건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2017-08-26)

건설기계설비기사
(2017-08-26 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같은 구조물에 C점과 D점에 각각 20kN, 40kN의 하중이 아랫방향으로 작용할 때 상g단의 반력 Ra는 약 몇 kN인가?

  1. 25
  2. 30
  3. 20
  4. 35
(정답률: 36%)
  • 구조물의 평형 상태에서 하단 B점을 기준으로 한 모멘트 합은 0이 되어야 합니다. B점에서의 모멘트 평형 방정식을 이용하여 상단 반력 $R_a$를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $$R_a = \frac{C \times (L_1 + L_2) + D \times L_3}{L_{total}}$$
    ② [숫자 대입] $$R_a = \frac{20 \times (10 + 20) + 40 \times 10}{10 + 20 + 10}$$
    ③ [최종 결과] $$R_a = 25$$
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2. 철도용 레일의 양단을 고정한 후 온도가 20℃에서 5℃로 내려가면 발생하는 열응력은 약 몇 MPa인가? (단, 레일재료의 열팽창계수 α＝0.000012/℃이고, 균일한 온도 변화를 가지며, 탄성계수 E＝210GPa이다.)

  1. 50.4
  2. 37.8
  3. 31.2
  4. 28.0
(정답률: 57%)
  • 온도 변화로 인해 길이 변화가 구속되었을 때 발생하는 열응력은 탄성계수, 열팽창계수, 온도 변화량의 곱으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $$\sigma = E \alpha \Delta t$$
    ② [숫자 대입] $$\sigma = 210000 \times 0.000012 \times (20 - 5)$$
    ③ [최종 결과] $$\sigma = 37.8\text{ MPa}$$
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3. 그림과 같은 평면응력상태에서 σx＝300MPa, σy＝200MPa이 작용하고 있을 때 재료 내에 생기는 최대전단응력(τmax)의 크기와 그 방향(θ)은?

  1. τmax＝300MPa, θ＝90°
  2. τmax＝200MPa, θ＝0°
  3. τmax＝100MPa, θ＝22.5°
  4. τmax＝50MPa, θ＝45°
(정답률: 56%)
  • 평면응력 상태에서 최대전단응력은 두 주응력의 차이의 절반이며, 방향은 주응력 축과 $45^{\circ}$를 이룹니다.
    ① [기본 공식] $$\tau_{max} = \frac{\sigma_{x} - \sigma_{y}}{2}$$
    ② [숫자 대입] $$\tau_{max} = \frac{300 - 200}{2}$$
    ③ [최종 결과] $$\tau_{max} = 50$$ MPa, $\theta = 45^{\circ}$
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4. 안지름이 25mm, 바깥지름이 30mm인 중공 강철관에 10kN의 축인장 하중을 가할 때 인장응력은 몇 MPa인가?

  1. 14.2
  2. 20.3
  3. 46.3
  4. 145.5
(정답률: 56%)
  • 중공축의 단면적을 구하여 하중을 나누어 인장응력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$\sigma = \frac{P}{A} = \frac{P}{\frac{\pi}{4}(D^2 - d^2)}$$
    ② [숫자 대입] $$\sigma = \frac{10 \times 10^3}{\frac{\pi}{4}(30^2 - 25^2) \times 10^{-6}}$$
    ③ [최종 결과] $$\sigma = 46.3 \text{ MPa}$$
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5. 그림과 같이 반지름이 5cm인 원형 단면을 갖는 ㄱ자 프레임의 A점 단면의 수직응력(σ)은 약 몇 MPa인가?

  1. 79.1
  2. 89.1
  3. 99.1
  4. 109.1
(정답률: 32%)
  • A점 단면의 수직응력은 하중으로 인한 축력과 굽힘 모멘트에 의한 굽힘 응력의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$\sigma = \frac{P}{A} + \frac{M c}{I}$$
    ② [숫자 대입] $$\sigma = \frac{100 \times 10^{3}}{\pi \times 0.05^{2}} + \frac{(100 \times 10^{3} \times 0.1) \times 0.05}{\frac{\pi \times 0.05^{4}}{4}}$$
    ③ [최종 결과] $$\sigma = 89.1 \text{ MPa}$$
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6. 비중량 γ＝7.85×104N/m3인 강선을 연직으로 매달려고 할 때 자중에 의해서 견딜 수 있는 최대길이는 약 몇 m인가? (단, 강선의 허용인장응력은 12MPa이다.)

  1. 152
  2. 228
  3. 305
  4. 382
(정답률: 49%)
  • 강선의 자중에 의한 최대 길이는 허용인장응력을 비중량으로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $$L = \frac{\sigma}{\gamma}$$
    ② [숫자 대입] $$L = \frac{12 \times 10^{6}}{7.85 \times 10^{4}}$$
    ③ [최종 결과] $$L = 152.8$$
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7. 그림과 같이 일단고정 타단자유단인 기둥의 좌굴에 대한 임계하중(buckling load)은 약 몇 kN인가? (단, 기둥의 세로탄성계수는 300GPa이고 단면(폭×높이)은 2cm×2cm의 정사각형이다. 오일러의 좌굴하중을 적용한다.)

  1. 34
  2. 20.2
  3. 9.8
  4. 5.8
(정답률: 50%)
  • 일단 고정 타단 자유단 기둥의 임계하중은 오일러의 좌굴 공식을 사용하며, 이때 유효길이는 실제 길이의 2배가 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$P_{cr} = \frac{\pi^{2} E I}{(2L)^{2}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$P_{cr} = \frac{3.14^{2} \times (300 \times 10^{9}) \times (\frac{0.02^{4}}{12})}{(2 \times 1)^{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$P_{cr} = 9817.5 \text{ N} \approx 9.8 \text{ kN}$$
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8. 지름 50mm의 속이 찬 환봉축이 1228N·m의 비틀림 모멘트를 받을 때 이 축에 생기는 최대비틀림 응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 20
  2. 30
  3. 40
  4. 50
(정답률: 56%)
  • 원형 축의 최대 비틀림 응력 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$\tau = \frac{16T}{\pi d^{3}}$$
    ② [숫자 대입] $$\tau = \frac{16 \times 1228}{\pi \times 0.05^{3}}$$
    ③ [최종 결과] $$\tau = 50.1 \text{ MPa}$$
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9. 그림과 같이 재료와 단면이 같고 길이가 서로 다른 강봉에 지지되어 있는 강체 보에 하중을 가했을 때 A, B에서의 변위의 비 δA/δB는?

(정답률: 47%)
  • 하중 $w$에 의한 모멘트 평형과 두 지지점의 변위가 동일하다는 조건을 이용하여 풀이합니다.
    ① [기본 공식] $$\delta_A = \frac{P_A L_1}{AE}, \delta_B = \frac{P_B L_2}{AE}, P_A a = P_B b$$
    ② [숫자 대입] $$\frac{\delta_A}{\delta_B} = \frac{P_A L_1}{P_B L_2} = \frac{P_B b}{P_A a} \cdot \frac{L_1}{L_2} \text{ (단, } \delta_A = \delta_B \text{ 이므로 } P_A L_1 = P_B L_2 \text{)}$$
    ③ [최종 결과] $$\frac{\delta_A}{\delta_B} = \frac{b L_1}{a L_2}$$
    따라서 정답은 입니다.
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10. 그림과 같은 외팔보에서 허용굽힘응력은 50kN/cm2이라 할 때, 최대 하중 P는 약 몇 kN인가? (단, 보의 단면은 10cm×10cm이다.)

  1. 110.5
  2. 100.0
  3. 95.6
  4. 83.3
(정답률: 56%)
  • 외팔보의 끝단에 집중하중 $P$가 작용할 때,
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11. 그림과 같은 외팔보의 C점에 100kN의 하중이 걸릴 때 B점의 처짐량은 약 몇 cm인가? (단, 이 보의 굽힘강성(EI)는 10kN·m2이다.)

  1. 0
  2. 0.09
  3. 0.16
  4. 0.64
(정답률: 30%)
  • B점의 처짐량을 계산할 때, C점에서 발생하는 하중으로 인한 처짐과 C점에서 B점까지 이어지는 구간의 응력 및 변형을 고려해야 합니다. 이때 두 성분의 작용 방향이 서로 반대로 작용하여 상쇄되므로, 최종적인 B점의 처짐량은 $0$이 됩니다.
  • 834
    처짐0
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12. 그림과 같이 선형적으로 증가하는 불균일 분포 하중을 받고 있는 단순보의 전단력선도로 적합한 것은?

(정답률: 61%)
  • 하중이 선형적으로 증가하는 삼각형 분포 하중의 경우, 전단력선도는 2차 곡선(포물선) 형태로 나타납니다. 하중의 크기가 B점으로 갈수록 커지므로 전단력의 변화율도 점차 증가하며, 결과적으로 와 같은 곡선 형태의 전단력선도가 도출됩니다.
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13. 축에 발생하는 전단응력은 τ, 축에 가해진 비틀림 모멘트는 T라 할 때 축 지름 d를 나타내는 식은?

(정답률: 58%)
  • 축의 비틀림 전단응력 공식 $\tau = \frac{16T}{\pi d^{3}}$를 지름 $d$에 대해 정리하면 $d = \sqrt[3]{\frac{16T}{\pi \tau}}$가 됩니다.
    따라서 정답은 입니다.
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14. 단면계수가 0.01m3인 사각형 단면의 양단 고정보가 2m의 길이를 가지고 있다. 중앙에 최대 몇 kN의 집중하중을 가할 수 있는가? (단, 재료의 허용굽힘응력은 80MPa이다.)

  1. 800
  2. 1600
  3. 2400
  4. 3200
(정답률: 49%)
  • 양단 고정보의 중앙 집중하중 시 최대 굽힘모멘트 공식($$M = \frac{PL}{8}$$)과 굽힘응력 공식($$\sigma = \frac{M}{Z}$$)을 사용하여 하중 $P$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $$P = \frac{8 \sigma Z}{L}$$
    ② [숫자 대입] $$P = \frac{8 \times 80 \times 10^{6} \times 0.01}{2}$$
    ③ [최종 결과] $$P = 3200 \text{ kN}$$
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15. 단면 지름이 3cm인 환봉이 25kN의 전단하중을 받아서 0.00075rad의 전단변형률을 발생시켰다. 이때 재료의 세로탄성계수는 약 몇 GPa인가? (단, 이 재료의 포아송 비는 0.3이다.)

  1. 75.5
  2. 94.4
  3. 122.6
  4. 157.2
(정답률: 41%)
  • 전단응력과 전단탄성계수를 먼저 구한 뒤, 포아송 비를 이용하여 세로탄성계수를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $$\tau = \frac{P}{A}, G = \frac{\tau}{\gamma}, E = 2G(1 + \nu)$$
    ② [숫자 대입] $$\tau = \frac{25000}{\pi \times 0.015^{2}} \approx 35.37 \text{ MPa}, G = \frac{35.37 \times 10^{6}}{0.00075} \approx 47.16 \text{ GPa}, E = 2 \times 47.16 \times (1 + 0.3)$$
    ③ [최종 결과] $$E = 122.6 \text{ GPa}$$
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16. 지름 2cm, 길이 50cm인 원형단면의 외팔보 자유단에 수직하중 P＝1.5kN이 작용할때, 하중 P로 인해 생기는 보속의 최대전단응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 3.19
  2. 6.37
  3. 12.74
  4. 15.94
(정답률: 48%)
  • 원형 단면 보의 최대 전단응력은 평균 전단응력의 1.33배(또는 $\frac{4}{3}$배)가 적용됩니다.
    ① [기본 공식] $$\tau_{max} = \frac{4}{3} \times \frac{P}{A} = \frac{4}{3} \times \frac{P}{\pi r^2}$$
    ② [숫자 대입] $$\tau_{max} = \frac{4}{3} \times \frac{1.5 \times 10^3}{\pi \times 0.01^2}$$
    ③ [최종 결과] $$\tau_{max} = 6.37 \text{ MPa}$$
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17. 다음 그림과 같이 2가지 재료로 이루어진 길이 L의 환봉이 있다. 이 봉에 비틀림 모멘트 T가 작용할 때 이 환봉은 몇 rad로 비틀림이 발생하는가? (단, 재질 a의 가로탄성계수는 Ga, 재질 a의 극관성모멘트는 Ipa이고, 재질 b의 가로탄성계수는 Gb, 재질 b의 극관성모멘트는 Ipb이다.)

(정답률: 35%)
  • 두 가지 재료가 결합된 환봉의 전체 비틀림각은 각 재료의 비틀림 강성 합에 반비례합니다. 전체 비틀림 모멘트 $T$가 두 재료에 분배되어 작용하므로, 전체 비틀림각 $\theta$는 다음과 같이 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $$\theta = \frac{TL}{G_a I_{pa} + G_b I_{pb}}$$
    ② [숫자 대입] $$\theta = \frac{TL}{G_a I_{pa} + G_b I_{pb}}$$
    ③ [최종 결과]
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18. 다음 부정정보에서 B점에서의 반력은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 59%)
  • 이 문제는 고정단과 이동단이 있는 1차 부정정 보의 반력을 구하는 문제입니다. 중첩법을 이용하여 B점의 반력을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$R_{B} = \frac{P \times \frac{L}{2} \times 3\frac{L}{2}}{L \times (L + \frac{L}{2})}$$
    (또는 단순보의 처짐량과 고정단 처짐량을 이용한 적합 방정식 적용)
    ② [숫자 대입]
    $$R_{B} = \frac{P \times \frac{L}{2} \times \frac{3L}{2}}{L \times \frac{3L}{2}} = \frac{P \times \frac{3L^{2}}{4}}{\frac{3L^{2}}{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$R_{B} = \frac{5}{16}P$$
    따라서 B점에서의 반력은 입니다.
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19. 길이 l의 외팔보의 전 길이에 걸쳐서 w의 등분포 하중이 작용할 때 최대 굽힘모멘트(Mmax)의 값은?

(정답률: 37%)
  • 길이가 $l$인 외팔보에 등분포 하중 $w$가 작용할 때, 최대 굽힘모멘트는 고정단에서 발생하며 하중의 총합과 거리의 평균을 곱한 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $$M_{max} = \frac{w l^{2}}{2}$$
    ② [숫자 대입] 해당 없음
    ③ [최종 결과] $$M_{max} = \frac{w l^{2}}{2}$$
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20. 폭과 높이가 80mm인 정사각형 단면의 회전 반지름(radius of gyration)은 약 몇 m인가?

  1. 0.034
  2. 0.046
  3. 0.023
  4. 0.017
(정답률: 46%)
  • 정사각형 단면의 회전 반지름은 단면 이차 모멘트를 단면적으로 나눈 값의 제곱근으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$r = \sqrt{\frac{I}{A}} = \sqrt{\frac{a^{4}/12}{a^{2}}} = \frac{a}{\sqrt{12}}$$
    ② [숫자 대입] $$r = \frac{0.08}{\sqrt{12}}$$
    ③ [최종 결과] $$r = 0.023\text{ m}$$
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2과목: 기계열역학

21. 다음 중 이론적인 카르노 사이클 과정(순서)을 옳게 나타낸 것은? (단, 모든 사이클은 가역 사이클이다.)

  1. 단열압축 → 정적가열 → 단열팽창 → 정적방열
  2. 단열압축 → 단열팽창 → 정적가열 → 정적방열
  3. 등온팽창 → 등온압축 → 단열팽창 → 단열압축
  4. 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축
(정답률: 46%)
  • 카르노 사이클은 2개의 등온 과정과 2개의 단열 과정이 교대로 일어나는 가역 사이클입니다. 정확한 순서는 등온팽창 $\rightarrow$ 단열팽창 $\rightarrow$ 등온압축 $\rightarrow$ 단열압축 순으로 진행됩니다.
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22. 랭킨 사이클로 작동되는 증기동력 발전소에서 20MPa, 45℃의 물이 보일러에 공급되고, 응축기 출구에서의 온도는 20℃, 압력은 2.339kPa이다. 이 때 급수펌프에서 수행하는 단위 질량당 일은 약 몇 kJ/kg인가? (단, 20℃에서 포화액 비체적은 0.001002m3/kg, 포화증기 비체적은 57.79m3/kg이며, 급수펌프에서는 등엔트로피 과정으로 변화한다고 가정한다.)

  1. 0.4681
  2. 20.04
  3. 27.14
  4. 1020.6
(정답률: 38%)
  • 급수펌프의 단위 질량당 일은 비체적과 압력 차이의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$w = v(p_2 - p_1)$$
    ② [숫자 대입] $$w = 0.001002 \times (20 \times 10^3 - 2.339)$$
    ③ [최종 결과] $$w = 20.04$$ kJ/kg
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23. 1kg의 기체로 구성되는 밀폐계가 50kJ의 열을 받아 15kJ의 일을 했을 때 내부에너지 변화량은 얼마인가? (단, 운동에너지의 변화량은 무시한다.)

  1. 65kJ
  2. 35kJ
  3. 26kJ
  4. 15kJ
(정답률: 55%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 밀폐계의 내부에너지 변화량은 공급된 열량에서 외부로 한 일을 뺀 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $$\Delta U = Q - W$$
    ② [숫자 대입] $$\Delta U = 50 - 15$$
    ③ [최종 결과] $$\Delta U = 35$$ kJ
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24. 초기에 온도 T, 압력 P 상태의 기체(질량 m)가 들어있는 견고한 용기에 같은 기체를 추가로 주입하여 최종적으로 질량 3m, 온도 2T 상태가 되었다. 이 때 최종 상태에서의 압력은? (단, 기체는 이상기체이고, 온도는 절대온도를 나타낸다.)

  1. 6
  2. 3
  3. 2
  4. 3P/2
(정답률: 47%)
  • 이상기체 상태방정식 $PV = mRT$를 이용하여 초기 상태와 최종 상태의 압력 관계를 분석합니다. 견고한 용기이므로 체적 $V$는 일정합니다.
    ① [기본 공식] $$P_2 = P_1 \times \frac{m_2}{m_1} \times \frac{T_2}{T_1}$$
    ② [숫자 대입] $$P_2 = P \times \frac{3m}{m} \times \frac{2T}{T}$$
    ③ [최종 결과] $$P_2 = 6P$$
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25. 다음 중 강도성 상태량(intensive property)에 속하는 것은?

  1. 온도
  2. 체적
  3. 질량
  4. 내부에너지
(정답률: 50%)
  • 강도성 상태량은 물질의 질량이나 크기에 관계없이 일정한 값을 가지는 성질을 의미합니다. 온도는 물질의 양이 변해도 변하지 않는 대표적인 강도성 상태량입니다.
    오답 노트
    체적, 질량, 내부에너지: 물질의 양에 비례하여 값이 변하는 extensive property(종량성 상태량)입니다.
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26. 그림과 같이 A, B 두 종류의 기체가 한 용기 안에서 박막으로 분리되어 있다. A의 체적은 0.1m3, 질량 2kg이고, B의 체적은 0.4m3, 밀도는 1kg/m3이다. 박막이 파열되고 난 후에 평형에 도달하였을 때 기체 혼합물의 밀도는 약 몇 kg/m3인가?

  1. 4.8
  2. 6.0
  3. 7.2
  4. 8.4
(정답률: 52%)
  • 혼합물의 밀도는 전체 질량을 전체 체적으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$\rho_{mix} = \frac{m_A + m_B}{V_A + V_B}$$
    ② [숫자 대입] $$\rho_{mix} = \frac{2 + (1 \times 0.4)}{0.1 + 0.4}$$
    ③ [최종 결과] $$\rho_{mix} = 4.8$$ kg/m³
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27. 체적이 0.1m3인 용기 안에 압력 1MPa, 온도 250℃의 공기가 들어있다. 정적과정을 거쳐 압력이 0.35MPa로 될 때 이 용기에서 일어난 열전달 과정으로 옳은 것은? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kg·K), 정압비열은 1.0035kJ/(kg·K), 정적비열은 0.7165kJ/(kg·K)이다.)

  1. 약 162kJ의 열이 용기에서 나간다.
  2. 약 162kJ의 열이 용기로 들어간다.
  3. 약 227kJ의 열이 용기에서 나간다.
  4. 약 227kJ의 열이 용기로 들어간다.
(정답률: 40%)
  • 정적과정에서는 체적이 일정하므로 일($W$)은 0이며, 열전달량($Q$)은 내부 에너지 변화량($\Delta U$)과 같습니다. 이상기체 상태방정식으로 질량을 먼저 구한 뒤, 정적비열을 이용하여 열량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$Q = m \cdot C_v \cdot (T_2 - T_1)$$
    ② [숫자 대입] $$m = \frac{P_1 V}{R T_1} = \frac{1000 \cdot 0.1}{287 \cdot (250 + 273.15)} \approx 0.668 \text{ kg}$$
    $$Q = 0.668 \cdot 0.7165 \cdot ( \frac{0.35}{1} \cdot (250 + 273.15) - (250 + 273.15) ) \approx -162.3 \text{ kJ}$$
    ③ [최종 결과] $$Q \approx -162 \text{ kJ}$$
    계산 결과 값이 음수($-$)이므로 약 162kJ의 열이 용기에서 나가는 방출 과정입니다.
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28. 출력 15kW의 디젤기관에서 마찰 손실이 그 출력의 15%일 때 그 마찰 손실에 의해서 시간당 발생하는 열량은 약 몇 kJ인가?

  1. 2.25
  2. 25
  3. 810
  4. 8100
(정답률: 45%)
  • 출력(kW)은 초당 에너지(kJ/s)이므로, 마찰 손실률을 곱한 뒤 1시간(3600초)을 곱하여 총 열량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$Q_{f} = P \times t \times \eta_{loss}$$
    ② [숫자 대입] $$Q_{f} = 15 \times 3600 \times 0.15$$
    ③ [최종 결과] $$Q_{f} = 8100$$ kJ
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29. 다음 중 냉매의 구부조건으로 틀린 것은?

  1. 증발 압력이 대기압보다 낮을 것
  2. 응축 압력이 높지 않을 것
  3. 비열비가 작을 것
  4. 증발열이 클 것
(정답률: 28%)
  • 냉매는 증발 시 외부 공기가 유입되어 오염되는 것을 방지하기 위해 증발 압력이 대기압보다 높아야 합니다.
    오답 노트
    응축 압력이 높지 않을 것, 증발열이 클 것: 냉매의 효율과 안전성을 위한 필수 구비조건입니다.
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30. 가스터빈으로 구동되는 동력 발전소의 출력이 10MW이고 열효율이 25%라고 한다. 연료의 발열량이 45000kJ/kg이라면 시간당 공급해야 할 연료량은 약 몇 kg/h인가?

  1. 3200
  2. 6400
  3. 8320
  4. 12800
(정답률: 51%)
  • 열효율 공식을 이용하여 필요한 총 열입력량을 구한 뒤, 연료의 발열량으로 나누어 시간당 연료 소비량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$m = \frac{P}{\eta \times H} \times 3600$$
    ② [숫자 대입] $$m = \frac{10 \times 1000}{\frac{25}{100} \times 45000} \times 3600$$
    ③ [최종 결과] $$m = 3200$$ kg/h
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31. 어느 발명가가 바닷물로부터 매시간 1800kJ의 열량을 공급받아 0.5kW 출력의 열기관을 만들었다고 주장한다면, 이 사실은 열역학 제 몇 법칙에 위반 되겠는가?

  1. 제 0법칙
  2. 제 1법칙
  3. 제 2법칙
  4. 제 3법칙
(정답률: 51%)
  • 열역학 제 2법칙에 따르면, 단일 열원(바닷물)으로부터 열을 흡수하여 이를 100% 일로 변환하는 열기관(제2종 영구기관)은 존재할 수 없습니다. 따라서 이 주장은 열역학 제 2법칙에 위배됩니다.
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32. 체적이 0.5m3, 온도가 80℃인 밀폐 압력용기 속에 이상기체가 들어 있다. 이 기체의 분자량이 24이고, 질량이 10kg이라면 용기속의 압력은 약 몇 kPa인가?

  1. 1845.4
  2. 2446.9
  3. 3169.2
  4. 3885.7
(정답률: 51%)
  • 이상기체 상태 방정식을 이용하여 압력을 구합니다. 이때 기체 상수는 일반 기체 상수를 분자량으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$P = \frac{m R T}{V}$$
    ② [숫자 대입] $$P = \frac{10 \times (8.314 / 24) \times (273 + 80)}{0.5}$$
    ③ [최종 결과] $$P = 2446.9$$
    따라서 용기 속의 압력은 약 2446.9 kPa입니다.
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33. 3kg의 공기가 들어있는 실린더가 있다. 이 공기가 200kPa, 10℃인 상태에서 600kPa이 될 때까지 압축할 때 공기가 한 일은 약 몇 kJ인가? (단, 이 과정은 폴리트로프 변화로서 폴리트로프 지수는 1.3이다. 또한 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kg·K)이다.)

  1. －285
  2. -235
  3. 13
  4. 125
(정답률: 46%)
  • 폴리트로프 과정에서 기체가 한 일은 최종 상태와 초기 상태의 압력 및 부피 차이를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$W = \frac{P_2 V_2 - P_1 V_1}{1 - n}$$
    ② [숫자 대입] $$W = \frac{600 \times 0.144 - 200 \times 0.432}{1 - 1.3}$$
    ③ [최종 결과] $$W = -234$$
    따라서 공기가 한 일은 약 -235 kJ입니다.
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34. 1kg의 이상기체가 압력 100kPa, 온도 20℃의 상태에서 압력 200kPa, 온도 100℃의 상태로 변화하였다면 체적은 어떻게 되는가? (단, 변화전 체적을 V라고 한다.)

  1. 0.65V
  2. 1.57V
  3. 3.64V
  4. 4.57V
(정답률: 42%)
  • 이상기체 상태방정식 $PV = mRT$를 이용하여 상태 변화 전후의 체적 관계를 분석합니다. 질량 $m$과 기체상수 $R$이 일정하므로 $\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2}$ 관계가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $$V_2 = V_1 \times \frac{P_1}{P_2} \times \frac{T_2}{T_1}$$
    ② [숫자 대입] $$V_2 = V \times \frac{100}{200} \times \frac{273 + 100}{273 + 20}$$
    ③ [최종 결과] $$V_2 = 0.643V \approx 0.65V$$
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35. 어떤 냉장고의 소비전력이 2kW이고, 이 냉장고의 응축기에서 방열되는 열량이 5kW라면, 냉장고의 성적계수는 얼마인가? (단, 이론적인 증기압축 냉동사이클로 운전된다고 가정한다.)

  1. 0.4
  2. 1.0
  3. 1.5
  4. 2.5
(정답률: 26%)
  • 냉동기의 성적계수(COP)는 소비전력 대비 냉동효과(흡수열량)의 비로 계산합니다. 방열량은 냉동효과와 소비전력의 합과 같으므로, 냉동효과는 방열량에서 소비전력을 뺀 값으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $$COP = \frac{Q_L}{W} = \frac{Q_H - W}{W}$$
    ② [숫자 대입] $$COP = \frac{5 - 2}{2}$$
    ③ [최종 결과] $$COP = 1.5$$
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36. 이론적인 카르노 열기관의 효율(η)을 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 고열원의 절대온도는 TH, 열원의 절대온도는 TL이다.)

(정답률: 58%)
  • 카르노 열기관의 효율은 작동 유체의 상태 변화와 무관하게 오직 고열원과 저열원의 절대온도에 의해서만 결정되며, 전체 에너지 중 고열원에서 흡수한 열량 대비 저열원으로 방출한 열량의 비율을 뺀 값으로 정의합니다.
    정답은 이며, 수식으로는 $$\eta = 1 - \frac{T_{L}}{T_{H}}$$ 입니다.
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37. 그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 설치된 실린더 안에 가스가 들어 있다. 이 때 가스의 최초압력이 300kPa이고, 초기 체적은 0.05m3이다. 여기에 열을 가하여 피스톤을 상승시킴과 동시에 피스톤 추를 덜어내어 가스온도를 일정하게 유지하여 실린더 내부의 체적을 증가시킬 경우 이 과정에서 가스가 한 일은 약 몇 kJ인가? (단, 이상기체 모델로 간주하고, 상승 후의 체적은 0.2m3이다.)

  1. 10.79kJ
  2. 15.79kJ
  3. 20.79kJ
  4. 25.79kJ
(정답률: 42%)
  • 가스 온도가 일정하게 유지되는 등온 과정에서 가스가 한 일은 초기 압력과 체적, 그리고 체적 변화비의 자연로그 값을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$W = P_{1}V_{1}\ln\frac{V_{2}}{V_{1}}$$
    ② [숫자 대입] $$W = 300\times 10^{3} \times 0.05 \times \ln\frac{0.2}{0.05}$$
    ③ [최종 결과] $$W = 20.79\text{ kJ}$$
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38. 어떤 물질 1kg이 20℃에서 30℃로 되기 위해 필요한 열량은 약 몇 kJ 인가? (단, 비열(C, kJ/(kg·K))은 온도에 대한 함수로서 C=3.594＋0.0372T이며, 여기서 온도(T)의 단위는 K이다.)

  1. 4
  2. 24
  3. 45
  4. 147
(정답률: 36%)
  • 비열이 온도의 함수로 주어졌으므로, 해당 온도 구간에 대해 비열 식을 적분하여 필요한 열량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $$Q = \int_{T_1}^{T_2} C \text{ } dT = \int_{293.15}^{303.15} (3.594 + 0.0372T) \text{ } dT$$
    ② [숫자 대입] $$Q = [3.594T + 0.0186T^2]_{293.15}^{303.15}$$
    ③ [최종 결과] $$Q = 146.8 \approx 147 \text{ kJ}$$
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39. 물 2L를 1kW의 전열기를 사용하여 20℃로부터 100℃까지 가열하는데 소용되는 시간은 약 몇 분(min)인가? (단, 전열기 열량의 50%가 물을 가열하는데 유효하게 사용되고, 물은 증발하지 않는 것으로 가정한다. 물의 비열은 4.18kJ/(kg·K)이다.)

  1. 22.3
  2. 27.6
  3. 35.4
  4. 44.6
(정답률: 42%)
  • 물에 필요한 총 열량을 구한 뒤, 전열기의 유효 전력으로 나누어 가열 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$t = \frac{m \times c \times \Delta T}{P \times \eta}$$
    ② [숫자 대입] $$t = \frac{2 \times 4.18 \times (100 - 20)}{1 \times 0.5} = 1337.6 \text{ s}$$
    ③ [최종 결과] $$t = \frac{1337.6}{60} = 22.3 \text{ min}$$
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40. 오토사이클(Otto cycle) 기관에서 헬륨(비열비=1.66)을 사용하는 경우의 효율(ηHe)과 공기(비열비=1.4)를 사용하는 경우의 효율(ηair)을 비교하고자 한다. 이 때 ηHe/ηair값은? (단, 오토 사이클의 압축비는 10이다.)

  1. 0.681
  2. 0.770
  3. 1.298
  4. 1.468
(정답률: 49%)
  • 오토 사이클의 효율 공식을 사용하여 헬륨과 공기의 효율 비를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$\eta = 1 - \frac{1}{r^{k-1}}$$
    ② [숫자 대입] $$\frac{\eta_{He}}{\eta_{air}} = \frac{1 - \frac{1}{10^{1.66-1}}}{1 - \frac{1}{10^{1.4-1}}}$$
    ③ [최종 결과] $$\frac{\eta_{He}}{\eta_{air}} = 1.298$$
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3과목: 기계유체역학

41. 공기 중에서 무게가 900N인 돌이 물에 완전히 잠겨 있다. 물속에서의 무게가 400N이라면, 이 돌의 체적(V)과 비중(SG)은 약 얼마인가?

  1. V＝0.051m3, SG＝1.8
  2. V＝0.51m3, SG＝1.8
  3. V＝0.051m3, SG＝3.6
  4. V＝0.51m3, SG＝3.6
(정답률: 46%)
  • 부력의 원리와 비중의 정의를 이용하여 체적과 비중을 구합니다.
    먼저 부력은 공기 중 무게와 물속 무게의 차이이므로 $900 - 400 = 500\text{N}$입니다.
    ① [체적 계산] $$500 = V \times 1000 \times 9.81 \implies V = 0.051$$ $\text{m}^3$ ② [비중 계산] $$900 = 0.051 \times SG \times 1000 \times 9.81 \implies SG = 1.8$
    ③ [최종 결과] $$V = 0.051$$ $\text{m}^3$, $$SG = 1.8$$
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42. 다음 중 밀도가 가장 큰 액체는?

  1. 1g/cm3
  2. 비중 1.5
  3. 1200kg/m3
  4. 비중량 8000N/m3
(정답률: 46%)
  • 각 보기의 단위를 $\text{kg/m}^3$로 통일하여 밀도를 비교합니다.
    - $1\text{g/cm}^3 = 1000\text{kg/m}^3$ - 비중 $1.5 = 1.5 \times 1000 = 1500\text{kg/m}^3$ - $1200\text{kg/m}^3$ - 비중량 $8000\text{N/m}^3 = \frac{8000}{9.81} \approx 815\text{kg/m}^3$ 따라서 비중 $1.5$일 때 밀도가 $1500\text{kg/m}^3$로 가장 큽니다.
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43. 비행기 이착륙 시 플랩(flap)을 주날개에서 내려 날개의 넓이를 늘리는 이유(목적)로 가장 옳게 설명한 것은?

  1. 양력을 증가시켜 조정을 용의하게 하기 위해
  2. 항력을 증가시켜 조정을 용의하게 하기 위해
  3. 양력을 감소시켜 조정을 용의하게 하기 위해
  4. 항력을 감소시켜 조정을 용의하게 하기 위해
(정답률: 42%)
  • 플랩(flap)은 날개의 캠버와 면적을 증가시켜 낮은 속도에서도 더 큰 양력을 발생시키기 위한 장치입니다. 따라서 양력을 증가시켜 이착륙 시 기체 조정을 용이하게 하는 것이 목적입니다.
  • 양력 윗쪽
    항력 뒷쪽
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44. 안지름 1cm의 원관 내를 유동하는 0℃의 물의 층류 임계 레이놀즈 수가 2100일 때 임 계속도는 약 몇 cm/s인가? (단, 0℃ 물의 동점성계수는 0.01787cm2/s이다.)

  1. 75.1
  2. 751
  3. 37.5
  4. 375
(정답률: 55%)
  • 레이놀즈 수 공식을 이용하여 임계 속도를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $$Re = \frac{v \times D}{\nu}$$
    ② [숫자 대입] $$2100 = \frac{v \times 1}{0.01787}$$
    ③ [최종 결과] $$v = 37.5$$ cm/s
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45. 바다 속에서 속도 9km/h로 운항하는 잠수함이 지름 280mm인 구형의 음파탐지기를 끌면서 움직일 때 음파탐지기에 작용하는 항력을 풍동실험을 통해 예측하려고 한다. 풍동실험에서 Reynolds 수는 얼마로 맞추어야 하는가? (단, 바닷물의 평균 밀도는 1025kg/m3이며, 동점성계수는 1.4×10-6m2/s이다.)

  1. 5.0×105
  2. 5.8×106
  3. 5.2×108
  4. 1.87×109
(정답률: 52%)
  • 레이놀즈 수는 유체의 속도, 특성 길이(지름), 동점성계수의 관계식으로 결정됩니다. 속도 단위를 $\text{m/s}$로 변환하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$ Re = \frac{V d}{\nu} $$
    ② [숫자 대입] $$ Re = \frac{(\frac{9 \times 1000}{3600}) \times 0.28}{1.4 \times 10^{-6}} $$
    ③ [최종 결과] $$ Re = 5.0 \times 10^5 $$
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46. 반지름 R인 하수도관의 절반이 비중량(specific weight) γ인 물로 채워져 있을 때 하수도관의 1m 길이 당 받는 수직력의 크기는? (단, 하수도관은 수평으로 놓여있다.)

(정답률: 44%)
  • 하수도관의 절반이 채워져 있을 때, 관의 1m 길이당 받는 수직력은 물이 채워진 단면적에 비중량을 곱한 값과 같습니다. 반지름이 $R$인 원의 절반 면적은 $\frac{\pi R^2}{2}$입니다.
    ① [기본 공식] $$ F = \gamma \times A $$
    ② [숫자 대입] $$ F = \gamma \times \frac{\pi R^2}{2} $$
    ③ [최종 결과] $$ F = $$
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47. 수평 원관 속을 유체가 층류(laminar flow)로 흐르고 있을 때 유량에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 관 지름의 4제곱에 비례한다.
  2. 점성계수에 비례한다.
  3. 관의 길이에 비례한다.
  4. 압력 강하에 반비례한다.
(정답률: 52%)
  • 하겐-포아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙에 따라 층류 유동에서 유량 $Q$는 관의 반지름(또는 지름)의 4제곱에 비례하고, 압력 강하와 관의 길이에 반비례하며, 점성계수에 반비례합니다.
    오답 노트
    점성계수에 비례한다: 반비례함
    관의 길이에 비례한다: 반비례함
    압력 강하에 반비례한다: 비례함
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48. 어떤 오일의 점성계수가 0.3kg/(m·s)이고 비중이 0.3이라면 동점성계수는 약 몇 m2/s인가?

  1. 0.1
  2. 0.5
  3. 0.001
  4. 0.005
(정답률: 53%)
  • 동점성계수는 점성계수를 유체의 밀도로 나눈 값입니다. 비중이 $0.3$이므로 밀도는 $0.3 \times 1000 = 300 \text{ kg/m}^3$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $$ \nu = \frac{\mu}{\rho} $$
    ② [숫자 대입] $$ \nu = \frac{0.3}{0.3 \times 1000} $$
    ③ [최종 결과] $$ \nu = 0.001 $$
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49. 비압축성, 비점성 유체가 그림과 같이 반지름 a인 구(sphere) 주위를 일정하게 흐른다. 유동해석에 의해 유선 A－B상에서의 유체속도(V)가 다음과 같이 주어질 때 유체입자가 이유선 A－B를 따라 흐를 때의 x방향 가속도(ax)를 구하면? (단, V0는 구로부터 먼 상류의 속도이다.)

(정답률: 30%)
  • 정상 상태의 유동이며 $x$ 방향의 속도 성분만 존재하므로, $x$ 방향 가속도는 대류 가속도 공식 $a_x = u \frac{\partial u}{\partial x}$를 통해 구할 수 있습니다.
    주어진 속도 식 $V = V_0 (1 + \frac{a^3}{x^3})$를 $x$에 대해 미분하고 원래의 속도 식을 곱하여 정리하면 결과가 도출됩니다.
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50. 다음 경계층에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 경계층은 물체가 유체유동에서 받는 마찰저항에 관계한다.
  2. 경계층은 얇은 층이지만 매우 큰 속도구배가 나타나는 곳이다.
  3. 경계층은 오일러 방정식으로 취급할 수 있다.
  4. 일반적으로 평판 위의 경계층 두께는 평판으로부터 상류속도의 99% 속도가 나타나는 곳까지의 수직거리로 한다.
(정답률: 31%)
  • 경계층은 점성의 영향이 지배적인 영역으로, 점성을 무시하는 오일러 방정식이 아니라 점성을 고려한 나비에-스톡스 방정식으로 해석해야 합니다.
    오답 노트
    경계층은 오일러 방정식으로 취급할 수 있다: 점성을 무시하는 오일러 방정식은 경계층 외부의 비점성 유동에만 적용 가능함
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51. 피토관으로 가스의 유속을 측정하였는데 정체압과 정압의 차이가 100Pa이었다. 가스의 밀도가 1kg/m3이라면 가스의 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 0.45m/s
  2. 0.9m/s
  3. 10m/s
  4. 14m/s
(정답률: 43%)
  • 피토관에서 정체압과 정압의 차이는 동압과 같으며, 베르누이 방정식에 의해 유속을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $$\Delta P = \frac{1}{2} \rho v^{2}$$
    ② [숫자 대입] $$100 = \frac{1}{2} \times 1 \times v^{2}$$
    ③ [최종 결과] $$v = \sqrt{200} = 14.14 \text{ m}/\text{s}$$
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52. 지름이 5cm인 원형관에 비중이 0.7인 오일이 3m/s의 속도로 흐를 때, 체적유량(Q)과 질량유량(m)은 각각 얼마인가?

  1. Q＝0.59m3/s, m＝41.2kg/s
  2. Q＝0.0059m3/s, m＝41.2kg/s
  3. Q＝0.0059m3/s, m＝4.12kg/s
  4. Q＝0.59m3/s, m＝4.12kg/s
(정답률: 51%)
  • 원형관의 단면적과 유속을 곱해 체적유량을 구하고, 여기에 유체의 밀도를 곱해 질량유량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$Q = A \times v = \frac{\pi d^{2}}{4} \times v, \quad \dot{m} = \rho Q = (S \times \rho_{w}) Q$$
    ② [숫자 대입] $$Q = \frac{\pi \times 0.05^{2}}{4} \times 3, \quad \dot{m} = (0.7 \times 1000) \times 0.00589$$
    ③ [최종 결과] $$Q = 0.0059 \text{ m}^{3}/\text{s}, \quad \dot{m} = 4.12 \text{ kg}/\text{s}$$
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53. 그림과 같은 밀폐된 탱크 용기에 압축공기와 물이 담겨있다. 비중 13.6인 수은을 사용한 마노미터가 대기 중에 노출되어 있으며 대기압이 100kPa이고, 압축공기의 절대압력이 114kPa 이라면 수은의 높이 h는 약 몇 cm인가?

  1. 20
  2. 30
  3. 40
  4. 50
(정답률: 38%)
  • 마노미터의 압력 평형 원리를 이용하여, 탱크 내부의 절대압력과 수두 차이에 의한 압력의 합이 대기압과 같음을 이용해 수은의 높이를 구합니다.
    ① [기본 공식] $$P_{air} + \rho_{w} g h_{w} - \rho_{Hg} g h = P_{atm}$$
    ② [숫자 대입] $$114 \times 10^{3} + 1000 \times 9.81 \times 4 - 13.6 \times 1000 \times 9.81 \times h = 100 \times 10^{3}$$
    ③ [최종 결과] $$h = 0.4 \text{ m} = 40 \text{ cm}$$
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54. 밀도 890kg/m3, 점성계수 2.3kg/(m·s)인 오일이 지름 40cm, 길이 100m인 수평 원관내를 평균속도 0.5m/s로 흐른다. 입구의 영향을 무시하고 압력강하를 이길 수 있는 펌프 소요동력은 약 몇 kW인가?

  1. 0.58
  2. 1.45
  3. 2.90
  4. 3.63
(정답률: 29%)
  • 레이놀즈 수를 통해 층류 여부를 확인하고, 하겐-포아죄유 식을 이용하여 압력강하와 펌프 동력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$P = \Delta p \times Q = (\frac{64\mu LV}{d^2}) \times (\frac{\pi d^2 V}{4}) = \frac{16\mu LV\pi V}{4} = 4\pi\mu LV^2$$
    ② [숫자 대입] $$P = 4 \times \pi \times 2.3 \times 100 \times 0.5^2$$
    ③ [최종 결과] $$P = 1.45$$ kW
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55. 다음 중 수력 기울기선(Hydraulic Grade Line)이란?

  1. 위치수두, 압력수두 및 속도수두의 합을 연결한 선
  2. 위치수두와 속도수두의 합을 연결한 선
  3. 압력수두와 속도수두의 합을 연결한 선
  4. 압력수두와 위치수두의 합을 연결한 선
(정답률: 48%)
  • 수력 기울기선(HGL)은 에너지선(EGL)에서 속도수두를 제외한, 즉 압력수두와 위치수두의 합을 연결한 선을 의미합니다.
    오답 노트
    - 위치수두, 압력수두 및 속도수두의 합: 에너지선(EGL)에 해당함
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56. 항구의 모형을 400：1로 축소 제작하려고 한다. 조수 간만의 주기가 12시간이면 모형항구의 조수 간만의 주기는 몇 시간이 되어야 하는가?

  1. 0.05
  2. 0.1
  3. 0.4
  4. 0.6
(정답률: 40%)
  • 상사법칙에 따라 시간 축적비는 길이 축적비의 제곱근에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $$T_{ratio} = \sqrt{L_{ratio}}$$
    ② [숫자 대입] $$T_{ratio} = \sqrt{\frac{1}{400}} = \frac{1}{20}$$
    ③ [최종 결과] $$T = 12 \times \frac{1}{20} = 0.6$$ 시간
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57. 그림과 같이 속도 V인 유체가 곡면에 부딪혀 θ에 각도로 유동방향이 바뀌어 같은 속도로 분출된다. 이때 유체가 곡면에 가하는 힘의 크기를 θ에 대함 함수로 옳게 나타낸 것은? (단, 유동단면적은 일정하고, θ 의 각도는 0°≤θ≤180°이내에 있다고 가정한다. 또한 Q는 유량, ρ는 유체밀도이다.)

(정답률: 30%)
  • 유체가 곡면에서 방향을 바꿀 때 발생하는 힘은 운동량 변화량과 같습니다. x축 방향의 힘 $F_x = \rho QV(1 - \cos\theta)$와 y축 방향의 힘 $F_y = \rho QV\sin\theta$의 벡터 합을 구하면 다음과 같습니다.
    $$F = \sqrt{F_x^2 + F_y^2} = \rho QV\sqrt{2(1 - \cos\theta)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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58. 그림과 같이 직각으로 된 유리관을 수면으로부터 3cm 아래에 놓았을 때 수면으로부터 올라온 물의 높이가 10cm이다. 이곳에서 흐르는 물의 평균 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 0.72
  2. 1.40
  3. 1.59
  4. 2.52
(정답률: 43%)
  • 토리첼리의 정리를 이용하여 수면으로부터 올라온 물의 높이에 따른 유속을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$V = \sqrt{2gh}$$
    ② [숫자 대입] $$V = \sqrt{2 \times 9.81 \times 0.1}$$
    ③ [최종 결과] $$V = 1.40$$ m/s
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59. 원통 좌표계(r, θ, z)에서 무차원 속도 포텐셜이 ø=2r일 때, r＝2에서의 반지름 방향(r방향) 속도 성분의 크기는?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 2
  4. 4
(정답률: 39%)
  • 속도 포텐셜 $\phi$가 주어졌을 때, 반지름 방향의 속도 성분 $v_{r}$은 $\phi$를 $r$에 대해 편미분하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $$v_{r} = \frac{\partial \phi}{\partial r}$$
    ② [숫자 대입] $$v_{r} = \frac{\partial (2r)}{\partial r} = 2$$
    ③ [최종 결과] $$v_{r} = 2$$
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60. 다음 중 이상기체에 대한 음속(acoustic velocity)의 식으로 거리가 먼 것은? (단, ρ는 밀도, P는 력, k는 비열비, R은 기체상수, T는 절대온도, s는 엔트로피이다.)

(정답률: 46%)
  • 이상기체의 음속 $a$는 밀도 $\rho$, 압력 $P$, 비열비 $k$ 또는 기체상수 $R$과 절대온도 $T$의 관계로 정의됩니다. 정답인 $\sqrt{\frac{PT}{\rho}}$는 음속의 물리적 정의와 맞지 않는 잘못된 식입니다.
    옳은 식: $\sqrt{\frac{kP}{\rho}}$ 또는 $\sqrt{kRT}$ 또는 $\sqrt{\frac{\gamma P}{\rho}}$
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 펌프에서 캐비테이션을 방지하기 위한 방법으로 거리가 먼 것은?

  1. 펌프의 설치 높이를 될 수 있는대로 낮추어 흡입양정을 짧게 한다.
  2. 펌프의 회전수를 낮추어 흡입 비속도를 적게한다.
  3. 양흡입펌프보다는 단흡입펌프를 사용한다.
  4. 흡입관의 지름을 크게 하고 밸브, 플랜지 등의 부속품 수를 최대한 줄인다.
(정답률: 71%)
  • 캐비테이션을 방지하려면 흡입 손실을 줄여야 하므로, 단흡입 펌프보다 흡입 능력이 더 좋은 양흡입 펌프를 사용하는 것이 유리합니다.
    오답 노트
    펌프 설치 높이 낮춤: 흡입 양정을 줄여 압력 저하 방지
    회전수 낮춤: 흡입 비속도를 줄여 공동현상 억제
    흡입관 지름 확대: 마찰 손실을 줄여 압력 유지
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62. 유체 커플링에 대한 일반적인 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 시동 시 원동기의 부하를 경감시킬 수 있다.
  2. 부하측에서 되돌아오는 진동을 흡수하여 원활하게 운전할 수 있다.
  3. 원동기측에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
  4. 출력축 회전수를 회전수보다 초과하여 올릴 수 있다.
(정답률: 75%)
  • 유체 커플링은 유체를 통해 동력을 전달하므로 충격 흡수와 부하 경감에는 효과적이지만, 출력축의 회전수가 입력축의 회전수를 초과하여 올리는 증속 기능은 없습니다.
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63. 다음 중 왕복 펌프의 양수량 Q[m3/min]를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 실린더 지름을 D[m], 행정을 L[m], 크랭크 회전수를 n[rpm], 체적효율을 ηv, 크랭크 각속도를 ω[s-1]라 한다.)

(정답률: 57%)
  • 왕복 펌프의 양수량은 실린더의 단면적에 행정과 회전수를 곱하고 체적 효율을 적용하여 구합니다.
    정답은 $$Q = \eta_{v} \frac{\pi}{4} D^{2} L n$$ 형태인 입니다.
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64. 용적형과 비교해서 터보형 압축기의 일반적인 특징으로 거리가 먼 것은?

  1. 작동 유체의 맥동이 적다.
  2. 고압 저속 회전에 적합하다.
  3. 전동기나 증기 터빈과 같은 원동기와 직결이 가능하다.
  4. 소형으로 할 수 있어서 설치면적이 작아도 된다.
(정답률: 61%)
  • 터보형 압축기는 고속 회전을 통해 원심력으로 공기를 압축하는 방식으로, 대용량 처리에 적합하며 저압 고속 회전에 최적화되어 있습니다.
    오답 노트
    고압 저속 회전에 적합하다: 터보형은 저압 고속 회전에 적합한 특성을 가집니다.
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65. 프란시스 수차의 형식 중 그림과 같은 구조를 가진 형식은?

  1. 횡축 단륜 단류 원심형 수차
  2. 횡축 이륜 단류 원심형 수차
  3. 입축 단륜 단류 원심형 수차
  4. 횡축 단륜 복류 원심형 수차
(정답률: 58%)
  • 제시된 이미지는 축이 가로로 놓인 횡축 구조이며, 하나의 러너를 가진 단륜, 물이 들어오고 나가는 흐름이 복합적인 복류 원심형 수차의 특징을 보여줍니다. 따라서 횡축 단륜 복류 원심형 수차입니다.
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66. 다음 중 펌프의 비속도(specific speed)를 나타낸 것은? (단, Q는 유량, H는 양정, N는 회전수이다.)

(정답률: 67%)
  • 펌프의 비속도(Specific Speed)는 펌프의 형상을 결정하는 지표로, 회전수 $N$, 유량 $Q$, 양정 $H$의 관계식으로 정의됩니다.
    정답은 $$\frac{N Q^{1/2}}{H^{3/4}}$$ 형태인 입니다.
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67. 유효낙차 40m, 유량 50m3/s 하천을 이용하여 정미 출력 1.5×104kW를 발생하는 수차의 효율은 약 몇 %인가?

  1. 67.2%
  2. 72.1%
  3. 76.5%
  4. 81.4%
(정답률: 62%)
  • 수차의 효율은 이론적 동력에 대한 실제 정미 출력의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$L_{th} = \gamma Q H$$, $$\eta = \frac{L}{L_{th}}$$
    ② [숫자 대입] $$L_{th} = 9.8 \times 50 \times 40 = 19600\text{ kW}$$, $$\eta = \frac{1.5 \times 10^{4}}{1.96 \times 10^{4}}$$
    ③ [최종 결과] $$\eta = 0.765 \text{ (76.5\%)}$$
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68. 반동수차의 회전차에서 나온 물의 속도 수두와 방수면 사이의 낙차를 유효하게 이용하기 위하여 설치하는 것은?

  1. 흡출관
  2. 안내깃
  3. 니들밸브
  4. 제트브레이크
(정답률: 52%)
  • 반동수차에서 회전차를 통과한 물이 가진 속도 수두와 위치 수두를 최대한 유효한 에너지로 회수하여 효율을 높이기 위해 설치하는 장치가 흡출관입니다.
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69. 다음 중 진공펌프의 종류가 아닌 것은?

  1. 너쉬 진공펌프
  2. 유회전 진공펌프
  3. 확산 펌프
  4. 벌류트 진공펌프
(정답률: 35%)
  • 진공펌프는 도달 진공도에 따라 저진공펌프(너쉬, 유회전, 루츠, 나사식)와 고진공펌프(오일확산, 터보분자, 크라이오펌프)로 분류됩니다. 벌류트 진공펌프는 진공펌프의 종류에 해당하지 않습니다.
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70. 유체기계의 에너지 교환 방식은 크게 유체로부터 에너지를 받아 동력을 생산하는 방식과 외부로부터 에너지를 받아서 유체를 운송하거나 압력을 발생하는 등의 방식으로 나눌 수 있다. 다음 유체기계 중 에너지 교환 방식이 나머지 셋과 다른 하나는?

  1. 펠톤 수차
  2. 확산 펌프
  3. 축류 송풍기
  4. 원심 압축기
(정답률: 63%)
  • 에너지 교환 방식에 따라 유체로부터 에너지를 받아 동력을 생산하는 '수차'와, 외부 동력을 받아 유체에 에너지를 주는 '펌프, 송풍기, 압축기'로 나뉩니다. 펠톤 수차는 유체의 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계이므로 나머지 셋과 방식이 다릅니다.
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71. 다음 중 실린더에 배압이 걸리므로 끌어당기는 힘이 작용해도 자주할 염려가 없어서 밀링이나 보링머신 등에 사용하는 회로는?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 어큐물레이터 회로
  4. 싱크로나이즈 회로
(정답률: 48%)
  • 미터 아웃 회로는 액추에이터의 출구 쪽에 유량 조절 밸브를 설치하여 복귀측 유량을 제어하는 방식입니다. 이 방식은 실린더 내부에 배압이 형성되므로, 끌어당기는 하중이 작용하더라도 갑자기 튀어나가는 자주 현상이 없어 밀링이나 보링머신 등에 적합합니다.
    오답 노트
    미터 인 회로: 유입구 유량을 제어하여 부하 저항이 클 때 안정적 속도 유지
    어큐물레이터 회로: 에너지 저장 및 급속, 비상 작동 목적
    싱크로나이즈 회로: 여러 실린더의 이동 거리와 타이밍을 동일하게 제어
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72. 피스톤 면적비를 이용하여 큰 압력을 얻을 수 있는 유압기기의 특성은 다음 중 어떠한 원리와 관계가 있는가?

  1. 베르누이 정리
  2. 파스칼의 원리
  3. 연속의 법칙
  4. 샤를의 법칙
(정답률: 76%)
  • 밀폐된 용기 내의 액체에 가해진 압력은 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 파스칼의 원리를 이용하면, 피스톤의 면적비를 통해 작은 힘으로 큰 압력을 얻을 수 있습니다.
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73. 실린더 입구 분기 회로에 유량 제어 밸브를 설치하여 실린더 입구측의 불필요한 압유를 배출시켜 작동효율을 증진시키는 회로는?

  1. 미터－인 회로
  2. 미터－아웃 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 43%)
  • 블리드 오프 회로는 실린더 입구 분기 회로에서 불필요한 압유를 배출시켜 작동 효율을 높이는 방식입니다.
    오답 노트
    미터-인 회로: 액추에이터 입구측에서 유량을 교축하여 속도 조절
    미터-아웃 회로: 액추에이터 출구측에서 유량을 교축하여 속도 조절
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74. 다음 중 유압기기에서 유량제어 밸브에 속하는 것은?

  1. 릴리프 밸브
  2. 체크 밸브
  3. 감압 밸브
  4. 스로틀 밸브
(정답률: 56%)
  • 스로틀 밸브는 유로를 좁혀 유량을 조절하는 대표적인 유량제어 밸브입니다.
    오답 노트
    릴리프 밸브, 감압 밸브: 압력제어 밸브
    체크 밸브: 방향제어 밸브
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75. 유압장치에서 펌프의 무부하 운전 시 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 펌프의 수명 연장
  2. 유온 상승 방지
  3. 유압유 노화 촉진
  4. 유압장치의 가열 방지
(정답률: 72%)
  • 펌프의 무부하 운전은 에너지를 소모하지 않는 상태이므로 유온 상승을 방지하고 유압유의 노화를 늦추는 효과가 있습니다. 따라서 유압유 노화 촉진은 옳지 않은 설명입니다.
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76. 유압회로에서 정규 조작방법에 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단으로 정의되는 에너지 제어·조작방식 일반에 관한 용어는?

  1. 직접 파일럿 조작
  2. 솔레노이드 조작
  3. 간접 파일럿 조작
  4. 오버라이드 조작
(정답률: 52%)
  • 정규 조작방법보다 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단을 오버라이드 조작이라고 합니다.
    오답 노트
    직접/간접 파일럿 조작: 작은 조작력으로 큰 밸브를 제어하는 방식
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77. 유압모터 한 회전당 배출유량이 50cc인 베인 모터가 있다. 이 모터에 압력 7MPa의 압유를 공급할 때 발생되는 최대 토크는 몇 N·m인가?

  1. 55.7
  2. 557
  3. 35
  4. 350
(정답률: 30%)
  • 유압모터의 최대 토크는 압력과 회전당 배출유량의 곱을 $2\pi$로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $$T = \frac{P \times q}{2\pi}$$
    ② [숫자 대입] $$T = \frac{7 \times 10^{6} \times 50 \times 10^{-6}}{2\pi}$$
    ③ [최종 결과] $$T = 55.7$$
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78. 실린더를 임의의 위치에서 고정시킬 수 있고, 펌프를 무부하 운전시킬 수 있는 탠덤 센터형 방향전환 밸브는?

(정답률: 57%)
  • 탠덤 센터형 밸브는 중립 위치에서 P포트와 T포트가 서로 연결되어 펌프를 무부하 운전시킬 수 있으며, A포트와 B포트는 차단되어 실린더를 임의의 위치에 고정할 수 있는 구조입니다. 정답은 입니다.
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79. 작동유가 가지고 있는 에너지를 잠시 저축 하였다가 이것을 이용하여 완충 작용도 할 수 있는 부품은?

  1. 제어밸브
  2. 유체 커플링
  3. 스테이터
  4. 축압기
(정답률: 74%)
  • 축압기(어큐물레이터)는 유압 시스템 내에서 작동유를 일시적으로 저장하여 에너지를 축적하고, 충격 흡수 및 완충 작용을 수행하는 장치입니다.
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80. 다음 중 베인펌프의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 기어펌프나 피스톤 펌프에 비하여 토출압력의 맥동이 거의 없다.
  2. 상대적으로 작은 크기로 큰 동력을 낼 수 있다.
  3. 고장이 적으나 소음이 크다.
  4. 부품의 수가 많아 보수 유지에 주의할 필요가 있다.
(정답률: 48%)
  • 베인펌프는 송출압력의 맥동이 적고 소음이 적으며, 고장이 적고 보수가 용이한 것이 특징입니다. 따라서 고장이 적으나 소음이 크다는 설명은 틀린 내용입니다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 다음 중 모터 그레이더에서 앞바퀴를 좌우로 경사시켜 회전 반지름을 작게 하기 위해 설치하는 것은?

  1. 리이닝 장치
  2. 브레이크 장치
  3. 감속 장치
  4. 클러치
(정답률: 77%)
  • 모터 그레이더는 앞바퀴를 좌우로 경사시키는 리이닝 장치를 통해 조향하며, 이를 통해 회전 반지름을 작게 만들어 기동성을 높입니다.
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82. 공기 압축기에서 압축 공기의 수분을 제거하여 공기 압축기의 부식을 방지하는 역할을 하는 장치는 무엇인가?

  1. 공기 압력 조절기
  2. 공기 청정기
  3. 인터 쿨러
  4. 드라이어
(정답률: 70%)
  • 공기를 압축하면 수분이 응축되어 내부에 물이 고일 수 있는데, 드라이어(건조기)는 이 수분을 제거하여 공기 압축기의 부식을 방지하는 역할을 합니다.
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83. 다음 중 벨트 컨베이어의 운반 능력 계산에서 고려할 필요가 없는 것은?

  1. 벨트의 폭
  2. 벨트 속도
  3. 벨트의 거리
  4. 운반물의 적재 단면적
(정답률: 52%)
  • 벨트 컨베이어의 운반 능력은 벨트의 폭, 속도, 적재 단면적 등에 의해 결정되며, 운반 거리와는 무관하게 일정하게 운반되므로 계산 시 고려할 필요가 없습니다.
    오답 노트
    벨트의 폭, 벨트 속도, 운반물의 적재 단면적: 운반 능력 결정 공식 $W = 60AVE$ (A: 단면적, V: 속도, E: 효율)에 포함되는 핵심 요소입니다.
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84. 다음 중 수동변속기가 장착된 덤프트럭(dump truck)의 동력전달계통이 아닌 것은?

  1. 클러치
  2. 트랜스미션
  3. 분할 장치
  4. 차동기어 장치
(정답률: 60%)
  • 수동변속기 덤프트럭의 동력전달 경로는 엔진 $\rightarrow$ 클러치 $\rightarrow$ 변속기(트랜스미션) $\rightarrow$ 추진축 $\rightarrow$ 차동장치 $\rightarrow$ 차축 $\rightarrow$ 종감속기 $\rightarrow$ 구동륜 순으로 이루어지며, 분할 장치는 이 계통에 포함되지 않습니다.
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85. 다음 로더의 치수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 덤프 높이는 기준 무부하 상태에서 버킷을 최고 올림 상태로 하여 45°앞으로 기울인 경우 지면에서 버킷 투스까지의 높이로 한다.
  2. 덤프 거리는 기준 무부하 상태에서 버킷을 최고 올림상태로 하여 45°앞으로 기울인 경우 버킷의 선단과 차체의 앞부분에서 지표면과 수직으로 그은 선과의 수평거리로 한다.
  3. 덤프 거리 산정 시 버킷의 치수는 포함하지 않는다.
  4. 덤프높이 산정 시 슈판의 돌기를 포함한다.
(정답률: 54%)
  • 로더의 덤프높이를 산정할 때는 슈판의 돌기를 포함하지 않는 것이 원칙입니다.
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86. 금속의 기계가공시 절삭성이 우수한 강재가 요구되어 개발된 것으로서 S(황)을 첨가하거나 Pb(납)을 첨가한 강재는?

  1. 내식강
  2. 내열강
  3. 쾌삭강
  4. 불변강
(정답률: 73%)
  • 쾌삭강은 탄소강에 $S$(황), $Pb$(납), 흑연 등을 첨가하여 칩(Chip)이 잘 끊어지게 함으로써 절삭성을 높인 강재입니다.
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87. 다음 중 플랜트 기계설비에 사용되는 티타늄과 그 합금에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 가볍고 강하며 녹슬지 않는 금속이다.
  2. 티타늄 합금은 실용 금속 중 높은 수준의 기계적 성질과 금속학적 특성이 있다.
  3. 석유화학 공업, 합성섬유 공업, 유기약품 공업에서는 사용할 수 없다.
  4. 생체와의 친화성이 대단히 좋고, 알레르기도 거의 일어나지 않아 의치, 인공뼈 등에도 이용된다.
(정답률: 70%)
  • 티타늄은 내식성이 매우 뛰어나 석유화학 공업, 합성섬유 공업, 유기약품 공업 등 부식성 환경의 플랜트 설비에 널리 사용되는 대표적인 내식 재료입니다.
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88. 다음 보기는 불도저의 작업량에 영향을 주는 변수들이다. 이들 중 작업량에 비례하는 변수로 짝지어진 것은?

  1. ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ
  2. ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ
  3. ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓔ
  4. ⓐ, ⓑ, ⓔ
(정답률: 63%)
  • 불도저의 작업량은 한 번에 밀어낼 수 있는 흙의 양(블레이드 폭, 용량)과 작업 효율, 토량 환산계수가 클수록 증가합니다.
    오답 노트
    사이클 타임(1 순환 소요시간): 시간이 길어질수록 시간당 작업 횟수가 줄어들므로 작업량에 반비례합니다.
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89. 백호, 크램셸, 드래그 라인 등의 작업량 산정식으로 옳은 것은? (단, Q：시간당 작업량(m3/hr), q：버켓용량(m3), f：토량환산계수, E：작업효율, K：버켓계수, Cm：1회 사이클 시간(sec)이다.)

(정답률: 73%)
  • 백호, 크램셸, 드래그 라인 등 버켓을 사용하는 장비의 시간당 작업량 $Q$는 버켓 용량, 계수, 효율에 비례하고 사이클 시간에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $$Q = \frac{3600 \cdot q \cdot K \cdot f \cdot E}{C_m}$$
    ② [숫자 대입] 해당 공식 그대로 적용
    ③ [최종 결과]
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90. 콘 크러셔(cone crusher)의 규격을 나타내는 것은?

  1. 베드의 지름(mm)
  2. 드럼의 지름(mm)×드럼길이(mm)
  3. 베드의 두께(mm)
  4. 시간당 쇄석능력(ton/h)
(정답률: 29%)
  • 콘 크러셔의 규격은 베드의 지름(mm)으로 나타냅니다.
    오답 노트
    드럼의 지름(mm)×드럼길이(mm): 로드밀 크러셔의 규격
    시간당 쇄석능력(ton/h): 임팩트 크러셔의 규격
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91. 다음 중 신축이음의 종류가 아닌 것은?

  1. 슬리브형 신축이음
  2. 벨로즈형 신축이음
  3. 볼조인트형 신축이음
  4. 글로브형 신축이음
(정답률: 57%)
  • 신축이음은 배관의 열팽창 및 수축을 흡수하기 위한 장치로, 슬리브형, 벨로즈형, 볼조인트형, 루프형, 스위블형 등이 있습니다.
    오답 노트
    글로브형 신축이음: 글로브 밸브는 유량 조절용 밸브의 종류이며 신축이음의 종류가 아닙니다.
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92. 다음 중 배관이 접속하고 있을 때를 도시하는 기호는?

(정답률: 68%)
  • 배관이 서로 접속하고 있는 상태를 나타내는 도식 기호는 입니다.
    오답 노트
    , : 배관이 접속하지 않은 상태를 도시함
    : 용접식 캡을 도시함
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93. 다음 중 덕타일 주철관의 이음방법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 타이튼 조인트
  2. 메커니컬 조인트
  3. 압축 조인트
  4. KP 메커니컬 조인트
(정답률: 54%)
  • 덕타일 주철관(구상흑연주철관)의 대표적인 이음방법으로는 타이튼 조인트, 메커니컬 조인트, KP 메커니컬 조인트, 소켓 접합, 플랜지 접합 등이 있습니다.
    오답 노트
    압축 조인트: 덕타일 주철관의 표준 이음방법에 해당하지 않습니다.
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94. 다음 중 슬리브에 대한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 벽, 바닥, 보를 관통할 때는 콘크리트를 치고 난 뒤에 슬리브를 설치한다.
  2. 수조나 풀 등의 벽이나 바닥을 관통할 때 충분한 방수를 고려한 뒤 시공한다.
  3. 방수층이 있는 바닥을 관통할 때는 변소, 욕실 바닥 마무리 면보다 5mm 전후로 늘려 놓는다.
  4. 옥상을 관통할 때 파이프 샤프트의 크기만큼 옥상에 콘크리트 샤프트를 연장하여 옥외로 낸다.
(정답률: 63%)
  • 슬리브는 콘크리트의 건조수축으로 인해 배관이 파손되는 것을 방지하기 위해 설치하는 것입니다. 따라서 벽, 바닥, 보를 관통할 때는 콘크리트를 치기 전에 미리 슬리브를 설치해야 합니다.
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95. 다음 중 급배수배관의 기능을 확인하는 배관시험방법으로 적절하지 않은 것은?

  1. 수압시험
  2. 기압시험
  3. 연기시험
  4. 진공시험
(정답률: 55%)
  • 급배수 배관의 기능 확인을 위한 시험 방법으로는 수압시험, 기압시험, 만수시험, 연기시험, 통수시험 등이 사용됩니다.
    오답 노트
    진공시험: 주로 냉난방 배관시험에서 사용되는 방법입니다.
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96. 각종 수용액과 유기화합물의 내식성이 우수하며 열 및 전기전도성이 높아 일상생활과 공업용으로 널리 사용되는 배관은?

  1. 합성수지관
  2. 탄소강관
  3. 주철관
  4. 동관
(정답률: 63%)
  • 동관은 내식성이 매우 우수하고 열 및 전기 전도성이 높으며, 가공이 용이하고 전연성이 풍부한 것이 특징입니다.
    오답 노트
    합성수지관: 가볍고 부식에 강해 상수도 및 배수용으로 사용
    탄소강관: 내압성과 강도가 우수하여 고압 배관이나 구조용으로 사용
    주철관: 내마모성과 내식성이 뛰어나 하수도나 지하 배관에 적합
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97. 배관의 종류 중 배관용 탄소강관의 KS 규격 기호는?

  1. SPA
  2. STS
  3. SPP
  4. STH
(정답률: 71%)
  • 배관용 탄소강관의 KS 규격 기호는 SPP입니다.
    오답 노트
    SPA: 배관용 합금강관
    STS: 배관용 스테인리스 강관
    STH: 보일러 열교환기용 탄소강 강관
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98. 다음 배관용 공구에서 측정용 공구가 아닌 것은?

  1. 리머
  2. 직각자
  3. 수준기
  4. 버니어캘리퍼스
(정답률: 75%)
  • 리머는 구멍의 내면을 정밀하게 다듬는 가공 공구입니다.
    오답 노트
    직각자, 수준기, 버니어캘리퍼스는 모두 치수나 수평, 각도를 확인하는 측정용 공구입니다.
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99. 레스트레인트는 열팽창에 의한 배관의 이동을 구속 또는 제한하는 배관지지 장치이다. 레스트레인트의 종류로 옳은 것은?

  1. 앵커, 스토퍼
  2. 방진기, 완충기
  3. 파이프 슈, 리지드 서포트
  4. 스프링행거, 콘스탄트행거
(정답률: 55%)
  • 레스트레인트는 열팽창으로 인한 배관의 이동을 구속하거나 제한하는 장치로, 대표적인 종류에는 앵커, 스토퍼, 가이드가 있습니다.
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100. 지상 20m의 높이에 지름이 4m, 높이 5m인 물 탱크에 물이 가득 채워져 있을 때 물이 가지고 있는 위치에너지는 몇 kJ인가? (단, 물의 밀도는 1000kg/m3, 중력가속도는 9.81m/s2로 한다.)

  1. 10107
  2. 12327
  3. 16907
  4. 20021
(정답률: 61%)
  • 물탱크 내 물의 질량 중심 높이를 기준으로 위치에너지를 계산합니다. 탱크 바닥 높이 $20\text{m}$에 물 높이의 절반인 $2.5\text{m}$를 더한 $22.5\text{m}$를 기준 높이로 설정합니다.
    ① [기본 공식] $$E = \rho V g h$$
    ② [숫자 대입] $$E = 1000 \times (\pi \times 2^{2} \times 5) \times 9.81 \times 22.5$$
    ③ [최종 결과] $$E = 12327\text{ kJ}$$
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