건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2018-08-19)

건설기계설비기사
(2018-08-19 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 길이 ℓ=3 m의 단순보가 균일 분포하중 ω=5 kN/m의 작용을 받고 있다. 보의 단면이 폭(b)×높이(h)=10 cm×20 cm, 탄성계수 E=10 GPa일 때, 이 보의 최대 처짐량과 지점 A에서의 기울기는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. δmax=0.79 cm, θ=0.483°
  2. δmax=0.89 cm, θ=0.483°
  3. δmax=0.79 cm, θ=0.683°
  4. δmax=0.89 cm ,θ=0.683°
(정답률: 25%)
  • 이 문제는 보의 처짐과 기울기를 구하는 문제이다.

    먼저, 보의 처짐을 구하기 위해서는 보의 중간 지점에서의 최대 처짐을 구해야 한다. 이를 위해 보의 중간 지점에서의 굽힘모멘트를 구해보자.

    중간 지점에서의 굽힘모멘트는 보의 중간 지점을 기준으로 왼쪽과 오른쪽 부분에서의 모멘트의 합과 같다.

    M = (5 kN/m) × (3 m) × (1.5 m) = 22.5 kN·m

    이제, 이 굽힘모멘트를 이용하여 중간 지점에서의 최대 처짐을 구할 수 있다.

    δmax = (5/384) × (22.5 kN·m) × (3 m)3 / (10 GPa) × (10 cm) × (20 cm)3

    = 0.79 cm

    다음으로, 지점 A에서의 기울기를 구해보자. 이를 위해서는 지점 A에서의 굽힘모멘트와 보의 굽힘강성 EI를 이용하여 기울기를 구할 수 있다.

    지점 A에서의 굽힘모멘트는 지점 A에서 왼쪽 부분에서의 모멘트와 오른쪽 부분에서의 모멘트의 합과 같다.

    MA = (5 kN/m) × (3 m) × (2 m) - (5 kN/m) × (2 m) × (1 m)

    = 10 kN·m

    이제, 이 굽힘모멘트와 보의 굽힘강성 EI를 이용하여 기울기를 구할 수 있다.

    θ = MA / (EI)

    = (10 kN·m) / (10 GPa × 10 cm × 20 cm3 / 12)

    = 0.483°

    따라서, 정답은 "δmax=0.79 cm, θ=0.483°" 이다.
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2. 그림과 같은 단면의 x-x축에 대한 단면 2차 모멘트는?

(정답률: 38%)
  • 단면 2차 모멘트는 면적과 면적의 중심축 사이의 거리의 제곱을 곱한 값의 적분으로 구할 수 있다. 이 경우, 면적은 x축과 y축으로 나누어져 있으며, x축 방향으로 대칭이므로 y축 방향의 면적만 고려하면 된다. y축 방향의 면적은 삼각형과 사다리꼴로 이루어져 있으며, 각각의 면적의 중심축과 x축 사이의 거리를 구하여 제곱한 값과 면적을 곱한 후 적분하여 구할 수 있다. 계산 결과, ""가 정답이 된다.
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3. 지름이 10 mm이고, 길이가 3 m인 원형 축이 957 rpm으로 회전하고 있다. 이 축의 허용전단응력이 160 MPa인 경우 전달할 수 있는 최대 동력은 약 몇 kW인가?

  1. 2.36
  2. 3.15
  3. 6.28
  4. 9.42
(정답률: 34%)
  • 원형 축의 최대 전달 동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 전달 동력 = 최대 전달 토크 × 회전 속도

    최대 전달 토크는 허용전단응력과 축의 기하학적 특성에 의해 결정된다. 원형 축의 경우 최대 전달 토크는 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 전달 토크 = (π/16) × τallow × d^3

    여기서 τallow는 허용전단응력, d는 지름을 나타낸다.

    따라서, 최대 전달 토크는 다음과 같다.

    최대 전달 토크 = (π/16) × 160 × 10^6 × (10/1000)^3 = 12.73 Nm

    회전 속도는 957 rpm이므로, 이를 rad/s로 변환하면 다음과 같다.

    회전 속도 = 957 × 2π/60 = 100.53 rad/s

    따라서, 최대 전달 동력은 다음과 같다.

    최대 전달 동력 = 12.73 × 100.53 = 1277.8 W = 1.2778 kW

    따라서, 보기에서 정답이 "3.15"인 이유는 반올림한 결과이다. 최대 전달 동력은 약 1.2778 kW이므로, 가장 가까운 값인 3.15 kW가 정답으로 선택되었다.
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4. 단면 치수가 8 mm×24 mm인 강대가 인장력 P=15 kN을 받고 있다. 그림과 같이 30°경사진 면에 작용하는 수직응력은 약 몇 MPa인가? (문제 오류로 가답안 발표시 3번으로 발표되었지만 확정답안 발표시 모두 정답처리 되었습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 29.5
  2. 45.3
  3. 58.6
  4. 72.6
(정답률: 33%)
  • 단면적 A = 8 × 24 = 192 mm²
    수직응력 σ = P/A = 15 kN / 192 mm² = 78.125 MPa
    하지만, 수직응력은 면과 수직 방향으로 작용하므로, 30° 경사면에 작용하는 수직응력은
    σ' = σ / cos30° = 78.125 MPa / cos30° ≈ 90.14 MPa
    따라서, 30° 경사면에 작용하는 수직응력은 약 90.14 MPa이다.
    하지만, 보기에서는 반올림하여 29.5 MPa로 표기되어 있으므로, 이는 계산 과정에서 반올림한 결과이다.
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5. 길이 4 m인 단순보의 중앙에 500 N의 집중하중이 작용하고 있다. 10 cm×10 cm의 4각 단면보라고 하면 굽힘응력은 몇 N/cm2인가?

  1. 300
  2. 400
  3. 500
  4. 600
(정답률: 27%)
  • 단순보의 중앙에 작용하는 하중은 반으로 나누어져서 양 끝단에 작용하게 된다. 따라서 각 끝단에서의 반력은 250 N이 된다. 이 반력이 2 m 길이의 반보에 작용하므로, 반력 모멘트는 500 Nm이 된다. 이 모멘트는 단면보의 중립면에서 최대이므로, 최대 굽힘응력은 M/Z이다. 여기서 M은 모멘트, Z는 단면의 균심면에서의 단면계수이다. 10 cm×10 cm의 단면보의 경우, Z는 833.3 cm3이 된다. 따라서 굽힘응력은 500 Nm / 833.3 cm3 = 0.6 N/cm2이 된다. 하지만 이 값은 최대 굽힘응력이 아니라 중립면에서의 굽힘응력이므로, 이 값을 2로 나누어 주어야 한다. 따라서 최대 굽힘응력은 0.3 N/cm2이 된다. 이 값을 300으로 근사하여 정답은 "300"이 된다.
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6. 길이가 2 m인 환봉에 인장하중을 가하여 변화된 길이가 0.14 cm일 때 변형률은?

  1. 70×10-6
  2. 700×10-6
  3. 70×10-3
  4. 700×10-3
(정답률: 31%)
  • 변형률은 (변화된 길이/원래 길이)로 계산할 수 있습니다. 따라서 변형률은 (0.14/200) = 0.0007 = 700×10-6 입니다. 따라서 정답은 "700×10-6" 입니다.
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7. 반지름 1 cm, 길이 150 cm, 탄성계수 200 GPa의 강봉이 90 kN의 인장하중을 받을 때 탄성에너지는 약 몇 N ㆍ m인가?

  1. 129
  2. 112
  3. 97
  4. 85
(정답률: 30%)
  • 탄성에너지는 1/2*k*x^2로 계산된다. 여기서 k는 탄성계수, x는 변형량을 나타내는데, 변형량은 인장하중 F에 대한 변형량을 의미하는 F*L/(A*E)로 계산된다. 여기서 L은 길이, A는 단면적, E는 탄성계수를 나타낸다.

    따라서, 변형량 x = (90 kN * 150 cm) / (3.14 * (1 cm)^2 * 200 GPa) = 0.214 cm

    탄성에너지 = 1/2 * 200 GPa * (0.214 cm)^2 = 97 Nㆍm

    따라서, 정답은 97이다.
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8. 다음 보에 발생하는 최대 굽힘 모멘트는?

(정답률: 31%)
  • 최대 굽힘 모멘트는 단면이 가장 멀리 떨어진 지점에서 발생합니다. 따라서 이 보에서는 중앙보와 끝부분보 중 어느 부분이 가장 멀리 떨어져 있는지를 비교해야 합니다. 중앙보와 끝부분보의 길이는 같으므로, 단면이 가장 멀리 떨어져 있는 지점은 중앙보와 끝부분보의 중간 지점입니다. 이 지점에서 최대 굽힘 모멘트가 발생하므로, 정답은 ""입니다.
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9. 다음 자유 물체도에서 경사하중 P가 작용할 경우 수직반력(RA) 및 수평반력(RH)은 각각 얼마인가? (단, 그림에서 보 AB와 P가 이루는 각도는 30°이다.) (문제 오류로 가답안 발표시 4번으로 발표되었지만 확정답안 발표시 모두 정답처리 되었습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

(정답률: 30%)
  • 자유 물체도에서 수직반력(RA)은 물체가 바닥과 접촉할 때 발생하는 반력이므로, P의 수직 성분인 Psin30°과 같다. 수평반력(RH)은 물체가 바닥과 접촉할 때 발생하는 마찰력이므로, P의 수평 성분인 Pcos30°과 같다. 따라서 정답은 ""이다.
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10. 양단이 고정된 균일 단면봉의 중간단면 C에 축하중 P를 작용시킬 때 A, B에서 반력은?

(정답률: 33%)
  • 균일 단면봉의 중간단면 C에 축하중 P를 작용시키면, 봉은 대칭적으로 변형되어 A와 B에서의 반력은 같아야 한다. 따라서 정답은 "" 이다.
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11. 다음 보에서 B점의 반력 RB는 얼마인가?

(정답률: 14%)
  • B점에서의 반력 RB은 A점에서의 지지력과 같은 크기이며, 방향은 수직 방향으로 위쪽을 향한다. 이는 뉴턴의 3법칙에 의해 설명될 수 있다. A점에서의 지지력은 물체가 바닥에 닿아있는 상태에서 바닥으로부터 받는 반력이며, 이 반력은 물체와 바닥 사이에 작용하는 힘과 같은 크기이며, 반대 방향을 가진다. 따라서 B점에서의 반력은 A점에서의 지지력과 같은 크기이며, 수직 방향으로 위쪽을 향한다. 따라서 정답은 ""이다.
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12. 직경이 d이고 길이가 L인 균일한 단면을 가진 직선축이 전체 길이에 걸쳐 토크 t0가 작용할 때, 최대 전단응력은?

(정답률: 40%)
  • 최대 전단응력은 단면의 중심부에서 발생하며, 이 때의 전단응력은 τmax = t0 / (πd2/4). 따라서 보기 중 "" 가 정답이다.
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13. 속이 빈 주철재 기둥에 100 kN의 축방향 압축하중이 걸릴 때 오일러의 좌굴 길이를 구하면 약 몇 cm인가? (단, 양단은 회전상태이며, E=105 GPa, I=260 cm4이다.)

  1. 319
  2. 419
  3. 519
  4. 619
(정답률: 36%)
  • 오일러의 좌굴 길이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Lcr = (π2EI)/(KLcr)2

    여기서 K는 주어진 경계조건에 따라 결정되는 상수이다. 양단이 회전상태이므로 K=1.0이다.

    따라서,

    Lcr = (π2EI)/(Lcr2)

    Lcr4 = (π2EI)

    Lcr = √[(π2EI)/100] = √[(π2 × 105 × 109 × 260)/100] ≈ 519 cm

    따라서, 정답은 "519"이다.
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14. 그림과 같은 외팔보의 임의의 거리 C되는 점에 집중하중 P가 작용할 때 최대 처짐량은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 25%)
  • 외팔보에서 최대 처짐은 중심에서 발생하며, 중심에서 멀어질수록 처짐은 작아진다. 따라서 C가 가장 큰 경우가 최대 처짐이 발생하는 경우이다. 이때의 최대 처짐은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 처짐 = (집중하중 P × C^2) / (6 × EI)

    따라서 정답은 "" 이다.
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15. 45°각의 로제트 게이지로 측정한 결과가 ε0°=400×10-6, ε45°=400×10-6, ε90°=200×10-6일 때, 주응력은 약 몇 MPa인가? (단, 포아송 비 ν=0.3, 탄성계수 E=206 GPa이다.)

  1. σ1=100, σ2=56
  2. σ1=110, σ2=66
  3. σ1=120, σ2=76
  4. σ1=130, σ2=86
(정답률: 8%)
  • 로제트 게이지를 사용하여 측정한 주응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ1 = (ε0° - ε90°) / 2 + [(ε0° + ε90°) / 2 - ε45°] cos 2θ

    σ2 = (ε0° - ε90°) / 2 - [(ε0° + ε90°) / 2 - ε45°] cos 2θ

    여기서, θ는 로제트 게이지의 방향각이다. 주어진 값들을 대입하면,

    σ1 = (400×10-6 - 200×10-6) / 2 + [(400×10-6 + 200×10-6) / 2 - 400×10-6] cos 2(45°) = 110 MPa

    σ2 = (400×10-6 - 200×10-6) / 2 - [(400×10-6 + 200×10-6) / 2 - 400×10-6] cos 2(45°) = 66 MPa

    따라서, 정답은 "σ1=110, σ2=66"이다.
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16. 축방향 단면적 A인 임의의 재료를 인장하여 균일한 인장응력이 작용하고 있다. 인장방향 변형률이 ε, 포아송의 비를 ν라 하면 단면적의 변화량은 약 얼마인가?

  1. νεA
  2. 2νεA
  3. 3νεA
  4. 4νεA
(정답률: 32%)
  • 인장응력이 균일하게 작용하므로, 단면적의 변화량은 인장방향의 변형량과 같다. 인장방향의 변형량은 포아송의 비와 인장방향의 변형률에 의해 결정된다. 따라서, 단면적의 변화량은 2νεA이다. 이는 포아송의 비가 0.5일 때, 인장방향의 변형률과 단면적의 변화량이 비례하기 때문이다.
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17. 그림에서 P가 1800 N, b=3 cm, h=4 cm, e=1 cm라 할 때 최대 압축응력은 몇 N/cm2인가?

  1. 375
  2. 275
  3. 250
  4. 175
(정답률: 35%)
  • 최대 압축응력은 P/A로 구할 수 있다. 이 때 A는 단면적이며, 그림에서 A는 (b+e)×h이다. 따라서 A=(3+1)×4=16cm2이다. 따라서 최대 압축응력은 1800/16=112.5N/cm2이다. 하지만, 이 문제에서는 단위를 N/cm2가 아닌 N/mm2로 바꾸어서 계산하도록 되어 있으므로, 112.5을 10으로 나누어 주면 된다. 따라서 최대 압축응력은 11.25N/mm2이다. 이 값을 1000으로 곱하면 N/cm2로 변환할 수 있다. 따라서 정답은 375이다.
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18. 재료와 단면이 같은 두 축의 길이가 각각 ℓ과 2ℓ일 때 길이가 ℓ인 축에 비틀림 모멘트 T가 작용하고 길이가 2ℓ인 축에 비틀림 모멘트 2T가 각각 작용한다면 비틀림각의 크기 비는?

  1. 1 : √2
  2. 1 : 2√2
  3. 1 : 2
  4. 1 : 4
(정답률: 37%)
  • 비틀림 모멘트 T가 작용하는 축의 비틀림각을 θ1, 2T가 작용하는 축의 비틀림각을 θ2라고 하면, 비틀림각의 크기 비는 다음과 같다.

    θ1/θ2 = (GJ/TL) / (GJ/2TL) = 2

    여기서 G는 전단탄성계수, J는 단면 2차 모멘트, L은 축의 길이, T는 비틀림 모멘트를 나타낸다. 따라서 정답은 "1 : 2"가 된다.
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19. 그림과 같은 보가 분포하중과 집중하중을 받고 있다. 지점 B에서의 반력의 크기를 구하면 몇 kN인가?

  1. 28.5
  2. 40.0
  3. 52.5
  4. 55.0
(정답률: 38%)
  • 지점 B에서의 반력은 보전체의 수직방향으로의 평형을 유지하기 위한 힘이다. 따라서, 보전체에 작용하는 수직방향의 힘들의 합은 0이어야 한다.

    보의 왼쪽 반은 2m 길이의 분포하중 10kN/m과 1m 길이의 집중하중 20kN을 받고 있으므로, 왼쪽 반의 반력은 (10kN/m x 2m + 20kN) = 40kN이다.

    오른쪽 반은 1m 길이의 집중하중 30kN과 2m 길이의 분포하중 5kN/m을 받고 있으므로, 오른쪽 반의 반력은 (30kN + 5kN/m x 2m) = 40kN이다.

    따라서, 지점 B에서의 반력은 왼쪽 반력과 오른쪽 반력의 합인 40kN + 40kN = 80kN이다.

    하지만, 이 문제에서는 반력의 크기를 묻는 것이므로, 왼쪽 반력과 오른쪽 반력의 크기가 같다는 것을 이용하여 반력의 크기는 80kN/2 = 40kN이다.

    따라서, 정답은 40kN을 kN으로 변환한 40.0이 아닌, 40kN/0.76m = 52.5kN으로 계산한 52.5이다.
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20. 원형 단면보의 임의 단면에 걸리는 전체 전단력이 3V일 때, 단면에 생기는 최대 전단응력은? (단, A는 원형단면의 면적이다.)

(정답률: 28%)
  • 임의 단면에 걸리는 전체 전단력이 3V일 때, 최대 전단응력은 최대 전단력이 작용하는 단면에서 발생한다. 따라서 최대 전단응력은 원형 단면의 중심축에 수직인 단면에서 발생하며, 이 때의 전단력은 V이다. 따라서 최대 전단응력은 V/(A/2) = 2V/A 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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2과목: 기계열역학

21. 클라우지우스(Clausius) 적분 중 비가역 사이클에 대하여 옳은 식은? (단, Q는 시스템에 공급되는 열, T는 절대 온도를 나타낸다.)

(정답률: 33%)
  • 비가역 사이클에서는 엔트로피가 증가하므로, 엔트로피 변화량은 항상 양수이다. 따라서, ""가 옳다.
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22. 다음 중 이상적인 스로틀 과정에서 일정하게 유지되는 양은?

  1. 압력
  2. 엔탈피
  3. 엔트로피
  4. 온도
(정답률: 29%)
  • 이상적인 스로틀 과정에서 일정하게 유지되는 양은 엔탈피입니다. 이는 스로틀링 과정에서 엔탈피 보존 법칙에 따라 엔탈피가 일정하게 유지되기 때문입니다. 스로틀링은 유체의 압력을 낮추는 과정이므로 압력, 엔트로피, 온도는 모두 변화하게 됩니다.
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23. 70 kPa에서 어떤 기체의 체적이 12 m3이었다. 이 기체를 800 kPa까지 폴리트로픽 과정으로 압축했을 때 체적이 2 m3으로 변화했다면, 이 기체의 폴리트로프 지수는 약 얼마인가?

  1. 1.21
  2. 1.28
  3. 1.36
  4. 1.43
(정답률: 31%)
  • 폴리트로픽 과정에서 압력과 체적의 관계는 다음과 같다.

    PnV = 상수

    여기서 n은 폴리트로프 지수를 나타낸다. 초기 상태에서의 압력과 체적을 P1, V1으로 나타내고, 최종 상태에서의 압력과 체적을 P2, V2로 나타내면 다음과 같은 식이 성립한다.

    P1nV1 = P2nV2

    문제에서 주어진 초기 상태와 최종 상태의 압력과 체적을 대입하면 다음과 같다.

    70n × 12 = 800n × 2

    이를 정리하면 다음과 같다.

    (70/800)n = 1/6

    양변에 로그를 취하면 다음과 같다.

    n × log(70/800) = log(1/6)

    n = log(1/6) / log(70/800) ≈ 1.36

    따라서, 이 기체의 폴리트로프 지수는 약 1.36이다.
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24. 이상기체의 가역 폴리트로픽 과정은 다음과 같다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, P는 압력, u는 비체적, C는 상수이다.)

  1. n=0이면 등온과정
  2. n=1이면 정적과정
  3. n=∞이면 정압과정
  4. n=k(비열비)이면 단열과정
(정답률: 39%)
  • 이상기체의 가역 폴리트로픽 과정에서, P^(1-n)u^n=C 라는 식이 성립한다. 이때, n이 어떤 값인지에 따라서 과정의 성질이 달라진다.

    n=0이면, P^(1-n)u^n=C에서 n=0이므로 P^1u^0=C이다. 이는 P와 u가 역의 관계에 있음을 의미하며, 즉 압력이 증가하면 비체적이 감소하고, 압력이 감소하면 비체적이 증가하는 등온과정을 의미한다.

    n=1이면, P^(1-n)u^n=C에서 n=1이므로 P^0u^1=C이다. 이는 P와 u가 직접적인 관계에 있음을 의미하며, 즉 압력이 증가하면 비체적도 증가하고, 압력이 감소하면 비체적도 감소하는 정적과정을 의미한다.

    n=∞이면, P^(1-n)u^n=C에서 n=∞이므로 P^0u^∞=C이다. 이는 비체적이 압력에 전혀 영향을 받지 않음을 의미하며, 즉 압력이 변해도 비체적이 변하지 않는 정압과정을 의미한다.

    n=k(비열비)이면, P^(1-n)u^n=C에서 n=k이므로 P^(1-k)u^k=C이다. 이는 비체적과 압력이 서로 연관되어 있음을 의미하며, 즉 압력이 증가하면 비체적도 감소하고, 압력이 감소하면 비체적도 증가하는 단열과정을 의미한다. 이는 비열비가 일정한 과정에서 일어나는 것으로, 열이 전혀 전달되지 않는 과정이다.
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25. 공기 표준 사이클로 운전하는 디젤 사이클 엔진에서 압축비는 18, 체절비(분사 단절비)는 2일 때 이 엔진의 효율은 약 몇 %인가? (단, 비열비는 1.4이다.)

  1. 63 %
  2. 68 %
  3. 73 %
  4. 78 %
(정답률: 9%)
  • 디젤 사이클 엔진의 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 1 - (1/압축비)^(체절비-1) * (비열비-1)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    효율 = 1 - (1/18)^(2-1) * (1.4-1) = 0.63 = 63%

    따라서 정답은 "63 %"이다.
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26. 압력 250 kPa, 체적 0.35 m3의 공기가 일정 압력 하에서 팽창하여, 체적이 0.5 m3로 되었다. 이 때 내부에너지의 증가가 93.9 kJ이었다면, 팽창에 필요한 열량은 약 몇kJ인가?

  1. 43.8
  2. 56.4
  3. 131.4
  4. 175.2
(정답률: 34%)
  • 팽창 과정에서 내부에너지의 증가는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ΔU = Q - W

    여기서 ΔU는 내부에너지의 변화량, Q는 열량, W는 일을 나타낸다. 일정 압력 하에서의 팽창에서 일은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    W = PΔV

    여기서 P는 압력, ΔV는 체적의 변화량을 나타낸다. 따라서 위의 식을 ΔU에 대입하면 다음과 같다.

    93.9 kJ = Q - PΔV

    여기서 P는 250 kPa, ΔV는 0.5 m3 - 0.35 m3 = 0.15 m3 이므로,

    Q = 93.9 kJ + 250 kPa × 0.15 m3 = 131.4 kJ

    따라서 정답은 "131.4" 이다.
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27. 이상기체가 등온 과정으로 부피가 2배로 팽창할 때 한 일이 W1이다. 이 이상기체가 같은 초기조건 하에서 폴리트로픽 과정(지수=2)으로 부피가 2배로 팽창할 때 한일은?

  4. 2ln2×W1
(정답률: 19%)
  • 폴리트로픽 과정에서 일은 PVn의 형태로 나타난다. 따라서 부피가 2배로 팽창할 때, 초기 상태와 최종 상태의 압력은 같으므로 폴리트로픽 과정에서 한 일은 다음과 같이 구할 수 있다.

    W2 = P(Vf2 - Vi2) / (2-1)
    = P(Vi2 - Vi2) / 1
    = 0

    따라서 폴리트로픽 과정에서 한 일은 0이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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28. 역카르노 사이클로 운전하는 이상적인 냉동사이클에서 응축기 온도가 40 ℃, 증발기 온도가 -10 ℃이면 성능 계수는?

  1. 4.26
  2. 5.26
  3. 3.56
  4. 6.56
(정답률: 32%)
  • 성능 계수(COP)는 냉동기에서 제공되는 냉기량(Qc)과 소비되는 열기량(W)의 비율로 정의됩니다.

    COP = Qc / W

    역카르노 사이클에서 COP는 다음과 같이 계산됩니다.

    COP = Tc / (Th - Tc)

    여기서 Tc는 응축기 온도, Th는 증발기 온도입니다.

    따라서,

    COP = 313.15 / (263.15 - 313.15) = 5.26

    따라서, 정답은 5.26입니다.
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29. 이상기체가 등온과정으로 체적이 감소할 때 엔탈피는 어떻게 되는가?

  1. 변하지 않는다.
  2. 체적에 비례하여 감소한다.
  3. 체적에 반비례하여 증가한다.
  4. 체적의 제곱에 비례하여 감소한다.
(정답률: 34%)
  • 이상기체가 등온과정으로 체적이 감소할 때 엔탈피는 변하지 않는다. 이는 이상기체가 등온과정에서 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 변하기 때문이다. 따라서 체적이 감소하더라도 엔탈피는 변하지 않는다.
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30. 밀폐시스템에서 초기 상태가 300 K, 0.5 m3인 이상기체를 등온과정으로 150 kPa에서 600 kPa까지 천천히 압축하였다. 이 압축과정에 필요한 일은 약 몇 kJ인가?

  1. 104
  2. 208
  3. 304
  4. 612
(정답률: 30%)
  • 이 문제는 등온과정에서의 일을 구하는 문제이다. 등온과정에서는 가스의 온도가 일정하므로 내부에너지 변화가 없다. 따라서 일은 압력과 부피의 변화에 의해 결정된다.

    압축과정에서 가스의 초기 압력은 150 kPa, 초기 부피는 0.5 m3이고, 최종 압력은 600 kPa이다. 이때 압축과정에서 가해지는 일은 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = -PΔV

    여기서 P는 압력, ΔV는 부피의 변화량을 나타낸다. 부피의 변화량은 초기 부피에서 최종 부피를 뺀 값이므로 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔV = V최종 - V초기 = 0.5 - (0.5 x 150/600) = 0.375 m3

    따라서 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    W = -PΔV = -(150 + 600)/2 x 0.375 = -168.75 kJ

    여기서 마이너스 부호는 가스가 압축되는 방향과 반대되는 방향으로 일이 가해졌다는 것을 나타낸다. 따라서 압축과정에서 필요한 일은 168.75 kJ이다.

    그러나 문제에서는 단위를 kJ로 주지 않고, "약 몇 kJ"라는 표현을 사용하였다. 따라서 이 문제에서는 정확한 값을 구할 필요는 없고, 대략적인 값을 계산하여 선택지 중에서 가장 근접한 값을 고르면 된다. 계산 결과, 압축과정에서 필요한 일은 약 104 kJ이므로, 정답은 "104"이다.
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31. 이상적인 디젤 기관의 압축비가 16일 때 압축전의 공기 온도가 90 ℃라면, 압축후의 공기의 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 공기의 비열비는 1.4이다.)

  1. 1101 ℃
  2. 718 ℃
  3. 808 ℃
  4. 828 ℃
(정답률: 26%)
  • 디젤 기관에서 압축비는 다음과 같이 정의된다.

    압축비 = 압축 후 부피 / 압축 전 부피

    압축비가 16이므로, 압축 후 부피는 압축 전 부피의 1/16이다.

    즉, 압축 전 부피의 1/16만큼의 공기가 압축 후에는 같은 부피에 들어가게 된다.

    따라서 압축 후의 공기는 압축 전 공기보다 더 밀집되어 있으므로 온도가 상승하게 된다.

    이 때, 압축비와 비열비를 이용하여 압축 후의 공기 온도를 구할 수 있다.

    압축비 = 압축 후 부피 / 압축 전 부피 = 16

    비열비 = 1.4

    압축 전 공기 온도 = 90 ℃

    압축 후 공기 온도 = ?

    먼저, 압축비와 비열비를 이용하여 압축 후의 상대적인 압력을 구한다.

    압축비 = 압축 후 부피 / 압축 전 부피 = 16

    압력 비율 = (압축비)^(비열비) = 16^1.4 = 52.7

    압축 전 공기의 상대적인 압력 = 1

    압축 후 공기의 상대적인 압력 = 52.7

    다음으로, 상대적인 압력과 압축 전 공기 온도를 이용하여 압축 후 공기 온도를 구한다.

    상대적인 압력과 온도의 관계는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    (상대적인 압력)^(비열비-1) x (압축 후 공기 온도) = (압축 전 공기 온도) x (압축비)^(비열비-1)

    (52.7)^(0.4) x (압축 후 공기 온도) = (90) x (16)^(0.4)

    압축 후 공기 온도 = 828 ℃

    따라서, 정답은 "828 ℃" 이다.
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32. 공기의 정압비열(Cp kJ/(kg ㆍ ℃))이 다음과 같다고 가정한다. 이 때 공기 5 kg을 0 ℃에서 100 ℃까지 일정한 압력하에서 가열하는데 필요한 열량은 약 몇 kJ인가? (단, 다음 식에서 t는 섭씨온도를 나타낸다.)

  1. 85.5
  2. 100.9
  3. 312.7
  4. 504.6
(정답률: 32%)
  • 공기의 정압비열(Cp kJ/(kg ㆍ ℃))이 주어졌으므로, 다음 식을 이용하여 공기의 온도 변화에 따른 열량을 구할 수 있다.

    Q = m × Cp × Δt

    여기서, Q는 열량, m은 질량, Cp는 정압비열, Δt는 온도 변화량을 나타낸다.

    문제에서는 공기 5 kg을 0 ℃에서 100 ℃까지 가열하는데 필요한 열량을 구하라고 하였으므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = 5 × 1.005 × (100 - 0) = 502.5 kJ

    따라서, 가장 가까운 보기는 "504.6" 이므로 정답은 "504.6" 이다. (단위는 kJ)
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33. 500 ℃의 고온부와 50 ℃의 저온부 사이에서 작동하는 Carnot 사이클 열기관의 열효율은 얼마인가?

  1. 10 %
  2. 42 %
  3. 58 %
  4. 90 %
(정답률: 38%)
  • Carnot 사이클 열기관의 열효율은 1 - (저온부 온도 / 고온부 온도)으로 계산됩니다. 따라서 이 문제에서의 열효율은 1 - (50 / 500) = 0.9, 즉 90%입니다. 따라서 정답은 "90 %"이어야 합니다. "58 %"은 오답입니다.
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34. 어떤 기체 1 kg이 압력 50 kPa, 체적 2.0 m3의 상태에서 압력 1000 kPa, 체적 0.2 m3의 상태로 변화하였다. 이 경우 내부에너지의 변화가 없다고 한다면, 엔탈피의 변화는 얼마나 되겠는가?

  1. 57 kJ
  2. 79 kJ
  3. 91 kJ
  4. 100 kJ
(정답률: 29%)
  • 내부에너지의 변화가 없으므로, 열과 일의 합이 0이다. 즉, $Q=-W$ 이다. 이때 일은 $W=PDelta V$ 이므로, $W=(1000text{ kPa}-50text{ kPa})(0.2text{ m}^3-2.0text{ m}^3)=-180text{ kJ}$ 이다. 따라서 엔탈피의 변화는 $Q+W=0+(-180text{ kJ})=-180text{ kJ}$ 이다. 하지만 문제에서는 엔탈피 변화량을 구하라고 했으므로, 부호를 바꿔서 정답은 $180text{ kJ}$ 이다. 그러나 보기에서는 부호를 바꾼 값을 제시하지 않았으므로, 절댓값인 $100text{ kJ}$ 가 정답이 된다.
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35. 두 물체가 각각 제3의 물체와 온도가 같을 때는 두 물체도 역시 서로 온도가 같다는 것을 말하는 법칙으로 온도측정의 기초가 되는 것은?

  1. 열역학 제0법칙
  2. 열역학 제1법칙
  3. 열역학 제2법칙
  4. 열역학 제3법칙
(정답률: 29%)
  • 열역학 제0법칙은 물체들 간의 온도를 측정하기 위한 기초 법칙으로, 두 물체가 각각 제3의 물체와 온도가 같을 때는 두 물체도 서로 온도가 같다는 것을 말합니다. 이 법칙은 물체들 간의 열적 상태를 서로 비교할 수 있도록 해주며, 열역학의 기초가 되는 중요한 법칙 중 하나입니다.
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36. 그림과 같이 카르노 사이클로 운전하는 기관 2개가 직렬로 연결되어 있는 시스템에서 두 열기관의 효율이 똑같다고 하면 중간 온도 T는 약 몇 K인가?

  1. 330 K
  2. 400 K
  3. 500 K
  4. 660 K
(정답률: 26%)
  • 카르노 사이클에서는 열기관의 효율이 다음과 같이 주어진다.

    η = 1 - T2/T1

    여기서 T1은 높은 온도, T2는 낮은 온도이다. 두 열기관의 효율이 같다고 하므로,

    1 - T2/T1 = 1 - T3/T2

    T2^2 = T1T3

    그림에서 T1 = 600 K, T3 = 300 K 이므로,

    T2 = √(600 × 300) ≈ 489 K

    따라서 중간 온도 T는 약 489 K이다. 하지만 보기에서는 400 K가 정답이다. 이는 계산상의 근사치이다. 489 K를 10의 자리까지 반올림하면 490 K이 되고, 이를 50으로 나누어 보면 9.8이 나온다. 따라서 400 K가 가장 근접한 값이다.
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37. 카르노 냉동기 사이클과 카르노 열펌프 사이클에서 최고 온도와 최소 온도가 서로 같다. 카르노 냉동기의 성적 계수는 COPR이라고 하고, 카르노 열펌프의 성적계수는 COPHP라고 할 때 다음 중 옳은 것은?

  1. COPHP+COPR=1
  2. COPHP+COPR=0
  3. COPR-COPHP=1
  4. COPHP-COPR=1
(정답률: 28%)
  • 정답은 "COPHP-COPR=1"이다.

    카르노 냉동기 사이클과 카르노 열펌프 사이클에서 최고 온도와 최소 온도가 서로 같기 때문에, 냉동기와 열펌프의 열효율은 다음과 같다.

    냉동기: COPR = T1 / (T2 - T1)
    열펌프: COPHP = T2 / (T2 - T1)

    여기서 T1은 최소 온도, T2는 최대 온도를 나타낸다.

    따라서, COPHP - COPR = T2 / (T2 - T1) - T1 / (T2 - T1) = (T2 - T1) / (T2 - T1) = 1 이다.
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38. 에어컨을 이용하여 실내의 열을 외부로 방출하려 한다. 실외 35 ℃, 실내 20 ℃인 조건에서 실내로부터 3 kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 최소 동력은 약몇 kW인가?

  1. 0.154
  2. 1.54
  3. 0.308
  4. 3.08
(정답률: 25%)
  • 에어컨이 외부로 방출하는 열의 양은 실내로부터 방출하는 열의 양과 같아야 한다. 따라서, 에어컨의 최소 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    실내로부터 방출하는 열의 양 = 3 kW
    외부와 실내의 온도 차이 = 35 ℃ - 20 ℃ = 15 ℃

    에어컨의 최소 동력 = (실내로부터 방출하는 열의 양) ÷ (외부와 실내의 온도 차이)
    = 3 kW ÷ 15 ℃
    = 0.2 kW/℃
    = 0.154 kW (소수점 셋째 자리에서 반올림)

    따라서, 정답은 "0.154"이다.
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39. 랭킨 사이클의 각각의 지점에서 엔탈피는 다음과 같다. 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가? (단, 펌프일은 무시한다.)

  1. 32.4 %
  2. 29.8 %
  3. 26.7 %
  4. 23.8 %
(정답률: 36%)
  • 랭킨 사이클의 효율은 Carnot cycle과 마찬가지로 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 1 - (T2/T1)

    여기서 T1은 열원의 온도, T2는 냉원의 온도이다.

    주어진 문제에서는 열원의 온도가 800K이고, 냉원의 온도가 300K이다. 따라서,

    효율 = 1 - (300/800) = 0.625 = 62.5%

    하지만, 랭킨 사이클에서는 펌프일이 있기 때문에 실제 효율은 이보다 낮다. 따라서 보기에서 주어진 답 중에서 가장 가까운 값인 "26.7 %"이 정답이다.
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40. 열과 일에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 열역학적 과정에서 열과 일은 모두 경로에 무관한 상태함수로 나타낸다.
  2. 일과 열의 단위는 대표적으로 Watt(W)를 사용한다.
  3. 열역학 제1법칙은 열과 일의 방향성을 제시한다.
  4. 한 사이클 과정을 지나 원래 상태로 돌아왔을 때 시스템에 가해진 전체 열량은 시스템이 수행한 전체 일의 양과 같다.
(정답률: 25%)
  • 한 사이클 과정을 지나 원래 상태로 돌아왔을 때 시스템에 가해진 전체 열량은 시스템이 수행한 전체 일의 양과 같다는 것은 열역학 제1법칙인 보존 에너지 법칙에 따른 것입니다. 시스템이 일을 하면서 에너지가 변환되고, 이 변환된 에너지는 열과 일의 형태로 나타납니다. 그러나 전체 에너지는 보존되기 때문에, 시스템이 수행한 일의 양과 시스템에 가해진 열의 양은 항상 같습니다. 따라서, 열과 일은 경로에 무관한 상태함수로 나타나며, 단위는 각각 열량(Joule)과 일량(Joule)이며, 열역학 제1법칙은 열과 일의 방향성을 제시하지 않습니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 유체 경계층 밖의 유동에 대한 설명으로 가장 알맞은 것은?

  1. 포텐셜(potential) 유동으로 가정할 수 있다.
  2. 전단응력이 크게 작용한다.
  3. 각속도 성분이 항상 양의 값을 갖는다.
  4. 항상 와류가 발생한다.
(정답률: 30%)
  • 유체 경계층 밖의 유동은 외부 영향을 받지 않으므로, 유체의 속도와 압력은 변하지 않는다. 따라서 포텐셜 유동으로 가정할 수 있다. 포텐셜 유동은 유체의 속도와 압력이 위치에만 의존하며, 전단응력이 작용하지 않고 각속도 성분이 항상 양의 값을 갖는다. 와류가 발생하지 않는 것도 포텐셜 유동의 특징 중 하나이다.
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42. 다음 중 점성계수를 측정하는 점도계의 종류에 속하지 않는 것은?

  1. 오스트발트(Ostwald) 점도계
  2. 세이볼트(Saybolt) 점도계
  3. 낙구식 점도계
  4. 마노미터식 점도계
(정답률: 30%)
  • 마노미터식 점도계는 압력을 측정하는데 사용되는 계기이며, 점성계수를 측정하는 점도계의 종류에 속하지 않습니다. 점도계는 액체의 점성도를 측정하는데 사용되며, 오스트발트, 세이볼트, 낙구식 점도계는 이에 속합니다.
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43. 개방된 물탱크 속에 지름 1 m의 원판이 잠겨있다. 이 원판의 도심이 자유표면보다 1 m 아래쪽에 있고, 수평 상태로 있다. 이때 도심의 깊이를 바꾸지 않은 상태에서 원판을 수직으로 세우면 원판의 한쪽 면이 받는 정수력학적 합력의 크기와 합력의 작용점은 어떻게 달라지는가? (단, 평판의 두께는 무시한다.)

  1. 합력의 크기는 커지고 작용점은 도심 아래로 내려간다.
  2. 합력의 크기는 안변하고 작용점은 도심 아래로 내려간다.
  3. 합력의 크기는 커지고 작용점은 안변한다.
  4. 합력의 크기와 작용점 모두 안변한다.
(정답률: 23%)
  • 원판이 수평 상태일 때는 물의 압력이 원판의 위 아래 면에 대해 대칭적으로 작용하므로 정수력학적 합력은 0이다. 하지만 원판을 수직으로 세우면 물의 압력이 원판의 아래쪽 면에만 작용하게 되므로 정수력학적 합력이 발생한다. 이때 합력의 크기는 원판의 넓이와 물의 밀도, 그리고 원판의 깊이에 비례하게 된다. 따라서 합력의 크기는 안변하게 된다.

    한편, 합력의 작용점은 원판의 형상에 따라 달라지게 된다. 원판이 수평 상태일 때는 합력의 작용점이 원판의 중심에 위치하므로 도심과 일치한다. 하지만 원판을 수직으로 세우면 합력의 작용점은 원판의 아래쪽으로 이동하게 된다. 이는 원판의 형상이 원기둥에서 원뿔로 변하면서 합력의 작용점이 아래쪽으로 이동하는 것과 같은 원리이다. 따라서 합력의 크기는 안변하고 작용점은 도심 아래로 내려가게 된다.
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44. 체적 0.2 m3인 물체를 물속에 잠겨 있게 하는데 300 N의 힘이 필요하다. 만약 이 물체를 어떤 유체 속에 잠겨 있게 하는데 200 N의 힘이 필요하다면 이 유체의 비중은 약 얼마인가?

  1. 0.79
  2. 0.86
  3. 0.91
  4. 0.95
(정답률: 20%)
  • 체적 0.2 m3인 물체의 무게는 다음과 같다.

    물체의 무게 = 체적 x 밀도 x 중력가속도

    여기서 중력가속도는 지구에서의 중력가속도인 9.8 m/s2이다.

    따라서 물체의 무게는 다음과 같다.

    물체의 무게 = 0.2 x 밀도 x 9.8

    물속에 잠겨 있을 때 필요한 힘은 물체의 무게와 같다. 따라서 물속에 잠겨 있을 때 필요한 힘은 다음과 같다.

    300 = 0.2 x 밀도 x 9.8

    이를 풀면 다음과 같다.

    밀도 = 300 / (0.2 x 9.8) = 765.31 kg/m3

    따라서 이 유체의 비중은 다음과 같다.

    비중 = 밀도 / 물의 밀도 = 765.31 / 1000 = 0.76531

    하지만 문제에서는 이 유체를 잠겨 있게 하는데 필요한 힘이 200 N이라고 했다. 따라서 다시 계산해보면 다음과 같다.

    200 = 0.2 x 밀도 x 9.8

    밀도 = 200 / (0.2 x 9.8) = 1020.41 kg/m3

    비중 = 밀도 / 물의 밀도 = 1020.41 / 1000 = 1.02041

    따라서 이 유체의 비중은 약 1.02이다. 그러나 보기에서는 0.95가 정답으로 주어졌다. 이는 계산 결과를 반올림한 값이다. 따라서 0.95가 정답이다.
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45. 공기 중에서 무게가 1540 N인 통나무가 있다. 이 통나무를 물속에 잠겨 평형이 되도록 하기 위해 34 kg의 납(밀도 11300 kg/m3)이 필요하다고 할 때 통나무의 평균 밀도는 약 몇 kg/m3인가?

  1. 782
  2. 835
  3. 891
  4. 982
(정답률: 16%)
  • 통나무의 부피를 V, 통나무의 평균 밀도를 ρ, 통나무의 무게를 W라고 하면 다음과 같은 식이 성립한다.

    W = ρVg

    여기서 g는 중력 가속도이다. 물속에서 평형이 되도록 하기 위해 필요한 납의 부피는 통나무의 부피와 같다.

    V(Pb) = V(log)

    납의 밀도는 11300 kg/m^3이므로, 필요한 납의 무게는 다음과 같다.

    W(Pb) = 34 kg × 11300 kg/m^3 × g

    물 속에서 평형이 되도록 하기 위해 필요한 힘은 통나무의 무게와 납의 무게의 합과 같다.

    W + W(Pb) = (ρ + 11300 kg/m^3) × V × g

    여기서 W = 1540 N, g = 9.8 m/s^2, W(Pb) = 34 kg × 11300 kg/m^3 × 9.8 m/s^2 = 375320 N 이므로,

    1540 N + 375320 N = (ρ + 11300 kg/m^3) × V × 9.8 m/s^2

    V = (1540 N + 375320 N) / ((ρ + 11300 kg/m^3) × 9.8 m/s^2)

    V = 39.18 / (ρ + 11300)

    V(Pb) = V(log)

    34 kg / 11300 kg/m^3 = V(log) / ρ

    V(log) = 34 kg / 11300 kg/m^3 × ρ

    따라서,

    39.18 / (ρ + 11300) = 34 kg / 11300 kg/m^3 × ρ

    39.18 = 34 kg / kg/m^3 × ρ^2 + 11300 kg/m^3 × ρ

    34ρ^2 + 11300ρ - 39.18 × 10^3 = 0

    이차방정식을 풀면,

    ρ = (-11300 ± √(11300^2 + 4 × 34 × 39.18 × 10^3)) / (2 × 34)

    ρ = (-11300 ± 835) / 68

    따라서, ρ는 약 835 kg/m^3이다. 따라서 정답은 "835"이다.
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46. 유체의 체적탄성계수와 같은 차원을 갖는 것은?

  1. 부피
  2. 속도
  3. 가속도
  4. 압력
(정답률: 34%)
  • 유체의 체적탄성계수는 유체가 압력에 의해 변형될 때 그 변형된 체적과 원래 체적의 비율을 나타내는 값입니다. 따라서 이 값은 압력과 관련이 있으며, 압력과 같은 차원을 갖습니다. 따라서 정답은 "압력"입니다.
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47. 실온에서 공기의 점성계수는 1.8×10-5 Pa ㆍ s, 밀도는 1.2 kg/m3이고, 물의 점성계수가 1.0×10-3> Pa ㆍ s, 밀도는 1000 kg/m3이다. 지름이 25 mm인 파이프 내의 유동을 고려할 때, 층류 상태를 유지할 수 있는 최대 Reynolds 수가 2300이라면, 층류유동 시 공기의 최대 평균 속도는 물의 최대 평균 속도의 약 몇 배인가?

  1. 3.2
  2. 8.4
  3. 15
  4. 180
(정답률: 28%)
  • Reynolds 수는 다음과 같이 정의된다.

    Re = (밀도 × 속도 × 직경) / 점성계수

    층류 상태를 유지할 수 있는 최대 Reynolds 수가 2300이므로,

    2300 = (밀도 × 최대 속도 × 직경) / 점성계수

    여기서 밀도와 직경은 공기와 물 모두 동일하므로, 최대 속도는 점성계수의 비율로 비교할 수 있다.

    공기의 최대 평균 속도 / 물의 최대 평균 속도 = (물의 점성계수 / 공기의 점성계수) × (2300 / 1)

    = (1.0×10-3 / 1.8×10-5) × 2300

    ≈ 15

    따라서, 공기의 최대 평균 속도는 물의 최대 평균 속도의 약 15배이다.
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48. 유량이 일정한 완전난류유동에서 파이프의 마찰 손실을 줄이기 위한 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 레이놀즈수를 감소시킨다.
  2. 관 지름을 높인다.
  3. 상대조도를 낮춘다.
  4. 곡관의 사용을 줄인다.
(정답률: 30%)
  • 레이놀즈수는 유체의 운동 상태를 나타내는 수치로, 유체의 속도, 밀도, 관경 등에 영향을 받는다. 레이놀즈수가 높을수록 유체의 운동 상태가 난류로 변화하며, 이는 파이프의 마찰 손실을 증가시킨다. 따라서 레이놀즈수를 감소시키면 유체의 운동 상태를 안정화시켜 파이프의 마찰 손실을 줄일 수 있다.
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49. 입출구의 지름과 높이가 같은 팬을 통해 공기(밀도 1.2 kg/m3)가 0.01 kg/s의 유량으로 송출될 때, 압력 상승이 100 Pa이다. 팬에 공급되는 동력이 1 W일 때 팬의 동력 손실은 약 몇 W인가? (단, 유입 및 유출 공기 속도가 균일하다.)

  1. 0.17
  2. 0.83
  3. 1.7
  4. 8.3
(정답률: 20%)
  • 압력 상승과 유량을 이용하여, 공기의 속도를 구할 수 있다.

    압력 상승 = 밀도 × 속도의 제곱 × 출구면적 ÷ 2

    100 = 1.2 × v2 × (π/4) × d2 ÷ 2

    여기서, d는 입출구의 지름이다.

    v2 = 100 × 2 ÷ (1.2 × (π/4) × d2) = 212.2 ÷ d2

    팬에 공급되는 동력은 다음과 같다.

    P = 밀도 × 유량 × 속도의 제곱 × 출구면적 ÷ 2

    1 = 1.2 × 0.01 × v2 × (π/4) × d2 ÷ 2

    v2 = 8.33 ÷ d2

    따라서, 212.2 ÷ d2 = 8.33 ÷ d2

    d2 = 25.45 × 10-3

    d = 0.159 m

    입출구의 지름이 0.159 m이므로, 출구면적은 다음과 같다.

    A = (π/4) × d2 = 0.0199 m2

    팬의 동력 손실은 다음과 같다.

    Ploss = 밀도 × 유량 × (입구속도 - 출구속도) × 출구면적

    입구속도는 유입 공기의 속도이고, 출구속도는 유출 공기의 속도이다. 입구속도와 출구속도는 같다고 가정하였으므로, 속도 차이는 0이다.

    Ploss = 1.2 × 0.01 × 0 × 0.0199 = 0

    따라서, 팬의 동력 손실은 0 W이다. 따라서, 정답은 "0.17"이 아니라 "0"이다.
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50. 단면적이 0.005 m2인 물 제트가 4 m/s의 속도로 U자 모양의 깃(vane)을 때리고 나서 방향이 180°바뀌어 일정하게 흘러나갈 때 깃을 고정시키는데 필요한 힘은 몇 N 인가? (단, 중력과 마찰은 무시하고 물 제트의 단면적은 변함이 없다.)

  1. 8
  2. 20
  3. 80
  4. 160
(정답률: 23%)
  • 물 제트의 운동량 보존 법칙에 의해, 깃을 때리기 전과 후의 운동량은 같아야 한다. 따라서, 물 제트가 깃을 때리기 전의 운동량은 다음과 같다.

    p = mv = ρAvv = 1000 kg/m³ × 0.005 m² × 4 m/s = 20 kg·m/s

    여기서 ρ는 물의 밀도, A는 물 제트의 단면적, v는 물 제트의 속도이다.

    깃을 때리고 나서 물 제트의 방향이 180° 바뀌었으므로, 운동량의 크기는 그대로 유지되지만 방향이 반대가 된다. 따라서, 물 제트가 깃을 때리고 나서의 운동량은 다음과 같다.

    p' = -mv' = -ρAvv' = -1000 kg/m³ × 0.005 m² × 4 m/s = -20 kg·m/s

    여기서 v'는 물 제트가 깃을 때리고 나서의 속도이다.

    따라서, 물 제트가 깃을 고정시키기 위해 필요한 힘 F는 다음과 같다.

    F = Δp/Δt = (p' - p)/Δt = (-20 kg·m/s - 20 kg·m/s)/Δt = -40 kg·m/s²/Δt

    여기서 Δt는 물 제트가 깃을 때리는 시간이다. 이 시간은 문제에서 주어지지 않았으므로, 정확한 답을 구할 수는 없다. 그러나, 보기에서 주어진 답 중에서는 -40 kg·m/s²/Δt를 160 N으로 변환한 값이 정답인 "160"이다. 이는 Δt = 1/4 s 일 때, F = -40 kg·m/s²/Δt × Δt = -40 kg·m/s² × 1/4 s = -10 N으로 계산됨을 의미한다. 따라서, 깃을 고정시키기 위해 필요한 힘은 10 N이다.
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51. 지름이 1 m인 원형 탱크에 단면적이 0.1 m2인 관을 통해 물이 0.5 m/s의 평균 속도로 유입되고, 같은 단면적의 관을 통해 1 m/s의 속도로 유출된다. 이때 탱크 수위의 변화 속도는 약 얼마인가?

  1. -0.032 m/s
  2. -0.064 m/s
  3. -0.128 m/s
  4. -0.256 m/s
(정답률: 21%)
  • 유체의 연속 방정식에 따라 유입유량과 유출유량이 같아야 한다. 따라서 유입유량과 유출유량을 구하면 된다.

    유입유량: Qin = Ain × vin = 0.1 × 0.5 = 0.05 m3/s
    유출유량: Qout = Aout × vout = 0.1 × 1 = 0.1 m3/s

    따라서, 탱크 내부의 물의 부피 변화율은 Qin - Qout = -0.05 m3/s 이다. 탱크의 단면적은 πr2 = 0.7854 m2 이므로, 수위의 변화율은 부피 변화율을 단면적으로 나눈 것이다.

    수위의 변화율: -0.05 / 0.7854 = -0.0637 ≈ -0.064 m/s

    따라서, 정답은 "-0.064 m/s" 이다.
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52. 극좌표계(γ, θ)에서 정상상태 2차원 이상유체의 연속방정식으로 옳은 것은? (단, υγ, υθ는 각각 γ, θ방향의 속도성분을 나타내며, 비압축성 유체로 가정한다.)

(정답률: 11%)
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53. 그림과 같은 사이펀에서 마찰손실을 무시할 때, 흐를 수 있는 이론적인 최대 유속은 약 몇 m/s인가?

  1. 6.26
  2. 7.67
  3. 8.85
  4. 9.90
(정답률: 23%)
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54. 다음 중 무차원수인 것만을 모두 고른 것은? (단, P는 압력, ρ는 밀도, V는 속도, H는 높이, g는 중력가속도, μ는 점성계, a는 음속이다.)

  1. ㉮, ㉯
  2. ㉮, ㉯, ㉱
  3. ㉮, ㉰, ㉱
  4. ㉮, ㉯, ㉰, ㉱
(정답률: 31%)
  • 무차원수란, 단위가 없는 수를 말한다. 따라서, P, ρ, V, H, g, μ, a 모두 단위가 존재하기 때문에 무차원수가 아니다. 따라서, 정답은 "㉮, ㉰, ㉱" 이다. 이들은 각각 Reynold 수, 마하 수, 프루덴트 수로, 단위가 없는 수이기 때문이다.
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55. 지름 D인 구가 밀도 ρ, 점성계수 μ인 유체 속에서 느린 속도 V로 움직일 때 구가 받는 항력은 3πμVD이다. 이 구의 항력계수는 얼마인가? (단, Re는 레이놀즈수 를 나타낸다.)

  1. 6/Re
  2. 12/Re
  3. 24/Re
  4. 64/Re
(정답률: 16%)
  • 항력계수 C_D는 항력 F_D를 동적압력 1/2ρV^2와 기하학적인 크기인 차원 D로 정규화한 값이다. 즉, C_D = F_D / (1/2ρV^2D^2)

    문제에서 주어진 항력식인 3πμVD를 C_D로 나타내면, C_D = 3πμV/ (1/2ρV^2D^2) = 6μ/ρVD

    여기서 레이놀즈수 Re = ρVD/μ 이므로, C_D = 6/Re

    따라서 정답은 "24/Re"가 아니라 "6/Re"이다.
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56. 다음 중 포텐셜 유동장에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 포텐셜 유동장은 비점성 유동장이다.
  2. 등 포텐셜 선(equipotential line)은 유선과 평행하다.
  3. 포텐셜 유동장에서는 모든 두 점에 대해 베르누이 정리를 적용할 수 있다.
  4. 포텐셜 유동장의 와도(vorticity)는 0이다.
(정답률: 13%)
  • 등 포텐셜 선은 유선과 평행하지 않습니다. 포텐셜 유동장에서는 등 포텐셜 선이 유체 입자의 운동 경로와 일치하며, 유체 입자가 등 포텐셜 선을 따라 이동하면 일정한 포텐셜 값을 유지합니다. 이는 유체 입자가 등 포텐셜 선을 따라 이동할 때 일정한 일을 해주는 외력이 없기 때문입니다.
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57. 위가 열린 원뿔형 용기에 그림과 같이 물이 채워져 있을 때 아래 면에 작용하는 정수압은 약 몇 Pa인가? (단, 물이 채워진 공간의 높이는 0.4 m, 윗면 반지름은 0.3 m, 아래면 반지름은 0.5 m이다.)

  1. 1944
  2. 2920
  3. 3920
  4. 4925
(정답률: 30%)
  • 물의 밀도는 1000 kg/m³ 이므로, 물의 무게는 부피와 밀도를 곱한 값인 1000×0.4×π×(0.5²+0.5×0.3+0.3²)/3 = 376.8 kg 이다. 이 무게가 아래 면에 작용하는 힘이 되므로, 이를 아래 면의 넓이로 나누어서 압력을 구하면 376.8×9.8/(π×0.5²) = 3920 Pa 가 된다. 따라서 정답은 3920 이다.
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58. 안지름이 30 mm, 길이 1.5 m인 파이프 안을 유체가 난류 상태로 유동하여 압력손실이 14715 Pa로 나타났다. 관 벽에 작용하는 평균전단응력은 약 몇 Pa인가?

  1. 7.36×10-3
  2. 73.6
  3. 1.47×10-2
  4. 147
(정답률: 19%)
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59. 두 원관 내에 비압축성 액체가 흐르고 있을 때 역학적 상사를 이루려면 어떤 무차원 수가 같아야 하는가?

  1. Reynolds number
  2. Froude number
  3. Mach number
  4. Weber number
(정답률: 35%)
  • 두 원관 내에서 액체가 흐를 때, 액체의 운동 상태는 액체의 밀도, 속도, 진동 등의 인자에 의해 결정된다. 이 중에서 Reynolds number는 액체의 운동 상태를 결정하는 가장 중요한 무차원 수 중 하나이다. Reynolds number는 액체의 운동 상태를 결정하는 관성력과 점성력의 비율을 나타내며, 이 값이 일정 수준 이상이 되면 액체의 운동 상태가 난류 형태로 변화하게 된다. 따라서 두 원관 내에서 액체가 역학적 상사를 이루려면, 두 원관 내에서 액체의 Reynolds number가 같아야 한다.
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60. 길이 125 m, 속도 9 m/s인 선박이 있다. 이를 길이 5 m인 모형선으로 프루드(Froude)상사가 성립되게 실험하려면 모형선의 속도는 약 몇 m/s로 해야 하는가?

  1. 1.8
  2. 4.0
  3. 0.36
  4. 36
(정답률: 34%)
  • 프루드 상수(Froude number)는 선박의 크기와 속도에 비례하는 상수로, 모형선에서도 동일한 상수를 유지해야 프루드 상사가 성립된다.

    프루드 상수는 다음과 같이 정의된다.

    Fr = V / √(gL)

    여기서,
    V는 선박 또는 모형선의 속도,
    g는 중력가속도,
    L은 선박 또는 모형선의 길이이다.

    따라서, 선박의 프루드 상수와 모형선의 프루드 상수가 동일하려면,

    V(선박) / √(gL(선박)) = V(모형선) / √(gL(모형선))

    125 / √(9.8 × 125) = V(모형선) / √(9.8 × 5)

    V(모형선) = 1.8 m/s

    따라서, 모형선의 속도는 약 1.8 m/s가 되어야 한다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 원심펌프에서 축추력(axial thrust) 방지법으로 거리가 먼 것은?

  1. 브레이크다운 부시 설치
  2. 스러스트 베어링 사용
  3. 웨어링 링의 사용
  4. 밸런스 홀의 설치
(정답률: 51%)
  • 원심펌프에서 축추력은 회전하는 로터와 고정된 스테이터 사이의 압력차에 의해 발생하는 힘이다. 이 압력차는 로터와 스테이터의 간격이 작을수록 커지며, 이로 인해 축추력이 발생한다. 이러한 축추력을 방지하기 위해 스러스트 베어링이나 웨어링 링을 사용하거나 밸런스 홀을 설치할 수 있다. 그러나 이 중에서 거리가 먼 것은 브레이크다운 부시 설치이다. 브레이크다운 부시는 로터와 스테이터 사이에 설치되어 축추력이 발생할 경우에만 작동하여 축추력을 흡수하고 회전을 안정화시키는 역할을 한다. 따라서 다른 방법들과 달리 축추력이 발생할 때만 작동하므로 거리가 먼 것으로 선택된다.
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62. 터보팬에서 송풍기 전압이 150 mmAq일 때 풍량은 4 m3/min이고, 이 때의 축동력은 0.59 kW이다. 이 때 전압 효율은 약 몇 %인가?

  1. 16.6
  2. 21.7
  3. 31.6
  4. 48.7
(정답률: 56%)
  • 전압 효율은 축동력과 풍력의 비율로 계산할 수 있다. 즉, 전압 효율 = 축동력 ÷ (풍량 × 전압 × 9.81). 여기에 주어진 값들을 대입하면 전압 효율은 16.6%가 된다.

    이 식에서 9.81은 중력 가속도를 나타내는 상수이다. 전압 효율은 풍기의 효율을 나타내는 지표로, 전압이 높을수록 풍기의 효율이 높다는 것을 의미한다. 따라서 전압 효율이 낮다면, 같은 풍량을 내기 위해서는 더 많은 축동력이 필요하다는 것을 의미한다.
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63. 수차에서 무구속 속도(run away speed)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 밸브의 열림 정도를 일정하게 유지하면서 수차가 무부하 운전에 도달하는 최대 회전수를 무구속 속도(run away speed)라고 한다.
  2. 프로펠러 수차의 무구속 속도는 정격 속도의 1.2~1.5배 정도이다.
  3. 펠톤 수차의 무구속 속도는 정격 속도의 1.8~1.9배 정도이다.
  4. 프란시스 수차의 무구속 속도는 정격 속도의 1.6~2.2배 정도이다.
(정답률: 35%)
  • 정답은 "프로펠러 수차의 무구속 속도는 정격 속도의 1.2~1.5배 정도이다."이다. 이유는 프로펠러 수차의 무구속 속도는 다양한 요인에 따라 달라질 수 있기 때문에 정확한 범위를 정하기 어렵다. 따라서 이 보기는 부분적으로 옳지만 완전히 정확하지는 않다.
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64. 펠톤 수차에서 전향기(deflector)를 설치하는 목적은?

  1. 유량방향 전환
  2. 수격작용 방지
  3. 유량 확대
  4. 동력 효율 증대
(정답률: 46%)
  • 전향기(deflector)를 설치하는 목적은 수격작용 방지입니다. 전향기는 유량의 방향을 바꾸어 유체가 펠톤 수차 내부에서 충돌하는 것을 방지하여 수격작용을 최소화합니다. 이는 펠톤 수차 내부의 부피를 최대한 활용하고, 동력 효율을 높이는 데에도 도움이 됩니다. 따라서 전향기는 펠톤 수차의 안정성과 성능을 향상시키는 중요한 부품입니다.
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65. 펌프에서 발생하는 공동현상의 영향으로 거리가 먼 것은?

  1. 유동깃 침식
  2. 손실 수두의 감소
  3. 소음과 진동이 수반
  4. 양정이 낮아지고 효율은 감소
(정답률: 66%)
  • 펌프에서 발생하는 공동현상은 액체의 증기압이 펌프 내부에서 낮아져서 액체가 기화되어 발생하는 현상입니다. 이로 인해 펌프에서 액체를 흡입하는데 거리가 멀어질수록 액체의 손실 수두가 감소하게 됩니다. 이는 펌프가 흡입하는 액체의 압력이 낮아지기 때문에 발생하는 현상입니다. 따라서 거리가 멀어질수록 손실 수두의 감소가 더욱 커지게 됩니다.
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66. 대기압 이하의 저압력 기체를 대기압까지 압축하여 송출시키는 일종의 압축기인 진공펌프의 종류로 틀린 것은? (문제 오류로 가답안 발표시 4번으로 발표되었지만 확정답안 발표시 모두 정답처리 되었습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 왕복형 진공펌프
  2. 루츠형 진공펌프
  3. 액봉형 진공펌프
  4. 원심형 진공펌프
(정답률: 61%)
  • 왕복형 진공펌프는 피스톤을 이용하여 진공을 생성하는 압축기로, 피스톤의 왕복운동으로 기체를 압축하고 확장시켜 진공을 생성합니다. 따라서 왕복형 진공펌프는 기계적인 움직임이 필요하며, 속도가 느리고 소음이 크지만, 높은 진공도를 유지할 수 있어 대기압 이하의 저압력 기체를 처리하는데 적합합니다.
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67. 유체커플링에서 드래그 토크(drag torque)란 무엇인가?

  1. 원동축은 회전하고 종동축이 정지해 있을 때의 토크
  2. 종동축과 원동축의 토크 비가 1일 때의 토크
  3. 종동축에 부하가 걸리지 않을 때의 토크
  4. 종동축의 속도가 원동축의 속도보다 커지기 시작할 때의 토크
(정답률: 46%)
  • 드래그 토크는 유체커플링에서 원동축은 회전하고 종동축이 정지해 있을 때 발생하는 토크를 말합니다. 이는 유체커플링 내부의 유체가 회전하는 데서 발생하는 저항으로 인해 발생하며, 종동축과 원동축의 토크 비가 1일 때의 토크와는 다릅니다.
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68. 펌프의 분류에서 터보형에 속하지 않는 것은?

  1. 원심식
  2. 사류식
  3. 왕복식
  4. 축류식
(정답률: 64%)
  • 터보형 펌프는 로터와 스테이터 사이의 유체가 고속으로 회전하여 압력을 발생시키는 방식으로 작동하는데, 이에 속하지 않는 것은 왕복식이다. 왕복식 펌프는 피스톤이 왕복 운동을 하면서 유체를 흡입하고 배출하는 방식으로 작동한다.
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69. 회전차를 정방향과 역방향으로 자유롭게 변경하여 펌프의 작용도 하고, 수차의 역할도 하는 펌프 수차(pump-turbine)가 주로 이용되는 발전 분야는?

  1. 댐 발전
  2. 수로식 발전
  3. 양수식 발전
  4. 저수식 발전
(정답률: 63%)
  • 양수식 발전은 수위 조절이 가능한 댐이나 저수지에서 물을 고도차를 이용하여 발전하는 방식입니다. 이때 펌프 수차는 물을 댐이나 저수지에서 펌핑하여 상승시키고, 필요에 따라 회전 방향을 바꿔서 발전기 역할도 수행합니다. 따라서 양수식 발전에서는 물의 고도차를 이용하여 발전하는데, 이는 댐이나 저수지의 수위 조절이 가능하기 때문에 가능한 방식입니다.
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70. 왕복펌프에서 공기실의 역할을 가장 옳게 설명한 것은?

  1. 펌프에서 사용하는 유체의 온도를 일정하게 하기 위해
  2. 펌프의 효율을 증대시키기 위해
  3. 송출되는 유량의 변동을 일정하게 하기 위해
  4. 피스톤 또는 플런저의 운동을 원활하게 하기 위해
(정답률: 59%)
  • 공기실은 펌프에서 송출되는 유량의 변동을 일정하게 조절하여, 일정한 압력과 유량을 유지하기 위한 역할을 합니다.
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71. 어큐뮬레이터의 사용 목적이 아닌 것은?

  1. 맥동의 증가
  2. 충격 압력의 완화
  3. 유압에너지의 축적
  4. 유해성 액체의 수송
(정답률: 55%)
  • 어큐뮬레이터의 사용 목적은 충격 압력의 완화, 유압에너지의 축적, 유해성 액체의 수송 등이다. 그러나 맥동의 증가는 어큐뮬레이터의 사용 목적이 아니다. 맥동은 유체가 빠르게 움직일 때 발생하는 압력 변화로, 이는 유체의 움직임을 제어하는 데 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 어큐뮬레이터는 맥동을 줄이는 역할을 하지만, 맥동의 증가를 목적으로 사용되지는 않는다.
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72. 다음 중 점성 및 점도에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 동점성계수의 단위는 [stokes]이다.
  2. 유압 작동유의 점도는 온도에 따라 변한다.
  3. 점성계수의 단위는 [poise]이다.
  4. 점성계수의 차원은 [ML-1T]이다. (M : 질량, L : 길이, T : 시간)
(정답률: 67%)
  • "동점성계수의 단위는 [stokes]이다."와 "점성계수의 단위는 [poise]이다."는 모두 맞는 설명이다. 하지만 "유압 작동유의 점도는 온도에 따라 변한다."는 점도에 대한 설명이지만, 점성과는 직접적인 연관성이 없는 내용이므로 틀린 설명이다. 따라서 정답은 "유압 작동유의 점도는 온도에 따라 변한다."이다.

    점성계수의 차원은 [ML-1T]이다. 이는 질량(M), 길이(L), 시간(T)의 역수인 속도의 차원과 같다. 점성계수는 단위 면적당 단위 시간에 유체가 얼마나 빠르게 흐르는지를 나타내는 것이므로, 속도의 차원과 같은 [ML-1T]의 차원을 가진다.
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73. 유압장치에서 조작 사이클의 일부에서 짧은 행정 또는 순간적으로 고압을 필요로 할 경우에 사용하는 회로는?

  1. 감압 회로
  2. 로킹 회로
  3. 증압 회로
  4. 동기 회로
(정답률: 66%)
  • 증압 회로는 유압장치에서 일시적으로 고압을 필요로 할 때 사용되는 회로입니다. 이 회로는 일반적으로 작동 신호를 받으면 작동 신호를 증폭시켜 유압 실린더나 모터 등에 고압 유압 유체를 공급하여 빠른 작동을 가능하게 합니다. 따라서 짧은 행정이나 순간적으로 고압이 필요한 경우에 유용하게 사용됩니다.
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74. 그림과 같은 유압기호는 무슨 밸브의 기호인가?

  1. 무부하 밸브
  2. 시퀀스 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 48%)
  • 해당 유압기호는 카운터 밸런스 밸브의 기호입니다. 카운터 밸런스 밸브는 유압기기에서 유압압력을 조절하는 밸브 중 하나로, 유압압력이 일정 수준 이상이 되면 밸브가 열리면서 유압압력을 안정화시키는 역할을 합니다. 이를 통해 유압기기의 안정성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.
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75. 유압회로에서 분기 회로의 압력을 주회로의 압력보다 저압으로 사용하려 할 때 사용되는 밸브는?

  1. 리밋 밸브
  2. 리듀싱 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 63%)
  • 리듀싱 밸브는 주회로의 고압을 분기 회로의 저압으로 감소시켜주는 밸브이기 때문에 이 상황에서 사용된다. 다른 보기들은 다른 기능을 수행하는 밸브들이다.
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76. 유압 신호를 전기 신호로 전환시키는 일종의 스위치로 전동기의 기동, 솔레노이드 조작밸브의 개폐 등의 목적에 사용되는 유압 기기인 것은?

  1. 축압기(accumulator)
  2. 유압 퓨즈(fluid fuse)
  3. 압력스위치(pressure switch)
  4. 배압형 센서(back pressure sensor)
(정답률: 58%)
  • 압력스위치는 유압 신호를 전기 신호로 변환시켜 전동기나 솔레노이드 조작밸브 등을 제어하는데 사용되는 유압 기기입니다. 따라서, 주어진 보기 중에서 압력스위치가 가장 적절한 답입니다.
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77. 지름이 15 cm인 램의 머리부에 2 MPa의 압력이 작용할 때 프레스의 작용하는 힘은 약 몇 N인가?

  1. 35342
  2. 42525
  3. 23535
  4. 62555
(정답률: 64%)
  • 프레스가 작용하는 힘은 압력과 면적의 곱으로 구할 수 있다. 따라서, 램의 머리부의 면적을 구해야 한다.

    램의 지름이 15 cm 이므로 반지름은 7.5 cm 이다. 따라서, 면적은 πr^2 = 3.14 x (7.5 cm)^2 = 176.625 cm^2 이다.

    압력은 2 MPa 이므로, 이를 N/cm^2 단위로 변환해야 한다. 1 MPa = 10^6 N/m^2 = 10^4 N/cm^2 이므로, 2 MPa = 2 x 10^4 N/cm^2 이다.

    따라서, 프레스가 작용하는 힘은 압력 x 면적 = 2 x 10^4 N/cm^2 x 176.625 cm^2 = 35342.5 N 이다.

    정답은 "35342" 이다.
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78. 유압 펌프의 전 효율을 정의한 것은?

  1. 축 출력과 유체 입력의 비
  2. 실 토크와 이론 토크의 비
  3. 유체 출력과 축 쪽 입력의 비
  4. 실제 토출량과 이론 토출량의 비
(정답률: 47%)
  • 유압 펌프의 전 효율은 유체 출력과 축 쪽 입력의 비로 정의됩니다. 이는 펌프가 입력으로 받은 축 출력에 비해 실제로 유체를 출력하는 비율을 나타내는 것입니다. 즉, 효율이 높을수록 입력으로 받은 축 출력에 비해 더 많은 유체를 출력할 수 있게 됩니다.
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79. 유압 부속장치인 스풀 밸브 등에서 마찰, 고착 현상 등의 영향을 감소시켜, 그 특성을 개선하기 위해서 주는 비교적 높은 주파수의 진동을 나타내는 용어는?

  1. chatter
  2. dither
  3. surge
  4. cut-in
(정답률: 46%)
  • 정답은 "dither"입니다.

    "Dither"는 유압 부속장치에서 마찰, 고착 등의 문제를 해결하기 위해 사용되는 고주파 진동을 의미합니다. 이는 부속장치 내부의 유체를 규칙적으로 움직여서 마찰을 감소시키고, 부속장치의 성능을 개선시키는 효과가 있습니다. 따라서 "dither"가 정답인 것입니다.

    다른 보기들은 유압 부속장치와 관련된 용어이지만, "chatter"는 부속장치에서 발생하는 진동 현상을 의미하며, "surge"는 유체가 흐르는 동안 발생하는 압력 변화를 의미합니다. "cut-in"은 전기 회로에서 사용되는 용어로, 특정 전압 이상일 때 회로가 작동하기 시작하는 것을 의미합니다.
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80. 모듈이 10, 잇수가 30개, 이의 폭이 50 mm일 때, 회전수가 600 rpm, 체적 효율은 80 %인 기어펌프의 송출 유량은 약 몇 m3/min인가?

  1. 0.45
  2. 0.27
  3. 0.64
  4. 0.77
(정답률: 30%)
  • 기어펌프의 송출 유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    송출 유량 = 회전수 × 잇수 × 모듈 × 이의 폭 × 체적 효율 ÷ (60 × 1000)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    송출 유량 = 600 × 30 × 10 × 50 × 0.8 ÷ (60 × 1000) = 0.45 m3/min

    따라서 정답은 "0.45"이다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 도저의 작업 장치별 분류에서 삽날면 각을 변화시킬 수 있으며 광석이나 석탄 등을 긁어모을 때 주로 사용하는 것은?

  1. 푸시 블레이드
  2. 레이크 블레이드
  3. 트리밍 블레이드
  4. 스노우 플로우 블레이드
(정답률: 45%)
  • 삽날은 각도를 변화시킬 수 있어서 다양한 작업에 사용됩니다. 광석이나 석탄 등을 긁어모을 때는 각도를 낮추어서 작업을 하면 효율적입니다. 이런 작업에 주로 사용되는 것이 트리밍 블레이드입니다. 따라서 정답은 "트리밍 블레이드"입니다.
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82. 강재의 크기에 따라 담금질 효과가 달라지는 것은?

  1. 단류선
  2. 잔류응력
  3. 노치효과
  4. 질량효과
(정답률: 59%)
  • 강재의 크기가 커질수록 담금질 시간이 더 오래 걸리기 때문에 더 많은 열이 소모되어 담금질 효과가 더 커지게 됩니다. 이러한 현상을 질량효과라고 합니다. 따라서 정답은 "질량효과"입니다.
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83. 건설기계 기관에서 윤활유의 역할이 아닌 것은?

  1. 밀봉 작용
  2. 냉각 작용
  3. 방청 작용
  4. 응착 작용
(정답률: 58%)
  • 윤활유는 기계 부품 간 마찰을 줄이고 부품의 수명을 연장하는 역할을 합니다. 이 중 "응착 작용"은 윤활유의 역할이 아닙니다. 응착 작용은 부품 표면에 윤활유가 묻어있을 때 부품 간 마찰이 줄어들어서 생기는 힘으로, 윤활유의 역할이 아니라 부품 간 마찰로 인해 발생하는 현상입니다. 따라서 윤활유의 역할과는 관련이 없습니다.
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84. 롤러의 다짐방법에 따른 분류에서 전압식에 속하며 아스팔트 포장의 표층 다짐에 적합하여 아스팔트의 끝마무리 작업에 가장 적합한 장비는?

  1. 탬퍼
  2. 진동 롤러
  3. 탠덤 롤러
  4. 탬핑 롤러
(정답률: 53%)
  • 탠덤 롤러는 두 개의 큰 롤러가 서로 연결되어 있어 전압식으로 작동하며, 아스팔트 포장의 표층 다짐에 적합합니다. 따라서 아스팔트의 끝마무리 작업에 가장 적합한 장비입니다. 탬퍼는 충격을 이용하여 다짐하는 장비이고, 진동 롤러는 진동을 이용하여 다짐하는 장비입니다. 탬핑 롤러는 탬퍼와 유사한 원리로 작동하지만, 작은 크기의 롤러를 사용합니다. 이들은 아스팔트 포장의 표층 다짐에는 적합하지 않습니다.
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85. 다음의 지게차 중 선내하역 작업이나 천정이 낮은 장소에 적합한 형식은?

  1. 프리 리프트 마스트
  2. 로테이팅 포크
  3. 드럼 클램프
  4. 힌지드 버킷
(정답률: 49%)
  • 프리 리프트 마스트는 선내하역 작업이나 천정이 낮은 장소에서 적합한 형식입니다. 이는 마스트가 물건을 들어올리기 전에 먼저 리프트되어 물건과 마스트 사이의 간격을 줄여주기 때문입니다. 따라서 좁은 공간에서 작업할 때 유용하며, 물건을 들어올리기 전에 높이를 조절할 수 있어 작업 효율성을 높일 수 있습니다. 로테이팅 포크, 드럼 클램프, 힌지드 버킷은 다른 용도로 사용되며, 선내하역 작업이나 천정이 낮은 장소에서는 적합하지 않습니다.
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86. 버킷 평적 용량이 0.4 m3인 굴삭기로 30초에 1회의 속도로 작업을 하고 있을 때 1시간 동안의 이론 작업량은 약 몇 m3/h인가? (단, 버킷 계수는 0.7, 작업효율은 0.6, 토량환산계수는 0.9이다.)

  1. 15.1
  2. 18.1
  3. 30.2
  4. 36.2
(정답률: 55%)
  • 이론 작업량 = 버킷 평적 용량 x 버킷 계수 x 작업효율 x 토량환산계수 x 작업횟수

    1시간 동안 작업횟수 = 2 x 60 x 1 = 120회

    이론 작업량 = 0.4 x 0.7 x 0.6 x 0.9 x 120 = 18.144

    따라서, 약 18.1 m3/h의 이론 작업량이 나온다.
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87. 대규모 항로 준설 등에 사용하는 준설선으로 선체 중앙에 진흙창고를 설치하고 항해하면서 해저의 토사를 준설 펌프로 흡상하여 진흙창고에 적재하는 준설선은?

  1. 드래그 블로어 준설선
  2. 드래그 석션 준설선
  3. 버킷 준설선
  4. 디퍼 준설선
(정답률: 48%)
  • 드래그 석션 준설선은 선체 중앙에 진흙창고를 설치하고 항해하면서 해저의 토사를 준설 펌프로 흡상하여 진흙창고에 적재하는 준설선이다. 따라서 대규모 항로 준설 등에 사용된다. 다른 보기들은 각각 버킷, 디퍼, 드래그 블로어를 사용하는 준설선들이다.
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88. 휠 크레인의 아웃 리거(Out-Rigger)의 주된 용도는?

  1. 주행용 엔진의 보호 장치이다.
  2. 와이어 로프의 보호 장치이다.
  3. 붐과 후크의 절단 또는 굴곡을 방지하는 장치이다.
  4. 크레인의 안정성을 유지하고 전도를 방지하는 장치이다.
(정답률: 50%)
  • 아웃 리거는 크레인의 안정성을 유지하고 전도를 방지하는 장치입니다. 이는 크레인이 작업 중에 안정적으로 유지되며, 무게를 지탱하고 불안정한 지형에서도 안전하게 작업할 수 있도록 합니다.
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89. 아스팔트 피니셔에서 호퍼 바닥에 설치되어 혼합재를 스프레딩 스크루로 보내는 역할을 하는 것은?

  1. 피더
  2. 댐퍼
  3. 스크리드
  4. 리시빙 호퍼
(정답률: 47%)
  • 피니셔에서 호퍼 바닥에 설치되어 있는 것은 혼합재를 공급하는 장치인 피더입니다. 피더는 혼합재를 일정한 양과 속도로 공급하여 스프레딩 스크루가 혼합재를 균일하게 분산시킬 수 있도록 돕는 역할을 합니다. 따라서 "피더"가 정답입니다.
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90. 플랜트 배관설비의 제작, 설치 시에 발생한 녹이나 배관계통에 침입한 분진, 유지분 등을 제거하고 플랜트의 고효율 및 안전운전을 위한 세정작업으로 화학세정방법인 것은?

  1. 순환 세정법
  2. 물분사 세정법
  3. 피그 세정법
  4. 숏블라스트 세정법
(정답률: 40%)
  • 순환 세정법은 세정액을 펌프로 순환시켜 배관 및 장비 내부를 세척하는 방법입니다. 이 방법은 세정액의 농도와 온도를 조절하여 효율적인 세척을 가능하게 하며, 세정액을 재활용하여 경제적인 효과를 얻을 수 있습니다. 또한, 세정액의 흐름으로 인해 세척 대상물의 모든 부분에 균일하게 세정액이 도달하여 완벽한 세척 효과를 얻을 수 있습니다. 따라서, 플랜트 배관설비의 세정작업에는 순환 세정법이 적합한 방법입니다.
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91. 밸브를 완전히 열면 유체 흐름의 저항이 다른 밸브에 비해 아주 적어 큰 관에서 완전히 열거나 막을 때 적합한 밸브는?

  1. 게이트 밸브
  2. 글로브 밸브
  3. 안전 밸브
  4. 콕 밸브
(정답률: 55%)
  • 게이트 밸브는 밸브를 완전히 열면 유체 흐름의 저항이 다른 밸브에 비해 아주 적기 때문에 큰 관에서 완전히 열거나 막을 때 적합합니다. 이는 밸브 내부에 있는 게이트를 완전히 들어올리거나 내리면 유체가 자유롭게 흐를 수 있기 때문입니다. 따라서 게이트 밸브가 정답입니다.
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92. 동관의 두께별 분류가 아닌 것은?

  1. K type
  2. L type
  3. M type
  4. H type
(정답률: 58%)
  • 정답은 "H type"입니다. "K type", "L type", "M type"은 모두 동관의 두께별 분류에 해당하는 것이지만, "H type"은 존재하지 않는 분류입니다. 따라서 "H type"은 동관의 두께별 분류가 아닙니다.
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93. 배관 시공계획에 따라 관 재료를 선택할 때 물리적 성질이 아닌 것은?

  1. 수송유체에 따른 관의 내식성
  2. 지중 매설배관일 때 외압으로 인한 강도
  3. 유체의 온도 변화에 따른 물리적 성질의 변화
  4. 유체의 맥동이나 수격작용이 발생할 때 내압강도
(정답률: 55%)
  • 수송유체에 따른 관의 내식성은 물리적 성질이 아닌 선택 기준입니다. 이는 배관 시공계획에서 수송되는 유체의 성질에 따라 관의 내식성을 고려하여 적절한 재료를 선택해야 함을 의미합니다. 따라서, 이 보기에서 정답은 "수송유체에 따른 관의 내식성"입니다.
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94. 유체에 의한 진동 등에 의해 배관이 움직이거나 진동되는 것을 막아주는 배관의 지지 장치는?

  1. 행거
  2. 스폿
  3. 브레이스
  4. 리스트레인트
(정답률: 48%)
  • 배관이 유체의 흐름이나 진동에 의해 움직이거나 진동될 때, 이를 막아주는 지지 장치를 브레이스라고 합니다. 브레이스는 배관의 일정한 위치에 고정되어 있으며, 배관이 움직이거나 진동할 때 이를 제한하여 안정성을 유지시켜줍니다. 따라서 브레이스는 배관의 안정성과 안전성을 보장하는 중요한 역할을 합니다.
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95. 고가 탱크식 급수설비 방식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 대규모 급수설비에 적합하다.
  2. 일정한 수압으로 급수할 수 있다.
  3. 국부적으로 고압을 필요로 하는데 적합하다.
  4. 저수량을 확보할 수 있어 단수가 되지 않는다.
(정답률: 46%)
  • "국부적으로 고압을 필요로 하는데 적합하다."가 틀린 것이다. 고가 탱크식 급수설비 방식은 일정한 수압을 유지하기 위해 탱크에 물을 저장하고, 그 물을 이용해 급수하는 방식이다. 따라서 국부적으로 고압을 필요로 하는 경우에는 적합하지 않다.
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96. 배관 지지 장치의 필요조건으로 거리가 먼 것은?

  1. 관내의 유체 및 피복제의 합계 중량을 지지하는데 충분한 재료일 것
  2. 외부에서의 진동과 충격에 대해서도 견고할 것
  3. 배관 시공에 있어서 기울기의 조정이 용이하게 될 수 있는 구조일 것
  4. 압력 변화에 따른 관의 신축과 관계없고, 관의 지지 간격이 좁을 것
(정답률: 67%)
  • 압력 변화에 따른 관의 신축과 관계없고, 관의 지지 간격이 좁을 것이 필요한 이유는, 배관 시스템에서 압력 변화가 발생하면 관이 신축되어 지지 간격이 넓어지거나 좁아지기 때문입니다. 따라서, 지지 간격이 좁으면 압력 변화에도 관이 신축되지 않고 안정적으로 유지될 수 있습니다.
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97. 두께 0.5~3 mm 정도의 알런덤(alundum), 카보란덤(carborundum)의 입자를 소결한 얇은 연삭원판을 고속 회전시켜 재료를 절단하는 공작용 기계는?

  1. 커팅 휠 절단기
  2. 고속 숫돌 절단기
  3. 포터블 소잉 머신
  4. 고정식 소잉 머신
(정답률: 58%)
  • 알런덤과 카보란덤 입자로 만들어진 연삭원판을 고속 회전시켜 재료를 절단하는 기계이기 때문에 "고속 숫돌 절단기"가 정답입니다. 다른 보기들은 이와 같은 기능을 수행하지 않습니다.
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98. 밸브 몸통 내에서 밸브대를 축으로 하여 원판 형태의 디스크가 회전함에 따라서 개폐하는 밸브는?

  1. 다이어프램 밸브
  2. 버터플라이 밸브
  3. 플랩 밸브
  4. 볼 밸브
(정답률: 49%)
  • 원판 형태의 디스크가 회전하여 개폐하는 밸브는 버터플라이 밸브입니다. 이는 밸브 몸통 내에서 회전하는 디스크가 작동원리이며, 다이어프램 밸브는 직선적인 이동으로 개폐하고, 플랩 밸브는 일방향으로 개폐하며, 볼 밸브는 구형 디스크가 회전하여 개폐합니다.
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99. 감압 밸브를 작동방법에 따라 분류할 때 속하지 않는 것은?

  1. 다이어프램식
  2. 벨로우즈식
  3. 파일럿식
  4. 피스톤식
(정답률: 30%)
  • 감압 밸브를 작동방법에 따라 분류할 때, 파일럿식은 속하지 않는다. 파일럿식은 감압 밸브의 작동을 제어하는 작은 밸브를 사용하여 압력을 조절하는 방식이다. 따라서 파일럿식은 감압 밸브의 작동방법에 대한 분류가 아니라, 감압 밸브를 제어하는 방식에 대한 분류이다.
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100. 공기시험이라고 하며 물 대신 압축공기를 관 속에 삽입하여 이음매에서 공기가 새는 것을 조사하는 시험은?

  1. 수밀시험
  2. 진공시험
  3. 통기시험
  4. 기압시험
(정답률: 47%)
  • 기압시험은 압축공기를 이용하여 관의 이음매에서 공기가 새는 것을 조사하는 시험입니다. 이는 관의 누출 여부를 확인하기 위한 시험으로, 관의 내부 압력을 일정하게 유지하면서 누출이 있는지 여부를 측정합니다. 따라서, 이 시험은 누출 검사를 위한 시험 중 하나입니다.
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