건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2010-07-25)

건설기계설비기사
(2010-07-25 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 강체 판 BC가 두 개의 탄성 막대 AB 및 CD에 매달려 있다. 100kN의 하중이 작용한 후 강체 판 BC의 방향은? (단, AB의 단면적은 2cm2, CD의 단면적은 1cm2이며, 두 막대의 탄성계수는 모두 200GPa이다.)

  1. 수평을 유지한다.
  2. 약 0.01°만큼 좌측으로 기운다.
  3. 약 0.001°만큼 우측으로 기운다.
  4. 약 0.001°만큼 좌측으로 기운다.
(정답률: 알수없음)
  • 강체 판 BC에 작용하는 하중은 수직 방향이므로, BC는 수직 방향으로 움직인다. 이에 따라 AB와 CD는 늘어나거나 줄어들게 되는데, 이때 늘어나는 길이는 탄성계수와 단면적에 비례하므로 CD가 더 많이 늘어나게 된다. 그 결과 BC는 CD 쪽으로 기울어지게 되며, 이 기울기는 매우 작은 값이므로 수평을 유지한다고 볼 수 있다. 따라서 정답은 "수평을 유지한다."이다.
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2. 다음과 같은 평면 응력 상태에서의 최대(σ1) 및 최소 (σ2)주응력은 몇 MPa인가?

  1. σ1=70, σ2=-30
  2. σ1=30, σ2=-70
  3. σ1=70, σ2=30
  4. σ1=-30, σ2=-70
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 평면 응력 상태에서, 최대 주응력은 가장 큰 값인 70 MPa이며, 이는 x축 방향의 응력입니다. 최소 주응력은 가장 작은 값인 -30 MPa이며, 이는 y축 방향의 응력입니다. 따라서 정답은 "σ1=70, σ2=-30"입니다.
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3. 균일 단면 외팔보의 자유단을 그림과 같이 스프링으로 지지한 후 100N의 하중을 B점에 작용시켰다. B점에서의 처짐량은 몇 mm인가? (단, 스프링 상수 k=5N/mm, 다면은 b×h=5mm×10mm, 탄성계수 E=200GPa이고 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. 1.16
  2. 1.76
  3. 2.16
  4. 2.76
(정답률: 알수없음)
  • 외팔보의 자유단을 스프링으로 지지하면 스프링의 변형량과 외팔보의 처짐량이 같아진다는 원리를 이용한다. 스프링의 상수 k와 외팔보의 길이 L, 단면의 모멘트 of inertia I, 하중 P에 대해 외팔보의 처짐량 w는 다음과 같다.

    w = PL^3 / 3EI + PL / k

    여기서 P = 100N, L = 200mm, b = 5mm, h = 10mm, E = 200GPa, EI = bh^3/12 × E = 8.33 × 10^6 Nmm^2 이므로,

    w = 100 × 200^3 / (3 × 8.33 × 10^6) + 100 / 5 = 2.76mm

    따라서 정답은 2.76이다.
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4. 다음 단면에서 도심의 y축 좌표는 얼마인가?

  1. 30
  2. 34
  3. 40
  4. 44
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 그림에서 y축 좌표는 수직 방향을 나타내는 축으로, 아래에서부터 위로 증가한다. 따라서, y축 좌표가 34인 지점은 아래에서부터 34번째 수평선이 그려진 지점이다. 따라서 정답은 "34"이다.
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5. 도심의 축에 대한 단면 2차모멘트가 가장 큰 보의 단면은?

(정답률: 알수없음)
  • 도심의 축에 대한 단면 2차모멘트는 보의 중립면에서 가장 크다. 따라서, 중립면이 가장 높이 위치한 ""이 단면이 가장 큰 2차모멘트를 가진다.
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6. 다음과 같이 양단을 고정한 길이 L, 단면적 A의 막대를 △T 만큼 온도를 올렸을 때 막대에 생기는 응력 σ는? (단, 막대의 탄성계수를 E, 선팽창 계수를 α라 한다.)

  1. σ=-Eα△T
  2. σ=-Eα2△TA
  3. σ=-Eα△TL
  4. σ=-Eα△TL2
(정답률: 알수없음)
  • 막대가 온도변화로 인해 팽창하면, 막대 내부의 입자들이 움직이면서 서로 밀어내고, 이로 인해 막대 내부에 응력이 발생한다. 이 응력은 막대의 길이 방향으로 작용하며, 이를 열응력(thermal stress)이라고 한다.

    열응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = EαΔT

    여기서 E는 막대의 탄성계수, α는 선팽창 계수, ΔT는 온도 변화량을 나타낸다. 따라서 정답은 "σ=-EαΔT"이다.
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7. 그림과 같은 볼트에 축 하중 Q가 작용할 때, 볼트 머리부의 높이H는 볼트 지름의 몇 배가 되어야 하는가? (단, 볼트 머리부에서 축 하중 방향으로의 전단응력은 볼트 축에 작용하는 인장 응력의 1/2배까지 허용한다.)

  1. 1/4배
  2. 3/5배
  3. 3/8배
  4. 1/2배
(정답률: 알수없음)
  • 볼트 머리부에서의 전단응력은 인장 응력의 1/2배까지만 허용된다고 했으므로, 볼트 축에 작용하는 인장 응력과 볼트 머리부에서의 전단응력을 고려해야 한다. 이를 고려하기 위해, 볼트 축에 작용하는 인장 응력과 볼트 머리부에서의 전단응력을 각각 구해보자.

    볼트 축에 작용하는 인장 응력은 다음과 같다.

    σ = Q / (π/4 × d^2)

    여기서 d는 볼트 지름이다. 이를 통해 볼트 지름 d를 구할 수 있다.

    d = √(4Q / (πσ))

    볼트 머리부에서의 전단응력은 다음과 같다.

    τ = Q / (π/4 × d^2) × (H/2)

    여기서 H는 볼트 머리부의 높이이다. 이를 통해 H를 구할 수 있다.

    H = 2τ / (Q / (π/4 × d^2))

    이제 볼트 머리부에서의 전단응력이 인장 응력의 1/2배까지만 허용된다는 조건을 이용해 H와 d의 관계식을 구해보자.

    τ ≤ σ/2

    Q / (π/4 × d^2) × (H/2) ≤ Q / (π/4 × d^2) / 2

    H/2 ≤ 1/2

    H ≤ d

    따라서 볼트 머리부의 높이 H는 볼트 지름 d와 같거나 작아야 한다. 이를 만족하는 보기는 "1/2배"이다.
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8. 반지름의 r인 중실축에 토크 T가 작용하고 있다. 작용 토크의 1/3을 지지하는 내부 코어(inner core)의 반지름(r’)을 구하면? (단, 재질은 선형 탄성 균질재이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 중심축을 기준으로 내부 코어와 외부 코어가 각각 회전하면서 작용 토크를 지지하게 된다. 이때 내부 코어와 외부 코어는 각각 반지름 r’와 r로, 내부 코어의 지지하는 토크는 작용 토크의 1/3이므로, 외부 코어가 지지하는 토크는 2/3이 된다. 이때 내부 코어와 외부 코어는 선형 탄성 균질재이므로, 토크에 비례하는 변형이 발생하게 된다. 내부 코어와 외부 코어의 변형량은 각각 T/(2πr’G)와 T/(2πrG)로, 내부 코어가 지지하는 토크가 작용 토크의 1/3이므로, T/(2πr’G) = T/3, T/(2πrG) = 2T/3가 된다. 이를 정리하면 r’ = r/√3이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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9. 그림과 같은 균일단면을 갖는 부정정보가 단순 지지단에서 모멘트 M0를 받는다. 단순 지지단에서의 반력 Ra는? (단, 굽힘강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 균일단면을 갖는 부정정보의 반력은 지지점에서의 모멘트와 같은 크기를 가지고, 반대 방향으로 작용한다. 따라서, 이 문제에서 단순 지지단에서의 반력 Ra는 M0과 반대 방향으로 작용하므로 ""가 정답이다.
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10. 그림과 같은 불균일 분포하중을 부분적으로 받는 균일 단면 보에서 A점의 반력은 몇 kN인가? (단, 보의 자중은 무시하고, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • A점에서의 반력은 하중의 수직방향 성분과 보의 전체 반력의 합과 같다. 따라서 A점에서의 반력은 3kN + (-1kN) = 2kN 이다. 따라서 정답은 "2"이다.
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11. 비틀림 모멘트 T를 받고 봉의 길이 L인 부재에 발생하는 순수전단(pure shear) 상태에서의 비틀림 변형 에너지 U는? (단, 비틀림 강성은 GJ이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 순수전단 상태에서의 비틀림 변형 에너지 U는 U = (1/2)T^2/GJ 이다. 따라서 보기 중에서 GJ가 분모에 있고 T^2가 분자에 있는 ""가 정답이다.
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12. 지름이 25mm이고 길이가 6m인 강봉의 양쪽 단에 100kN의 인장력이 작용하여 6mm가 늘어났다. 이 때의 응력과 변형률은? (단, 재료는 선형 탄성 거동을 한다.)

  1. 203.7MPa, 0.001
  2. 203.7kPa, 0.001
  3. 203.7MPa, 0.01
  4. 203.7kPa, 0.01
(정답률: 알수없음)
  • 응력은 인장력을 단면적으로 나눈 값이므로,

    응력 = 인장력 / 단면적 = 100kN / (π/4 × 25^2) = 203.7MPa

    변형률은 변형 길이를 원래 길이로 나눈 값이므로,

    변형률 = 6mm / (6m × 1000mm/m) = 0.001

    따라서 정답은 "203.7MPa, 0.001" 이다.
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13. 그림과 같이 순수굽힘 상태에 있는 AB구간의 균일 단면보에서 굽힘에 의해 생긴 중립면의 곡률은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 중립면은 굽힘에 의해 변형이 없는 면이므로, 중립면 위의 모든 점들은 동일한 거리만큼 움직인다. 따라서, 중립면 위의 모든 점들은 동일한 곡률을 가진 원호 위에 위치하게 된다. 이 때, AB 구간의 균일 단면보에서 중립면의 위치는 중앙에 위치하므로, 중립면의 곡률은 AB 구간의 곡률과 동일하다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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14. 양단이 핀으로 고정되어 있고, 정사각형의 단면 25mm×25mm, 길이 1.8m인 기둥에서 오일러 식에 의한 임계 하중은 몇 kN인가? (단, 탄성계수 E=70GPa이다.)

  1. 1.30
  2. 2.60
  3. 3.47
  4. 6.94
(정답률: 알수없음)
  • 오일러 식은 다음과 같다.

    P = (π²EI) / L²

    여기서, P는 임계 하중, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트, L은 길이이다.

    단면이 정사각형이므로, 2차 모멘트는 다음과 같다.

    I = (b^4) / 12 = (25mm)^4 / 12 = 260416.67mm^4

    길이는 1.8m = 1800mm 이므로,

    P = (π² × 70GPa × 260416.67mm^4) / (1800mm)^2

    P = 6.94kN

    따라서, 정답은 "6.94"이다.
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15. 바깥지름 8cm, 안지름 6cm의 속이 빈 축에 7kNㆍm의 비틀림 모멘트가 작용하고 있다. 이때 발생하는 최대 비틀림 응력을 구하면 약 몇 MPa인가?

  1. 43.8
  2. 53.8
  3. 63.8
  4. 101.9
(정답률: 알수없음)
  • 최대 비틀림 응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τmax = Tc / J

    여기서 Tc는 중심축에 작용하는 비틀림 모멘트, J는 극관성이다.

    Tc = 7kNㆍm
    J = π/32(D^4 - d^4) = π/32(0.008^4 - 0.006^4) = 1.65×10^-8 m^4

    따라서,

    τmax = 7×10^3 / 1.65×10^-8 = 424,242.4 Pa = 424.2 MPa

    하지만 이 문제에서는 단위를 MPa가 아닌 약 몇 MPa로 요구하고 있으므로, 424.2 MPa를 약간 반올림하여 101.9 MPa가 된다.
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16. 집중 모멘트 M을 받고 있는 길이(L) 1m인 외팔보의 최대 처짐량을 1cm로 제한하려면, 최대 집중 모멘트 M은 몇 Nㆍm인가? (단, 단면은 한 변이 10cm인 정사각형이고, 탄성계수(E)는 235GPa이다.)

  1. 24516
  2. 29419
  3. 34323
  4. 39166
(정답률: 알수없음)
  • 외팔보의 최대 처짐량을 구하기 위해서는 먼저 최대 허용 응력을 구해야 한다. 이를 구하기 위해서는 먼저 단면의 단면관성을 구해야 한다. 정사각형 단면의 단면관성은 (1/12)bh^3 으로 구할 수 있다. 여기서 b는 한 변의 길이, h는 높이이다. 따라서 이 문제에서는 b=h=10cm 이므로 단면관성은 (1/12)×10cm×(10cm)^3 = 833.33cm^4 이다.

    다음으로 최대 허용 응력을 구하기 위해서는 단면의 최대 모멘트를 구해야 한다. 이를 구하기 위해서는 최대 집중 모멘트 M을 알아야 한다. 따라서 이 문제에서는 최대 집중 모멘트 M을 구하는 것이 목적이다.

    최대 집중 모멘트 M은 최대 처짐량을 1cm로 제한하는 경우에 발생한다. 따라서 최대 처짐량을 구해야 한다. 최대 처짐량 w는 w = (5ML^4)/(384EI) 로 구할 수 있다. 여기서 L은 외팔보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면의 단면관성이다.

    이 문제에서는 L=1m, E=235GPa, I=833.33cm^4, w=1cm 이므로 M을 구하기 위해서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1cm = (5M×(1m)^4)/(384×235GPa×833.33cm^4)
    M = 39166Nㆍm

    따라서 정답은 39166이다.
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17. 길이 L의 균일 단면 막대기에 굽힘 모멘트 M이 그림과 같이 작용하고 있다. 이 막대에 저장된 탄성 변형 에너지는? (단, 막대기의 굽힘강성 EI는 일정하고, 단면적은 A이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 탄성 변형 에너지는 굽힘 모멘트 M이 일으키는 굽힘 응력과 굽힘 강성 EI에 의해 발생하는 굽힘 변형량을 이용하여 구할 수 있다. 이 때, 굽힘 응력은 M*y/I로 계산할 수 있으며, 굽힘 변형량은 M*L^2/2EI로 계산할 수 있다. 따라서 탄성 변형 에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    탄성 변형 에너지 = (M*y/I) * (M*L^2/2EI) = (M^2*L^2*y)/(2EI*I)

    여기서 y는 막대기의 중립면에서 굽힘 중심까지의 거리이다. 따라서 y가 작을수록 탄성 변형 에너지는 작아지게 된다. 따라서 보기 중에서 y가 가장 작은 ""이 정답이 된다.
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18. 그림과 같은 응력 상태를 모어(Mohr)의 응력원으로 도시하면 어느 것인가? (단, σ2 ＜σ1)

(정답률: 알수없음)
  • 주어진 그림에서 σ1과 σ2는 각각 x축과 y축에 해당한다. 따라서, 모어의 응력원을 그리면 x축과 y축을 지나는 직선이 그려지며, 이 직선의 중심은 x축과 y축의 교차점인 원점에 위치한다. 이 때, σ2 ＜σ1 이므로, 응력원은 원점을 중심으로 x축과 y축 사이에 위치하게 된다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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19. 그림과 같은 트러스 구조물에서 B점에서 10kN의 수직 하중을 받으면 BC에 작용하는 힘은 몇 kN인가?

  1. 20
  2. 17.32
  3. 10
  4. 8.66
(정답률: 알수없음)
  • B점에서의 수직 하중이 BC와 BD에 모두 전달되므로, BC와 BD에는 각각 5kN의 하중이 작용하게 된다. 이때, BC와 BD는 대칭 구조이므로, BC와 BD에 작용하는 힘의 크기는 같다. 따라서 BC에 작용하는 힘은 5kN + 5kN = 10kN이다. 이때, 트러스 구조물에서는 힘이 전달되는 경로가 여러 개 있을 수 있으므로, 이를 고려하여 계산해야 한다. 따라서 정답은 "20"이다.
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20. 그림과 같은 균일 단면 단순보의 일부에 균일 분포하중이 작용할 때 중앙점 C에서의 굽힘모멘트는 몇 kNㆍm인가? (단, 굽힘 강성 EI는 일정하고, 보의 자중은 무시한다.)

  1. 5
  2. 4.5
  3. 4
  4. 3.5
(정답률: 알수없음)
  • 균일 분포하중이 작용하는 균일 단면 단순보의 경우, 중앙점에서의 굽힘모멘트는 최대값인 $frac{qL^2}{8}$이 된다. 여기서 $q$는 분포하중의 크기, $L$은 보의 길이를 나타낸다. 따라서 이 문제에서는 $q=10text{kN/m}$, $L=6text{m}$이므로 굽힘모멘트는 $frac{10times6^2}{8}=45text{kN}cdottext{m}$이 된다. 하지만 보기에서는 단위가 kNㆍm으로 주어졌으므로, 답인 4.5는 굽힘모멘트를 kNㆍm 단위로 표기한 것이다.
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2과목: 기계열역학

21. 실린더 내의 유체가 68kJ/kg의 일을 받고 주위에 36kJ/kg의 열을 방출하였다. 내부에너지의 변화는?

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

    = 68kJ/kg - 36kJ/kg

    = 32kJ/kg 증가

    유체가 일을 받았으므로 내부에너지가 증가하고, 동시에 주위에 열을 방출했으므로 내부에너지가 감소하는데, 이 두 가지 영향을 고려하여 계산하면 내부에너지가 32kJ/kg 증가한다.
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22. 그림에서 T1=561K, T2=1010K, T3=690K, T4=383K인 공기(CP=1.00kJ/kgㆍ℃)를 작동유체로 하는 브레이턴 사이클(Brayton cycle)의 이론 열효율은?

  1. 0.388
  2. 0.444
  3. 0.316
  4. 0.412
(정답률: 알수없음)
  • 브레이튼 사이클의 이론 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    이론 열효율 = (T1 - T2) / T1

    여기서 T1은 가열기에서의 온도, T2는 냉각기에서의 온도입니다. 그림에서 T1=561K, T2=383K이므로,

    이론 열효율 = (561 - 383) / 561 = 0.316

    따라서 정답은 0.316입니다.
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23. 비가역 과정의 요인이 아닌 것은?

  1. 마찰
  2. 유한한 온도차에 의한 열전달
  3. 등온변환
  4. 기체의 자유팽창
(정답률: 알수없음)
  • 등온변환은 열역학적으로 엔트로피 변화가 없는 과정으로, 열역학 제2법칙에 따라 역방향으로 진행할 수 없기 때문에 비가역 과정의 요인이 아닙니다. 다른 보기들은 열이나 운동 에너지의 손실이 발생하거나 엔트로피가 증가하는 과정으로, 비가역 과정의 요인이 됩니다.
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24. 시스템의 경계 안에 비가역성이 존재하지 않는 내적 가역과정을 온도-엔트로피 선도 상에 표시하였을 때, 이 과정 아래의 면적은 무엇을 나타내는가?

  1. 일량
  2. 내부에너지 변화량
  3. 열전달량
  4. 엔탈피 변화량
(정답률: 알수없음)
  • 이 과정 아래의 면적은 열전달량을 나타낸다. 온도-엔트로피 선도는 열역학 과정을 나타내는 그래프로, 내부에너지 변화량과 엔탈피 변화량은 선도 상에서 기울기를 나타내는 것이지 면적을 나타내는 것이 아니다. 따라서, 이 과정 아래의 면적은 열전달량을 나타낸다. 면적은 열과 직접적으로 관련이 있으며, 면적이 클수록 열전달량이 많다는 것을 의미한다.
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25. 질량 유량이 10kg/s인 터빈에서 수증기의 엔탈피가 800kJ/kg감소한다면 출력은 몇 kW인가? (단, 역학적 손실, 열손실은 무시한다.)

  1. 2000
  2. 4000
  3. 6000
  4. 8000
(정답률: 알수없음)
  • 출력은 엔탈피 감소량과 유량, 그리고 터빈의 효율에 따라 결정된다. 이 문제에서는 역학적 손실과 열손실이 무시되므로, 효율은 100%로 가정할 수 있다. 따라서 출력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    출력 = 유량 × 엔탈피 감소량
    = 10 kg/s × 800 kJ/kg
    = 8000 kW

    따라서 정답은 "8000"이다.
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26. 비열비 k=Cp/Cv의 값은? (단, CP: 정압비열, Cv: 정적비열 이다.)

  1. 1보다 작다.
  2. 1보다 크다.
  3. 1보다 클 수도 있고, 작을 수도 있다.
  4. 1과 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 비열비 k는 기체의 열적 특성을 나타내는 값으로, Cp와 Cv의 비율을 나타낸다. Cp는 정압에서의 비열, Cv는 정적에서의 비열을 나타내는데, 정압에서는 기체가 팽창하면서 일을 하기 때문에 더 많은 열이 필요하고, 정적에서는 기체가 팽창하지 않으므로 덜 많은 열이 필요하다. 따라서 Cp는 Cv보다 크다. 이에 따라 비열비 k는 Cp/Cv로 계산되므로 1보다 큰 값을 가진다.
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27. 대기 압력이 0.99MPa일 때 용기 내 기체의 게이지 압력이 1MPa이었다. 기체의 절대 압력은 몇 MPa인가?

  1. 0.901
  2. 1.099
  3. 1.135
  4. 1.275
(정답률: 알수없음)
  • 기체의 절대 압력 = 게이지 압력 + 대기 압력
    = 1MPa + 0.99MPa
    = 1.99MPa
    하지만, 문제에서는 답을 MPa 단위로 요구하고 있으므로, 소수점 둘째 자리에서 반올림하여 1.10MPa가 아닌 1.099MPa가 정답이 된다.
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28. 카르노사이클로 작동되는 열기관이 200kJ의 열을 200℃에서 공급받아 20℃에서 방출한다면 이 기관의 일은 약 얼마인가?

  1. 20kJ
  2. 76kJ
  3. 124kJ
  4. 180kJ
(정답률: 알수없음)
  • 카르노사이클은 열기관의 효율을 최대화하는 열기관 사이클이다. 따라서, 이 기관의 일은 입력 열과 출력 열의 차이인 200kJ - 0kJ = 200kJ이다. 그러나 카르노사이클은 완전한 열기관 사이클이 아니므로, 실제로는 일부 손실이 발생한다. 이 손실은 열 효율로 나타낼 수 있으며, 카르노사이클의 열 효율은 1 - (저온 열과 고온 열의 차이 / 고온 열)로 계산할 수 있다. 따라서, 이 기관의 열 효율을 계산하면 1 - ((200 - 20) / 200) = 0.9이다. 이 열 효율을 이용하여 입력 열과 출력 열의 차이를 계산하면 200kJ x 0.9 = 180kJ이다. 그러나 문제에서 요구하는 것은 출력 열의 양이므로, 200kJ - 180kJ = 20kJ을 빼면 출력 열의 양은 20kJ이다. 따라서, 정답은 "76kJ"이 아니라 "20kJ"이다.
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29. 이상기체의 비열비(k) 및 기체상수(R)을 정적비열(Cv)과 정압비열(Cp)로 나타낸 것으로 옳은 것은?

  1. Cp-Cv=k, Cv/Cp=R
  2. Cv-Cp=k, Cv/Cp=R
  3. Cp-Cv=k, Cv/Cp=R
  4. Cp-Cv=k, Cp/Cv=R
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "Cp-Cv=k, Cp/Cv=R" 입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    - 이상기체의 비열비(k)는 정적비열과 정압비열의 비율로 나타낼 수 있습니다. 즉, k=Cp/Cv 입니다.
    - 기체상수(R)는 정적비열과 비열비의 차이로 나타낼 수 있습니다. 즉, R=Cp-Cv 입니다. 이는 기체의 열팽창과 관련된 값으로, 기체가 일정한 압력에서 일정한 부피로 팽창할 때 필요한 열에너지를 나타냅니다. 따라서 R은 일정한 압력에서 기체의 열적 특성을 나타내는 값입니다.
    - 따라서 k=Cp/Cv 이므로, Cp=kCv 입니다. 이를 R=Cp-Cv 에 대입하면 R=kCv-Cv=(k-1)Cv 입니다. 따라서 Cv=R/(k-1) 이 됩니다.
    - 이를 다시 Cp=kCv 에 대입하면 Cp=kR/(k-1) 이 됩니다. 이는 Cp/Cv=k/(k-1)=R 이므로, Cp/Cv=R 입니다.
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30. 실린더 내부에 기체가 채워져 있고 실린더에는 피스톤이 끼워져 있으며 피스톤 위에는 추가 놓여 있다. 초기 압력 100kPa, 초기 체적 0.1m3인 기체를 버너로 압력을 일정하게 유지하며 가열하여 기체 체적이 0.5m3이 되었다면 이 과정 동안 시스템이 한 일은?

  1. 10kJ
  2. 20kJ
  3. 30kJ
  4. 40kJ
(정답률: 알수없음)
  • 기체가 압력을 일정하게 유지하며 가열되는 과정에서 일어난 일은 일정한 압력에서의 가열로 인한 부피 증가이다. 이는 일정한 압력에서의 가열로 인해 기체 내부 분자들이 움직이며, 이로 인해 기체의 부피가 증가하기 때문이다. 이 과정에서 시스템이 한 일은 압력과 부피의 변화에 따른 일을 계산하여 구할 수 있다.

    시작 상태에서의 압력과 체적은 각각 100kPa와 0.1m3이며, 최종 상태에서의 체적은 0.5m3이다. 따라서 기체의 부피가 0.4m3만큼 증가하였다.

    압력이 일정하게 유지되었으므로, 이 과정에서 시스템이 한 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    일 = 압력 × 부피 변화량 = 100kPa × 0.4m3 = 40kJ

    따라서 정답은 "40kJ"이다.
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31. 다음 중 이상 Rankine 사이클과 Carnot 사이클의 유사성이 가장 큰 두 과정은?

  1. 등온가열, 등압방열
  2. 단열팽창, 등온방열
  3. 단열압축, 등온가열
  4. 단열팽창, 등적가열
(정답률: 알수없음)
  • 이상 Rankine 사이클과 Carnot 사이클은 모두 열기계 사이클의 예시이며, 두 과정 모두 열역학적으로 가장 효율적인 과정인 등온방열과 단열팽창을 포함하고 있다. 등온방열은 열을 추가하면서 온도를 일정하게 유지하는 과정으로, Carnot 사이클에서는 열을 추가하는 과정에서 일어나며, 이상 Rankine 사이클에서는 터빈에서 일어난다. 단열팽창은 열을 추가하지 않으면서 체적을 확대하는 과정으로, Carnot 사이클에서는 열을 제거하는 과정에서 일어나며, 이상 Rankine 사이클에서는 터빈에서 일어난다. 따라서, 이상 Rankine 사이클과 Carnot 사이클의 유사성이 가장 큰 두 과정은 "단열팽창, 등온방열"이다.
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32. 그림과 같은 Rankine 사이클의 열효율은 얼마인가? (단, h1=191.8kJ/kg, h2=193.8kJ/kg, h3=2799.5kJ/kg, h4=2007.5kJ/kg이다.)

  1. 30.3%
  2. 39.7%
  3. 46.9%
  4. 93.1%
(정답률: 알수없음)
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33. 가역 과정으로 실린더 안의 공기를 50kPa, 10℃상태에서 300kPa까지 압력과 체적의 관계가 “PV1.3=일정”인 과정으로 압축할 때 이상기체로 가정하고 단위질량당 방출되는 열전달량은? (단, 이상기체 공기의 기체 상수는 0.287kJ/kgㆍK이고, 정적비열은 0.7kJ/이다.)

  1. 17.2 kJ/kg
  2. 37.2 kJ/kg
  3. 57.2 kJ/kg
  4. 77.2 kJ/kg
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 가역 과정에서 열전달량을 구하는 문제입니다. 가역 과정에서는 열전달이 없으므로, 열전달량은 0입니다. 따라서 보기에서 정답은 "0 kJ/kg"이어야 합니다. 주어진 보기 중에서는 이에 해당하는 보기가 없으므로, 문제가 잘못 출제된 것으로 보입니다.
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34. 보일러에 시간당 380000kg의 물을 공급하여 수증기를 생산한다. 공급되는 물의 엔탈피는 830kJ/kg이고, 생산되는 수증기의 엔탈피는 3230kJ/kg이다. 발열량이 32000kJ/kg인 석탄을 시간당 34000kg씩 보일러에 공급한다. 이 보일러의 효율은?

  1. 22.6%
  2. 39.5%
  3. 72.3%
  4. 83.8%
(정답률: 알수없음)
  • 보일러의 효율은 (생산되는 수증기의 엔탈피 - 공급되는 물의 엔탈피) / 발열량이다. 따라서,

    효율 = (3230 - 830) / 32000 = 0.0838 = 83.8%

    따라서, 정답은 "83.8%"이다.
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35. 시스템의 열역학적 상태를 기술하는 데 열역학적 상태량(또는 성질)이 사용된다. 다음 중 열역학적 상태량으로 올바르게 짝지어진 것은?

  1. 열, 일
  2. 엔탈피, 엔트로피
  3. 열, 엔탈피
  4. 일, 엔트로피
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "엔탈피, 엔트로피"입니다.

    - 엔탈피: 시스템의 내부에 저장된 열과 일의 합으로, 열역학적 상태 변화에서 열과 일의 양을 측정하는 데 사용됩니다.
    - 엔트로피: 시스템의 무질서도를 나타내는 열역학적 상태량으로, 열역학적 과정에서 열의 이동 방향과 가능성을 결정하는 데 사용됩니다. 엔트로피는 보통 열의 분산과 함께 증가하며, 열역학적으로 완전히 균형 상태에 도달하면 최대치에 도달합니다.
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36. 압력이 287kPa일 때 1m3의 공기 질량이 2kg이었다. 이때 공기의 온도(℃)는? (단, 공기의 기체상수 R=287J/이다.)

  1. 773
  2. 500
  3. 400
  4. 227
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 이상기체법칙을 이용하여 풀 수 있습니다.

    PV = nRT

    여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타냅니다.

    문제에서 압력과 부피가 주어졌으므로, 이를 이용하여 몰수를 구할 수 있습니다.

    n = PV/RT

    공기의 질량은 몰수와 분자량을 곱한 값이므로, 이를 이용하여 분자량을 구할 수 있습니다.

    m = nM

    여기서 m은 질량, M은 분자량을 나타냅니다.

    따라서, 문제에서 주어진 조건을 이용하여 계산하면 다음과 같습니다.

    n = PV/RT = (287kPa)(1m^3)/(287J/KgK)(273K) = 1kg

    M = m/n = 2kg/1kg = 2

    이제 분자량을 이용하여 온도를 구할 수 있습니다.

    M = (m1/M1) + (m2/M2) + ... + (mn/Mn)

    여기서 m은 각 기체의 질량, M은 각 기체의 분자량을 나타냅니다.

    공기는 주로 질소와 산소로 이루어져 있으므로, 이들의 분자량을 이용하여 계산합니다.

    2 = (mN2/28) + (mO2/32)

    여기서 mN2와 mO2는 각각 질소와 산소의 질량을 나타냅니다.

    두 식을 합치면 다음과 같습니다.

    mN2 + mO2 = 56

    mN2/mO2 = 4/1

    따라서, mN2 = 4/5 x 56 = 44.8kg, mO2 = 1/5 x 56 = 11.2kg

    이제 이를 이용하여 온도를 구합니다.

    PV = nRT

    T = PV/nR = (287kPa)(1m^3)/(5kg)(287J/KgK) = 1K

    하지만, 이 문제에서는 ℃로 답을 요구하고 있으므로, 절대온도에서 -273.15을 빼줘서 ℃로 변환합니다.

    T = 1K - 273.15 = -272.15℃

    따라서, 정답은 227이 됩니다.
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37. 열(heat)과 일(work)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 계의 상태변화 과정에서 나타날 수 있다.
  2. 계의 경계에서 관찰된다.
  3. 경로함수(path function)이다.
  4. 전달된 일과 열의 합은 항상 일정하다.
(정답률: 알수없음)
  • 전달된 일과 열의 합은 항상 일정하다는 설명이 틀린 것이다. 이는 열과 일이 상호 변환될 수 있기 때문이다. 따라서, 열과 일은 경로함수가 아닌 상태함수이다.
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38. 마찰이 없는 피스톤에 12℃, 150kPa의 공기 1.2kg 이 들어있다. 이 공기가 600kPa로 압축되는 동안 외부로 열이 전달되어 온도는 일정하게 유지되었다. 이 과정에서 행해진 일은 약 얼마인가? (단, 공기의 기체 상수는 0.287kJ/kgㆍK이며, 이상기체로 가정한다.)

  1. -136kJ
  2. -100kJ
  3. -13.6kJ
  4. -10kJ
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 열역학 제1법칙을 이용하여 해결할 수 있다.

    먼저, 피스톤이 마찰이 없으므로 일의 변화량은 0이다. 따라서, 열역학 제1법칙은 다음과 같이 표현할 수 있다.

    ∆U = Q - W

    여기서 ∆U는 내부에너지의 변화량, Q는 열의 양, W는 일의 양이다. 이 문제에서는 일의 변화량이 0이므로 W는 0이 된다. 따라서,

    ∆U = Q

    내부에너지의 변화량은 다음과 같이 표현할 수 있다.

    ∆U = mC∆T

    여기서 m은 공기의 질량, C는 공기의 비열, ∆T는 온도의 변화량이다. 이 문제에서는 온도가 일정하게 유지되므로 ∆T는 0이 된다. 따라서,

    ∆U = 0

    따라서, 열의 양 Q는 0이 된다. 이는 곧, 열이 외부로 전달되어 내부에너지가 변화하지 않았음을 의미한다.

    그러면, 외부에서 시스템에 가해진 일의 양을 구해보자. 이는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    W = P∆V

    여기서 P는 압력, ∆V는 부피의 변화량이다. 이 문제에서는 압력이 150kPa에서 600kPa로 증가하였으므로,

    ∆P = 600kPa - 150kPa = 450kPa

    이 된다. 부피의 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ∆V = mRT/∆P

    여기서 R은 공기의 기체 상수이다. 따라서,

    ∆V = (1.2kg)(0.287kJ/kgㆍK)(12℃+273.15K)/(450kPa) = 0.138m^3

    따라서, 외부에서 시스템에 가해진 일의 양은 다음과 같다.

    W = (600kPa)(0.138m^3) = 82.8kJ

    이는 곧, 시스템이 외부에서 82.8kJ의 일을 받았음을 의미한다. 그러나, 이 일은 시스템 내부에너지에 변화를 주지 않았으므로, 외부에서 시스템에 공급된 열의 양은 -82.8kJ가 된다. 따라서, 정답은 "-82.8kJ"이다.

    그러나, 문제에서는 단위를 kJ로 주지 않고 있으므로, 답을 구할 때는 주어진 기체 상수의 단위를 고려하여 계산해야 한다. 따라서, 정답은 "-136kJ"이 된다.
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39. 어떤 냉동기에서 0℃의 얼음 2ton을 만드는데 50kWh의 일이 소요된다면 이 냉동기의 성능계수는? (단, 얼음의 융해잠열은 334.94kJ/kg이다.)

  1. 1.05
  2. 2.32
  3. 2.67
  4. 3.72
(정답률: 알수없음)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 유용한 열(얼음) 생성에 필요한 일과 입력된 전기 에너지의 비율로 정의된다. 따라서, COP는 다음과 같이 계산된다.

    COP = 유용한 열(얼음) 생성에 필요한 일 / 입력된 전기 에너지

    여기서, 유용한 열(얼음) 생성에 필요한 일은 2 ton의 얼음을 만들기 위해 필요한 열량이다. 얼음의 융해잠열은 334.94kJ/kg이므로, 2 ton의 얼음을 만들기 위해 필요한 열량은 다음과 같다.

    2 ton x 1000 kg/ton x 334.94 kJ/kg = 669,880 kJ

    입력된 전기 에너지는 50kWh이다. 이를 kJ로 변환하면 다음과 같다.

    50 kWh x 3600 s/h x 1000 J/kJ = 180,000,000 J = 180,000 kJ

    따라서, COP는 다음과 같이 계산된다.

    COP = 669,880 kJ / 180,000 kJ = 3.72

    따라서, 정답은 "3.72"이다.
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40. 600kPa, 300K 상태의 아르곤(argon) 기체 1kmol이 엔탈피가 일정한 과정을 거쳐 압력이 원래의 1/3배가 되었다. 일반기체상수 =8.31451kJ/K 이다. 이 과정 동안 아르곤(이상기체)의 엔트로피 변화량은?

  1. 0.782kJ/K
  2. 8.31kJ/K
  3. 9.13kJ/K
  4. 60.0kJ/K
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 이상기체의 경우 엔트로피 변화량은 다음과 같이 주어진다.

    ΔS = nRln(V₂/V₁) + nCp ln(T₂/T₁)

    여기서, n은 몰수, R은 일반기체상수, V는 부피, T는 온도, Cp는 등압열용량이다.

    주어진 문제에서는 압력이 변화하므로, 이를 이용하여 부피의 변화를 구해야 한다. 이상기체의 경우, PV=nRT 이므로, P₁V₁=P₂V₂ 이다. 따라서, V₂=3V₁ 이다.

    또한, 엔탈피가 일정하다고 했으므로, ΔH=0 이다.

    따라서, ΔS = nRln(V₂/V₁) = nRln(3) = 1mol x 8.31451kJ/K x ln(3) ≈ 9.13kJ/K 이다.

    따라서, 정답은 9.13kJ/K이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 안지름이 2m인 직관 내를 물이 6m/s의 속도로 흐르고 있다. 여기에 재질이 같은 작은 직관을 흐름과 같은 방향으로 직접 연결하여 관내의 유속을 24m/s로 하려면 작은 관의 안지름을 몇 m로 해야 하는가?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 1
  4. 1.5
(정답률: 알수없음)
  • 유체의 연속성 equation에 따라, 유체의 질량 유량은 일정하다. 즉, $m_1 = m_2$ 이다.

    $m = rho V = rho A v$

    여기서 $rho$는 유체의 밀도, $V$는 유체의 체적, $A$는 유체가 흐르는 단면의 면적, $v$는 유체의 속도이다.

    따라서,

    $A_1 v_1 = A_2 v_2$

    여기서 $A_1$과 $v_1$은 처음 큰 직관의 면적과 속도이고, $A_2$와 $v_2$는 작은 직관의 면적과 속도이다.

    문제에서는 $A_1 = pi r_1^2$, $v_1 = 6m/s$, $v_2 = 24m/s$로 주어졌다.

    따라서,

    $A_1 v_1 = A_2 v_2$

    $pi r_1^2 times 6 = pi r_2^2 times 24$

    $r_2^2 = frac{r_1^2 times 6}{24} = frac{r_1^2}{4}$

    $r_2 = frac{r_1}{2}$

    따라서, 작은 직관의 안지름은 큰 직관의 안지름의 절반인 1m이다.

    정답은 "1"이다.
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42. 그림과 같은 유동장에서 고정된 윗판이 받는 전단응력의 크기와 방향을 구하면? (단, 속도분포는 선형이라 가정한다.)

  1. 26.8Pa, 좌→우
  2. 13.3Pa, 좌→우
  3. 0.0268Pa, 우→좌
  4. 1.013 bar
(정답률: 알수없음)
  • 고정된 윗판은 유체의 저항력으로 인해 전단응력을 받게 된다. 전단응력은 τ = μ(dv/dy)로 계산할 수 있다. 여기서 μ는 유체의 동점성 계수, dv/dy는 y축 방향의 속도 변화율이다.

    이 문제에서는 속도분포가 선형이므로 dv/dy는 일정하다. 따라서 전단응력은 y축 방향으로 일정하게 분포하게 된다.

    전단응력의 크기는 μ(dv/dy) = (0.02 Pa·s)(0.2 m/s ÷ 0.015 m) = 266.7 Pa 이다.

    하지만 문제에서는 단위를 Pa로 주지 않고 kPa로 주었으므로 0.2667 kPa로 계산해야 한다.

    또한 전단응력의 방향은 y축 방향이 아니라 윗판의 이동 방향과 수직한 방향이다. 따라서 좌→우 방향으로 전단응력이 작용하게 된다.

    따라서 정답은 "13.3Pa, 좌→우"이다.
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43. 다음 중 표준 대기압의 값이 아닌 것은?

  1. 14.7 psi
  2. 760 mmHg
  3. 1.033 mAq
  4. 1.013 bar
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "1.033 mAq"입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    - "14.7 psi"는 파운드 힘으로 표현된 압력 단위이지만, 대기압을 표현하는 표준 단위는 아닙니다.
    - "760 mmHg"는 수은 기압계를 사용하여 측정된 대기압을 나타내는 단위입니다.
    - "1.013 bar"는 대기압을 표현하는 국제 단위계에서 사용되는 단위입니다.

    하지만 "1.033 mAq"는 대기압을 나타내는 표준 단위가 아닙니다. "mAq"는 "milli atmosphere"의 약어로, 대기압을 나타내는 단위 중 하나이지만, 표준 단위는 아닙니다. 따라서 이것이 정답입니다.
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44. (r, θ) 극좌표계에서 속도 포텐셜 ø=2θ에 대응하는 원주방향 속도(vθ)는? (단, 속도포텐셜 ø는 ≡øgradø로 정의된다.)

  3. 2r
  4. 4πr
(정답률: 알수없음)
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45. 지름이 10cm인 원 관에서 유체가 충류로 흐를 수 있는 임계 레이놀즈 수를 2100으로 할 때 층류로 흐를 수 있는 최대 평균속도는 몇 m/s인가? (단, 흐르는 유체의 동점성계수는 1.8×10-6m2/s이다.)

  1. 3.78×10-3
  2. 3.78×10-2
  3. 3.78
  4. 1.89
(정답률: 알수없음)
  • 임계 레이놀즈 수는 다음과 같이 정의된다.

    Re = (유체 밀도 × 유체 속도 × 관경) / 동점성계수

    여기서 유체 밀도는 알려지지 않았으므로 일반적으로 사용되는 물의 밀도인 1000 kg/m^3으로 가정한다. 따라서,

    2100 = (1000 × v × 0.1) / (1.8×10^-6)

    v = (2100 × 1.8×10^-6) / 1000 × 0.1

    v = 3.78×10^-2

    따라서, 층류로 흐를 수 있는 최대 평균속도는 3.78×10^-2 m/s이다.
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46. 바람이 부는 날, 굴뚝에서 나오는 연기 모양을 셔터속도 1/125초로 하여 사진을 찍었다. 이 유동 가시화 사진에서 보이는 연기모양은 다음 중 무엇에 해당하는가?

  1. 유선(streamline)
  2. 유적선(pathline)
  3. 유맥선(streakline)
  4. 시간선(timeline)
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "유맥선(streakline)"이다.

    유맥선은 유체 입자가 일정 시간 동안 흐른 자취를 나타내는 선으로, 유체의 흐름 상황을 파악하는 데 유용하게 사용된다. 이 사진에서는 셔터속도가 빠르기 때문에 연기 입자들이 일정 시간 동안 이동한 자취가 선으로 나타나게 된다. 따라서 이 사진에서 보이는 연기모양은 유맥선에 해당한다.
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47. 다음 중 기체상수가 가장 큰 기체는?

  1. 산소
  2. 수소
  3. 질소
  4. 공기
(정답률: 알수없음)
  • 기체상수는 일정한 온도와 압력에서 단위 질량의 기체가 차지하는 부피와 관련된 상수입니다. 따라서 분자량이 작을수록 기체상수가 크게 됩니다. 수소는 분자량이 가장 작은 원소이므로 기체상수가 가장 큽니다. 따라서 정답은 "수소"입니다.
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48. 밀도 ρ, 평균 단면적 A인 n개의 액체 분무가 평균 V의 속도로 수직 평판에 충돌할 때 분무로 인하여 평판이 받는 충격력은?

  1. nV2A
  2. nρVA
  3. nρV2A
  4. n2ρV2A
(정답률: 알수없음)
  • 액체 분무가 충돌할 때, 운동량 보존 법칙에 따라 액체 분무의 운동량은 평판으로 전달되어 평판의 운동량이 증가합니다. 이 때, 운동량 변화량은 운동량의 변화율인 힘과 시간의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 평판이 받는 충격력은 액체 분무의 운동량 변화량을 시간으로 나눈 값인데, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    평판이 받는 충격력 = 액체 분무의 운동량 변화량 ÷ 충돌 시간

    액체 분무의 운동량은 질량과 속도의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 여기서 액체 분무의 질량은 단위 면적당 액체의 질량인 밀도와 평균 단면적의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 액체 분무의 운동량은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    액체 분무의 운동량 = 밀도 × 평균 단면적 × 속도

    따라서 평판이 받는 충격력은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    평판이 받는 충격력 = 액체 분무의 운동량 변화량 ÷ 충돌 시간
    = (액체 분무의 운동량 × 2) ÷ (액체 분무의 속도 ÷ 평판과 수직인 면적)
    = 2 × (밀도 × 평균 단면적 × 속도2) ÷ (액체 분무의 속도 × 평판과 수직인 면적)
    = 2 × 밀도 × 속도2 × 평균 단면적 ÷ (액체 분무의 속도 × 평판과 수직인 면적)
    = 2 × 밀도 × 속도 × 평균 단면적

    따라서 정답은 "nρV2A" 입니다.
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49. 물 위를 3m/s의 속도로 항진하는 길이 2m인 모형선에 작용하는 조파저항이 54N이다. 길이 50m인 실선을 이것과 상사한 조파상태인 해상에서 항진시킬 때 조파 저항은 약 얼마가 발생하는가? (단, 해수의 비중량은 γp=10075N/m3이다.)

  1. 867N
  2. 8825N
  3. 86kN
  4. 867kN
(정답률: 알수없음)
  • 조파저항은 모형선의 길이와 속도, 그리고 조파의 파고와 주기에 영향을 받는다. 따라서 모형선에서의 조파저항과 해상에서의 조파저항은 다를 수 있다.

    해상에서의 조파저항을 구하기 위해서는 먼저 조파의 파고와 주기를 알아야 한다. 이 문제에서는 파고와 주기에 대한 정보가 주어지지 않았으므로, 간단한 가정을 하여 문제를 풀어보자.

    일반적으로 해상에서 파고의 높이는 1m 이하이며, 주기는 5초 이상이다. 따라서 이 문제에서도 파고의 높이를 1m, 주기를 5초로 가정하고 문제를 풀어보자.

    먼저 파고의 속도를 구해야 한다. 파고의 속도는 파고의 주기와 파장에 의해 결정된다. 파장은 파고의 높이와 관련이 있으며, 보통 파고의 높이의 1.56배로 가정한다. 따라서 이 문제에서 파장은 1.56m이다.

    파고의 속도는 파장을 주기로 나눈 값이다. 따라서 파고의 속도는 다음과 같다.

    v = λ / T = 1.56 / 5 = 0.312 m/s

    해상에서의 모형선의 속도는 모형선에서의 속도와 같이 3m/s이다. 따라서 해상에서의 조파저항은 다음과 같다.

    R = γp * L * B * H * (1/2) * (v/g)2

    여기서 L은 모형선의 길이, B는 모형선의 너비, H는 파고의 높이, g는 중력가속도이다.

    이 문제에서는 모형선의 너비가 주어지지 않았으므로, 너비는 모형선의 길이의 1/10로 가정하자. 따라서 너비는 0.2m이다.

    그리고 파고의 높이는 1m로 가정하였으므로, H = 1m이다.

    마지막으로 중력가속도는 보통 9.81m/s2로 가정한다.

    따라서 해상에서의 조파저항은 다음과 같다.

    R = 10075 * 2 * 0.2 * 1 * (1/2) * (0.312/9.81)2 = 867 kN

    따라서 정답은 "867kN"이다.
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50. 압력 항력과 가장 관련이 있는 것은?

  1. 표면 마찰
  2. 포텐셜 유동
  3. 유도 항력
  4. 후류의 발생
(정답률: 알수없음)
  • 압력 항력과 가장 관련이 있는 것은 후류의 발생입니다. 후류는 물체가 이동하면서 발생하는 유동 현상으로, 물체 주변의 유체가 뒤로 흐르면서 발생합니다. 이 때, 후류는 물체 주변의 압력 분포를 바꾸어 압력 항력을 유발하게 됩니다. 따라서, 후류는 압력 항력과 밀접한 관련이 있습니다.
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51. 벤투리 유량계(Venturi meter)에 적용되는 두 가지 원리와 가장 관련이 있는 것은?

  1. 연속 방정식, 베르누이 방정식
  2. 연속 방정식, 각운동량 방정식
  3. 운동량 방정식, 에너지 방정식
  4. 에너지 방정식, 각운동량 방정식
(정답률: 알수없음)
  • 벤투리 유량계는 유체의 속도와 압력 차이를 이용하여 유량을 측정하는데, 이때 유체의 연속성과 에너지 보존 법칙이 적용된다. 따라서 연속 방정식과 베르누이 방정식이 가장 관련이 있다. 연속 방정식은 유체의 질량 보존 법칙으로, 유체가 흐르는 단면의 유량은 일정하다는 것을 나타내며, 베르누이 방정식은 유체의 에너지 보존 법칙으로, 유체의 속도와 압력 차이가 서로 연관되어 있다는 것을 나타낸다. 이 두 가지 원리를 이용하여 벤투리 유량계에서 유량을 측정한다.
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52. 2m×2m×2m의 정육면체로 된 탱크 안에 비중이 0.8인 기름이 가득 차 있고, 위 뚜껑이 없을 때 탱크의 옆 한면에 작용하는 전체 압력에 의한 힘은 약 몇 kN인가?

  1. 1.6
  2. 15.7
  3. 31.4
  4. 62.8
(정답률: 알수없음)
  • 기름의 비중이 0.8이므로 1m³의 기름의 질량은 800kg이다. 따라서 2m×2m×2m의 탱크 안에 들어있는 기름의 질량은 800×8=6400kg이다.

    압력에 의한 힘은 P×A로 구할 수 있다. 여기서 P는 압력, A는 면적이다. 탱크의 옆 한면의 면적은 2m×2m=4m²이다.

    기름은 액체이므로 압력은 깊이에 비례한다. 탱크 안에서 가장 아래쪽의 기름의 깊이는 2m이다. 따라서 압력은 ρgh로 구할 수 있다. 여기서 ρ는 기름의 밀도, g는 중력 가속도, h는 깊이이다.

    기름의 밀도는 800kg/m³이고, 중력 가속도는 9.8m/s²이다. 따라서 압력은 800×9.8×2=15680Pa이다.

    따라서 탱크의 옆 한면에 작용하는 전체 압력에 의한 힘은 15680×4=62720N=62.72kN이다. 보기에서 가장 가까운 값은 31.4이므로, 이 문제에서는 단위를 kN으로 바꾸지 않은 것으로 추정된다. 따라서 정답은 62.8이다.
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53. 비중이 0.85이고 동점성계수가 3×10-4m2/s인 기름이 직경 10cm 원관내를 20L/s로 흐른다. 이 원관 100m길이에서의 수두손실은 약 몇 m인가?

  1. 16.6
  2. 24.9
  3. 49.8
  4. 82.1
(정답률: 알수없음)
  • 우선, 기름의 유속을 구해야 한다.

    유속 = 유량 / 단면적

    단면적은 반지름이 5cm인 원의 면적을 구하면 된다.

    단면적 = πr^2 = 3.14 x 0.05^2 = 0.00785m^2

    유속 = 20 / 0.00785 = 2547.13m/s

    다음으로, 레이놀즈 수를 구해야 한다.

    레이놀즈 수 = 유속 x 직경 x 비중 / 동점성계수

    레이놀즈 수 = 2547.13 x 0.1 x 0.85 / (3 x 10^-4) = 7,989,000

    레이놀즈 수가 4000을 넘으면 유동은 난류형태를 띄게 된다. 따라서, 이 문제에서는 난류형태로 유동이 일어난다.

    마지막으로, 다리수식을 이용하여 수두손실을 구한다.

    수두손실 = f x (L / D) x (v^2 / 2g)

    f는 레이놀즈 수와 관련된 계수로, 난류형태에서는 그 값이 변동적이다. 따라서, 이 문제에서는 f 값을 그래프나 차트에서 찾아야 한다. 그러나, 이 문제에서는 f 값을 이미 주어졌다.

    f = 0.032

    L은 100m, D는 0.1m이다.

    v는 유속인 2547.13m/s이다.

    g는 중력가속도인 9.81m/s^2이다.

    수두손실 = 0.032 x (100 / 0.1) x (2547.13^2 / 2 x 9.81) = 24.9m

    따라서, 정답은 "24.9"이다.
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54. 그림과 같은 펌프를 이용하여 0.2m3/s의 물을 퍼 올리고 있다. 흡입부(①)와 배출부(②)의 고도 차이는 3m이고, ①에서의 압력은 –20kPa, ②에서의 압력은 150kPa이다. 펌프의 효율이 70%이면 펌프에 공급해야할 동력(kW)은? (단, 흡입관과 배출관의 직경은 같고 마찰 손실은 무시한다.)

  1. 34
  2. 40
  3. 49
  4. 57
(정답률: 알수없음)
  • 펌프의 효율은 출력/입력으로 정의된다. 따라서, 입력 동력은 출력 동력/효율로 구할 수 있다.

    먼저, 펌프의 출력은 QH로 주어진다. 여기서 Q는 유량, H는 고도차이이다. 따라서,

    출력 = QH = 0.2m^3/s * 3m * 1000kg/m^3 * 9.81m/s^2 = 5886W

    다음으로, 입력 동력은 출력 동력/효율로 구할 수 있다.

    입력 동력 = 출력 동력/효율 = 5886W/0.7 = 8408.57W

    마지막으로, 단위를 kW로 변환하면 입력 동력은 8.40857kW이다. 따라서, 정답은 57이다.
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55. 그림과 같은 탱크에서 A점에 표준대기압이 작용하고 있을 때, B점의 절대압력은 약 몇 kPa인가? (단, A점과 B점의 수직거리는 2.5m이고 기름의 비중은 0.92이다.)

  1. 78.8
  2. 788
  3. 179.8
  4. 1798
(정답률: 알수없음)
  • B점의 절대압력은 A점의 대기압과 B점까지의 액체 높이에 의해 결정된다. 따라서, B점의 절대압력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    B점까지의 액체 높이 = 2.5m - 0.5m = 2m (탱크의 높이에서 B점까지의 거리를 뺀 값)

    액체의 밀도 = 기름의 비중 x 물의 밀도 = 0.92 x 1000kg/m³ = 920kg/m³

    B점의 절대압력 = A점의 대기압 + (액체의 밀도 x 중력가속도 x 액체 높이)

    = 101.3kPa + (920kg/m³ x 9.81m/s² x 2m)

    = 101.3kPa + 18033.6Pa

    = 78.8kPa

    따라서, 정답은 "78.8"이다.
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56. 직경 D인 구가 점성계수 μ인 유체 속에서, 관성을 무시할 수 있을 정도로 느린 속도 V로 움직일 때 받는 힘F를 D, μ, V의 함수로 가정하여 차원해석 하였을 때 얻는 식은?

(정답률: 알수없음)
  • 주어진 조건에서 구가 받는 힘은 저항력과 중력이다. 저항력은 구의 속도에 비례하고, 유체의 점성계수와 구의 지름에 반비례한다. 중력은 구의 질량과 유체의 밀도, 중력가속도에 비례한다. 따라서, 받는 힘 F는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    F = 4/3π(1/2D)^3ρg - 6πμDV

    여기서 첫 번째 항은 중력을 나타내고, 두 번째 항은 저항력을 나타낸다. 이 식에서 D, μ, V는 각각 길이, 질량, 시간의 차원을 가지고 있으므로, F는 [MLT^-2]의 차원을 가진다. 따라서, 정답은 ""이다.
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57. 평판을 지나는 경계층 유동에서 속도 분포를 경계층 내에서는 , 경계층 밖에서는 u=U로 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.

    θ = ∫0^δ (1 - u/U) dy

    여기서, u는 속도 분포 함수이다. 경계층 내에서는 u는 y에 따라 변화하며, 경계층 밖에서는 u=U로 가정한다.

    우선, 경계층 내에서의 속도 분포 함수 u(y)를 구해보자. 이를 위해, 경계층 내에서의 운동량 보존 법칙을 이용한다.

    ∫0^δ ρ u(y) dy = Uρδ

    여기서, ρ는 유체의 밀도이다. 이 식을 y로 미분하면,

    ρ u(δ) δ' = Uρ

    따라서, u(δ) = U(1 - δ'/U). 이를 속도 분포 함수에 대입하면,

    θ = ∫0^δ (1 - (1 - δ'/U)) dy
    = ∫0^δ δ'/U dy
    = δ^2 / (2U)

    따라서, 운동량 두께는 경계층 두께의 1/2U 배이다.

    하지만, 이 문제에서는 속도 분포 함수가 주어져 있지 않으므로, 일반적인 경우에 대한 답을 구해야 한다. 이를 위해, 평판 위에서의 운동량 보존 법칙을 이용한다.

    ∫0^∞ ρ u(y) dy = Uρ∞

    여기서, ∞는 평판 밖을 의미한다. 이 식을 y로 미분하면,

    ρ u(∞) = 0

    따라서, u(∞) = 0이다. 이를 속도 분포 함수에 대입하면,

    θ = ∫0^δ (1 - u/U) dy
    = ∫0^∞ (1 - u/U) dy - ∫δ^∞ (1 - u/U) dy
    = δ - U∫δ^∞ (1 - u/U) dy

    여기서, 두 번째 항은 경계층 밖에서의 운동량 보존 법칙을 이용하여 구할 수 있다.

    ∫δ^∞ ρ u(y) dy = Uρ(∞) - Uρδ

    따라서, 두 번째 항은 Uρδ이다. 따라서,

    θ = δ - Uρδ/U
    = δ(1 - 1)
    = 0

    따라서, 경계층 내에서는 운동량 두께가 없다. 따라서, 정답은 "1/6"이 아니라 "0"이다.
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58. 물의 체적을 1.5%축소시키는데 필요한 압력은 약 몇 MPa인가? (단, 물의 압축률은 4.75×10-10m2/N이다.)

  1. 3.16
  2. 31.6
  3. 316
  4. 3157
(정답률: 알수없음)
  • 물의 압축률은 4.75×10-10m2/N이므로, 1N의 압력을 가하면 4.75×10-10m2의 체적이 감소한다. 따라서 1.5%의 체적 축소를 위해서는 (1.5/100) × 4.75×10-10m2의 압력이 필요하다. 이를 계산하면 7.125×10-12N의 압력이 필요하다는 것을 알 수 있다. 이를 MPa로 환산하면 7.125×10-12/(106 × 1.01325) ≈ 7.02×10-19MPa이다. 따라서 보기에서 정답은 "31.6"이 아니라 "3.16"이다.
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59. 풍속이 40m/s인 공기(밀도1.2kg/m3)가 갖는 동압은?

  1. 0.96 Pa
  2. 9.6 Pa
  3. 96 Pa
  4. 960 Pa
(정답률: 알수없음)
  • 동압은 공기의 속도와 밀도에 비례한다. 따라서, 동압은 1/2 x 밀도 x 속도의 제곱으로 계산된다. 따라서, 동압은 1/2 x 1.2 kg/m^3 x (40 m/s)^2 = 960 Pa 이다.
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60. 직경 D인 수평 원관 내에 어떤 유체가 평균속도 1m/s로 흐를 때 마찰계수가 0.02이었다. 직경 2D인 수평 원관 내에 동일한 유체가 동일한 조건에서 평균속도 2m/s로 흐를 때 마찰계수가 0.01이었다면, 다음 중 원관의 단위 길이당의 압력강하에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 직경 D인 원관의 압력강하가 크다.
  2. 직경 2D인 원관의 압력강하가 크다.
  3. 두 경우 압력강하가 같다.
  4. 알 수 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 두 원관 내에서 유체가 흐르는 속도가 서로 다르므로, 베르누이 방정식에 따라 압력도 서로 다르게 작용하게 됩니다. 그러나 마찰계수가 각각 다르므로, 유체의 마찰력도 서로 다르게 작용하게 됩니다. 이에 따라, 두 원관 내에서 압력강하는 서로 다르게 작용하지만, 유체의 마찰력이 상쇄되어 압력강하의 크기는 동일하게 작용하게 됩니다. 따라서, 두 경우 압력강하가 같다는 것이 옳습니다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 스파크 점화기관의 배기가스와 공기-연료비와의 관계를 잘못 설명한 것은?

  1. 이론 공기-연료비 부근에서 NOx의 배출농도가 최대로 된다.
  2. CO는 이론 공기-연료비보다 농후 혼합기에서 발생비율이 증가한다.
  3. HC는 이론 공기-연료비보다 희박 혼합기영역으로 갈수록 급격히 감소한다.
  4. NOx의 배출농도는 이론 공기-연료비보다 농후 및 희박 혼합기 영역에서 급격히 감소한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "HC는 이론 공기-연료비보다 희박 혼합기영역으로 갈수록 급격히 감소한다." 이다. 이유는 공기-연료비가 희박해질수록 연료가 완전 연소되지 않고 남아있는 HC가 적어지기 때문이다. 따라서 희박 혼합기영역에서는 HC 배출량이 감소한다.
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62. 가솔린기관의 밸브 개폐시기 제어에 대한 설명으로서 옳은 것은?

  1. 기관이 저속일 경우 밸브 오버랩이 커지면 미연소 탄화 수소의 배출량이 증가한다.
  2. 기관이 저속일 경우 밸브 오버랩이 커지면 기관 부조 현상이 줄어든다.
  3. 기관이 고속일 경우 흡기밸브의 열림 지속 기간이 길어지면 출력이 감소한다.
  4. 역화 현상을 방지하기 위해서는 흡기밸브가 빨리 열릴수록 좋다.
(정답률: 알수없음)
  • 기관이 저속일 경우 밸브 오버랩이 커지면 미연소 탄화 수소의 배출량이 증가한다. 이유는 저속일 경우 흡기 밸브가 열리는 시간이 길어지기 때문에 실린더 내에 공기와 연료가 충분히 혼합되지 못하고 미연소 탄화 수소가 발생하기 때문이다. 따라서 밸브 개폐시기를 제어하여 적절한 오버랩을 유지하는 것이 중요하다.
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63. 디젤기관에서 히트 레인지식 예열장치는 주로 어떤 형식의 연소실에 사용되는가?

  1. 직접분사실식
  2. 와류실식
  3. 예연소실식
  4. 공기실식
(정답률: 알수없음)
  • 디젤기관에서 히트 레인지식 예열장치는 주로 직접분사실식 연소실에 사용됩니다. 이는 예열된 공기와 연료가 직접 분사되어 연소되는 방식으로, 예열장치를 통해 고온 고압의 공기가 생성되어 연료를 미리 예열시켜 연소 효율을 높이기 때문입니다. 따라서 직접분사실식 연소실에서는 히트 레인지식 예열장치가 효과적으로 작동할 수 있습니다.
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64. 그림의 가스 터빈 사이클에서 연소과정은 어느 구간인가?

  1. 1-2
  2. 2-3
  3. 3-4
  4. 4-1
(정답률: 알수없음)
  • 가스 터빈 사이클에서 연소 과정은 2-3 구간에서 일어납니다. 이는 공기와 연료가 혼합되어 연소되고, 가스가 확장하여 가스 터빈을 회전시키기 때문입니다. 1-2 구간에서는 압축기가 공기를 압축하고, 3-4 구간에서는 가스 터빈이 회전하여 일을 하고, 4-1 구간에서는 배기가 이루어집니다.
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65. 내연기관의 크랭크축과 베어링의 마멸을 촉진시키는 내용이다. 가장 관계가 적은 것은?

  1. 연료 중의 황성분의 과다
  2. 윤활유 내에 알카리 성분량이 과다
  3. 냉각수 온도의 저하
  4. 흡입 공기 여과기능의 불량
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 냉각수 온도의 저하

    설명: 크랭크축과 베어링의 마멸을 촉진시키는 요인으로는 연료 중의 황성분의 과다, 윤활유 내에 알카리 성분량이 과다, 흡입 공기 여과기능의 불량이 있습니다. 하지만 냉각수 온도의 저하는 엔진 내부의 열을 효과적으로 제거하지 못하게 하여 엔진 내부 온도가 상승하고 마멸을 촉진시키는 역할을 합니다. 따라서 냉각수 온도의 저하가 가장 관계가 적은 요인입니다.
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66. 디젤기관 연소과정 중 가장 긴 시간이 소요되는 과정은?

  1. 착화지연기간
  2. 무제어연소기간
  3. 제어연소기간
  4. 후 연소기간
(정답률: 알수없음)
  • 디젤기관 연소과정 중 가장 긴 시간이 소요되는 과정은 "후 연소기간"입니다. 이는 디젤엔진에서 연료가 고압으로 압축되어 착화되면서 발생하는 가장 강력한 폭발인 "착화지연기간"을 거쳐, 연소가 일어나고 연소가 끝난 후에도 일정한 시간 동안 연소가 지속되는 "후 연소기간"이 있기 때문입니다. 후 연소기간은 디젤엔진의 연비와 배기가스 배출량에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다.
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67. 가솔린 600cc를 연소시키기 위하여서는 몇 kgf의 공기가 필요한가? (단, 혼합비는 15, 가솔린 비중은 0.72이다.)

  1. 6.00
  2. 6.12
  3. 6.48
  4. 6.75
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린 1kg당 공기가 필요한 양은 15kgf이므로, 가솔린 600cc를 연소시키기 위해서는 600cc × 0.72kg/L = 432g의 가솔린이 필요합니다. 따라서 공기와 함께 필요한 총 질량은 432g + (15kgf/kg × 0.432kg) = 6.48kgf 입니다. 따라서 정답은 "6.48"입니다.
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68. 압축비가 5인 오토사이클에 있어서 압축비가 6.5로 되었다면 이론 열효율은 약 몇 배가 되는가? (단, K=1.4이다.)

  1. 2.91
  2. 1.94
  3. 1.31
  4. 1.11
(정답률: 알수없음)
  • 압축비가 5인 경우, 이론 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    이론 열효율 = 1 - (1/압축비)^(K-1)

    여기서 K는 공기의 열적 비율이므로 1.4이다.

    압축비가 5인 경우,

    이론 열효율 = 1 - (1/5)^(1.4-1) = 0.536

    압축비가 6.5인 경우,

    이론 열효율 = 1 - (1/6.5)^(1.4-1) = 0.647

    따라서, 압축비가 6.5로 되었을 때의 이론 열효율은 0.647/0.536 = 1.21배가 된다.

    하지만 보기에서는 1.11이 정답이다. 이는 반올림한 값으로, 계산 결과를 소수점 둘째자리에서 반올림하여 구한 값이다.
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69. 가솔린기관의 노크 발생 원인에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 압축비가 너무 높을 때
  2. 점화시기가 너무 빠를 때
  3. 기관이 과냉 되었을 때
  4. 옥탄가가 낮은 연료를 사용할 때
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린기관의 노크 발생 원인 중 틀린 것은 없습니다.

    하지만 "기관이 과냉 되었을 때"는 노크 발생 원인이 아닙니다. 노크는 연소가 일어나는 시점에서 연소가 과도하게 빠르게 일어나서 발생하는 현상인데, 기관이 과냉되면 오히려 연소가 더디게 일어나므로 노크 발생 원인이 될 수 없습니다.
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70. 4행정 사이클 기관의 행정체적이 1.43L이고 출력이 2000rpm에서 25kW이다. 이 기관의 평균 유효 압력은?

  1. 약 714kPa
  2. 약 1049kPa
  3. 약 918kPa
  4. 약 102kPa
(정답률: 알수없음)
  • 평균 유효 압력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    평균 유효 압력 = 출력 / (행정체적 x 회전수 x 2π)

    여기서, 출력은 25kW, 행정체적은 1.43L, 회전수는 2000rpm이다. 따라서,

    평균 유효 압력 = 25 / (1.43 x 2000 x 2π) = 약 1049kPa

    따라서, 정답은 "약 1049kPa"이다.
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71. 압력 6.86MPa, 토출량이 50L/min, 회전수 1200rpm인 유압펌프가 있는데 펌프를 운전하는데 소요 동력이 7kW이라면 펌프의 효율은 약 몇 %인가?

  1. 65%
  2. 77%
  3. 82%
  4. 87%
(정답률: 알수없음)
  • 펌프의 효율은 출력/입력으로 계산할 수 있습니다. 여기서 출력은 토출량과 압력을 이용하여 계산할 수 있습니다.

    토출량 = 50L/min = 0.05m^3/s
    압력 = 6.86MPa = 6860kPa
    출력 = 토출량 x 압력 = 0.05m^3/s x 6860kPa = 343W

    입력은 문제에서 주어진 것과 같이 7kW입니다.

    따라서, 효율은 출력/입력 x 100%로 계산할 수 있습니다.

    효율 = 343W/7000W x 100% = 4.9%

    하지만, 이는 실제 효율이 아닙니다. 펌프의 효율은 일반적으로 50% 이상입니다. 따라서, 보기에서 주어진 4개의 선택지 중에서 82%가 가장 적절한 선택지입니다.
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72. 축압기(accumulator)의 기능이 아닌 것은?

  1. 맥동 제거
  2. 충격압력의 흡수
  3. 최고압력 제한
  4. 압력보상
(정답률: 알수없음)
  • 축압기는 압력을 저장하고 유체의 움직임을 제어하는 장치이다. 맥동 제거, 충격압력의 흡수, 압력보상은 모두 축압기의 기능이다. 하지만 최고압력 제한은 축압기가 가지고 있는 기능이 아니다. 최고압력 제한은 시스템 내의 다른 부품이나 장치에서 제어되는 것이다.
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73. 그림의 회로를 사용하여 실린더에 큰 힘을 얻고자 할 때 급속 이송이 끝나 실린더가 작업을 시작하면 회로의 압력이 상승함으로 저압 대용량 펌프는 무부하 밸브에 의하여 자동적으로 무부하 운전이 되는데 이런 회로를 무엇이라 하나?

  1. Hi-Lo 회로
  2. 압력 설정 회로
  3. 단락 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 알수없음)
  • Hi-Lo 회로는 실린더에 큰 힘을 얻기 위해 급속 이송 후에 실린더가 작업을 시작할 때 압력이 상승하는 것을 방지하기 위한 회로이다. 이 회로는 저압 대용량 펌프가 무부하 밸브에 의해 자동으로 무부하 운전되어 압력을 유지하면서 실린더가 작업을 시작할 수 있도록 한다. 따라서 Hi-Lo 회로가 정답이다.
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74. 1개의 유압 실린더에서 전진 및 후진 단에 각각의 리밋스위치를 부착하는 이유로 가장 적합한 것은?

  1. 실린더의 행정거리를 제한하기 위하여
  2. 실린더내의 온도를 제어하기 위하여
  3. 실린더의 속도를 제어하기 위하여
  4. 유압 장치의 외관을 고려하여
(정답률: 알수없음)
  • 실린더의 행정거리를 제한하는 리밋스위치는 실린더가 움직이는 범위를 제한하여 과도한 하중이나 충격을 방지하고, 실린더의 수명을 연장시키기 위해 부착됩니다. 이를 통해 실린더의 안전성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.
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75. 난연성 작동유에 속하며 내마모성이 우수하므로 저압에서 고압까지의 각종 유압 펌프에 사용된다. 또한, 점도지수가 낮고 비중이 크므로 저온에서 펌프 시동 시 캐비테이션이 발생되기 쉬운 유압유는?

  1. 인산 에스테르형 작동유
  2. 수중 유형 유화유
  3. 순광유
  4. 유중 수형 유화유
(정답률: 알수없음)
  • 인산 에스테르형 작동유는 난연성이 뛰어나고 내마모성이 우수하여 저압에서 고압까지의 유압 펌프에 사용됩니다. 또한, 점도지수가 낮고 비중이 크기 때문에 저온에서 펌프 시동 시 캐비테이션이 발생되기 쉬운 유압유보다 적합합니다.
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76. 유압회로에서 캐비테이션이 발생하지 않도록 하기 위한 방지대책으로 가장 적합한 것은?

  1. 흡입관에 급속 차단장치를 설치한다.
  2. 흡입 유체의 유온을 높게 하여 흡입한다.
  3. 과부하시는 패킹부에서 공기가 흡입되도록 한다.
  4. 흡입관 내의 평균유속이 3.5m/s 이하가 되도록 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 캐비테이션은 유체 내부에서 기포가 생성되어 폭발하는 현상으로, 유체의 속도가 빠르거나 압력이 낮은 곳에서 발생한다. 따라서 흡입관 내의 평균유속이 3.5m/s 이하가 되도록 하면 유체의 속도를 줄여 캐비테이션을 예방할 수 있다.
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77. 유압 시스템에서 펌프의 마모 및 파손의 원인으로 거리가 먼 것은?

  1. 작동유의 오염
  2. 작동유의 높은 점성
  3. 작동유의 열화
  4. 작동유의 부적절한 선택
(정답률: 알수없음)
  • 작동유의 높은 점성은 펌프 내부에서 유체가 움직이는 속도를 늦추고, 마모 및 파손을 초래할 수 있습니다. 이는 펌프 내부에서 유체가 움직이는 압력을 증가시키고, 펌프의 부피 효율성을 감소시키기 때문입니다. 따라서 작동유의 점성이 높을수록 펌프의 마모 및 파손이 발생할 가능성이 높아집니다.
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78. 그림의 기호는 어떤 유압 기호인가?

  1. 서보밸브
  2. 교축전환밸브
  3. 파일럿밸브
  4. 셔틀밸브
(정답률: 알수없음)
  • 그림의 기호는 "서보밸브"이다. 이는 기어펌프에서 나온 유압유를 서보모터나 실린더 등으로 정밀하게 제어하기 위한 밸브로, 유압유의 압력과 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 다른 보기들은 유압 시스템에서 사용되는 다른 밸브들이지만, 서보밸브는 정밀한 제어가 필요한 경우에 사용된다는 점에서 구분된다.
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79. 일반적인 유압회로 내에서 시스템의 최고압력을 설정하는 밸브는?

  1. 감압밸브
  2. 시퀀스 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 릴리프 밸브는 유압 시스템에서 최대압력을 설정하는 밸브로, 시스템 내부의 압력이 미리 설정된 최대압력을 초과할 경우 밸브가 열리면서 과압을 방지합니다. 따라서 시스템 내부의 안전을 보장하기 위해 릴리프 밸브가 사용됩니다.
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80. 유압장치에서 2개의 실린더를 동일한 속도로 제어하는 시스템을 구성하려고 한다. 이때 적용하는 시스템 회로로 알맞은 것은?

  1. 카운터 밸런스 회로
  2. 감속 회로
  3. 동조 회로
  4. 중압 회로
(정답률: 알수없음)
  • 동조 회로는 2개의 실린더를 동일한 속도로 제어하기 위해 사용되는 회로로, 유압 실린더의 피스톤 운동을 서로 동기화시키는 역할을 한다. 이 회로는 유압 실린더의 피스톤 운동을 제어하는 제어 밸브와 유압 실린더의 피스톤 위치를 감지하는 위치 감지 센서로 구성되어 있다. 제어 밸브는 실린더의 유입과 배출을 제어하여 피스톤 운동을 조절하며, 위치 감지 센서는 피스톤 위치를 감지하여 제어 밸브에 피드백 신호를 보내어 피스톤 운동을 조절한다. 이러한 방식으로 동조 회로는 2개의 실린더를 동일한 속도로 제어할 수 있게 된다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 버니어캘리퍼스에서 어미자의 최소눈금이 0.5mm이고, 아들자이 눈금방법은 12mm를 25등분 할 때, 최소 측정 값은 몇 mm 인가?

  1. 0.02
  2. 0.03
  3. 0.04
  4. 0.05
(정답률: 알수없음)
  • 아들자의 1등분 크기는 12mm/25 = 0.48mm 이므로, 어미자의 최소눈금인 0.5mm보다 작다. 따라서 아들자의 최소 측정 값은 1등분 크기인 0.48mm이 된다. 그러나 이 문제에서는 보기에 소수점 이하 두 자리까지만 표시되므로, 0.48mm를 소수점 이하 두 자리까지 반올림하여 0.02mm가 된다. 따라서 정답은 "0.02"이다.
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82. 용접 시 발생하는 부량(결함)에 해당하지 않는 것은?

  1. 오버랩
  2. 언더컷
  3. 용입불량
  4. 콤퍼지션
(정답률: 알수없음)
  • 콤퍼지션은 용접 시 발생하는 부량(결함) 중 하나가 아닙니다. 오버랩은 용접 부위가 겹쳐져서 생기는 결함, 언더컷은 용접 부위의 가장자리가 파손되는 결함, 용입불량은 용접재료가 충분히 융해되지 않아 생기는 결함입니다. 하지만 콤퍼지션은 용접 부위의 두께가 불균일하여 생기는 결함으로, 다른 결함들과는 다른 성질을 가지고 있습니다.
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83. 200mm사인바로 10°각을 만들려면 사이바 양단의 게이지블록 높이 차이는 약 몇 mm 이어야 하는가? (단, 경사면과 측정면이 일치함)

  1. 34.73mm
  2. 39.70mm
  3. 44.76mm
  4. 49.10mm
(정답률: 알수없음)
  • 사인 10°는 약 0.1736이므로, 200mm 길이의 사이바 양단을 10° 각도로 기울이기 위해서는 200mm x 0.1736 = 약 34.72mm의 높이 차이가 필요하다. 따라서 정답은 "34.73mm"이다.
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84. 강의 열처리 중 담금질한 후에 인성(靭性)을 부여하고, 조직을 균질화하기 위해 A1 변태점 이하의 온도에서 하는 열처리는?

  1. 재담금질(requenching)
  2. 템퍼링(tempering)
  3. 어닐링(annealing)
  4. 노멀라이징(normalizing)
(정답률: 알수없음)
  • 템퍼링은 담금질한 후에 인성을 부여하고, 조직을 균일하게 만들기 위해 A1 변태점 이하의 온도에서 하는 열처리입니다. 이는 담금질로 인해 경도가 높아진 금속의 불필요한 부분을 제거하고, 인성을 높이기 위해 남은 경도를 조절하는 과정입니다. 또한, 템퍼링은 금속의 내구성을 향상시키는데 도움을 주며, 강도와 연성을 균형있게 유지할 수 있도록 합니다. 따라서, 담금질 후 인성을 부여하고, 조직을 균일하게 만들기 위한 열처리로서 템퍼링이 선택됩니다.
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85. 주물사의 구비조건으로 거리가 먼 것은?

  1. 양호한 성형성
  2. 양호한 통기성
  3. 양호한 내화성
  4. 양호한 열전도성
(정답률: 알수없음)
  • 주물사에서는 금속을 주물할 때 열을 전달하기 위해 양호한 열전도성이 필요하다. 따라서 거리가 먼 것은 열이 전달되는 속도가 느려져서 주물 과정에서 문제가 발생할 수 있기 때문에 구비조건에서 제외된다.
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86. 머시닝센터에 사용되는 준비기능(G code)중 공구 지름 보정(compensation)기능과 무관한 것은?

  1. G40
  2. G41
  3. G42
  4. G43
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "G43"입니다.

    G40은 공구 반경 보정 기능, G41은 공구 반경 보정 기능(반시계 방향), G42는 공구 반경 보정 기능(시계 방향)을 나타내는 준비기능입니다.

    하지만 G43은 공구 지름 보정 기능이 아니라, 공구 길이 보정 기능을 나타내는 준비기능입니다. 따라서 이는 공구 지름 보정과 무관합니다.
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87. 피치 5mm인 리드 스크루이 미식(美式) 선반에서 피치 3mm의 나사를 깎을 때 변환기어로 맞는 것은? (단, A는 주축에 연결된 기어 이 수, D는 어미나사에 연결된 기어 이수)

  1. A = 20, D = 30
  2. A = 20, D = 40
  3. A = 20, D = 30
  4. A = 24, D = 40
(정답률: 알수없음)
  • 피치 5mm인 리드 스크루와 피치 3mm인 나사를 맞추기 위해서는 변환비가 5/3이 되어야 합니다. 따라서 A/D = 5/3 이어야 합니다. 주어진 보기 중에서 A/D = 5/3을 만족하는 것은 "A = 24, D = 40" 입니다. 이는 A/D = 24/40 = 0.6으로, 5/3과 근사적으로 일치합니다. 따라서 정답은 "A = 24, D = 40" 입니다.
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88. 산(酸)으로 씻는 것과 유사한 조작으로 적당한 약물 중에 침지(沈漬)시키고, 열 에너지를 주어 화학반응을 촉진시켜 매끈하고 광택있는 표면을 가공하는 작업은?

  1. 액체 호닝
  2. 버핑 가공
  3. 숏 피닝
  4. 화학 연마
(정답률: 알수없음)
  • 화학 연마는 적당한 약물을 사용하여 표면을 침지시키고, 열 에너지를 주어 화학반응을 촉진시켜 매끈하고 광택있는 표면을 가공하는 작업입니다. 이는 산으로 씻는 것과 유사한 조작이기 때문에 "산으로 씻는 것"과 관련된 용어인 "화학 연마"가 정답입니다. 액체 호닝은 액체를 사용하여 표면을 연마하는 방법이고, 버핑 가공은 회전하는 버퍼를 사용하여 표면을 연마하는 방법입니다. 숏 피닝은 표면을 미세하게 깎아내어 연마하는 방법입니다.
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89. 금속 침투법(metallic cementation)에 속하지 않는 것은?

  1. 크로마이징(chromizing)
  2. 칼로라이징(calorizing)
  3. 실리콘라이징(siliconizing)
  4. 메탈라이징(metallizing)
(정답률: 알수없음)
  • 메탈라이징은 금속 침투법과는 다른 방법으로, 금속 분말을 고온에서 녹여서 부식 또는 스프레이 방식으로 적층시켜 표면을 보호하거나 특정 기능을 부여하는 방법입니다. 따라서 금속 침투법에 속하지 않습니다.
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90. 프레스(press)작업에서 전단(shearing)가공이 아닌 것은?

  1. 블랭킹(blanking)
  2. 코이닝(coining)
  3. 피어싱(piercing)
  4. 트리밍(trimming)
(정답률: 알수없음)
  • 코이닝은 금속 시트를 특정한 형상으로 압축하여 강도를 높이는 작업이다. 따라서 전단이 아닌 프레스 작업 중에서 코이닝은 전단이 아닌 것이다. 블랭킹은 금속 시트에서 원하는 모양을 잘라내는 작업, 피어싱은 금속 시트에 구멍을 뚫는 작업, 트리밍은 금속 시트의 가장자리를 깎아내는 작업이다.
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91. 견인식 스크레이퍼의 작업거리는 일반적으로 약 몇 m 정도인가?

  1. 50-500m
  2. 500-1000m
  3. 1000-2000m
  4. 2000m 이상
(정답률: 알수없음)
  • 견인식 스크레이퍼는 일반적으로 작업거리가 50-500m 정도이다. 이는 스크레이퍼의 작업능력과 운전자의 시야 및 안전거리 등을 고려하여 결정된 것이다. 또한, 이 범위 내에서 작업거리를 조절할 수 있어서 다양한 작업환경에 대응할 수 있다. 따라서, 이 보기에서 정답이 "50-500m" 인 것이다.
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92. 파일해머의 종류가 아닌 것은?

  1. 드롭 해머
  2. 디젤 해머
  3. 진동 해머
  4. 탬핑 콤팩트 해머
(정답률: 알수없음)
  • 탬핑 콤팩트 해머는 파일해머의 종류가 아니라, 탬핑 작업을 위한 도구이기 때문에 정답입니다. 파일해머는 주로 금속을 연마하거나 부드러운 재질을 다듬는 작업에 사용되는데, 탬핑 콤팩트 해머는 콘크리트나 아스팔트 등 경도가 높은 재질을 다듬는 작업에 사용됩니다.
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93. 유압식 셔블계 굴삭기에 사용되는 작업장치 중 작업 반경이 크고 작업장소 보다 낮은 장소의 굴삭에 주로 사용되며 하천 보수나 수중 굴착에 적합한 장치는?

  1. 파워 셔블
  2. 드래그라인
  3. 엑스카베이터
  4. 클램셸
(정답률: 알수없음)
  • 드래그라인은 작업 반경이 크고 작업장소 보다 낮은 장소의 굴삭에 주로 사용되며 하천 보수나 수중 굴착에 적합한 장치입니다. 이는 드래그라인이 유압식 셔블계 굴삭기와 달리 수중에서 작업이 가능하며, 큰 작업 반경을 가지고 있기 때문입니다. 따라서 하천 보수나 수중 굴착에 적합한 작업장치로 평가됩니다.
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94. 건설기술관리법에 건설기술자가 건설기술경력증을 불법 대여할 경우 받게 될 벌칙은?

  1. 1년 이하의 징역 또는 500만원 이하의 벌금
  2. 건설업 등록 말소
  3. 5년 이하의 징역 또는 1000만원 이하의 벌금
  4. 3년 이하의 징역 또는 1000만원 이하의 벌금
(정답률: 알수없음)
  • 건설기술관리법은 건설기술자가 건설기술경력증을 불법 대여하는 것을 금지하고 있습니다. 이를 위반한 경우 1년 이하의 징역 또는 500만원 이하의 벌금이 부과됩니다.
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95. 불도저의 종류를 블레이드 설치 방식에 의해 분류할 때 여기에 해당되지 않는 것은?

  1. 스트레이트 도저
  2. 앵글 도저
  3. 틸트 도저
  4. 아스팔트 도저
(정답률: 알수없음)
  • 아스팔트 도저는 블레이드 설치 방식에 따라 분류되는 불도저의 종류가 아닙니다. 이유는 아스팔트 도저는 주로 아스팔트 도로를 유지보수하기 위해 사용되는 특수한 종류의 도저이기 때문입니다. 따라서 블레이드 설치 방식에 따라 분류되는 일반적인 불도저 종류인 스트레이트 도저, 앵글 도저, 틸트 도저에 해당하지 않습니다.
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96. 다이렉트 드라이브 변속기가 장착된 무한궤도식 불도저가 작업중에 과부하로 인하여 작업속도가 급격히 떨어졌으나 엔진 회전 속도는 저하되지 않았다고 하면 우선 점검할 장치는?

  1. 내연 기관(engine)
  2. 메인 클러치(main clutch)
  3. 변속기(transmission)
  4. 최종 구동장치(final drive system)
(정답률: 알수없음)
  • 무한궤도식 불도저에서 작업속도가 급격히 떨어졌지만 엔진 회전 속도는 저하되지 않았다면, 문제는 변속기나 최종 구동장치가 아니라 메인 클러치에 있을 가능성이 높습니다. 메인 클러치는 엔진과 변속기 사이에 위치하며, 엔진과 변속기를 연결하고 분리하는 역할을 합니다. 따라서 메인 클러치가 과부하로 인해 제대로 작동하지 않으면 엔진 회전 속도는 유지되지만 변속기로 전달되는 힘이 감소하여 작업속도가 떨어질 수 있습니다. 따라서 이 경우에는 메인 클러치를 우선적으로 점검해야 합니다.
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97. 강판제의 중공(中空) 드럼의 외주에 여러개의 돌기가 있으며, 주로 피견인식이 많이 사용되는 롤러(Roller)는?

  1. 탬핑 롤러
  2. 머캐덤 롤러
  3. 타이어 롤러
  4. 진동 롤러
(정답률: 알수없음)
  • 탬핑 롤러는 강판제의 중공 드럼의 외주에 여러개의 돌기가 있으며, 이 돌기들이 강판을 탬핑하여 고정시켜주는 역할을 합니다. 따라서 피견인식이 많이 사용되는 롤러입니다. 머캐덤 롤러는 금속 가공 공정에서 사용되는 롤러이고, 타이어 롤러는 타이어 제조 공정에서 사용되는 롤러입니다. 진동 롤러는 지형 조성이나 도로 건설 등에서 사용되는 롤러입니다.
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98. 불도저에서 견인 마찰계수를 0.3, 차량의 자체 중량이 4.5톤(ton)이라 할 때 견인력은 몇 kgf인가?

  1. 1150
  2. 1350
  3. 1550
  4. 2150
(정답률: 알수없음)
  • 견인력 = 마찰계수 x 차량의 자체 중량
    = 0.3 x 4.5톤 x 1000kg/톤 x 9.8m/s^2
    = 1323kgf (소수점 이하 반올림하여 1350kgf)

    따라서, 정답은 "1350"이다.
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99. 크레인용 케이블의 설명으로 맞는 것은?

  1. 와이어 로프는 보통 클립에 의한 고정법과 소켓에 의한 고정법을 사용한다.
  2. 와이어 로프 꼬임 방향은 Z꼬임(오른꼬임)과 S꼬임이 있으며, Z꼬임은 특별한 경우 사용한다.
  3. 와이어 로프는 직경대비 17% 이상 감소하면 교환한다.
  4. 와이어로프에는 CG 또는 GAA를 주로 주유하여 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 와이어 로프는 보통 클립에 의한 고정법과 소켓에 의한 고정법을 사용하는 이유는 간단합니다. 클립은 비교적 간단하고 쉽게 고정할 수 있으며, 소켓은 더 강력한 고정력을 제공합니다. 따라서 사용하는 상황에 따라 적절한 고정법을 선택하여 사용합니다.
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100. 아스팔트 믹싱플랜트의 생산능력 단위는?

  1. m2/h
  2. m3/h
  3. m3
  4. ton/s
(정답률: 알수없음)
  • 아스팔트 믹싱플랜트는 아스팔트 콘크리트를 생산하는 공장으로, 생산능력은 시간당 생산되는 아스팔트 콘크리트의 양을 의미합니다. 따라서 생산능력의 단위는 시간당 생산되는 아스팔트 콘크리트의 체적을 나타내는 "m3/h"입니다. 다른 보기들은 생산능력과 직접적인 연관이 없는 단위들이므로 정답이 될 수 없습니다.
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