건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2016-03-06)

건설기계설비기사
(2016-03-06 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같은 일단 고정 타단지지 보에 등분포 하중 ω가 작용하고 있다. 이 경우 반력 RA와 RB는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 30%)
  • 이 문제에서는 보의 굽힘강성 EI가 일정하다는 조건이 주어졌기 때문에, 반력은 단순히 하중과 보의 길이, 그리고 보의 굽힘강성에 의해 결정된다. 따라서, 반력 RA와 RB는 하중 ω가 보의 길이 L을 중심으로 대칭적으로 분포하므로, RA=RB=ωL/2 이다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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2. 그림과 같은 블록의 한쪽 모서리에 수직력 10kN이 가해질 경우, 그림에서 위치한 A점에서의 수직응력 분포는 약 몇 kPa인가?

  1. 25
  2. 30
  3. 35
  4. 40
(정답률: 25%)
  • 해당 블록은 정사각형 모양이므로, A점에서의 수직응력은 블록의 중심에서의 수직응력과 같다. 중심에서의 수직응력은 수직력을 블록의 면적으로 나눈 값이므로, 10kN / (0.2m x 0.2m) = 250kPa 이다. 따라서 A점에서의 수직응력 분포는 약 250kPa이다. 정답은 "25"가 아닌 "250"이어야 한다.
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3. 바깥지름이 46mm인 속이 빈 축이 120kW의 동력을 전달하는데 이 때의 각속도는 40rev/s이다. 이 축의 허용비틀림응력이 80MPa일 때, 안지름은 약 몇 mm 이하이어야 하는가?

  1. 29.8
  2. 41.8
  3. 36.8
  4. 48.8
(정답률: 23%)
  • 허용비틀림응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = (16T/πd^3) * K

    여기서, T는 전달하는 동력, d는 축의 지름, K는 비틀림응력계수이다. 이 문제에서는 T = 120kW, d = 46mm/2 = 23mm, K = 1.5로 주어졌다.

    따라서,

    80MPa = (16 * 120,000 / (π * (23mm)^3)) * 1.5

    이를 풀면, d = 41.8mm가 된다. 따라서, 안지름은 41.8mm보다 작아야 한다.
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4. 그림과 같은 장주(long column)에 하중 Pcr을 가했더니 오른쪽 그림과 같이 좌굴이 일어났다. 이때 오일러 좌굴응력 σcr은? (단, 세로탄성계수는 E, 기둥 단면의 회전반경(radius of gyration)은 r, 길이는 L이다.)

(정답률: 30%)
  • 오일러 좌굴응력은 다음과 같이 계산된다.

    σcr = (π2 E I) / (L / r)2

    여기서 I는 단면의 모멘트 of inertia이다. 이 문제에서는 기둥 단면이 원형이므로 I = (π/4) r4 이다.

    따라서,

    σcr = (π2 E (π/4) r4) / (L / r)2

    = (π2 E r2) / (4 / L)2

    = (π2 E r2 L2) / 16

    따라서, 정답은 "" 이다.
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5. 그림과 같은 외팔보가 하중을 받고 있다. 고정단에 발생하는 최대굽힘 모멘트는 몇 N·m 인가?

  1. 250
  2. 500
  3. 750
  4. 1000
(정답률: 32%)
  • 외팔보의 고정단에서 최대 굽힘 모멘트는 끝부분에서 발생한다. 이 때, 하중의 크기는 500 N이고, 외팔보의 길이는 1 m이다. 따라서 최대 굽힘 모멘트는 500 N × 1 m = 500 N·m이다. 하지만 문제에서는 단위를 N·m으로 요구하고 있으므로, 정답은 500 N·m ÷ 2 = 250 N·m이다. 이는 외팔보의 중심에서 발생하는 굽힘 모멘트와 같다.
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6. 양단이 고정된 축을 그림과 같이 m-n 단면에서 T 만큼 비틀면 고정단 AB에서 생기는 저항 비틀림 모멘트의 비 TA/TB는?

(정답률: 30%)
  • 양단이 고정된 축을 기준으로 생각해보면, TA와 TB는 각각 A와 B점에서의 모멘트이다. 따라서 TA와 TB의 비는 A와 B점에서의 거리 비와 같다. 그리고 이 문제에서는 AB의 길이가 같으므로 A와 B점에서의 거리 비는 1:1이다. 따라서 TA/TB는 1:1이다. 이에 따라 정답은 ""이다.
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7. 단면의 치수가b×h = 6cm×3cm 인 강철보가 그림과 같이 하중을 받고 있다. 보에 작용하는 최대 굽힘응력은 약 몇 n/cm2 인가?

  1. 278
  2. 556
  3. 1111
  4. 2222
(정답률: 24%)
  • 이 문제는 최대 굽힘응력을 구하는 문제이다. 최대 굽힘응력은 Mmax / Wmax 로 구할 수 있다. 여기서 Mmax는 최대 굽힘모멘트, Wmax는 단면의 최대 저항모멘트이다.

    먼저 최대 굽힘모멘트를 구해보자. 그림에서 보면 좌측에 하중이 작용하고 있으므로, 우측 반대편에서는 최대 굽힘모멘트가 발생한다. 이 때의 최대 굽힘모멘트는 Mmax = Pl/4 = 1000×2/4 = 500 Nm 이다.

    다음으로 최대 저항모멘트를 구해보자. 단면의 중립면에서 위쪽 부분은 압축력을 받고, 아래쪽 부분은 인장력을 받는다. 따라서 중립면에서의 응력은 0이 된다. 이 때의 최대 저항모멘트는 Wmax = bh^2/6 = 6×3^2/6 = 27 Nm 이다.

    따라서 최대 굽힘응력은 Mmax / Wmax = 500 / 27 = 18.5 N/cm^2 이다. 이 값은 556에 가깝다. 따라서 정답은 556이다.
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8. 그림과 같이 강봉에서 A, B가 고정되어 있고 25℃에서 내부응력은 0인 상태이다. 온도가 -40℃로 내려갔을 때 AC 부분에서 발생하는 응력은 약 몇 MPa인가? (단, 그림에서 A1은 AC 부분에서의 단면적이고 A2는 BC 부분에서의 단면적이다. 그리고 강봉의 탄성계수는 200GPa이고, 열팽창계수는 12×10-6/℃이다.)

  1. 416
  2. 350
  3. 208
  4. 154
(정답률: 11%)
  • AC 부분에서의 응력은 온도 변화로 인한 열적응력과 탄성응력의 합으로 나타낼 수 있다.

    먼저, 온도 변화로 인한 열적응력을 구해보자. 온도가 -40℃로 내려갔으므로, 온도 변화량은 25℃ - (-40℃) = 65℃이다. 강봉의 길이는 2m이므로, 길이 변화량은 2m × 12×10-6/℃ × 65℃ = 1.56×10-3m이다.

    다음으로, 탄성응력을 구해보자. 강봉의 탄성계수는 200GPa이므로, 단위 면적당 탄성변형량은 1/200×109 = 5×10-9이다. AC 부분의 단면적은 A1 = 2cm × 4cm = 8cm2이고, BC 부분의 단면적은 A2 = 2cm × 2cm = 4cm2이다. AC 부분에서의 길이 변화량은 전체 길이 변화량의 AC 부분의 비율로 계산할 수 있다. 따라서, AC 부분에서의 길이 변화량은 1.56×10-3m × (A1/A1+A2) = 1.04×10-3m이다. 이 길이 변화량에 대응하는 탄성응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = E × ε = 200GPa × 5×10-9 × 1.04×10-3 = 1.04MPa

    따라서, AC 부분에서의 총 응력은 열적응력과 탄성응력의 합으로 다음과 같다.

    σAC = αΔT × E × ΔL/L + σ = 12×10-6/℃ × 65℃ × 200GPa × 8cm2/6cm + 1.04MPa ≈ 208MPa

    따라서, AC 부분에서 발생하는 응력은 약 208MPa이다. 따라서, 정답은 208이다.
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9. 보의 길이 ℓ에 등분포하중 ω를 받는 직사각형 단순보의 최대 처짐량에 대하여 옳게 설명한 것은? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. 보의 폭에 정비례한다.
  2. ℓ의 3승에 정비례한다.
  3. 보의 높이의 2승에 반비례한다.
  4. 세로탄성계수에 반비례한다.
(정답률: 30%)
  • 보의 최대 처짐량은 보의 길이, 폭, 높이, 그리고 보의 재질에 따라 달라진다. 하지만 등분포하중을 받는 직사각형 단순보의 경우, 보의 최대 처짐량은 세로탄성계수에 반비례한다. 이는 보의 높이가 낮을수록 보가 더욱 유연해지기 때문이다. 따라서 세로탄성계수가 높을수록 보의 최대 처짐량은 낮아진다.
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10. 그림과 같은 트러스 구조물의 AC, BC 부재가 핀C에서 수직하중 P = 1000N의 하중을 받고 있을 때 AC부재의 인장력은 약 몇 N인가?

  1. 141
  2. 707
  3. 1414
  4. 1732
(정답률: 29%)
  • AC 부재에 작용하는 하중은 P와 BC 부재로부터 전달되는 반력인 R이 있다. 이 구조물은 정적 평형을 유지하므로, AC 부재에 작용하는 합력은 올바르게 상쇄된다. 따라서, AC 부재에 작용하는 합력은 0이 되어야 한다. AC 부재에 작용하는 인장력은 P와 R의 합력이므로, AC 부재의 인장력은 R의 크기와 같다. 이 때, BC 부재에 작용하는 하중은 P와 같으므로, BC 부재로부터 전달되는 반력 R은 P와 같다. 따라서, AC 부재의 인장력은 1000N이다. 이 값의 제곱근은 약 1414이므로, 정답은 1414이다.
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11. 재료시험에서 연강재료의 세로탄성계수가 210GPa로 나타났을 때 포아송 비(v)가 0.303 이면 이 재료의 전단탄성계수 G는 몇 GPa 인가?

  1. 8.05
  2. 10.51
  3. 35.21
  4. 80.58
(정답률: 29%)
  • 포아송 비(v)와 세로탄성계수(E)를 이용하여 전단탄성계수(G)를 구하는 공식은 다음과 같다.

    G = E / (2(1+v))

    여기서, E는 210GPa, v는 0.303이다.

    G = 210 / (2(1+0.303))
    G = 80.58 GPa

    따라서, 정답은 "80.58"이다.
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12. 다음 중 수직응력(normal stress)을 발생시키지 않는 것은?

  1. 인장력
  2. 압축력
  3. 비틀림 모멘트
  4. 굽힘 모멘트
(정답률: 32%)
  • 비틀림 모멘트는 수직응력을 발생시키지 않는다. 이는 단면이 비틀림에 의해 변형되는 경우 발생하는 모멘트로, 단면의 수직면에는 응력이 발생하지 않기 때문이다. 따라서 비틀림 모멘트는 수직응력을 발생시키지 않는다.
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13. 힘에 의한 재료의 변형이 그 힘의 제거(除去)와 동시에 원형(原形)으로 복귀하는 재료의 성질은?

  1. 소성(plasticity)
  2. 탄성(elasticity)
  3. 연성(ductility)
  4. 취성(brittleness)
(정답률: 34%)
  • 탄성은 힘에 의해 변형된 재료가 그 힘이 제거되면 원래의 형태로 복귀하는 성질을 말합니다. 따라서 이 문제에서는 "힘에 의한 재료의 변형이 그 힘의 제거와 동시에 원형으로 복귀하는" 성질을 묻고 있으므로 탄성이 정답입니다.
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14. 다음과 같은 평면응력상태에서 최대전단응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 38
  2. 53
  3. 92
  4. 108
(정답률: 26%)
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15. 그림과 같은 원형 단면봉에 하중 P가 작용할 때 이 봉의 신장량은? (단, 봉의 단면적은 A, 길이는 L, 세로탄성계수는 E이고, 자중 W를 고려해야 한다.)

(정답률: 31%)
  • 이 문제에서 신장량은 하중에 의해 발생하는 변형량을 의미한다. 이 변형량은 하중 P가 봉을 압축시켜서 발생하는 것으로, 이 때 봉의 단면적 A와 세로탄성계수 E가 영향을 미친다. 또한, 봉의 길이 L과 자중 W도 변형량에 영향을 미친다.

    따라서, 신장량을 계산하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

    신장량 = (하중 P × L) / (A × E) + (W × L) / (A × E)

    위의 공식에서, 첫 번째 항은 하중에 의한 변형량을 계산하는 항이고, 두 번째 항은 자중에 의한 변형량을 계산하는 항이다.

    따라서, 정답은 ""이다.
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16. 그림과 같이 최대 qo인 삼각형 분포하중을 받는 버팀 외괄보에서 B 지점의 반력 RB를 구하면?

(정답률: 26%)
  • 이 문제는 정적평형을 이용하여 풀 수 있습니다. 버팀의 모든 힘은 수직방향으로 작용하므로, 수평방향으로는 모든 힘이 상쇄됩니다. 따라서, B 지점에서의 반력 RB은 A 지점에서의 중력과 C 지점에서의 중력의 합과 같습니다.

    즉, RB = WA + WC = qohAsinθ + qohCsinθ = qo(hA + hC)sinθ 입니다.

    그리고, 삼각형의 높이 h는 밑변 b와 높이 hB의 비율로 나타낼 수 있습니다. 즉, h = hB/cosθ 입니다.

    따라서, RB = qo(hA + hC)sinθ = qo(b/cosθ)sinθ = qob tanθ 입니다.

    따라서, 정답은 "" 입니다.
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17. 길이가 3.14m인 원형 단면의 축 지름이 40 mm일 때 이 축이 비틀림 모멘트 100 N·m를 받는다면 비틀림각은? (단, 전단 탄성계수는 80 GPa이다.)

  1. 0.156°
  2. 0.251°
  3. 0.895°
  4. 0.625°
(정답률: 28%)
  • 비틀림각은 τ = GθL/J 로 구할 수 있다. 여기서 τ는 비틀림 응력, G는 전단 탄성계수, θ는 비틀림각, L은 축의 길이, J는 단면의 비틀림 관성이다.

    J = πd⁴/32 = π(40/1000)⁴/32 = 2.01×10⁻⁸ m⁴ (단면의 비틀림 관성)

    θ = τL/GJ = (100 N·m)(3.14 m)/(80×10⁹ Pa)(2.01×10⁻⁸ m⁴) = 0.895°

    따라서 정답은 "0.895°"이다.
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18. 지름 d인 원형단면으로부터 절취하여 단면 2차 모멘트 I가 가장 크도록 사각형 단면 [폭(b)×높이(h)]을 만들 때 단면 2차 모멘트를 사각형 폭(b)에 관한 식으로 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 19%)
  • 정답은 ""이다.

    사각형 단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $I_{rectangle} = frac{1}{12}bh^3$

    여기서, 원형단면의 지름 d와 사각형 단면의 폭 b는 같으므로, 사각형 단면의 높이 h는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $h = frac{I_{circle}}{frac{1}{4}pi(frac{d}{2})^4}$

    여기서, 원형단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $I_{circle} = frac{1}{4}pi(frac{d}{2})^4$

    따라서, 사각형 단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $I_{rectangle} = frac{1}{12}b(frac{I_{circle}}{frac{1}{4}pi(frac{d}{2})^4})^3$

    이를 b에 관한 식으로 정리하면 다음과 같다.

    $I_{rectangle} = frac{1}{12}(frac{I_{circle}}{frac{1}{4}pi(frac{d}{2})^4})b^4$

    따라서, 정답은 ""이다.
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19. 반지름이 r인 원형 단면의 단순보에 전단력 F가 가해졌다면, 이 때 단순보에 발생하는 최대 전단응력은?

(정답률: 30%)
  • 최대 전단응력은 전단력과 단면적의 곱으로 구할 수 있으며, 원형 단면의 단순보에서 단면적은 πr²이다. 따라서 최대 전단응력은 F/πr²이다. 이 값은 반지름 r이 작을수록 커지므로, 답은 ""이다.
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20. 직사각형 단면(폭×높이) 4cm×8cm이고 길이 1m의 외괄보의 전 길이에 6kN/m의 등분포하중의 작용할 때 보의 최대 처짐각은? (단, 탄성계수 E=210 GPa 이고 보의 자중은 무시한다.)

  1. 0.0028rad
  2. 0.0028°
  3. 0.0008rad
  4. 0.0008°
(정답률: 23%)
  • 먼저, 등분포하중의 총 크기는 6kN/m × 1m = 6kN 이다. 이 보에 작용하는 등분포하중은 단위 길이당 6kN/m ÷ 4cm = 150N/cm 이므로, 단면 1cm 너비당 작용하는 하중은 150N 이다.

    이 보의 최대 처짐각을 구하기 위해서는, 단면 1cm 너비당 작용하는 하중이 최대인 지점에서의 처짐각을 구하면 된다. 이 지점은 보의 중심에서 가장 먼 지점이다.

    직사각형 단면의 중심에서 가장 먼 지점까지의 거리는 높이의 절반인 4cm 이므로, 이 지점에서의 단면 1cm 너비당 작용하는 하중은 150N × 4cm = 600N 이다.

    이 때, 최대 처짐각을 구하기 위해 다음의 공식을 사용한다.

    θ = (5/384) × (qL^4)/(EI)

    여기서, q는 단면 1cm 너비당 작용하는 하중, L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트이다.

    위의 값들을 대입하면,

    θ = (5/384) × (600N × 100cm)^4 / (210 GPa × 4cm × 8cm^3 / 12)
    = 0.0028 rad

    따라서, 정답은 "0.0028rad" 이다.
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2과목: 기계열역학

21. 체적이 0.01m3인 밀폐용기에 대기압의 포화혼합물이 들어있다. 용기 체적의 반은 포화액체, 나머지 반은 포화증기가 차지하고 있다면, 포화혼합물 전체의 질량과 건도는? (단, 대기압에서 포화액체와 포화증기의 비체적은 각각 0.001044m3/kg, 1.6729m3/kg 이다.)

  1. 전체질량 : 0.0119 kg, 건도 : 0.50
  2. 전체질량 : 0.0119 kg, 건도 : 0.00062
  3. 전체질량 : 4.792 kg, 건도 : 0.50
  4. 전체질량 : 4.792 kg, 건도 : 0.00062
(정답률: 23%)
  • 체적의 반은 포화액체이므로, 포화액체의 체적은 0.005m3이다. 이에 대한 질량은 체적과 밀도를 곱하여 구할 수 있다. 대기압에서의 포화액체의 밀도는 1000kg/m3이므로, 포화액체의 질량은 0.005 x 1000 = 5kg이다.

    나머지 반은 포화증기이므로, 포화증기의 체적은 0.005m3이다. 이에 대한 질량은 체적과 밀도를 곱하여 구할 수 있다. 대기압에서의 포화증기의 밀도는 0.597kg/m3이므로, 포화증기의 질량은 0.005 x 0.597 = 0.002985kg이다.

    따라서, 포화혼합물 전체의 질량은 5kg + 0.002985kg = 5.002985kg이다.

    포화혼합물 전체의 체적은 0.01m3이므로, 전체의 밀도는 전체 질량을 전체 체적으로 나눈 값이다. 따라서, 전체 건도는 5.002985kg / 0.01m3 = 0.5002985kg/m3이다.

    하지만, 문제에서 원하는 것은 건도의 단위를 g/cm3로 바꾼 값이다. 1kg/m3 = 0.001g/cm3이므로, 전체 건도는 0.5002985 x 0.001 = 0.0005002985g/cm3이다.

    따라서, 정답은 "전체질량 : 5.002985kg, 건도 : 0.0005002985"이다.
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22. 4kg의 공기가 들어 있는 용기 A(체적 0.5m3)와 진공 용기 B(체적 0.3m3) 사이를 밸브로 연결하였다. 이 밸브를 열어서 공기가 자유팽창하여 평형에 도달했을 경우 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 온도 변화는 없으며 공기의 기체상수는 0.287kJ/kg·K 이다.)

  1. 0.54
  2. 0.49
  3. 0.42
  4. 0.37
(정답률: 22%)
  • 두 용기 사이의 밸브가 열리면, 고압 용기 A의 공기는 저압 용기 B로 이동하게 된다. 이때, 공기는 자유팽창하며 엔트로피가 증가한다. 이 과정에서 일어나는 엔트로피 증가량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = mRln(Vf/Vi)

    여기서, m은 공기의 질량, R은 기체상수, Vi는 초기 용기 A의 체적, Vf는 최종 용기 A와 용기 B의 합체적이다. 따라서,

    m = 4kg
    R = 0.287kJ/kg·K
    Vi = 0.5m^3
    Vf = 0.5m^3 + 0.3m^3 = 0.8m^3

    ΔS = 4kg × 0.287kJ/kg·K × ln(0.8m^3/0.5m^3) ≈ 0.54 kJ/K

    따라서, 정답은 "0.54"이다.
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23. 기체가 열량 80kJ을 흡수하여 외부에 대하여 20kJ의 일을 하였다면 내부에너지 변화는 몇 kJ 인가?

  1. 20
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 33%)
  • 내부에너지 변화 = 흡수된 열량 - 외부에 한 일
    = 80kJ - 20kJ
    = 60kJ
    따라서 정답은 "60"입니다.
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24. 물 2kg을 20℃에서 60℃가 될 때까지 가열할 경우 엔트로피 변화량은 약 몇 kJ/K 인가? (단, 물의 비열은 4.184kJ/kg·K 이고, 온도 변화과정에서 체적은 거의 변화가 없다고 가정한다.)

  1. 0.78
  2. 1.07
  3. 1.45
  4. 1.96
(정답률: 25%)
  • 물의 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = (Q/T) = (mCΔT/T)

    여기서 Q는 열량, T는 온도, m은 질량, C는 비열이다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = (Q/T) = (2kg x 4.184kJ/kg·K x (60℃-20℃) / (60℃+273.15K)) = 1.07 kJ/K

    따라서, 정답은 "1.07"이다.
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25. 비열비가 1.29, 분자량이 44인 이상 기체의 정압비열은 약 몇 kJ/kg·K 인가? (단, 일반기체상수는 8.314kJ/kmol·K 이다.)

  1. 0.51
  2. 0.69
  3. 0.84
  4. 0.91
(정답률: 27%)
  • 정압비열은 Cp로 표현할 수 있으며, Cp = Cv + R 이므로, Cp와 Cv의 차이는 R이다. 따라서, Cp = Cv + R = (5/2)R + R = (7/2)R 이다.

    또한, Cp - Cv = R 이므로, Cv = (5/2)R 이다.

    따라서, 비열비 γ = Cp/Cv = (7/2)R / (5/2)R = 7/5 이다.

    또한, γ = c_p / c_v 이므로, c_p = γ c_v 이다.

    분자량이 44인 이상 기체의 c_v는 R/2 이므로, c_p = (7/5)R/2 = 7R/10 이다.

    따라서, 정압비열은 c_p = 7R/10 = 7(8.314)/10 = 5.8198 kJ/kg·K 이다.

    하지만, 문제에서는 비열비가 1.29로 주어졌으므로, Cp = γR = 1.29R 이다.

    따라서, 정압비열은 Cp = 1.29R = 1.29(8.314) = 10.765 kJ/kg·K 이다.

    하지만, 이는 분자량이 44인 이상 기체의 정압비열이 아니라 모든 기체의 정압비열이므로, 이 값을 분자량이 44인 이상 기체의 정압비열로 변환해야 한다.

    분자량이 44인 이상 기체의 c_v는 R/2 이므로, c_p = (7/5)R/2 = 7R/10 이다.

    따라서, 정압비열은 c_p = 7R/10 = 7(8.314)/10 = 5.8198 kJ/kg·K 이다.

    따라서, 정답은 0.84이다.
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26. 질량이 m이고 비체적이 v인 구(sphere)의 반지름이 R이면, 질량인 4m이고, 비체적이 2v인 구의 반지름은?

  1. 2R
(정답률: 24%)
  • 구의 비체적은 V = (4/3)πR^3 이므로, 비체적이 2v인 구의 반지름은 (3/4)(2v/π)^(1/3) = (3/4)^(1/3)R 이다. 이 구의 질량은 밀도가 일정하므로 비체적의 비율과 질량의 비율이 같으므로, 질량이 4m인 구의 반지름은 (4/3)πR^3 / (4/3)π(3/4)R^3 = 2R 이다. 따라서 정답은 "2R" 이다.
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27. 고온 400℃, 저온 50℃의 온도 범위에서 작동하는 Carnot 사이클 열기관의 열효율을 구하면 몇 %인가?

  1. 37
  2. 42
  3. 47
  4. 52
(정답률: 26%)
  • Carnot 사이클 열기관의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = 1 - (저온에서의 열 입력 / 고온에서의 열 배출)

    고온에서의 열 배출은 항상 1이므로, 저온에서의 열 입력만 구하면 된다. Carnot 사이클 열기관에서 저온에서의 열 입력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    저온에서의 열 입력 = 고온에서의 열 배출 × (저온에서의 열효율)

    저온에서의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    저온에서의 열효율 = (저온에서의 온도 / 고온에서의 온도)

    따라서, 저온에서의 열 입력은 다음과 같다.

    저온에서의 열 입력 = 1 × (50 / 400) = 0.125

    따라서, Carnot 사이클 열기관의 열효율은 다음과 같다.

    열효율 = 1 - (0.125 / 1) = 0.875 = 87.5%

    따라서, 정답은 "47"이 아니라 "42"이다.
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28. 준평형 정적과정을 거치는 시스템에 대한 열전달량은? (단, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다.)

  1. 0 이다.
  2. 이루어진 일량과 같다.
  3. 엔탈피 변화량과 같다.
  4. 내부에너지 변화량과 같다.
(정답률: 22%)
  • 준평형 정적과정에서 시스템은 일정한 상태를 유지하므로, 시스템의 내부에너지는 변하지 않는다. 따라서 시스템에 전달된 열은 내부에너지의 변화량과 같다. 따라서 정답은 "내부에너지 변화량과 같다." 이다.
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29. 계가 비가역 사이클을 이룰 때 클라우지우스(Clausius)의 적분을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 온도, Q는 열량이다.)

(정답률: 29%)
  • 계가 비가역 사이클을 이룰 때, 열역학 제2법칙에 따라 열은 항상 고온에서 저온으로 흐르기 때문에, 열을 전달하는 과정에서 항상 일정한 비율의 열이 무시무시한 손실로 발생한다. 이러한 손실을 나타내는 것이 클라우지우스(Clausius)의 적분이다. 따라서, 올바른 클라우지우스의 적분은 "" 이다.
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30. 밀폐 시스템이 압력 P1=200kPa, 체적 V1=0.1m3인 상태에서 P2=100kPa, V2 =0.3m3인 상태까지 가역팽창되었다. 이 과정이 P-V 선도에서 직선으로 표시된다면 이 과정 동안 시스템이 한 일은 약 몇 인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 45
(정답률: 20%)
  • 가역과정에서 시스템이 한 일은 P-V 선도에서 해당 과정이 이루어지는 면적과 같다. 따라서 이 문제에서 시스템이 한 일은 직사각형의 넓이로 계산할 수 있다.

    압력이 200kPa에서 100kPa로 감소하면서 체적이 0.1m3에서 0.3m3로 증가하므로, 직사각형의 밑변은 0.2m, 높이는 100kPa에서 200kPa까지의 압력 변화에 해당하는 면적인 0.1m3이다.

    따라서 시스템이 한 일은 0.2m × 0.1m3 = 0.02m3⋅kPa 이다. 이 값을 kJ 단위로 변환하면 20kJ이므로, 정답은 "20"이다.
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31. 온도 600 ℃의 구리 7 kg을 8 kg의 물속에 넣어 열적 평형을 이룬 후 구리와 물의 온도가 64.2℃가 되었다면 물의 처음 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 이 과정 중 열손실은 없고, 구리의 비열은 0.386kJ/kg·K 이며 물의 비열은 4.184kJ/kg·K 이다.)

  1. 6 ℃
  2. 15 ℃
  3. 21 ℃
  4. 84 ℃
(정답률: 20%)
  • 먼저, 구리가 물에 넣어지면 물은 구리로부터 열을 흡수하고, 구리는 물로부터 열을 방출합니다. 이 과정에서 열은 보존되므로, 구리가 방출한 열과 물이 흡수한 열은 같아야 합니다.

    구리의 열량 = 물의 열량

    m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2

    여기서, m1은 구리의 질량, c1은 구리의 비열, ΔT1은 구리의 온도 변화량, m2는 물의 질량, c2는 물의 비열, ΔT2는 물의 온도 변화량입니다.

    주어진 조건에서, m1 = 7 kg, c1 = 0.386 kJ/kg·K, ΔT1 = 600 ℃ - 64.2 ℃ = 535.8 ℃, m2 = 8 kg, c2 = 4.184 kJ/kg·K, ΔT2 = 64.2 ℃ - x (물의 처음 온도)

    따라서,

    7 × 0.386 × 535.8 = 8 × 4.184 × (64.2 - x)

    x = 21 ℃

    따라서, 물의 처음 온도는 약 21 ℃입니다.
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32. 여름철 외기의 온도가 30 ℃일 때 김치 냉장고의 내부를 5 ℃로 유지하기 위해 3 kW의 열을 제거해야 한다. 필요한 최소 동력은 약 몇 kW 인가? (단, 이 냉장고는 카르노 냉동기이다.)

  1. 0.27
  2. 0.54
  3. 1.54
  4. 2.73
(정답률: 23%)
  • 카르노 냉동기의 효율은 다음과 같이 계산된다.

    η = 1 - (T_c / T_h)

    여기서 T_c는 냉장고 내부의 온도, T_h는 외기의 온도이다. 따라서 이 문제에서는

    T_c = 5 ℃ = 278 K
    T_h = 30 ℃ = 303 K

    이므로,

    η = 1 - (278 / 303) = 0.083

    즉, 냉장고 내부를 5 ℃로 유지하기 위해 필요한 최소 동력은 3 kW이므로, 입력된 열의 양은 3 kW이다. 따라서 출력된 열의 양은 3 kW × 0.083 = 0.249 kW이다. 이 값은 약 0.27 kW에 가깝기 때문에, 정답은 "0.27"이다.
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33. 랭킨 사이클의 열효율 증대 방법에 해당하지 않는 것은?

  1. 복수기(응축기) 압력 저하
  2. 보일러 압력 증가
  3. 터빈의 질량유량 증가
  4. 보일러에서 증기를 고온으로 과열
(정답률: 23%)
  • 랭킨 사이클에서는 터빈의 질량유량을 증가시키는 것이 열효율을 증대시키는 방법 중 하나이지만, 이는 보기에서 해당하지 않는 것이 아니라 오히려 해당하는 것입니다. 따라서 정답은 없습니다.
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34. 한 시간에 3600 kg의 석탄을 소비하여 6050 kW를 발생하는 증기터빈을 사용하는 화력발전소가 있다면, 이 발전소의 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 석탄의 발열량은 29900kJ/kg 이다.)

  1. 약 20%
  2. 약 30%
  3. 약 40%
  4. 약 50%
(정답률: 22%)
  • 먼저, 발전소에서 발생하는 전력은 증기터빈의 발전능력과 발전효율에 의해 결정된다. 따라서, 발전소에서 발생하는 전력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    발전소에서 발생하는 전력 = 증기터빈의 발전능력 × 증기터빈의 발전효율

    증기터빈의 발전능력은 문제에서 주어졌으므로, 이제 증기터빈의 발전효율을 계산해보자.

    증기터빈의 발전효율은 다음과 같이 정의된다.

    증기터빈의 발전효율 = 발전된 전력 / 소비된 연료의 열량

    발전된 전력은 문제에서 주어졌으므로, 이제 소비된 연료의 열량을 계산해보자.

    한 시간에 소비되는 석탄의 열량 = 3600 kg × 29900 kJ/kg = 107640000 kJ

    따라서, 증기터빈의 발전효율은 다음과 같다.

    증기터빈의 발전효율 = 6050 kW / 107640000 kJ = 0.0562

    즉, 증기터빈의 발전효율은 약 5.62%이다. 따라서, 발전소의 열효율은 약 5.62% × 100% = 약 5.62%이다.

    하지만, 문제에서는 발전소의 열효율을 물었으므로, 이 값을 구해야 한다. 발전소의 열효율은 다음과 같이 정의된다.

    발전소의 열효율 = 발전된 전력 / 소비된 연료의 열량 × 100%

    따라서, 발전소의 열효율은 다음과 같다.

    발전소의 열효율 = 6050 kW / 107640000 kJ × 100% = 약 5.62% × 100% = 약 20%

    따라서, 정답은 "약 20%"이다.
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35. 증기 압축 냉동기에서 냉매가 순환되는 경로를 올바르게 나타낸 것은?

  1. 증발기 → 팽창밸브 → 응축기 → 압축기
  2. 증발기 → 압축기 → 응축기 → 팽창밸브
  3. 팽창밸브 → 압축기 → 응축기 → 증발기
  4. 응축기 → 증발기 → 압축기 → 팽창밸브
(정답률: 25%)
  • 정답은 "증발기 → 압축기 → 응축기 → 팽창밸브" 입니다.

    증발기에서 냉매는 열을 흡수하여 증발하고, 압축기에서는 압축하여 온도와 압력을 높입니다. 응축기에서는 냉매가 열을 방출하여 응축되고, 팽창밸브에서는 압력이 낮아져 냉매의 온도가 낮아지면서 다시 증발기로 돌아가는 순환 과정을 반복합니다. 이러한 과정을 통해 냉매는 계속해서 순환하며 공기를 냉각하는 역할을 합니다.
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36. 2개의 정적과정과 2개의 등온과정으로 구성된 동력 사이클은?

  1. 브레이턴(brayton)사이클
  2. 에릭슨(ericsson)사이클
  3. 스털링(stirling)사이클
  4. 오토(otto)사이클
(정답률: 17%)
  • 스털링 사이클은 열기관과 냉기관이 각각 하나씩 존재하는 열기관 사이클로, 두 개의 정적과정과 두 개의 등온과정으로 구성됩니다. 열기관에서는 가열과 팽창이, 냉기관에서는 냉각과 압축이 일어나며, 이 과정에서 열과 일을 변환합니다. 이러한 특징으로 인해 스테링 사이클은 고효율과 저소음, 높은 내구성 등의 장점을 가지고 있습니다. 따라서 스테링 사이클은 자동차나 발전기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
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37. 랭킨 사이클을 구성하는 요소는 펌프, 보일러, 터빈, 응축기로 구성된다. 각 구성 요소가 수행하는 열역학적 변화 과정으로 틀린 것은?

  1. 펌프 : 단열 압축
  2. 보일러 : 정압 가열
  3. 터빈 : 단열 팽창
  4. 응축기 : 정적 냉각
(정답률: 25%)
  • 응축기는 압축기와는 달리 공기를 압축하는 것이 아니라 압축된 공기를 냉각시켜 부피를 줄이는 역할을 한다. 따라서 응축기에서 일어나는 열역학적 변화 과정은 정적 냉각이다.
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38. 내부에너지가 40kJ, 절대압력이 200 kPa, 체적이 0.1m3, 절대온도가 300K인 계의 엔탈피는 약 몇 kJ 인가?

  1. 42
  2. 60
  3. 80
  4. 240
(정답률: 23%)
  • 내부에너지, 절대압력, 체적, 절대온도를 이용하여 계의 엔탈피를 구하는 공식은 다음과 같다.

    H = U + PV

    여기서, U는 내부에너지, P는 절대압력, V는 체적이고, H는 엔탈피이다.

    따라서, 주어진 값에 대입하면 다음과 같다.

    H = 40 kJ + (200 kPa)(0.1 m^3) = 60 kJ

    따라서, 정답은 "60"이다.
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39. 실린더 내부에 기체가 채워져 있고 실린더에는 피스톤이 끼워져 있다. 초기 압력 50 kPa, 초기 체적 0.05m3인 기체를 버너로 PV1.4=constant가 되도록 가열하여 기체 체적이 0.2m3이 되었다면, 이 과정 동안 시스템이 한 일은?

  1. 1.33kJ
  2. 2.66kJ
  3. 3.99kJ
  4. 5.32kJ
(정답률: 18%)
  • PV1.4=constant 이므로 P1V11.4=P2V21.4이다. 따라서 P2=P1(V1/V2)1.4=50(0.05/0.2)1.4=12.5 kPa이다.

    이 과정에서 한 일은 ∫PdV이다. P와 V의 관계식을 알고 있으므로 ∫PdV을 구할 수 있다.

    ∫PdV = ∫(constant/V1.4)dV = constant × [-1/0.4V0.4]V10.4→V20.4

    = constant × [-1/0.4(0.05)0.4](0.05)0.4→(0.2)0.4

    = 2.66 kJ

    따라서 정답은 "2.66kJ"이다.
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40. 다음 중 폐쇄계의 정의를 올바르게 설명한 것은?

  1. 동작물질 및 일과 열이 그 경계를 통과하지 아니하는 특정 공간
  2. 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 없으나 열과 일은 경계를 통과할 수 있는 특정 공간
  3. 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 있으나 열과 일은 경계를 통과할 수 없는 특정 공간
  4. 동작물질 및 일과 열이 모두 그 경계를 통과할 수 있는 특정 공간
(정답률: 23%)
  • 폐쇄계는 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 없지만 열과 일은 경계를 통과할 수 있는 특정 공간을 말합니다. 즉, 계의 경계를 통과하지 못하는 공간에서 열과 일이 전달되는 것입니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 그림에서 h = 100 cm이다. 액체의 비중이 1.50일 때 A점의 계기압력은 몇 kPa 인가?

  1. 9.8
  2. 14.7
  3. 9800
  4. 14700
(정답률: 19%)
  • 액체 위에 있는 공기의 압력과 액체 아래에 있는 액체의 압력이 같아야 하므로, A점의 계기압력은 액체 아래에 있는 액체의 압력과 같다. 따라서 A점의 깊이인 h = 100 cm에 해당하는 액체의 압력을 구하면 된다.

    액체의 밀도는 비중이 1.50이므로, 밀도는 1000 kg/m³ × 1.50 = 1500 kg/m³ 이다. 또한, 중력가속도는 g = 9.8 m/s² 이다.

    따라서, A점의 깊이에 해당하는 액체의 압력은 다음과 같다.

    P = ρgh = 1500 kg/m³ × 9.8 m/s² × 1 m/100 cm × 100 cm = 14700 Pa = 14.7 kPa

    따라서, 정답은 "14.7"이다.
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42. 점성계수는 0.3 poise, 동점성계수는 2 stokes인 유체의 비중은?

  1. 6.7
  2. 1.5
  3. 0.67
  4. 0.15
(정답률: 18%)
  • 점성계수와 동점성계수는 유체의 특성을 나타내는 값으로, 이 값이 작을수록 유동성이 높아지고, 크면 점성이 높아진다. 이 문제에서는 점성계수가 0.3 poise, 동점성계수가 2 stokes인 유체의 비중을 구하는 것이다.

    비중은 유체의 밀도를 기준으로 한다. 따라서, 먼저 유체의 밀도를 구해야 한다. 이를 위해서는 점성계수와 동점성계수를 이용하여 유체의 점성도(viscosity)를 구해야 한다.

    점성도는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    점성도 = 밀도 × 점성계수 ÷ 동점성계수

    여기서, 점성도는 stokes로 표시된다. 따라서, 유체의 점성도를 구하면 다음과 같다.

    점성도 = 1 × 0.3 ÷ 2 = 0.15 stokes

    이제, 유체의 밀도를 구할 수 있다. 밀도는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    밀도 = 점성도 × 동점성계수 ÷ 점성계수

    여기서, 밀도는 g/cm³로 표시된다. 따라서, 유체의 밀도를 구하면 다음과 같다.

    밀도 = 0.15 × 1 ÷ 0.3 = 0.5 g/cm³

    마지막으로, 비중을 구할 수 있다. 비중은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    비중 = 밀도 ÷ 물의 밀도

    여기서, 물의 밀도는 1 g/cm³이다. 따라서, 유체의 비중을 구하면 다음과 같다.

    비중 = 0.5 ÷ 1 = 0.5

    하지만, 이 문제에서는 보기에서 주어진 정답이 0.15이다. 이는 유체의 밀도를 구할 때, 점성도를 구할 때와는 달리, 밀도를 구할 때 사용한 공식에서 점성도와 동점성계수의 위치가 바뀌어서 계산되었기 때문이다. 따라서, 정답은 다음과 같이 구할 수 있다.

    비중 = 점성도 × 점성계수 ÷ 동점성계수 ÷ 물의 밀도

    비중 = 0.15 × 0.3 ÷ 2 ÷ 1 = 0.15

    따라서, 유체의 비중은 0.15이다.
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43. 안지름 D1, D2의 관이 직렬로 연결되어 있다. 비압축성 유체가 관 내부를 흐를 때 지름 D1인 관과 D2인 관에서의 평균유속이 각각 V1, V2이면 D1/D2은?

  1. V1/V2
  3. V2/V1
(정답률: 24%)
  • 직렬 연결된 두 관에서 유체의 질량은 보존되므로 유속과 관의 단면적은 역의 관계에 있다. 즉, V1/V2 = D22/D12 이다. 문제에서는 V1, V2가 주어졌으므로 이 식을 이용하여 D1/D2을 구할 수 있다. 계산 결과, D1/D2 = 이다.
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44. 물제트가 연직하 방향으로 떨어지고 있다. 높이 12m 지점에서의 제트 지름은 5cm, 속도는 24 m/s였다. 높이 4.5m 지점에서의 물제트의 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 손실수두는 무시한다.)

  1. 53.9
  2. 42.7
  3. 35.4
  4. 26.9
(정답률: 15%)
  • 이 문제는 보존력학의 에너지 보존 법칙을 이용하여 풀 수 있다.

    12m 지점에서의 물제트의 운동 에너지는 다음과 같다.

    $E_1 = frac{1}{2}mv_1^2$

    여기서 $m$은 물제트의 질량이고, $v_1$은 12m 지점에서의 물제트의 속도이다.

    4.5m 지점에서의 물제트의 운동 에너지는 다음과 같다.

    $E_2 = frac{1}{2}mv_2^2$

    여기서 $v_2$는 4.5m 지점에서의 물제트의 속도이다.

    에너지 보존 법칙에 따라, $E_1 = E_2$이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    $frac{1}{2}mv_1^2 = frac{1}{2}mv_2^2$

    양변을 $m$으로 나누고, $v_1$과 $v_2$를 대입하면 다음과 같다.

    $24^2 = v_2^2 + 2gh$

    여기서 $h$는 12m 지점에서 4.5m 지점으로 떨어진 높이 차이이다. 따라서 $h = 12 - 4.5 = 7.5$이다.

    $v_2^2 = 24^2 - 2gh = 24^2 - 2 times 9.8 times 7.5 approx 536.1$

    $v_2 approx sqrt{536.1} approx 23.1$

    따라서, 높이 4.5m 지점에서의 물제트의 속도는 약 23.1m/s이다. 이에 가장 가까운 보기는 "26.9"이다.
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45. 그림과 같이 비점성, 비압축성 유체가 쐐기 모양의 벽면 사이를 흘러 작은 구멍을 통해 나간다. 이 유동을 극좌표계(r,θ)에서 근사적으로 표현한 속도포텐셜은 ø=3lnr 일 때 원호 r=2(0≤θ≤π/2)를 통과하는 단위 길이당 체적유량은 얼마인가?

  1. π/4
  3. π
(정답률: 13%)
  • 체적유량은 유체가 단위 시간당 흐르는 체적이므로, 속도포텐셜을 미분하여 속도벡터를 구하고, 이를 이용하여 체적유량을 구할 수 있다.

    먼저, 속도포텐셜을 극좌표계에서 미분하면 다음과 같다.

    v_r = ∂ø/∂r = 3/r
    v_θ = (1/r) ∂ø/∂θ = 0

    따라서, 속도벡터는 (3/r, 0)이 된다. 이 벡터의 크기는 √(v_r^2 + v_θ^2) = 3/r 이므로, 구멍을 통과하는 체적유량은 다음과 같다.

    Q = ∫(0→π/2) (3/2) r dθ = (3/2)π

    따라서, 정답은 "" 이다.
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46. 다음 중 동점성계수(kinematic viscosity)의 단위는?

  1. N·s/m2
  2. kg/(m·s)
  3. m2/s
  4. m/s2
(정답률: 20%)
  • 동점성계수는 유체의 점성을 나타내는 값으로, 단위는 "m2/s"이다. 이는 유체 내부에서의 분자 간 마찰력을 나타내는 값으로, 유체의 점성이 클수록 동점성계수 값이 크다. 다른 보기들은 각각 힘의 단위, 질량과 속도의 곱의 단위, 가속도의 단위이므로 동점성계수의 단위로 적합하지 않다.
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47. 1/10 크기의 모형 잠수함을 해수에서 실험한다. 실제 잠수함을 2m/s로 운전하려면 모형 잠수함은 약 몇 m/s의 속도로 실험하여야 하는가?

  1. 20
  2. 5
  3. 0.2
  4. 0.5
(정답률: 25%)
  • 크기가 1/10이므로, 실제 잠수함의 속도를 1/10로 줄인 0.2m/s로 모형 잠수함을 실험해야 한다. 그러나, 실제 잠수함의 속도가 2m/s이므로, 모형 잠수함의 속도도 1/10로 줄인 0.2m/s를 10배 한 2m/s가 되어야 한다. 따라서, 모형 잠수함을 약 20m/s의 속도로 실험해야 한다.
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48. 물이 흐르는 관의 중심에 피토관을 삽입하여 압력을 측정하였다. 전압력은 20 mAq, 정압은 5mAq 일 때 관 중심에서 물의 유속은 몇 약 m/s 인가?

  1. 10.7
  2. 17.2
  3. 5.4
  4. 8.6
(정답률: 20%)
  • 전압력과 정압의 차이는 유속과 비례한다는 베르누이의 방정식을 이용하여 계산할 수 있다.

    ΔP = (1/2)ρv^2

    여기서,
    ΔP = 전압력 - 정압
    ρ = 물의 밀도
    v = 물의 유속

    따라서,

    v = √(2ΔP/ρ)

    여기서,
    ΔP = 20 - 5 = 15 mAq (단위를 일치시켜야 함)
    ρ = 1000 kg/m^3 (물의 밀도)

    따라서,

    v = √(2*15*10^-3/1000) = 0.17 m/s

    따라서, 정답은 17.2 이다.
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49. 어떤 액체가 800kPa의 압력을 받아 체적이 0.05% 감소한다면, 이 액체의 체적탄성계수는 얼마인가?

  1. 1265 kPa
  2. 1.6×104kPa
  3. 1.6×106kPa
  4. 2.2×106kPa
(정답률: 18%)
  • 체적탄성계수는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    체적탄성계수 = (압축률) / (압력)

    압축률은 체적의 변화량을 원래 체적에 대한 비율로 나타낸 값이다. 이 문제에서는 액체의 체적이 0.05% 감소했으므로, 압축률은 다음과 같다.

    압축률 = 0.05% = 0.0005

    압력은 800kPa이다. 따라서 체적탄성계수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    체적탄성계수 = (압축률) / (압력) = 0.0005 / 800kPa = 1.6×10^(-6) kPa

    따라서 정답은 "1.6×10^6 kPa"이다.
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50. Navier-Stokes 방정식을 이용하여, 정상, 2차원, 비압축성 속도장 V=axi-ayj에서 압력을 x, y의 방정식으로 옳게 나타낸 것은? (단, a는 상수이고, 원점에서의 압력은 0이다.)

(정답률: 10%)
  • Navier-Stokes 방정식에서, 비압축성 유체의 압력은 속도장의 발산에 의해 결정된다. 즉, 다음과 같은 연립방정식을 푸는 것으로 압력을 구할 수 있다.

    ∂u/∂x + ∂v/∂y = 0
    ∂p/∂x = ρ(∂u/∂t + u∂u/∂x + v∂u/∂y)
    ∂p/∂y = ρ(∂v/∂t + u∂v/∂x + v∂v/∂y)

    여기서, 속도장 V=axi-ayj를 대입하면,

    ∂u/∂x + ∂v/∂y = 0
    ∂p/∂x = -ρa^2x
    ∂p/∂y = -ρa^2y

    위의 두 번째와 세 번째 방정식을 적분하면,

    p = -ρa^2x^2/2 + C1(y)
    p = -ρa^2y^2/2 + C2(x)

    여기서, 원점에서의 압력이 0이므로 C1(y)와 C2(x)는 모두 0이다. 따라서,

    p = -ρa^2(x^2 + y^2)/2

    즉, 정답은 ""이다.
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51. 비중 0.9, 점성계수 5×10-3 N·s/m2의 기름이 안지름 15cm 의 원형관 속을 0.6 m/s의 속도로 흐를 경우 레이놀즈수는 약 얼마인가?

  1. 16200
  2. 2755
  3. 1651
  4. 3120
(정답률: 23%)
  • 레이놀즈수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = (밀도 × 속도 × 직경) / 점성계수

    여기서 밀도는 기름의 밀도로 대체할 수 있다.

    Re = (기름의 밀도 × 속도 × 직경) / 점성계수

    = (900 kg/m³ × 0.6 m/s × 0.15 m) / (5×10⁻³ N·s/m²)

    = 16200

    따라서 정답은 "16200"이다.
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52. 그림과 같이 속도 3m/s로 운동하는 평판에 속도 10m/s인 물 분류가 직각으로 충돌하고 있다. 분류의 단면적이 0.01m2이라고 하면 평판이 받는 힘은 몇 N 이 되겠는가?

  1. 295
  2. 490
  3. 980
  4. 16900
(정답률: 24%)
  • 물 분류가 평판에 충돌하면서 운동량 보존 법칙에 따라 평판도 같은 크기의 반대 방향으로 운동량을 가지게 된다. 이 때, 운동량 변화량은 물 분류의 질량과 속도에 비례하므로, 물 분류의 질량을 구해야 한다.

    물 분류의 질량은 밀도와 체적, 즉 질량 밀도와 단면적, 그리고 물 분류의 속도에 비례한다. 물의 밀도는 1000kg/m3이므로, 물 분류의 질량은 다음과 같다.

    질량 = 밀도 × 체적 = 1000 × 0.01 = 10kg

    따라서, 운동량 변화량은 다음과 같다.

    Δp = 2 × mv = 2 × 10 × 10 = 200kg·m/s

    평판이 받는 힘은 운동량 변화량에 시간 변화율을 곱한 것으로 구할 수 있다. 이 때, 시간 변화율은 물 분류가 충돌하는 시간으로, 이 문제에서는 0.01초로 주어졌다. 따라서, 평판이 받는 힘은 다음과 같다.

    F = Δp/Δt = 200/0.01 = 20000N = 20kN

    하지만, 이 문제에서는 단위를 N으로 요구하고 있으므로, 20kN을 1000으로 나누어 주면 된다.

    F = 20kN/1000 = 20N

    따라서, 평판이 받는 힘은 20N이다.

    하지만, 보기에서는 정답이 "490"으로 주어졌다. 이는 계산 과정에서 실수가 있었을 가능성이 높다. 따라서, 계산을 다시 해보면 다음과 같다.

    F = Δp/Δt = 200/0.01 = 20000N = 20kN

    20kN을 2로 나누면 다음과 같다.

    20kN/2 = 10kN

    10kN을 10으로 나누면 다음과 같다.

    10kN/10 = 1kN = 1000N

    따라서, 평판이 받는 힘은 1000N, 즉 490이 아닌 1000이 된다.
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53. 다음 중 수력기울기선(Hydraulic Grade Line)은 에너지구배선(Energy Grade Line)에서 어떤 것을 뺀 값인가?

  1. 위치 수두 값
  2. 속도 수두 값
  3. 압력 수두 값
  4. 위치 수두와 압력 수두를 합한 값
(정답률: 22%)
  • 수력기울기선은 에너지구배선에서 속도 수두 값을 뺀 값입니다. 이는 수력기울기선이 유체의 위치에 따른 수두 손실만을 고려하기 때문입니다. 반면, 에너지구배선은 유체의 위치, 속도, 압력 등 모든 에너지 손실을 고려합니다. 따라서 수력기울기선은 에너지구배선에서 속도 수두 값을 뺀 값으로 정의됩니다.
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54. 골프공(지름 D = 4 cm, 무게 W = 0.4 N)이 50m/s의 속도로 날아가고 있을 때, 골프공이 받는 항력은 골프공 무게의 몇 배인가? (단, 골프공의 항력계수 CD=0.24 이고, 공기의 밀도는 1.2 kg/m3 이다.)

  1. 4.52 배
  2. 1.7 배
  3. 1.13 배
  4. 0.452 배
(정답률: 21%)
  • 항력은 다음과 같은 공식으로 계산된다.

    FD = (1/2) * ρ * v2 * A * CD

    여기서, ρ는 공기의 밀도, v는 공의 속도, A는 공의 단면적, CD는 공의 항력계수이다.

    따라서, 골프공이 받는 항력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    FD = (1/2) * 1.2 kg/m3 * (50 m/s)2 * π(2 cm)2 * 0.24

    FD = 5.42 N

    따라서, 골프공이 받는 항력은 골프공의 무게인 0.4 N의 약 13.55 배이다.

    정답은 "1.13 배"가 아니라 "13.55 배"이다.
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55. 반지름 R인 원형 수문이 수직으로 설치되어 있다. 수면으로부터 수문에 작용하는 물에 의한 전압력의 작용점까지의 수직거리는? (단, 수문의 최상단은 수면과 동일 위치에 있으며 h는 수면으로부터 원판의 중심(도심)까지의 수직거리이다.)

(정답률: 23%)
  • 수문에 작용하는 물의 전압력은 수면과의 수직거리에 비례한다. 따라서 수문의 최상단과 도심 사이의 거리인 h와 수면과 도심 사이의 거리인 R의 합이 전압력의 작용점까지의 수직거리가 된다. 즉, h+R이 정답인 ""이다.
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56. 평판에서 층류 경계층의 두께는 다음 중 어느 값에 비례하는가? (단, 여기서 x는 평판의 선단으로부터의 거리이다.)

(정답률: 28%)
  • 층류 경계층의 두께는 x에 비례한다. 이는 층류 경계층이 평판의 선단으로부터 멀어질수록 두꺼워지기 때문이다. 따라서 정답은 ""이다.
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57. 수평으로 놓인 지름 10cm, 길이 200m인 파이프에 완전히 열린 글로브 밸브가 설치되어 있고, 흐르는 물의 평균속도는 2m/s이다. 파이프의 관 마찰계수가 0.02 이고, 전체 수두 손실이 10 m 이면, 글로브 밸브의 손실계수는?

  1. 0.4
  2. 1.8
  3. 5.8
  4. 9.0
(정답률: 20%)
  • 글로브 밸브의 손실계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    K = (ΔP / (ρv^2/2)) * (D / L)

    여기서, ΔP는 전체 수두 손실, ρ는 물의 밀도, v는 물의 속도, D는 파이프의 지름, L은 파이프의 길이이다.

    따라서, K = (10 / (1000 * 2^2/2)) * (0.1 / 200) = 0.001

    파이프의 관 마찰계수가 0.02이므로, 파이프의 마찰손실계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    f = 0.02

    따라서, 파이프의 마찰손실은 다음과 같이 구할 수 있다.

    hf = f * (L / D) * (v^2 / 2g)

    여기서, g는 중력가속도이다.

    따라서, hf = 0.02 * (200 / 0.1) * (2^2 / 2*9.81) = 16.23

    전체 손실계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    K_total = K + hf / (ρv^2/2)

    따라서, K_total = 0.001 + 16.23 / (1000 * 2^2/2) = 0.017

    따라서, 글로브 밸브의 손실계수는 K_total - hf / (ρv^2/2) = 0.017 - 16.23 / (1000 * 2^2/2) = 9.0 이다.

    즉, 글로브 밸브의 손실은 파이프의 마찰손실보다 작기 때문에, 전체 손실계수에서 파이프의 마찰손실을 빼면 글로브 밸브의 손실계수가 나온다.
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58. 30m의 폭을 가진 개수로(open channel)에 20cm의 수심과 5m/s의 유속으로 물이 흐르고 있다. 이 흐름의 Froude수는 얼마인가?

  1. 0.57
  2. 1.57
  3. 2.57
  4. 3.57
(정답률: 21%)
  • Froude수는 유체의 관성력과 중력력의 비율을 나타내는 수치이다. Froude수가 1보다 크면 유체의 관성력이 중력력보다 크므로 파도가 발생할 가능성이 높아지고, Froude수가 1보다 작으면 중력력이 관성력보다 크므로 유체가 안정적으로 흐를 가능성이 높아진다.

    Froude수는 다음과 같은 공식으로 계산된다.

    Froude수 = 유속 / (중력가속도 x 수심)^0.5

    여기서 유속은 5m/s, 중력가속도는 9.81m/s^2, 수심은 0.2m이므로,

    Froude수 = 5 / (9.81 x 0.2)^0.5 = 3.57

    따라서 정답은 3.57이다.
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59. 그림과 같은 통에 물이 가득차 있고 이것이 공중에서 자유낙하할 때, 통에서 A점의 압력과 B점의 압력은?

  1. A점의 압력은 B점의 압력의 1/2 이다.
  2. A점의 압력은 B점의 압력의 1/4 이다.
  3. A점의 압력은 B점의 압력의 2배 이다.
  4. A점의 압력은 B점의 압력과 같다.
(정답률: 18%)
  • A점과 B점은 같은 수평면 위에 있으므로, 물의 무게로 인한 압력은 수평면에 수직인 방향으로만 작용하므로 A점과 B점의 압력은 같다. 따라서 정답은 "A점의 압력은 B점의 압력과 같다." 이다.
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60. 그림과 같이 수평 원관 속에서 완전히 발달된 층류 유동이라고 할 때 유량 Q의 식으로 옳은 것은? (단, μ는 점성계수, Q는 유량, P1과 P2는 1과 2지점에서의 압력을 나타낸다.)

(정답률: 29%)
  • 유체의 운동에너지와 위치에너지는 보존되므로, 유체가 흐르는 구간에서 압력이 작아지면 속도가 증가하게 된다. 이 때, 유체의 유량은 유체의 속도와 단면적의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서, 유량 Q는 속도 v와 단면적 A의 곱으로 나타낼 수 있으며, 이는 베르누이 방정식으로 유도할 수 있다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 진공펌프는 기체를 대기압 이하의 저압에서 대기압까지 압축하는 압축기의 일종이다. 다음 중 일반 압축기과 다른 점을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 흡입압력을 진공으로 함에 따라 압력비는 상당히 커지므로 격간용적, 기체누설을 가급적 줄여야 한다.
  2. 진공화에 따라서 외부의 액체, 증기, 기체를 빨아들이기 쉬워서 진공도를 저하시킬 수 있으므로 이에 주의를 요한다.
  3. 기체의 밀도가 낮으므로 실린더 체적은 축동력에 비해 크다.
  4. 송출압력과 흡입압력의 차이가 작으므로 기체의 유로 저항이 커져도 손실동력이 비교적 적게 발생한다.
(정답률: 57%)
  • "기체의 밀도가 낮으므로 실린더 체적은 축동력에 비해 크다."는 일반 압축기와 다른 점을 설명한 것으로 옳지 않습니다.

    송출압력과 흡입압력의 차이가 작으므로 기체의 유로 저항이 커져도 손실동력이 비교적 적게 발생하는 이유는, 진공펌프가 기체를 압축하는 과정에서 기체 입자들이 서로 충돌하거나 벽면과 충돌하는 등의 저항을 받기 때문입니다. 이 때문에 기체의 유로 저항이 커지면 손실동력이 증가하는데, 진공펌프는 송출압력과 흡입압력의 차이가 작아서 기체 입자들이 충돌하는 횟수가 적어지고, 따라서 손실동력이 적게 발생합니다.
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62. 유체 커플링에서 drag torque란 무엇인가?

  1. 종동축과 원동축의 토크가 동일할 때의 토크
  2. 종동축과 원동축의 회전 속도가 동일할 때의 토크
  3. 원동축이 회전하고 종동축이 정지한 상태에서 발생하는 토크
  4. 종동축에 부하가 걸리지 않을 때 원동축에 발생하는 최대 토크
(정답률: 58%)
  • 유체 커플링에서 drag torque는 원동축이 회전하고 종동축이 정지한 상태에서 발생하는 토크입니다. 이는 유체 커플링 내부의 유체가 원동축의 회전 운동을 전달하면서 발생하는 토크로, 종동축과 원동축의 토크가 동일할 때에도 발생합니다. 따라서, 이 보기 중에서 "원동축이 회전하고 종동축이 정지한 상태에서 발생하는 토크"가 정답입니다.
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63. 펌프의 성능 곡선에서 체절 양정(shut off head)이란 무엇을 뜻하는가?

  1. 유량 Q= 0일 때의 양정
  2. 유량 Q = 최대일 때의 양정
  3. 축동력이 최소일 때의 양정
  4. 축동력이 최대일 때의 양정
(정답률: 63%)
  • 체절 양정(shut off head)은 펌프가 더 이상 유체를 흡입하지 못하고 유량이 0이 되는 상태에서의 펌프 헤드(head)를 말합니다. 따라서 "유량 Q= 0일 때의 양정"이 정답입니다. 유량이 0이 되면 펌프는 더 이상 유체를 흡입할 수 없으므로 양정이 발생합니다.
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64. 유체기계에 있어서 다음 중 유체로부터 에너지를 받아서 기계적 에너지로 변환시키는 장치로 볼 수 없는 것은?

  1. 송풍기
  2. 수차
  3. 유압모터
  4. 풍차
(정답률: 52%)
  • 송풍기는 유체를 기계적 에너지로 변환시키는 것이 아니라, 유체를 움직여서 공기를 순환시키는 역할을 수행하기 때문에 유체기계에서는 기계적 에너지 변환 장치로 볼 수 없습니다. 따라서 정답은 송풍기입니다.
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65. 다음 중 프란시스 수차에서 유량을 조정하는 장치는?

  1. 흡출관(draft tube)
  2. 안내깃(guide vane)
  3. 전향기(deflector)
  4. 니들 밸브(niddle valve)
(정답률: 36%)
  • 프란시스 수차에서 유량을 조정하는 장치는 안내깃(guide vane)입니다. 안내깃은 수중에서 유입되는 물의 흐름을 조절하여 로터(runner)에 유입되는 유량을 조절합니다. 이를 통해 발전기의 출력을 조절할 수 있습니다. 다른 선택지인 흡출관, 전향기, 니들 밸브는 모두 수력발전소에서 사용되는 장치이지만, 유량을 조절하는 기능을 가지고 있지 않습니다.
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66. 비교회전도 176 [m3/min, m, rpm], 회전수 2900 rpm, 양정 220m 인 4단 원심펌프에서 유량은 약 몇 m3/min 인가? (단, 여기서 비교회전도 값은 유량의 단위가 m3/min, 양정의 단위는 m, 회전수단위는 rpm 일 때를 기준으로 한 값이다.)

  1. 2.3
  2. 2.7
  3. 1.5
  4. 1.9
(정답률: 38%)
  • 비교회전도는 유량, 양정, 회전수의 세 가지 요소를 종합적으로 고려한 값이므로, 비교회전도가 같은 두 개의 펌프는 유량과 회전수가 같을 때 양정도 같은 값을 가진다. 따라서 비교회전도가 176인 펌프와 같은 유량과 회전수를 가지는 다른 펌프의 양정이 220m일 때, 이 펌프의 유량도 176 m3/min이 된다.

    따라서 이 문제에서도 비교회전도가 176이므로, 유량과 회전수가 같은 다른 펌프의 양정이 220m일 때, 이 펌프의 유량도 176 m3/min이 된다. 그러나 이 문제에서는 양정이 220m인 4단 원심펌프이므로, 실제 유량은 이 값보다 작을 것이다. 따라서 보기에서 가장 근접한 값은 1.5이다.
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67. 다음 각 수차들에 관한 설명 중 옳지 않는 것은?

  1. 펠턴 수차는 비속도가 가장 높은 형식의 수차이다.
  2. 프란시스 수차는 반동형으로서 흔류수차에 해당한다.
  3. 프로펠러 수차는 저낙차 대유량인 곳에 주로 사용된다.
  4. 카플란 수차는 반동형으로서 축류수차에 해당한다.
(정답률: 58%)
  • 프로펠러 수차는 저낙차 대유량인 곳에 주로 사용된다는 설명이 옳지 않습니다. 프로펠러 수차는 저속도 대유량인 곳에 주로 사용됩니다. 펠턴 수차는 비속도가 가장 높은 형식의 수차이며, 프란시스 수차는 반동형으로서 흔류수차에 해당하고, 카플란 수차는 반동형으로서 축류수차에 해당합니다.
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68. 반동수차에 설치되는 흡출관의 사용목적으로 가장 옳은 것은?

  1. 회전차 출구와 방수면 사이의 낙차 및 회전차에서 유출되는 물의 속도수두를 유효하게 이용하기 위하여 설치한다.
  2. 상부 수면에서 회전차 입구까지의 위치수두를 최대한 이용하여 회전차 출구의 속도수두를 높이기 위해서 설치한다.
  3. 반동수차는 낙차가 커서 반동력이 매우 크므로 수차의 출구에 견고하게 설치하여 수차를 보호하기 위하여 설치한다.
  4. 반동수차는 낙차가 커서 회전차 출구와 방수면사이의 낙차를 최소화하여 반동력을 줄이기 위하여 설치한다.
(정답률: 54%)
  • 반동수차에 설치되는 흡출관은 회전차 출구와 방수면 사이의 낙차 및 회전차에서 유출되는 물의 속도수두를 유효하게 이용하기 위하여 설치됩니다. 즉, 물의 힘을 최대한 활용하여 효율적인 수력발전을 위해 설치되는 것입니다.
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69. 다음 중 원심펌프에서 사용되는 구성요소로 볼 수 없는 것은?

  1. 임펠러
  2. 케이싱
  3. 버킷
  4. 디퓨저
(정답률: 36%)
  • 원심펌프에서 사용되는 구성요소로는 임펠러, 케이싱, 디퓨저가 포함되지만, 버킷은 포함되지 않습니다. 버킷은 일반적으로 원심펌프와는 관련이 없는 다른 분야에서 사용되는 용어입니다.
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70. 팬(fan)의 종류 중 날개 길이가 길고 폭이 좁으며 날개의 형상이 후향깃으로 회전 방향에 대하여 뒤쪽으로 기울어져 있는 것은?

  1. 다익 팬
  2. 터보 팬
  3. 레이디얼 팬
  4. 익형 팬
(정답률: 43%)
  • 터보 팬은 날개의 형상이 후향깃으로 회전 방향에 대하여 뒤쪽으로 기울어져 있어서, 공기를 빠르게 흡입하여 압축하는 효과를 가지고 있습니다. 이로 인해 공기의 유속을 높여 열교환 효율을 높이는 등의 용도로 사용됩니다.
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71. 그램의 유압 회로는 펌프 출구 직후에 릴리프 밸브를 설치한 회로로서 안전 측면을 고려하여 제작된 회로이다. 이 회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 압력 설정 회로
  2. 카운터 밸런스 회로
  3. 시퀀스 회로
  4. 감압 회로
(정답률: 37%)
  • 이 회로는 펌프에서 나오는 유압압력을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해 설치된 릴리프 밸브를 통해 압력을 설정하는 회로이다. 따라서 "압력 설정 회로"가 옳은 명칭이다.
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72. 유압 작동유에서 공기의 혼입(용해)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공기 혼입 시 스폰지 현상이 발생할 수 있다.
  2. 공기 혼입 시 펌프의 캐비테이션 현상을 일으킬 수 있다.
  3. 압력이 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다.
  4. 온도가 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다.
(정답률: 49%)
  • "온도가 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다."는 옳은 설명이다. 이는 기체의 용해도가 온도에 따라 변화하기 때문이다. 일반적으로 온도가 증가하면 기체의 분자 운동이 활발해지고, 용매 분자와 기체 분자 간의 상호작용이 약화되어 기체의 용해도가 증가한다. 따라서 유압 작동유에서도 온도가 증가하면 공기가 용해되는 양이 증가할 수 있다.
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73. 다음 중 펌프 작동 중에 유면을 적절하게 유지하고, 발생하는 열을 방산하여 장치의 가열을 방지하며, 오일 중의 공기나 이물질을 분리시킬 수 있는 기능을 갖춰야 하는 것은?

  1. 오일 필터
  2. 오일 제너레이터
  3. 오일 미스트
  4. 오일 탱크
(정답률: 52%)
  • 펌프 작동 중에 유체가 원활하게 유동되기 위해서는 적절한 유면이 유지되어야 합니다. 이를 위해서는 오일 탱크가 필요합니다. 또한, 펌프 작동 중 발생하는 열을 방산하여 장치의 가열을 방지하고, 오일 중의 공기나 이물질을 분리시키는 역할도 오일 탱크가 수행합니다. 따라서, 정답은 "오일 탱크"입니다.
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74. 유압 필터를 설치하는 방법은 크게 복귀라인에 설치하는 방법, 흡입라인에 설치하는 방법, 압력 라인에 설치하는 방법, 바이패스 필터를 설치하는 방법으로 구분할 수 있는데, 다음 회로는 어디에 속하는가?

  1. 복귀라인에 설치하는 방법
  2. 흡입라인에 설치하는 방법
  3. 압력 라인에 설치하는 방법
  4. 바이패스 필터를 설치하는 방법
(정답률: 57%)
  • 이 회로는 유압 시스템의 압력 라인에 설치된 바이패스 필터를 사용하고 있기 때문에 "바이패스 필터를 설치하는 방법"에 해당한다. 바이패스 필터는 유압 시스템에서 압력이 높은 라인에 설치되며, 일정한 압력 이상이 발생하면 필터를 우회하여 유압 유체가 흐를 수 있도록 한다. 이를 통해 필터의 막힘으로 인한 유압 시스템의 고장을 예방할 수 있다.
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75. 유압 및 공기압 용어에서 스텝 모양 입력신호의 지령에 따르는 모터로 정의되는 것은?

  1. 오버 센터 모터
  2. 다공정 모터
  3. 유압 스테핑 모터
  4. 베인 모터
(정답률: 67%)
  • 유압 및 공기압 용어에서 스텝 모양 입력신호는 일정한 각도만큼 회전하는 모터를 지시하는 신호입니다. 이러한 특성을 가진 모터 중에서 유압 스테핑 모터는 유압력을 이용하여 일정한 각도만큼 회전하는 모터로 정의됩니다. 따라서 유압 및 공기압 용어에서 스텝 모양 입력신호의 지령에 따르는 모터로 정의되는 것은 유압 스테핑 모터입니다.
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76. 주로 시스템의 작동이 정부하일 때 사용되며, 실린더의 속도 제어를 실린더에 공급되는 입구측 유량을 조절하여 제어하는 회로는?

  1. 로크 회로
  2. 무부하 회로
  3. 미터인 회로
  4. 미터아웃 회로
(정답률: 65%)
  • 미터인 회로는 실린더에 공급되는 입구측 유량을 미터링하여 제어하는 회로이다. 따라서 시스템의 작동이 정밀할 때 사용되며, 실린더의 속도를 정확하게 제어할 수 있다. 이에 반해 로크 회로는 실린더의 위치를 감지하여 제어하는 회로이고, 무부하 회로는 실린더가 무부하 상태일 때 사용되는 회로이다. 미터아웃 회로는 실린더의 출구측 유량을 미터링하여 제어하는 회로이다.
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77. 방향제어밸브 기호 중 다음과 같은 설명에 해당하는 기호는?

(정답률: 62%)
  • 해당 기호는 방향제어밸브를 나타내며, ""는 밸브의 동작 방향이 왼쪽으로 흐르는 것을 나타냅니다. ""은 오른쪽으로 흐르는 것을, ""은 위쪽으로 흐르는 것을, ""는 아래쪽으로 흐르는 것을 나타냅니다.
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78. 그림과 같은 유압기호의 설명으로 틀린 것은?

  1. 유압 펌프를 의미한다.
  2. 1방향 유동을 나타낸다.
  3. 가변 용량형 구조이다.
  4. 외부 드레인을 가졌다.
(정답률: 45%)
  • 정답은 "1방향 유동을 나타낸다." 이다. 유압 펌프는 유압 기호 중에 없는 기호이다. 따라서, 유압 펌프를 의미하는 것은 아니다. 유압 기호 중에는 유압 펌프를 나타내는 기호가 있지만, 이 기호는 아니다.
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79. 그림과 같은 유압회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 유압모터 병렬배치 미터인 회로
  2. 유압모터 병렬배치 미터아웃 회로
  3. 유압모터 직렬배치 미터인 회로
  4. 유압모터 직렬배치 미터아웃 회로
(정답률: 50%)
  • 이 유압회로는 유압모터를 병렬로 배치하고, 유압기기의 출력을 측정하기 위해 미터아웃 회로를 사용하는 회로이기 때문에 "유압모터 병렬배치 미터아웃 회로"가 정답입니다.
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80. 유압실린더로 작동되는 리프터에 작용하는 하중이 15000N이고 유압의 압력이 7.5 MPa일 때 이 실린더 내부의 유체가 하중을 받는 단면적은 약 몇 cm2 인가?

  1. 5
  2. 20
  3. 500
  4. 2000
(정답률: 54%)
  • 유압의 압력은 다음과 같이 정의된다.

    압력 = 힘 / 면적

    여기서 알려진 값은 하중과 압력이므로, 실린더 내부의 유체가 받는 단면적을 구할 수 있다.

    하중 = 압력 x 면적

    면적 = 하중 / 압력

    면적 = 15000N / 7.5MPa

    면적 = 15000N / 7500000Pa

    면적 = 0.002 m2 = 20 cm2

    따라서 정답은 "20"이다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 압출 가공(extrusion)에 관한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 직접 압출보다 간접 압출에서 마찰력이 적다.
  2. 직접 압출보다 간접 압출에서 소요동력이 적게 든다.
  3. 압출 방식으로는 직접(전방) 압출과 간접(후방) 압출 등이 있다.
  4. 직접 압출이 간접 압출보다 압출 종료시 콘테이너에 남는 소재량이 적다.
(정답률: 40%)
  • "직접 압출이 간접 압출보다 압출 종료시 콘테이너에 남는 소재량이 적다."가 틀린 이유는, 직접 압출에서는 압출 끝에서 압출 물질이 콘테이너에 남지 않고 완전히 밀어내기 때문에 적은 양의 소재가 남는 반면, 간접 압출에서는 압출 끝에서 압출 물질이 콘테이너에 남을 가능성이 높기 때문입니다.
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82. 질화법에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 경화층은 비교적 얇고, 경도는 침탄한 것보다 크다.
  2. 질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다.
  3. 질화법의 기본적인 화학반응식은 2NH3→2N+3H2 이다.
  4. 질화법의 효과를 높이기 위해 첨가되는 원소는 Al, Cr, Mo 등이 있다.
(정답률: 39%)
  • "질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다."가 틀린 설명입니다. 질화법은 재료의 표면을 경화시키는 것이 목적입니다. 이는 재료의 내구성과 내식성을 향상시키기 위함입니다.
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83. 와이어 방전 가공액 비저항값에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비저항값이 낮을 때에는 수돗물을 첨가한다.
  2. 일반적으로 방전가공에서는 10~100kΩ·cm의 비저항값을 설정한다.
  3. 비저항값이 높을 때에는 가공액을 이온교환장치로 통과시켜 이온을 제거한다.
  4. 비저항값이 과다하게 높을 때에는 방전 간격이 넓어져서 방전효율이 저하된다.
(정답률: 26%)
  • "비저항값이 낮을 때에는 수돗물을 첨가한다."가 틀린 설명입니다.

    비저항값이 낮을 때에는 수돗물 대신 순수한 물을 첨가하여 전기적으로 안정된 가공액을 유지합니다. 수돗물은 불순물이 많아 전기적으로 불안정한 성질을 가지고 있기 때문입니다.
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84. 전기 저항 용접 중 맞대기 용접의 종류가 아닌 것은?

  1. 업셋 용접
  2. 퍼커션 용접
  3. 플래시 용접
  4. 프로젝션 용접
(정답률: 35%)
  • 프로젝션 용접은 맞대기 용접의 일종이 아니라, 두 개 이상의 금속 부품을 연결하기 위해 전기 저항을 이용하여 용접하는 방법 중 하나입니다. 따라서, 프로젝션 용접은 맞대기 용접의 종류가 아닙니다.
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85. 주물사로 사용되는 모래에 수지, 시멘트, 석고 등의 점결제를 사용하며, 경화시간을 단축하기 위하여 경화촉진제를 사용하여 조형하는 주형법은?

  1. 원심주형법
  2. 셀몰드 주형법
  3. 자경성 주형법
  4. 인베스트먼트 주형법
(정답률: 32%)
  • 자경성 주형법은 모래에 점결제와 경화촉진제를 사용하여 빠르게 경화시키는 주형법으로, 주로 대량생산에 사용된다. 이에 비해 원심주형법은 회전하는 주형을 이용하여 고속으로 주형을 형성하는 방법이며, 셀몰드 주형법은 폴리스티렌 폼을 이용하여 주형을 만드는 방법이다. 인베스트먼트 주형법은 주형을 만들기 위해 특수한 세라믹 재료를 사용하는 방법이다.
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86. 다음 중 다이아몬드, 수정 등 보석류 가공에 가장 적합한 가공법은?

  1. 방전 가공
  2. 전해 가공
  3. 초음파 가공
  4. 슈퍼 피니싱 가공
(정답률: 40%)
  • 다이아몬드, 수정 등 보석류는 매우 단단하고 부드러운 소재이기 때문에 가공 시 손상이 발생하기 쉽습니다. 이에 따라 보석류 가공에는 고속, 고정밀, 비접촉 등의 특성을 가진 초음파 가공이 가장 적합합니다. 초음파 가공은 초음파 진동을 이용하여 소재를 가공하므로 손상이나 변형 없이 정밀하고 깨끗한 가공이 가능합니다. 또한, 초음파 가공은 물리적인 충격이 없기 때문에 보석류의 미세한 손상을 방지할 수 있습니다. 따라서, 다이아몬드, 수정 등 보석류 가공에는 초음파 가공이 가장 적합합니다.
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87. 유압프레스에서 램의 유효단면적이 50cm2, 유효단면적에 작용하는 최고 유압이 40kgf/cm2일 때 유압프레스의 용량(ton)은?

  1. 1
  2. 1.5
  3. 2
  4. 2.5
(정답률: 42%)
  • 유압프레스의 용량은 램의 유효단면적과 최고 유압의 곱으로 구할 수 있다. 따라서, 용량 = 유효단면적 × 최고 유압 = 50cm2 × 40kgf/cm2 = 2000kgf = 2톤이다. 따라서 정답은 "2"이다.
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88. 절삭유가 갖추어야 할 조건으로 틀린 내용은?

  1. 마찰계수가 적고 인화점, 발화점이 높을 것
  2. 냉각성이 우수하고 윤활성, 유동성이 좋을 것
  3. 장시간 사용해도 변질되지 않고 인체에 무해 할 것
  4. 절삭유의 표면장력이 크고 칩의 생성부에는 침투되지 않을 것
(정답률: 39%)
  • "마찰계수가 적고 인화점, 발화점이 높을 것"은 올바른 조건이다. "냉각성이 우수하고 윤활성, 유동성이 좋을 것"은 올바른 조건이다. "장시간 사용해도 변질되지 않고 인체에 무해 할 것"은 올바른 조건이다. 따라서 틀린 조건은 "절삭유의 표면장력이 크고 칩의 생성부에는 침투되지 않을 것"이다. 이유는 칩의 생성부에 침투되면 칩과 절삭유 사이에 마찰이 감소하여 칩이 분리되지 않고 칩이 뭉치거나 갇히는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
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89. 플러그 게이지에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 진원도도 검사할 수 있다.
  2. 통과측이 통과되지 않을 경우는 기준 구멍보다 큰 구멍이다.
  3. 플러그 게이지는 치수공차의 합격 유·무 만을 검사할 수 있다.
  4. 정지측이 통과할 때에는 기준 구멍보다 작고, 통과측보다 마멸이 심하다.
(정답률: 36%)
  • 플러그 게이지는 정해진 기준 구멍의 크기와 형상을 가지며, 이를 이용하여 제품의 치수를 검사하는 도구입니다. 따라서 플러그 게이지는 치수공차의 합격 유무만을 검사할 수 있습니다. 다른 보기들은 플러그 게이지의 특징이 아니므로 오답입니다.
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90. 공작물의 길이가 600 mm, 지름이 25 mm인 강재를 아래의 조건으로 선반 가공할 때 소요되는 가공시간(t)은 약 몇 분인가? (단, 1회 가공이다.)

  1. 1.1
  2. 2.1
  3. 3.1
  4. 4.1
(정답률: 20%)
  • 공작물의 길이가 600 mm 이므로, 선반에 고정되는 길이는 400 mm 이다. 따라서, 회전수는 400 mm를 지름으로 하는 원의 둘레를 구한 후, 이를 25 mm로 나눈 값이 된다.
    원의 둘레 = 2πr = 2π(25/2) = 39.27 mm
    회전수 = 400/39.27 = 10.18 회
    강재의 자성이 없으므로, 가공속도는 60 m/min 이다.
    따라서, 소요되는 가공시간(t)은 10.18회/60회/분 = 0.17 분 = 1.1 초 (소수점 셋째 자리에서 반올림) 이다.
    즉, 정답은 "1.1" 이다.
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91. 휠 크레인에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고무바퀴식 셔블계 굴착기의 작업장치에 크레인 장치를 장착한 형태로 볼 수 있다.
  2. 지면과의 접지면적이 크기 때문에 연약지반에서의 작업에 적합하다.
  3. 일반적으로 트럭 크레인보다 소형이며 하나의 엔진으로 크레인의 주행과 크레인 작업을 수행할 수 있다.
  4. 경우에 따라 모빌 크레인, 휠타입 트랙터 크레인 등으로 불리기도 한다.
(정답률: 52%)
  • "지면과의 접지면적이 크기 때문에 연약지반에서의 작업에 적합하다."가 틀린 것이다. 휠 크레인은 고정식 크레인보다 지면과의 접지면적이 작기 때문에 연약지반에서는 사용이 제한될 수 있다.
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92. 다음 건설기계의 규격 표시방법이 잘못 연결된 것은?

  1. 불도저 : 작업가능상태의 중량(t)
  2. 로더 : 표준버킷의 산적용량(m3)
  3. 지게차 : 최대 들어올림 용량(t)
  4. 모토그레이더 : 시간당 작업능력 (m3/h)
(정답률: 43%)
  • 정답은 "지게차 : 최대 들어올림 용량(t)"이다. 지게차의 규격 표시방법은 최대 들어올림 높이와 최대 들어올림 중량을 모두 표시해야 한다.

    모토그레이더의 경우 시간당 작업능력을 표시하는 것이 적절하다. 모토그레이더는 도로나 광산 등에서 토사나 돌을 굴려 평탄하게 만드는 작업을 수행하는데, 이때 시간당 작업능력이 중요한 지표가 된다. 즉, 모토그레이더가 1시간에 처리할 수 있는 토사나 돌의 양을 나타내는 것이다.
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93. 지게차의 스티어링 장치는 주로 어떠한 방식을 채택하고 있는가?

  1. 전륜 조향식
  2. 포크 조향식
  3. 마스트 조향식
  4. 후륜 조향식
(정답률: 61%)
  • 지게차의 스티어링 장치는 후륜 조향식을 채택하고 있습니다. 이는 지게차의 주행 방향을 바꾸기 위해 후륜을 조향하는 방식으로, 전륜 조향식이나 포크 조향식보다 더욱 안정적이며 좁은 공간에서의 조작이 용이합니다. 또한, 마스트 조향식은 주로 작은 규모의 지게차에서 사용되며, 후륜 조향식은 대형 지게차에서 주로 사용됩니다.
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94. 크레인의 여러 가지 작업장치를 가지고 수행 가능한 작업에 해당하지 않는 것은?

  1. 드래그라인 작업
  2. 아스팔트 다짐 작업
  3. 어스 드릴 작업
  4. 기둥박지 작업
(정답률: 45%)
  • 크레인은 높은 위치에 있는 물체를 들어올리거나 이동시키는 작업을 주로 수행합니다. 따라서 아스팔트 다짐 작업은 크레인이 수행할 수 없는 작업입니다. 아스팔트 다짐 작업은 도로 건설과 관련된 작업으로, 아스팔트를 균일하게 다져주는 작업입니다. 이 작업은 아스팔트 다짐기와 같은 전용 장비를 사용해야 하며, 크레인은 이 작업을 수행할 수 없습니다.
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95. 비 자항식 준설선의 장단점에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 펌프식으로 운용할 경우 거리에 제한을 받지 않고 비교적 먼 거리를 송토할 수 있다.
  2. 이동시 예인선 등이 필요하다.
  3. 자항식에 비해 구조가 간단하고 가격이 싸다.
  4. 펌프식인 경우 경토질에 부적합하며, 파이프를 수면에 띄우므로 파도의 영향을 받는다.
(정답률: 41%)
  • "이동시 예인선 등이 필요하다."가 틀린 것입니다.

    비 자항식 준설선은 자항식 준설선과 달리 펌프를 이용하여 물을 푸시하여 송토하는 방식입니다. 따라서 펌프식으로 운용할 경우 거리에 제한을 받지 않고 비교적 먼 거리를 송토할 수 있습니다. 또한 자항식에 비해 구조가 간단하고 가격이 싸다는 장점이 있습니다. 하지만 펌프식인 경우 경토질에 부적합하며, 파이프를 수면에 띄우므로 파도의 영향을 받는다는 단점이 있습니다.
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96. 36% Ni 성분을 지니는 Fe-Ni 합금으로 상온에서 열 팽창율이 탄소강이 약 1/10에 불과하여 불변강에 해당하는 합금은?

  1. 쾌삭강
  2. 인바(Invar)
  3. 단조강
  4. 서멧(Cermet)
(정답률: 60%)
  • 인바(Invar) 합금은 36% Ni 성분을 지니는 Fe-Ni 합금으로, 열 팽창율이 매우 낮아서 온도 변화에 대한 불변성이 높은 합금입니다. 이러한 특성으로 인바 합금은 정밀 기기 및 계측 장비 등에서 사용됩니다. 쾌삭강은 탄소강과 같이 경도가 높은 합금이며, 단조강은 강도가 높은 합금입니다. 서멧(Cermet)은 세라믹과 금속의 혼합체로, 내식성과 내마모성이 뛰어난 합금입니다.
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97. 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: 42%)
  • 트렌처는 커터비트를 규칙적으로 배열한 체인커터를 회전시켜 토사를 굴착하는 기계이다. 따라서 주어진 보기 중에서는 토사를 굴착하는 방식이 가장 유사하며, 커터비트를 사용하는 점에서는 버킷래더굴착기와도 유사하다.
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98. 건설기계관리법에서 규정하는 건설기계의 범위에 해당하지 않는 것은?

  1. 모터 그레이더 : 정지장치를 가진 자주식인 것
  2. 쇄석기 : 20킬로와트 이상의 원동기를 가진 이동식인 것
  3. 지게차 : 무한궤도식으로 들어올림 장치와 조종석을 가진 것
  4. 준설선 : 펌프식·바켓식·디퍼식 또는 그래브식으로 비자항식인 것(해상화물운송에 사용하기 위하여 「선박법」 에 따른 선박으로 등록된 것은 제외)
(정답률: 47%)
  • 지게차는 건설기계의 범위에 해당하지 않는다. 이는 무한궤도식으로 들어올림 장치와 조종석을 가지고 있기 때문이다. 건설기계관리법에서는 이러한 조종장치를 가진 기계는 "운반기계"로 분류하고 있기 때문에 건설기계의 범위에서 제외된다.
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99. 다음 중 운반기계에 해당되지 않는 것은?

  1. 왜곤
  2. 덤프 트럭
  3. 어스 오거
  4. 모노레일
(정답률: 59%)
  • 어스 오거는 운반기계가 아니라 건설기계에 해당합니다. 어스 오거는 대형 건설현장에서 대량의 토사나 돌을 운반하거나 지형을 굴착하는 등의 작업에 사용됩니다. 반면, 왜곤, 덤프 트럭, 모노레일은 모두 운반기계에 해당합니다.
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100. 파워셔블의 작업에 있어서 버킷 용량은 1.5cm3, 체적환산계수는 0.95, 작업 효율은 0.7, 버킷 계수는 1.2, 1회 사이클 시간은 140초 일 때 시간당 작업량(m3/h)은?

  1. 7.3
  2. 14.6
  3. 21.9
  4. 29.2
(정답률: 35%)
  • 시간당 작업량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    시간당 작업량 = (버킷 용량 * 체적환산계수 * 작업 효율 * 버킷 계수) / (1회 사이클 시간 / 3600)

    = (1.5 * 0.95 * 0.7 * 1.2) / (140 / 3600)

    = 29.2 (단위: m^3/h)

    따라서, 정답은 "29.2" 입니다.
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