧고, 큰 응집력이 있다면, 곧 고체상태라고 할 수 있다. 점성은 끈적거림이고, 압축성은 줄어드는 성질이다. 지구상의 모든 물질은 압축성과 점성이 존재한다. 그러나, 유체역학을 통해 문제를 풀이할 때는 비점성, 비압축성이라고 가정하고서 풀어야 한다. 액체를 주사기에 넣고서 힘을 가하면, 액체는 줄어들지 않지만, 그렇다고 해서 압축이 일어나지 않는다고 말할 수는 없다. 고체도 힘을 가하면 보이지 않아도 미세하게 압축은 발생한다.
고체를 연속체라고 하는 이유는 힘을 가했을 때, 그 형체가 연속적으로 유지되기 때문이다. ‘철’의 경우, 외부에서 힘을 가하면, 역시 철이다. 철근은 쉽게 그 형체가 변하지 않는다. 구부러질지언정 철은 계속 철이다. 그래서 ‘고체’라고 한다. 통계적 특성이 유지되는 형체가 곧 고체다. 기체는 통계적 특성이 유지되지 않는다. 라면을 끓일 때, 김이 모락모락 피어 올라가는데 그 형체를 알 수가 없다. 라면은 끓어서 그 모양이 일정하지만, 수증기는 날아서 어디론가 사라진다. 즉, 기체는 통계적 특성이 유지되지 않고, 고체와 액체는 그럭저럭 통계적 특성이 유지된다.