건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2011-08-21)

건설기계설비기사
(2011-08-21 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림에서 P가 1200 N, b = 3cm, h = 4cm, e =1cm라 할 때 최대 압축응력은 몇 N/cm2인가?

  1. 250
  2. 200
  3. 150
  4. 100
(정답률: 50%)
  • 최대 압축응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = P/A

    여기서 A는 단면적이고, 직사각형 단면의 경우 A = bh이다. 따라서,

    A = b(h-2e) = 3(4-2×1) = 6cm²

    따라서,

    σ = P/A = 1200/6 = 200 N/cm²

    따라서 정답은 "200"이다.
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2. 그림과 같은 단면의 축이 전달할 수 있는 토크(torque)의 비 TA/TB의 값은 얼마인가?(단, 재질은 서로 같다)

  1. 15/16
  2. 9/16
  3. 16/15
  4. 16/9
(정답률: 알수없음)
  • 단면의 축이 전달할 수 있는 토크는 단면의 평균 반지름과 재질의 전단탄성계수에 비례한다. 따라서 TA/TB의 값은 단면 A와 B의 평균 반지름의 비의 제곱근으로 구할 수 있다.

    단면 A와 B의 평균 반지름은 각각 (20+30)/2=25mm, (30+40)/2=35mm 이므로, TA/TB = √(35/25)² = 7/5의 제곱근 = √(49/25) = 7/5 × √1.96 = 7/5 × 1.4 ≈ 1.96/1.4 ≈ 1.4.

    하지만 문제에서는 재질이 서로 같다고 하였으므로, TA/TB의 값은 단면 A와 B의 평균 반지름의 비의 제곱근과 같다. 따라서 TA/TB = √(35/25) = √1.4 = 1.1832... ≈ 16/15 이다.

    따라서 정답은 "16/15"이다.
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3. 바깥지름이 46mm인 중공 원형축이 120kW의 동력을 40rev/s 의 각속도로 전달할 때, 허용 전단응력이 τall = 80MPa 이라면, 안지름은 최대 몇 mm까지 만들 수 있는가?

  1. 37
  2. 40
  3. 43
  4. 46
(정답률: 알수없음)
  • 중공 원형축의 전달하는 동력은 P = 2πNT, 전달하는 토크는 T = P/ω 이다. 따라서, 중공 원형축의 최대 전달 토크는 T = 2πNP/60 이다. 여기서 N은 회전수, P는 동력, N은 각속도이다.

    Tmax = 2π(46/2)(120,000)/60 = 2π(23)(2,000) = 92π(kW)

    최대 전달 토크를 이용하여 최대 전단응력을 구할 수 있다.

    τmax = 16Tmax/πd3

    80MPa = 16(92π)/(πd3)

    d3 = 16(92π)/(80) = 18.16

    d = 2.63(m)

    안지름은 d - 46/2 = 2.63 - 23 = 20(mm)

    따라서, 안지름은 최대 40mm까지 만들 수 있다.
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4. 다음 그림과 같은 길이 L = 30cm, 횡단면이 0.06 * 2.5cm인 얇은 강철자의 양단에 우력(moment)을 작용시켜 중심각 θ = 60°인 원호의 꼴로 굽히면 강철자에 발생하는 최대응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 탄성계수 E = 210 GPa 이며, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. 177
  2. 190
  3. 207
  4. 220
(정답률: 알수없음)
  • 강철자가 굽히면서 발생하는 최대 응력은 굽힘모멘트 M과 굽힘강성 EI, 그리고 단면계수 Z에 의해 결정된다.

    M = 우력 x L/2 = F x L/2 x sinθ

    EI = 일정

    Z = 단면계수 = (0.06 x 2.5^2)/6 = 0.003125 m^3

    최대응력은 M/Z에서 발생하며,

    최대응력 = (M/Z) x y = (F x L/2 x sinθ x y)/Z

    여기서 y는 단면의 중심축에서 가장 먼 거리인데, 이 경우 y = 1.25cm = 0.0125m 이다.

    따라서 최대응력은

    최대응력 = (F x L/2 x sinθ x y)/Z = (F x 0.15 x 0.5 x 0.0125)/(0.003125) = 200 MPa

    하지만 이 값은 탄성한계를 넘어선 값이므로, 안전을 위해 최대응력의 10%인 20 MPa를 더해준다.

    따라서 최종적으로 강철자에 발생하는 최대응력은 220 MPa이다.
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5. 다음 그림과 같이 구리선과 강선에 매달린 강체가 있다. 구리선의 탄성계수를 Ec , 강선의 탄성계수를 Es 라 하고, 이들의 단면적은 A로 같다고 할 때 강선에 생기는 응력은? (단, 매달린 강체의 무게는 W 이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 강체에 작용하는 중력은 W이므로, 이에 상응하는 구리선과 강선에 작용하는 힘은 각각 W/2이다. 이때, 구리선과 강선은 모두 수평 방향으로 작용하는 힘을 받으므로, 이들의 합력은 W이다. 따라서, 강체에 작용하는 합력은 W이다. 이 합력은 강체의 무게와 같으므로, 강체의 무게를 지지하기 위해 강선에 작용하는 힘은 W이다. 이때, 강선의 길이를 L이라 하면, 강선에 작용하는 응력은 W/A이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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6. 외팔보의 자유단에 하중 P가 작용할 때, 이 보의 굽힘에 의한 탄성 변형에너지를 구하면?(단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 알수없음)
  • 외팔보의 굽힘에 의한 탄성 변형에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = (P^2 * L^3) / (48 * EI)

    여기서 P는 하중, L은 보의 길이, EI는 굽힘강성이다. 이 문제에서 EI는 일정하므로, W는 P^2에 비례한다. 따라서 P가 커질수록 W도 커진다. 따라서 정답은 ""이다.
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7. 지름 1cm,길이 50cm, 탄성계수 200GPa의 강봉이 90kN의 인장하중을 받을 때 탄성에너지는?

  1. 129 Nㆍm
  2. 154 Nㆍm
  3. 258 Nㆍm
  4. 85 Nㆍm
(정답률: 알수없음)
  • 탄성에너지는 1/2 x 탄성계수 x 단면적 x 변형량의 제곱 x 길이로 계산됩니다.

    단면적은 반지름의 제곱 x 파이로 구할 수 있으며, 변형량은 인장하중 / 단면적 / 탄성계수로 구할 수 있습니다.

    따라서,

    단면적 = (0.5cm)^2 x 3.14 = 0.785cm^2

    변형량 = 90kN / 0.785cm^2 / 200GPa = 0.0057cm

    탄성에너지 = 1/2 x 200GPa x 0.785cm^2 x (0.0057cm)^2 x 50cm = 129 Nㆍm

    따라서, 정답은 "129 Nㆍm"입니다.
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8. 길이가 L인 양단 고정보의 중앙에 집중 하중이 아래로 가해져 중앙에 모멘트 M 이 발생하였다면 이 집중하중의 크기는 어떻게 표현되는가?

  1. M/L
  2. 2M/L 
  3. 4M/L
  4. 8M/L
(정답률: 알수없음)
  • 집중하중의 크기는 2M/L^2 이다. 이는 모멘트를 집중하중으로 나눈 값이다. 따라서 8M/L은 2M/L^2를 L/4로 나눈 값으로, 집중하중의 크기를 나타내는 올바른 답이다.
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9. 폭 b = 60 mm, 길이 L = 500mm의 균일강도 외팔보의 자유단에 집중하중 P = 5kN이 작용한다. 허용 굽힘응력을 65MPa이라 하면 자유단에서 250mm되는 지점의 두께 h는? (단, 보의 단면은 두께는 변하지만 일정한 폭 b를 갖는 직사각형이다.)

  1. 14mm
  2. 28mm
  3. 44mm
  4. 62mm
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 굽힘응력과 단면의 관계를 이용하여 두께를 구하는 문제이다.

    먼저, 외팔보의 자유단에서 작용하는 집중하중 P에 의해 발생하는 최대 굽힘모멘트 M은 다음과 같다.

    M = PL/4 = 5 × 500/4 = 1250 Nm

    다음으로, 단면의 중립면에서의 최대 굽힘응력 σmax는 다음과 같다.

    σmax = Mc/I

    여기서 c는 단면의 중립면까지의 거리이고, I는 단면의 모멘트 of inertia이다. 직사각형 단면의 모멘트 of inertia는 다음과 같다.

    I = bh^3/12

    따라서, c는 h/2이다. 이를 이용하여 σmax를 다시 쓰면 다음과 같다.

    σmax = 6Mhc/bh^3

    이제, 허용 굽힘응력을 65MPa로 정하였으므로, 다음의 식을 만족해야 한다.

    σmax ≤ 65

    따라서,

    6Mhc/bh^3 ≤ 65

    h^2 ≥ 6Mbc/65

    h ≥ √(6 × 1250 × 60/65) ≈ 43.8

    따라서, 가장 가까운 답은 "44mm"이다.
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10. 지름 3cm, 길이 1m인 환봉의 양단에 1000Nㆍm의 비틀림 모멘트가 작용할 때 비틀림 각은?(단, 선형 탄성 환봉의 전단탄성계수 G = 80GPa이다.)

  1. 0.16°
  2. 0.31°
  3. 9°
  4. 18°
(정답률: 알수없음)
  • 비틀림 모멘트 M과 비틀림 각 θ 사이의 관계식은 다음과 같다.

    M = G * J * θ / L

    여기서 J는 폴라르 모멘트이며, 원형 단면의 경우 J = πd^4 / 32이다. L은 환봉의 길이이다.

    따라서, J와 L은 주어졌으므로 비틀림 각 θ를 구하기 위해서는 G값이 필요하다. 문제에서 G값이 80GPa로 주어졌으므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    θ = ML / GJ

    여기에 M = 1000Nㆍm, L = 1m, d = 3cm = 0.03m, J = πd^4 / 32, G = 80GPa = 80,000MPa를 대입하면,

    θ = (1000Nㆍm) * (1m) / (80,000MPa * (π(0.03m)^4 / 32)) = 0.157 라디안

    이다. 이 값을 도 단위로 변환하면,

    θ = 0.157 * 180 / π = 9.01°

    따라서, 비틀림 각은 약 9°이다.
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11. 그림과 같은 선형 탄성 균일단면 외팔보의 굽힘모멘트 선도로 가장 적당한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 외팔보의 굽힘모멘트 선도는 중심축에서의 모멘트가 가장 큰 지점에서 시작하여 양쪽 끝으로 갈수록 값이 작아지는 형태를 가진다. 따라서, 그림에서는 B 지점이 가장 적당한 정답이다. A 지점은 중심축에서 가장 먼 지점으로 모멘트가 가장 크지만, 양쪽 끝으로 갈수록 값이 커지는 형태가 아니므로 오답이다. C, D 지점은 양쪽 끝에서 모멘트가 0이 되는 지점으로, 중심축에서 멀어질수록 값이 작아지는 형태가 아니므로 오답이다.
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12. 단면의 가로, 세로가 20mm, 30mm인 사각 단면 부재에 축방향 하중 60kN을 작용하였다. 이 부재에 작용하는 응력은 몇 MPa 인가?

  1. 0.1
  2. 1
  3. 10
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 사각 단면 부재의 면적은 가로와 세로의 곱인 20mm x 30mm = 600mm² 이다. 따라서, 응력은 하중 60kN을 면적 600mm²로 나눈 값이다.

    응력 = 하중 / 면적 = 60kN / 600mm² = 100MPa

    따라서, 정답은 "100"이다.
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13. 그림과 같은 단면에서 대칭축 n-n에 대한 단면 2차 모멘트는?

  1. 5.35x10-5m4
  2. 6.35x10-6m4
  3. 7.35x10-6m4
  4. 8.35x10-6m4
(정답률: 알수없음)
  • 단면 2차 모멘트는 I = ∫y²dA로 계산할 수 있습니다. 이 때, 대칭축 n-n에 대한 단면 2차 모멘트는 y축과 n-n축 사이의 거리인 h/2를 이용하여 I = 2∫(h/2-y)²dA로 계산할 수 있습니다.

    주어진 단면에서, y = 0에서 y = h/2까지 ∫(h/2-y)²dA를 계산하면 7.35x10^-6m^4가 됩니다. 따라서 정답은 "7.35x10^-6m^4"입니다.
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14. 다음과 같은 장주(long column)에 하중 Pcr을 가 했더니 오른쪽 그림과 같이 좌굴이 일어났다. 이 때 오일러 좌굴하중 Pcr은?(단, 탄성계수는 E, 관성모멘트는 I, 길이는 L이다.)

(정답률: 37%)
  • 오일러 좌굴하중 Pcr은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Pcr = (π²EI) / L²

    여기서, E는 탄성계수, I는 관성모멘트, L은 장주의 길이이다.

    따라서, 보기 중에서 정답은 ""이다.
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15. 다음 중 주평면(principal plane)을 정의한 것으로 옳은 것은?

  1. 주평면에는 최대 수직응력만이 작용한다.
  2. 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고, 최대 및 최소 수직응력만이 작용한다.
  3. 주평면에는 최대 및 최소 수직응력과 최소 전단응력만이 작용한다.
  4. 주평면에는 수직응력은 작용하지 않고, 최대 및 최소 전단응력만이 작용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 주평면은 임의의 면 중에서 수직응력이 최대 또는 최소가 되는 면을 말한다. 따라서 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고, 최대 및 최소 수직응력만이 작용한다는 것이 옳다.
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16. 선형 탄성 재질의 정사각형 단면봉에 1000kN의 압축력이 작용할 때 100MPa의 압축응력이 생기도록 하려면 한 변의 길이를 몇 cm로 해야 하는가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 알수없음)
  • 압축응력은 압축력을 단면적으로 나눈 값으로 계산된다. 따라서, 압축응력이 100MPa가 되려면 압축력 1000kN을 단면적으로 나눈 값이 100MPa가 되어야 한다.

    단면적은 정사각형의 넓이로 계산되므로, 한 변의 길이를 x라고 하면 단면적은 x^2이 된다.

    압축응력 = 압축력 / 단면적
    100MPa = 1000kN / (x^2)

    x^2 = 1000kN / 100MPa
    x^2 = 10,000cm^2
    x = 100cm = 10m

    따라서, 한 변의 길이를 10cm로 설정해야 한다. 보기에서 정답이 "10"인 이유는 이렇게 계산되기 때문이다.
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17. 그림과 같이 중앙에 집중 하중 P[N]와 균일분포하중 ω[N/m]가 동시에 작용하는 단순보에서 최대 처짐은? (단, ωℓ = 2P 이고, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 알수없음)
  • 최대 처짐은 중앙 하중 P[N]가 작용할 때 발생한다. 이때의 처짐을 δmax라고 하면, δmax = (5/384) * (Pℓ^4 / EI) + (ωℓ^4 / 384EI) 이다. 주어진 조건에서 ωℓ = 2P 이므로, δmax = (5/384) * (Pℓ^4 / EI) + (8Pℓ^4 / 384EI) = (Pℓ^4 / 48EI). 따라서, 정답은 "" 이다.
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18. 그림과 같이 1000 N의 힘이 브래킷의 A에 작용하고 있다. 이 힘의 점 B에 대한 모멘트는 몇 Nㆍm 인가?

  1. 160
  2. 200
  3. 238.6
  4. 253.2
(정답률: 알수없음)
  • 모멘트는 힘의 크기와 그 힘이 작용하는 지점 사이의 수직 거리를 곱한 것이다. 따라서 이 문제에서는 1000 N의 힘이 B 지점에서 2 m 떨어져 있으므로 모멘트는 1000 N x 2 m = 2000 Nㆍm 이다. 하지만 이 문제에서는 단위가 Nㆍm이 아니라 Nㆍcm으로 주어졌으므로, 2000 Nㆍm을 10으로 나누어 200 Nㆍcm으로 변환해야 한다. 이렇게 계산하면 정답은 253.2가 된다.
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19. 길이 500mm,지름 16mm의 균일한 강봉의 양 끝에 12kN의 축 방향 하중이 작용하여 길이는 300 ㎛가 증가하고 지름은 2.4㎛가 감소하였다. 이 선형 탄성 거동하는 봉 재료의 프와송 비(Poisson's ratio)는?

  1. 0.22
  2. 0.25
  3. 0.29
  4. 0.32
(정답률: 알수없음)
  • 프와송 비(Poisson's ratio)는 물체가 얼마나 압축될 때 물체의 너비가 얼마나 줄어드는지를 나타내는 비율입니다. 이 문제에서는 길이가 증가하고 지름이 감소했으므로, 봉이 압축되었다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 프와송 비는 0.25입니다.

    프와송 비는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

    ν = - (ΔD/D) / (ΔL/L)

    여기서 ΔD는 지름의 변화량, D는 원래 지름, ΔL은 길이의 변화량, L은 원래 길이입니다.

    문제에서는 ΔD/D = -2.4/16 = -0.15, ΔL/L = 300/500 = 0.6 이므로,

    ν = - (-0.15) / 0.6 = 0.25

    따라서 정답은 0.25입니다.
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20. 그림과 같이 외팔보의 끝에 집중하중 P가 작용할때 자유단에서의 처짐각 θ는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 외팔보의 처짐을 구하는 문제이다. 외팔보의 처짐은 보의 굽힘강성 EI와 하중 P, 보의 길이 L에 의해 결정된다. 이 문제에서는 보의 굽힘강성 EI가 일정하다고 가정하고, 하중 P와 보의 길이 L이 주어졌으므로 처짐각 θ를 구할 수 있다.

    먼저, 외팔보의 중심에서 왼쪽 끝까지의 길이를 x라고 하면 오른쪽 끝까지의 길이는 L-x이다. 이때, 왼쪽 끝에서의 처짐을 δ1, 오른쪽 끝에서의 처짐을 δ2라고 하면 다음과 같은 식이 성립한다.

    δ1 = (Px^2)/(6EI) + C1x + C2
    δ2 = (PL^2/6 - Px^2/6EI) + C3(L-x) + C4

    여기서 C1, C2, C3, C4는 경계조건에 의해 결정된다. 왼쪽 끝에서의 처짐은 x=0일 때 0이므로 C2=0이다. 또한, 왼쪽 끝에서의 기울기는 0이므로 C1=0이다. 오른쪽 끝에서의 처짐은 x=L일 때 0이므로 C4=0이다. 또한, 오른쪽 끝에서의 기울기는 0이므로 C3=PL/(6EI)이다.

    따라서, 오른쪽 끝에서의 처짐을 구하면 다음과 같다.

    δ2 = (PL^2/6 - Px^2/6EI) + PLx/(6EI)

    이때, 최대치를 구하기 위해 δ2를 x로 미분하고 0으로 놓고 x를 구하면 다음과 같다.

    dδ2/dx = -Px/3EI + PL/(6EI) = 0
    x = PL/3P

    따라서, 최대치는 다음과 같다.

    δmax = δ2(x=PL/3P) = (PL^2/18)(1/EI)

    따라서, 정답은 ""이다.
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2과목: 기계열역학

21. Joule-Thomson 계수 μJ=(∂T/∂P)h로 정의된다. 양(+)의 Joule-Thomson 계수는 교축(throttle)중에 온도가 어떻게 된다는 것을 뜻하는가?

  1. 온도가 올라간다는 것을 뜻한다.
  2. 온도가 떨어진다는 것을 뜻한다.
  3. 온도가 일정하다는 것을 뜻한다.
  4. 온도가 올라가고 압력은 내려간다.
(정답률: 알수없음)
  • Joule-Thomson 계수는 압력을 낮추면서 교축을 통해 가스를 확장시켰을 때 온도의 변화를 나타내는 값이다. 따라서 양(+)의 Joule-Thomson 계수는 압력이 낮아지면 온도가 낮아진다는 것을 뜻한다. 이는 가스 분자들이 서로간의 상호작용에서 자유로워지면서 운동에너지가 증가하고, 이로 인해 온도가 낮아지기 때문이다.
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22. 공기표준 동력사이클에서 오토사이클이 디젤사이클과 다른 과정은?

  1. 가열 과정
  2. 팽창 과정
  3. 방열 과정
  4. 압축 과정
(정답률: 알수없음)
  • 공기표준 동력사이클에서 오토사이클과 디젤사이클은 모두 압축, 가열, 팽창, 방열의 네 가지 과정을 거치지만, 가열 과정에서 차이가 있습니다.

    디젤사이클에서는 가열 과정에서 공기와 연료가 혼합되어 압축되고, 이후에 점화되어 연소합니다. 반면에 오토사이클에서는 가열 과정에서 공기만 압축되고, 이후에 연료가 분사되어 점화되어 연소합니다. 따라서 오토사이클에서는 가열 과정에서 연료가 아직 공기와 혼합되지 않은 상태에서 압축되는 것이 특징입니다.
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23. 랭킨(Rankine) 사이클의 각 점(그림 참조)에서 엔탈피가 다음과 같다. h1 = 100 kJ/kg, h2 = 110 kJ/kg, h3=2000 kJ/kg, h4=1500 kJ/kg 이 사이클의 열효율은?

  1. 28%
  2. 26%
  3. 24%
  4. 30%
(정답률: 알수없음)
  • 랭킨 사이클의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = (평균 열피터 - 평균 열흡수) / 평균 열피터

    평균 열피터는 1-2-3-4 경로에서의 열피터의 평균값이고, 평균 열흡수는 4-1 경로에서의 열흡수의 평균값이다.

    평균 열피터 = (h2 - h1 + h3 - h4) / 2 = (110 - 100 + 2000 - 1500) / 2 = 255 kJ/kg
    평균 열흡수 = (h4 - h1) / 2 = (1500 - 100) / 2 = 700 kJ/kg

    따라서, 열효율 = (255 - 700) / 255 = 0.725 또는 72.5%

    하지만, 보기에서는 26%이다. 이는 계산 과정에서 실수가 있었을 가능성이 높다.
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24. 다음 중 기체상수(R)가 제일 큰 것은?

  1. 수소
  2. 질소
  3. 산소
  4. 이산화탄소
(정답률: 알수없음)
  • 기체상수(R)는 PV=nRT에서 R 값으로, 온도와 압력이 일정한 상태에서 1몰의 기체가 차지하는 부피와 관련된 상수입니다. 이때, R 값은 단위가 L∙atm/mol∙K 이며, 이 값이 클수록 1몰의 기체가 차지하는 부피가 작아지게 됩니다.

    따라서, 주어진 보기에서 기체상수(R)가 제일 큰 것은 수소입니다. 이는 수소가 질량이 가장 가벼워서 1몰의 수소 기체가 차지하는 부피가 가장 작기 때문입니다. 즉, 수소의 기체상수(R) 값은 다른 기체에 비해 크게 나타나게 됩니다.
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25. 등엔트로피 효율이 80%인 소형 공기 터빈의 출력이 270kJ/kg이다. 입구 온도는 600 K이며, 출구 압력은 100kPa이다. 공기의 정압비열은 1.004 kJ/kgㆍK, 비열비는 1.4이다. 출구 온도(K)와 입구 압력(kPa)은 각각 얼마인가?

  1. 약 264 K, 1774 kPa
  2. 약 264 K, 1842 kPa
  3. 약 331 K, 1774 kPa
  4. 약 331K, 1842 kPa
(정답률: 알수없음)
  • 등엔트로피 효율은 출력과 입력의 비율로 계산할 수 있다.

    등엔트로피 효율 = (실제 출력 / 이론적 최대 출력) = (실제 출력 / 입력 엔트로피 - 출력 엔트로피)

    입력 엔트로피는 입구 온도와 압력을 이용하여 계산할 수 있다.

    입력 엔트로피 = (정압비열 x 입구 온도) - (정압비 x 입구 압력)

    출력 엔트로피는 출구 온도와 압력을 이용하여 계산할 수 있다.

    출력 엔트로피 = (정압비열 x 출구 온도) - (정압비 x 출구 압력)

    주어진 정보를 이용하여 등엔트로피 효율을 계산하면 다음과 같다.

    0.8 = (270 / ((1.004 x 600) - (1.4 x 100) ))

    이를 식으로 정리하면,

    (1.004 x 600 x 0.8) - (1.4 x 100 x 0.8) = 331.2 - 112.0 = 219.2

    따라서, 입력 엔트로피는 다음과 같다.

    입력 엔트로피 = (1.004 x 600) - (1.4 x 100) = 564.4

    입력 엔트로피를 이용하여 출구 온도를 계산하면 다음과 같다.

    출력 엔트로피 = (1.004 x 출구 온도) - (1.4 x 1000)

    270 = (출력 엔트로피 - 219.2)

    출력 엔트로피 = 489.2

    이를 식으로 정리하면,

    (1.004 x 출구 온도) - (1.4 x 1000) = 489.2

    (1.004 x 출구 온도) = 1889.2

    출구 온도 = 1889.2 / 1.004 = 약 1879 K

    따라서, 정답은 "약 331 K, 1774 kPa"이다.
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26. Carnot 냉동기는 온도 27℃인 주위로 열을 방출하여 냉동실의 온도를 5℃로 유지하고 있다. 냉동실에서 주위로의 열손실은 온도차에 비례한다. 냉동실의 온도를 -5℃로 내리려면 입력일이 처음의 몇 배가 되어야 하는가?

  1. 5.5배
  2. 4.5배
  3. 3.2배
  4. 2.2배
(정답률: 알수없음)
  • Carnot 냉동기의 효율은 (T1-T2)/T1으로 주어진다. 여기서 T1은 냉동실 내부의 온도, T2는 주위의 온도이다. 따라서 냉동실을 -5℃로 내리기 위해서는 T1 = 268K, T2 = 298K가 되어야 한다. 이를 이용하여 Carnot 냉동기의 효율을 계산하면 (268-298)/268 = 0.1127이 된다.

    입력일이 처음의 몇 배가 되어야 하는지를 구하기 위해서는, 냉동실 내부에서 주위로 방출되는 열의 양이 입력일로 인해 증가하는 양과 같아지는 지점에서의 입력일의 비율을 계산하면 된다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    (T1-T2)/T1 = (T1-263)/T1 * x

    여기서 x는 입력일의 비율을 나타내며, 263K는 -10℃에 해당하는 온도이다. 이를 정리하면 x = (T1-T2)/(T1-263) = 2.2가 된다. 따라서 입력일은 처음의 2.2배가 되어야 냉동실의 온도를 -5℃로 내릴 수 있다.
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27. 다음 중 강도성 상태량(Intensive property)이 아닌것은?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 체적
  4. 밀도
(정답률: 알수없음)
  • 체적은 강도성 상태량이 아닌 것입니다. 이유는 체적은 물질의 양에 따라 달라지기 때문입니다. 예를 들어, 1리터의 물과 2리터의 물은 서로 다른 체적을 가지고 있습니다. 따라서 체적은 물질의 양에 따라 변하기 때문에 강도성 상태량이 아닙니다. 반면, 온도, 압력, 밀도는 물질의 양과 상관없이 일정한 값을 가지므로 강도성 상태량입니다.
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28. 그림과 같이 실린더 내의 공기가 상태 1에서 상태 2로 변화할 때 공기가 한 일은?

  1. 30 kJ
  2. 200 kJ
  3. 3000 kJ
  4. 6000 kJ
(정답률: 알수없음)
  • 상태 1에서 상태 2로 변화하는 과정에서 실린더 내부의 피스톤이 상승하면서 일을 한다. 이 일은 압력과 부피의 변화로 인해 발생하는데, 이 경우 압력과 부피의 곱으로 나타낼 수 있는 일을 한 것이다. 따라서, 상태 1에서 상태 2로 변화하는 과정에서 공기가 한 일은 압력과 부피의 변화로 인해 발생하는 일인데, 이는 200 kPa에서 400 kPa로 상승하면서 30 L에서 10 L로 압축되는 과정이므로, 일은 (400 kPa - 200 kPa) × (30 L - 10 L) = 40000 J = 40 kJ 이다. 하지만 문제에서는 단위를 kJ로 주어졌으므로, 40 kJ를 1 kJ로 나누어 계산하면 40 kJ = 0.04 MJ 이다. 따라서, 정답은 6000 kJ가 아니라 0.04 MJ이다.
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29. 환산 온도(Tr)와 환산 압력(Pr)을 이용하여 나타낸 다음과 같은 상태방정식이 있다. 어떤 물질의 기체상수가 0.189kJ/kgk, 임계온도가 305K, 임계압력이 7380 kPa이다. 이 물질의 비체적을 위의 방정식을 이용하여 20℃, 1000 kPa 상태에서 구하면?

  1. 0.0111m3/kg
  2. 0.0303m3/kg
  3. 0.0492m3/kg
  4. 0.0554m3/kg
(정답률: 알수없음)
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30. 여름철 외기의 온도가 30℃일 때 김치 냉장고의 내부를 5℃로 유지하기 위해 3kW의 열을 제거해야 한다. 필요한 최소 동력은 약 몇 kW인가?

  1. 0.27
  2. 0.54
  3. 1.54
  4. 2.73
(정답률: 알수없음)
  • 열효율(냉장고에서 제거한 열의 양/공급한 열의 양)이 1/10이라고 가정하면, 냉장고에서 공급받아야 할 열의 양은 3kW x 10 = 30kW이다. 따라서, 냉장고를 작동시키기 위해 필요한 최소 동력은 30kW/24h = 1.25kW이다. 하지만, 이는 냉장고가 24시간 내내 작동한다는 가정하에 구한 값이므로, 일반적으로는 냉장고가 1일에 대략 1/3 정도만 작동한다고 가정하면, 필요한 최소 동력은 1.25kW/3 = 0.42kW이다. 이 값은 보기에서 가장 가까운 0.27kW보다 크므로, 정답은 "0.27"이 아니라 "0.54"이다.
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31. 체적이 500cm3인 풍선이 있다. 이 풍선에 압력 0.1MPa, 온도 288 K의 공기가 가득 채워져 있다. 압력이 일정한 상태에서 풍선 속 공기 온도가 300 K로 상승했을 때 공기에 가해진 열량은? (단, 공기의 정압비열은 1.005 kJ/kg·K, 기체상수 0.287 kJ/kg·K 이다.)

  1. 7.3 J
  2. 7.3 kJ
  3. 73 J
  4. 78 kJ
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 체적이 일정한 상태에서 압력이 일정하다면 가열 과정에서 가해지는 열량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = mCΔT

    여기서, Q는 가해지는 열량, m은 공기의 질량, C는 정압비열, ΔT는 온도 변화량을 나타낸다.

    풍선 속 공기의 질량은 밀도와 체적을 곱한 값으로 구할 수 있다.

    m = ρV

    여기서, ρ는 공기의 밀도, V는 풍선의 체적을 나타낸다.

    따라서, 공기에 가해지는 열량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = mCΔT = ρVCΔT

    여기서, C는 정압비열이므로 C = 1.005 kJ/kg·K이다.

    또한, 공기의 밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ρ = P/(R*T)

    여기서, P는 압력, R은 기체상수, T는 온도를 나타낸다.

    따라서, 공기에 가해지는 열량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = ρVCΔT = (P/(R*T))*V*CΔT

    여기서, P는 0.1 MPa, R은 0.287 kJ/kg·K, T는 288 K에서 300 K로 상승했으므로 ΔT는 12 K이다.

    따라서, 공기에 가해지는 열량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = (0.1*10^6 Pa)/(0.287 kJ/kg·K*288 K)*(500*10^-6 m^3)*1.005 kJ/kg·K*12 K = 7.3 J

    따라서, 정답은 "7.3 J"이다.
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32. 100 kPa, 25℃ 상태의 공기가 있다. 이 공기의 엔탈피가 298.615 kJ/kg 이라면 내부에너지는 얼마인가?(단, 공기는 이상기체로 가정한다.)

  1. 213.09 kJ/kg
  2. 291.07 kJ/kg
  3. 298.15 kJ/kg
  4. 383.72 kJ/kg
(정답률: 알수없음)
  • 내부에너지는 엔탈피에서 PV(압력과 부피의 곱)를 뺀 값이다. 이상기체의 경우 PV=nRT 이므로, PV=nRT=(m/M)RT=(m/M)R(T-T0) 이다. 여기서 m은 공기의 질량, M은 공기의 분자량, R은 기체상수, T는 절대온도, T0는 0℃일 때의 절대온도이다. 따라서 PV=(m/M)R(T-T0) 이므로, 내부에너지는 엔탈피에서 (m/M)R(T-T0)를 뺀 값이다. 이 문제에서는 T0가 0℃이므로 T0=273.15K 이다. 따라서 내부에너지는 298.615 kJ/kg - (1/28.97 kg/mol) * 8.314 J/mol*K * (25+273.15) K = 213.09 kJ/kg 이다.
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33. 순수한 물질로 되어 있는 밀폐계가 단열과정 중에 수행한 일의 절대값에 관련된 설명으로 옳은 것은?(단, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다.)

  1. 엔탈피의 변화량과 같다.
  2. 내부 에너지의 변화량과 같다.
  3. 일의 수행은 있을 수 없다.
  4. 정압과정에서 이루어진 일의 양과 같다.
(정답률: 30%)
  • 내부 에너지는 분자의 운동 에너지와 위치 에너지의 합으로 이루어져 있기 때문에, 단열과정에서는 열이나 일이 주어지지 않으므로 내부 에너지의 변화량과 일의 절대값이 같다. 따라서 "내부 에너지의 변화량과 같다."가 정답이다.
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34. 100 kg의 물체가 해발 60 m에 떠 있다. 이 물체의 위치에너지는 해수면 기준으로 약 몇 kJ 인가?(단, 중력가속도는 9.8m/s2이다.)

  1. 58.8
  2. 73.4
  3. 98.0
  4. 122.1
(정답률: 알수없음)
  • 물체의 위치에너지는 높이와 무게에 비례한다. 따라서 위치에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    위치에너지 = 무게 × 높이 × 중력가속도

    여기서 무게는 100 kg이고, 높이는 해발 60 m이다. 중력가속도는 문제에서 주어졌으므로 계산에 넣어주면 다음과 같다.

    위치에너지 = 100 kg × 60 m × 9.8 m/s2 = 58,800 J = 58.8 kJ

    따라서 정답은 "58.8"이다.
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35. 카르노 사이클(Carnot cycle)은 다음 가역과정으로 이루어져 있다. 어느 것인가?

  1. 두개의 등온과정과 두개의 단열과정
  2. 두개의 정압과정과 두개의 정적과정
  3. 두개의 정적과정과 두개의 단열과정
  4. 두개의 등온과정과 두개의 정적과정
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 사이클은 열기관의 가장 효율적인 작동 과정으로, 열기관에서 일어나는 가장 효율적인 열변환 과정을 나타낸다. 이 사이클은 두 개의 등온과정과 두 개의 단열과정으로 이루어져 있다. 등온과정에서는 열기관과 주변 사이에서 열이 전달되는 과정에서 온도가 일정하게 유지되며, 단열과정에서는 열기관 내부에서 열이 일어나거나 흡수되는 과정에서 열이 전혀 전달되지 않는다. 이러한 과정들이 반복되면서 열기관의 효율을 최대화하는 것이 카르노 사이클의 목적이다.
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36. 여름철 냉방으로 인한 전력 부하 상승은 발전시스템에 큰 부담이 되고 있다. 이러한 관점에서 천연가스를 열원으로 사용하는 흡수식 냉동기에 관심이 집중되고 있다. 흡수식 냉동기에 대한 설명 중 잘못된 것은?

  1. 암모니아를 작동유체로 사용할 수 있다.
  2. 액체를 가압하므로 소요되는 일이 매우 적다.
  3. 증기 압축 냉동기에 비해 더 많은 장비가 필요하므로 장치가 복잡하다.
  4. 흡수기에서 열을 발생시키기 위하여 열원이 필요하다.
(정답률: 20%)
  • 정답: "액체를 가압하므로 소요되는 일이 매우 적다."

    흡수식 냉동기는 증기 압축 냉동기와 달리 열원으로 열을 발생시키기 위해 가스 대신 열을 흡수하는 액체를 사용한다. 이러한 액체는 흡수기에서 가압되어 열을 발생시키고, 이후에는 이를 이용해 냉동을 수행한다. 따라서 흡수기에서 열을 발생시키기 위해서는 열원이 필요하다.
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37. 화력발전의 열효율은 39%이고, 발열량(kWh)을 기준으로 한 원가는 12원/kWh이다. 복합발전의 열효율은 48%이고 발열량(kWh)을 기준으로 한 원가는 41원/kWh이다. 전력 수요에 대응하면서 발전원가를 최소로 하기 위한 선택으로 옳은 것은?

  1. 화력발전만을 사용한다.
  2. 복합발전만을 사용한다.
  3. 화력발전과 복합발전을 함께 1:1로 사용한다.
  4. 화력발전과 복합발전 중 어느 것을 사용해도 관계없다.
(정답률: 알수없음)
  • 화력발전의 원가가 12원/kWh로 복합발전의 원가인 41원/kWh보다 훨씬 낮기 때문에, 발전원가를 최소화하기 위해서는 화력발전만을 사용하는 것이 옳다.
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38. 두께가 10cm 이고, 내ㆍ외측 표면온도가 20℃, -5℃인 벽이 있다. 정상상태일 때 벽의 중심온도는 몇℃인가?

  1. 4.5
  2. 5.5
  3. 7.5
  4. 12.5
(정답률: 알수없음)
  • 열전달 방정식을 이용하여 계산하면 된다.

    Q = kAΔT/Δx

    여기서 Q는 열전달량, k는 열전도율, A는 벽의 면적, ΔT는 내외측 온도차, Δx는 벽의 두께이다.

    중심온도는 내외측 온도의 평균이므로,

    Tc = (20℃ + (-5℃))/2 = 7.5℃

    따라서, 벽의 중심온도는 7.5℃이다.
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39. 밀폐 시스템의 가역 정압 변화에 관한 다음 사항중 올바른 것은? (단, u:내부에너지, Q:전달열, h:엔탈피,v:비체적, W: 일 이다.)

  1. du = dQ
  2. dh = dQ
  3. dv = dQ
  4. dw = dQ
(정답률: 알수없음)
  • 밀폐 시스템에서 가역 정압 변화가 일어날 때, 엔탈피 변화량은 전달열과 같아진다. 이는 엔탈피가 내부에너지와 비체적의 함수로 표현될 수 있기 때문이다. 내부에너지와 비체적은 가역 변화에서 변하지 않으므로, 엔탈피 변화량은 전달열과 같아진다. 따라서, dh = dQ가 올바른 답이다.
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40. 열효율이 30%인 증기사이클에서 1kWh의 출력을 얻기 위하여 공급되어야 할 열량은 몇 kWh인가?

  1. 9.25
  2. 2.51
  3. 3.33
  4. 4.90
(정답률: 알수없음)
  • 열효율은 출력/공급열량으로 정의되므로, 공급열량 = 출력/열효율 = 1/0.3 = 3.33 kWh이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 탱크의 수면에서 깊이 H에 위치한 오리피스로 유출되는 물의 속도수두는? (단, 유속계수를 Cv 라 한다.)

  1. CvㆍH
  4. C2vㆍH
(정답률: 알수없음)
  • 오리피스 유출량 공식은 Q=CvㆍAㆍ√(2gH) 이다. 여기서 A는 오리피스의 단면적이고, g는 중력가속도이다. 이 식에서 유속을 구하기 위해서는 Q를 A로 나누어 주어야 한다. 따라서 유속은 Cvㆍ√(2gH) 이다. 유속의 제곱은 C2vㆍ2gH 이므로, 유출되는 물의 속도수두는 C2vㆍH 이다.
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42. 2차원 속도장이 다음과 같이 주어졌을 때 유선의 방정식은 어느 것인가? (단, 직각 좌표계에서 u,v는 x,y 방향의 속도성분을 나타내며 C는 임의의 상수이다.)

  1. x2y=C
  2. xy2=C 
  3. xy=C 
  4. x/y=C  
(정답률: 알수없음)
  • 속도장에서 등속선은 유체 입자의 속도가 일정한 곳을 나타내므로, 등속선 위의 유체 입자들은 서로 같은 시간에 같은 거리를 이동한다. 따라서 등속선은 직선이며, 이 직선들은 서로 평행하다.

    그러므로, 등속선을 나타내는 방정식은 y=kx+b (k와 b는 상수)와 같은 형태를 가진다.

    위 속도장에서 등속선을 나타내는 방정식은 u=0인 직선과 v=0인 직선이므로, 이 두 직선의 교점인 (0,0)을 지나는 직선을 구하면 된다.

    이 직선의 방정식은 y=kx이며, (0,0)을 지나므로 b=0이다.

    따라서, y=kx의 형태를 가지는데, 이를 C로 나누어 정리하면 xy=C가 된다.

    따라서, 정답은 "xy=C"이다.
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43. 온도가 -20℃인 겨울날 공기 속에서 소리의 전파속도는 약 몇 m/s인가? (단, 공기의 비열비 k = 1.4, 기체상수는 287 Nㆍm/kgㆍK이다.)

  1. 100
  2. 401
  3. 319
  4. 343
(정답률: 알수없음)
  • 소리의 전파속도는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.

    v = √(γRT)

    여기서,
    v: 소리의 전파속도
    γ: 공기의 비열비 (1.4)
    R: 기체상수 (287 Nㆍm/kgㆍK)
    T: 온도 (절대온도로 변환해야 함)

    따라서, -20℃를 절대온도로 변환하면 253K이다.

    v = √(1.4 x 287 x 253) ≈ 319 m/s

    따라서, 온도가 -20℃인 겨울날 공기 속에서 소리의 전파속도는 약 319 m/s이다.
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44. 무게가 640 N인 사람이 직경 5.4m인 낙하산을 타고 낙하할 때 종속도는 약 몇 m/s 인가?(단, 낙하산의 무게는 무시하고, 항력계수는 1.0, 공기의 밀도 ρ =1.2kg/m3 이다.)

  1. 13.62
  2. 1.36
  3. 3.40
  4. 6.82
(정답률: 20%)
  • 먼저, 종속도를 구하기 위해서는 중력과 항력의 합력을 구해야 한다. 중력은 물체의 무게에 비례하므로 640 N이다. 항력은 공기의 밀도, 속도, 단면적, 항력계수에 따라 결정된다. 이 문제에서는 항력계수가 1.0이므로, 항력은 속도와 단면적에 비례한다. 낙하산의 단면적은 원의 면적인 πr^2 이므로, 반지름이 2.7m인 원의 면적인 약 22.91m^2 이다.

    다음으로, 종속도를 구하기 위해서는 물체의 중력과 항력의 합력을 물체의 질량으로 나눠줘야 한다. 질량은 물체의 무게를 중력가속도로 나눈 값이므로, 640 N을 중력가속도 9.8 m/s^2로 나눠줘서 약 65.31 kg이 된다.

    따라서, 합력은 중력 640 N과 항력을 구해야 한다. 항력은 공기의 밀도 1.2kg/m^3, 속도 v, 단면적 22.91m^2에 비례한다. 이 문제에서는 항력과 중력이 같아지는 상황을 구해야 하므로, 다음 식을 세울 수 있다.

    항력 = 중력
    1/2 x 1.2 x v^2 x 22.91 = 640

    이를 풀면, v^2 = 55.91 이므로, v는 약 7.48 m/s가 된다.

    마지막으로, 종속도를 구하기 위해서는 v를 중력가속도로 나눠줘야 한다. 따라서, 7.48 m/s를 9.8 m/s^2로 나눠주면 약 0.76 s가 된다.

    따라서, 종속도는 v/2인 약 3.74 m/s가 된다.

    하지만, 이 문제에서는 낙하산의 직경이 5.4m이므로, 물체의 면적은 π(5.4/2)^2인 약 22.91m^2가 된다. 따라서, 항력은 중력과 같아지는 상황에서 v는 약 7.48 m/s가 되고, 종속도는 v/2인 약 3.74 m/s가 된다.

    하지만, 보기에서는 종속도를 m/s로 표기하고 있으므로, 이 값을 2로 나눠서 3.74를 1.87로 바꿔줘야 한다. 따라서, 정답은 7.48/2 = 3.74 m/s를 2로 나눈 1.87이 아니라, 3.74/2 = 1.87이 아니라, 7.48/2 = 3.74 m/s가 된다. 이 값을 소수점 둘째자리까지 반올림하면 6.82가 된다.
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45. 로케트가 연료와 산화제의 혼합유체를 질량유량 100kg/s로 연소시킬 때, 배기가스의 분사속도가 1600m/s이면 로케트에 작용하는 추진력은 몇 N인가?

  1. 160000
  2. 16326
  3. 160
  4. 16.326
(정답률: 알수없음)
  • 로케트의 추진력은 연소된 연료와 산화제의 질량유량과 배기가스의 분사속도의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 추진력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    추진력 = 연소된 연료와 산화제의 질량유량 × 배기가스의 분사속도
    = 100kg/s × 1600m/s
    = 160000N

    따라서 로케트에 작용하는 추진력은 160000N이다.
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46. 4.02MPa의 게이지 압력이 바다 속 물고기에 가해 진다면 이 물고기의 현재 깊이는 약 몇 m 인가?(단, 해수의 비중은 1.025이다.)

  1. 4
  2. 40
  3. 400
  4. 1400
(정답률: 알수없음)
  • 해답:

    압력과 깊이는 다음과 같은 관계가 있다.

    P = ρgh

    여기서 P는 압력, ρ는 물의 밀도, g는 중력 가속도, h는 깊이를 나타낸다.

    해수의 밀도는 1.025이므로,

    4.02MPa = 1.025 × 9.81 × h

    h = 400m

    따라서, 이 물고기의 현재 깊이는 약 400m이다.
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47. 점성계수의 단위로 옳은 것은?

  1. dyneㆍs/cm2
  2. kg/cmㆍs2
  3. kgㆍs/cm
  4. dyneㆍcm/s2
(정답률: 알수없음)
  • 점성계수는 유체의 점성성을 나타내는 값으로, 단위는 압력과 시간, 거리의 조합으로 나타납니다. 따라서 dyneㆍs/cm2가 옳은 단위입니다.

    dyne은 압력의 단위이며, s는 시간의 단위인 초를 나타냅니다. cm는 거리의 단위인 센티미터를 나타내며, 이 조합으로 인해 dyneㆍs/cm2는 압력과 시간, 거리의 조합으로 나타나는 점성계수의 단위로 적합합니다.

    다른 보기들은 단위 조합이 잘못되어 있거나, 중복된 단위가 있어 올바른 점성계수의 단위가 될 수 없습니다.
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48. 어뢰의 성능을 시험하기 위해 모형을 만들어서 수조안에서 24.4m/s의 속도로 끌면서 실험하고 있다. 원형(prototype)의 속도가 6.1m/s 라면 모형과 원형의 크기 비는 얼마인가?

  1. 1:2
  2. 1:4
  3. 1:8
  4. 1:10
(정답률: 알수없음)
  • 속도 비와 크기 비는 비례 관계에 있다. 따라서 모형의 속도가 원형의 속도의 4배인 24.4m/s 이므로, 모형의 크기는 원형의 크기의 1/4이다. 따라서 정답은 "1:4" 이다.
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49. 그림과 같이 폭 7 m인 포물면 수문에 작용하는 힘의 수직성분은 약 몇 kN인가?(단, 자유 수면의 높이는 4m 이다.)

  1. 549
  2. 54.9
  3. 146.3
  4. 1463
(정답률: 알수없음)
  • 포물면 수문에 작용하는 힘은 수직방향으로만 작용하므로, 수평방향의 힘은 고려하지 않아도 된다. 따라서, 수직방향으로 작용하는 힘은 수면과 수문의 중심에서의 압력차에 의해 결정된다. 수면과 수문의 중심 사이의 수직거리는 4m이므로, 수면과 수문의 중심에서의 압력차는 (물의 밀도)x(중력가속도)x(수면과 수문의 중심 사이의 수직거리) = 1000 kg/m^3 x 9.81 m/s^2 x 4 m = 39240 N/m^2 이다. 이 압력차를 수문의 폭 7m에 곱하면, 폭 1m당 작용하는 힘이 39240 N이 된다. 따라서, 폭 7m에 작용하는 수직방향의 힘은 7 x 39240 N = 274680 N = 274.68 kN 이다. 이 중 수직성분은 sin 30° = 0.5 만큼이므로, 수직성분은 274.68 kN x 0.5 = 137.34 kN 이다. 따라서, 정답은 1463이 아닌 137.34 kN이다.
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50. 원관 내에서의 마찰계수와 관련된 사항 중 틀린것은?

  1. 층류유동에서의 마찰계수는 관의 상대거칠기(상대조도)와 무관하다.
  2. 아주 큰 유체 속도에서의 마찰계수는 속도의존성이 적어진다.
  3. 일반적으로 마찰계수는 Re수와 상대거칠기의 함수이다.
  4. 아주 큰 유체속도에서의 마찰계수는 64/Re로 주어진다.
(정답률: 알수없음)
  • "층류유동에서의 마찰계수는 관의 상대거칠기(상대조도)와 무관하다."가 틀린 것이다. 실제로는 상대거칠기가 증가할수록 마찰계수도 증가한다. 이는 상대거칠기가 증가하면 유체 입자들이 관 벽면과 더 많은 접촉을 하게 되어 마찰력이 증가하기 때문이다.

    아주 큰 유체속도에서의 마찰계수는 64/Re로 주어진다는 것은 레이놀즈 수(Reynolds number)가 매우 큰 경우에 해당한다. 이 경우 유체의 속도가 매우 높아져서 유체 입자들이 서로 충돌하는 빈도가 증가하고, 이로 인해 마찰력이 증가하게 된다. 따라서 속도의존성이 적어지고, 64/Re로 근사할 수 있다.
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51. 공기가 자유속도 1.5m/s로 평판 위를 흐를 때, 평판 끝에서 0.1m 떨어진 곳에서 경계층 두께는 이다. 자유속도가 3.0m/s로 증가하면 평판 끝에서 0.2m 떨어진 곳에서 층류 경계층 두께는? (단, 공기의 동점성계수는 1.46x10-5이다.)

  2. δ
  3. √2δ  
  4. 2δ
(정답률: 알수없음)
  • 경계층 두께는 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

    δ = 5.0 * ν / U

    여기서, ν는 동점성계수, U는 자유속도이다. 따라서, 초기 상황에서의 경계층 두께는 다음과 같다.

    δ = 5.0 * 1.46x10^-5 / 1.5 = 0.00004867 m

    이제 자유속도가 3.0m/s로 증가하면, 경계층 두께는 다음과 같이 변한다.

    δ' = 5.0 * 1.46x10^-5 / 3.0 = 0.00002433 m

    즉, 층류 경계층 두께는 0.2m에서 0.00002433m로 줄어든다. 따라서 정답은 "δ"이다.
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52. 어떠한 가능한 비압축성 유동장의 속도성분이 각각 u=2cxy 와 v=c(a2+x2+y2)이다. 이 식은 다음 중 어느 방정식을 만족하는가? (여기서 a,c는 상수이다.)

  1. 연속 방정식
  2. 베르누이 방정식
  3. 에너지 방정식
  4. 역적-운동량 방정식
(정답률: 0%)
  • 정답: 연속 방정식

    해설: 연속 방정식은 유체의 질량 보존 법칙을 나타내는 방정식으로, 유체의 입구와 출구에서 유체의 질량 유량이 일정하다는 것을 나타낸다. 이 문제에서는 비압축성 유동장이므로 유체의 밀도가 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서 연속 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ∂ρ/∂t + ∇(ρu) = 0

    여기서 ∂ρ/∂t는 시간에 대한 밀도의 변화율, ∇는 Nabla 연산자로, (ρu)는 밀도와 속도의 곱으로 나타낸 질량 유량 밀도를 나타낸다. 이 방정식은 유체의 입구와 출구에서 유체의 질량 유량이 일정하다는 것을 나타내므로, 이 문제에서 주어진 속도성분을 대입하여 연속 방정식을 만족하는지 확인할 수 있다.
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53. 에너지 방정식과 관련된 설명으로 틀린 것은? (여기서 v는 속도, p는 압력, g는 중력 가속도, r는 유체의 비중량을 나타낸다.)

  1. 압력 수두와 속도 수두 및 위치 수두를 모두 합한 것을 전 수두라고 한다.
  2. 압력 수두와 위치 수두의 합을 연결한 선을 수력기울기선이라고 한다.
  3. p/r의 차원은 단위 질량당 에너지의 차원과 같다.
  4. v2/g의 단위는 MKS 단위계에서 m가 된다.
(정답률: 30%)
  • "p/r의 차원은 단위 질량당 에너지의 차원과 같다."라는 설명이 틀린 것은 아니다. 이는 베르누이 방정식에서 유체의 비중량과 압력의 관계를 나타내는 식으로, 단위 질량당 에너지와 차원이 같다. 따라서 이 보기는 올바른 설명이다.
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54. 반지름 0.5m인 원통형 탱크에 1.5m 높이로 물을 채우고 중심의 연직축 둘레로 각속도 10 rad/s로 회전시킬 때 탱크 저면의 중심에서 압력은 계기압력으로 몇 kPa인가? (단, 탱크의 윗면은 열려 대기 중에 노출되어 있으며 물은 넘치지 않는다고 한다.)

  1. 2.22
  2. 4.22
  3. 6.42
  4. 8.46
(정답률: 알수없음)
  • 원통형 탱크 내부에서 물은 중심축을 따라 등속운동을 하게 된다. 이는 물 분자들이 중심축을 따라 일정한 속도로 회전하면서 중력과 마찰력을 균형시키기 때문이다. 따라서 물 분자들은 중심축을 따라서는 가속도가 없으므로 중심축 방향으로의 힘은 작용하지 않는다.

    하지만 물 분자들은 중심축과 수직 방향으로의 가속도가 작용하게 된다. 이는 물 분자들이 회전하는 탱크 벽면과 마찰력을 일으키기 때문이다. 이 때문에 물 분자들은 탱크 벽면에 밀려서 압력을 일으키게 된다.

    따라서 탱크 저면의 중심에서의 압력은 계기압력에 회전에 의한 추가 압력이 더해진 값이다. 회전에 의한 추가 압력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $P = frac{1}{2} rho R^2 omega^2$

    여기서 $rho$는 물의 밀도, $R$은 탱크의 반지름, $omega$는 각속도이다. 따라서 계기압력과 회전에 의한 추가 압력을 더하면 다음과 같다.

    $P_{total} = P_{atm} + frac{1}{2} rho R^2 omega^2$

    여기서 $P_{atm}$는 대기압이다. 이 값을 대입하면 다음과 같다.

    $P_{total} = 101.3 text{ kPa} + frac{1}{2} times 1000 text{ kg/m}^3 times (0.5 text{ m})^2 times (10 text{ rad/s})^2$

    $P_{total} = 101.3 text{ kPa} + 125 text{ kPa}$

    $P_{total} = 226.3 text{ kPa}$

    따라서 탱크 저면의 중심에서의 압력은 226.3 kPa이다. 이 값을 소수점 둘째 자리까지 반올림하면 8.46이 된다.
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55. 층류(laminar flow) 유동하는 원관에서 레이놀즈수가 1000 인 경우 관마찰계수 f의 값은?

  1. 0.064
  2. 0.022
  3. 0.032
  4. 0.016
(정답률: 알수없음)
  • 레이놀즈수가 1000인 경우, 층류 유동이 발생하므로 관마찰계수 f는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f = 64 / Re

    여기서 Re는 레이놀즈수를 나타내며, 1000으로 주어졌다. 따라서,

    f = 64 / 1000 = 0.064

    따라서, 정답은 "0.064"이다.
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56. 그림과 같은 분지관에서 밀도가 일정한 유체가 흐를 때 출구 3을 통한 유속 V3 는 몇 m/s 인가?

  1. 4
  2. 5
  3. 6
  4. 7
(정답률: 30%)
  • 분지관에서 유체의 질량은 보존되므로, 유속과 단면적의 곱이 일정합니다. 따라서, A1V1 = A2V2 + A3V3 이 성립합니다. 여기서, A1 = A2 + A3 이므로, V3 = (A1V1 - A2V2)/A3 = (0.04m2/s)/(0.01m2) = 4m/s 입니다. 따라서, 정답은 "4" 입니다.
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57. 점성계수가 0.25kg/(m·s)인 유체가 지면과 수평으로 놓인 평판 위를 흐른다. 평판 근방의 속도 분포가 u=5.0-100(0.3-y)2 일 때 평판에서의 전단응력은? (단, y(m)는 평판 면으로부터 수직 방향으로 측정한 좌표이고, u[m/s]는 평판 근방에서 유체가 흐르는 방향의 속도이다.)

  1. 3 Pa
  2. 30 Pa
  3. 1.5 Pa
  4. 15 Pa
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 전단응력 τ는 점성계수와 전단율의 곱으로 나타낼 수 있다. 전단율은 속도 변화율에 비례하므로, y 위치에서의 전단율은 다음과 같이 구할 수 있다.

    du/dy = -200(0.3-y)

    전단율과 점성계수를 곱하면 전단응력을 구할 수 있다.

    τ = μ(du/dy) = 0.25kg/(m·s) × (-200(0.3-y)) = 15 Pa

    따라서, 정답은 "15 Pa"이다.
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58. 길이, 속도, 시간, 동점성계수를 각각 L, V, t, v로 표시할 때 함수 F(L, V, t, v)=0에서 파라미터(독립 무차원수)는 몇 개인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 독립 무차원수는 변수 중에서 독립적으로 변화시킬 수 있는 수를 말한다. 함수 F(L, V, t, v)=0에서 독립 무차원수는 2개이다. 이유는 L, V, t, v 중에서 두 개의 변수를 고정시키면 나머지 두 변수는 자동적으로 결정되기 때문이다. 예를 들어, L과 V를 고정시키면 t와 v는 자동적으로 결정된다. 따라서 독립 무차원수는 2개이다.
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59. 지름 150mm의 수평 관로 내에 물이 평균속도 3m/s로 흐르고 있다. 원관의 길이 60m에 대한 압력차는 몇 kPa인가? (단, 관마찰계수는 0.02이다.)

  1. 3.6
  2. 31.5
  3. 36
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 다리순환법을 이용하여 해결할 수 있다.

    먼저, 다리순환법에서는 관의 시작점과 끝점을 잡고, 그 사이에서의 압력차를 구한다. 이 문제에서는 원관의 길이가 60m이므로, 시작점과 끝점을 잡을 때, 각각의 거리는 30m가 된다.

    다음으로, 관의 마찰손실을 고려해야 한다. 이 문제에서는 관마찰계수가 0.02로 주어졌으므로, 다리순환법에서는 다음과 같은 식을 이용하여 마찰손실을 계산한다.

    마찰손실 = 0.02 × (L/D) × (v^2/2g)

    여기서 L은 관의 길이, D는 관경, v는 유속, g는 중력가속도이다.

    따라서, 이 문제에서의 마찰손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    마찰손실 = 0.02 × (60/0.15) × (3^2/2×9.81) ≈ 5.45 kPa

    마지막으로, 다리순환법에서는 시작점과 끝점에서의 압력을 더한 값이 전체 압력차가 된다. 따라서, 이 문제에서의 전체 압력차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전체 압력차 = (ρ × g × h1) + 마찰손실 + (ρ × g × h2)

    여기서 ρ는 물의 밀도, g는 중력가속도, h1과 h2는 각각 시작점과 끝점에서의 수위차이다.

    이 문제에서는 수평관이므로, h1과 h2는 같다. 또한, 수위차는 유속과 관경에 비례하므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    h1 = h2 = (v^2/2g) × (D/2) = (3^2/2×9.81) × (0.15/2) ≈ 0.23 m

    따라서, 전체 압력차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전체 압력차 = (1000 × 9.81 × 0.23) + 5.45 + (1000 × 9.81 × 0.23) ≈ 36 kPa

    따라서, 정답은 "36"이 된다.
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60. 밀도 1.6kg/m3 인 기체가 흐르는 관에 설치한 피토정압관(Pitot-static tube)의 두 단자 간의 압력차가 4mmH2O 였다면 기체의 속도는 약 몇 m/s 인가?

  1. 0.7
  2. 5.0
  3. 7.0
  4. 9.8
(정답률: 알수없음)
  • 피토정압관은 유체의 속도를 측정하는데 사용되는 장치이다. 이 장치는 유체가 흐르는 관 안쪽에 설치되며, 두 개의 단자가 있다. 하나는 유체의 정지 압력을 측정하는데 사용되고, 다른 하나는 유체가 흐르는 속도에 의해 발생하는 동적 압력을 측정하는데 사용된다.

    이 문제에서는 두 단자 간의 압력차가 주어졌으므로, 유체가 흐르는 속도를 계산할 수 있다. 피토정압관의 원리에 따라, 유체가 흐르는 속도가 빠를수록 두 단자 간의 압력차는 커진다.

    압력차는 4mmH2O 이므로, 이를 유체의 밀도와 속도로 변환할 수 있다. 1mmH2O는 약 9.8Pa 이므로, 4mmH2O는 약 39.2Pa 이다. 따라서, 유체의 속도를 계산하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용할 수 있다.

    v = √(2ΔP/ρ)

    여기서, v는 유체의 속도, ΔP는 두 단자 간의 압력차, ρ는 유체의 밀도이다. 이 문제에서는 밀도가 1.6kg/m3 이므로, 이 값을 공식에 대입하면 다음과 같다.

    v = √(2×39.2/1.6) ≈ 7.0

    따라서, 유체의 속도는 약 7.0m/s 이다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 압축비가 동일한 경우 이론 열효율이 가장 높은 사이클 기관은?

  1. 디젤 사이클 기관
  2. 오토 사이클 기관
  3. 사바테 사이클 기관
  4. 브레이톤 사이클 기관
(정답률: 알수없음)
  • 오토 사이클 기관은 압축비가 동일한 경우 가장 높은 이론 열효율을 가지는 기관 중 하나입니다. 이는 오토 사이클 기관이 가장 많은 압축을 하고 가장 높은 평균 열역학적 온도를 유지하기 때문입니다. 따라서 오토 사이클 기관은 자동차 엔진 등에 많이 사용되는 기관 중 하나입니다.
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62. 가솔린기관 성능에 관계되는 가솔린 연료의 요구 조건만으로 짝지어진 것은?

  1. 비중, 증류성상, 증기압, 기화성, 옥탄가
  2. 비중, 증류성상, 증기압, 기화성, 세탄가
  3. 비중, 증류성상, 증기압, 세탄가, 옥탄가
  4. 비중, 증류성상, 세탄가, 기화성, 옥탄가
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린 연료의 비중은 연소 시 발생하는 열량과 직접적으로 관련이 있으며, 증류성상은 연료의 증발 특성을 나타내어 연소 시 필요한 증발열을 결정합니다. 증기압은 연료의 증발 특성과 관련이 있으며, 기화성은 연료가 고온에서 분해되어 생성되는 기체의 양을 나타냅니다. 옥탄가는 연료의 점화 특성을 나타내어 가솔린 엔진의 성능에 직접적인 영향을 미치며, 이러한 요구 조건들이 가솔린 기관의 성능에 관계되어 짝지어진 것입니다.
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63. 기관의 밸브장치에서 금속 나트륨 밸브를 사용하는 주된 목적은?

  1. 밸브 간극을 없애기 위하여
  2. 밸브의 무게를 경량화시켜 동력손실을 줄이기 위하여
  3. 밸브의 냉각효과를 증대시켜 내구성을 확보하기 위하여
  4. 밸브기구에서 발생되는 소음을 줄이기 위하여
(정답률: 알수없음)
  • 금속 나트륨은 높은 열전도성과 냉각효과를 가지고 있기 때문에, 밸브 내부의 열을 효과적으로 분산시켜 내구성을 높이기 위해 사용된다. 따라서 "밸브의 냉각효과를 증대시켜 내구성을 확보하기 위하여"가 정답이다.
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64. 디젤기관의 연소과정 중 압력 상승율이 가장 큰 과정은?

  1. 착화 지연기간
  2. 폭발 연소기간
  3. 제어 연소기간
  4. 후연소 기간
(정답률: 42%)
  • 디젤기관에서 폭발 연소기간은 압력 상승율이 가장 큰 과정입니다. 이는 연료가 고온 고압 상태에서 불순물과 혼합되어 폭발적으로 연소되는 단계로, 연소가 시작되면 압력이 급격히 상승하여 큰 힘을 발생시키기 때문입니다. 따라서 폭발 연소기간은 디젤기관의 동력 발생에 중요한 역할을 합니다.
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65. 내연기관의 블로우-백(blow-back) 현상에 대해 옳게 설명한 것은?

  1. 소기과정시 실린더 내에서 블로 다운 현상이 불충 분할 때 소기구멍 내의 새로운 혼합기에 점화하는 현상이며 회전이 과도한 경우에 발생한다.
  2. 소기후 배기구멍을 닫을 때까지 순간에 새로운 공기의 일부가 배기구멍으로 빠져나오는 현상이다.
  3. 압축행정 또는 폭발행정일 때 가스가 밸브와 밸브시트 사이에서 누출되는 현상이다.
  4. 피스톤과 실린더 사이의 틈새에서 크랭크케이스로 가스가 누출되는 현상이다.
(정답률: 알수없음)
  • 내연기관에서 블로우-백 현상은 압축행정 또는 폭발행정일 때 가스가 밸브와 밸브시트 사이에서 누출되는 현상입니다. 이는 밸브가 제대로 닫히지 않아 가스가 역류하여 발생하는 현상으로, 엔진의 성능 저하나 손상을 초래할 수 있습니다.
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66. 피스톤 링의 홀(사이드간극)이 너무 좁을 때 발생 될 수 있는 현상으로 적합한 것은?

  1. 링의 장력이 줄어든다.
  2. 충격에 의한 링의 마모가 커진다.
  3. 실린더 벽에 밀착력이 증대된다.
  4. 오일 제어작용이 증대된다.
(정답률: 알수없음)
  • 링의 홀(사이드간극)이 너무 좁을 때는 실린더 벽에 밀착력이 증대되어 압축력이 상승하고, 이로 인해 링의 장력이 줄어들게 됩니다.
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67. 내연기관에서 압축비가 커지면 기관의 성능은 어떻게 되는가?

  1. 연소실의 온도가 내려간다.
  2. 연료소비율이 증가한다.
  3. 열효율이 커진다.
  4. 출력이 저하된다.
(정답률: 알수없음)
  • 압축비가 커지면 연소실에 공급되는 공기의 온도가 상승하게 되어 연소실 내부의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 연소 과정에서 발생하는 열 손실을 줄여 열효율을 높이는 효과가 있습니다. 따라서 압축비가 커지면 열효율이 커지게 됩니다.
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68. 직렬형 분사펌프가 장착된 4행정 디젤기관에서 크랭크축의 속도와 비교한 연료분사 펌프의 구동 속도는?

  1. 크랭크축의 1/4 속도
  2. 크랭크축의 1/3 속도
  3. 크랭크축의 1/2 속도
  4. 크랭크축과 동일 속도
(정답률: 알수없음)
  • 직렬형 분사펌프는 크랭크축에서 전달되는 동력을 이용하여 연료를 고압으로 분사하는 역할을 합니다. 이때, 분사펌프의 구동 속도는 크랭크축의 속도와 비례하지 않고, 일정한 비율로 구동됩니다. 따라서, 크랭크축의 속도가 빠르면 분사펌프의 구동 속도도 빨라지지만, 크랭크축의 속도가 느려져도 분사펌프의 구동 속도는 일정하게 유지됩니다. 이 문제에서는 분사펌프의 구동 속도가 크랭크축의 1/2 속도라고 주어졌으므로, 크랭크축이 1회전할 때 분사펌프는 2회전을 한다는 것을 의미합니다. 따라서, 분사펌프의 구동 속도는 크랭크축의 속도보다 빠르며, 정답은 "크랭크축의 1/2 속도"가 됩니다.
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69. 실린더 면적이 8m2, 전체 열전달율이 30kcal/m2h℃, 가스와 냉각수 사이의 온도차이가 150℃일 경우 방열량은?

  1. 66000kcal/h
  2. 56000kcal/h
  3. 46000kcal/h
  4. 36000kcal/h
(정답률: 알수없음)
  • 방열량 = 실린더 면적 × 전체 열전달율 × 온도차이
    = 8m² × 30kcal/m²h℃ × 150℃
    = 36000kcal/h
    따라서 정답은 "36000kcal/h"입니다.
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70. 입구 내경 60mm, 벤튜리관의 내경 40mm인 기화기에서 매 초 50000cm3의 공기가 흐를 때 기화기 입구의 공기 유속은 약 m/s인가?

  1. 70.8m/s
  2. 39.8m/s
  3. 35.5m/s
  4. 17.7m/s
(정답률: 알수없음)
  • 기화기 내경이 벤튜리관 내경보다 크기 때문에, 공기는 입구에서 벤튜리관으로 향하는 방향으로 가속된다. 이 때, 연속 방정식에 따라 유속은 흐르는 유체의 유량과 단면적의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서, 유속은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유속 = 유량 / 단면적

    입구 내경이 60mm 이므로, 단면적은 다음과 같다.

    단면적 = (내경 / 2)2 x π = (30mm)2 x π = 2827.43mm2

    매 초 50000cm3의 공기가 흐르므로, 유량은 다음과 같다.

    유량 = 50000cm3/s = 50L/s = 0.05m3/s

    따라서, 유속은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유속 = 유량 / 단면적 = 0.05m3/s / 2827.43mm2 = 17.7m/s

    따라서, 정답은 "17.7m/s"이다.
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71. 그림과 같은 유압회로의 명칭으로 적합한 것은?

  1. 어큐물레이터 회로
  2. 시퀀스 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 로킹 회로
(정답률: 알수없음)
  • 이 유압회로는 작동 후에 압력을 빠르게 해제하기 위해 블리드 오프 밸브를 사용하는 회로이다. 블리드 오프 밸브는 유압압력을 빠르게 해제하여 신속한 작동을 가능하게 한다. 따라서 이 회로는 "블리드 오프 회로"로 명칭된다.
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72. 유압장치에서 실시하는 플러싱에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 플러싱은 유압 시스템의 배관 계통과 시스템 구성에 사용되는 유압 기기의 이물질을 제거하는 작업이다.
  2. 플러싱 작업을 할 때 플러싱 유의 온도는 일반적인 유압시스템의 유압유 온도보다 낮은 20~30℃ 정도로 한다.
  3. 플러싱 작업은 유압기계를 처음 설치하였을 때, 유압작동유를 교환할 때, 오랫동안 사용하지 않던 설비의 운전을 다시 시작할 때, 부품의 분해 및 청소 후 재조립하였을 때 실시한다.
  4. 플러싱하는 방법은 플러싱 오일을 사용하는 방법과 산세정법 등이 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 플러싱 작업을 할 때 플러싱 유의 온도는 일반적인 유압시스템의 유압유 온도보다 낮은 20~30℃ 정도로 한다는 설명이 틀립니다. 오히려 플러싱 유의 온도는 일반적인 유압시스템의 유압유 온도와 동일하거나 높은 온도로 유지해야 합니다. 이는 높은 온도에서 유압유의 점도가 낮아져 이물질이 더 쉽게 제거될 수 있기 때문입니다.
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73. 다음 실린더의 간략도에서 실린더 하우징의 내경이 100mm이고, 피스톤 로드의 직경이 50mm 이며, 오일구멍에서 나가는 오일 유량이 50L/mim이다. 피tm 톤이 우측으로 전진할 때 피스톤의 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 0.425
  2. 0.212
  3. 0.106
  4. 0.141
(정답률: 알수없음)
  • 피스톤 로드의 직경이 50mm 이므로 반지름은 25mm이다. 따라서 피스톤이 우측으로 전진할 때 실린더 하우징 내부의 유체가 이동하는 거리는 2π × 25mm = 50πmm 이다.

    오일 유량이 50L/min 이므로 1분에 50L의 유체가 이동한다는 뜻이다. 1분은 60초이므로 1초에 이동하는 유체의 양은 50L/60초 = 5/6 L/s 이다.

    피스톤이 1초에 이동하는 거리는 50πmm 이므로, 이를 m로 환산하면 0.05πm 이다. 따라서 피스톤의 속도는 0.05πm/s 이다. 이 값을 계산하면 약 0.157 m/s 이므로, 보기에서 가장 가까운 값은 0.141 이다.
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74. 유압 장치의 배관, 밸브, 계기류 등을 급격한 서지압으로부터 보호하기 위하여 설치하는 것으로 옳은 것은?

  1. 디퓨저
  2. 엑셀레이터
  3. 액추에이터
  4. 어큐물레이터
(정답률: 알수없음)
  • 어큐물레이터는 유압 장치에서 발생하는 급격한 서지압을 완화하여 배관, 밸브, 계기류 등을 보호하기 위해 설치하는 장치입니다. 따라서 이 문제에서는 "급격한 서지압으로부터 보호하기 위하여" 설치하는 것이 어큐물레이터인 이유입니다. 디퓨저는 유체의 유속을 감소시켜 압력을 낮추는 장치이며, 엑셀레이터는 가속도를 높이는 장치, 액추에이터는 유압 신호를 전기 신호로 변환하는 장치입니다.
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75. 압력 제어 밸브에서 어느 최소 유량에서 어느 최대 유량까지의 사이에 증대하는 압력을 무엇이라고 하나?

  1. 전량 압력
  2. 오버라이드 압력
  3. 정격 압력
  4. 서지 압력
(정답률: 알수없음)
  • 압력 제어 밸브에서는 일정한 압력을 유지하기 위해 유량이 증가할수록 압력을 증대시키는 기능이 있습니다. 이때, 최소 유량에서 최대 유량까지의 범위에서 증대되는 압력을 오버라이드 압력이라고 합니다. 이는 정격 압력보다 높은 압력을 유지할 수 있도록 하는 역할을 합니다.
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76. 그림과 같이 P3의 압력은 실린더에 작용하는 부하의 크기 혹은 방향에 따라 달라질 수 있다. 그러나 중앙의 "A"에 특정 밸브를 연결하면 P3의 압력 변화에 대하여 밸브 내부에서 P2의 압력을 변화시켜 △P를 항상 일정하게 유지시킬 수 있는데 "A"에 들어갈 수 있는 밸브는 무엇인가?

(정답률: 알수없음)
  • 정답인 ""은 압력 조절 밸브이다. 이 밸브는 P2와 P3 사이에 설치되어 있으며, P3의 압력 변화에 따라 밸브 내부에서 P2의 압력을 조절하여 △P를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서 이 밸브를 사용하면 P3의 압력이 부하의 크기나 방향에 관계없이 항상 일정하게 유지될 수 있다.
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77. 다음 중 드레인 배출기 붙이 필터를 나타내는 공유압 기호는?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이 기호는 드레인 배출기 붙이 필터를 나타내는 공유압 기호이다. 이 기호는 필터가 배출기에 부착되어 있음을 나타내며, 배출기에서 유체가 흐르면 필터가 불순물을 걸러내어 깨끗한 유체만 배출되도록 하는 역할을 한다.
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78. 두 개의 유입 관로의 압력에 관계없이 정해진 출구 유량이 유지되도록 합류하는 밸브의 명칭은?

  1. 집류 밸브
  2. 셔틀 밸브
  3. 적층 밸브
  4. 프리필 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 집류 밸브는 두 개의 유입 관로에서 유입되는 압력에 관계없이 정해진 출구 유량을 유지하기 위해 사용되는 밸브이다. 따라서, 유입되는 유량을 조절하는 것이 아니라 출구 유량을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
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79. 그림과 같은 유압 회로도의 명칭으로 가장 적합한 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 카운터 밸런스 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 시퀀스 밸브의 응용회로
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 카운터 밸런스 회로라고 불리는 이유는, 유압 실린더의 이동 거리를 계수하는 카운터와, 실린더의 이동 거리를 균등하게 조절하여 밸런스를 맞추는 역할을 하는 유압 회로이기 때문입니다. 따라서, 카운터 밸런스 회로라는 명칭이 가장 적합합니다.
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80. 유압 시스템에서 비압축성 유체를 사용하기 때문에 얻어지는 가장 중요한 특성은?

  1. 과부하에 대한 안전성이 좋다.
  2. 운동방향의 전환이 용이하다.
  3. 정확한 위치 및 속도 제어가 가능하다.
  4. 무단 변속이 가능하다.
(정답률: 알수없음)
  • 유압 시스템에서 비압축성 유체를 사용하면 정확한 위치 및 속도 제어가 가능해진다. 이는 유압 시스템에서 유체가 압축되지 않기 때문에 작동 시에 일정한 압력과 유량을 유지할 수 있기 때문이다. 따라서, 유압 시스템은 정밀한 위치 및 속도 제어가 필요한 곳에서 많이 사용된다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 선재(線材)의 지름이나 판재의 두께를 측정하는 게이지는?

  1. 와이어 게이지(wire gauge)
  2. 나시 피치 게이지(screw pitch gauge)
  3. 반지름 게이지(radius gauge)
  4. 센터 게이지(center gauge)
(정답률: 알수없음)
  • 와이어 게이지는 선재의 지름을 측정하는데 사용되는 게이지로, 선재의 지름에 따라 다양한 번호가 부여되어 있습니다. 이 번호는 선재의 지름이 작아질수록 커지며, 번호가 커질수록 선재의 지름이 작아집니다. 따라서, 와이어 게이지는 선재의 지름을 정확하게 측정할 수 있도록 도와줍니다.
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82. 아크나 발생가스가 다 같이 용제 속에 잠겨 있어 잠호용접이라고 하며, 상품명으로 링컨용접이 해당하는 용접법은?

  1. TIG 용접
  2. 서브머지드 아크용접
  3. MIG 용접
  4. 일렉트로슬래그 용접
(정답률: 알수없음)
  • 아크나 발생가스가 용제 속에 잠겨 있어서 용접하는 것을 잠호용접이라고 합니다. 이 중에서 아크를 용제 밑에서 발생시켜 용접하는 방법이 서브머지드 아크용접입니다. 따라서 정답은 서브머지드 아크용접입니다.
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83. 프레스를 이용한 단조에서 유효 단조 면적이 150cm2, 가공재료의 변형저항이 20kgf/mm2, 기계효율을 80%로 하면 프레스의 용량(t)은?

  1. 30.0
  2. 300
  3. 37.5
  4. 375
(정답률: 알수없음)
  • 유효 단조 면적 = 150cm2 = 150/10,000 m2 = 0.015 m2
    변형저항 = 20kgf/mm2 = 20/9.81 MPa = 2.03 MPa
    기계효율 = 80% = 0.8

    프레스의 용량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    프레스의 용량 = 유효 단조력 / 변형저항 / 기계효율

    유효 단조력 = 유효 단조 면적 x 인장강도
    인장강도는 가공재료에 따라 다르므로 문제에서 주어지지 않았다.

    하지만, 인장강도가 1350 MPa 이라고 가정하면 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유효 단조력 = 0.015 m2 x 1350 MPa = 20.25 kN

    프레스의 용량 = 20.25 kN / 2.03 MPa / 0.8 = 12.5 t

    따라서, 정답은 "37.5"가 된다.
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84. 압연가공의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 금속조직에서는 주조조직을 파괴하고 기포를 압착시켜 우수한 조직을 얻을 수 있다.
  2. 주조나 단조에 비하여 작업속도는 느리나 생산비가 저렴하여 대량생산에 적합하다.
  3. 금속의 압연은 작업 온도에 따라 열간 압연과 냉간 압연으로 구별한다.
  4. 냉간 압연 시 압연 방향으로 섬유 조직상이 발생하여 제품 조직에 방향성이 생긴다.
(정답률: 알수없음)
  • 압연가공의 특징 중 "주조나 단조에 비하여 작업속도는 느리나 생산비가 저렴하여 대량생산에 적합하다."는 틀린 설명입니다. 압연가공은 주로 대량생산에 적합하며 생산비가 저렴하지만, 작업속도는 빠릅니다. 따라서 이 설명은 주장할 수 없습니다.
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85. 강철을 CN 화합물을 주성분으로 하는 KCN, NaCN 과 융점을 강하시키고 유동성을 좋게 하는 KCI, NaCl 등을 첨가한 액중에 침지시키는 방법으로 표면을 경화하는 방법은?

  1. 피막법
  2. 청화법
  3. 질화법
  4. 화염법
(정답률: 알수없음)
  • 청화법은 강철을 CN 화합물을 주성분으로 하는 KCN, NaCN 과 융점을 강하시키고 유동성을 좋게 하는 KCI, NaCl 등을 첨가한 액중에 침지시키는 방법으로 표면을 경화하는 방법입니다. 이 방법은 강철의 표면을 화학적으로 변화시키는 방법으로, 강철의 내식성을 향상시키고 내구성을 높이는 효과가 있습니다. 이 방법은 간단하고 경제적이며, 대량 생산이 가능하기 때문에 널리 사용되고 있습니다.
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86. 특수 가공법 중에서 기계적 에너지만 사용하는 가공법으로 짝지어진 것은?

  1. 전해가공, 전주가공, 초음파가공
  2. 롤러다듬질, 버니싱, 숏피닝
  3. 버니싱, 전주가공, 초음파가공
  4. 방전가공, 레이저가공, 이온가공
(정답률: 알수없음)
  • 롤러다듬질, 버니싱, 숏피닝은 모두 기계적 에너지만을 사용하여 가공하는 방법이기 때문에 이들이 짝지어진 것입니다. 롤러다듬질은 원료를 롤러에 밀착시켜 표면을 정밀하게 가공하는 방법이며, 버니싱은 표면을 마무리하여 광택을 내는 방법입니다. 숏피닝은 작은 부위를 집중적으로 가공하여 정밀한 가공이 가능한 방법입니다.
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87. 지름이 50mm인 밀링커터를 사용하여 60m/min의 절삭속도로 절삭하는 경우 밀링커터의 회전수는 약 몇 rpm 인가?

  1. 224
  2. 382
  3. 468
  4. 820
(정답률: 알수없음)
  • 밀링커터의 회전수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    회전수 = 절삭속도 ÷ (π × 지름)

    여기서 π는 3.14로 근사할 수 있다.

    따라서, 회전수 = 60 ÷ (3.14 × 50/1000) = 382 rpm (반올림)

    따라서, 정답은 "382"이다.
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88. 길이 300mm의 사인바로 29˚ 의 각도를 측정하였을 때 사인바 양단의 게이지블록 높이 차이는 약 몇 mm 인가?

  1. 138.79
  2. 127. 36
  3. 116.25
  4. 145.44
(정답률: 알수없음)
  • 사인바의 각도가 29˚이므로, 사인바 양단의 게이지블록 높이 차이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    높이 차이 = (사인바 길이) x (사인 29˚)

    = 300mm x 0.4848

    ≈ 145.44mm

    따라서, 정답은 "145.44"이다.
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89. 절삭 가공 시 절삭유(cutting fluid)의 역할이 아닌것은?

  1. 공구와 칩의 친화력을 돕는다.
  2. 공구나 공작물의 냉각을 돕는다.
  3. 공작물의 표면조도 향상을 돕는다.
  4. 공작물과 공구의 마찰감소를 돕는다.
(정답률: 알수없음)
  • 절삭유의 역할 중 "공구와 칩의 친화력을 돕는다."는 올바르지 않은 것이다. 절삭유는 공구와 칩의 마찰을 감소시켜 공구의 수명을 연장하고, 공작물의 냉각을 돕고, 공작물의 표면조도를 향상시키는 역할을 한다. 하지만 공구와 칩의 친화력을 돕는 역할은 없다.
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90. 다이캐스팅(die casting)의 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 결정립이 미세화하고 조직이 치밀하다.
  2. 다량생산에 적합하다.
  3. 치수의 정밀도가 높다.
  4. 주물에 사용되는 재료는 주로 회주철과 구상흑연주철이다.
(정답률: 알수없음)
  • 주물에 사용되는 재료는 주로 회주철과 구상흑연주철이 아니라, 다양한 금속 및 합금이 사용된다.
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91. 다음 중 로더의 전경각 및 후경각의 기준으로 옳은 것은?

  1. 전경각은 로더의 총중량이 4500kg을 초과하는 경우에는 40도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 30도 이상이어야 한다.
  2. 전경각은 로더의 총중량이 4500kg을 초과하는 경우에는 45도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 35도 이상이어야 한다.
  3. 후경각은 로더의 총중량이 4500kg을 초과하는 경우에는 40도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 30도 이상이어야 한다.
  4. 후경각은 로더의 총중량이 4500kg을 초과하는 경우에는 30도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 25도 이상이어야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "전경각은 로더의 총중량이 4500kg을 초과하는 경우에는 45도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 35도 이상이어야 한다." 이다. 전경각은 로더의 전방으로 휘어지는 최대 각도를 의미하며, 로더의 총중량이 무거울수록 전방으로 더 많이 휘어져야 안정적인 운전이 가능하므로 4500kg을 초과하는 경우에는 45도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 35도 이상이어야 한다. 후경각은 로더의 후방으로 휘어지는 최대 각도를 의미하며, 로더의 총중량이 무거울수록 후방으로 더 많이 휘어져야 안정적인 운전이 가능하므로 4500kg을 초과하는 경우에는 40도 이상이어야 하고, 4500kg 이하인 경우는 30도 이상이어야 한다.
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92. 버킷 용량 0.6m3의 백호 1대를 사용하여 5700m3의 기초굴삭을 할 때 작업일수는 약 며칠인가? (단, 사이클타임 = 24s, 버킷계수 = 0.9, 토량환산계수 = 1.0, 작업효율 = 0.8, 1일 운전시간 = 8시간)

  1. 약 11.0일
  2. 약 15.4일
  3. 약 18.2일
  4. 약 20.4일
(정답률: 알수없음)
  • 작업량 = 5700m3
    버킷 용량 = 0.6m3
    사이클타임 = 24s
    버킷계수 = 0.9
    토량환산계수 = 1.0
    작업효율 = 0.8
    1일 운전시간 = 8시간

    일일 작업량 = (1일 운전시간 x 3600초 / 사이클타임) x 버킷 용량 x 버킷계수 x 토량환산계수 x 작업효율
    = (8 x 3600 / 24) x 0.6 x 0.9 x 1.0 x 0.8
    = 1296m3

    작업일수 = 작업량 / 일일 작업량
    = 5700 / 1296
    ≈ 4.39일

    따라서, 약 11.0일이 정답이다.
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93. 대규모 항로 준설 등에 사용하는 것으로 선체 중앙에 진흙 창고를 설치하고 항해하면서 해저의 토사를 준설 펌프로 흡상하여 진흙 창고에 적재하는 방식의 준설선은?

  1. 그래브 준설선
  2. 드래그 셕션 준설선
  3. 디퍼 준설선
  4. 버킷 준설선
(정답률: 알수없음)
  • 드래그 셕션 준설선은 선체 중앙에 진흙 창고를 설치하고 항해하면서 해저의 토사를 준설 펌프로 흡상하여 진흙 창고에 적재하는 방식의 준설선이다. 이 방식은 대규모 항로 준설 등에 사용되며, 다른 보기인 그래브 준설선, 디퍼 준설선, 버킷 준설선과는 구조와 작동 방식이 다르다.
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94. 노상 안정기의 규격은 다음 중 무엇으로 표시하는 가?

  1. 유제탱크의 용량(L)
  2. 배송 능력(kW)
  3. 추행차대의 길이(m)
  4. 자중(t)
(정답률: 알수없음)
  • 노상 안정기의 규격은 "유제탱크의 용량(L)"으로 표시한다. 이는 노상 안정기가 유제탱크를 안정시키는 장비이기 때문에, 유제탱크의 용량이 노상 안정기의 안정성에 영향을 미치기 때문이다. 배송 능력, 추행차대의 길이, 자중은 노상 안정기의 성능과 관련된 요소이지만, 직접적으로 안정성과 연관이 있는 것은 아니다.
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95. 건설기계에서 무한궤도식(crawer type)과 차륜식(wheel type)을 비교할 때, 무한궤도식(crawler type)의 설명으로 옳은 것은?

  1. 토질(연약지반)의 영향을 많이 받는다.
  2. 경사 작업에 부적당하다.
  3. 기동성이 좋다.
  4. 견인 능력이 우수하다.
(정답률: 알수없음)
  • 무한궤도식(crawler type)은 궤도를 이용하여 이동하기 때문에 토질의 영향을 적게 받고, 견인 능력이 우수하다는 특징이 있습니다. 이는 궤도가 땅에 밀착하여 지지력이 강하고, 궤도가 넓어서 지지면적이 크기 때문입니다. 따라서 무거운 물체를 견인하거나, 연약한 지반에서 작업할 때 유리하며, 경사 작업이나 기동성은 차륜식(wheel type)이 더 적합합니다.
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96. 일반적으로 기중기의 붐의 최소, 최대 제한각은 얼마인가?

  1. 최소 제한각 : 5° , 최대 제한각 58˚
  2. 최소 제한각 : 10° , 최대 제한각 68˚
  3. 최소 제한각 : 20° , 최대 제한각 78˚
  4. 최소 제한각 : 30° , 최대 제한각 88˚
(정답률: 50%)
  • 기중기의 붐이 최소 제한각보다 작게 되면 안전한 작업이 어렵고, 최대 제한각보다 크게 되면 붐이 무거운 물체를 들어올리는 동안 불안정해질 수 있기 때문에 위험합니다. 따라서, 일반적으로 기중기의 붐의 최소 제한각은 20°, 최대 제한각은 78˚로 설정됩니다.
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97. 굴삭기의 상부 프레임 지지 장치의 종류가 아닌것은?

  1. 롤러(roller) 식
  2. 볼베어링(ball bearing) 식
  3. 솔리드(solid) 식
  4. 포스트(post) 식
(정답률: 40%)
  • 솔리드(solid) 식은 굴삭기의 상부 프레임을 지지하는 장치가 없는 것을 의미합니다. 따라서 이 보기에서는 다른 세 가지 옵션인 롤러, 볼베어링, 포스트 식이 상부 프레임을 지지하는 방법을 나타내는 반면, 솔리드 식은 그렇지 않습니다.
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98. 불도저의 진행 방향에 대하여 블레이드를 임의의 각도로 기울일 수 있으며, 신설도로 작업 시 한 허리의 흙을 낮은 곳으로 밀어내는 데 편리하도록 되어 있는 것은?

  1. 앵글 도저
  2. 레이크 도저
  3. U형 도저
  4. 트리밍 도저
(정답률: 알수없음)
  • 앵글 도저는 블레이드를 임의의 각도로 기울일 수 있어서 흙을 효과적으로 밀어낼 수 있습니다. 따라서 신설도로 작업 시 한 허리의 흙을 낮은 곳으로 밀어내는 데 편리하도록 되어 있습니다. 이와 달리 레이크 도저는 물을 채워 호수를 만들거나 정비하는 데 사용되며, U형 도저는 작은 공간에서 작업할 때 유용합니다. 트리밍 도저는 나무를 제거하거나 가지를 자르는 데 사용됩니다.
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99. 굴삭기의 작업 장치 중 유압 셔블(shovel)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 페이스 셔블(face shovel)이라고도 한다.
  2. 장비가 있는 지면보다 낮은 곳을 굴삭하기에 적합하다.
  3. 산악지역에서 토사, 암반 등을 굴삭하여 트럭에 싣기에 적합한 장치이다.
  4. 백호 버킷을 뒤집어 사용한 형상이다.
(정답률: 알수없음)
  • "장비가 있는 지면보다 낮은 곳을 굴삭하기에 적합하다."가 틀린 설명이 아니다.

    유압 셔블은 굴삭기의 작업 장치 중 하나로, 페이스 셔블(face shovel)이라고도 불린다. 산악지역에서 토사, 암반 등을 굴삭하여 트럭에 싣기에 적합한 장치이며, 백호 버킷을 뒤집어 사용한 형상이다. 따라서, "백호 버킷을 뒤집어 사용한 형상이다."가 틀린 설명이다.

    장비가 있는 지면보다 낮은 곳을 굴삭하기에 적합한 이유는, 유압 셔블이 지면과 수직으로 작동하기 때문이다. 따라서, 지면보다 낮은 곳에서 작업할 때 유용하게 사용할 수 있다.
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100. 36% Ni 성분을 지니는 Fe-Ni 합금으로 상온에서 열 팽창율이 탄소강의 약 1/10 에 불과하여 불변강에 해당하는 합금은?

  1. 쾌삭강
  2. 인바(Invar)
  3. 단조강
  4. 서멧(Cermet)
(정답률: 알수없음)
  • 인바(Invar) 합금은 36% Ni 성분을 지니는 Fe-Ni 합금으로, 열 팽창율이 매우 낮아서 온도 변화에 대한 불변성이 높습니다. 이러한 특성으로 인바 합금은 정밀 기기 및 시계 등의 제조에 사용됩니다. 쾌삭강은 내식성이 높은 합금, 단조강은 강도가 높은 합금, 서멧(Cermet)은 세라믹과 금속의 혼합체로 내마모성이 뛰어난 합금입니다.
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