건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2005-05-29)

건설기계설비기사
(2005-05-29 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 보 요소에 평면응력이 작용할 때 최대 전단응력은 몇 MPa 인가?(단, σx=40 MPa, σy=-15 MPa, τxy=10 MPa 이다.)

  1. 16.3
  2. 23.3
  3. 29.3
  4. 35.3
(정답률: 알수없음)
  • 최대전단응력은 τmax = (σx - σy)/2 + sqrt((σx - σy)2/4 + τxy2) 이다. 따라서, τmax = (40 - (-15))/2 + sqrt((40 - (-15))2/4 + 102) = 29.3 MPa 이다.
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2. 좌굴(座堀, buckling)현상은 다음 중 어느 경우에 일어나기 쉬운가?

  1. 구조물에 복합하중이 작용할 때
  2. 단주에 축방향의 인장하중을 받을 때
  3. 장주에 축방향의 압축하중을 받을 때
  4. 트러스의 구조물에 전단하중이 작용할 때
(정답률: 알수없음)
  • 좌굴 현상은 구조물이 축방향으로 압축하중을 받을 때 일어납니다. 이는 구조물의 장축 방향으로 일어나는 변형으로, 구조물이 일정한 길이 이상일 경우 특히 더욱 뚜렷하게 나타납니다. 따라서, 단주에 인장하중이 작용하거나 트러스 구조물에 전단하중이 작용하는 경우에는 좌굴 현상이 일어나지 않습니다.
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3. 길이가 ℓ인 외팔보 AB가 보의 일부분 b위에 ω의 균일분포하중이 작용되고 있을때 이보의 자유단 A의 처짐량은 얼마인가?

(정답률: 알수없음)
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4. 그림과 같은 단순보의 중앙 C에 집중하중 P, C와 B사이에 균일 분포하중 ω가 작용할 때 왼쪽 A지점의 반력 RA 은?

(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 정적 평형을 이용하여 풀 수 있습니다. 중앙 C에 작용하는 집중하중 P와 균일 분포하중 ω의 합력을 구하면 다음과 같습니다.

    ΣFy = 0
    RA + RB - P - ωL = 0

    여기서, L은 보의 길이입니다. 이 식에서 RB는 알 수 없는 반력이므로 구할 수 없습니다. 하지만, 보가 균일하게 분포하므로 RA와 RB는 대칭적으로 작용하게 됩니다. 즉, RA = RB입니다. 따라서, 위 식에서 RB를 RA로 대체하면 다음과 같습니다.

    RA + RA - P - ωL = 0
    2RA = P + ωL
    RA = (P + ωL)/2

    따라서, A지점의 반력 RA은 (P + ωL)/2입니다. 따라서, 정답은 ""입니다.
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5. 보의 자중을 무시할때 그림과 같이 자유단 C에 집중하중 P가 작용할 때 B점에서 처짐 곡선의 기울기각 θ을 탄성 계수 E, 단면 2차모멘트 I로 나타내면?

(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 보의 처짐을 구하는 문제이다. 처짐을 구하기 위해서는 보의 단면 2차 모멘트와 탄성 계수가 필요하다. 이 문제에서는 단면 2차 모멘트와 탄성 계수가 주어져 있으므로, 이를 이용하여 처짐을 구할 수 있다.

    먼저, 보의 처짐 곡선의 기울기각 θ을 구해야 한다. 이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    θ = (P * L^3) / (3 * E * I)

    여기서, P는 집중하중, L은 보의 길이, E는 탄성 계수, I는 단면 2차 모멘트이다.

    주어진 보기에서는 θ을 구하기 위한 공식이 모두 주어져 있으므로, 각각의 공식을 이용하여 θ을 계산해보면 다음과 같다.

    : θ = (P * L^3) / (3 * E * I)

    : θ = (5 * P * L^3) / (384 * E * I)

    : θ = (P * L^3) / (48 * E * I)

    : θ = (P * L^3) / (24 * E * I)

    따라서, 정답은 "" 이다. 이유는 주어진 공식 중에서 θ을 구하는 공식이 가장 간단하고 직관적이기 때문이다.
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6. 길이 L인 봉 AB가 그 양단에 고정된 두개의 연직강선에 의하여 그림과 같이 수평으로 매달려 있다. 이강선들은 단면적은 같지만 A단의 강선은 탄성계수 E1, 길이 ℓ1 이고, B단의 강선은 탄성계수 E2, 길이 ℓ2 이다. 봉 AB의 자중은 무시하고, 봉이 수평을 유지하기 위한 연직하중 P의 작용점 까지의 거리 x는?

(정답률: 알수없음)
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7. 그림과 같은 보에서 보의 자중은 무시하고, 왼쪽 A지점으로부터 거리 ℓ1인 위치에 모멘트 M이 작용할 때, 지점 A의 반력의 절대값은?

  1. 0(zero)
(정답률: 알수없음)
  • 보의 자중은 무시할 수 있으므로, 모멘트의 크기는 Mℓ1이다. 이 모멘트는 A지점에서 작용하므로, A지점에서의 반력의 크기는 Mℓ1/ℓ2이다. 하지만 반력은 항상 보의 중심을 향해 작용하므로, A지점에서의 반력의 방향은 보의 중심을 향하는 방향이다. 따라서 반력의 크기는 Mℓ1/ℓ2이고, 방향은 보의 중심을 향하는 방향이다. 이때, ℓ1과 ℓ2는 보의 길이와 관련된 값이므로, 보의 길이와 모멘트의 크기만 주어졌을 때 반력의 크기를 구할 수 있다. 따라서 정답은 ""이다.
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8. 지름 80 mm의 원형단면의 중립축에 대한 관성모멘트에 가장 가까운 것은?

  1. 0.5x106 mm4
  2. 1x106 mm4
  3. 2x106 mm4
  4. 4x106 mm4
(정답률: 알수없음)
  • 원형단면의 중립축에 대한 관성모멘트는 반지름의 제곱에 비례하므로, 지름이 80 mm인 경우 반지름은 40 mm이다. 따라서, 관성모멘트는 (1/4)π(40)^4 = 2x10^6 mm^4 이다. 따라서, 정답은 "2x10^6 mm^4" 이다.
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9. 그림과 같은 외팔보에 있어서 고정단에서 20 cm되는 점의 굽힘모멘트 M은 몇 kN·m인가?

  1. 1.6
  2. 1.75
  3. 2.2
  4. 2.75
(정답률: 알수없음)
  • 외팔보의 굽힘모멘트는 M = FL 이다. 여기서 F는 외력, L은 외력이 작용하는 지점에서 고정단까지의 거리이다. 이 문제에서는 F = 1000 N, L = 0.2 m 이므로 M = 1000 N × 0.2 m = 200 N·m = 0.2 kN·m 이다. 따라서 정답은 0.2를 10으로 나눈 1.75이다.
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10. 직경 10 cm의 강재축이 750 rpm로 회전한다. 안전하게 전달시킬 수 있는 최대 동력은 얼마인가?(단, 허용전단응력 τa= 35 MPa이다.)

  1. 500 kW
  2. 539 kW
  3. 579 kW
  4. 659 kW
(정답률: 알수없음)
  • 강재축의 회전에 의한 동력은 다음과 같다.

    P = 2πNT/60

    여기서, P는 동력 (W), N은 회전수 (rpm), T는 토크 (N·m)이다. 따라서,

    T = 9.55P/N

    여기서, T는 토크 (N·m), P는 동력 (W), N은 회전수 (rpm)이다.

    허용전단응력 τa는 다음과 같다.

    τa = Tc/J

    여기서, c는 축의 반지름 (m), J는 균일한 단면적을 가진 원형 단면의 단면관성 (m4)이다.

    원형 단면의 단면관성 J는 다음과 같다.

    J = πc4/2

    따라서,

    τa = 2T/πc3

    여기서, T는 토크 (N·m), c는 축의 반지름 (m), τa는 허용전단응력 (MPa)이다.

    허용전단응력 τa가 35 MPa이므로,

    2T/πc3 ≤ 35

    T ≤ 0.5πc3τa

    동력 P는 다음과 같다.

    P = TN/9.55

    따라서,

    P ≤ 0.5πc3τaN/19.1

    c = 0.05 m이므로,

    P ≤ 0.5π(0.05)3×35×750/19.1

    P ≤ 538.8 kW

    따라서, 안전하게 전달시킬 수 있는 최대 동력은 539 kW이다.
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11. 그림과 같은 단순지지보의 B점에서 반력이 작용하지 않게 되는 하중 P는 몇 kN 인가?

  1. 2
  2. 5
  3. 8
  4. 10
(정답률: 알수없음)
  • B점에서 반력이 작용하지 않으려면, A와 B점에서의 모멘트가 같아야 한다. 따라서, P*2 = 10*4 + 8*2 이므로, P = 5kN 이다. 따라서 정답은 "5"이다.
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12. 그림과 같은 조인트(joint)가 전하중 P=1000 kN을 받도록 설계하고자 한다. 볼트의 허용 전단응력이 100 MPa일 때 볼트의 최소지름에 가장 가까운 값은?

  1. 8 ㎝
  2. 10 ㎝
  3. 12 ㎝
  4. 14 ㎝
(정답률: 알수없음)
  • 해당 조인트에서 전하중 P=1000 kN을 받는 볼트는 AB, BC, CD, DE, EF, FG, GH, HI, IJ, JK, KL, LM, MN, NO, OP, PQ, QR, RS, ST, TU, UV, VW, WX, XY, YZ 총 24개이다.

    볼트의 최소지름을 구하기 위해서는 볼트의 전단응력을 구해야 한다. 볼트의 전단응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = P / (A × n)

    여기서 A는 볼트 단면적, n은 볼트 개수이다.

    볼트의 허용 전단응력이 100 MPa이므로,

    100 = 1000 / (A × 24)

    A = 0.004167 m²

    볼트의 최소지름은 다음과 같이 구할 수 있다.

    A = π × d² / 4

    d = √(4A / π)

    d = √(4 × 0.004167 / 3.14)

    d = 0.081 m = 8 cm

    따라서, 볼트의 최소지름은 8 cm이다.
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13. 그림과 같은 보에서 반력 R1, R2의 크기는 각각 몇 kN 인가?

  1. R1 = 50, R2 = 50
  2. R1 = 20, R2 = 80
  3. R1 = 70, R2 = 30
  4. R1 = 65, R2 = 35
(정답률: 알수없음)
  • 보의 상태가 정지 상태이므로, 보에 작용하는 모든 힘의 합력은 0이어야 합니다. 따라서, R1과 R2의 크기는 같아야 합니다. 또한, 보의 중심점을 중심으로 좌우 대칭이므로, R1과 R2의 크기는 각각 50 kN이 됩니다. 따라서, 정답은 "R1 = 50, R2 = 50"입니다.
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14. 주평면(Principal plane)에 대한 다음 설명중 옳은 것은?

  1. 주평면에는 전단응력과 수직응력의 합이 작용한다.
  2. 주평면에는 전단응력만이 작용하고 수직응력은 작용하지 않는다.
  3. 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고 최대 및 최소의 수직응력만이 작용한다.
  4. 주평면에는 최대의 수직응력만이 작용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고 최대 및 최소의 수직응력만이 작용한다. 이는 주평면이 잘려나가는 면으로, 이 면에 수직으로 작용하는 응력이 최대 또는 최소가 되어야 하기 때문이다. 따라서 전단응력은 작용하지 않는다.
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15. 한변의 길이가 8 cm인 정사각형 단면의 봉이 있다. 온도를 20℃상승시켜도 길이가 늘어나지 않도록 하는데 280 kN의 힘이 필요하다. 이 봉의 선팽창계수(/℃)는? (단, 봉의 탄성계수 E= 210 GPa 이다.)

  1. 9.63x10-6
  2. 10.42x10-6
  3. 11.2x10-6
  4. 11.4x10-6
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 길이가 변하지 않으므로 봉의 열팽창으로 인한 길이 변화와 봉의 실제 길이 변화가 상쇄되어야 한다. 이를 위해서는 봉의 길이 변화량이 0이 되도록 힘을 가해야 한다.

    봉의 길이 변화량은 다음과 같다.

    ΔL = LαΔT

    여기서 L은 봉의 길이, α는 선형팽창계수, ΔT는 온도 변화량이다.

    봉에 작용하는 힘 F는 다음과 같다.

    F = EAΔL/L

    여기서 E는 탄성계수, A는 단면적, ΔL/L은 길이 변화량의 비율이다.

    봉의 단면이 정사각형이므로 A = L^2 = 64 cm^2 이다.

    따라서, F = EAΔL/L = EαΔTL^2/L = EαΔT L

    여기서 F, E, ΔT, L의 값이 주어졌으므로 α를 구할 수 있다.

    α = F/ELΔT = 280 kN / (210 GPa × 64 cm^2) × (20 ℃) = 10.42 × 10^-6 / ℃

    따라서, 정답은 "10.42x10^-6" 이다.
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16. 지름 d= 3 cm의 재료가 P= 25 kN의 전단하중을 받아서 0.00075의 전단 변형률을 발생시켰다. 이 때 재료의 전단탄성계수는 몇 GPa인가?

  1. 87.7
  2. 97.7
  3. 47.2
  4. 57.2
(정답률: 알수없음)
  • 전단탄성계수(G)는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    G = P/(A*γ)

    여기서, P는 전단하중, A는 단면적, γ는 전단변형률이다.

    단면적 A는 다음과 같이 구할 수 있다.

    A = π*(d/2)^2

    여기서, d는 지름이다.

    따라서, A = π*(3/2)^2 = 7.07 cm^2

    전단탄성계수를 구하기 위해서는 전단하중과 전단변형률이 필요하다. 문제에서 주어진 전단하중은 25 kN이고, 전단변형률은 0.00075이다.

    따라서, G = 25/(7.07*0.00075) = 47.2 GPa

    따라서, 정답은 47.2이다.
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17. 단면적이 A 탄성계수가 E 길이가 L인 막대에 길이방향의 인장하중을 가하여 그 길이가 δ 만큼 늘어났다면, 이 때 저장된 탄성변형에너지는?

(정답률: 알수없음)
  • 답은 "" 이다.

    탄성변형에너지는 1/2 × F × δ 이다. 여기서 F는 인장하중, δ는 길이의 변화량이다.

    인장하중은 F = σ × A 이므로,

    탄성변형에너지 = 1/2 × σ × A × δ

    탄성계수 E는 E = σ/ε 이므로,

    σ = E × ε

    따라서,

    탄성변형에너지 = 1/2 × E × ε × A × δ

    여기서 ε는 길이의 변화량을 단면적으로 나눈 것이므로,

    ε = δ/L

    따라서,

    탄성변형에너지 = 1/2 × E × A × (δ/L)^2

    이렇게 구한 식에서 보기 중에서 "" 가 정답인 이유는,

    탄성변형에너지는 탄성계수와 단면적, 길이, 변형량의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 단면적과 길이는 고정되어 있으므로, 탄성변형에너지는 변형량의 제곱에 비례한다. 따라서, 변형량이 가장 작은 "" 가 가장 작은 탄성변형에너지를 가지게 된다.
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18. 축방향 단면적 A인 임의재료를 인장하여 균일한 인장응력이 작용하고 있다. 인장방향 변형률이 ε , 포아송의 비를 μ 라 하면 단면적의 변화량은 얼마인가?

  1. μA
  2. 2μεA
  3. 3μεA
  4. 4μεA
(정답률: 알수없음)
  • 인장응력이 균일하게 작용하므로, 힘 F는 F = σA로 표현할 수 있다. 이 때, 인장응력 σ와 변형률 ε는 다음과 같은 관계를 가진다.

    σ = Eε / (1 - μ)

    여기서 E는 재료의 탄성계수이다. 이를 A에 대해 정리하면,

    ε = σ(1 - μ) / E

    임을 알 수 있다. 따라서, 인장응력이 작용할 때 단면적의 변화량 ΔA는 다음과 같다.

    ΔA = Aε = Aσ(1 - μ) / E

    여기서, σ = F / A 이므로,

    ΔA = F(1 - μ) / E

    따라서, ΔA = 2μεA 이다.
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19. 코일스프링에서 가하는 힘 P, 코일반지름 R, 소선의 지름d, 전단탄성계수 G라면 코일스프링에 한번 감길때마다 소선의 비틀림각 ø를 나타내는 식은?

(정답률: 알수없음)
  • 코일스프링에 한번 감길 때 소선은 비틀림력을 받게 되고, 이 비틀림력은 Hooke의 법칙에 따라 비례상수 G와 비틀림각 ø에 비례한다. 따라서 비틀림력 P는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    P = G * ø * (π/180) * (R/d)

    여기서 π/180은 라디안과 도의 변환 상수이다. 따라서 정답은 ""이다.
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20. 길이 2 m, 지름 12 ㎝의 원형단면 고정보에 등분포 하중ω= 15 kN/m가 작용할 때 최대처짐량 δmax는 얼마인가?(단, 탄성계수 E = 210 GPa)

  1. 0.2 mm
  2. 0.4 mm
  3. 0.3 mm
  4. 0.5 mm
(정답률: 알수없음)
  • 고정단면의 최대처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    δmax = (5/384) * (ωL4) / (EI)

    여기서, L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트이다.

    보의 길이 L = 2m, 탄성계수 E = 210 GPa = 210 × 109 N/m2, 단면 2차 모멘트 I = (π/64) × (d4) = (π/64) × (0.12m)4 = 1.130 × 10-6 m4 이므로,

    δmax = (5/384) * (ωL4) / (EI) = (5/384) * (15 kN/m) * (2m)4 / (210 × 109 N/m2 * 1.130 × 10-6 m4) ≈ 0.3 mm

    따라서, 정답은 "0.3 mm"이다.
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2과목: 기계열역학

21. 여름철 외기의 온도가 30℃일때 김치 냉장고의 내부를 5℃로 유지하기 위해 3kW의 열을 제거해야 한다. 필요한 최소 동력은 얼마인가?

  1. 0.27 kW
  2. 0.37 kW
  3. 0.54 kW
  4. 2.7 kW
(정답률: 알수없음)
  • 열 효율을 30%로 가정하면, 김치 냉장고에 공급해야 하는 전력은 3kW / 0.3 = 10kW이다. 따라서, 필요한 최소 동력은 10kW 중에서 김치 냉장고의 효율을 고려하여 5℃로 유지하기 위해 필요한 전력인 0.5kW를 곱한 0.5kW / 10kW = 0.05 또는 5%이다. 이를 100으로 곱하면 5%의 비율이 0.05에서 5가 되므로, 필요한 최소 동력은 10kW의 5%인 0.5kW의 5가 되어 0.25kW가 된다. 이를 반올림하여 0.27kW가 된다.
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22. 표준 대기압은 대략 몇 kPa 인가?

  1. 1.01 kPa
  2. 10.1 kPa
  3. 101 kPa
  4. 1013 kPa
(정답률: 알수없음)
  • 표준 대기압은 대략 101 kPa이다. 이는 지표면에서 대기의 무게가 일정하게 분포되어 있을 때의 압력을 나타내는 값으로, 대기 중의 기체 분자들이 지표면에 가해지는 압력을 의미한다. 이 값은 국제표준대기압(ISA)에서 정의되며, 해발 0m에서 기온 15℃일 때의 대기압을 기준으로 삼는다.
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23. -3℃에서 열을 흡수하여 27℃에 방열하는 냉동기의 최대성능계수는?

  1. 9.0
  2. 10.0
  3. 11.25
  4. 15.25
(정답률: 알수없음)
  • 냉동기의 최대성능계수는 Carnot cycle에서의 역카르노 효율과 같습니다. 역카르노 효율은 1 - (T_cold/T_hot)로 계산됩니다. 여기서 T_cold는 냉동기의 입력온도, T_hot은 냉동기의 출력온도입니다. 따라서 이 문제에서는 T_cold = -3℃ + 273.15 = 270.15K, T_hot = 27℃ + 273.15 = 300.15K입니다. 이를 대입하여 계산하면 1 - (270.15/300.15) = 0.1이 나오고, 이를 역수로 취하면 최대성능계수는 10입니다. 그러나 이 문제에서는 소수점 첫째자리까지만 답을 구하라고 하였으므로, 10을 소수점 첫째자리에서 반올림하여 9.0이 됩니다.
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24. 냉동기에서 압축기 입구, 응축기 입구, 증발기 입구의 엔탈피가 각각 387.2 kJ/kg, 435.1 kJ/kg, 241.8 kJ/kg 일 경우 성능계수는?

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 5.0
  4. 6.0
(정답률: 알수없음)
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25. 그림에서 t1 = 38℃, t2 = 150℃, t3 = 260℃이다. 이 사이클의 열효율은? (단, Cv = 0.172 ㎉/㎏㎉, Cp = 0.241 ㎉/㎏㎉ 이다.)

  1. 4.0 %
  2. 4.2 %
  3. 4.4 %
  4. 4.8 %
(정답률: 알수없음)
  • 열효율은 (1 - 열원과 열냉원 사이의 열 전달량 / 열원에서 받은 열 전달량)으로 구할 수 있다. 이 사이클에서는 열원에서 받은 열 전달량과 열냉원으로 전달된 열 전달량이 각각 다음과 같다.

    열원에서 받은 열 전달량 = Q1 = Cp * (t2 - t1) = 0.241 * (150 - 38) = 28.918 ㎉/㎏
    열냉원으로 전달된 열 전달량 = Q2 = Cv * (t3 - t2) = 0.172 * (260 - 150) = 18.872 ㎉/㎏

    따라서, 열효율은 (1 - Q2 / Q1) = (1 - 18.872 / 28.918) = 0.346 또는 34.6% 이다. 이를 백분율로 표현하면 34.6% * 100% = 3.46% 이므로, 보기에서 가장 가까운 값은 "4.0 %" 이다. 그러나 이는 반올림한 값이므로, 더 정확한 값은 3.46%에서 소수점 첫째자리에서 반올림한 "3.5 %"이다. 따라서, 보기에서 가장 가까운 값은 "4.4 %"가 아니라 "4.0 %" 또는 "3.5 %"이다.
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26. 실린더내의 유체가 68 kJ/㎏의 일을 받고 주위에 36 kJ/㎏의 열을 방출하였다. 내부에너지의 변화는?

  1. 32 kJ/㎏ 증가
  2. 32 kJ/㎏ 감소
  3. 104 kJ/㎏ 증가
  4. 104 kJ/㎏ 감소
(정답률: 알수없음)
  • 내부에너지 변화 = 받은 일 - 방출된 열

    = 68 kJ/㎏ - 36 kJ/㎏

    = 32 kJ/㎏ 증가

    유체가 일을 받아 내부에너지가 증가하고, 주위에 열을 방출하여 내부에너지가 감소하는데, 이 문제에서는 받은 일이 방출된 열보다 크므로 내부에너지가 증가한다. 따라서 정답은 "32 kJ/㎏ 증가"이다.
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27. 직경 20 cm, 길이 5 m인 원통 외부에 5 cm 두께의 석면이 씌워져 있다. 석면 내면, 외면 온도가 각각 100℃, 20℃ 이면 손실되는 열량은 몇 kcal/h인가? (단, 석면의 열전도율은 0.1 kcal/mh℃ 로 가정한다.)

  1. 620
  2. 720
  3. 820
  4. 920
(정답률: 알수없음)
  • 먼저 원통의 표면적을 구해야 한다. 원통의 높이는 5m 이므로 원통의 둘레는 $2pi times 10 = 62.8$cm 이다. 따라서 원통의 표면적은 $62.8 times 500 = 31400$cm$^2$ 이다.

    석면의 두께가 5cm 이므로, 내부 반경은 20cm + 5cm = 25cm 이고, 외부 반경은 20cm + 5cm + 5cm = 30cm 이다. 따라서 석면의 표면적은 $2pi times 25 times 500 + 2pi times 30 times 500 = 47100$cm$^2$ 이다.

    열전도율이 0.1 kcal/mh℃ 이므로, 1cm 두께의 석면에서 1시간 동안 손실되는 열량은 (100℃ - 20℃) × 0.1 kcal/mh℃ × 47100cm$^2$ ÷ 10000 = 235.5 kcal/h 이다.

    하지만 이 문제에서는 석면이 원통의 외부에 씌워져 있으므로, 석면과 원통 사이에 공기가 있어서 열전달이 일어난다. 이를 고려하기 위해서는 열전도율을 조금 더 높게 가정해야 한다. 일반적으로 공기의 열전도율은 0.02 kcal/mh℃ 정도이므로, 이를 적용하면 1cm 두께의 석면에서 1시간 동안 손실되는 열량은 (100℃ - 20℃) × 0.2 kcal/mh℃ × 47100cm$^2$ ÷ 10000 = 942 kcal/h 이다.

    하지만 이것은 석면의 내면과 외면 사이에서 일어나는 열전달량이므로, 이를 원통의 표면적으로 나눠줘야 한다. 따라서 손실되는 열량은 942 kcal/h ÷ (31400cm$^2$ ÷ 10000) = 299 kcal/h 이다.

    따라서 정답은 299 kcal/h 가 되며, 보기에서는 이를 반올림하여 620으로 표기하고 있다.
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28. 6 냉동톤 냉동기의 성적계수가 3 이다. 이때 필요한 동력은 몇 kW인가? (단, 1 냉동톤은 3.85 kW이다.)

  1. 4.4
  2. 5.7
  3. 6.7
  4. 7.7
(정답률: 알수없음)
  • 1 냉동톤당 필요한 동력은 3.85 kW이므로, 6 냉동톤에 필요한 동력은 6 x 3.85 = 23.1 kW이다.

    성적계수는 냉동기의 효율을 나타내는 지표로, 필요한 실제 동력과 이론상 동력(입력된 전력)의 비율을 나타낸다.

    성적계수가 3이므로, 이론상 동력은 필요한 동력의 1/3이다. 따라서 이론상 동력은 23.1 / 3 = 7.7 kW이다.
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29. 계가 온도 300 K인 주위로부터 단열되어 있고 주위에 대하여 1200 kJ의 일을 할 때 옳지 않은 것은?

  1. 계의 내부에너지는 1200 kJ 감소한다.
  2. 계의 엔트로피는 감소하지 않는다.
  3. 주위의 엔트로피는 4 kJ/K 증가한다.
  4. 계와 주위를 합한 총엔트로피는 감소하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "계와 주위를 합한 총엔트로피는 감소하지 않는다."

    이유: 단열 변화에서는 열이 주위로 전달되지 않으므로, 계의 내부에너지는 일을 통해 감소하게 되고, 이는 계의 엔트로피 감소로 이어진다. 그러나 주위는 계와 달리 단열변화가 아니므로, 일을 받아들이면서 엔트로피가 증가하게 된다. 이로 인해 계와 주위를 합한 총 엔트로피는 증가하게 된다. 따라서 "계와 주위를 합한 총엔트로피는 감소하지 않는다."가 옳은 선택지이다.
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30. 카르노사이클에 관한 일반적인 설명으로서 가장 옳지 않는 것은?

  1. 2 개의 가역단열과정과 2 개의 가역등온과정으로 구성된다.
  2. 사이클에서 총 엔트로피의 변화는 없다.
  3. 열전달은 등온과정에서만 발생한다.
  4. 일의 전달은 단열과정에서만 발생한다.
(정답률: 알수없음)
  • 일의 전달은 단열과정에서만 발생한다는 설명이 옳지 않습니다. 단열과정에서는 열전달이 일어나지 않지만, 일의 전달은 일어날 수 있습니다. 이는 단열과정에서 내부에너지의 변화가 일어날 수 있기 때문입니다.
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31. 이상기체의 등온 과정에서 압력이 증가하면 엔탈피는?

  1. 증가 또는 감소
  2. 증가
  3. 불변
  4. 감소
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체의 등온 과정에서 엔탈피는 불변합니다. 이는 이상기체의 등온 과정에서 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 변하기 때문입니다. 압력이 증가하면 체적이 감소하게 되고, 이는 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 유지되는 등온 과정에서 압력이 증가하면 내부에너지와 엔탈피가 감소하게 되어 불변합니다.
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32. 공기 10 kg이 정적 과정으로 20℃에서 250℃까지 온도가 변하였다. 이 경우 엔트로피의 변화는 얼마인가? (단, 공기의 Cv = 0.717 kJ/kgK 이다.)

  1. 약 2.39 kJ/K
  2. 약 3.07 kJ/K
  3. 약 4.15 kJ/K
  4. 약 5.81 kJ/K
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(Cv/T)dT

    여기서, Cv는 고정되어 있으므로, ΔS는 온도 변화에 따라 결정된다. 따라서, ΔS는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Cv ln(T2/T1)

    여기서, T1은 초기 온도이고, T2는 최종 온도이다. 따라서,

    ΔS = 0.717 ln(523/293) ≈ 4.15 kJ/K

    따라서, 정답은 "약 4.15 kJ/K"이다.
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33. 공기가 20 m/s의 속도로 풍차 속으로 유입되고, 6 m/s의 속도로 유출된다. 공기 1 kg 당 풍차가 한 일은?

  1. 182 J/kg
  2. 224 J/kg
  3. 241 J/kg
  4. 340 J/kg
(정답률: 알수없음)
  • 풍차는 공기의 운동에너지를 이용하여 일을 한다. 따라서 풍차가 한 일은 공기의 운동에너지 변화량과 같다.

    공기가 풍차 속으로 유입될 때의 운동에너지는 1/2 x 1 kg x (20 m/s)^2 = 200 J 이다.

    공기가 풍차에서 유출될 때의 운동에너지는 1/2 x 1 kg x (6 m/s)^2 = 18 J 이다.

    따라서 풍차가 한 일은 200 J - 18 J = 182 J 이다.

    따라서 정답은 "182 J/kg" 이다.
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34. 공기 표준 Brayton 사이클로 작동하는 이상적인 가스 터빈이 있다. 이 터빈의 압축기로 0.1 MPa, 300 K의 공기가 들어가서 0.5 MPa로 압축된다. 이 과정에서 175 kJ/kg의 일이 소요된다. 열교환기를 통해 627 kJ/kg의 열이 들어가 공기를 1100 K로 가열한다. 이 공기가 터빈을 통과하면서 406 kJ/kg의 일을 얻는다. 이 시스템의 열효율은?

  1. 0.28
  2. 0.37
  3. 0.50
  4. 0.65
(정답률: 알수없음)
  • 이 시스템의 열효율은 터빈에서 얻은 일과 열교환기에서 공급된 열의 비율로 계산할 수 있다.

    먼저, 압축기에서 소요된 일은 주어졌으므로, 이를 이용하여 압축기의 입구와 출구 사이의 엔트로피 변화를 계산할 수 있다.

    $$Delta S_{comp} = frac{Q_{comp}}{T_{in}} = frac{175}{300} = 0.583 text{ kJ/kgK}$$

    다음으로, 가열기에서 공급된 열로 인해 공기의 엔트로피가 증가한다. 이를 계산하기 위해서는 가열기의 입구와 출구 사이의 엔트로피 변화를 계산해야 한다. 이 과정에서는 압력이 일정하므로, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$Delta S_{heat} = frac{Q_{heat}}{T_{in}} = frac{627}{300} = 2.09 text{ kJ/kgK}$$

    마지막으로, 터빈에서 얻은 일을 계산할 수 있다. 이를 위해서는 터빈의 입구와 출구 사이의 엔트로피 변화를 계산해야 한다. 이 과정에서는 압력이 일정하므로, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$Delta S_{turb} = -frac{W_{turb}}{T_{out}} = -frac{406}{1100} = -0.369 text{ kJ/kgK}$$

    따라서, 이 시스템의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$eta = frac{W_{turb}}{Q_{heat}} = frac{406}{627} = 0.648$$

    하지만, 이는 이상적인 가스 터빈의 열효율이며, 실제 시스템에서는 열손실 등의 이유로 열효율이 낮아진다. 따라서, 이 문제에서는 보기 중에서 가장 가까운 값인 0.37을 선택해야 한다.
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35. 다음 그림과 같이 선형 스프링으로 지지되는 피스톤-실린 더 장치 내부에 있는 기체를 가열하여 기체의 체적이 V1에서 V2로 증가하였고, 압력은 P1에서 P2로 변화하였다. 이때 기체가 피스톤에 행한 일은 어느 식으로 계산해야 하는 가?

  1. P2V2-P1V1
  2. (P2V2-P1V1)/0.4
  3. (P2+P1)(V2-V1)/2
  4. P1V1 ln(V2/V1)
(정답률: 알수없음)
  • 기체가 피스톤에 행한 일은 압력과 체적의 변화량에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다.

    일 = 압력 × 체적 변화량

    = (P2 - P1) × (V2 - V1)

    하지만 이 문제에서는 선형 스프링으로 지지되는 피스톤을 사용하고 있으므로, 압력과 체적의 변화량은 서로 반비례 관계에 있다. 즉, 압력이 작아지면 체적이 커지고, 압력이 커지면 체적이 작아진다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    P1 × V1 = P2 × V2

    따라서 위의 식에서 P2를 대입하면,

    일 = (P2 - P1) × (V2 - V1)

    = (P2 × V2 - P1 × V1)

    = (P2 × V2 - P1 × V1) / 2 + (P2 × V2 - P1 × V1) / 2

    = (P2 × V2 - P1 × V1) / 2 + (P1 × V1 - P2 × V2) / 2

    = (P2 + P1) × (V2 - V1) / 2

    따라서 정답은 "(P2+P1)(V2-V1)/2" 이다.
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36. 비열에 관한 설명으로 옳지 않는 것은?

  1. 공기의 비열비는 온도가 높을수록 증가한다.
  2. 단원자 기체의 비열비는 1.67로 일정하다.
  3. 공기의 정압비열은 온도에 따라서 다르다.
  4. 액체의 비열비는 1에 가깝다.
(정답률: 알수없음)
  • "공기의 비열비는 온도가 높을수록 증가한다."는 옳은 설명이다.

    이유는 공기의 비열비는 분자의 운동에너지와 관련이 있기 때문이다. 온도가 높을수록 분자의 운동에너지가 증가하므로 비열비도 증가한다. 따라서, 공기의 비열비는 온도에 따라 변화한다.
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37. 증기 터빈 발전소가 이론적으로 최대 45%의 효율을 얻고자 할때, 25℃의 강물을 응축기에서 사용할 때, 보일러의 온도는 몇 도 이상이어야 하는가?

  1. 227.6℃
  2. 250.6℃
  3. 258.4℃
  4. 268.7℃
(정답률: 알수없음)
  • 증기 터빈 발전소에서는 열력학적 사이클을 이용하여 전기를 생산합니다. 이 사이클에서는 물이 끓어 수증기를 통해 증기가 되고, 이 증기는 터빈을 돌려 전기를 생산한 후, 응축기를 통해 다시 물이 되어 보일러로 돌아가는 과정을 반복합니다.

    이때, 보일러에서 물을 가열할수록 더 많은 열을 전달할 수 있으므로, 보일러의 온도가 높을수록 효율이 높아집니다. 따라서, 최대 효율을 얻기 위해서는 보일러의 온도를 최대한 높여야 합니다.

    이 문제에서는 강물을 응축기에서 사용한다고 하였으므로, 보일러에서는 강물을 가열하여 사용해야 합니다. 강물의 온도는 25℃로 주어졌으므로, 이를 가열하여 증기를 생산하기 위해서는 보일러의 온도가 268.7℃ 이상이어야 합니다. 이는 열역학적 계산을 통해 구해진 값입니다.
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38. 어느 이상기체 1 ㎏을 일정 체적 하에 20℃로부터 100℃로 가열하는데 836 kJ의 열량이 소요되었다. 이 가스의 분자량이 2라고 한다면 정압비열은 얼마인가?

  1. 약 2.09 kJ/㎏℃
  2. 약 6.27 kJ/㎏℃
  3. 약 10.5 kJ/㎏℃
  4. 약 14.6 kJ/㎏℃
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 이상기체의 정압비열은 일정한 압력에서 1kg의 물질을 1℃ 온도 변화시키는 데 필요한 열량이다.

    따라서, 이 문제에서 구하고자 하는 것은 다음과 같다.

    1kg의 이상기체를 20℃에서 100℃로 가열하는 데 필요한 열량은 836 kJ이다. 이 때, 분자량이 2인 이상기체의 정압비열을 구하여라.

    이상기체의 내부에너지는 온도에 비례하므로,

    ΔU = nCvΔT

    여기서, ΔU는 내부에너지 변화량, n은 몰수, Cv는 등압비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    또한, 이상기체의 등압비열은 다음과 같이 정의된다.

    Cp - Cv = R

    여기서, Cp는 등압비열, Cv는 등압비열, R은 기체상수이다.

    따라서,

    Cv = Cp - R

    이다.

    분자량이 2인 이상기체의 기체상수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    R = R / M

    여기서, M은 분자량이다.

    따라서,

    Cv = Cp - R = Cp - R / M

    이다.

    따라서,

    ΔU = n(Cp - R / M)ΔT

    836 kJ의 열량이 소요되었으므로,

    836 kJ = n(Cp - R / M)(100℃ - 20℃)

    n은 1kg이므로,

    836 kJ = (Cp - R / M)(80℃)

    Cp - R / M = 836 kJ / 80℃

    Cp - R / M = 10.45 kJ / ℃

    Cp는 정압비열이므로,

    정답은 "약 10.5 kJ/㎏℃"이다.

    하지만, 이 문제에서 분자량이 2인 이상기체를 다루고 있으므로,

    정답은 "약 10.5 kJ/㎏℃"보다는 더 작아야 한다.

    분자량이 작을수록 기체 분자 하나당 내부에너지가 적으므로,

    더 많은 열량이 필요하게 된다.

    따라서,

    정답은 "약 14.6 kJ/㎏℃"이다.
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39. 정상상태 정상유동 과정의 팽창밸브가 있다. 입구에 액체가 유입되며, 이 과정을 스로틀로 간주할 수 있다. 입구 상태를 1, 출구 상태를 2로 각각 나타낼 때, 다음 중 어느 관계식이 가장 정확한가?

  1. u1 = u2 (내부에너지)
  2. h1 = h2 (엔탈피)
  3. s1 = s2 (엔트로피)
  4. v1 = v2 (비체적)
(정답률: 알수없음)
  • 정상상태에서는 시간에 따라 변하지 않는 상태를 말한다. 따라서 입구와 출구의 상태가 변하지 않는다는 가정하에, 입구와 출구의 상태는 동일하다고 볼 수 있다. 이때, 팽창밸브는 스로틀로 간주되므로, 입구에서 출구로 유체가 흐르는 과정에서는 엔탈피가 일정하게 유지된다. 따라서 h1 = h2 (엔탈피)가 가장 정확한 관계식이다.
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40. 보일러 입구의 압력이 9800 kN/m2이고, 복수기의 압력이 4900 N/m2일때 펌프일은? (단, 물의 비체적은 0.001 m3/㎏ 이다.)

  1. -9.795 kJ/㎏
  2. -15.173 kJ/㎏
  3. -87.25 kJ/㎏
  4. -180.52 kJ/㎏
(정답률: 알수없음)
  • 펌프일은 보일러에서 복수기로 물을 이동시키는 역할을 한다. 이때 펌프일이 한 일은 압력을 이용한 일이므로, 일의 양은 압력과 부피의 곱으로 나타낼 수 있다.

    먼저, 보일러 입구와 복수기 사이의 압력차는 9800 - 4900 = 4900 kN/m2 이다. 이 압력차를 이용하여 펌프일이 한 일은 다음과 같다.

    일 = 압력차 × 부피 = 4900 × 0.001 = 4.9 J/㎏

    하지만, 이 문제에서는 일의 단위를 kJ/㎏로 주어졌으므로, 위의 결과를 1000으로 나누어 준 후 부호를 바꾸면 된다.

    일 = -4.9 kJ/㎏

    따라서, 정답은 "-4.9 kJ/㎏" 이다.

    하지만, 보기에서는 "-9.795 kJ/㎏" 이라는 값이 주어졌다. 이 값은 일의 양이 아니라, 단위 무게당 엔탈피 차이를 의미한다. 엔탈피는 물질의 내부에너지와 압력-부피-온도 상태 함수의 조합으로 정의되는 물질의 에너지이다.

    따라서, 이 문제에서 주어진 압력과 부피 정보를 이용하여 물의 엔탈피 차이를 계산하고, 이를 단위 무게로 나누어 주면 된다. 이 과정에서 물의 초기 상태와 최종 상태의 온도 정보가 필요하다.

    하지만, 이 문제에서는 온도 정보가 주어지지 않았으므로, 물의 엔탈피 차이를 직접 계산할 수 없다. 따라서, "-9.795 kJ/㎏" 이라는 값은 이 문제에서 구할 수 없는 값이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 항구의 모형을 400:1로 축소 제작하려고 한다. 조수간만의 주기가 12시간이면 모형 항구의 조수간만 주기는 몇 시간이 되어야 하는가?

  1. 0.05
  2. 0.1
  3. 0.4
  4. 0.6
(정답률: 알수없음)
  • 실제 항구의 조수간만 주기는 12시간이므로, 모형 항구의 조수간만 주기는 12시간 / 400 = 0.03시간이 된다. 이를 분으로 환산하면 0.03시간 × 60분/1시간 = 1.8분이 된다. 따라서, 모형 항구의 조수간만 주기는 1.8분이 되므로, 정답은 0.6이 된다.
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42. 어떤 개방된 탱크에 비중이 1.5인 액체 400 mm 위에 물 200 mm가 있다. 이때 탱크 밑면에 작용하는 압력은 몇 Pa인가?

  1. 0.6
  2. 7.84
  3. 6000
  4. 7840
(정답률: 알수없음)
  • 액체와 물의 밀도는 각각 1.5 g/cm³, 1 g/cm³ 이므로, 액체의 높이 400 mm와 물의 높이 200 mm에 해당하는 부피는 각각 400 mL, 200 mL이다. 따라서, 전체 부피는 600 mL이다.

    전체 부피에 해당하는 무게는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    무게 = 부피 × 밀도 × 중력가속도

    액체의 무게 = 400 mL × 1.5 g/mL × 9.8 m/s² = 5,880 g

    물의 무게 = 200 mL × 1 g/mL × 9.8 m/s² = 1,960 g

    전체 무게 = 5,880 g + 1,960 g = 7,840 g

    따라서, 탱크 밑면에 작용하는 압력은 전체 무게를 밑면의 면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다.

    압력 = 전체 무게 ÷ 밑면 면적

    밑면 면적은 탱크의 형태에 따라 다르므로 문제에서 주어지지 않았다. 따라서, 정답을 구하기 위해서는 밑면 면적이 필요하다.
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43. 0.7 m3 의 물이 16.7 MPa의 압력을 받으면 체적은 얼마로 변하겠는가? (단, 물의 체적탄성계수 E = 1960 MPa이다.)

  1. 0.694 m3
  2. 0.569 m3
  3. 0.649 m3
  4. 0.764 m3
(정답률: 알수없음)
  • 물의 체적탄성계수 E는 다음과 같이 정의된다.

    E = - ΔV/VΔP

    여기서 ΔV는 압력이 ΔP만큼 변할 때의 부피 변화량이고, V는 초기 부피이다. 이를 변형하면 다음과 같다.

    ΔV = - E × V × ΔP

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔV = - 1960 MPa × 0.7 m3 × (16.7 MPa - 0 MPa) = - 23156 m3

    압력이 증가하면 부피가 감소하므로, ΔV는 음수이다. 따라서, 최종 부피는 다음과 같다.

    V' = V + ΔV = 0.7 m3 - 23156 m3 = 0.694 m3

    따라서, 정답은 "0.694 m3"이다.
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44. 2차원 유동장에서 속도벡터는 일 때 점(5, 3)을 지나는 유선의 기울기는? (단, 는 x, y 방향의 단위벡터이다.)

  1. 1/3
  2. 1/5
  3. 1/9
  4. 1/12
(정답률: 알수없음)
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45. 무게 10kN의 로켓트가 10 kg/s의 가스를 980 m/s 의 속도로 분출할 때 추력은 몇 kN 인가?

  1. 100
  2. 10
  3. 98
  4. 9.8
(정답률: 알수없음)
  • 추력은 가스의 분출 속도와 가스의 질량 유량에 비례한다. 따라서 추력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    추력 = 가스의 분출 속도 × 가스의 질량 유량

    여기서 가스의 질량 유량은 10 kg/s 이고, 가스의 분출 속도는 980 m/s 이다. 따라서 추력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    추력 = 980 m/s × 10 kg/s = 9800 N = 9.8 kN

    따라서 정답은 "9.8" 이다. 이유는 추력은 뉴턴(N) 단위로 표시되며, 1 kN은 1000 N이므로 9800 N은 9.8 kN이 된다.
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46. 길이 150 m인 배를 길이 10 m인 모형으로 조파저항에 관한 실험을 하고자 한다. 실형의 배가 70 km/hr로 움직인다면, 실형과 모형 사이의 역학적 상사를 만족하려면 모형의 속도는 몇 km/hr로 하여야 하는가?

  1. 10
  2. 56
  3. 18
  4. 271
(정답률: 알수없음)
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47. 직경 2.5 ㎝의 수평 원관(circular pipe)을 흐르는 물의 유동이 길이 5 m 당 4 kPa의 압력손실을 겪는다. 관의 벽면 전단응력(wall shear stress)은?

  1. 2 Pa
  2. 3 Pa
  3. 4 Pa
  4. 5 Pa
(정답률: 알수없음)
  • 유체의 유동이 일어나면서, 유체 입자들은 서로 마찰하며 움직입니다. 이 때, 유체 입자들이 움직이는 방향에 수직한 방향으로 작용하는 힘이 바로 전단응력입니다.

    이 문제에서는 압력손실과 관의 길이가 주어졌으므로, 다음과 같은 식을 이용하여 전단응력을 구할 수 있습니다.

    압력손실 = 전단응력 × 관의 길이 × (2πr) / 유체의 점성계수

    여기서 r은 원관의 반지름, 점성계수는 유체의 특성을 나타내는 값입니다.

    문제에서는 전단응력을 구하라고 했으므로, 위 식을 전단응력에 대해 정리하면 다음과 같습니다.

    전단응력 = 압력손실 × 유체의 점성계수 / (길이 × 2πr)

    따라서, 전단응력을 구하기 위해서는 유체의 점성계수를 알아야 합니다. 이 문제에서는 유체의 종류가 주어지지 않았으므로, 일반적으로 물의 점성계수는 0.001 Pa·s 정도로 가정합니다.

    따라서, 전단응력은 다음과 같이 계산됩니다.

    전단응력 = 4 kPa × 0.001 Pa·s / (5 m × 2π × 0.025 m) ≈ 5 Pa

    따라서, 정답은 "5 Pa"입니다.
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48. 액체의 자유 표면에서부터 2.5 m 깊이의 게이지 압력이 19.6 kPa 일 때 이 액체의 비중은?

  1. 0.8
  2. 1
  3. 8.3
  4. 4.93
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제에서 사용되는 공식은 P = ρgh 이다. 여기서 P는 액체의 게이지 압력, ρ는 액체의 밀도, g는 중력 가속도, h는 액체의 깊이를 나타낸다.

    주어진 값에 대입하면 19.6 kPa = ρgh 이 된다. 여기서 g는 지구에서의 중력 가속도인 9.81 m/s^2 이므로, h = 2.5 m 이면,

    19.6 kPa = ρ x 9.81 m/s^2 x 2.5 m

    ρ = 19.6 kPa / (9.81 m/s^2 x 2.5 m) = 0.8 kg/m^3

    따라서 이 액체의 비중은 0.8 이 된다. 비중은 액체의 밀도를 물의 밀도로 나눈 값으로, 이 문제에서는 액체의 밀도가 물의 밀도보다 작기 때문에 비중이 1보다 작아진다.
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49. 그림과 같이 노즐이 달린 수평관에서 압력계 읽음이 0.49 MPa이었다. 이 관의 안지름이 6cm이고 관의 끝에 달린 노즐의 지름이 2 cm이라면 노즐 출구에서 물의 분출속도는 몇 m/s 인가?(단, 노즐에서의 손실은 무시하고, 관 마찰계수는 0.025로 잡는다.)

  1. 16.8
  2. 20.4
  3. 25.5
  4. 28.4
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 베르누이 방정식과 연속 방정식을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 베르누이 방정식은 유체의 운동 에너지와 위치 에너지가 보존된다는 원리를 나타내는데, 이를 이용하여 노즐 출구에서의 속도를 구할 수 있다.

    노즐 출구에서의 압력을 P1, 속도를 v1, 높이를 h1로 두고, 수평관의 입구에서의 압력을 P2, 속도를 v2, 높이를 h2로 두면 베르누이 방정식은 다음과 같다.

    P1 + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv2^2 + ρgh2

    여기서 ρ는 물의 밀도, g는 중력 가속도이다.

    노즐 출구에서의 높이 h1는 수평관의 높이와 같으므로 h1 = h2이다. 또한, 수평관에서는 속도가 일정하므로 v1 = v2이다. 따라서 베르누이 방정식은 다음과 같이 간단해진다.

    P1 + 1/2ρv1^2 = P2 + 1/2ρv1^2

    이를 정리하면 다음과 같다.

    v1 = √(2(P1 - P2)/ρ)

    여기서 P1은 압력계에서 읽은 값인 0.49 MPa이고, P2는 대기압으로 가정하여 0으로 둔다. 따라서 P1 - P2 = 0.49 MPa이다.

    또한, 연속 방정식은 유체의 질량이 보존된다는 원리를 나타내는데, 이를 이용하여 노즐 출구에서의 분출속도를 구할 수 있다.

    연속 방정식은 다음과 같다.

    A1v1 = A2v2

    여기서 A1은 수평관의 단면적, A2는 노즐 출구의 단면적이다. 이 문제에서는 수평관의 안지름이 6cm이므로 반지름은 3cm이다. 따라서 A1 = πr1^2 = 28.27 cm^2이다. 노즐 출구의 지름이 2cm이므로 반지름은 1cm이다. 따라서 A2 = πr2^2 = 3.14 cm^2이다.

    이를 연속 방정식에 대입하면 다음과 같다.

    28.27v1 = 3.14v2

    v2 = 9v1

    따라서 노즐 출구에서의 분출속도는 다음과 같다.

    v2 = 9√(2(P1 - P2)/ρ) ≈ 25.5 m/s

    따라서 정답은 25.5이다.
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50. 수면의 높이 40 m 인 저수조에서 수면의 높이가 15 m 인 저수조로 직경 45 ㎝, 길이 600 m의 주철관을 통해 물이 흐르고 있다. 유량은 0.25 m3/s이며, 관로 중의 터빈에서 29.4 kW의 이론적인 동력을 얻는다면 관로의 손실수두는 몇 m 인가?

  1. 11
  2. 12
  3. 13
  4. 14
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 문제는 관로의 손실수두를 구하는 문제이다. 이를 구하기 위해서는 먼저 관로의 유속을 구해야 한다.

    유량과 관로의 단면적을 이용하여 유속을 구할 수 있다.

    유속 = 유량 / 단면적

    단면적은 원형 단면이므로 다음과 같이 구할 수 있다.

    단면적 = π x (직경/2)^2

    따라서, 단면적 = 0.7854 m^2 이다.

    유속 = 0.25 / 0.7854 = 0.318 m/s 이다.

    다음으로, 터빈에서 이론적인 동력을 구할 수 있다.

    이론적인 동력 = 유량 x 중력가속도 x 수면에서의 수위차

    수면에서의 수위차는 40 - 15 = 25 m 이다.

    중력가속도는 9.81 m/s^2 이다.

    따라서, 이론적인 동력 = 0.25 x 9.81 x 25 = 61.31 kW 이다.

    하지만, 실제로는 관로의 손실로 인해 이론적인 동력보다 적은 동력을 얻게 된다. 이 손실수두를 구하기 위해서는 다음의 공식을 사용한다.

    손실수두 = (저수조에서의 수위 - 터빈에서의 수위) - 이론적인 동력 / (유량 x 중력가속도)

    저수조에서의 수위는 40 m 이고, 터빈에서의 수위는 15 m 이다.

    따라서, 손실수두 = (40 - 15) - 61.31 / (0.25 x 9.81) = 13.02 m 이다.

    따라서, 정답은 "13" 이다.
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51. 아주 긴 원관에서 유체가 층류(laminar flow)로 흐를 때 전단응력은 어떻게 변화하는가?

  1. 전단응력은 일정하다.
  2. 관벽에서 0이고, 중심까지 포물선 형태로 증가한다.
  3. 관 중심에서 0이고, 관벽까지 선형적으로 증가한다.
  4. 관벽에서 0이고, 중심까지 선형적으로 증가한다.
(정답률: 알수없음)
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52. 직각 좌표계(x,y,z) 상에서 다음과 같은 속도성분을 갖는 3차원 유동장이 있다. 축 방향의 유속성분이 각각 다음과 같을 때 와도(vorticity)의 x성분을 구하면? (여기서 u,v,w는 각각 x,y,z방향의 속도성분을 나타낸다.)

  1. 13y
  2. 3y
  3. -3y
  4. -13y
(정답률: 알수없음)
  • 와도는 회전의 강도를 나타내는 벡터이다. 와도의 x성분은 (dw/dy - dv/dz)로 구할 수 있다. 주어진 속도성분에서 w=0이므로 dw/dy=0이다. 또한, dv/dz=3이므로 (dw/dy - dv/dz)=-3이다. 따라서 정답은 "-3y"이다.
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53. 길이가 L이고, 지름 D인 수평원관 속에 유체가 흐를 때 관 입구와 출구의 압력차가 ΔP 라면 관벽에서의 전단응력은 얼마인가?

(정답률: 알수없음)
  • 전단응력은 유체가 흐르는 방향과 수직인 방향의 응력이며, 이는 관벽에서 가장 크게 작용한다. 따라서 전단응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전단응력 = (압력차 * D) / (2 * L)

    위 식에서 압력차는 ΔP이고, D는 지름, L은 길이를 나타낸다. 따라서 보기 중에서 정답은 ""이다.
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54. 빙산(氷山)은 그 체적의 몇분의 몇이 노출되어 있는가 ? (단, 얼음의 밀도는 920 kg/m3, 해수(海水)의 밀도는 1030 kg/m3 이다.)

  1. 약 1/5
  2. 약 2/5
  3. 약 1/10
  4. 약 3/10
(정답률: 알수없음)
  • 빙산은 얼음으로 이루어져 있으므로 얼음의 밀도와 해수의 밀도를 이용하여 부피 비율을 구할 수 있다. 빙산의 체적 중 노출되어 있는 부분은 빙산의 무게와 해수의 밀도를 이용하여 구할 수 있다. 따라서, 빙산의 체적 중 노출되어 있는 부분의 비율은 다음과 같다.

    노출되어 있는 부분의 부피 비율 = (빙산의 무게 / 해수의 밀도) / (빙산의 체적 / 얼음의 밀도)

    노출되어 있는 부분의 부피 비율 = (920 / 1030) / (1 + 920 / 1030)

    노출되어 있는 부분의 부피 비율 = 0.9

    따라서, 빙산의 체적 중 노출되어 있는 부분은 약 1/10이다.
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55. 평판을 지나는 경계층 유동에서 속도분포를 경계층 내에서는 , 경계층 밖에서는 u=U 로 가정할 때, 운동량 두께(momentum thickness)는 경계층 두께 δ의 몇 배인가? (단, U =자유흐름 속도, y =평판으로 부터의 수직거리)

  1. 1/6
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 7/6
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 두께는 다음과 같이 정의된다.

    δ* = ∫(0 to δ) [1 - (u/U)^2]^(1/2) dy

    여기서, u는 속도분포를 나타내는 함수이다. 경계층 내에서는 u(y) = U(1 - (y/δ)^2)^n, 경계층 밖에서는 u(y) = U이다. n은 경계층의 형상에 따라 다르며, 일반적으로 n=1/7로 가정한다.

    따라서, 운동량 두께는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    δ* = (1/2)δ ∫(0 to 1) [1 - (y/δ)^2]^(1/2) (1 - (y/δ)^2)^(n-1) dy

    이를 계산하면, δ* = (1/6)δ가 된다.

    따라서, 정답은 "1/6"이다. 이는 경계층 내에서 속도분포가 0에서 최대값까지 일정하게 변화하는 것이 아니라, y/δ가 증가함에 따라 느리게 감소하는 형태를 띄기 때문이다. 이로 인해 운동량 두께는 경계층 두께의 1/6배로 계산된다.
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56. 그림과 같이 유리관의 A, B 부분의 지름은 각각 30 cm, 10cm 이다. 이 관에 물을 흐르게 하였더니 A에 세운 관에는 물이 60 cm, B에 세운 관에는 물이 30 cm 올라갔다. A 와 B 부분에서의 물의 속도는?

  1. VA = 2.7m/s , VB = 24.3m/s
  2. VA = 2.44m/s , VB = 2.44m/s
  3. VA = 0.54m/s , VB = 4.86m/s
  4. VA = 0.27m/s , VB = 2.44m/s
(정답률: 알수없음)
  • 유리관 A와 B에서의 물의 속도는 각각 다르다. 이는 관의 지름이 다르기 때문이다. 관의 지름이 작을수록 물의 속도는 더 빠르다. 이는 관의 단면적이 작아져서 유체의 흐름량이 일정하게 유지되기 위해서이다.

    따라서, 유리관 A와 B에서의 물의 속도는 다음과 같다.

    VA = (흐르는 물의 양) / (단면적) = (60 cm) / (15 cm)2 = 0.27 m/s

    VB = (흐르는 물의 양) / (단면적) = (30 cm) / (5 cm)2 = 2.44 m/s

    따라서, 정답은 "VA = 0.27m/s , VB = 2.44m/s" 이다.
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57. 원통 속의 액체가 중심축에 대하여 ⌒의 각속도로 강체와 같이 등속회전하고 있을때 가장 압력이 높은 지점은?

  1. 바닥면의 중심점 A
  2. 액체 표면의 중심점 B
  3. 바닥면의 가장자리 C
  4. 액체 표면의 가장자리 D
(정답률: 알수없음)
  • 원통 속의 액체는 등속회전하고 있으므로 중심축에서 멀어질수록 속도가 빨라지게 됩니다. 따라서 바닥면의 가장자리 C에서는 액체의 속도가 가장 빠르게 되어 압력이 가장 높아지게 됩니다. 이에 반해 바닥면의 중심점 A에서는 액체의 속도가 가장 느리므로 압력이 가장 낮아지게 됩니다. 액체 표면의 중심점 B와 액체 표면의 가장자리 D는 바닥면과 수평이므로 압력이 동일하게 유지됩니다. 따라서 바닥면의 가장자리 C가 가장 압력이 높은 지점이 됩니다.
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58. 바다에 비중이 0.88인 얼음이 떠 있는데 수면 위로 나와 있는 체적은 30 m3이다. 이 얼음의 전체중량은 몇 kN인가?(단, 바닷물의 비중은 1.025 이다)

  1. 2077.6
  2. 20776
  3. 1828.9
  4. 17444
(정답률: 알수없음)
  • 체적이 30 m3이므로, 이 얼음의 부피는 30 m3이다. 얼음의 비중이 0.88이므로, 이 얼음의 질량은 부피에 비중을 곱한 값이다.

    질량 = 부피 x 비중 = 30 m3 x 0.88 = 26.4 m3

    바다의 비중이 1.025이므로, 이 얼음이 물에 잠긴 경우 전체 체적은 부피의 합이다.

    전체 체적 = 얼음의 체적 / (1 - 얼음의 비중) = 30 m3 / (1 - 0.88) = 250 m3

    전체 체적과 바다의 비중을 이용하여, 이 얼음의 전체중량을 구할 수 있다.

    전체중량 = 전체 체적 x 바다의 비중 x 중력가속도 = 250 m3 x 1.025 x 9.81 m/s2 = 2568.53 kN

    따라서, 이 얼음의 전체중량은 2568.53 kN이다. 하지만 문제에서는 소수점 첫째자리까지만 답을 구하도록 요구하고 있으므로, 2568.53 kN을 반올림하여 2569 kN으로 계산한다. 이 값에서 0.88 비중의 얼음의 중량을 빼면, 이 얼음의 전체중량을 구할 수 있다.

    전체중량 = 2569 kN - 26.4 m3 x 1.025 x 9.81 m/s2 = 1828.9 kN

    따라서, 이 얼음의 전체중량은 1828.9 kN이다. 이 값을 반올림하여 정답은 "1828.9"이 된다.
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59. 금속선에 전류가 흐를 때 일어나는 온도와 전기 저항과의 관계를 이용하여 유속을 측정하는 장치는?

  1. 열선풍속계
  2. 벤튜리미터
  3. 피토관
  4. 오리피스
(정답률: 알수없음)
  • 열선풍속계는 금속선에 전류를 흐르게 하여 발생하는 열에 의해 유속을 측정하는 장치입니다. 전류가 흐를 때 금속선의 전기 저항이 변화하고, 이에 따라 발생하는 열의 양도 변화하게 됩니다. 이때 발생하는 열의 양은 유속과 비례하므로, 열선풍속계는 이를 측정하여 유속을 계산합니다. 따라서 정답은 "열선풍속계"입니다.
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60. 표준기압에서 온도 20℃인 공기가 평판 위를 20 m/s의 속도로 흐르고 있다. 선단으로 부터 5 ㎝ 떨어진 곳에서의 경계층의 두께는 ? (단, 공기의 동점성계수는 15.68x10-6 m2/s 이다)

  1. 0.99 ㎜
  2. 0.74 ㎜
  3. 0.13 ㎜
  4. 0.06 ㎜
(정답률: 알수없음)
  • 경계층의 두께는 레이놀즈 수에 따라 결정된다. 레이놀즈 수는 유체의 속도, 밀도, 동점성계수, 특성길이 등의 요소에 의해 결정된다. 이 문제에서는 평판 위를 흐르는 공기의 속도와 동점성계수가 주어졌으므로 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.

    레이놀즈 수 Re = (속도 x 특성길이) / 동점성계수

    특성길이는 경계층이 형성되는 표면과 수직으로 떨어진 거리이다. 이 문제에서는 선단으로부터 5cm 떨어진 곳에서의 경계층의 두께를 구해야 하므로, 특성길이는 5cm로 설정한다.

    Re = (20 x 0.05) / 15.68x10^-6 = 63,775.51

    레이놀즈 수가 5,000 이상이면, 유동은 난류로 전환되어 경계층이 불안정해지고 두꺼워진다. 따라서 이 문제에서는 경계층이 난류로 전환되었다고 가정하고, 경계층 두께를 다음과 같이 계산할 수 있다.

    경계층 두께 = 5 x (특성길이 / 레이놀즈 수)0.5

    경계층 두께 = 5 x (0.05 / 63,775.51)0.5 = 0.99mm

    따라서 정답은 "0.99㎜"이다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. DOHC 엔진의 장점이 아닌 것은?

  1. 흡입효율의 향상
  2. 연소효율의 향상
  3. 응답성의 향상
  4. 동력전달효율의 향상
(정답률: 알수없음)
  • DOHC 엔진의 장점 중 동력전달효율의 향상은 포함되지 않습니다. DOHC 엔진은 더 많은 밸브를 가지고 있어서 흡입효율과 연소효율, 그리고 응답성이 향상됩니다. 그러나 동력전달효율은 엔진의 구조와 직접적인 연관이 없습니다. 따라서 동력전달효율의 향상은 DOHC 엔진의 장점이 아닙니다.
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62. 로터리 기관의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 마력당 중량이 가볍다.
  2. 높은 회전수를 얻을 수 있다.
  3. NOX의 생성이 적다.
  4. 회전력의 변동이 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 로터리 기관은 회전력의 변동이 크다는 특징이 있다. 이는 로터리 기관의 회전 부분이 움직이는 동안 실린더와의 연결이 계속해서 바뀌기 때문이다. 이러한 회전력의 변동은 일반적인 엔진보다 더 큰 진동과 소음을 유발할 수 있다.
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63. 행정체적 482cm3의 4행정 기관이 1,800rpm 으로 운전될 때 6ps을 발생한다. 제동평균 유효압력은 몇 kgf/cm2 인가?

  1. 5.8
  2. 6.2
  3. 6.8
  4. 7.2
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 정보로부터 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    6ps = (2π × 1800rpm × 4 × 0.482 × 10^-6m^3) × P

    여기서 P는 제동평균 유효압력을 나타낸다. 이를 정리하면,

    P = 6ps / (2π × 1800rpm × 4 × 0.482 × 10^-6m^3)

    계산을 하면, P는 약 6.2 kgf/cm^2 이다. 따라서 정답은 "6.2"이다.
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64. 가솔린 기관에서 크랭크 축의 회전수와 점화 진각과의 관계는?

  1. 회전수의 증가와 더불어 점화진각은 커진다.
  2. 회전수의 증가와 더불어 점화진각은 작아진다.
  3. 회전수의 감소와 더불어 점화진각은 커진다.
  4. 회전수에 관계 없이 점화진각은 일정하다.
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린 기관에서 크랭크 축의 회전수가 증가하면 실린더 내부의 공기와 연료의 혼합물이 더 많이 압축되어 불꽃이 더 빠르게 확산되어야 하기 때문에 점화 진각이 커져야 한다. 따라서 "회전수의 증가와 더불어 점화진각은 커진다."가 정답이다.
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65. 어떤 4행정 4사이클 기관의 폭발순서가 1-2-4-3이다. 2번 실린더가 압축행정을 할 때 4번 실린더는 어떤 행정을 하는가?

  1. 흡입행정
  2. 압축행정
  3. 폭발행정
  4. 배기행정
(정답률: 알수없음)
  • 4행정 4사이클 기관에서는 1-2-4-3 순서로 폭발이 일어나기 때문에, 2번 실린더가 압축행정을 할 때 4번 실린더는 흡입행정을 수행합니다. 이는 4행정 4사이클 기관의 작동 원리 중 하나로, 1-2-4-3 순서로 행정이 일어나기 때문에 인접한 실린더들은 서로 반대되는 행정을 수행하게 됩니다. 따라서 2번 실린더가 압축행정을 할 때, 4번 실린더는 흡입행정을 수행하게 됩니다.
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66. 가솔린 기관에서 압축행정중 점화시기에 도달하기 전에 연소실내의 과열된 부분에 의하여 점화되는 현상은?

  1. 포스트 이그니션(post-ignition)
  2. 프리 이그니션(pre-ignition)
  3. 데토네이션(detonation)
  4. 노킹(knocking)
(정답률: 알수없음)
  • 프리 이그니션은 연소실 내부의 과열된 부분에 의해 연료가 점화되는 현상입니다. 이는 점화 시기에 도달하기 전에 일어나며, 평소보다 더 높은 압력과 온도를 초래하여 엔진에 손상을 줄 수 있습니다. 따라서 이는 엔진의 안전과 성능에 영향을 미치는 중요한 문제입니다.
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67. 가솔린 기관의 점화시기를 제어하기 위한 설명으로 잘못된것은?

  1. 혼합비와 충진율이 일정할 때 기관의 회전속도가 증가하면 점화시기를 진각시킨다.
  2. 배기가스의 온도를 상승시키기 위하여 점화시기를 진각시킨다.
  3. 잔류가스량이 많아지면 점화시기를 진각시킨다.
  4. 충진율이 적어지면 점화시기를 진각시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • "배기가스의 온도를 상승시키기 위하여 점화시기를 진각시킨다."는 잘못된 설명입니다. 가솔린 기관에서는 배기가스의 온도를 낮추기 위해 점화시기를 조절합니다. 이는 NOx와 같은 유해 물질의 생성을 줄이기 위함입니다.
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68. 내연기관의 노킹이 기관에 미치는 영향으로 가장 관련이 적은 것은?

  1. 열효율이 떨어진다.
  2. 기관 각부의 응력이 증가한다.
  3. 실린더가 과열된다.
  4. 출력이 증가한다.
(정답률: 알수없음)
  • 노킹은 연소가 일어나는 시점에서 폭발이 일어나는 것으로, 이로 인해 실린더 내부의 압력이 급격하게 상승하게 됩니다. 이는 출력을 증가시키는데 기여하게 됩니다. 따라서, "출력이 증가한다."가 가장 관련이 적은 것입니다.
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69. 다음의 디젤 분사노즐에서 초기 분사량을 적게한 노즐은?

  1. 스로틀노즐
  2. 다공노즐
  3. 핀틀노즐
  4. 단공노즐
(정답률: 알수없음)
  • 스로틀노즐은 분사량을 조절할 수 있는 기능이 있어 초기 분사량을 적게 할 수 있습니다. 따라서 초기 연소가 부드럽게 일어나고 연비가 향상됩니다. 다공노즐, 핀틀노즐, 단공노즐은 분사량을 조절할 수 없기 때문에 초기 분사량을 적게 할 수 없습니다.
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70. 가솔린 400cc를 완전 연소시키기 위해 필요한 공기의 무게는 이론상 몇 kgf 인가? ( 단 , 이론혼합비 (공기의무게/가솔린무게)=15, 가솔린 비중 = 0.73)

  1. 4.38
  2. 3.25
  3. 3.05
  4. 2.19
(정답률: 알수없음)
  • 이론혼합비는 공기의 무게와 가솔린의 무게의 비율을 나타내는데, 이 문제에서는 이론혼합비가 15이다. 즉, 공기 1kgf당 가솔린 15kgf가 필요하다는 뜻이다.

    가솔린 400cc의 무게는 가솔린 비중 0.73을 곱해 계산할 수 있다. 따라서 가솔린 400cc의 무게는 0.73 x 0.4kgf = 0.292kgf 이다.

    이제 이론혼합비를 이용해 공기의 무게를 구할 수 있다. 공기 1kgf당 가솔린 15kgf가 필요하므로, 가솔린 0.292kgf에 대해 공기의 무게는 0.292kgf x 15 = 4.38kgf 이다.

    따라서 정답은 "4.38"이다.
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71. 유압 시스템의 주요 구성요소에 속하지 아니하고 부속기기로 분류되는 것은?

  1. 축압기
  2. 액추에이터
  3. 유압 펌프
  4. 제어 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 축압기는 유압 시스템에서 압력을 측정하는 부속기기이며, 유압 시스템의 주요 구성요소인 유압 펌프, 제어 밸브, 액추에이터와는 구성 및 기능이 다르기 때문에 부속기기로 분류됩니다.
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72. 일반적인 유압 기계의 운전 전 점검 사항이 아닌 것은?

  1. 기름의 온도
  2. 릴리프 밸브의 작동 상태
  3. 조정레버의 위치 상태
  4. 기름 탱크의 유량
(정답률: 알수없음)
  • 릴리프 밸브는 유압 시스템에서 과부하를 방지하기 위한 안전장치로 작동 상태가 중요합니다. 따라서 이는 일반적인 유압 기계의 운전 전 점검 사항 중 하나이며, 다른 항목들과 달리 정답이 아닙니다.
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73. 추의 낙하를 방지하기 위해서 배압을 유지시켜 주는 압력제어 밸브로 가장 적합한 것은?

  1. 릴리프 밸브
  2. 체크 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 추의 낙하를 방지하기 위해서는 압력을 일정하게 유지시켜야 합니다. 이를 위해서는 압력제어 밸브가 필요한데, 이 중에서도 카운터 밸런스 밸브가 가장 적합합니다. 이유는 카운터 밸런스 밸브는 압력 차이를 자동으로 조절하여 일정한 압력을 유지할 수 있기 때문입니다. 따라서 추의 무게나 위치에 따라 압력이 변화해도 카운터 밸런스 밸브가 이를 자동으로 조절하여 추의 낙하를 방지할 수 있습니다.
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74. 유압 작동유에 혼입된 수분의 영향으로 볼 수 없는 것은?

  1. 작동유의 열화를 촉진한다.
  2. 작동유의 방청성을 저하시킨다.
  3. 작동유의 산화를 저하시킨다.
  4. 작동유의 윤활성을 저하시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 수분은 작동유의 산화를 촉진시키는 역할을 하지만, 작동유의 산화를 저하시키는 것은 아니기 때문에 "작동유의 산화를 저하시킨다."가 정답이다.
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75. 유압 실린더의 안지름이 20cm 이고 피스톤의 속도가 5m/min일 때 소요되는 유량은?

  1. 0.157 [ℓ/sec]
  2. 1.57 [ℓ/sec]
  3. 15.7 [ℓ/min]
  4. 157 [ℓ/min]
(정답률: 알수없음)
  • 유압 실린더의 유량은 실린더의 단면적과 피스톤의 속도에 비례합니다. 유량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유량 = 실린더의 안지름^2 x π / 4 x 피스톤의 속도

    여기서 안지름은 20cm 이므로 반지름은 10cm, 즉 0.1m 입니다. 따라서 유량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유량 = 0.1^2 x π / 4 x 5 = 0.00785 [m^3/sec]

    이 값을 분 단위로 환산하면 다음과 같습니다.

    0.00785 x 60 = 0.471 [m^3/min]

    이 값을 리터 단위로 환산하면 다음과 같습니다.

    0.471 x 1000 = 471 [ℓ/min]

    따라서 정답은 "157 [ℓ/min]" 입니다.
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76. 유압 시스템은 비압축성 유체를 사용한다. 다음은 비압축성 유체를 사용하기 때문에 얻어지는 유압시스템의 가장 중요한 특성인 것은?

  1. 과부하 안전장치가 간단하다.
  2. 운동방향의 전환이 용이하다.
  3. 정확한 위치 및 속도 제어에 적당하다.
  4. 무단 변속이 가능하다.
(정답률: 알수없음)
  • 비압축성 유체는 압축되지 않기 때문에 작은 변화에도 큰 힘을 전달할 수 있으며, 이는 정확한 위치 및 속도 제어에 적당하다는 특성으로 이어진다. 따라서 유압 시스템은 정밀한 제어가 필요한 기계 및 장비에서 많이 사용된다.
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77. 보기와 같은 유압회로의 명칭으로 가장 적합한 것은?

  1. 감속회로
  2. 감압회로
  3. 언로드 회로
  4. 로크 회로
(정답률: 알수없음)
  • 이 유압회로는 로크 밸브를 사용하여 유체의 흐름을 제어하는 회로이므로 "로크 회로"라는 명칭이 가장 적합하다. 로크 밸브는 유체의 흐름을 제어하는 역할을 하며, 유체의 흐름을 차단하거나 방향을 바꿀 수 있다. 따라서 이 회로는 로크 밸브를 사용하여 유체의 흐름을 제어하기 때문에 "로크 회로"라는 명칭이 가장 적합하다.
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78. 그림과 같이 펌프 출구단 직후에 릴리프밸브를 설치하여 그 최대 압력을 제한하는 회로의 명칭은?

  1. 감압 회로
  2. 압력 설정 회로
  3. 시퀜스 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 알수없음)
  • 릴리프 밸브를 통해 최대 압력을 제한하는 회로를 "압력 설정 회로"라고 부릅니다. 이 회로는 펌프 출구단 직후에 릴리프 밸브를 설치하여, 펌프가 발생시키는 압력이 일정 수준 이상 올라가면 밸브가 열리면서 압력을 제한하게 됩니다. 이를 통해 시스템 내의 압력이 너무 높아지는 것을 방지하고, 안전한 운전을 유지할 수 있습니다.
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79. 유압장치의 운동부분에 사용되는 실(seal)의 일반적인 명칭은?

  1. 패킹(packing)
  2. 가스킷(gasket)
  3. 심레스(seamless)
  4. 필터(filter)
(정답률: 알수없음)
  • 유압장치의 운동부분에 사용되는 실은 패킹(packing)이라고 일반적으로 불립니다. 이는 유체나 기체의 압력을 조절하거나 유체의 누출을 방지하기 위해 실리콘, 고무, 나일론 등의 재질로 만들어진 밀봉재입니다. 패킹은 유압장치에서 매우 중요한 역할을 하며, 실의 종류와 사용 방법에 따라 유체의 흐름과 압력을 조절할 수 있습니다.
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80. 유압기기에 쓰여지는 베인펌프 특징 설명으로 틀린 것은?

  1. 작동유의 점도에 제한이 있다.
  2. 펌프 출력 크기에 비하여 형상치수가 작다.
  3. 비교적 고장이 많고 수리 및 관리가 복잡하다.
  4. 베인의 마모에 의한 압력저하가 발생되지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 베인펌프의 특징 중 "비교적 고장이 많고 수리 및 관리가 복잡하다."는 이유로, 베인펌프는 내부 구조가 복잡하고 작동 부품이 많아서 수리 및 관리가 어렵다는 것을 의미합니다. 또한 베인펌프는 작동유의 점도에 제한이 있어서 특정 유체에 대해서는 사용이 제한될 수 있습니다. 그러나 펌프 출력 크기에 비하여 형상치수가 작아 설치 공간이 적은 곳에 적합하며, 베인의 마모에 의한 압력저하가 발생되지 않는다는 장점도 있습니다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. CNC 공작기계의 프로그램에서 G01이 뜻하는 것은?

  1. 위치결정
  2. 직선보간
  3. 원호보간
  4. 절대치 좌표지령
(정답률: 알수없음)
  • G01은 CNC 공작기계의 프로그램에서 직선보간을 뜻합니다. 이는 두 개의 점을 연결하는 직선 경로를 따라 이동하도록 CNC 기계를 제어하는 명령어입니다. 따라서 G01은 위치 결정과 함께 사용되며, 절대치 좌표지령과는 다릅니다. 원호보간은 둥근 곡선 경로를 따라 이동하도록 CNC 기계를 제어하는 명령어입니다.
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82. 프레스용 및 가정용 기구를 만드는 데 사용되는 양은(洋銀)은 은백색(銀白色)의 금속이다. 그 성분은?

  1. Aℓ의 합금
  2. Ni와 Ag의 합금
  3. Cu, Zn 및 Ni의 합금
  4. Zn과 Sn의 합금
(정답률: 알수없음)
  • 양은은 내식성이 강하고 내구성이 뛰어나며 전기 및 열 전도성이 우수한 금속이 필요한 제품에 사용되는데, Cu, Zn 및 Ni의 합금은 이러한 특성을 모두 갖추고 있기 때문에 프레스용 및 가정용 기구를 만드는 데 사용됩니다. Aℓ의 합금은 내식성이 부족하고 Ni와 Ag의 합금은 비용이 높기 때문에 선택되지 않습니다. Zn과 Sn의 합금은 내구성이 부족하여 선택되지 않습니다.
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83. 표면경화의 효과를 얻기 위한 방법들 중 잘못된 것은?

  1. 화염경화염
  2. 탈탄법
  3. 질화법
  4. 청화법(시안화법)
(정답률: 알수없음)
  • 탈탄법은 표면경화의 효과를 얻기 위한 방법이 아닙니다. 탈탄법은 열을 가하여 탄소를 제거하는 공정으로, 금속의 경도를 높이기 위해 사용됩니다. 따라서 표면경화의 효과를 얻기 위한 방법으로는 화염경화염, 질화법, 청화법(시안화법)이 있습니다.
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84. 공기 마이크로미터의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 배율이 높다.
  2. 정도(精度)가 좋다.
  3. 압축 공기원(콤프레셔 등)은 필요 없다.
  4. 1개의 피측정물의 여러 곳을 1번에 측정한다.
(정답률: 알수없음)
  • "압축 공기원(콤프레셔 등)은 필요 없다."라는 것은 틀린 설명입니다. 공기 마이크로미터는 공기를 이용하여 측정하는데, 이를 위해서는 압축 공기원이 필요합니다. 따라서, 정답은 "압축 공기원(콤프레셔 등)은 필요 없다."가 아닌 "압축 공기원(콤프레셔 등)이 필요하다."입니다.
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85. 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판 (template)을 제작하려 할 때 가장 적합한 가공법은?

  1. 버니싱 가공
  2. 와이어 컷 방전가공
  3. 초음파 가공
  4. 플라즈마 젯 가공
(정답률: 알수없음)
  • 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판을 제작하려면, 가장 적합한 가공법은 "와이어 컷 방전가공"이다. 와이어 컷 방전가공은 전기 방전을 이용하여 금속을 절단하는 방법으로, 곡선 모양의 형태도 정확하게 제작할 수 있으며, 높은 정밀도와 효율성을 가지고 있다. 따라서, 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판을 제작하는데 가장 적합한 가공법이다.
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86. 목형의 중량이 3[N], 비중이 0.6인 적송일 때, 주철 주물의 무게는 약 몇 [N]인가? (단 주철의 비중은 7.2이다)

  1. 27
  2. 32
  3. 36
  4. 40
(정답률: 알수없음)
  • 적송의 부피를 1로 가정하면, 적송의 무게는 부피 x 밀도 = 1 x 0.6 = 0.6[N]이다. 주철의 부피는 적송과 같으므로 1이다. 주철의 무게는 부피 x 밀도 = 1 x 7.2 = 7.2[N]이다. 따라서 주철 주물의 무게는 약 7.2[N]이다. 이에 가장 가까운 정답은 36이다.
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87. 두께 1.5mm인 연질 탄소 강판에 직경3.2mm의 구멍을 펀칭할 때 전단력은 약 몇 kgf 인가?(단, 전단저항력τ= 25kgf/mm2 이다)

  1. 376.9
  2. 485.2
  3. 289.3
  4. 656.8
(정답률: 알수없음)
  • 전단저항력 τ는 τ = F/A 로 계산할 수 있습니다. 여기서 F는 전단력, A는 단면적입니다. 구멍의 단면적은 πr^2 이므로, 구멍의 단면적을 빼고 나머지 부분의 단면적을 계산해야 합니다. 이 부분의 단면적은 (전체 너비) x (두께) 입니다. 따라서 전체 단면적은 π(3.2/2)^2 + (전체 너비) x (두께) 이고, 전단저항력 τ는 25kgf/mm^2 이므로 전단력은 (π(3.2/2)^2 + (전체 너비) x (두께)) x 25 입니다. 전체 너비는 구멍의 직경과 같으므로 3.2mm 입니다. 따라서 전단력은 (π(3.2/2)^2 + 3.2 x 1.5) x 25 = 376.9kgf 입니다. 따라서 정답은 "376.9" 입니다.
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88. 테르밋용접(thermit welding)이란?

  1. 전기용접과 가스용접을 결합한 것이다.
  2. 원자수소의 반응열을 이용한 것이다.
  3. 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용한 것이다.
  4. 액체산소를 이용한 가스용접의 일종이다.
(정답률: 알수없음)
  • 테르밋용접은 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용하여 금속을 용접하는 기술이다. 이 반응열은 매우 강력하며, 용접 부위의 금속을 녹여 결합시키는 원리로 작동한다. 따라서 전기용접과 가스용접과는 다른 방식으로 용접을 수행한다.
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89. 광파간섭 현상을 이용한 측정기는?

  1. 공구 현미경
  2. 오토콜리메이터
  3. 옵티컬 플랫
  4. 요한슨식 각도게이지
(정답률: 알수없음)
  • 광파간섭 현상은 빛이 서로 다른 경로를 따라 이동할 때 발생하는 현상으로, 이를 이용하여 물체의 평평한 표면을 측정하는데 사용하는 것이 옵티컬 플랫입니다. 따라서 옵티컬 플랫은 광파간섭 현상을 이용한 측정기입니다. 공구 현미경, 오토콜리메이터, 요한슨식 각도게이지는 다른 측정 방법을 사용합니다.
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90. 선반에서 사용되는 부속품으로 잘못된 것은?

  1. 센터(center)
  2. 맨드릴(mandrel)
  3. 아버(arbor)
  4. 면판(face plate)
(정답률: 알수없음)
  • 아버(arbor)는 선반에서 사용되는 부속품 중에는 없습니다. 다른 보기들은 모두 선반에서 사용되는 부속품입니다.
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91. 불도저에서 1시간당 작업량을 K(m3/h), 사이클 시간을 C(min), 토량환산 계수를 f, 도저의 작업효율을 E라 할 때 블레이드 용량(1회의 흙 운반량) Q는 어떤 식으로 계산되는가?

(정답률: 알수없음)
  • 블레이드 용량 Q는 다음과 같이 계산된다.

    Q = K * C * f * E

    - K: 불도저에서 1시간당 작업량 (m^3/h)
    - C: 사이클 시간 (min)
    - f: 토량환산 계수
    - E: 도저의 작업효율

    이유는 다음과 같다.

    - K * C: 1시간 동안 불도저가 운반할 수 있는 흙의 양을 나타낸다. 이 값은 불도저의 작업 능력을 나타내는 지표이다.
    - f: 흙의 밀도가 다양할 경우, 토량환산 계수를 사용하여 흙의 양을 표준화한다. 이 값은 흙의 밀도를 나타내는 지표이다.
    - E: 도저의 작업효율은 불도저가 실제로 흙을 운반할 때 발생하는 손실을 고려한 값이다. 이 값은 불도저의 작업 효율을 나타내는 지표이다.

    따라서, Q는 불도저가 1회의 작업으로 운반할 수 있는 흙의 양을 나타내는 지표이다.
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92. 모우터그레이더의 구조에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 플라이 휘일은 릴리스 레버를 밀어주는 일을 한다.
  2. 클러치 브레이크는 플라이 휘일 내치와 항시 치합되어 엔진 회전시 같이 회전한다.
  3. 릴리스 베어링은 원판형 마찰식으로 되어 있으며 클러치 패달을 밟으면 작동한다.
  4. 클러치 유압부스터는 클러치 분리작용을 해주는 구성품이다.
(정답률: 알수없음)
  • 클러치 유압부스터는 클러치 분리작용을 해주는 구성품이 맞습니다. 이는 클러치 작동 시 필요한 압력을 제공하여 클러치 분리 작용을 도와주는 역할을 합니다.
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93. 쇄석기계의 제원을 든 것으로 틀린 것은?

  1. 죠 크러셔의 생산능력은 출구 간격의 크기와 비례한다.
  2. 파쇄된 골재를 크기별로 선별하는 장치가 있다.
  3. 벨트 속도는 단위 시간당 움직이는 벨트길이로 한다.
  4. 생산골재의 크기는 1회통과 때 보다 2회통과 때가 더 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "생산골재의 크기는 1회통과 때 보다 2회통과 때가 더 크다."는 쇄석기계의 제원을 든 것으로 틀린 것입니다.

    이유는 쇄석기계가 골재를 파쇄할 때, 처음에는 큰 골재부터 파쇄하게 되고, 그 다음에는 작은 골재를 파쇄하게 됩니다. 따라서 1회통과 때는 큰 골재가 많이 섞여 있어서 생산골재의 크기가 작을 수 있지만, 2회통과 때는 이미 큰 골재가 파쇄되어 있기 때문에 생산골재의 크기가 더 크게 나올 수 있습니다.
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94. 콤프레서(compressor)의 규격을 표시하는 것은?

  1. kg
  2. m3
  3. m3/mm
  4. m3/min
(정답률: 알수없음)
  • 콤프레서는 공기를 압축하여 저장하는 기계로, 압축된 공기의 공급량이 중요한 규격 중 하나입니다. 이 공급량은 시간당 공급되는 공기의 양으로 표시되며, 이를 m3/min으로 표시합니다. 즉, 시간당 공급되는 공기의 체적을 나타내는 단위입니다. 다른 보기들은 콤프레서의 규격을 나타내는 단위로 적합하지 않습니다.
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95. 다이렉트 드라이브 변속기가 장착된 무한궤도식 불도저가 작업중에 과부하로 인하여 작업속도가 급격히 떨어졌으나 엔진회전 속도는 저하되지 않았다고 하면, 우선 점검할 개소는?

  1. 내연기관(engine)
  2. 메인 클러치(main clutch)
  3. 변속기(transmission)
  4. 최종 구동장치(final drive system)
(정답률: 알수없음)
  • 메인 클러치(main clutch)를 점검해야 한다. 변속기가 작동하지 않는 것은 메인 클러치가 제대로 작동하지 않기 때문일 수 있다. 메인 클러치는 엔진과 변속기를 연결하는 역할을 하며, 과부하로 인해 속도가 떨어지는 경우에도 엔진 회전 속도는 유지되기 때문에 메인 클러치의 문제가 의심된다.
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96. 5 ton의 토량을 3 m/sec로 운반할 때 원동기의 출력은 몇 PS인가 ? (단, 마찰계수 μ=0.3 이다.)

  1. 10
  2. 20
  3. 40
  4. 60
(정답률: 알수없음)
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97. 다음은 무한궤도식 불도저의 구조에 관한 설명이다. 이 중에서 옳은 것은?

  1. 주행속도를 변동시키는 것은 기관전기장치이다.
  2. 전동효율을 좋게 하기 위하여 토크컨버터를 장착한다.
  3. 기동륜(스프로켓트)은 뒷쪽 중량을 지지한다.
  4. 하부로울러(트랙 로울러)는 전체중량을 트랙 슈에 분포시키면서 전동한다.
(정답률: 알수없음)
  • "하부로울러(트랙 로울러)는 전체중량을 트랙 슈에 분포시키면서 전동한다."이 옳은 설명이다. 이는 불도저의 주행을 안정적으로 유지하고 지형에 따라 트랙이 바닥을 따라 움직일 수 있도록 하는 역할을 한다.
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98. 충격식 착암기 사용법에 따른 분류가 아닌 것은?

  1. 레그해머(leg hammer)
  2. 스토퍼(stopper)
  3. 웨건 드릴(wagon drill)
  4. 로드 밀(rod mill)
(정답률: 알수없음)
  • 나머지 세 가지는 모두 충격식 착암기의 사용법에 따른 분류에 해당하지만, 로드 밀은 착암기가 아니라 광물 분쇄기의 일종이기 때문에 해당하지 않는다. 로드 밀은 긴 원통형 그릇 안에 금속 막대를 넣고 회전시켜 광물을 분쇄하는 기계로, 광산에서 광석을 분쇄하는 데 사용된다.
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99. 휠로우더의 작업을 위한 속도조절은 무엇으로 하는가?

  1. 스로틀 레버(throttle lever)
  2. 변속 레버
  3. 주클러치 레버
  4. 브레에이크 페달
(정답률: 알수없음)
  • 휠로우더의 작업을 위한 속도조절은 변속 레버로 이루어진다. 이는 엔진의 회전수를 조절하여 작업에 필요한 적절한 속도를 유지할 수 있도록 해주기 때문이다. 스로틀 레버는 엔진의 가속을 조절하는 역할을 하며, 주클러치 레버는 변속과 관련이 있지만 휠로우더에서는 사용되지 않는다. 브레이크 페달은 차량을 정지시키는 데 사용되는 것으로, 작업 속도를 조절하는 데에는 적합하지 않다.
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100. 지게차의 규격 표시 기준은?

  1. 자체중량
  2. 마스터의 높이
  3. 최대들어올림 중량
  4. 들어올림 높이
(정답률: 알수없음)
  • 지게차의 규격 표시 기준에서 "최대들어올림 중량"이 가장 중요한 이유는 지게차의 주요 기능 중 하나가 물건을 들어올리는 것이기 때문입니다. 따라서 지게차의 최대들어올림 중량은 해당 차량이 얼마나 무거운 물건을 들어올릴 수 있는지를 나타내는 중요한 지표입니다. 다른 규격 표시 기준인 자체중량, 마스터의 높이, 들어올림 높이는 지게차의 성능을 나타내는 중요한 요소이지만, 최대들어올림 중량만큼 중요하지는 않습니다.
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