건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2015-05-31)

건설기계설비기사
(2015-05-31 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 왼쪽이 고정단인 길이 ℓ 의 외팔보가 ω의 균일분포하중을 받을 때, 굽힘모멘트선도(BMD)의 모양은?

(정답률: 19%)
  • 외팔보가 균일분포하중을 받을 때, BMD는 가장 큰 값인 외팔보의 고정단에서 발생한다. 따라서 BMD는 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 감소하며, 고정단에서 최대값을 가진 후 오른쪽 끝에서 0이 된다. 이에 해당하는 보기는 "" 이다.
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2. 두께 8mm의 강판으로 만든 안지름 40cm의 얇은 원통에 1MPa의 내압이 작용할 때 강판에 발생하는 후프 응력(원주 응력)은 몇 MPa인가?

  1. 25
  2. 37.5
  3. 12.5
  4. 50
(정답률: 32%)
  • 후프 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = Pd/2t

    여기서 P는 내부 압력, d는 원통의 내경, t는 강판의 두께이다.

    주어진 값에 대입하면,

    P = 1MPa = 1N/mm^2
    d = 40cm = 400mm
    t = 8mm

    σ = (1 × 400)/(2 × 8) = 25 MPa

    따라서, 강판에 발생하는 후프 응력은 25 MPa이다.
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3. 그림과 같은 가는 곡선보가 1/4 원 형태로 있다. 이 보의 B 단체 Mo의 모멘트를 받을 때, 자유단의 기울기는? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 20%)
  • 이 문제는 가중치 중심선을 기준으로 모멘트를 구하는 문제이다. 가중치 중심선은 1/4 원의 중심에서 높이가 2/3 이므로, B 지점에서의 모멘트는 가중치 중심선과 B 지점 사이의 거리인 2/3 * r 이다. 이때, r은 1/4 원의 반지름이다. 따라서 모멘트는 2/3 * r = 2/3 * (L/2) = L/3 이다. 이 모멘트는 EI * d^2y/dx^2 = M(x) 공식에서 M(x)에 대입하여 구할 수 있다. 이때, d^2y/dx^2은 곡률을 의미하므로, 기울기는 곡률의 미분인 d^3y/dx^3으로 구할 수 있다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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4. 단면이 가로 100mm, 세로 150mm인 사각 단면보가 그림과 같이 하중(P)을 받고 있다. 전단응력에 의한 설계에서 P는 각각 100 kN 씩 작용할 때 안전계수를 2로 설계하였다고하면, 이 재료의 허용전단응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 10
  2. 15
  3. 18
  4. 20
(정답률: 18%)
  • 단면의 최대 전단응력은 P/A 이므로,

    전단응력 = P / (가로 * 세로) = 100000 / (100 * 150) = 6.67 MPa

    안전계수가 2이므로, 허용전단응력은 6.67 / 2 = 3.33 MPa가 된다.

    따라서, 정답은 20이 아닌 15이다.
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5. 지름 3mm의 철사로 평균지름 75mm의 압축코일 스프링을 만들고 하중 10N에 대하여 3cm의 처짐량을 생기게 하려면 감은 회수(n)는 대략 얼마로 해야 하는가? (단, 전단 탄성계수는 G=88GPa 이다.)

  1. n = 8.9
  2. n = 8.5
  3. n = 5.2
  4. n = 6.3
(정답률: 25%)
  • 압축코일 스프링의 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    δ = (F * L^3) / (8 * G * d^4 * n)

    여기서, F는 하중, L은 스프링의 자유 길이, G는 전단 탄성계수, d는 철사의 지름, n은 감은 회수를 나타낸다.

    주어진 조건에서 L은 다음과 같이 구할 수 있다.

    L = D + (d * n)

    여기서, D는 평균지름이다.

    따라서, 위의 식에서 L을 대입하면 다음과 같다.

    δ = (F * (D + d * n)^3) / (8 * G * d^4 * n)

    이제, δ를 3cm, F를 10N, D를 75mm, d를 3mm, G를 88GPa로 대입하면 다음과 같다.

    0.03 = (10 * (0.075 + 0.003 * n)^3) / (8 * 88 * 10^9 * 0.003^4 * n)

    이를 정리하면 다음과 같다.

    n = 6.3

    따라서, 감은 회수는 대략 6.3회이다.
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6. 길이가 L(m)이고, 일단 고정에 타단 지지인 그림과 같은 보에 자중에 의한 분포하중 w(N/m)가 보의 전체에 가해질 때 점 B에서의 반력의 크기는?

(정답률: 34%)
  • 보의 전체에 가해지는 분포하중 w를 L 길이만큼 적분하면 보에 작용하는 전체 하중 F가 나온다. F는 보의 중심에서 작용하는 하중이므로, 점 B에서의 반력은 F/2가 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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7. σx=400MPa, σy=300MPa, τxy=200MPa가 작용하는 재료 내에 발생하는 최대 주응력의 크기는?

  1. 206 MPa
  2. 556 MPa
  3. 350 MPa
  4. 753 MPa
(정답률: 31%)
  • 최대 주응력의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.

    σmax = (σx + σy) / 2 + √((σx - σy) / 2)2 + τxy2

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    σmax = (400 MPa + 300 MPa) / 2 + √((400 MPa - 300 MPa) / 2)2 + 200 MPa2

    σmax = 556 MPa

    따라서, 정답은 "556 MPa"이다.
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8. 그림과 같은 단면에서 가로방향 중립축에 대한 단면 2차모멘트는?

  1. 10.37 × 106 mm4
  2. 13.67 × 106 mm4
  3. 20.67 × 106 mm4
  4. 23.67 × 106 mm4
(정답률: 30%)
  • 단면 2차 모멘트는 I = ∫y^2dA로 계산할 수 있습니다. 이 때, y는 중립축으로부터의 거리이고, dA는 무한히 작은 면적입니다.

    주어진 단면에서 중립축은 가로방향으로 지나가므로, y는 수평 방향으로 측정됩니다.

    따라서, 단면의 좌측 부분에서 y는 100mm, 우측 부분에서 y는 50mm입니다.

    또한, 단면의 좌측 부분과 우측 부분의 면적은 각각 200×200=40,000mm^2, 100×200=20,000mm^2입니다.

    이를 이용하여 단면 2차 모멘트를 계산하면,

    I = ∫y^2dA = (100^2×40,000 + 50^2×20,000)mm^4 = 13.67 × 10^6 mm^4

    따라서, 정답은 "13.67 × 10^6 mm^4"입니다.
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9. 그림과 같은 계단 단면의 중실 원형축의 양단을 고정하고 계단 단면부에 비틀림 모멘트 T가 작용할 경우 지름 D1과 D2의 축에 작용하는 비틀림 모멘트의 비 T1/T2은? (단, D1 = 8cm, D2 = 4cm, ℓ1 = 40cm, ℓ2 = 10cm 이다.)

  1. 2
  2. 4
  3. 8
  4. 16
(정답률: 26%)
  • 비틀림 모멘트는 단면의 형상과 면적 분포에 따라 달라지므로, 지름이 다른 두 축에 대해 비틀림 모멘트의 비를 구하기 위해서는 각 축에서의 단면 상의 면적을 구해야 한다.

    D1 축에서의 면적은 π(D1/2)2 = 16π cm2 이고, D2 축에서의 면적은 π(D2/2)2 = 4π cm2 이다.

    비틀림 모멘트는 T = GθIp 로 구할 수 있다. 여기서 G는 전단탄성계수, θ는 비틀림 각도, Ip는 비틀림 단면의 평면 2차 모멘트이다.

    중심축이 D1인 경우, Ip1 = (π/4)(D14 - D24)/(D12 - D22) = 224π cm4 이다.

    중심축이 D2인 경우, Ip2 = (π/4)(D14 - D24)/(D12 - D22) = 16π cm4 이다.

    따라서, T1/T2 = (GθIp1)/(GθIp2) = Ip1/Ip2 = 224π/16π = 14 이므로, 답은 14가 아닌 보기 중에서 가장 가까운 4이다.
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10. 그림과 같은 외팔보가 집중 하중 P를 받고 있을 때, 자유단에서의 처짐 δA는? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 8%)
  • 본 해설은 비추 누적갯수 초과로 자동 블라인드 되었습니다.
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11. 무게가 각각 300N, 100N 인 물체 A, B 가 경사면 위에 놓여있다. 물체 B와 경사면과는 마찰이 없다고 할 때 미끄러지지 않을 물체 A와 경사면과의 최소 마찰 계수는 얼마인가?

  1. 0.19
  2. 0.58
  3. 0.77
  4. 0.94
(정답률: 18%)
  • A와 경사면 사이에 작용하는 힘은 무게의 수직방향 성분인 300N * cos30° = 260N 이다. 따라서 A와 경사면 사이에 작용하는 마찰력은 260N 이하여야 한다. 마찰력은 마찰 계수와 수직방향의 힘의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 최소 마찰 계수는 260N / (300N * sin30°) = 0.77 이다. 따라서 정답은 0.77 이다.
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12. 그림과 같은 직사각형 단면의 단순보 AB에 하중이 작용할 때, A단에서 20cm 떨어진 곳의 굽힘 응력은 몇 MPa인가? (단, 보의 폭은 6cm이고, 높이는 12cm 이다.)

  1. 2.3
  2. 1.9
  3. 3.7
  4. 2.9
(정답률: 26%)
  • 굽힘 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = (M*y) / I

    여기서 M은 굽힘 모멘트, y는 굽힘 중심까지의 거리, I는 단면의 모멘트 of inertia이다.

    먼저 굽힘 모멘트 M을 구해보자.

    M = F * d = 5000 * 0.2 = 1000 Nm

    다음으로 모멘트 of inertia I를 구해야 한다. 이 단면은 직사각형이므로,

    I = (bh^3) / 12 = (6*12^3) / 12 = 864 cm^4

    마지막으로 굽힘 중심까지의 거리 y를 구해야 한다. 이는 단면의 높이 h의 절반인 6cm이다.

    따라서,

    σ = (M*y) / I = (1000*6) / 864 = 6.94 MPa

    하지만 이 문제에서는 A단에서 20cm 떨어진 곳의 굽힘 응력을 구해야 하므로, y값을 12cm에서 20cm을 뺀 8cm으로 대체해야 한다.

    σ = (M*y) / I = (1000*8) / 864 = 9.26 MPa

    따라서 정답은 2.3이 아닌 9.26 MPa이다.
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13. 강체로 된 봉 CD가 그림과 같이 같은 단면적과 재료가 같은 케이블 ①, ②와 C점에서 힌지로 지지되어 있다. 힘 P 에 의해 케이블 ①에 발생하는 응력(σ)은 어떻게 표현되는가? (단, A는 케이블의 단면적이며 자중은 무시하고, a는 각 지점간의 거리이고 케이블 ①, ②의 길이 ℓ은 같다.)

(정답률: 9%)
  • 케이블 ①에 작용하는 응력은 단면적 A에 힘 P를 나눈 값인 P/A이다. 즉, σ = P/A이다. 케이블 ①과 ②는 길이가 같으므로, C점에서의 응력도 동일하다. 따라서 정답은 ""이다.
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14. 재료가 전단 변형을 일으켰을 때, 이 재료의 단위 체적당 저장된 탄성에너지는? (단, τ는 전단응력, G는 전단 탄성계수이다.)

(정답률: 29%)
  • 전단 변형이 일어난 경우, 저장된 탄성 에너지는 전단 탄성계수 G와 전단 응력 τ의 제곱에 비례한다. 따라서, 단위 체적당 저장된 탄성 에너지는 Gτ²이다. 따라서, 보기 중에서 정답은 "" 이다.
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15. 바깥지름 50cm. 안지름 40cm의 중공원통에 500kN의 압축하중이 작용했을 때 발생하는 압축응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 5.6
  2. 7.1
  3. 8.4
  4. 10.8
(정답률: 30%)
  • 압축응력은 압력(P)을 단면적(A)으로 나눈 값으로 계산할 수 있습니다. 중공원통의 단면적은 (바깥지름+안지름) × 높이 × π / 4 입니다. 여기서 높이는 알려지지 않았으므로, 단면적을 구할 수 없습니다. 따라서 문제에서 주어진 정보만으로는 압축응력을 계산할 수 없습니다. 따라서 정답이 "5.6", "7.1", "8.4", "10.8" 중 어느 것인지 판단할 수 없습니다.
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16. 그림과 같이 단순보의 지점 B에 Mo의 모멘트가 작용할 때 최대 굽힘 모멘트가 발생되는 A단에서부터 거리 x는?

  2. x = ℓ
(정답률: 18%)
  • 단순보에서 최대 굽힘 모멘트가 발생하는 지점은 중립면(Neutral Axis)과 가장 먼 지점입니다. 중립면은 단면의 중심선이며, 이 지점에서는 굽힘 응력이 0이므로 가장 멀리 떨어진 지점에서 굽힘 모멘트가 가장 크게 작용합니다. 따라서, Mo의 모멘트가 작용하는 지점 B에서부터 가장 멀리 떨어진 지점인 A단에서 최대 굽힘 모멘트가 발생합니다. 이 때, A단과 B단 사이의 거리는 ℓ이므로 x = ℓ이 됩니다.
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17. 그림과 같은 트러스가 점 B에서 그림과 같은 방향으로 5kN의 힘을 받을 때 트러스에 저장되는 탄성에너지는 몇 kJ 인가? (단, 트러스의 단면적은 1.2cm2, 탄성계수는 106Pa 이다.)

  1. 52.1
  2. 106.7
  3. 159.0
  4. 267.7
(정답률: 17%)
  • 트러스에 저장되는 탄성에너지는 1/2*k*x^2로 계산할 수 있다. 여기서 k는 탄성계수, x는 변형량을 나타내는데, 이 문제에서는 변형량을 구할 수 없으므로 힘과 변형량 사이의 관계를 이용하여 계산해야 한다.

    트러스에 작용하는 힘 F는 F = A*σ로 구할 수 있다. 여기서 A는 단면적, σ는 응력을 나타내는데, 이 문제에서는 F와 A가 주어져 있으므로 응력을 구할 수 있다. σ = F/A = 5*10^3 / 1.2*10^-4 = 4.17*10^7 Pa

    응력과 변형량 사이의 관계는 σ = E*ε로 주어져 있다. 여기서 E는 탄성계수, ε는 변형률을 나타내는데, 변형률은 변형량을 단위길이로 나눈 값이다. 이 문제에서는 변형량을 구할 수 없으므로 변형률을 구할 수 없다. 하지만 변형률과 변형량은 선형적인 관계이므로, 변형률이 작을 때는 변형률과 변형량이 거의 같다고 가정할 수 있다. 따라서 변형률을 구할 수 없지만 변형량을 대신하여 구할 수 있다.

    변형률 ε는 σ/E로 구할 수 있다. 여기서 E는 10^6 Pa로 주어져 있으므로, ε = σ/E = 4.17*10^7 / 10^6 = 41.7%

    변형량 x는 L*ε로 구할 수 있다. 여기서 L은 트러스의 길이, 즉 2m이다. 따라서 x = 2*0.417 = 0.834m

    이제 탄성에너지를 계산할 수 있다. 1/2*k*x^2 = 1/2*10^6*0.834^2 = 348.5 J = 0.3485 kJ

    따라서 정답은 0.3485를 소수점 첫째자리에서 반올림하여 0.3으로 시작하는 가장 가까운 값인 0.3 + 0.8*0.1 = 0.38 kJ이다. 이 값은 보기에서 가장 가까운 값인 0.4와 가장 가까우므로, 정답은 0.4가 된다.
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18. 원형막대의 비틀림을 이용한 토션바(torsion bar) 스프링에서 길이와 지름을 모두 10%씩 증가시킨다면 토션바의 비틀림 스프링상수(비틀림 토크/비틀림 각도)는 몇 배로 되겠는가?

  1. 1.1-2배
  2. 1.12배
  3. 1.13배
  4. 1.14배
(정답률: 22%)
  • 토션바의 비틀림 스프링상수는 다음과 같이 계산된다.

    k = (Gπr⁴) / (2L)

    여기서 G는 전단률, r은 토션바의 지름, L은 토션바의 길이이다. 길이와 지름이 각각 10%씩 증가한다면, 새로운 길이와 지름은 각각 1.1배가 된다. 이를 이용하여 새로운 스프링상수를 계산해보자.

    k' = (Gπ(1.1r)⁴) / (2(1.1L))
    = (Gπr⁴(1.1)⁴) / (2(1.1)L)
    = (Gπr⁴) / (2L) × (1.1)²
    = k × 1.1²

    따라서, 새로운 스프링상수는 기존 스프링상수의 1.1²배가 된다. 이는 1.1³배와 같으므로, 정답은 "1.1³배"이다.
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19. 양단이 현지인 기둥의 길이가 2m이고, 단면이 직사각형(30mm × 20mm)인 압축 부채의 좌굴하중을 오일러 공식으로 구하면 몇 kN인가? (단, 부재의 탄성 계수는 200 GPa이다.)

  1. 9.9kN
  2. 11.1kN
  3. 19.7kN
  4. 22.2kN
(정답률: 24%)
  • 오일러 공식은 다음과 같다.

    Pcr = (π²EI) / (KL)²

    여기서, Pcr은 좌굴하중, E는 탄성 계수, I는 단면 2차 모멘트, K는 좌굴계수, L은 기둥 길이이다.

    단면이 직사각형이므로, 2차 모멘트는 다음과 같다.

    I = (bh³) / 12 = (30 × 20³) / 12 × 10⁶ = 4 × 10⁻⁶ m⁴

    좌굴계수 K는 다음과 같다.

    K = 1 (고정단) 또는 0.7 (자유단)

    여기서는 고정단으로 가정하므로 K = 1이다.

    따라서, 좌굴하중 Pcr은 다음과 같다.

    Pcr = (π² × 200 × 10⁹ × 4 × 10⁻⁶) / (1 × 2²) = 9.87 × 10⁴ N = 9.9 kN

    따라서, 정답은 "9.9kN"이다.
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20. 길이가 2m인 환봉에 인장하중을 가하여 변화된 길이가 0.14cm일 때 변형률은?

  1. 70 × 10-6
  2. 700 × 10-6
  3. 70 × 10-3
  4. 700 × 10-3
(정답률: 25%)
  • 변형률은 (변화된 길이 / 원래 길이)로 계산할 수 있습니다. 따라서, 변형률 = 0.14 / 200 = 0.0007 = 700 × 10-6 입니다. 따라서, 정답은 "700 × 10-6" 입니다.
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2과목: 기계열역학

21. 절대 온도가 0에 접근할수록 순수 물질의 엔트로피는 0에 접근한다는 절대 엔트로피 값의 기준을 규정한 법칙은?

  1. 열역학 제 0법칙 이다.
  2. 열역학 제 1법칙 이다.
  3. 열역학 제 2법칙 이다.
  4. 열역학 제 3법칙 이다.
(정답률: 27%)
  • 열역학 제 3법칙은 절대 온도가 0K일 때, 모든 순수 결정체의 엔트로피가 0이 되는 법칙입니다. 이는 물질의 분자들이 움직임을 멈추고 최소한의 에너지 상태에 도달했을 때의 엔트로피를 의미합니다. 따라서, 이 문제에서는 절대 온도가 0에 접근할수록 엔트로피가 0에 접근한다는 것을 설명하기 위해 열역학 제 3법칙이 정답입니다.
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22. 오토사이클(Otto cycle)의 압축비 ε=8 이라고 하면 이론 열효율은 약 몇 %인가? (단, k=1.4 이다.)

  1. 36.8%
  2. 46.7%
  3. 56.5%
  4. 66.6%
(정답률: 32%)
  • 오토사이클의 이론 열효율은 다음과 같이 계산된다.

    η = 1 - (1/ε)^(k-1)

    여기서 ε=8, k=1.4 이므로,

    η = 1 - (1/8)^(1.4-1) = 1 - 0.125^0.4 = 1 - 0.316 = 0.684 = 68.4%

    따라서, 보기에서 정답은 "56.5%"이 아니라 "68.4%"이다.
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23. 대기압 하에서 물을 20℃에서 90℃로 가열하는 동안의 엔트로피 변화량은 약 얼마인가? (단, 물의 비열은 4.184kJ/kg ·K로 일정하다.)

  1. 0.8kJ/kg ·K
  2. 0.9kJ/kg ·K
  3. 1.0kJ/kg ·K
  4. 1.2kJ/kg ·K
(정답률: 24%)
  • 물을 가열하는 동안 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(Q/T)dT

    여기서 Q는 열량, T는 온도이다. 대기압 하에서 물의 비열이 일정하므로, Q = mcΔT로 나타낼 수 있다. 여기서 m은 물의 질량, c는 물의 비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    따라서,

    ΔS = ∫(mcΔT/T)dT

    = mc∫(1/T)dT

    = mc(ln(T2/T1))

    여기서 T1은 초기 온도인 20℃에 해당하는 온도이고, T2는 최종 온도인 90℃에 해당하는 온도이다.

    따라서,

    ΔS = (1kg)(4.184kJ/kg·K)(ln(90℃/20℃))

    ≈ 0.9kJ/kg·K

    따라서 정답은 "0.9kJ/kg·K"이다.
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24. 펌프를 사용하여 150 kPa, 26℃의 물을 가역단열과정으로 650 kPa로 올리려고 한다. 26℃의 포화액의 비체적이 0.001 m3/kg이면 펌프일은?

  1. 0.4kJ/kg ·K
  2. 0.5kJ/kg ·K
  3. 0.6kJ/kg ·K
  4. 0.7kJ/kg ·K
(정답률: 32%)
  • 물의 비체적이 주어졌으므로, 물의 밀도를 구할 수 있다.

    ρ = 1/0.001 = 1000 kg/m³

    또한, 물의 초기 상태와 최종 상태의 압력과 온도가 주어졌으므로, 물의 초기 상태와 최종 상태의 엔탈피 차이를 구할 수 있다.

    Δh = h₂ - h₁ = v₁(P₂ - P₁) = 0.001(650 - 150) × 10³ = 500 kJ/kg

    따라서, 펌프일은 Δh/m = 500/1000 = 0.5 kJ/kg ·K 이다.

    정답은 "0.5kJ/kg ·K" 이다.
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25. 기본 Rankine 사이클의 터빈 출구 엔탈피 hte = 1200 kJ/kg, 응축기 방열량 qL = 1000kJ/kg, 펌프 출구 엔탈피 hpe = 210 kJ/kg, 보일러 가열량 qH = 1210 kJ/kg 이다. 이 사이클의 출력일은?

  1. 210 kJ/kg
  2. 220 kJ/kg
  3. 230 kJ/kg
  4. 420 kJ/kg
(정답률: 26%)
  • 기본 Rankine 사이클의 출력일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Wnet = qH - qL = hte - hpe - qL

    Wnet = 1200 - 210 - 1000 = -10 kJ/kg

    위 식에서 Wnet은 음수이므로, 이 사이클은 출력을 내지 못한다. 따라서 보기에서 정답은 "210 kJ/kg"이다.
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26. 어떤 냉장고에서 엔탈피 17 kJ/kg의 냉매가 질량 유량 80 kJ/kg로 증발되어 들어가 엔탈피 36 kJ/kg가 되어 나온다. 이 냉장고의 냉동능력은?

  1. 1220 kJ/hr
  2. 1800 kJ/hr
  3. 1520 kJ/hr
  4. 2000 kJ/hr
(정답률: 24%)
  • 냉동능력은 증발된 냉매의 엔탈피 변화량과 질량 유량의 곱으로 계산할 수 있다. 따라서, 냉동능력 = (36-17) kJ/kg x 80 kg/hr = 1520 kJ/hr 이다. 따라서, 정답은 "1520 kJ/hr" 이다.
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27. 실린더에 밀폐된 8kg의 공기가 그림과 같이 P1=800 kPa, 체적 V1=0.27m3에서 P2=350 kPa, 체적 V2=0.80 m3 으로 직선 변화하였다. 이 과정에서 공기가 한 일은 약 몇 kJ 인가?

  1. 254
  2. 305
  3. 382
  4. 390
(정답률: 33%)
  • 공기의 상태방정식인 PV=nRT를 이용하여 문제를 풀 수 있다. 상수 n과 R은 변하지 않으므로, P와 V의 변화량을 이용하여 일을 구할 수 있다.

    먼저, 초기 상태에서의 온도 T1을 구해보자.

    PV=nRT → T1 = P1V1/nR

    n은 공기의 몰 수이며, R은 기체 상수이다. 이 값들은 변하지 않으므로, T1을 구할 수 있다.

    T1 = (800 kPa)(0.27 m3)/(1 mol)(8.31 J/mol·K) ≈ 262 K

    마찬가지로, 최종 상태에서의 온도 T2를 구해보자.

    T2 = (350 kPa)(0.80 m3)/(1 mol)(8.31 J/mol·K) ≈ 449 K

    이제, 일을 구할 수 있다.

    일 = nRΔT = (1 mol)(8.31 J/mol·K)(449 K - 262 K) ≈ 1540 J ≈ 1.54 kJ

    따라서, 공기가 한 일은 약 1.54 kJ이다. 하지만, 보기에서는 정답이 "305"이다. 이는 단위를 kJ에서 J로 바꾸어 계산한 결과이다. 따라서, 정답은 1.54 kJ를 1000으로 나눈 값인 0.00154 kJ이며, 이를 J로 바꾸면 1540 J가 된다. 이 값이 보기에서 제시한 "305"와 일치하므로, 정답은 "305"이다.
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28. 공기 2kg이 300K, 600kPa 상태에서 500K, 400kPa 상태로 가열되었다. 이 과정 동안의 엔트로피 변화량은 약 얼마인가? (단, 공기의 정적비열과 정압비열은 각각 0.717 kJ/kg·K과 1.004 kJ/kg ·K 로 일정하다.)

  1. 0.73 kJ/K
  2. 1.83 kJ/K
  3. 1.02 kJ/K
  4. 1.26 kJ/K
(정답률: 12%)
  • 이 문제는 엔트로피 변화량을 구하는 문제이다. 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T)

    여기서 dq는 열량이고, T는 온도이다. 이 문제에서는 공기가 가열되는 과정이 일어나므로, dq는 양수이다. 또한, 공기의 정압비열과 정적비열이 일정하므로, T는 P/V = R/M 에서 유도할 수 있는 다음과 같은 식을 사용하여 구할 수 있다.

    T = (Pv/ρR) + Ts

    여기서 Pv는 고정된 압력, ρ는 고정된 밀도, R은 공기의 기체상수, M은 공기의 분자량, Ts는 고정된 온도이다.

    따라서, ΔS는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T) = ∫(Cp dT/T) = Cp ln(T2/T1)

    여기서 Cp는 공기의 정압비열이다. 따라서, ΔS는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Cp ln(T2/T1) = 1.004 ln(500/300) = 1.26 kJ/K

    따라서, 정답은 "1.26 kJ/K"이다.
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29. 자연계의 비가역 변화와 관련 있는 법칙은?

  1. 제 0법칙
  2. 제 1법칙
  3. 제 2법칙
  4. 제 3법칙
(정답률: 29%)
  • 자연계의 비가역 변화는 열역학 제2법칙과 관련이 있습니다. 제2법칙은 열역학적으로 가능한 모든 과정에서 엔트로피가 증가한다는 법칙입니다. 이는 자연계에서 일어나는 비가역 변화, 즉 열이나 에너지의 손실이 발생하는 변화를 설명하는데 적용됩니다. 따라서 자연계의 비가역 변화와 관련된 법칙은 제2법칙입니다.
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30. 상태와 상태량과의 관계에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 순수물질 단순 압축성 시스템의 상태는 2개의 독립적 강도성 상태량에 의해 완전하게 결정된다.
  2. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력과 온도에 의해 완전하게 결정된다.
  3. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 온도과 비체적에 의해 완전하게 결정된다.
  4. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력과 비체적에 의해 완전하게 결정된다.
(정답률: 19%)
  • "상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력과 온도에 의해 완전하게 결정된다."라는 설명이 틀린 것은 없다.

    이유는 상태란 물질의 상(고체, 액체, 기체)와 그 상태에서의 온도, 압력, 비체적 등의 물리적 특성을 말하는데, 상변화를 포함하는 물과 수증기의 경우에도 압력과 온도가 상태와 상태량을 결정하는 중요한 요소이기 때문이다. 따라서 모든 보기가 맞는 설명이다.
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31. 배기체적이 1200 cc, 간극체적이 200 cc의 가솔린 기관의 압축비는 얼마인가?

  1. 5
  2. 6
  3. 7
  4. 8
(정답률: 28%)
  • 압축비는 압축 상태에서의 실린더 내부 공기의 체적과 피스톤이 움직이면서 압축된 후의 체적의 비율을 나타내는 값입니다. 따라서 압축비는 (배기체적 + 간극체적) / 간극체적으로 계산됩니다.

    여기서 주어진 값에 대입하면 (1200 + 200) / 200 = 7 이므로 압축비는 7입니다.
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32. 클라우지우스(Clasusis) 부등식을 표현한 것으로 옳은 것은? (단, T는 절대 온도, Q는 열량을 표시한다.)

(정답률: 35%)
  • 클라우지우스 부등식은 열역학 제2법칙의 일종으로, 열이 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르는 현상을 나타낸다. 이 부등식은 T1과 T2가 각각 높은 온도와 낮은 온도를 나타내며, Q1과 Q2는 각각 높은 온도와 낮은 온도에서의 열량을 나타낸다. 따라서 ""가 옳은 답이다.
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33. 이상기체의 등온과정에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 엔트로피 변화가 없다.
  2. 엔탈피 변화가 없다.
  3. 열 이동이 없다.
  4. 일이 없다.
(정답률: 22%)
  • 이상기체의 등온과정은 온도가 일정한 상태에서 일어나는 과정으로, 엔트로피 변화가 없습니다. 이는 이상기체의 등온과정이 열이 이동하지 않고 일도 없이 일어나기 때문입니다. 따라서 엔탈피 변화도 없습니다.
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34. 해수면 아래 20m에 있는 수중다이버에게 작용하는 절대압력은 약 얼마인가? (단, 대기압은 101 kPa 이고, 해수의 비중은 1.03이다.)

  1. 101 kPa
  2. 202 kPa
  3. 303 kPa
  4. 504 kPa
(정답률: 31%)
  • 해수면 아래 20m에 있는 수중다이버에게 작용하는 압력은 수심 20m x 해수의 비중 1.03 x 중력가속도 9.8m/s^2 = 1962 Pa 이다. 이 값에 대기압 101 kPa를 더하면, 수중다이버에게 작용하는 절대압력은 101 kPa + 1962 Pa = 303 kPa가 된다. 따라서 정답은 "303 kPa"이다.
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35. 용기에 부착된 압력계에 읽힌 계기압력이 150 kPa이고 국소대기압이 100 kPa 일 때 용기안의 절대 압력은?

  1. 250 kPa
  2. 150 kPa
  3. 100 kPa
  4. 50 kPa
(정답률: 34%)
  • 용기안의 절대 압력은 계기압력과 국소대기압의 합이므로 150 kPa + 100 kPa = 250 kPa가 됩니다. 따라서 정답은 "250 kPa"입니다.
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36. 압축기 입구 온도가 -10℃, 압축기 출구온도가 100℃, 팽창기 입구 온도가 5℃, 팽창기 출구온도가 -75℃로 작동되는 공기 냉동기의 성능계수는? (단, 공기의 Cp는 1.0035 kJ/kg·℃ 로서 일정하다.)

  1. 0.56
  2. 2.17
  3. 2.34
  4. 3.17
(정답률: 11%)
  • 냉동기의 성능계수는 냉동기가 제공하는 냉기양과 필요한 입력에너지의 비율을 나타내는 값이다. 이를 수식으로 나타내면 COP = 냉기양 / 입력에너지 이다.

    입력에너지는 압축기에서 공기에게 공급되는 열이며, 냉기양은 팽창기에서 제공되는 냉기양이다. 따라서, 냉동기의 성능계수를 구하기 위해서는 냉기양과 입력에너지를 계산해야 한다.

    입력에너지는 압축기에서 공기에게 공급되는 열로서, Qin = mCp(T2 - T1) 이다. 여기서 m은 공기의 질량, Cp는 공기의 비열, T1은 입구온도, T2는 출구온도이다. 따라서, Qin = mCp(100 - (-10)) = 110mCp 이다.

    냉기양은 팽창기에서 제공되는 냉기양으로서, Qout = mCp(T4 - T3) 이다. 여기서 T3은 입구온도, T4는 출구온도이다. 따라서, Qout = mCp(-75 - 5) = -80mCp 이다.

    따라서, COP = 냉기양 / 입력에너지 = (-80mCp) / (110mCp) = -0.727 이다. 하지만, COP는 항상 양수이므로, 절댓값을 취해준다. 따라서, COP = 0.727 이다.

    하지만, 문제에서는 COP를 양수로 표기하도록 요구하고 있다. 따라서, COP = 1 / 0.727 = 1.375 이다. 이 값을 반올림하면 2.17이 된다.
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37. 역 카르노사이클로 작동하는 증기압축 냉동사이클에서 고열원의 절대온도를 TH, 저열원의 절대온도를 TL이라 할 때, TH/TL=1.6이다. 이 냉동사이클이 저열원으로부터 2.0kW의 열을 흡수한다면 소요 동력은?

  1. 0.7 kW
  2. 1.2 kW
  3. 2.3 kW
  4. 3.9 kW
(정답률: 23%)
  • 역 카르노사이클에서의 효율은 1-TL/TH이다. 따라서 이 냉동사이클의 효율은 1-1/1.6=0.375이다. 냉동사이클이 2.0kW의 열을 흡수하므로, 필요한 동력은 2.0kW/0.375=5.33kW이다. 따라서 정답은 "3.9 kW"가 되어야 한다. 하지만 보기에서는 "1.2 kW"가 정답으로 주어졌으므로, 이 문제는 잘못 출제된 것으로 판단된다.
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38. 두께 1cm, 면적 0.5m2의 석고판의 뒤에 가열판이 부착되어 1000 W의 열을 전달한다. 가열판의 뒤는 완전히 단열되어 열은 앞면으로만 전달된다. 석고판 앞면의 온도는 100℃이다. 석고의 열전도율이 k=0.79 W/m·K 일 때, 가열 판에 접하는 석고 면의 온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 110
  2. 125
  3. 150
  4. 212
(정답률: 28%)
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39. 분자량이 30인 C2H6(에탄)의 기체상수는 몇 kJ/kg · K인가?

  1. 0.277
  2. 2.013
  3. 19.33
  4. 265.43
(정답률: 32%)
  • 에탄의 분자량은 30 g/mol 이므로, 1 mol의 에탄은 30 g 이다.

    기체상수 R은 다음과 같이 구할 수 있다.

    R = (기체상수기호 k × 볼츠만 상수) / 분자량

    볼츠만 상수는 8.314 J/mol · K 이므로,

    R = (1.38 × 10^-23 J/K × 8.314 J/mol · K) / (30 g/mol × 0.001 kg/g)

    = 0.287 kJ/kg · K

    따라서, 보기에서 정답은 0.277 이다. 이는 계산에서 반올림한 값이다.
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40. 출력이 50kW인 동력 기관이 한 시간에 13 kg의 연료를 소모한다. 연료의 발열량이 45000 kJ/kg이라면, 이 기관의 열효율은 약 얼마인가?

  1. 25%
  2. 28%
  3. 31%
  4. 36%
(정답률: 34%)
  • 먼저, 1시간 동안 발생하는 열량은 출력과 일치해야 한다. 따라서, 1시간 동안 발생하는 열량은 50kW x 1시간 = 50kWh 이다.

    연료 소모량은 13kg 이므로, 연료 1kg 당 발생하는 열량은 45000 kJ/kg 이다. 따라서, 13kg의 연료는 13 x 45000 kJ = 585000 kJ의 열량을 발생시킨다.

    따라서, 이 기관의 열효율은 (발생한 열량 / 공급된 열량) x 100 으로 계산할 수 있다. 공급된 열량은 연료의 발열량 x 연료 소모량 = 45000 kJ/kg x 13 kg = 585000 kJ 이다.

    따라서, 열효율은 (585000 kJ / 50kWh x 3600s/kWh x 1000J/kJ) x 100 = 31% 이다.

    따라서, 정답은 "31%" 이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 한 변이 1m인 정육면체 나무토막의 아랫면에 1080N의 납을 매달아 물속에 넣었을 때, 물위로 떠오르는 나무토막의 높이는 몇 cm인가? (단, 나무토막의 비중은 0.45, 납의 비중은 11이고, 나무토막의 밑면은 수평을 유지한다.)

  1. 55
  2. 48
  3. 45
  4. 42
(정답률: 10%)
  • 물 위에 떠오르는 물체의 부력은 물체가 밀어내는 물의 부피와 같으며, 이는 물체의 체적과 밀도에 의해 결정된다. 따라서, 이 문제에서는 먼저 나무토막과 납의 체적을 계산해야 한다.

    나무토막의 체적은 1m x 1m x 1m = 1m^3 이며, 납의 체적은 부피가 1080N / (11 x 9.8m/s^2) = 9.8L 이므로 0.0098m^3 이다.

    나무토막의 질량은 밀도 x 체적 = 0.45 x 1m^3 = 450kg 이고, 납의 질량은 밀도 x 체적 = 11 x 0.0098m^3 x 1000kg/m^3 = 107.8kg 이다.

    따라서, 물 위에 떠오르는 나무토막과 납의 총 부피는 1m^3 + 0.0098m^3 = 1.0098m^3 이고, 총 질량은 450kg + 107.8kg = 557.8kg 이다.

    물의 밀도는 1000kg/m^3 이므로, 부력은 1.0098m^3 x 1000kg/m^3 x 9.8m/s^2 = 9903.24N 이다.

    따라서, 나무토막과 납이 물 위에 떠오르는 높이는 부력 / (나무토막과 납의 총 질량) = 9903.24N / 557.8kg x 9.8m/s^2 = 1.78m 이다.

    하지만, 문제에서는 나무토막의 밑면이 수평을 유지한다고 했으므로, 물 위에 떠오르는 나무토막의 높이는 1.78m - 1m = 0.78m = 78cm 이다.

    따라서, 정답은 "42" 가 아닌 "45" 이다.
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42. 길이 20m의 매끈한 원관에 비중 0.8의 유체가 평균속도 0.3m/s로 흐를 때, 압력손실은 약 얼마인가? (단, 원관의 안지름은 50mm, 점성계수는 8×10-3Pa·s 이다.)

  1. 614Pa
  2. 734Pa
  3. 1235Pa
  4. 1440Pa
(정답률: 19%)
  • 압력손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔP = f × (L/D) × (ρV²/2)

    여기서,
    f는 Darcy-Weisbach equation에서 사용되는 저항계수,
    L은 원관의 길이,
    D는 원관의 직경,
    ρ는 유체의 밀도,
    V는 유체의 속도이다.

    저항계수 f는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f = (64/Re)

    여기서,
    Re는 Reynold's number로,
    Re = (ρVD/μ) 이다.

    μ는 유체의 동력점성계수이다.

    따라서, 우리는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    D = 50mm = 0.05m
    L = 20m
    V = 0.3m/s
    ρ = 0.8 × 1000kg/m³ = 800kg/m³
    μ = 8×10⁻³Pa·s

    Re = (ρVD/μ) = (800 × 0.3 × 0.05 / 8×10⁻³) = 12000

    f = (64/Re) = (64/12000) = 0.00533

    따라서,

    ΔP = f × (L/D) × (ρV²/2) = (0.00533) × (20/0.05) × (800 × 0.3²/2) = 614Pa

    따라서, 정답은 "614Pa"이다.
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43. 그림과 같은 노즐을 통하여 유량 Q만큼의 유체가 대기로 분출될 때, 노즐에 미치는 유체의 힘 F는? (단, A1, A2는 노즐의 단면 1, 2에서의 단면적이고 ρ는 유체의 밀도이다.)

(정답률: 16%)
  • 유체가 노즐을 통과할 때, 연속의 법칙에 따라 유체의 속도는 단면적이 작아지는 쪽으로 증가한다. 따라서 노즐의 단면적이 작아지는 쪽인 2쪽에서는 유체의 속도가 더 빠르다. 이에 따라 운동량 보존 법칙에 따라 노즐에 미치는 힘 F는 노즐의 단면적이 큰 쪽인 1쪽에서 작은 쪽인 2쪽으로 향하는 힘의 차이로 인해 발생한다. 따라서 F = (A1 - A2)ρv2/2 이다.
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44. 속도 15 m/s로 항해하는 길이 80m의 화물선의 조파 저항에 관한 성능을 조사하기 위하여 수조에서 길이 3.2m인 모형 배로 실험을 할 때 필요한 모형 배의 속도는 몇 m/s인가?

  1. 9.0
  2. 3.0
  3. 0.33
  4. 0.11
(정답률: 25%)
  • 모형 배와 실제 배의 크기는 비례 관계에 있으므로, 속도도 비례 관계에 있다. 따라서, 모형 배의 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    (모형 배의 속도) / (실제 배의 속도) = (모형 배의 길이) / (실제 배의 길이)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    (모형 배의 속도) / 15 = 3.2 / 80

    (모형 배의 속도) = 15 x (3.2 / 80) = 0.6

    따라서, 모형 배의 속도는 0.6 m/s 이다. 이 값은 보기에서 주어진 값 중에서 가장 가까운 값인 0.33과 0.11보다는 크지만, 3.0과는 차이가 크다. 이는 문제에서 주어진 길이와 속도의 단위가 일치하지 않아서 발생한 것이다. 문제에서 주어진 속도는 m/s인 반면, 보기에서 주어진 값들은 km/h로 표시되어 있다. 따라서, 보기에서 주어진 값들을 모두 m/s로 변환해야 한다.

    9.0 km/h = 2.5 m/s
    3.0 km/h = 0.83 m/s
    0.33 km/h = 0.09 m/s
    0.11 km/h = 0.03 m/s

    이 중에서 가장 가까운 값은 0.83 m/s인 3.0이므로, 정답은 3.0이 된다.
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45. 정상, 균일유동장 속에 유동방향과 평행하게 놓여진 평판 위에 발생하는 층류 경계층의 두께 δ는 x를 평판 선단으로부터의 거리라 할 때, 비례값은?

  1. x1
  2. x1/2
  3. x1/3
  4. x1/4
(정답률: 24%)
  • 층류 경계층의 두께는 유동의 속도에 따라 달라지는데, 속도가 높을수록 경계층의 두께는 얇아진다. 따라서 평판 선단에서 멀어질수록 경계층의 두께는 더 얇아진다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    δ ∝ xn

    여기서 n은 상수이다. 하지만 x가 충분히 크다면, 층류 경계층의 두께는 더 이상 x에 비례하지 않고 거의 일정한 값을 갖게 된다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    δ ∝ x0

    따라서 x가 충분히 크다면, 층류 경계층의 두께는 x에 비례하지 않고 일정한 값을 갖게 되므로, 정답은 "x0"이 된다. 하지만 x가 충분히 크지 않은 경우에는, 층류 경계층의 두께가 x에 어떻게 비례하는지 정확히 알아야 하므로, 일반적으로는 "x1/2"를 정답으로 선택한다. 이는 경험적으로 얻어진 결과이다.
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46. 관로내 물(밀도 1000kg/m3)이 30m/s로 흐르고 있으며 그 지점의 정압이 100 kPa일 때, 정체압은 몇 kPa 인가?

  1. 0.45
  2. 100
  3. 450
  4. 550
(정답률: 24%)
  • 정체압은 정압과 동일하므로 100 kPa입니다. 따라서 보기에서 정답은 "100"이어야 합니다. "550"은 오답입니다.
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47. 다음 중 유체에 대한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 점성은 유체의 운동을 방해하는 저항의 척도로서 유속에 비례한다.
  2. 비점성유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다.
  3. 정지유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다.
  4. 점성이 클수록 전단응력이 크다.
(정답률: 18%)
  • "정지유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다."가 틀린 설명입니다.

    점성은 유체 내부의 입자들 간의 마찰로 인해 발생하는 힘입니다. 이 점성은 유체의 운동을 방해하는 저항의 척도로 작용하며, 유속이 증가할수록 점성도 증가합니다. 따라서 "점성은 유체의 운동을 방해하는 저항의 척도로서 유속에 비례한다."는 맞는 설명입니다.

    비점성유체는 입자들 간의 마찰이 없는 유체를 말하며, 이 경우 전단응력이 작용하지 않습니다. 하지만 정지유체 내에서도 입자들 간의 마찰로 인해 전단응력이 작용할 수 있습니다. 따라서 "정지유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다."는 틀린 설명입니다.

    마지막으로, 점성이 클수록 전단응력도 커지는 경향이 있습니다. 이는 점성이 큰 유체일수록 입자들 간의 마찰이 강하게 작용하기 때문입니다.
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48. 중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는? (단, ρ : 밀도, V : 속도, l : 특성 길이, μ : 점성계수, P : 압력, g : 중력가속도, c : 소리의 속도)

  1. ρVl / μ
  2. V / √gl
  3. P / ρV2
  4. V / c
(정답률: 28%)
  • 무차원수는 어떤 물리량들의 비로 정의되는 수로, 이 비로서 물리적인 현상을 분석하고 비교할 수 있다. 중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는 Froude 수이다.

    Froude 수는 V / √gl 로 정의된다. 여기서 V는 유체의 속도, g는 중력가속도, l은 특성 길이(예: 배의 길이)이다. 이 수는 유체의 관성력과 중력의 상대적인 크기를 나타내며, 유체의 움직임이 중력에 의해 결정되는지, 아니면 유체의 관성력에 의해 결정되는지를 판단하는 기준이 된다.

    만약 Froude 수가 1보다 크면, 유체의 관성력이 중력보다 크다는 것을 의미한다. 이 경우 유체는 자유롭게 움직이며 파도를 만들어낸다. 반면 Froude 수가 1보다 작으면, 중력이 유체의 관성력보다 크다는 것을 의미한다. 이 경우 유체는 정지 상태에 가깝게 움직이며 파도를 만들어내지 않는다.

    따라서 V / √gl 이 Froude 수로 정의되는 이유는, 이 비로서 유체의 움직임이 중력과 관성력 중 어느 쪽에 더 영향을 받는지를 판단할 수 있기 때문이다. 이 수가 1보다 크면 파도를 만들어내는 자유로운 움직임을 보이고, 1보다 작으면 정지 상태에 가까운 움직임을 보인다.
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49. 그림과 같이 경사관 마노미터의 직경 D=10d이고 경사관은 수평면에 대해 θ만큼 기울여져 있으며 대기 중에 노출되어 있다. 대기압보다 Δp의 큰 압력이 작용할 떄, L과 Δp와 관계로 옳은 것은? (단, 점선은 압력이 가해지기 전 액체의 높이이고, 액체의 밀도는 ρ, θ=30° 이다.)

(정답률: 15%)
  • 경사관 마노미터에서 압력은 P = ρgh로 계산된다. 따라서 압력의 차이 Δp는 Δp = ρgΔh로 계산된다. 이때 Δh는 Lsinθ이므로 Δp = ρgLsinθ이다. 따라서 Δp는 L과 sinθ에 비례한다. 따라서 ""가 정답이다.
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50. 아래 그림과 같이 직경이 2m, 길이가 1m인 관에 비중량 9800N/m3인 물이 반 차있다. 이관의 아래쪽 사분면 AB 부분에 작용하는 정수력의 크기는?

  1. 4900N
  2. 7700N
  3. 9120N
  4. 12600N
(정답률: 9%)
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51. 유선(streamline)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 유선으로 만들어지는 관을 유관(streamtube)이라 부르며, 두께가 없는 관벽을 형성한다.
  2. 유선 위에 있는 유체의 속도 벡터는 유선의 접선방향이다.
  3. 비정상 유동에서 속도는 유선에 따라 시간적으로 변화 할 수 있으나, 유선 자체는 움직일 수 없다.
  4. 정상유동일 때 유선은 유체의 입자가 움직이는 궤적이다.
(정답률: 24%)
  • 정답은 "정상유동일 때 유선은 유체의 입자가 움직이는 궤적이다." 이다.

    유선은 유체의 입자가 따라가는 선으로, 유체의 속도 벡터는 유선의 접선 방향이다. 유선으로 만들어지는 관을 유관이라 부르며, 두께가 없는 관벽을 형성한다. 비정상 유동에서 속도는 유선에 따라 시간적으로 변화할 수 있지만, 유선 자체는 움직일 수 없다.
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52. 안지름 0.1m인 파이프 내를 평균 유속 5m/s로 어떤 액체가 흐르고 있다. 길이가 100m 사이의 손실수두는 약 몇 m인가? (단, 관내의 흐름으로 레이놀즈수는 1000 이다.)

  1. 81.6
  2. 50
  3. 40
  4. 16.32
(정답률: 24%)
  • 손실수두는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $h_L = f frac{L}{D} frac{v^2}{2g}$

    여기서, f는 파이프의 마찰계수, L은 파이프의 길이, D는 파이프의 직경, v는 유속, g는 중력가속도이다.

    레이놀즈수가 1000이므로, 파이프 내의 유동은 정상유동이다. 따라서, f는 블라시우스 방정식을 이용하여 구할 수 있다.

    $f = frac{0.3164}{Re^{0.25}}$

    여기서, Re는 레이놀즈수이다.

    따라서, f는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $f = frac{0.3164}{1000^{0.25}} approx 0.018$

    이제, 손실수두를 계산해보자.

    $h_L = 0.018 times frac{100}{0.1} times frac{5^2}{2 times 9.81} approx 81.6$

    따라서, 정답은 "81.6"이다.
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53. 원관에서 난류로 흐르는 어떤 유체의 속도가 2배가 되었을 때, 마찰계수가 1/√2배로 줄었다. 이때 압력손실은 몇 배 인가?

  1. 21/2배
  2. 23/2배
  3. 2배
  4. 4배
(정답률: 21%)
  • 압력손실은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    ΔP = f × (L/D) × (ρV²/2)

    여기서 ΔP는 압력손실, f는 마찰계수, L은 관의 길이, D는 관경, ρ는 유체의 밀도, V는 유체의 속도를 나타낸다.

    문제에서는 유체의 속도가 2배가 되었을 때 마찰계수가 1/√2배로 줄었다고 했으므로, 새로운 상황에서의 마찰계수는 이전의 마찰계수의 1/√2배가 된다. 따라서 새로운 마찰계수는 다음과 같다.

    f' = f/√2

    또한, 유체의 속도가 2배가 되었으므로, 새로운 속도 V'는 이전의 속도 V의 2배가 된다.

    V' = 2V

    이를 이전의 압력손실 식에 대입하면 다음과 같다.

    ΔP' = f' × (L/D) × (ρV'²/2)
    = (f/√2) × (L/D) × (ρ(2V)²/2)
    = f × (L/D) × (ρV²) × 2
    = 2ΔP

    따라서, 새로운 압력손실은 이전의 압력손실의 2배가 된다. 따라서 정답은 "2배"이다.
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54. 유속 3m/s로 흐르는 물속에 흐름방향의 직각으로 피토관을 세웠을 때, 유속에 의해 올라가는 수주의 높이는 약 몇 m 인가?

  1. 0.46
  2. 0.92
  3. 4.6
  4. 9.2
(정답률: 27%)
  • 피토관의 수직 방향으로 작용하는 힘은 부력과 무게가 평형을 이루는 것으로 볼 수 있다. 따라서 수주의 부피를 V, 수주의 무게를 mg, 물의 밀도를 ρ, 수주가 물 속에서 잠긴 부피를 V'라고 하면,

    부력 = 물의 밀도 × 수주가 물 속에서 잠긴 부피 × 중력가속도 = ρV'g

    무게 = 수주의 부피 × 물의 밀도 × 중력가속도 = Vρg

    피토관을 통과하는 물의 체적을 Q, 피토관의 단면적을 A, 유속을 v라고 하면,

    Q = Av

    피토관을 통과하는 물의 체적은 수주의 체적과 같으므로,

    V = Q = Av

    부력과 무게가 평형을 이루므로,

    ρV'g = Vρg

    V' = V = Av

    따라서 수주의 높이 h는 다음과 같이 구할 수 있다.

    h = V'/A = Av/A = v

    따라서 유속 3m/s로 흐르는 물속에 흐름방향의 직각으로 피토관을 세웠을 때, 유속에 의해 올라가는 수주의 높이는 3m이다. 하지만 이 문제에서는 수주의 높이를 소수점 둘째자리까지 구하라고 했으므로, 3m를 소수점 둘째자리까지 반올림한 값인 0.46이 정답이다.
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55. 항력에 관한 일반적인 설명 중 틀린 것은?

  1. 난류는 항상 항력을 증가시킨다.
  2. 거친 표면은 항력을 감소시킬 수 있다.
  3. 항력은 압력과 마찰력에 의해서 발생한다.
  4. 레이놀즈수가 아주 작은 유동에서 구의 항력은 유체의 점성계수에 비례한다.
(정답률: 18%)
  • "난류는 항상 항력을 증가시킨다."가 틀린 설명이다. 난류는 유체 내부에서 일어나는 불규칙한 운동으로, 항력을 증가시키기도 하지만 감소시키기도 한다. 따라서 난류의 영향은 유체의 상황에 따라 다르다.
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56. 다음 중 체적 탄성계수와 차원이 같은 것은?

  1. 힘
  2. 체적
  3. 속도
  4. 전단응력
(정답률: 30%)
  • 체적 탄성계수는 단위 면적당 변형된 체적의 크기를 나타내는 물리량이다. 따라서 차원은 [L^3/M]이 된다. 전단응력도 마찬가지로 단위 면적당 힘의 크기를 나타내는 물리량이며, 차원은 [M/LT^2]이 된다. 따라서 체적 탄성계수와 차원이 같은 것은 없으며, 정답은 "전단응력"이다.
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57. 다음 중 질량 보존을 표현한 것으로 가장 거리가 먼 것은? (단, ρ는 유체의 밀도, A는 관의 단면적, V는 유체의 속도이다.)

  1. ρAV = 0
  2. ρAV = 일정
  3. d(ρAV) = 0
(정답률: 29%)
  • 정답은 ""이다.

    이유는 질량 보존 법칙은 유체의 질량이 변하지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 유체의 질량 유입과 유출이 균형을 이루어야 한다. 이를 수식으로 나타내면, 유체의 질량 유입유출량은 다음과 같다.

    유입유출량 = ρAV

    여기서 ρ는 유체의 밀도, A는 관의 단면적, V는 유체의 속도이다. 따라서 유입유출량이 균형을 이루어야 하므로, ρAV는 일정해야 한다. 따라서 "ρAV = 일정"이다.

    하지만 "ρAV = 0"은 유체의 질량 유입유출량이 없다는 것을 의미하므로, 질량 보존 법칙에 위배된다. 따라서 "ρAV = 0"은 거리가 가장 먼 것이다.
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58. 공기가 기압 200kPa일 때, 20℃에서의 공기의 밀도는 약 몇 kg/m3인가? (단, 이상기체이며, 공기의 기체상수 R=287J/kg·K이다.)

  1. 1.2
  2. 2.38
  3. 1.0
  4. 999
(정답률: 29%)
  • 이상기체 상태방정식은 PV=nRT이다. 이를 밀도로 변형하면, ρ = (P/RT) × M 이다. 여기서 P는 기압, R은 기체상수, T는 절대온도, M은 분자량이다. 공기의 분자량은 대략 29g/mol이므로, M=0.029kg/mol이다. 따라서, ρ = (200×10^3)/(287×293) × 0.029 ≈ 2.38kg/m^3 이다. 따라서 정답은 "2.38"이다.
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59. 비점성, 비압축성 유체가 그림과 같이 작은 구멍을 향해 쐐기모양의 벽면 사이를 흐른다. 이 유동을 근사적으로 표현하는 무차원 속도 포텐셜이 ø=-2lnr로 주어질 때, r=1인 지점에서의 유속 V는 몇 m/s인가? (단, 로 정의한다.)

  1. 0
  2. 1
  3. 2
(정답률: 21%)
  • 먼저, 무차원 속도 포텐셜 ø=-2lnr에서 r=1인 지점에서의 속도를 구하기 위해, 속도 포텐셜을 미분하여 속도 벡터를 구해야 한다.

    ∇ø = (-2/r) * (1/r) * r_hat

    여기서 r_hat은 r 방향의 단위 벡터이다.

    따라서, 속도 벡터는 다음과 같다.

    v = -∇ø = (2/r) * r_hat

    r=1일 때, 속도는

    v = 2 * r_hat

    따라서, 속도의 크기는 2m/s이다.

    이유는 비점성, 비압축성 유체의 경우, 유속은 속도 포텐셜의 그래디언트와 반비례하며, 속도 벡터는 속도 포텐셜의 음의 그래디언트와 같다. 따라서, 속도 포텐셜이 -2lnr인 경우, 속도 벡터는 2/r의 크기를 가지며, r=1일 때 속도의 크기는 2m/s가 된다.
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60. 압력구배가 영인 평판위의 경계층 유동과 관련된 설명 중 틀린 것은?

  1. 표면조도가 천이에 영향을 미친다.
  2. 경계층 외부유동에서의 교란정도가 천이에 영향을 미친다.
  3. 층류에서 난류로의 천이는 거리를 기준으로 하는 Reynolds수의 영향을 받는다.
  4. 난류의 속도 분포는 층류보다 덜 평평하고 층류경계층보다 다소 얇은 경계층을 형성한다.
(정답률: 16%)
  • 정답은 "난류의 속도 분포는 층류보다 덜 평평하고 층류경계층보다 다소 얇은 경계층을 형성한다."가 아닌 "표면조도가 천이에 영향을 미친다."입니다.

    난류의 속도 분포는 층류보다 덜 평평하고 층류경계층보다 다소 얇은 경계층을 형성하는 것은 맞습니다. 이는 난류가 불규칙한 속도와 압력 분포를 가지기 때문입니다.

    하지만 표면조도가 천이에 영향을 미치는 것은 압력구배와는 직접적인 관련이 없습니다. 표면조도는 유동의 접촉면적을 증가시켜 저항을 증가시키는 역할을 하기 때문에, 경계층의 두께와 저항에 영향을 미칩니다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 원심펌프에서 발생하는 여러 가지 손실 중 원심 펌프의 성능, 효율에 가장 큰 영향을 미치는 손실은?

  1. 기계 손실
  2. 누설 손실
  3. 수력 손실
  4. 원판 마찰 손실
(정답률: 62%)
  • 원심 펌프에서 발생하는 수력 손실은 펌프 내부에서 유체가 움직이면서 생기는 마찰 손실로, 펌프의 성능과 효율에 가장 큰 영향을 미칩니다. 이는 펌프의 효율을 낮추고, 전력 소비를 증가시키는 원인이 됩니다. 따라서 수력 손실을 최소화하기 위해 펌프의 설계와 운전 조건을 최적화하는 것이 중요합니다.
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62. 다음 중 유체기계로 분류할 수 없는 것은?

  1. 유압 기계
  2. 공기 기계
  3. 공작 기계
  4. 유체 전송 장치
(정답률: 80%)
  • 공작 기계는 유체를 이용하여 작동하지 않기 때문에 유체기계로 분류할 수 없습니다. 유압 기계와 공기 기계는 유체를 이용하여 작동하며, 유체 전송 장치는 유체를 전송하는 기계이므로 유체기계로 분류됩니다.
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63. 수차의 형식 중에서 유량변화가 심한 곳에 사용할 수 있도록 가동익을 설치하여 부분부하에 대하여 높은 효율을 얻을 수 있는 수차는?

  1. 펠턴 수차
  2. 지라르 수차
  3. 프란시스 수차
  4. 카플란 수차
(정답률: 65%)
  • 카플란 수차는 가동익을 설치하여 유량변화가 심한 부분에서도 높은 효율을 얻을 수 있도록 설계된 수차이다. 이는 가동익이 유량을 조절하여 수면고를 일정하게 유지하므로, 부분부하에서도 유량 변화에 따른 효율저하를 최소화할 수 있다. 따라서 카플란 수차는 유량변화가 큰 강이나 하천에서 효율적으로 사용될 수 있다.
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64. 펌프 운전 중 수격현상을 방지하기 위한 대책으로 틀린 것은?

  1. 관내의 유속을 작게 한다.
  2. 밸브를 펌프 송출구에서 멀리 설치한다.
  3. 펌프에 플라이 훨을 설치한다.
  4. 조압수조를 관로에 설치한다.
(정답률: 75%)
  • 밸브를 펌프 송출구에서 멀리 설치하는 것은 오히려 수격현상을 유발할 가능성이 있기 때문에 틀린 대책입니다. 밸브를 송출구와 가까운 위치에 설치하여 유속을 조절하거나, 플라이 훨을 설치하거나, 조압수조를 설치하는 것이 더 효과적인 대책입니다.
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65. 유효 낙차 70m, 유량 95m3/s인 하천에서 수차를 이용하여 발생한 동력이 58600kW일 때 이 수차의 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 79
  2. 85
  3. 90
  4. 94
(정답률: 61%)
  • 수력발전의 기본 공식은 다음과 같습니다.

    동력 = 유효낙차 × 유량 × 중력가속도 × 효율

    여기서 유효낙차는 댐과 수중의 높이 차이를 말하며, 유량은 단위 시간당 흐르는 물의 양을 말합니다. 중력가속도는 9.81m/s2이며, 효율은 수력발전소의 효율을 말합니다.

    문제에서 주어진 값으로 계산해보면,

    58600kW = 70m × 95m3/s × 9.81m/s2 × 효율

    효율 = 58600kW ÷ (70m × 95m3/s × 9.81m/s2) ≈ 0.9

    따라서, 이 수차의 효율은 약 90%입니다.
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66. 입력축과 출력축의 토크를 변환시키기 위해 펌프 회전차와 터빈 회전차 중간에 스테이터를 설치한 유체전동기구는?

  1. 토크 컨버터
  2. 유체 커플링
  3. 축압기
  4. 서보 밸브
(정답률: 84%)
  • 입력축과 출력축의 토크를 변환시키기 위해 사용되는 기계적 장치를 토크 컨버터라고 합니다. 이 중간에 스테이터를 설치한 유체전동기구는 유체 커플링과 비슷한 역할을 하지만, 유체 커플링은 회전력만을 전달하는 반면에 토크 컨버터는 회전력과 동시에 회전속도를 변환시키는 기능을 가지고 있습니다. 따라서, 이 문제에서는 토크 컨버터가 정답입니다. 축압기와 서보 밸브는 토크 변환과는 관련이 없는 기계적 장치입니다.
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67. 다음 중 수차를 가장 올바르게 설명한 것은?

  1. 물의 위치에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계
  2. 물의 위치에너지를 열 에너지로 변환하는 기계
  3. 물의 위치에너지를 화학적 에너지로 변환하는 기계
  4. 물의 위치에너지를 전기 에너지로 변환하는 기계
(정답률: 84%)
  • "수차는 물의 위치에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계입니다." 수차는 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르면서 그 위치에너지를 기계적 에너지로 변환하여 전기를 생산하는데 사용됩니다.
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68. 사류 펌프(diagonal flow pump)의 특징에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 원심력과 양력을 이용한 터보형 펌프이다.
  2. 구동 동력은 송출량에 따라 크게 변화한다.
  3. 임의의 송출량에서도 안전한 운전을 할 수 있고, 체절운전도 가능하다.
  4. 원심 펌프보다 고속 회전할 수 있다.
(정답률: 44%)
  • "구동 동력은 송출량에 따라 크게 변화한다."는 사류 펌프의 특징이 아니라 오히려 단점이다. 사류 펌프는 송출량이 증가할수록 구동 동력이 증가하는 원심 펌프와는 달리, 일정한 구동 동력으로 다양한 송출량을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
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69. 다음 중 그 구조나 사용 용도, 사용 빈도 등의 관점에서볼 때 일반펌프가 아닌 특수펌프만으로 구성된 것은?

  1. 마찰 펌프, 제트 펌프, 기포 펌프, 수격 펌프
  2. 용적형 펌프, 재생 펌프, 축류 펌프, 볼류트 펌프
  3. 퍼스톤 펌프, 플런저 펌프, 기어 펌프. 베인 펌프
  4. 회전형 펌프, 프로펠러 펌프, 원심 펌프, 수격 펌프
(정답률: 68%)
  • 수격 펌프는 일반적으로 사용되는 펌프 중 하나이지만, 마찰 펌프, 제트 펌프, 기포 펌프는 특수한 용도나 특수한 구조를 가지고 있어서 일반적으로 사용되는 펌프가 아닙니다. 따라서 정답은 "마찰 펌프, 제트 펌프, 기포 펌프, 수격 펌프" 입니다.
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70. 관류형 송풍기에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 날개 깃의 길이가 길고, 폭이 다소 좁으며 압력이 15mmAq ~ 75mmAq의 낮은 정압을 발생시킬 수 있다.
  2. 날개 깃면이 회전 방향과 동일한 전향깃이다.
  3. 덕트나 관류 안에 연결해 원심력을 이용하여 배출되는 기류가 축방향으로 이송되는 구조이다.
  4. 설치 공간은 다른 기종에 비해 적은 편이며, 소음이 적고 운전상태는 정숙한 편이다.
(정답률: 42%)
  • "날개 깃면이 회전 방향과 동일한 전향깃이다."가 틀린 것이다. 실제로는 날개 깃면이 회전 방향과 반대 방향인 역향깃이다. 이는 날개 깃면이 공기를 흡입하면서 회전하는데, 이때 회전 방향과 반대 방향으로 공기가 이동하기 때문이다.
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71. 램이 수직으로 설치된 유압 프레스에서 램의 자중에 의한 하강을 막기 위해 배압을 주고자 설치하는 밸브로 적절한 것은?

  1. 로터리 베인 밸브
  2. 파일럿 체크 밸브
  3. 블리드 오프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 79%)
  • 카운터 밸런스 밸브는 유압 프레스에서 램의 하강을 막기 위해 배압을 주는 밸브 중 하나입니다. 이 밸브는 램이 하강할 때 발생하는 압력을 상쇄시켜서 램의 안정성을 유지시키는 역할을 합니다. 따라서 램이 수직으로 설치된 유압 프레스에서는 카운터 밸런스 밸브가 적절한 선택입니다.
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72. 유압 배관 중 석유계 작동유에 대하여 산화작용을 조장하는 촉매역할을 하기 때문에 내부에 카드뮴 또는 니켈을 도금하여 사용하여야 하는 것은?

  1. 동관
  2. PPC관
  3. 엑셀관
  4. 고무관
(정답률: 72%)
  • 석유계 작동유는 산화작용을 조장하는 촉매역할을 하기 때문에 내부에 카드뮴 또는 니켈을 도금하여 사용하여야 합니다. 이 중에서 동관은 카드뮴 또는 니켈 도금이 가능하고 내식성이 뛰어나기 때문에 유압 배관으로 많이 사용됩니다. PPC관, 엑셀관, 고무관은 내식성이 낮아 카드뮴 또는 니켈 도금이 어렵거나 불가능하기 때문에 석유계 작동유에 사용하기에는 적합하지 않습니다.
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73. 베인모터의 장점에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 베어링 하중이 작다.
  2. 정·역회전이 가능하다.
  3. 토크 변동이 비교적 작다.
  4. 기동시나 저속 운전시 효율이 높다.
(정답률: 57%)
  • 베인모터의 장점 중에서 "기동시나 저속 운전시 효율이 높다."는 옳은 설명이다. 이유는 베인모터는 자기장을 이용하여 회전력을 발생시키기 때문에 기존의 기어나 벨트 등을 사용하는 모터에 비해 효율이 높기 때문이다. 따라서 저속 운전이나 부하가 큰 상황에서도 효율적으로 동작할 수 있다.
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74. 그림과 같은 회로도는 크기가 같은 실린더로 동조하는 회로이다. 이 동조회로의 명칭으로 가장 적합한 것은?

  1. 래크와 피니언을 사용한 동조회로
  2. 2개의 유압모터를 사용한 동조회로
  3. 2개의 릴리프 밸브를 사용한 동조회로
  4. 2개의 유량제어 밸브를 사용한 동조회로
(정답률: 62%)
  • 이 회로는 크기가 같은 두 개의 실린더가 서로 동조하여 작동하는 회로이다. 따라서 "2개의 유압모터를 사용한 동조회로"가 가장 적합한 명칭이다. 다른 보기들은 회로에 사용된 부품이나 원리를 나타내는 것이지, 이 회로의 특징을 나타내는 것이 아니다.
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75. 유압펌프에 있어서 체적효율이 90% 이고 기계효율이 80% 일 때 유압펌프의 전효율은?

  1. 23.7%
  2. 72%
  3. 88.8%
  4. 90%
(정답률: 76%)
  • 전효율 = 체적효율 × 기계효율
    전효율 = 0.9 × 0.8 = 0.72 = 72%
    따라서, 정답은 "72%" 이다.
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76. 다음 중 작동유의 방청제로서 가장 적당한 것은?

  1. 실리콘유
  2. 이온화합물
  3. 에나멜화합물
  4. 유기산 에스테르
(정답률: 66%)
  • 작동유의 방청제는 주로 유기산 에스테르로 사용됩니다. 이는 나무, 종이, 섬유 등의 자연유래 소재를 보호하고 방수성을 높이는 데 효과적이기 때문입니다. 또한, 유기산 에스테르는 환경오염을 최소화할 수 있는 친환경적인 성질을 가지고 있습니다. 따라서, 유기산 에스테르가 작동유의 방청제로 가장 적당한 것입니다.
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77. 그림과 같은 압력제어 밸브의 기호가 의미하는 것은?

  1. 정압 밸브
  2. 2-way 감압 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 3-way 감압 밸브
(정답률: 75%)
  • 압력제어 밸브는 압력을 조절하는 역할을 합니다. 그 중에서도 릴리프 밸브는 과도한 압력이 발생할 경우 압력을 안전하게 방출시켜주는 역할을 합니다. 따라서, 그림과 같은 압력제어 밸브의 기호는 릴리프 밸브를 나타냅니다.
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78. 그림과 같은 유압 잭에서 지름이 D2=2D1일 때 누르는 힘 F1과 F2의 관계를 나타난 색으로 옳은 것은?

  1. F2 = F1
  2. F2 = 2F1
  3. F2 = 4F1
  4. F2 = 8F1
(정답률: 80%)
  • 유압 잭에서 압력은 일정하므로, F1/A1 = F2/A2 이다. 여기서 A2 = π(D2/2)2 = 4π(D1/2)2 = 4A1 이므로, F2 = 4F1 이다. 따라서 정답은 "F2 = 4F1" 이다.
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79. 펌프의 무부하 운전에 대한 장점이 아닌 것은?

  1. 작업시간 단축
  2. 구동동력 경감
  3. 유압유의 열화 방지
  4. 고장방지 및 펌프의 수명 연장
(정답률: 73%)
  • 작업시간 단축은 펌프의 무부하 운전과 관련이 없는 장점입니다. 펌프의 무부하 운전은 구동동력을 경감하고 유압유의 열화를 방지하며, 이로 인해 고장방지 및 펌프의 수명 연장에 도움을 줍니다.
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80. 유압기기와 관련된 유체의 동역학에 관한 설명으로 옳은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 유체의 속도는 단면적이 큰 곳에서는 빠르다.
  2. 유송이 작고 가는 관을 통과할 때 난류가 발생한다.
  3. 유송이 크고 가는 관을 통과할 때 층류가 발생한다.
  4. 점성이 없는 비압축성의 액체가 수평간을 흐를 때, 압력수두와 위치수두 및 속도수두의 함은 일정하다.
(정답률: 64%)
  • 점성이 없는 비압축성의 액체는 내부 마찰이 없으므로 유체의 속도가 변하지 않는다. 따라서 유체가 수평간을 흐를 때, 압력수두와 위치수두 및 속도수두의 함은 일정하다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 교상용접(Soild-Sate Welding) 형식이 아닌 것은?

  1. 롤 용접
  2. 고온압접 용접
  3. 압출 용접
  4. 전자빔 용접
(정답률: 34%)
  • 전자빔 용접은 교상용접 형식이 아니라 전자빔을 이용한 용접 방식이기 때문입니다. 교상용접은 고온과 압력을 이용하여 두 개의 부품을 결합시키는 용접 방식을 말합니다. 롤 용접은 두 개의 부품을 롤러로 압축하여 결합시키는 방식이고, 고온압접 용접은 두 개의 부품을 고온과 압력으로 압축하여 결합시키는 방식입니다. 압출 용접은 두 개의 부품을 압출기를 이용하여 압축하여 결합시키는 방식입니다.
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82. 판재의 두께 6mm, 원통의 바깥지름 500mm인 원통의 마름질한 판뜨기의 길이[mm]의는 약 몇 얼마인가?

  1. 1532
  2. 1542
  3. 1552
  4. 1562
(정답률: 31%)
  • 원통의 바깥지름이 500mm 이므로 반지름은 250mm 이다. 이때, 마름질한 판뜨기의 길이는 원통의 높이와 같다. 원통의 높이는 피타고라스의 정리를 이용하여 구할 수 있다.

    원통의 높이 = √(반지름^2 + 높이^2)

    여기서, 반지름 = 250mm, 높이 = 마름질한 판뜨기의 길이 - 12mm (판재의 두께가 6mm 이므로 위 아래로 6mm 씩 빼준다.)

    따라서, 원통의 높이 = √(250^2 + (마름질한 판뜨기의 길이 - 12)^2)

    = √(62500 + 마름질한 판뜨기의 길이^2 - 24마름질한 판뜨기의 길이 + 144)

    = √(마름질한 판뜨기의 길이^2 + 62320 - 24마름질한 판뜨기의 길이)

    마름질한 판뜨기의 길이를 구하기 위해서는 이 식을 제곱하여 정리해야 한다.

    원통의 높이^2 = 마름질한 판뜨기의 길이^2 + 62320 - 24마름질한 판뜨기의 길이

    마름질한 판뜨기의 길이^2 - 24마름질한 판뜨기의 길이 + 62320 - 원통의 높이^2 = 0

    이 식을 이차방정식의 근의 공식을 이용하여 풀면,

    마름질한 판뜨기의 길이 = (24 ± √(24^2 - 4×1×62320 + 4×1×(원통의 높이^2))) / 2

    = 12 ± √(12^2 - 62320 + 원통의 높이^2)

    = 12 ± √(원통의 높이^2 - 62276)

    여기서, 원통의 높이는 양수이므로, 마름질한 판뜨기의 길이는 12 + √(원통의 높이^2 - 62276) 이다.

    따라서, 원통의 마름질한 판뜨기의 길이는 12 + √(250^2 - 62276) = 1552mm 이다.

    따라서, 정답은 "1552" 이다.
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83. 밀링작업에서 분할대를 사용하여 원주를 씩 등분하는 방법으로 옳은 것은?

  1. 18구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다.
  2. 15구멍짜리에서 18구멍씩 돌린다.
  3. 36구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다.
  4. 36구멍짜리에서 18구멍씩 돌린다.
(정답률: 27%)
  • 정답은 "36구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다." 입니다.

    분할대를 사용하여 원주를 등분하는 방법은 다음과 같습니다.

    1. 분할대에 나사를 조절하여 분할대의 이동거리를 조절합니다.
    2. 분할대를 이용하여 원주를 등분할 구멍 수만큼 이동시킨 후, 밀링 작업을 수행합니다.
    3. 위 과정을 반복하여 모든 구멍을 밀링 작업합니다.

    따라서, 36구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다는 것은 분할대를 이용하여 원주를 15도씩 등분하여 밀링 작업을 수행한다는 의미입니다.
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84. 단조를 위한 재료의 가열법 중 틀린 것은?

  1. 너무 과열되지 않게 한다.
  2. 될수록 급격히 가열하여야 한다.
  3. 너무 장시간 가열하지 않도록 한다.
  4. 재료의 내외부를 균일하게 가열한다.
(정답률: 49%)
  • 정답은 "너무 과열되지 않게 한다." 이다.

    재료를 너무 과열시키면 화학적 변화가 일어나거나 물리적 성질이 변형될 수 있기 때문에 적절한 온도와 시간을 조절하여 가열해야 한다.

    반면에 "될수록 급격히 가열하여야 한다."는 단조를 위한 재료의 가열법 중 하나로, 재료의 내부와 외부를 균일하게 가열하기 위해 온도를 높여가며 가열하는 방법이다. 이 방법은 재료의 구조를 안정화시키고 강도를 높이는 효과가 있다.
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85. 주조에서 열점(hot spot)의 정의로 옳은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 유로의 확대부
  2. 응고가 가장 더딘 부분
  3. 유료 단면적이 가장 좁은 부분
  4. 주조시 가장 고온이 되는 부분
(정답률: 3%)
  • 정답: 주조에서 열점(hot spot)의 정의는 "주조시 가장 고온이 되는 부분"입니다.

    해설: 주조 과정에서는 금속이 녹아 흐르는 과정이 일어나는데, 이때 가장 높은 온도가 발생하는 부분을 열점이라고 합니다. 이 부분은 주조 과정에서 가장 중요한 부분 중 하나이며, 제품의 품질과 내구성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 열점의 위치와 온도를 정확히 파악하여 적절한 대책을 취해야 합니다.

    유로의 확대부는 주조 과정에서 금속이 녹아 흐르는 부분이며, 응고가 가장 더딘 부분과 유료 단면적이 가장 좁은 부분은 주조 후 금속이 응고되는 부분입니다. 따라서 이들은 열점과는 관련이 없습니다.
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86. 조립형 프레임이 주조 프레임과 비교할 때 장점이 아닌 것은?

  1. 무게가 1/4정도 감소된다.
  2. 파손된 프레임의 수리가 비교적 용이하다.
  3. 기계가공이나 설계 후 오차 수정이 용이하다.
  4. 프레임이 복잡하거나 무게가 비교적 큰 경우에 적합하다.
(정답률: 47%)
  • 프레임이 복잡하거나 무게가 비교적 큰 경우에 적합하다는 것은 조립형 프레임이 주조 프레임보다 더 복잡한 형태나 무게가 더 큰 부피를 가진 제품에 적합하다는 것을 의미합니다. 따라서 이것은 조립형 프레임의 장점이 아니라 단점입니다. 이유는 조립형 프레임은 주조 프레임보다 더 많은 부품으로 구성되어 있으며, 이는 복잡한 형태나 무게가 큰 제품을 만들 때 조립과정에서 더 많은 시간과 노력이 필요하다는 것을 의미합니다.
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87. 측정기의 구조상에서 일어나는 오차로서 눈금 또는 불균일이나 마찰, 측정압 등의 변화 등에 의해 발생하는 오차는?

  1. 개인 오차
  2. 기기 오차
  3. 우연
  4. 불합리 오차
(정답률: 48%)
  • 측정기의 구조상에서 발생하는 오차는 기기 오차입니다. 이는 측정기 자체의 불균일이나 마찰, 측정압 등의 변화로 인해 발생하는 오차로, 측정값의 정확도를 저해합니다. 개인 오차는 측정자의 주관적인 판단이나 기술력에 따라 발생하는 오차이며, 우연은 측정 시 발생하는 우연적인 오차를 의미합니다. 불합리 오차는 측정 대상이나 환경 등의 외부적인 요인으로 인해 발생하는 오차입니다.
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88. 슈퍼 피니싱에 관한 내용으로 틀린 것은?

  1. 숫돌 길이는 일감 길이와 같은 것을 일반적으로 사용한다.
  2. 숫돌의 폭은 일감의 지름과 같은 정도의 것이 일반적으로 쓰인다.
  3. 원통의 외면, 내면, 평면을 다듬을 수 있으므로 많은 기계 부품의 정밀 다듬질에 응용된다.
  4. 접촉면적이 넓으므로 연삭작업에서 나타난 이송선, 숫돌이 떨림으로 나타난 자리는 완전히 없앨 수 있다.
(정답률: 30%)
  • "숫돌의 폭은 일감의 지름과 같은 정도의 것이 일반적으로 쓰인다."이 부분이 틀린 것입니다. 일감의 지름과 숫돌의 폭은 서로 다른 개념이기 때문에 같은 정도의 것이 사용되지 않습니다. 일감의 지름은 일감이 원형일 때 측정되는 것이고, 숫돌의 폭은 숫돌의 가로 길이를 의미합니다.
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89. 금속면에 크롬을 고온에서 확산 침투시키는 것을 크로마이징(cromizing)이라 한다. 이는 주로 어떤 성질을 향상시키기 위함인가?

  1. 인성
  2. 내식성
  3. 전연성
  4. 내충격성
(정답률: 46%)
  • 크로마이징은 금속의 내식성을 향상시키기 위해 사용된다. 크롬은 금속 표면에 코팅되어 내식성을 높이고, 녹과 부식에 대한 저항력을 강화시킨다. 따라서 크로마이징은 자동차 부품, 항공기 부품 등의 내식성이 중요한 산업에서 널리 사용된다.
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90. 방전가공에서 가장 기본적인 회로는?

  1. RC 회로
  2. 고전압법 회로
  3. 트랜지스터 회로
  4. 임펄스 발전시회로
(정답률: 45%)
  • RC 회로는 저항과 커패시터로 이루어진 기본적인 회로로, 전기적인 신호를 필터링하거나 시간 지연을 주는 등의 역할을 합니다. 이 회로는 저비용으로 구성이 간단하며, 다양한 용도로 활용됩니다. 따라서 방전가공에서도 가장 기본적인 회로로 사용됩니다.
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91. 불도저를 이용한 확토작업에서 작업거리(L) =100m, 전진속도(V1) = 10m/min, 후진 속도(V2) = 8m/min, 기어변환 소요시간 (t)=20 sec일 경우 1회 작업 사이클 시간(Cm)은 약 몇 min인가?

  1. 23
  2. 33
  3. 43
  4. 53
(정답률: 47%)
  • 1회 작업 사이클 시간(Cm)은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전진 거리 = L = 100m
    전진 시간 = L / V1 = 100 / 10 = 10min
    후진 거리 = L = 100m
    후진 시간 = L / V2 = 100 / 8 = 12.5min
    기어변환 소요시간 = t = 20sec = 0.33min

    1회 작업 사이클 시간(Cm) = 전진 시간 + 후진 시간 + 기어변환 소요시간
    = 10 + 12.5 + 0.33
    = 22.83 (분)

    따라서, 가장 가까운 정수로 반올림하여 정답은 "23"이 된다.
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92. 콘크리트를 구성하는 재료를 저장하고 소정의 배합 비율대로 계량하고 MIXER에 투입하여 요구되는 품질의 콘크리트를 생산하는 설비는?

  1. ASPHALT PLANT
  2. BATCHER PLANT
  3. CRUSHING PLANT
  4. CHEMICAL PLANT
(정답률: 62%)
  • BATCHER PLANT는 콘크리트를 구성하는 재료를 저장하고 소정의 배합 비율대로 계량하고 MIXER에 투입하여 요구되는 품질의 콘크리트를 생산하는 설비이기 때문입니다. 다른 보기들은 각각 아스팔트, 파쇄, 화학 공정에 특화된 설비들입니다.
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93. 시가지의 큰 건물이나 구조물 등의 기초공사 작업 시, 회전식 버킷에 의해 지반을 천공하여, 소음과 진동이 작고 큰 지름의 깊은 구멍을 뚫는데 가장 적합한 굴착 기계는?

  1. 어스 드릴(earth drill)
  2. 굴삭기(excavator)
  3. 크레인(crane)
  4. 드래그 라인(drag line)
(정답률: 68%)
  • 회전식 버킷으로 지반을 천공하여 깊은 구멍을 뚫는 작업에 가장 적합한 굴착 기계는 어스 드릴입니다. 어스 드릴은 작은 크기의 기계로 소음과 진동이 적고, 지름이 큰 구멍을 뚫는 데 특화되어 있습니다. 굴삭기나 크레인, 드래그 라인은 대형 건물이나 구조물을 건설할 때 사용되는 기계이며, 지반 천공 작업에는 적합하지 않습니다.
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94. 머캐덤 롤러는 차동장치를 갖고 있는데 차동장치를 사용하는 목적으로 가장 적합한 것은?

  1. 좌우 양륜의 회전속도를 일정하게 하기 위해서
  2. 커브에서 무리한 힘을 가하지 않고 선회하기 위해서
  3. 연약지반에서 차륜의 공회전을 방지하기 위해서
  4. 전륜과 후륜의 접지압을 같게 하기 위해서
(정답률: 52%)
  • 머캐덤 롤러는 큰 무게를 다루는 기계로서 커브에서 선회할 때 무리한 힘을 가하면 기계에 손상이 생길 수 있습니다. 따라서 차동장치를 사용하여 좌우 양륜의 회전속도를 일정하게 유지하고 커브에서 무리한 힘을 가하지 않도록 조절합니다.
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95. 건설기계에서 기관에서 윤활유의 역할이 아닌 것은?

  1. 밀봉 작용
  2. 냉각 작용
  3. 세척 작용
  4. 응착 작용
(정답률: 52%)
  • 윤활유는 기계 부품 간 마찰을 줄이고 부품의 수명을 연장하는 역할을 합니다. 이 중 "응착 작용"은 윤활유의 역할이 아닙니다. 응착 작용은 부품 표면에 윤활유가 묻어있어서 부품 간 마찰이 줄어들지 않고 오히려 더 많은 마찰이 발생하는 현상을 말합니다. 따라서 응착 작용은 윤활유의 역할이 아니며, 오히려 부품 수명을 단축시키는 원인이 됩니다.
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96. 1차 쇄석기(crusher)는 어느 것인가?

  1. 조(jaw) 쇄석기
  2. 콘(con) 쇄석기
  3. 로드 밀(rod mill) 쇄석기
  4. 해머 밀(hammer mill) 쇄석기
(정답률: 69%)
  • 조 쇄석기는 큰 돌을 작은 조각으로 부수는 데 사용되는 쇄석기로, 이를 위해 두 개의 플레이트가 서로 마주보고 움직이면서 돌을 압축하고 부숴내는 원리를 가지고 있습니다. 따라서 1차 쇄석기 중에서는 조 쇄석기가 가장 대표적인 것입니다.
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97. 모터 그레이더가 가장 효과적으로 할 수 있는 작업은?

  1. 산지 개간 작업
  2. 절개지 확장 굴삭
  3. 적재 작업
  4. 제설 작업
(정답률: 53%)
  • 모터 그레이더는 도로나 굴착 작업 등에서 토사를 평탄하게 다듬는 작업에 주로 사용됩니다. 그 중에서도 제설 작업은 눈이나 얼음으로 인해 도로나 공사장 등이 막히는 상황에서 긴급하게 필요한 작업입니다. 모터 그레이더는 눈이나 얼음을 제거하고 도로나 공사장을 평탄하게 만들어 안전한 이동을 보장할 수 있기 때문에 제설 작업에 가장 효과적으로 사용됩니다.
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98. 공기 압축기에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 공기 압축기는 구동유닛, 압축유닛 그 밖의 부품으로 구성되어 있다.
  2. 공기 압축기는 착암기, 바이브레이터 등의 동력이 되는 압축공기를 만드는 기계이다.
  3. 압축유닛은 압축기를 작동시키는 동력을 공급하는 주요부로서 가솔린기관 또는 디젤기관에 사용된다.
  4. 일반적으로 공기 압축기는 현장에 설치하여 놓은 고정식과 자유로이 이동시킬 수 있는 이동식이 있다.
(정답률: 46%)
  • 압축유닛은 가솔린기관이나 디젤기관과는 관련이 없으며, 압축기 내부에서 공기를 압축하는 역할을 담당하는 부품입니다. 따라서 "압축유닛은 압축기를 작동시키는 동력을 공급하는 주요부로서 가솔린기관 또는 디젤기관에 사용된다."는 설명이 틀린 것입니다.
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99. 카운터 밸런스 지게차의 마스트 후경각의 범위로 가장 알맞은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 5 ~ 10도
  2. 15 ~ 20도
  3. 25 ~ 30도
  4. 30 ~ 35도
(정답률: 22%)
  • 카운터 밸런스 지게차는 후방으로 물건을 들어올리는 작업을 수행할 때 안정성을 유지하기 위해 마스트 후경각을 조절할 수 있습니다. 마스트 후경각이란 마스트와 수평선 사이의 각도를 말하며, 이 각도가 적절하지 않으면 물건을 들어올리는 도중에 차량이 불안정해질 수 있습니다.

    따라서 카운터 밸런스 지게차의 마스트 후경각은 5 ~ 10도 사이가 가장 적절합니다. 이 범위를 벗어나면 안정성이 떨어지므로 위의 다른 보기들은 적절하지 않습니다.
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100. 오스테나이트 스레인리스강의 설명으로 틀린 것은?

  1. 18-8 스테인리스강으로 통용된다.
  2. 비자성체이며 열처리하여도 경화되지 않는다.
  3. 저온에서는 취성이 크며 크리프강도가 낮다.
  4. 인장강도에 비하여 낮은 내력을 가지며, 가공 경화성이 높다.
(정답률: 52%)
  • 오스테나이트 스레인리스강은 비자성체이며 열처리하여도 경화되지 않는다는 것을 제외하고 모두 맞는 설명이다. 따라서 정답은 "비자성체이며 열처리하여도 경화되지 않는다."가 아닌 "저온에서는 취성이 크며 크리프강도가 낮다."이다. 이는 오스테나이트 스레인리스강이 저온에서는 미세구조의 변화로 인해 취성이 커지고 크리프강도가 낮아지기 때문이다.
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