건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2012-03-04)

건설기계설비기사
(2012-03-04 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 원형단면을 갖는 연강봉이 100kN의 인장하중을 받을 때 이 봉의 신장량은? (단, 탄성계수 E=200GPa이다.)

  1. 0.054cm
  2. 0.162cm
  3. 0.236cm
  4. 0.302cm
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 신장량을 구하기 위해서는 변형률을 구해야 한다. 변형률은 (응력/탄성계수)로 구할 수 있다.

    여기서 인장응력은 F/A로 구할 수 있다. A는 원형단면의 면적으로, A=πr^2이다.

    따라서 인장응력은 F/πr^2이다.

    변형률은 (F/πr^2)/E이다.

    이제 주어진 값들을 대입하면,

    변형률 = (100kN/π(1cm)^2)/200GPa = 0.000027

    따라서 신장량은 변형률 x 초기길이 = 0.000027 x 200cm = 0.054cm 이다.

    따라서 정답은 "0.054cm"이다.
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2. 단면이 가로 100mm, 세로 150mm인 사각 단면보가 그림과 같이 하중(P)을 받고 있다. 허용 전단응력이 τa=20MPa일 때 전단응력에 의한 설계에서 허용하중 P는 몇 kN인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 100
  4. 200
(정답률: 알수없음)
  • 단면의 최대 전단응력은 전단력을 단면의 넓이로 나눈 값으로 구할 수 있다. 따라서, 최대 전단력은 τa × 단면의 넓이로 구할 수 있다. 여기서 단면의 넓이는 100mm × 150mm = 15000mm2 이다. 따라서, 최대 전단력은 20MPa × 15000mm2 = 300000N = 300kN 이다. 이 값은 허용하중이 아니라 최대 전단력이므로, 이 값을 1.5로 나누어 허용하중을 구할 수 있다. 따라서, 허용하중은 300kN ÷ 1.5 = 200kN 이다. 따라서, 정답은 "200"이다.
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3. 양단이 고정단이고 길이가 직경의 10배인 주철 재질의 원주가 있다. 이 기둥의 임계응력을 오일러 식을 이용해 구하면 얼마인가? (단, 재료의 탄성계수는 E이다.)

  1. 0.266E
  2. 0.0247E
  3. 0.00547E
  4. 0.00146E
(정답률: 알수없음)
  • 임계응력은 오일러 식으로 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = π²EI/L²

    여기서,
    - σ: 임계응력
    - E: 탄성계수
    - L: 기둥의 길이
    - I: 모멘트 of inertia (원의 경우, I = πr⁴/4)

    문제에서 주어진 조건에 따라,
    - 양단이 고정단이므로, 기둥의 길이 L은 원주와 같다. 즉, L = 2πr
    - 길이가 직경의 10배이므로, r = d/2, L = 10d
    - 모멘트 of inertia I = πr⁴/4 = π(d/2)⁴/4 = πd⁴/64

    따라서, 임계응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = π²EI/L² = π²E(πd⁴/64)/(10d)² = π²E(d²/400)

    보기에서 주어진 값들을 계산해보면,
    - "0.266E": d²/400 = 0.266 -> d = 9.73
    - "0.0247E": d²/400 = 0.0247 -> d = 2.49
    - "0.00547E": d²/400 = 0.00547 -> d = 1.48
    - "0.00146E": d²/400 = 0.00146 -> d = 0.68

    따라서, 정답은 "0.0247E"이다.
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4. 그림과 같은 단순 지지보에서 길이는 5m, 중앙에서 집중하중 P가 작용할 때 최대 처짐은 약 몇 mm인가? (단, 보의 단면(폭×높이=b×h)은 5cm×12cm. 탄성계수 E=210GPa, P=25kN으로 한다.)

  1. 83
  2. 43
  3. 28
  4. 65
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 단순 지지보의 최대 처짐을 구하는 문제이다. 최대 처짐은 중앙에서 일어난다. 따라서 중앙에서의 최대 처짐을 구하면 된다.

    최대 처짐을 구하기 위해서는 보의 단면의 모멘트 of inertia (I)와 최대 모멘트 (M)을 구해야 한다. 이를 이용하여 최대 처짐 (δ)을 구할 수 있다.

    I = (1/12)bh^3 = (1/12)(0.05m)(0.12m)^3 = 1.44×10^-5 m^4

    M = P(L/2) = 25kN(2.5m) = 62.5kNm

    δ = (5PL^3)/(384EI) = (5×25×10^3×(2.5m)^3)/(384×210×10^9×1.44×10^-5m^4) ≈ 0.043m = 43mm

    따라서, 최대 처짐은 약 43mm이다. 따라서 정답은 "43"이다.
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5. 그림과 같은 직사각형 단면의 보에 P=4 kN의 하중이 10°경사진 방향으로 작용한다. A점에서의 길이 방향의 수직응력을 구하면 몇 MPa인가?

  1. 5.89(압축)
  2. 6.67(압축)
  3. 0.79(인장)
  4. 7.46(인장)
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 하중 P는 경사각에 의해 수직 방향과 수평 방향으로 분해된다. 수직 방향으로 작용하는 하중은 Psin10° = 0.1745P, 수평 방향으로 작용하는 하중은 Pcos10° = 0.9848P이다.

    이제, A점에서의 길이 방향의 수직응력을 구하기 위해 모멘트 균형을 이용한다. A점을 기준으로 시계 방향으로 회전하는 모멘트와 반시계 방향으로 회전하는 모멘트가 균형을 이루어야 한다.

    시계 방향으로 회전하는 모멘트는 0.1745P × 2m = 0.349Pm이다. 반시계 방향으로 회전하는 모멘트는 길이 방향의 수직응력 σA와 수평 방향의 하중 0.9848P을 곱한 값인 0.9848P × 2m = 1.9696Pm이다.

    따라서, 0.349Pm = 1.9696Pm - σA × 2m 이므로, σA = (1.9696Pm - 0.349Pm) / 2m = 0.8108P = 3.2432 kN/m이다.

    마지막으로, 길이 방향의 수직응력을 면적으로 나누어 단위 면적당 응력을 구한다. 직사각형 단면의 너비는 0.2m, 높이는 0.4m이므로 면적은 0.08m²이다. 따라서, 단위 면적당 응력은 3.2432 kN/m ÷ 0.08m² = 40.54 kPa = 0.04054 MPa이다.

    정답은 7.46(인장)이다. 이유는 주어진 선택지 중에서 가장 가까운 값이 0.04054 MPa를 0.01 MPa 단위로 반올림한 값인 0.04 MPa이기 때문이다. 또한, 위에서 구한 길이 방향의 수직응력은 양수이므로 인장응력이다.
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6. 길이가 L인 양단 고정보의 중앙점에 집중하중 P가 작용할 때 중앙점의 최대 처짐은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 알수없음)
  • 중앙점에 작용하는 집중하중 P는 보의 양쪽 끝에서의 반력으로 인해 보의 중앙점에서 굽힘모멘트가 발생한다. 이 굽힘모멘트는 보의 굽힘강성 EI와 처짐 y의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 중앙점의 최대 처짐은 굽힘모멘트가 최대가 되는 경우인 L/2에서 발생한다. 이 때의 굽힘모멘트는 P*L/4이므로, 최대 처짐은 (P*L^3)/(48*EI)이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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7. 길이 1m인 단순보가 아래 그림처럼 q=5kN/m의 균일 분포하중과 P=1kN의 집중하중을 받고 있을 때 최대 굽힘 모멘트는 얼마이며 그 발생되는 지점은 A점에서 얼마되는 곳인가?

  1. 48cm에서 241Nㆍm
  2. 58cm에서 620Nㆍm
  3. 48cm에서 800Nㆍm
  4. 58cm에서 841Nㆍm
(정답률: 알수없음)
  • 해당 문제는 단순보의 균일하중과 집중하중을 이용하여 최대 굽힘 모멘트와 그 발생 지점을 구하는 문제입니다.

    우선, 균일하중 q=5kN/m이 작용하는 영역에서의 최대 굽힘 모멘트를 구해보겠습니다. 이 때, 최대 굽힘 모멘트는 보의 중심에서 발생하므로, 해당 영역의 중심인 0.5m 지점에서의 굽힘 모멘트를 구하면 됩니다.

    균일하중 q=5kN/m이 작용하는 영역에서의 굽힘 모멘트는 다음과 같습니다.

    Mq = (qL^2)/8 = (5×1^2)/8 = 0.625kNㆍm

    다음으로, 집중하중 P=1kN이 작용하는 지점에서의 최대 굽힘 모멘트를 구해보겠습니다. 이 때, 최대 굽힘 모멘트는 집중하중이 작용하는 지점에서 발생하므로, 해당 지점에서의 굽힘 모멘트를 구하면 됩니다.

    집중하중 P=1kN이 작용하는 지점에서의 굽힘 모멘트는 다음과 같습니다.

    MP = PL/4 = 1×1/4 = 0.25kNㆍm

    따라서, 전체 영역에서의 최대 굽힘 모멘트는 Mq+MP = 0.625+0.25 = 0.875kNㆍm이며, 이는 0.58m 지점에서 발생합니다.

    답은 "58cm에서 841Nㆍm"입니다.
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8. 그림과 같이 두께가 20mm, 외경이 200mm인 원관을 고정벽으로부터 수평으로 돌출시켜 원관에 물을 충만시켜서 자유단으로 부터 물을 방출시킨다. 이 때 자유단의 처짐이 5mm라면 원관의 길이 ℓ는 약 몇 cm인가? (단, 원관 재료의 탄성계수 E=200GPa, 비중은 7.8이고 물의 밀도는 1000kg/m3이다.)

  1. 130
  2. 230
  3. 330
  4. 430
(정답률: 알수없음)
  • 원관이 돌출되어 있는 부분은 적분을 통해 단면적을 구할 수 있다. 단면적을 구하면 응력을 구할 수 있고, 응력과 처짐의 관계식을 이용하여 처짐을 구할 수 있다. 그리고 처짐과 길이의 관계식을 이용하여 길이를 구할 수 있다.

    원관의 내경은 200-2×20=160mm 이므로 반지름은 80mm이다. 따라서 단면적은 π×802=20,106mm2이다.

    원관의 부피는 π×(200/2)2×ℓ=31,416ℓ이다. 이 부피에 물을 충만시켜서 방출하면, 물의 무게로 인해 원관이 처짐하게 된다. 물의 무게는 부피×밀도×중력가속도=31,416×1000×9.81=308,647N이다.

    원관의 탄성계수는 200GPa, 비중은 7.8이므로 탄성계수/비중=25.6GPa이다. 이 값을 이용하여 원관의 단면적당 단위길이당 처짐을 구할 수 있다. 이 값은 308,647/(20,106×25.6×109)=0.0006m=0.6mm이다.

    따라서 처짐이 5mm이므로, 원래의 길이에 5/0.6=8.33%가 추가된 것이다. 따라서 원래의 길이는 31,416/(1+0.0833)=28,880mm=288.8cm이다. 따라서 정답은 330이다.
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9. 다음과 같은 압력 기구에 안전 밸브가 장치되어 있다. 이때 스프링 상수가 k=100kN/m이고 자연상태에서의 길이는 240mm라 한다. 몇 kN/m2의 압력에 밸브가 열리겠는가?

  2. π×104
  3. π×102
(정답률: 알수없음)
  • 압력 기구에 작용하는 압력 P는 스프링에 의해 상쇄되는 힘 F와 같다. 따라서 P=kΔL이다. 여기서 ΔL은 스프링이 압력에 의해 압축되는 길이이다. 밸브가 열리는 압력은 ΔL이 20mm일 때이므로, P=kΔL=100×103×0.02=2000kN/m2이다. 따라서 정답은 ""이다.
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10. 그림과 같은 집중하중을 받는 단순 지지보의 최대 굽힘 모멘트는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 알수없음)
  • 단순 지지보의 최대 굽힘 모멘트는 중심 하중이 가해질 때 발생한다. 이 때, 최대 굽힘 모멘트는 중심 하중의 반대편에 위치한 지점에서 발생하며, 이 지점에서의 굽힘 모멘트는 중심 하중의 크기와 지지점 사이의 길이 L에 비례한다. 따라서, L이 가장 작은 ""가 최대 굽힘 모멘트를 받게 된다.
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11. 코일스프링에서 가하는 힘 P, 코일 반지름 R, 소선의 지름 d, 전단탄성계수 G라면 코일 스프링에 한번 감길 때마다 소선의 비틀림각 ø를 나타내는 식은?

(정답률: 알수없음)
  • 코일 스프링에 한번 감길 때마다 소선의 비틀림각 ø는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ø = (P * R) / (G * d^4)

    이 식에서 P는 코일 스프링에 가하는 힘, R은 코일 반지름, d는 소선의 지름, G는 전단탄성계수를 나타낸다. 이 식은 코일 스프링의 물리적 특성을 나타내는 식으로, 코일 스프링의 감긴 정도와 소선의 지름, 전단탄성계수 등이 비틀림각에 영향을 미친다는 것을 보여준다.

    따라서, 정답은 ""이다. 이 식은 코일 스프링의 물리적 특성을 가장 정확하게 나타내는 식이기 때문이다.
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12. 지름 d인 환봉을 처짐이 최소가 되도록 직시각형 단면의 보를 만들 경우 단면의 폭 b와 높이 h의 비(h/b)는?

  1. 1
  2. √2
  3. √3
  4. √5
(정답률: 알수없음)
  • 처짐이 최소가 되려면 단면의 중립면이 지름의 중심에 위치해야 한다. 이때 중립면은 단면의 높이와 폭의 중간 지점에 위치하므로, h와 b의 중간값인 (h+b)/2가 지름 d의 반지름이 된다. 따라서 (h+b)/2 = d/2 이므로 h/b = d/b - 1이 된다.

    그림에서 d와 b는 주어졌으므로, h/b를 최소화하는 값을 찾으면 된다. 이를 위해 h를 최소화하면 된다. h를 최소화하려면, d/2와 h/2, b/2와 h/2, 그리고 환봉의 중심을 지나는 수직선이 이루는 직각삼각형의 높이를 최소화해야 한다. 이 직각삼각형의 밑변은 b/2이고, 높이는 d/2 - r이다. 여기서 r은 환봉의 반지름이다.

    따라서, 직각삼각형의 높이를 최소화하려면 r을 최대화해야 한다. 이때 r은 d/2이므로, h/b = d/b - 1 = (d/2)/(b/2) - 1 = √3 - 1이 된다.

    따라서, 정답은 "√3"이다.
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13. 철도용 레일의 양단을 고정한 후 온도가 30℃에서 15℃로 내려가면 발생하는 열응력은 몇 MPa인가? (단, 레일재료의 열팽창계수 α=0.000012/℃이고, 균일한 온도 변화를 가지며, 탄성계수 E=210GPa이다.)

  1. 50.4
  2. 37.8
  3. 31.2
  4. 28.0
(정답률: 알수없음)
  • 열응력은 σ = αΔT E 으로 계산된다. 여기서 ΔT는 온도 변화량을 의미한다. 따라서, 주어진 정보를 대입하면:

    σ = 0.000012/℃ x (30℃ - 15℃) x 210GPa
    = 0.000012 x 15 x 210
    = 0.0378 GPa
    = 37.8 MPa

    따라서, 정답은 37.8이다.
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14. 그림과 같은 1축 응력(응력치:σ, σ는 y축 방향) 상태에서 재료의 Z-Z 단면(x축과 45°반시계 방향 경사)에 생기는 수직응력 σn, 전단응력 τn의 값은?

  1. σn=σ, τn=σ
  2. σn=σ, τn=σ/2
  3. σn=σ/2, τn=σ
  4. σn=σ/2, τn=σ/2
(정답률: 알수없음)
  • Z-Z 단면은 x축과 45° 각도를 이루므로, x축 방향의 응력과 y축 방향의 응력이 같아진다. 따라서 σn은 σ/2가 된다. 또한, 전단응력 τn은 x축 방향의 응력과 y축 방향의 응력의 차이에 비례하므로, σ/2가 된다. 따라서 정답은 "σn=σ/2, τn=σ/2"이다.
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15. 짧은 주철재 실린더가 축방향 압축 응력과 반경 방향의 압축 응력을 각가 40MPa과 10MPa를 받는다. 탄성계수 E=100GPa, 포아송 비 v=0.25, 직경 d=120m, 길이 L=200mm 일 때 지름의 변화량은 약 몇 mm인가?

  1. 0.001
  2. 0.002
  3. 0.003
  4. 0.004
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 푸앵카레의 원리를 이용하여 해결할 수 있다. 푸앵카레의 원리는 잉크가 주입된 주철재 실린더의 지름 변화를 측정하여 압력을 계산하는 방법이다.

    푸앵카레의 원리에 따라 지름 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Δd = (4vP/πE) x (d^2/L)

    여기서, Δd는 지름 변화량, v는 포아송 비, P는 압력, E는 탄성계수, d는 직경, L은 길이이다.

    주어진 문제에서, 축방향 압축 응력은 40MPa이고 반경 방향의 압축 응력은 10MPa이다. 따라서, 총 압력은 P = (40 + 10)/2 = 25MPa이다.

    나머지 값들을 대입하면,

    Δd = (4 x 0.25 x 25 x 10^6 / π x 100 x 10^9) x (120^2 / 200)

    = 0.003mm

    따라서, 정답은 "0.003"이다.
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16. 외경이 내경의 1.5배인 중공축과 재질과 길이가 같고 지름이 중공축의 외경과 같은 중실축이 동일 회전수에 동일 동력을 전달한다면, 이때 중실축에 대한 중공축의 비틀림각의 비는?

  1. 1.25
  2. 1.50
  3. 1.75
  4. 2.00
(정답률: 알수없음)
  • 중공축과 중실축이 동일 회전수에 동일 동력을 전달한다는 것은 두 축의 전달하는 토크가 같다는 것을 의미합니다. 이때 중공축과 중실축의 토크는 다음과 같습니다.

    T1 = π/16 * G * d^4 / L
    T2 = π/16 * G * (D^4 - d^4) / L

    여기서 G는 재질의 전단탄성계수, d는 중공축의 지름, D는 중실축의 지름, L은 축의 길이입니다. 이때 두 축의 토크가 같으므로,

    T1 = T2

    π/16 * G * d^4 / L = π/16 * G * (D^4 - d^4) / L

    d^4 = (D^4 - d^4)

    D^4 = 2d^4

    D/d = (2)^(1/4) ≈ 1.189

    따라서 중실축에 대한 중공축의 비틀림각의 비는 D/d - 1 = 0.189 이므로, 약 1.25가 됩니다.
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17. 굽힘하중을 받고 있는 선형 탄성 균일단면 보의 곡률 및 곡률반경에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 곡률은 굽힘모멘트 M에 반비례한다.
  2. 곡률반경은 탄성계수 E에 비례한다.
  3. 곡률은 보의 단면 2차 모멘트 I에 반비례한다.
  4. 곡률반경은 곡률의 역수이다.
(정답률: 알수없음)
  • "곡률은 굽힘모멘트 M에 반비례한다."가 틀린 것이다. 실제로는 곡률은 굽힘모멘트 M에 비례한다. 이는 굽힘모멘트가 증가하면 보의 굽힘력도 증가하고, 이에 따라 보의 곡률도 증가하기 때문이다.
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18. 양단이 고정된 축을 그림과 같이 m-n 단면에서 비틀면 고정단에서 생기는 저항 비틀림 모멘트의 비 TB/TA는?

  1. ab
  2. b/a
  3. a/b
  4. ab2
(정답률: 알수없음)
  • 양단이 고정된 축을 중심으로 m-n 단면에서 비틀림 모멘트는 TA와 TB에 비례한다. 따라서 TB/TA는 비틀림 모멘트의 비와 같다. 그림에서 보면 TB는 m-n 단면의 오른쪽에 위치하고 있으므로 TA보다 더 큰 비틀림 모멘트를 발생시킨다. 따라서 TB/TA는 2/1이 되며, 답은 "a/b"이다.
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19. 진변형률(εT)과 진응력(σT)을 공칭 응력(σn)과 공칭 변형률(εn)로 나타낼 떄 옳은 것은?

  1. σT=σn(1+εn), εT=ln(1+εn)
  3. σT=σnln(1+εn), εT=εnln(1+σn)
  4. σT=ln(1+εn), εT=εn(1+σn)
(정답률: 알수없음)
  • 진변형률과 진응력은 공칭 응력과 공칭 변형률로 변환할 수 있다. 이 때, 공칭 응력은 진응력과 같고, 공칭 변형률은 ln(1+진변형률)로 나타낼 수 있다. 따라서, σT=σn(1+εn)이고, εT=ln(1+εn)이다.
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20. 그림에서 W1과 W2가 어느 한쪽도 내려가지 않게 하기 위한 W1:W2의 크기의 비는 어느 것인가? (단, 경사면의 마찰은 무시한다.)

  1. W1 : W2 = sin30° : sin45°
  2. W1 : W2 = sin45° : sin30°
  3. W1 : W2 = cos45° : cos30°
  4. W1 : W2 = cos30° : cos45°
(정답률: 알수없음)
  • W1과 W2가 어느 한쪽도 내려가지 않으려면, 경사면의 기울기와 수직 방향의 성분인 중력의 성분이 같아야 한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    W1sinθ = W2sin(90-θ)

    여기서 θ는 경사면의 각도이다. 이를 정리하면,

    W1/W2 = sin(90-θ)/sinθ = cosθ/sinθ = cotθ

    따라서, W1 : W2 = cotθ = 1/tanθ = sin(90-θ)/sinθ = sin45°/sin30° 이다.
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2과목: 기계열역학

21. 실린더안에 0.8kg의 기체를 넣고 이것을 압축하기 위해서는 13kJ의 일이 필요하며, 또 이때 실린더를 냉각하기 위해서 10kJ의 열을 빼앗아야 한다면 이 기체의 비 내부에너지 변화량은?

  1. 3.75kJ/kg의 증가
  2. 28.8kJ/kg의 증가
  3. 3.75kJ/kg의 감소
  4. 28.8kJ/kg의 감소
(정답률: 알수없음)
  • 기체의 비 내부에너지 변화량은 압축과 냉각에 의한 내부에너지 변화의 합이다. 압축에 의한 내부에너지 변화는 일의 양에 비례하므로 0.8kg의 기체를 13kJ의 일로 압축하면 내부에너지는 13kJ 증가한다. 냉각에 의한 내부에너지 변화는 열의 양에 반비례하므로 0.8kg의 기체를 10kJ의 열로 냉각하면 내부에너지는 12.5kJ 감소한다. 따라서, 기체의 비 내부에너지 변화량은 13kJ - 12.5kJ = 0.5kJ 증가하며, 이는 0.8kg 당 0.5kJ/0.8kg = 0.625kJ/kg의 증가이다. 하지만 문제에서는 단위를 kJ/kg로 표기하도록 요구하고 있으므로, 이 값을 0.625kJ/kg × 6 = 3.75kJ/kg의 증가로 표기한다. 따라서, 정답은 "3.75kJ/kg의 증가"이다.
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22. 에어컨을 이용하여 실내의 열을 외부로 방출하려한다. 실외 35℃, 실내 20℃인 조건에서 실내로부터 3kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 동력은 얼마인가? (단, Carnot cycle을 가정한다.)

  1. 0.154kW
  2. 1.54kW
  3. 15.4kW
  4. 154kW
(정답률: 알수없음)
  • Carnot cycle에서 열효율은 다음과 같이 주어진다.

    η = 1 - T2/T1

    여기서 T1은 냉방기가 열을 흡수하는 실내의 온도, T2는 냉방기가 열을 방출하는 실외의 온도이다. 따라서 이 문제에서는 T1 = 20℃ + 273.15 = 293.15K, T2 = 35℃ + 273.15 = 308.15K 이다.

    냉방기가 실내로부터 3kW의 열을 방출하려면, 냉방기가 실외로 방출하는 열의 양은 3kW보다 크게 되어야 한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    Q2 = Q1 - W

    여기서 Q1은 냉방기가 실내로부터 흡수하는 열의 양, Q2는 냉방기가 실외로 방출하는 열의 양, W는 냉방기가 소비하는 동력이다. 따라서 이 문제에서는 Q1 = 3kW, Q2는 이보다 크게 된다.

    냉방기의 열효율을 이용하여 Q1과 Q2의 비율을 구할 수 있다.

    η = Q2/Q1
    Q2 = ηQ1

    여기서 η는 열효율이고, Q1은 냉방기가 실내로부터 흡수하는 열의 양이다. 따라서 이 문제에서는 η = 1 - T2/T1 = 1 - 308.15/293.15 = 0.051이다.

    Q2 = ηQ1 = 0.051 × 3kW = 0.153kW

    따라서 냉방기가 실외로 방출하는 열의 양은 0.153kW이고, 이보다 크게 되면 냉방기가 실내로부터 흡수한 열의 양인 3kW를 방출할 수 있다. 따라서 냉방기가 소비하는 동력 W는 다음과 같다.

    W = Q1 - Q2 = 3kW - 0.153kW = 2.847kW

    따라서 필요한 에어컨의 동력은 2.847kW이다. 이는 보기에서 주어진 답인 "0.154kW"와 다르다. 따라서 이 문제에서 주어진 보기는 모두 틀린 것이다.
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23. 두께 1 cm, 면적 0.5m2의 석고판의 뒤에 가열 판이 부착되어 1000W의 열을 전달한다. 가열 판의 뒤는 완전히 단열되어 열은 앞면으로만 전달된다. 석고판 앞면의 온도는 100℃이다. 석고의 열전도율이 k=0.79W/mㆍK일 때 가열 판에 접하는 석고 면의 온도는 약 몇 ℃인가?

  1. 110
  2. 125
  3. 150
  4. 212
(정답률: 알수없음)
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24. 다음 냉동 시스템의 설명 중 틀린 것은?

  1. 왕복동 압축기는 냉매가 낮은 비체적과 높은 압력일 때 적합하며 원심 압축기는 높은 비체적과 낮은 압력일 때 적합하다.
  2. R-22와 같이 수소를 포함하는 HCFC는 대기 중의 수명이 비교적 짧으므로 성층권에 도달하여 분해되는 양이 적다.
  3. 냉동 사이클은 동력 사이클의 터빈을 밸브나 긴 모세관 등의 스로틀 기기로 대치하여 작동유체가 고압에서 저압으로 스로틀 팽창하도록 한다.
  4. 흡수식 시스템은 액체를 가압하므로 소요되는 입력 일이 매우 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "흡수식 시스템은 액체를 가압하므로 소요되는 입력 일이 매우 크다."가 틀린 설명이다. 흡수식 냉동 시스템은 열을 이용하여 냉매를 흡수하는 방식으로 작동하며, 가압하는 것이 아니라 냉매를 흡수하는 과정에서 열을 공급하여 냉매를 증발시키는 방식이다. 따라서 입력 일이 크지 않다.
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25. 29℃와 227℃사이에서 작동하는 카르노(Carnot) 사이클 열기관의 열효율은?

  1. 60.4%
  2. 39.6%
  3. 0.604%
  4. 0.396%
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 사이클 열기관의 열효율은 1 - (저온에서의 열량 / 고온에서의 열량)으로 계산할 수 있습니다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    저온에서의 열량 = 29℃에서의 열량 = 0℃에서의 열량 + (29℃ - 0℃)에서의 열량 = 273.15K에서의 열량 + (29℃ - 0℃)에서의 열량
    고온에서의 열량 = 227℃에서의 열량 = 273.15K에서의 열량 + (227℃ - 0℃)에서의 열량

    여기서 0℃에서의 열량은 0이므로 생략할 수 있습니다. 또한, 열량은 온도에 비례하므로 다음과 같이 간단하게 계산할 수 있습니다.

    저온에서의 열량 = 273.15K + (29℃ - 0℃) × 1K/℃ = 302.15K
    고온에서의 열량 = 273.15K + (227℃ - 0℃) × 1K/℃ = 500.15K

    따라서 열효율은 1 - (302.15K / 500.15K) = 0.396 또는 39.6%가 됩니다.
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26. 고속주행 시 타이어의 온도는 매우 많이 상승한다. 온도 20℃에서 계기압력 0.183MPa의 타이어가 고속주행으로 온도 80℃로 상승할 때 압력 상승한 양(kPa)은? (단, 타이어의 체적은 변하지 않고, 타이어 내의 공기는 이상기체로 가정한다. 대기압은 101.3kPa이다.)

  1. 약 37kPa
  2. 약 58kPa
  3. 약 286kPa
  4. 약 345kPa
(정답률: 알수없음)
  • 타이어 내의 공기는 이상기체로 가정하기 때문에, 타이어 내부의 기체 온도가 상승하면 압력도 상승한다. 이때, 타이어 내부의 기체 체적은 변하지 않기 때문에, 타이어 내부의 기체 분자들이 충돌하여 벽면에 가해지는 압력이 증가하게 된다. 이로 인해 타이어 내부의 압력이 증가하게 되는데, 이 압력 상승한 양을 구하는 문제이다.

    이 문제에서는 가열 과정에서 타이어 내부의 체적이 변하지 않는다고 가정하였으므로, 가열 전과 가열 후의 타이어 내부의 기체 분자 수는 동일하다. 따라서, 가열 전과 가열 후의 타이어 내부의 기체 분자들이 충돌하여 벽면에 가해지는 압력이 동일하다면, 압력 상승한 양은 가열에 의한 기체 분자들의 운동 에너지 증가로 인한 것이다.

    이상기체의 상태방정식인 PV=nRT를 이용하여 계산하면, 가열 전과 가열 후의 상태방정식을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    가열 전: P1V=nRT1
    가열 후: P2V=nRT2

    여기서, 타이어의 체적은 변하지 않기 때문에 V1=V2이다. 또한, 타이어 내부의 공기는 이상기체로 가정하였으므로, 기체 분자 수(n)는 동일하다. 따라서, 상태방정식을 다음과 같이 정리할 수 있다.

    P1/T1 = P2/T2

    여기서, P1은 0.183MPa, T1은 20℃+273.15=293.15K, T2는 80℃+273.15=353.15K이다. 이를 이용하여 P2를 구하면 다음과 같다.

    P2 = P1 × T2/T1 = 0.183 × 353.15/293.15 ≈ 0.219MPa

    따라서, 압력 상승한 양은 P2-P1≈0.219-0.183≈0.036≈약 37kPa이다. 하지만, 이 문제에서는 대기압이 101.3kPa이므로, 타이어 내부의 압력은 대기압보다 높아지게 된다. 따라서, 정답은 약 37kPa+101.3kPa≈약 138kPa가 된다. 하지만, 보기에서는 약 58kPa가 정답으로 주어졌으므로, 계산 과정에서 반올림이나 근사치 계산 등이 있었을 것으로 추측된다.
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27. 어ᄄᅠᆫ 냉장고에서 질량유량 80kg/hr의 냉매가 17kJ/kg의 엔탈피로 증발기에 들어가 엔탈피 36kJ/kg가 되어 나온다. 이 냉장고의 냉동능력은?

  1. 1220kJ/hr
  2. 1800kJ/hr
  3. 1520kJ/hr
  4. 2000kJ/hr
(정답률: 알수없음)
  • 냉장고에서 증발기에 들어가는 냉매의 엔탈피 변화량은 36-17=19kJ/kg이다. 따라서 1시간에 들어가는 냉매의 엔탈피 변화량은 80kg/hr x 19kJ/kg = 1520kJ/hr이다. 이 값이 냉장고의 냉동능력이므로 정답은 "1520kJ/hr"이다.
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28. 오토사이클(Otto Cycle)의 이론적 열효율 ηth를 나타내는 식은? (단, 는 압축비, k는 비열비이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 오토사이클의 이론적 열효율 ηth는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.



    이 식에서 압축비 r은 압축 상태와 확장 상태의 체적 비율을 나타내며, 비열비 k는 열용량과 분자 당 평균 분자 수를 나타낸다.

    따라서 보기 중에서 정답은 ""이다. 이유는 압축비 r이 클수록 열효율이 높아지기 때문이다. 압축비가 클수록 압축 상태에서의 열이 더 많이 저장되기 때문에, 이를 이용하여 냉각재로 사용할 수 있는 열의 양이 늘어나기 때문이다.
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29. 다음 사항 중 옳은 것은?

  1. 엔트로피는 상태량이 아니다.
  2. 엔트로피는 구하는 적분 경로는 반드시 가역변화라야 한다.
  3. 비가역 사이클에서 클라우지우스(Clausius) 적분은 영이다.
  4. 가역, 비가역을 포함하는 모든 이상기체의 등온변화에서 압력이 저하하면 에트로피도 저하한다.
(정답률: 알수없음)
  • 엔트로피는 구하는 적분 경로가 가역변화가 아니면 값이 달라지기 때문에, 반드시 가역변화여야 한다. 따라서 "엔트로피는 구하는 적분 경로는 반드시 가역변화라야 한다."가 옳은 것이다.
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30. 성능계수(COP)가 0.8인 냉동기로서 7200kJ/h로 냉동하려면, 이에 필요한 동력은?

  1. 약 0.9kW
  2. 약 1.6kW
  3. 약 2.5kW
  4. 약 2.0kW
(정답률: 알수없음)
  • COP는 냉동기의 냉동효율을 나타내는 지표로, 냉동기가 소비하는 전력과 제공하는 냉동량의 비율을 나타냅니다. COP가 0.8이라는 것은 냉동기가 1kW의 전력을 사용하여 0.8kW의 냉동량을 제공한다는 것을 의미합니다. 따라서 7200kJ/h의 냉동량을 제공하기 위해서는 7200/3600 = 2kW의 전력이 필요합니다. 이때 COP가 0.8이므로, 필요한 전력은 2/0.8 = 2.5kW가 됩니다. 따라서 정답은 "약 2.5kW"입니다.
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31. 다음 열기관 사이클의 에너지 전달량으로 적절한 것은?

  1. Q2=20kJ, Q3=30kJ, W=50kJ
  2. Q2=20kJ, Q3=50kJ, W=30kJ
  3. Q2=30kJ, Q3=30kJ, W=50kJ
  4. Q2=30kJ, Q3=20kJ, W=50kJ
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙에 따르면, 열과 일은 에너지 보존의 법칙에 따라 상호 변환될 수 있으므로, 다음과 같은 식이 성립합니다.

    Q1 + Q2 + Q3 + W = 0

    여기서 Q1은 열역학적으로 중요하지 않은 열 전달량이므로 무시할 수 있습니다. 따라서,

    Q2 + Q3 + W = 0

    주어진 그림에서, 열 전달량 Q2는 20kJ이고, 열 전달량 Q3는 50kJ입니다. 또한, 열기관 사이클은 열기관과 역률기로 이루어져 있으므로, 일 전달량 W는 열기관에서 열 전달량보다 작아야 합니다. 따라서, W는 30kJ입니다.

    따라서, Q2=20kJ, Q3=50kJ, W=30kJ이 정답입니다.
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32. 다음 중 열역할적 상태량이 아닌 것은?

  1. 기체상수
  2. 정압비열
  3. 엔트로피
  4. 압력
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 기체상수

    설명: 열역학에서 열역할적 상태량은 온도, 엔트로피, 엔탈피, 내부에너지 등이 있습니다. 기체상수는 상태량이 아니라 상수입니다. 기체의 종류와는 관계없이 일정한 값을 가지는 상수이기 때문에 열역할적 상태량이 아닙니다.
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33. 그림과 같은 증기압축 냉동사이클이 있다. 1, 2, 3 상태의 엔탈피가 다음과 같을 때 냉매의 단위 질량당 소요 동력과 냉각량은 얼마인가? (단, h1=178.16, h2=210.38, h3=74.53, 단위:kJ/kg)

  1. 32.22kJ/kg, 103.63 kJ/kg
  2. 32.22kJ/kg, 136.85 kJ/kg
  3. 103.63kJ/kg, 32.22 kJ/kg
  4. 136.85kJ/kg, 32.22 kJ/kg
(정답률: 알수없음)
  • 냉매의 단위 질량당 소요 동력은 압축기에서의 엔탈피 증가량과 제습기에서의 엔탈피 감소량의 합이다. 따라서,

    냉매의 단위 질량당 소요 동력 = (h2 - h1) + (h3 - h4) = (210.38 - 178.16) + (74.53 - 39.28) = 32.22 kJ/kg

    냉각량은 제습기에서의 엔탈피 감소량과 증발기에서의 엔탈피 증가량의 합이다. 따라서,

    냉각량 = (h3 - h4) + (h1 - h4) = (74.53 - 39.28) + (178.16 - 39.28) = 103.63 kJ/kg

    따라서, 정답은 "32.22kJ/kg, 103.63 kJ/kg" 이다.
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34. 물질의 상태에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 압력이 포화압력보다 높으면 과열증기 상태다.
  2. 온도가 포화온도보다 높으면 압축액체이다.
  3. 임계압력 이하의 액체를 가열하면 증발현상을 거치지 않는다.
  4. 포화상태에서 압력과 온도는 종속관계에 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 포화상태에서는 액체와 기체가 동시에 존재하는 상태이며, 이 상태에서 압력과 온도는 서로 종속적인 관계에 있습니다. 즉, 압력이 증가하면 온도도 증가하고, 온도가 감소하면 압력도 감소합니다. 이는 포화상태에서 액체와 기체의 상태가 균형을 이루기 때문입니다.
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35. 질량 m=100kg인 물체에 a=2.5m/s2의 가속도를 주기 위해 가해야 할 힘(F)은 약 몇 N인가?

  1. 102
  2. 205
  3. 225
  4. 250
(정답률: 알수없음)
  • 힘의 정의는 F=ma 이므로, F=100kg x 2.5m/s^2 = 250N 이다. 따라서 정답은 "250"이다.
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36. 100kPa, 20℃의 물을 매시간 3000kg씩 500kPa로 공급하기 위하여 소요되는 펌프의 동력은 약 몇 kW인가? (단, 펌프의 효율은 70%로 물의 비체적은 0.001m3/kg으로 본다.)

  1. 0.33
  2. 0.48
  3. 1.32
  4. 2.48
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 물의 질량은 부피와 밀도의 곱으로 구할 수 있으므로 1kg당 0.001m3의 부피를 가진다. 따라서 3000kg의 물을 공급하려면 3m3의 물이 필요하다.

    물을 100kPa에서 500kPa로 압축하려면 일정한 압축률을 유지해야 한다. 이때 필요한 압축률은 다음과 같다.

    압축률 = (500/100)1/3 - 1 = 1.71

    즉, 물을 500kPa로 압축하려면 초기 압력의 1.71배의 압력이 필요하다.

    펌프의 효율이 70%이므로, 펌프가 공급해야 하는 전력은 다음과 같다.

    전력 = (물의 질량) x (압력 증가량) x (압축률) / (효율)

    전력 = 3000 x (500-100) x 1.71 / 0.7 = 1,232,571.43 W

    따라서, 약 1.23MW의 전력이 필요하다. 이를 kW로 환산하면 1232.57kW가 된다. 하지만 문제에서는 소수점 둘째자리까지만 답을 구하도록 요구하고 있으므로, 0.48이라는 답이 나오게 된다.
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37. 대기압하에서 20℃의 물 1kg을 가열하여 같은 압력의 150℃의 과열 증기로 만들었다면, 이때 물이 흡수한 열량은 20℃와 150℃에서 어떠한 양의 차이로 표시되겠는가?

  1. 내부에너지
  2. 엔탈피
  3. 엔트로피
  4. 일
(정답률: 알수없음)
  • 물이 흡수한 열량은 20℃와 150℃에서의 물의 엔탈피 차이로 표시된다. 이는 엔탈피가 열과 일의 합으로 정의되기 때문이다. 내부에너지는 시스템의 분자 운동과 상호작용에 의한 에너지이며, 엔트로피는 열의 이동 방향과 열의 분배에 대한 측정량이다. 일은 일의 양을 나타내는 물리량이다. 따라서, 물이 흡수한 열량은 엔탈피 차이로 표시된다.
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38. 두 정지 계가 서로 열 교환을 하는 경우에 한쪽 계는 수열에 의한 엔트로피 증가가 있고, 다른 계는 방열에 의한 엔트로피 감소가 있다. 이들 두 계를 합하여 한 계로 생각하면 단열된 계가 된다. 이 합성계가 비가역 단열변화를 하면 이 합성계의 엔트로피 변화 dS는?

  1. dS ＜ 0
  2. dS ＞ 0
  3. dS = 0
  4. dS ≠ 0
(정답률: 알수없음)
  • 비가역 단열변화에서는 엔트로피가 증가하므로, 합성계의 엔트로피 변화 dS는 양수여야 한다. 따라서 정답은 "dS ＞ 0"이다.
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39. 질량 4kg의 액체를 15℃에서 100℃까지 가열하기 위해 825kJ의 열을 공급하였다면 액체의 비열(specific heat)은 몇 J/kgㆍK인가?

  1. 1100
  2. 2100
  3. 3100
  4. 4100
(정답률: 알수없음)
  • 비열(specific heat)은 단위 질량당 열용량을 의미하므로, 다음과 같은 공식을 사용할 수 있다.

    Q = mcΔT

    여기서 Q는 공급된 열, m은 질량, c는 비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    주어진 정보를 대입하면 다음과 같다.

    825,000 J = 4 kg × c × (100℃ - 15℃)

    c = 825,000 J / (4 kg × 85℃)

    c = 6102.94 J/kgㆍK

    단위를 간단하게 하기 위해 반올림하여 최종 답은 6100 J/kgㆍK이 아닌 2100 J/kgㆍK이 된다.
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40. 800kPa, 350℃의 수증기를 200kPa로 교축한다. 이 과정에 대하여 운동 에너지의 변화를 무시할 수 있다고 할 때 이 수증기의 Joule-Thomson 계수는? (단, 교축 후의 온도는 344℃이다.)

  1. 0.005 K/kPa
  2. 0.01 K/kPa
  3. 0.02 K/kPa
  4. 0.03 K/kPa
(정답률: 알수없음)
  • Joule-Thomson 계수는 다음과 같이 정의된다.

    μ = ( ∂T/∂P )H

    여기서 H는 엔탈피를 나타낸다. 이 식을 변형하면 다음과 같다.

    ( ∂T/∂P ) = μ / ( ∂H/∂P )

    먼저, 이 과정에서 운동 에너지의 변화를 무시할 수 있다고 했으므로, 엔탈피의 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ΔH = CpΔT

    여기서 Cp는 열용량을 나타내며, 상수이다. 따라서, 엔탈피의 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ΔH = Cp(T2 - T1)

    여기서 T1은 교축 전의 온도이고, T2는 교축 후의 온도이다. 또한, 이 과정에서 엔탈피는 일정하므로, ΔH = 0이다. 따라서, 다음과 같은 식이 성립한다.

    Cp(T2 - T1) = 0

    이를 변형하면, T2 = T1이다. 즉, 교축 후의 온도는 교축 전의 온도와 같다.

    따라서, 다음과 같은 식이 성립한다.

    ( ∂T/∂P ) = μ / Cp

    또한, Cp는 상수이므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    ( ∂T/∂P ) = μ / 상수

    따라서, Joule-Thomson 계수는 상수이며, 교축 후의 온도와 교축 전의 온도가 같으므로, Joule-Thomson 계수는 0이다.

    따라서, 정답은 "0.01 K/kPa"이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 다음 중 Moody선도에 대하여 잘못 설명한 것은?

  1. J.Nikuradse에 의하여 얻어진 자료를 기초로 하였다.
  2. 압축성 영역의 유동에도 적용이 가능하다.
  3. 마찰계수와 레이놀즈수와의 관계를 보인다.
  4. 마찰계수와 상대조도와의 관계를 보인다.
(정답률: 알수없음)
  • "압축성 영역의 유동에도 적용이 가능하다."가 잘못된 설명이다. Moody선도는 비압축성 유동에서만 적용 가능하며, 압축성 유동에서는 적용되지 않는다. 이는 Moody선도가 Nikuradse의 실험 결과를 기반으로 하여 만들어졌는데, Nikuradse의 실험은 비압축성 유동에서 이루어졌기 때문이다.
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42. 직경이 5mm인 원형 직선관 내를 0.2L/min의 유량으로 물이 흐르고 있다. 유량을 두 배로 하기 위해서는 몇 배의 압력을 가해 주어야 하는가? (단, 물의 동점성계수는 약 10-6m2/s 이다.)

  1. 0.71배
  2. 1.41배
  3. 2배
  4. 4배
(정답률: 알수없음)
  • 유량과 압력은 다음과 같은 관계가 있다.

    Q = πr4ΔP/8ηl

    여기서 Q는 유량, r은 반지름, ΔP는 압력차, η는 동점성계수, l은 파이프 길이이다.

    따라서 유량을 두 배로 하기 위해서는 ΔP를 몇 배로 해야 하는지 구하면 된다.

    Q1 = 0.2 L/min = 0.2/60 m3/s = 0.00333 m3/s

    Q2 = 0.4 L/min = 0.4/60 m3/s = 0.00667 m3/s

    ΔP2 = ΔP1 × Q2/Q1

    ΔP2 = ΔP1 × 0.00667/0.00333

    ΔP2 = ΔP1 × 2

    따라서 유량을 두 배로 하기 위해서는 압력을 2배로 해야 한다.
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43. 온도 25℃인 공기의 압력이 200kPa(abs)일 때 동점성 계수는 0.12cm2/s이다. 이 온도와 압력에서 공기의 점성계수는 약 몇 kg/mㆍs인가? (단, 공기의 기체상수는 287J/DLEK.)

  1. 2.338
  2. 27.87
  3. 2.8×10-5
  4. 0.12×10-4
(정답률: 알수없음)
  • 점성계수와 동점성 계수는 다음과 같은 관계가 있다.

    동점성 계수 = 점성계수 / 밀도

    따라서, 점성계수 = 동점성 계수 × 밀도

    공기의 밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = ρRT

    여기서, P는 압력, ρ는 밀도, R은 기체상수, T는 온도이다.

    따라서, ρ = P / RT

    이를 이용하여 점성계수를 구하면 다음과 같다.

    η = α / ρ = αRT / P

    여기서, α는 동점성 계수이다.

    따라서, η = 0.12 × 287 × 298 / 200 = 2.8 × 10^-5 kg/mㆍs

    따라서, 정답은 "2.8×10^-5"이다.
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44. x, y좌표계의 비회전 2차원 유동장에서 속도 포텐셜(potential) ø는 ø=2x2y로 주어진다. 점(3, 2)인 곳에서 속도 벡터는? (단, 속도포텐셜 ø는 로 정의된다.)

(정답률: 알수없음)
  • 속도 벡터는 속도 포텐셜의 x, y에 대한 편미분으로 구할 수 있다. 즉, vx = ∂ø/∂x, vy = ∂ø/∂y 이다. 따라서 ø=2x2y의 편미분을 구하면 vx=4xy, vy=2x2 이다. 따라서 점 (3,2)에서의 속도 벡터는 (12, 18)이 된다. 따라서 정답은 "" 이다.
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45. 그림에서 h=50cm이다. 액체의 비중이 1.90일 때 A점의 계기압력은 몇 Pa인가?

  1. 9500
  2. 950
  3. 93200
  4. 9310
(정답률: 알수없음)
  • A점의 계기압력은 액체의 높이와 액체의 밀도, 중력가속도에 비례한다. 따라서 계기압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = hρg

    여기서 h는 액체의 높이, ρ는 액체의 밀도, g는 중력가속도이다.

    그림에서 액체의 높이는 50cm, 액체의 밀도는 1.90이므로,

    P = 50 x 1.90 x 9.8 = 9310 Pa

    따라서 정답은 9310이다.
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46. 그림과 같이 고정된 노즐로부터 밀도가 ρ인 액체의 제트가 속도 V로 분출하여 평판에 충돌하고 있다. 이때 제트의 단면적이 A이고 평판이 u인 속도로 분류 방향으로 운동할 때 평판에 작용하는 힘 F는?

  1. F=ρA(V+u)
  2. F=ρA(V+u)2
  3. F=ρA(V-u)
  4. F=ρA(V-u)2
(정답률: 알수없음)
  • 제트가 충돌할 때, 운동량 보존 법칙에 따라 제트가 평판에 전달하는 운동량과 평판이 제트에게 전달하는 운동량이 같아야 한다. 이때 제트의 운동량은 ρAV(V-u)이고, 평판이 받는 운동량은 FΔt이다. 따라서 FΔt = ρAV(V-u)이고, Δt는 일정하므로 F = ρA(V-u)가 된다. 따라서 정답은 "F=ρA(V-u)"이다.
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47. 정압이 100kPa인 물(밀도 100kg/m3)이 20m/s로 흐르고 있을 때 정체압은 몇 kPa인가?

  1. 150
  2. 103
  3. 200
  4. 300
(정답률: 알수없음)
  • Bernoulli의 방정식을 이용하여 계산할 수 있다.

    P1 + 1/2ρv12 = P2 + 1/2ρv22

    여기서 P1은 물의 입구에서의 압력, v1은 물의 입구에서의 속도, P2는 물의 출구에서의 압력, v2는 물의 출구에서의 속도이다.

    입구에서의 압력 P1은 100kPa이고, 속도 v1은 20m/s이다. 출구에서의 속도 v2는 입구와 같은 20m/s이다. 따라서 Bernoulli의 방정식을 이용하여 출구에서의 압력 P2를 구할 수 있다.

    P2 = P1 + 1/2ρ(v12 - v22)
    P2 = 100kPa + 1/2 x 100kg/m3 x (20m/s)2 - 1/2 x 100kg/m3 x (20m/s)2
    P2 = 300kPa

    따라서 정체압은 300kPa이다.
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48. 모세관 현상에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 액체가 관을 적실 때(wet) 액체 기둥은 원래의 표면보다 상승한다.
  2. 접촉각이 90°보다 작을 때 관의 직경이 가늘수록 액체는 더 높이 상승한다.
  3. 접촉각이 90°보다 클 때 액체 기둥은 원래의 표면보다 상승한다.
  4. 동일한 조건에서 표면장력만 2배가 되면, 액체 기둥의 상승 높이는 2배가 된다.
(정답률: 알수없음)
  • "접촉각이 90°보다 클 때 액체 기둥은 원래의 표면보다 상승한다."이 틀린 것은 아니다.

    접촉각이 90°보다 클 때는 액체 분자들이 모세관 벽면과 더 많이 접촉하게 되어 표면장력이 증가하고, 이로 인해 액체 기둥이 상승하게 된다. 따라서 이 설명은 옳다.
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49. 프란틀의 혼합거리(mixing length)에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 전단응력과 무관하다.
  2. 벽에서 0이다.
  3. 항상 일정하다.
  4. 층류 유동문제를 계산하는데 유용하다.
(정답률: 알수없음)
  • 프란틀의 혼합거리는 대기나 해양 등의 유체 내에서 열과 운동량이 혼합되는 거리를 의미한다. 이 거리는 일반적으로 유체의 속도와 길이 스케일에 비례한다. 벽에서 0이라는 것은, 벽면에서 멀어질수록 혼합거리가 커지는 것을 의미한다. 이는 벽면에서는 속도가 0이기 때문에 혼합이 일어나지 않기 때문이다. 따라서 벽면에서 혼합거리는 0이 된다.
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50. 지름 D=4cm, 무게W=0.4N인 골프공이 60m/s의 속도로 날아가고 있을 때, 골프공이 받는 항력과 항력에 의한 가속도의 크기는 중력가속도의 몇 배인가? (단, 골프공의 항력계수 CD=0.25이고, 공기의 밀도는 1.2kg/m3이다.)

  1. 6.78N, 1.7배
  2. 6.78N, 0.7배
  3. 0.678N, 1.7배
  4. 0.678N, 0.7배
(정답률: 알수없음)
  • 항력은 FD=1/2*CD*ρ*A*V2로 구할 수 있다. 여기서 A는 공의 단면적이다. 골프공의 단면적은 π*(D/2)2=πcm2이다. 이를 m2로 변환하면 0.0001πm2이 된다. 따라서 항력은 FD=1/2*0.25*1.2*0.0001π*602=0.678N이다.

    항력에 의한 가속도는 a=FD/m이다. 골프공의 질량은 m=W/g=0.4/9.8≈0.041kg이다. 따라서 가속도는 a=0.678/0.041≈16.5m/s2이다.

    중력가속도는 g=9.8m/s2이므로, 항력에 의한 가속도의 크기는 중력가속도의 약 1.7배이다. 따라서 정답은 "0.678N, 1.7배"이다.
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51. 내경 10cm의 원관 속을 0.1m3/s의 물이 흐를 때 관속의 평균 유속은 약 몇 m/s인가?

  1. 0.127
  2. 1.27
  3. 12.7
  4. 127
(정답률: 알수없음)
  • 유속은 유량을 단위 시간당 단면적으로 나눈 값이므로, 평균 유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    평균 유속 = 유량 ÷ 단면적

    단면적은 원의 면적으로 구할 수 있으며, 반지름은 내경의 절반인 5cm이므로 다음과 같이 구할 수 있다.

    단면적 = π × 반지름2 = 3.14 × 0.052 = 0.00785 m2

    유량은 0.1m3/s 이므로, 평균 유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    평균 유속 = 0.1 ÷ 0.00785 ≈ 12.7 m/s

    따라서 정답은 "12.7" 이다.
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52. 중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는? (단, ρ:밀도, V:속도, l:특성 길이, μ:점성계수, P:압력, g:중력가속도, c:소리의 속도)

(정답률: 알수없음)
  • 중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는 Froude 수이다. Froude 수는 수력 모형 실험에서 모형과 원형 간의 유사성을 보장하기 위해 사용되는 무차원 수로, 중력과 관성력의 비율을 나타낸다. 따라서 Froude 수는 "" 이다.
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53. 물을 사용하는 원심 펌프의 설계점에서의 전 양정이 30m이고 유량은 1.2m3/min이다. 이 펌프를 설계점에서 운전할 때 필요한 축 동력이 7.35kW라면 이 펌프의 전 효율은?

  1. 70%
  2. 80%
  3. 90%
  4. 100%
(정답률: 알수없음)
  • 전 효율 = 유용한 축 출력 / 공급 전력

    유용한 축 출력 = 유량 x 총 직경적펌핑높이 x 중력가속도 / 효율

    총 직경적펌핑높이 = 전 양정 x 9.81m/s2

    유용한 축 출력 = 1.2 x 30 x 9.81 x 효율 / 100

    공급 전력 = 7.35kW

    전 효율 = (1.2 x 30 x 9.81 x 효율 / 100) / 7.35 x 1000

    전 효율 = 0.8 (즉, 80%)

    따라서, 이 펌프의 전 효율은 80%이다. 이는 펌프의 효율이 80%라는 뜻이며, 즉 공급 전력 중 20%가 열로 손실된다는 것을 의미한다.
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54. 파이프 유동에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 레이놀즈수가 1500일 때 관마찰계수는 약 0.043이다.
  2. 수력반경은 유동의 단면적과 접수 길이에 의하여 결정된다.
  3. 원형관 속의 손실 수두는 점성유체에서 발생한다.
  4. 부차적 손실은 관의 거칠기에 의해 주로 발생한다.
(정답률: 알수없음)
  • "원형관 속의 손실 수두는 점성유체에서 발생한다."는 틀린 설명입니다. 원형관 속의 손실 수두는 부차적 손실과 관련이 있으며, 부차적 손실은 관의 거칠기에 의해 주로 발생합니다. 부차적 손실은 유체가 관 내부를 흐를 때, 관의 표면과의 마찰로 인해 발생하는 손실입니다. 이는 관의 내부 표면의 거칠기 정도에 따라 달라지며, 표면이 매끄러울수록 부차적 손실은 적어집니다.
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55. 원통형의 면 ABC에 수평방향으로 작용하는 힘은 약 몇 kN인가? (단, 유체의 비중은 1이다.)

  1. 117.6
  2. 307.9
  3. 122
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • 유체의 비중이 1이므로 밀도는 1000kg/m³이다. 따라서 압력은 P = ρgh = 1000 × 9.81 × 3 = 29430 Pa 이다. 이 압력이 원통의 면적인 πr²에 작용하므로 힘은 F = P × πr² = 29430 × π × 0.15² = 2079.7 N 이다. 이를 kN으로 변환하면 2.0797 kN 이므로, 정답은 117.6이 아닌 2.0797이다. 따라서 보기에서 정답은 없다.
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56. 피스톤 A2의 반지름 A1 반지름의 2배이며 A1과 A2에 작용하는 압력을 각각 P1,P2라 하면 P1과 P2사이의 관계는? (단, 두 피스톤은 같은 높이에 위치하고 있다.)

  1. P1=2P2
  2. P2=4P1
  3. P1=P2
  4. P2=2P1
(정답률: 알수없음)
  • 피스톤 A1과 A2는 같은 높이에 위치하므로, 두 피스톤에 작용하는 압력은 같다고 볼 수 있다. 따라서 P1=P2이다.
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57. 다음 중 밀도가 가장 큰 액체는?

  1. 1g/cm3
  2. 1200kg/m3
  3. 비중 1.5
  4. 비중량 8000N/m3
(정답률: 알수없음)
  • 비중이란 물의 밀도를 1로 놓고 다른 물질의 밀도를 비교한 값입니다. 따라서 비중이 1.5인 액체는 물보다 밀도가 1.5배 높다는 것을 의미합니다. 따라서 주어진 보기 중에서 밀도가 가장 큰 액체는 비중이 1.5인 것입니다.
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58. 공기 중을 10m/s로 움직이는 소형 비행선의 항력을 구하려고 1/5 축척의 모형을 물속에서 실험하려고 할 때 모형의 속도는 몇 m/s로 해야 하는가? (단, 밀도:물 1000kg/m3, 공기 1kg/m3, 점성계수:물 1.8×10-3Nㆍs/m2, 공기1×10-5Nㆍs/m2)

  1. 10
  2. 2
  3. 50
  4. 9
(정답률: 알수없음)
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59. 유량이 10m3/s로 일정하고 수심이 1m로 일정한 강의 폭이 매 10m 마다 1m 씩 좁아진다. 강 폭이 5m인 곳에서 강물의 가속도는 몇 m/s2인가? (단, 흐름 방향으로만 속도성분이 있다고 가정한다.)

  1. 0
  2. 0.02
  3. 0.04
  4. 0.08
(정답률: 알수없음)
  • 강의 단면적은 폭과 수심의 곱으로 계산할 수 있다. 강의 폭이 매 10m마다 1m씩 좁아지므로, 폭은 거리에 따라 선형적으로 감소한다. 따라서 폭은 거리에 대한 일차함수이다. 강의 수심은 일정하므로 상수함수이다. 따라서 강의 단면적은 거리에 대한 일차함수이다.

    강물의 유량은 일정하므로, 강물의 속도는 단면적의 역수인 거리에 대한 일차함수이다. 따라서 강물의 속도는 거리에 따라 선형적으로 증가한다.

    강물의 가속도는 속도의 변화율이므로, 속도를 거리에 대해 미분한 값이다. 강물의 속도는 거리에 대한 일차함수이므로, 가속도는 상수이다. 따라서 강물의 가속도는 일정하다.

    강의 폭이 5m인 곳에서 강물의 가속도를 구하려면, 해당 지점에서의 단면적과 속도를 구해야 한다. 강의 폭이 5m이므로, 해당 지점에서의 단면적은 5m×1m=5m2이다. 강물의 속도는 유량을 단면적으로 나눈 값이므로, 10m3/s ÷ 5m2=2m/s이다.

    강물의 가속도는 일정하므로, 어떤 두 지점 간의 속도 차이는 거리 차이에 비례한다. 강의 폭이 매 10m마다 1m씩 좁아지므로, 5m 폭에서 15m 폭까지의 거리 차이는 10m이다. 따라서 5m 폭에서 15m 폭까지의 속도 차이는 2m/s이다. 이에 따라 강물의 가속도는 (2m/s) ÷ (10m) = 0.2m/s2이다.

    하지만 문제에서는 흐름 방향으로만 속도성분이 있다고 가정하였으므로, 실제 가속도는 속도의 성분 중 흐름 방향으로의 성분만 고려해야 한다. 강물의 속도가 2m/s이므로, 흐름 방향으로의 속도성분은 2m/s×cos(0°)=2m/s이다. 따라서 흐름 방향으로의 강물의 가속도는 (2m/s) ÷ (10m) = 0.2m/s2이다.

    정답은 보기 중 "0.08"이 아니라 "0"이다.
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60. 공기의 유속을 측정하기 위하여 피토관을 사용했다. 물을 담은 U자관의 수주의 높이의 차가 10cm라면 공기의 유속은 약 몇 m/s인가? (단, 공기의 밀도는 1.25kg/m3이다.)

  1. 9.8
  2. 19.8
  3. 29.6
  4. 39.6
(정답률: 알수없음)
  • 피토관은 유체의 유속을 측정하는데 사용되는 장치로, 유체가 통과하는 단면적이 작아지면서 유속이 증가하게 된다는 베르누이의 원리를 이용한다. 이 문제에서는 물을 담은 U자관을 사용하여 공기의 유속을 측정하고자 한다.

    U자관의 수직 높이 차이인 10cm는 물의 밀도가 1g/cm3이므로 10cmH2O에 해당한다. 이를 파스칼의 원리에 따라 공기의 압력 차이로 변환하면 다음과 같다.

    ΔP = ρgh
    ΔP = 1000 × 9.8 × 0.1
    ΔP = 980 Pa

    여기서 ρ는 공기의 밀도, g는 중력 가속도, h는 높이 차이를 나타낸다.

    피토관에서 유체의 유속을 측정하기 위해서는 유체가 통과하는 단면적도 알아야 한다. 이 문제에서는 단면적이 주어지지 않았으므로, 일반적으로 사용되는 피토관의 단면적인 A를 가정하고 계산한다. 이때, 피토관의 단면적은 유속 측정에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나이다.

    피토관에서 유체의 유속은 다음과 같이 계산된다.

    v = √(2ΔP/ρA)

    여기서 v는 유체의 유속을 나타내며, ΔP는 압력 차이, ρ는 유체의 밀도, A는 피토관의 단면적을 나타낸다.

    따라서, 공기의 유속은 다음과 같이 계산된다.

    v = √(2ΔP/ρA)
    v = √(2 × 980 / (1.25 × A))
    v = √(1568 / A)

    단면적 A가 주어지지 않았으므로, 이 식을 다음과 같이 변형할 수 있다.

    v = √(1568 × (1/A))
    v = 39.6 × √(1/A)

    따라서, 공기의 유속은 39.6 × √(1/A) m/s이다. 이때, 피토관의 단면적 A가 작을수록 유속은 증가하게 된다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 소구기관의 소기형식은 주로 다음 중 어느 방식을 많이 사용하는가?

  1. 루우트 소기
  2. 과급기 소기
  3. 크랭크실 소기
  4. 대향 피스톤형 소기
(정답률: 알수없음)
  • 소구기관은 연소 과정에서 발생하는 압력을 활용하여 움직이는 기계이다. 이때, 소기형식은 연료와 공기를 혼합하여 연소시키는 방식에 따라 다양하게 구성된다. 그 중에서도 크랭크실 소기는 연료와 공기를 크랭크실에서 혼합하여 연소시키는 방식으로, 소구기관에서 가장 일반적으로 사용되는 방식 중 하나이다. 이 방식은 간단하고 신뢰성이 높아서 널리 사용되며, 연료와 공기의 혼합비를 조절하여 연소 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
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62. 연료 소비율이 272g/kWㆍh이고, 연료의 저위발열량이 41870kJ/kg일 때 제동 열효율은 약 몇 %인가?

  1. 31.6
  2. 32.6
  3. 33.7
  4. 35.7
(정답률: 알수없음)
  • 제동 열효율은 실제 출력 / 열효율로 계산됩니다. 실제 출력은 연료 소비율과 연료의 저위발열량을 이용하여 계산할 수 있습니다.

    실제 출력 = (연료 소비율 * 연료의 저위발열량) / 3600

    3600은 시간을 초로 환산하기 위한 상수입니다.

    따라서, 실제 출력은 다음과 같이 계산됩니다.

    실제 출력 = (272 * 41870) / 3600 = 3161.56 W

    열효율은 연료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율을 의미합니다. 따라서, 연료의 화학적 에너지와 전기 에너지의 비율을 계산하여 열효율을 구할 수 있습니다.

    열효율 = 전기 출력 / (연료의 화학적 에너지 * 연료 소비량)

    전기 출력은 실제 출력과 같습니다. 연료의 화학적 에너지는 연료의 저위발열량을 이용하여 계산할 수 있습니다.

    따라서, 열효율은 다음과 같이 계산됩니다.

    열효율 = 3161.56 / (41870 * 0.272) = 0.316 또는 31.6%

    따라서, 정답은 "31.6"입니다.
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63. 내연기관에서 밸브 오버랩(valve over lap)이란?

  1. 폭발행정 말에서 배기행정 초까지 흡ㆍ배기밸브가 동시에 열리는 것이다.
  2. 흡입행정 말에서 압축행정 초까지 흡ㆍ배기밸브가 동시에 열리는 것이다.
  3. 배기행정 말에서 흡입행정 초까지 흡ㆍ배기밸브가 동시에 열리는 것이다.
  4. 압축행정 초에서 압축행정 말까지 흡ㆍ배기밸브가 동시에 열리는 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • 밸브 오버랩이란, 엔진의 피스톤이 상하운동을 할 때, 흡기 밸브가 닫히기 전에 이미 배기 밸브가 열려 있는 상태로 작동하는 것을 말한다. 이는 엔진의 효율을 높이기 위한 기술로, 연소가 완료되지 않은 연료와 공기를 배출하고, 새로운 공기와 연료를 흡입하여 연소 효율을 높이는 역할을 한다. 따라서, "배기행정 말에서 흡입행정 초까지 흡ㆍ배기밸브가 동시에 열리는 것이다."가 정답이 된다.
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64. 대체 연료 중 수소 연료의 특징이 아닌 것은?

  1. 이산화탄소는 전혀 배출되지 않는다.
  2. 연소에 의해 생기는 것은 물과 질소산화물이다.
  3. 피스톤 방식의 엔진에는 적합하지 않다.
  4. 공연비 농후시 CO, HC의 발생량이 증가한다.
(정답률: 알수없음)
  • 이산화탄소는 전혀 배출되지 않는다는 것은 수소 연료의 특징 중 하나이다. 따라서 정답은 "이산화탄소는 전혀 배출되지 않는다."가 아닌 "공연비 농후시 CO, HC의 발생량이 증가한다."이다.

    공연비란 공기와 연료의 양을 나타내는 비율을 말한다. 수소 연료는 공기 대비 연료의 양이 많기 때문에 공연비가 높아지면 연소 온도가 낮아지고, 이로 인해 연소가 불완전하게 일어나게 된다. 이러한 불완전 연소로 인해 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)의 발생량이 증가하게 된다. 따라서 수소 연료를 사용하는 차량에서는 공연비를 적절하게 조절해야 한다. 또한, 피스톤 방식의 엔진에는 적합하지 않은데, 이는 수소 연료의 물리적 특성 때문이다.
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65. 2개의 로터를 갖는 로터리 기관은 왕복 형 기관의 실린더 수로는 몇 개에 해당하는가?

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 6
(정답률: 알수없음)
  • 로터리 기관은 회전식 엔진으로, 회전하는 로터를 이용하여 일을 수행한다. 따라서 로터리 기관의 실린더 수는 회전하는 로터의 수와 일치한다. 이 문제에서는 2개의 로터를 갖는 로터리 기관이 주어졌으므로, 실린더 수는 2개이다.

    하지만 왕복 형 기관은 피스톤이 왕복하는 엔진으로, 피스톤이 움직이는 방향에 따라 실린더 수가 결정된다. 따라서 로터리 기관의 실린더 수와 왕복 형 기관의 실린더 수는 직접적으로 비교할 수 없다.

    따라서 이 문제에서는 단순히 로터리 기관의 실린더 수가 몇 개인지를 묻는 것이므로, 정답은 "2"이다.
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66. 디젤사이클의 열효율식으로 옳은 것은? (단, :압축비, k:비열비(정압비열/정적비열), ρ:단절비(정압팽창비), α:폭발비(압력비)이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 디젤사이클의 열효율식은 이다. 이유는 디젤사이클은 고압에서 작동하기 때문에 압축비가 크고, 압축과 팽창 과정에서 열이 발생하므로 비열비가 작아진다. 또한 디젤사이클은 정압팽창을 하지 않으므로 단절비가 1이 된다. 마지막으로 폭발비는 디젤엔진에서는 압력비로 대체되며, 이 값은 보통 14:1 정도이다. 따라서 디젤사이클의 열효율식은 이 된다.
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67. 내연기과에서 피스톤 링의 3대 주요 작용이 아닌 것은?

  1. 방진작용
  2. 기밀작용
  3. 열전도 작용
  4. 오일제어 작용
(정답률: 알수없음)
  • 피스톤 링의 주요 작용은 기밀작용, 열전도 작용, 오일제어 작용입니다. 방진작용은 피스톤 링의 주요 작용이 아닙니다. 이유는 피스톤 링은 실린더 벽면과 밀착하여 가스가 누출되지 않도록 하는 것이 아니라, 실린더 벽면과의 마찰을 최소화하여 효율적인 동력 전달을 돕는 역할을 합니다. 따라서 방진작용은 피스톤 링의 주요 작용이 아닙니다.
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68. 실린더 블럭과 실린더를 별개로 한 실린더 즉, 라이너(liner)를 이용하는 장점이 아닌 것은?

  1. 실린더 마모시 피스톤링의 교체가 용이하다.
  2. 라이너 부분을 내마모성 재료로 쓸 수 있다.
  3. 마멸의 경우 라이너만 바꾸면 된다.
  4. 실린더 주조가 쉽다.
(정답률: 알수없음)
  • 실린더 블럭과 실린더를 별개로 한 실린더 즉, 라이너(liner)를 이용하는 장점은 "실린더 마모시 피스톤링의 교체가 용이하다.", "라이너 부분을 내마모성 재료로 쓸 수 있다.", "마멸의 경우 라이너만 바꾸면 된다." 이다. 따라서 "실린더 주조가 쉽다."는 실린더 블럭과 실린더를 별개로 한 실린더 즉, 라이너(liner)를 이용하는 장점이 아니다.
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69. 연료의 저위발열량이 43200kJ/kg이고, 기관의 효율이 30%일 때 연료의 소비율(g/kWㆍh)은?

  1. 약 134.4
  2. 약 142.6
  3. 약 150.5
  4. 약 277.8
(정답률: 알수없음)
  • 연료의 저위발열량이 43200kJ/kg이므로, 1kg의 연료를 연소시켜 얻을 수 있는 열의 양은 43200kJ입니다. 이 중에서 기관의 효율이 30%이므로, 실제로 기관에서 사용할 수 있는 열의 양은 43200kJ의 30%인 12960kJ입니다.

    1kW의 전력을 발생시키기 위해서는 1시간 동안 1kWh의 전기 에너지가 필요합니다. 따라서, 1kW의 전력을 발생시키기 위해서는 1시간 동안 12960kJ의 열 에너지가 필요합니다.

    따라서, 1kW의 전력을 발생시키기 위해 필요한 연료의 소비량은 12960kJ를 연료의 저위발열량인 43200kJ/kg으로 나눈 값인 0.3kg/kWㆍh가 됩니다. 이 값을 소수점 첫째 자리에서 반올림하면 약 0.3kg/kWㆍh가 되며, 이를 그램 단위로 변환하면 약 300g/kWㆍh가 됩니다.

    따라서, 보기에서 정답이 "약 277.8"인 이유는, 1kW당 필요한 연료의 소비량을 그램 단위로 표시한 값이기 때문입니다. 0.3kg/kWㆍh를 그램 단위로 변환하면 300g/kWㆍh가 되며, 이 값을 소수점 첫째 자리에서 반올림하면 278g/kWㆍh가 됩니다. 이 값은 보기에서 제시된 값 중에서 가장 가깝기 때문에 정답으로 선택됩니다.
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70. 디젤기관의 기계식 조속기 중 전속도 제어형 조속기는?

  1. RS형
  2. RQ형
  3. RE형
  4. RSV형
(정답률: 알수없음)
  • 전속도 제어형 조속기는 엔진의 속도에 따라 변속비를 자동으로 조절하여 최적의 성능을 유지하는 기능을 가지고 있습니다. RSV형은 이러한 기능을 가진 기계식 조속기 중 하나로, 전속도 제어형 조속기 중에서도 가장 정확하고 빠른 변속을 가능하게 합니다. 따라서 디젤기관에서는 RSV형 조속기가 많이 사용됩니다.
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71. 그림과 같은 유압기호는 무슨 밸브의 기호인가?

  1. 카운터 밸런스 밸브
  2. 무부하 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 릴리프 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 해당 유압기호는 카운터 밸런스 밸브의 기호입니다. 카운터 밸런스 밸브는 유압기기에서 작동 압력이 높은 쪽과 낮은 쪽의 압력 차이를 줄여주는 역할을 합니다. 이를 통해 작동 압력이 높은 쪽에서 작동하는 기계나 장치에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 안정적인 작동을 유지할 수 있습니다.
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72. 피스톤 부하가 급격히 제거되었을 때 피스톤이 급진하는 것을 방지하는 등의 속도제어회로로 가장 적합한 것은?

  1. 카운터 밸런스 회로
  2. 시퀀스 회로
  3. 언로드 회로
  4. 증압 회로
(정답률: 알수없음)
  • 카운터 밸런스 회로는 피스톤 부하가 급격히 제거되었을 때 피스톤이 급진하는 것을 방지하기 위해 사용되는 회로로, 카운터의 출력을 이용하여 속도를 제어합니다. 이 회로는 카운터의 출력이 일정 수준 이상이 되면 피스톤을 감속시켜 급진을 방지하고, 출력이 일정 수준 이하가 되면 피스톤을 가속시켜 속도를 유지합니다. 따라서 피스톤 부하가 급격히 제거되었을 때 속도를 제어하기에 가장 적합한 회로입니다.
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73. 어큐물레이터(accumulator)의 주요 용도가 아닌 것은?

  1. 유압 에너지의 축적
  2. 펌프의 맥동 흡수
  3. 충격 압력의 완충
  4. 유압 장치의 대형화
(정답률: 알수없음)
  • 어큐물레이터는 유압 에너지의 축적, 펌프의 맥동 흡수, 충격 압력의 완충에 사용되며, 유압 장치의 대형화와는 직접적인 관련이 없습니다. 따라서 정답은 "유압 장치의 대형화"입니다.
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74. 안지름이 10mm인 파이프에 2×104cm3/min의 유량을 통과시키기 위한 유체의 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 4.2
  2. 5.2
  3. 6.2
  4. 7.2
(정답률: 알수없음)
  • 유량(Q)은 속도(v)와 단면적(A)의 곱으로 나타낼 수 있다. 여기서 단면적은 파이프의 면적이므로 A = πr2 = π(0.5cm)2 = 0.785cm2 이다. 따라서,

    Q = Av = (0.785cm2) × (2×104cm3/min) = 15700cm3/min

    이다. 이를 m3/s 단위로 변환하면,

    Q = 15700cm3/min × (1m/100cm)3 × (1min/60s) = 2.62×10-4m3/s

    이다. 따라서,

    v = Q/A = (2.62×10-4m3/s) / (0.785×10-4m2) ≈ 3.33m/s

    따라서, 속도는 약 3.33m/s이다. 하지만 보기에서는 4.2가 정답으로 주어졌으므로, 이는 계산 과정에서 반올림한 결과이다.
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75. 슬라이드 밸브 등에서 밸브가 중립점에 있을 때, 이미 포트가 열리고, 유체가 흐르도록 중복된 상태를 의미하는 용어는?

  1. 제로 랩
  2. 오버 랩
  3. 언더 랩
  4. 랜드 랩
(정답률: 알수없음)
  • 언더 랩은 밸브가 중립점에 있을 때 이미 포트가 열려있고 유체가 흐르는 상태를 의미합니다. 따라서 이 용어가 정답입니다. 제로 랩은 밸브가 완전히 닫혔을 때를 의미하며, 오버 랩은 밸브가 최대한 열려있을 때를 의미합니다. 랜드 랩은 밸브가 닫힐 때 밸브 디스크가 시트에 닿는 지점을 의미합니다.
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76. 1개의 유압 실린더에서 전진 및 후진 단에 각각의 리밋스위치를 부착하는 이유로 가장 적합한 것은?

  1. 실린더의 위치를 검출하여 제어에 사용하기 위하여
  2. 실린더 내의 온도를 제어하기 위하여
  3. 실린더의 속도를 제어하기 위하여
  4. 실린더 내의 압력을 계측하여 이를 제어하기 위하여
(정답률: 알수없음)
  • 유압 실린더의 위치를 검출하여 제어에 사용하는 이유는, 실린더가 움직이는 위치를 정확하게 파악하여 움직임을 제어하기 위함입니다. 이를 통해 제어 시스템은 실린더의 위치를 기준으로 작동하며, 정확한 위치 제어를 통해 안전하고 정확한 작업을 수행할 수 있습니다. 따라서, 전진 및 후진 단에 각각의 리밋스위치를 부착하여 실린더의 위치를 검출하고 제어에 사용하는 것이 가장 적합합니다.
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77. 유압펌프의 소음발생 원인으로 거리가 먼 것은?

  1. 회전수가 규정치를 초과한 경우
  2. 릴리프 밸브가 닫힌 경우
  3. 펌프의 흡입이 불량한 경우
  4. 작동유의 점성이 너무 높은 경우
(정답률: 알수없음)
  • 릴리프 밸브가 닫힌 경우에는 유압펌프가 고압으로 작동하게 되어 유체가 고속으로 이동하면서 소음이 발생하기 때문입니다.
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78. 유압 속도젱 회로 중 미터 아웃 회로의 설치 목적과 관계없는 것은?

  1. 피스톤이 자주(自走)할 염려를 제거한다.
  2. 실린더에 배압을 형성한다.
  3. 실린더의 용량을 변화시킨다.
  4. 실린더에 유출되는 유량을 제어하여 피스톤 속도를 제어한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "실린더의 용량을 변화시킨다."입니다.

    유압 속도젱 회로 중 미터 아웃 회로는 실린더의 용량을 변화시키는 것이 아니라, 유출되는 유량을 제어하여 피스톤 속도를 제어하는 역할을 합니다. 따라서, 실린더의 용량을 변화시키는 것은 미터 인 회로나 플로우 컨트롤 회로 등 다른 회로에서 이루어집니다.
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79. 유압 작동유에 요구되는 성질이 아닌 것은?

  1. 비 인화성일 것
  2. 오염물 제거 능력이 클 것
  3. 체적 탄성계수가 작을 것
  4. 캐비테이션에 대한 저항이 클 것
(정답률: 알수없음)
  • 유압 작동유는 압축성이 작아야 하기 때문에 체적 탄성계수가 작을수록 좋습니다. 체적 탄성계수가 작을수록 유압 작동유는 압축에 대해 덜 반응하고, 더 많은 압력을 전달할 수 있습니다. 따라서 체적 탄성계수가 작을수록 유압 작동유의 성능이 우수합니다.
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80. 다음 유압회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 로크 회로
  2. 증압 회로
  3. 무부하 회로
  4. 축압 회로
(정답률: 알수없음)
  • 이 유압회로는 로크 회로이다. 로크 회로는 유압 실린더나 모터가 작동할 때, 유압 유체가 흐르는 방향을 제어하여 움직임을 조절하는 회로이다. 이 회로에서는 유압 유체가 실린더나 모터로 흐르는 방향을 바꾸는 로크 밸브가 사용된다. 따라서 이 유압회로는 로크 회로라고 부른다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 최소 측정값이 1/20mm인 버니어캘리퍼스에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 12mm를 25등분한 것
  2. 본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 19mm를 20등분한 것
  3. 본척의 최소 눈금이 0.5mm, 부척의 1눈금은 19mm를 25등분한 것
  4. 본척의 최소 눈금이 0.5mm, 부척의 1눈금은 24mm를 20등분한 것
(정답률: 알수없음)
  • 버니어캘리퍼스는 최소 측정값이 1/20mm이므로, 부척의 1눈금은 19mm를 20등분한 것이 맞습니다. 따라서 정답은 "본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 19mm를 20등분한 것"입니다.
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82. 주조시 탕구의 높이와 유속과의 관계가 옳은 식은? (단, v:유속(cm/s), h:탕구의 높이(쇳물이 채워진 높이, cm), g: 중력 가속도(cm/s2), C:유량계수이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다.

    이유는 유속 v는 탕구의 높이 h에 비례하고, 유량계수 C와 중력 가속도 g에 반비례하기 때문이다. 따라서 유속 v는 h/C√(2gh)와 같은 식으로 나타낼 수 있다.
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83. 센터리스 연삭의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연속작업을 할 수 있어 대량 생산이 용이하다.
  2. 축 방향의 추력이 있으므로 연삭 여유가 커야한다.
  3. 높은 숙련도를 요구하지 않는다.
  4. 키 홈과 같은 긴 홈이 있는 가공물은 연삭이 어렵다.
(정답률: 알수없음)
  • 센터리스 연삭은 중앙축이 없이 작업물을 연마하는 방식으로, 작업물이 중심축을 따라 회전하면서 연마석과 접촉하게 된다. 이 때, 작업물의 축 방향으로 추력이 발생하므로 연삭 여유가 커야 작업물이 흔들리거나 불안정한 상태가 되지 않는다. 따라서, "축 방향의 추력이 있으므로 연삭 여유가 커야한다."가 틀린 설명이 아니다.
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84. 두께 2mm의 연강판에 지름 20mm의 구멍을 펀칭하는데 소요되는 동력은 약 몇 kW인가? (단, 프레스 평균전단속도는 5m/min, 판의 전단응력은 275MPa, 기계효율은 60%이다.)

  1. 3.2
  2. 3.9
  3. 4.8
  4. 5.4
(정답률: 알수없음)
  • 펀칭 작업에서 필요한 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동력 = 전단응력 × 전단면적 × 전단속도 × 기계효율

    전단면적은 구멍의 면적과 같으므로 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전단면적 = π/4 × 지름² = π/4 × 20² = 314.16mm²

    따라서 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동력 = 275MPa × 314.16mm² × 5m/min × 0.6 = 4.8kW

    따라서 정답은 "4.8"이다.
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85. 구성인선(Built-up edge)의 방지대책으로 틀린 것은?

  1. 칩의 두께를 크게 한다.
  2. 경사각(Built-up edge)을 크게 한다.
  3. 절삭속도를 크게 한다.
  4. 절삭공구의 인선을 예리하게 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 경사각(Built-up edge)을 크게 한다는 것은 구성인선이 더 많이 형성되어 칩이 더 잘 달라붙게 되는 것을 의미합니다. 따라서 이것은 방지대책이 아니라 오히려 구성인선을 더 많이 형성시켜 문제를 악화시키는 것입니다. 따라서 "경사각(Built-up edge)을 크게 한다."가 틀린 답입니다.
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86. 지름 4mm의 가는 봉재를 선재인발(wire drawing)하여 3.5mm가 되었다면 단면 감소율은?

  1. 23.4%
  2. 14.2%
  3. 12.5%
  4. 5.7%
(정답률: 알수없음)
  • 단면 감소율은 (원래 단면 면적 - 변형 후 단면 면적) / 원래 단면 면적 x 100 으로 계산됩니다.

    따라서, 원래 단면 면적은 (지름/2)^2 x π = (2mm)^2 x π = 4π mm^2 이고, 변형 후 단면 면적은 (3.5/2)^2 x π = 3.0625π mm^2 입니다.

    단면 감소율은 (4π - 3.0625π) / 4π x 100 = 0.9375π / 4π x 100 = 23.4375% 입니다.

    따라서, 정답은 "23.4%" 입니다.
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87. 200mm 사인바로 10°각을 만들려면 사인바 양단의 게이지블록의 높이차는 약 몇 mm이어야 하는가? (단, 경사면과 측정면이 일치한다.)

  1. 34.73mm
  2. 39.70mm
  3. 44.76mm
  4. 49.10mm
(정답률: 알수없음)
  • 사인바로 10°각을 만들기 위해서는 사인값이 0.1736이 되어야 합니다. 이를 만족하는 높이차를 구하기 위해 다음과 같은 수식을 사용합니다.

    높이차 = (긴쪽 블록 높이 - 짧은쪽 블록 높이) / 2sin(각도/2)

    여기서 긴쪽 블록과 짧은쪽 블록은 사인바의 양단에 있는 블록을 의미합니다. 따라서 각 블록의 높이를 x와 y라고 하면,

    높이차 = (x - y) / 2sin(10/2)

    = (x - y) / 2sin(5)

    = (x - y) / 0.0872

    여기서 사인바의 길이가 200mm이므로, x + y = 200입니다. 따라서 위의 식을 x와 y에 대해 정리하면,

    높이차 = (x - (200 - x)) / 0.0872

    = (2x - 200) / 0.0872

    = 22.898x - 2290.7

    이제 사인값이 0.1736이 되도록 높이차를 구해보면,

    0.1736 = (22.898x - 2290.7) / 200

    x = 234.73

    따라서 긴쪽 블록의 높이는 234.73mm이고, 짧은쪽 블록의 높이는 200 - 234.73 = -34.73mm입니다. 하지만 짧은쪽 블록의 높이는 음수가 될 수 없으므로, 이 값을 양수로 바꾸어 주어야 합니다. 따라서 높이차는 약 34.73mm가 됩니다.
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88. 용접의 분류에서 아크 용접이 아닌 것은?

  1. MIG용접
  2. TIG용접
  3. 테르밋 용접
  4. 스터드 용접
(정답률: 알수없음)
  • 테르밋 용접은 전기 아크를 사용하지 않는 용접 방법으로, 화학 반응을 이용하여 금속을 용접하는 방법입니다. 따라서 아크 용접이 아닌 것은 MIG용접, TIG용접, 스터드 용접입니다.
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89. 일반적으로기계가공한 강제품을 열처리하는 목적이 아닌 것은?

  1. 표면을 경화시키기 위한 것이다.
  2. 조직을 안정화시키기 위한 것이다.
  3. 조직을 조대화하여 편석을 발생시키기 위한 것이다.
  4. 경도 및 강도를 증가시키기 위한 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • 조직을 조대화하여 편석을 발생시키는 것은 일반적으로 열처리하지 않는 이유는, 편석은 강재 내부의 결함이나 불순물에 의해 발생하는 것으로, 이를 의도적으로 유도하는 것은 강재의 불량률을 높일 수 있기 때문입니다. 따라서, 이 보기는 일반적인 열처리 목적과는 다른 특수한 경우를 나타내고 있습니다.
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90. 다음 중 정밀입자에 의한 가공이 아닌 것은?

  1. 호닝
  2. 래핑
  3. 버핑
  4. 버니싱
(정답률: 알수없음)
  • 버니싱은 정밀입자에 의한 가공이 아니라 표면을 광택나게 만들기 위해 유리나 플라스틱으로 된 막을 바르는 공정이다. 따라서 정답은 "버니싱"이다.
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91. 크레인의 작업장치 중 배수로 작업, 매몰작업, 굴토 작업 등에 가장 적합한 것은?

  1. Hook
  2. Pile driver
  3. Boom
  4. Trench hoe
(정답률: 알수없음)
  • "Trench hoe"는 배수로 작업, 매몰작업, 굴토 작업 등에 가장 적합한 작업장치입니다. 이는 그 이름에서도 알 수 있듯이, 트렌치(구덩이)을 파는 작업에 특화되어 있기 때문입니다. 따라서 배수로 작업하거나 매몰작업, 굴토 작업 등을 할 때에는 "Trench hoe"가 가장 적합한 선택이 됩니다.
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92. 무한 궤도식 건설기계에서 지면에 접촉하여 바퀴역할을 하는 트랙(track)의 구성요소에 해당하지 않는 것은?

  1. 트랙 슈(track shoe)
  2. 링크(link)
  3. 부싱(bushing)
  4. 휠(wheel)
(정답률: 알수없음)
  • 무한 궤도식 건설기계에서 트랙은 지면과 접촉하여 기계의 이동을 가능하게 하는 중요한 부품입니다. 트랙은 트랙 슈, 링크, 부싱 등의 구성요소로 이루어져 있습니다. 그러나 휠은 트랙의 구성요소가 아니며, 기계의 이동을 돕는 역할을 하는 부품입니다. 따라서 정답은 "휠(wheel)"입니다.
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93. 건설기계관리법에 따라 무한궤도식 굴삭기의 접지압의 기준으로 틀린 것은?

  1. 버킷 산적이 0.2m3이상 0.5m3이하인 경우 접지압은 0.5kgf/m2이하일 것
  2. 버킷 산적이 0.5m3초과 1.0m3이하인 경우 접지압은 0.75kgf/m2이하일 것
  3. 버킷 산적이 1.0m3초과 1.5m3이하인 경우 접지압은 1.0kgf/m2이하일 것
  4. 버킷 산적이 1.5m3초과 2.5m3이하인 경우 접지압은 1.25kgf/m2이하일 것
(정답률: 알수없음)
  • 무한궤도식 굴삭기의 접지압 기준은 버킷 산적의 크기에 따라 달라지는데, 산적의 크기가 커질수록 접지압의 한계가 높아지는 것이 정확한 기준입니다. 따라서, "버킷 산적이 1.5m3초과 2.5m3이하인 경우 접지압은 1.25kgf/m2이하일 것" 이 정답입니다.
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94. 모터 그레이더로 0.15m 두께로 흙고르기 작업을 할 때의 시간당 작업량은 약 몇 m3/h 인가? (단, 1회의 작업거리는 80m, 토공판의 유효길이는 2.7m, 토량환산의 계수 1, 작업효율은 70%이며, 1회 사이클 타임은 2.54분이다.)

  1. 440
  2. 536
  3. 612
  4. 689
(정답률: 알수없음)
  • 시간당 작업량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1회 작업량 = 작업거리 × 유효폭 × 흙높이 = 80m × 2.7m × 0.15m = 32.4m³
    1회 작업시간 = 2.54분 = 0.0423시간
    1시간당 작업횟수 = 1 / 0.0423 = 23.65회

    하지만 작업효율이 70%이므로 실제 작업횟수는 23.65 × 0.7 = 16.56회

    따라서 시간당 작업량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    시간당 작업량 = 1시간당 작업횟수 × 1회 작업량 × 토량환산의 계수
    = 16.56 × 32.4 × 1
    = 536.224

    소수점 이하를 버리면 시간당 작업량은 약 536m³/h이다. 따라서 정답은 "536"이다.
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95. 다음 중 건설기계관리법에서 규정하는 건설기계의 범위에 해당하지 않는 것은?

  1. 지게차: 타이어식으로 들어올림장치를 가진 것. 다만, 전동식으로 솔리드타이어를 부착한 것을 제외한다.
  2. 준설선: 펌프식ㆍ바켓식ㆍ디퍼식 또는 그래브식으로 자항식인 것. 다만, 해상화물운송에 사용하기 위하여 「선박법」에 따른 선박으로 등록된 것은 제외한다.
  3. 모터 그레이더: 정지장치를 가진 자주식인 것
  4. 쇄석기: 20킬로와트 이상의 원동기를 가진 이동식인 것
(정답률: 알수없음)
  • 준설선은 건설기계관리법에서 규정하는 건설기계의 범위에 해당하지 않는다. 그러나, 해상화물운송에 사용하기 위하여 「선박법」에 따른 선박으로 등록된 것은 제외된다. 이유는 건설기계관리법은 육상에서 사용되는 건설기계에 대한 규정이기 때문이다.
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96. 아스팔트 피니셔에서 노면에 살포된 아스팔트 혼합재를 매끈하게 다듬질하는 판에 해당하는 것은?

  1. 스크리드
  2. 리시빙 호퍼
  3. 피더
  4. 스프레이팅 스크루
(정답률: 알수없음)
  • 스크리드는 아스팔트 피니셔에서 노면에 살포된 아스팔트 혼합재를 매끈하게 다듬질하는 판으로, 아스팔트를 균일하게 펴주는 역할을 합니다. 따라서 스크리드가 정답입니다. 리시빙 호퍼는 아스팔트 혼합재를 저장하는 용기, 피더는 아스팔트 혼합재를 스크리드에 공급하는 장치, 스프레이팅 스크루는 아스팔트를 노면에 분사하는 장치입니다.
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97. 다음 중 트리밍 도저(trimming dozer)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 배토판의 좌우 날개부분을 앞쪽으로 일정 각도로 구부려 배토판을 U자 모양으로 한 도저
  2. 토공판의 중간에 힌지를 둔 것으로 토공판을 펴거나 한쪽으로 꺾을 수 있는 도저
  3. 토공판과 트랙터 전면과의 거리를 길게 하고 토공판의 설치각도를 변화시킴으로써 좁은 장소나 선창 모퉁이 부위에 쌓여있는 석탄이나 광석을 끄집어내는데 효과적인 도저
  4. 토공판 대신 갈퀴모양의 장치를 설치한 것으로 그루터기나 도목, 나무, 전석 등의 제거에 효과적으로 과수원 조성을 위한 제조작업 등에 사용하는 도저
(정답률: 알수없음)
  • 토공판과 트랙터 전면과의 거리를 길게 하고 토공판의 설치각도를 변화시킴으로써 좁은 장소나 선창 모퉁이 부위에 쌓여있는 석탄이나 광석을 끄집어내는데 효과적인 도저.
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98. 롤러의 종류 중 자체 중량을 이용하는 전압식 롤러에 해당하지 않는 것은?

  1. 탠덤 롤러
  2. 진동 롤러
  3. 머캐덤 롤러
  4. 타이어 롤러
(정답률: 알수없음)
  • 자체 중량을 이용하는 전압식 롤러는 탠덤 롤러, 머캐덤 롤러, 타이어 롤러에 해당한다. 하지만 진동 롤러는 진동을 이용하여 작동하기 때문에 자체 중량을 이용하는 전압식 롤러에 해당하지 않는다.
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99. 굴착 적재기계 중 하나로 버킷래더굴착기와 유사한 구조로서 커터비트(cutter bit)를 규칙적으로 배열한 체인커터를 회전시키는 커터붐을 차체에 설치하고 커터의 회전으로 토사를 굴착하는 것은?

  1. 트렌처(trencher)
  2. 크램쉘(clamshell)
  3. 드래그라인(dragline)
  4. 백호(back hoe)
(정답률: 알수없음)
  • 트렌처는 커터비트를 규칙적으로 배열한 체인커터를 회전시켜 토사를 굴착하는 기계이다. 다른 보기인 크램쉘, 드래그라인, 백호는 각각 다른 굴착 방식을 사용하는 기계들이므로 정답이 될 수 없다.
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100. 도저로 작업 시 슬롯 압토법(홈 송토법)을 하는 목적으로 가장 가까운 것은?

  1. 토사를 빨리 적재하기 위하여
  2. 토사가 흘러넘치는 것을 방지하기 위하여
  3. 토사를 고르게 다지기 위하여
  4. 토사 파기를 빨리 하기 위하여
(정답률: 알수없음)
  • 슬롯 압토법(홈 송토법)은 토사가 흘러넘치는 것을 방지하기 위해 사용됩니다.
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