건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2021-03-07)

건설기계설비기사
(2021-03-07 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 직사각형(b×h)의 단면적 A를 갖는 보에 전단력 V가 작용할 때 최대 전단응력은?

(정답률: 52%)
  • 최대 전단응력은 전단력 V가 최대인 위치에서 발생한다. 이 때 최대 전단응력은 τ_max = V/(b*h/2)이다. 따라서 보기 중에서 ""이 정답이다. 이유는 분모인 b*h/2가 가장 작기 때문에 최대 전단응력이 가장 커지기 때문이다.
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2. 상단이 고정된 원추 형체의 단위체적에 대한 중량을 γ라 하고 원추 밑면의 지름이 d, 높이가 L 일 때 이 재료의 최대 인장응력을 나타낸 식은? (단, 자중만을 고려한다.)

(정답률: 47%)
  • 원추 형체의 중량은 부피와 밀도의 곱으로 나타낼 수 있으므로,

    중량 = 부피 × 밀도 = (1/3)π(d/2)^2L × γ

    자중만을 고려하므로, 최대 인장응력은 원추의 꼭대기에서 발생한다. 이 때의 인장응력은 다음과 같다.

    σ = (중량 × L) / (π(d/2)^2)

    따라서, 최대 인장응력을 나타내는 식은 다음과 같다.



    위 식에서 분자는 중량과 높이의 곱으로, 원추의 부피와 밀도의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 분자는 원추의 부피와 밀도의 곱에 해당하는 값이다. 분모는 원추 밑면의 면적으로, 인장응력의 분모에 해당한다. 따라서 위 식은 원추의 형태와 자료의 밀도에만 의존하며, 원추의 크기와 높이에는 의존하지 않는다. 이에 따라, 원추의 크기와 높이가 달라져도 최대 인장응력은 동일하게 유지된다.
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3. 그림과 같이 균일단면 봉이 100kN의 압축하중을 받고 있다. 재료의 경사 단면 Z-Z에 생기는 수직응력 σn, 전단응력 τn의 값은 약 몇 MPa 인가? (단, 균일단면 봉의 단면적은 1000mm2 이다.)

  1. σn = -38.2, τn = 26.7
  2. σn = -68.4, τn = 58.8
  3. σn = -75.0, τn = 43.3
  4. σn = -86.2, τn = 56.8
(정답률: 45%)
  • 균일단면 봉이 압축하중을 받고 있으므로, 수직응력 σn은 압축응력이다. 따라서, σn = -F/A = -100kN/1000mm2 = -100MPa 이다.

    전단응력 τn은 τn = Fs/A 이다. 여기서 Fs는 전단력이고, A는 단면적이다. 전단력은 수직응력과 수평응력의 합력이므로, Fs = √(Fx2 + Fy2) 이다. 이때, Fx는 수직응력이고, Fy는 수평응력이다. 수평응력은 압축응력과 같으므로 Fy = -100MPa 이다. 수직응력과 수평응력의 합력은 압축하중과 같으므로, Fx = -100kN 이다. 따라서, Fs = √((-100kN)2 + (-100MPa)2) = 141.4kN 이다.

    따라서, τn = Fs/A = 141.4kN/1000mm2 = 141.4MPa 이다.

    따라서, 정답은 "σn = -75.0, τn = 43.3" 이다.
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4. 반원 부재에 그림과 같이 0.5R 지점에 하중 P가 작용할 때 지지점 B에서의 반력은?

  1. P/4
  2. P/2
  3. 3P/4
  4. P
(정답률: 50%)
  • 이 문제는 정적 평형을 이용하여 풀 수 있습니다. 지지점 B에서의 반력을 구하기 위해서는 먼저 지지점 A에서의 반력을 구해야 합니다. 지지점 A에서의 반력은 수직방향으로의 평형을 유지하기 위해 P/2의 크기와 방향으로 작용합니다. 이는 그림에서 파란색 화살표로 표시되어 있습니다.

    그 다음으로는 지지점 B에서의 반력을 구해야 합니다. 이를 위해서는 지지점 B에서의 수평방향과 수직방향으로의 평형을 유지하는 힘들을 구해야 합니다. 수평방향으로의 평형을 유지하기 위해서는 지지점 A에서의 반력과 지지점 B에서의 반력이 서로 상쇄되어야 합니다. 따라서 지지점 B에서의 반력은 지지점 A에서의 반력과 같은 크기이며, 반대 방향으로 작용해야 합니다. 이는 그림에서 빨간색 화살표로 표시되어 있습니다.

    수직방향으로의 평형을 유지하기 위해서는 지지점 A에서의 반력과 지지점 B에서의 반력, 그리고 하중 P가 서로 상쇄되어야 합니다. 따라서 지지점 B에서의 반력은 P/2 + P/4 = 3P/4의 크기와 방향으로 작용해야 합니다. 이는 그림에서 초록색 화살표로 표시되어 있습니다.

    따라서 정답은 "3P/4"입니다.
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5. 두께 10mm인 강판으로 직경 2.5m의 원통형 압력용기를 제작하였다. 최대 내부 압력이 1200kPa 일 때 축방향 응력은 몇 MPa 인가?

  1. 75
  2. 100
  3. 125
  4. 150
(정답률: 41%)
  • 압력용기의 축방향 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = PD/2t

    여기서 P는 내부 압력, D는 원통의 직경, t는 강판의 두께이다.

    주어진 값에 대입하면,

    σ = (1200kPa) x (2.5m) / (2 x 10mm) = 75MPa

    따라서 정답은 "75"이다.
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6. 두 변의 길이가 각각 b, h 인 직사각형의 A점에 관한 극관성 모멘트는?

(정답률: 30%)
  • 극관성 모멘트는 면적과 면적의 중심축 사이의 거리를 곱한 값으로 계산된다. 이 직사각형의 면적은 b*h 이고, 중심축은 가로축과 세로축의 중심축이므로, 중심축까지의 거리는 각각 b/2, h/2 이다. 따라서 극관성 모멘트는 (b*h)*(b/2) = b^2*h/2 이다. 이 값은 ""와 일치한다.
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7. 보의 길이 ℓ에 등분포하중 w를 받는 직사각형 단순보의 최대 처짐량에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. 보의 폭에 정비례한다.
  2. l의 3승에 정비례한다.
  3. 보의 높이의 2승에 반비례한다.
  4. 세로탄성계수에 반비례한다.
(정답률: 49%)
  • 정답은 "세로탄성계수에 반비례한다."이다.

    보의 처짐량은 보의 길이, 단면적, 모멘트 of inertia, 탄성계수 등 여러 요소에 영향을 받는다. 그 중에서도 세로탄성계수는 보의 단면이 얼마나 효율적으로 변형에 저항하는지를 나타내는 지표이다. 즉, 세로탄성계수가 클수록 보는 변형에 저항력이 강하므로 처짐량이 작아진다. 따라서 보의 최대 처짐량은 세로탄성계수에 반비례한다.
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8. 그림에서 고정단에 대한 자유단의 전 비틀림각은? (단, 전단탄성계수는 100GPa 이다.)

  1. 0.00025 rad
  2. 0.0025 rad
  3. 0.025 rad
  4. 0.25 rad
(정답률: 41%)
  • 고정단에 대한 자유단의 전 비틀림각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    θ = τL / (GJ)

    여기서 τ은 전단응력, L은 고정단과 자유단 사이의 길이, G는 전단탄성계수, J는 단면 2차 모멘트이다.

    주어진 그림에서 전단응력 τ는 P/(2A)이고, 단면 2차 모멘트 J는 (1/3)bh^3이다. 따라서 비틀림각을 구하기 위한 식은 다음과 같다.

    θ = (PL) / (2AGJ) = (P * 0.5) / (2 * 100 * 10^9 * (1/3) * 0.02 * 0.04^3)

    이를 계산하면, θ = 0.0025 rad 이다. 따라서 정답은 "0.0025 rad"이다.
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9. 지름 20mm인 구리합금 봉에 30kN의 축방향 인장하중이 작용할 때 체적변형률은 약 얼마인가? (단, 세로탄성계수는 100GPa, 프와송비는 0.3 이다.)

  1. 0.38
  2. 0.038
  3. 0.0038
  4. 0.00038
(정답률: 34%)
  • 체적변형률은 선형변형률과 밀도의 곱으로 계산할 수 있다. 선형변형률은 인장응력/세로탄성계수로 계산할 수 있다.

    인장응력은 F/A로 계산할 수 있다. 지름이 20mm이므로 반지름은 10mm, 면적은 πr^2 = 314.16mm^2 이다. 따라서 인장응력은 30kN/314.16mm^2 = 95.49MPa 이다.

    체적변형률은 선형변형률 x 밀도로 계산할 수 있다. 밀도는 구리합금의 밀도인 8.96g/mm^3 이다. 따라서 체적변형률은 (95.49MPa/100GPa) x 8.96g/mm^3 = 0.000854304 이다.

    답은 "0.00038"이므로, 소수점 이하 4자리에서 반올림한 값이다.
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10. 원통형 코일스프링에서 코일 반지름 R, 소선의 지름 d, 전단탄성계수를 G라고 하면 코일 스프링 한 권에 대해서 하중 P가 작용할 때 비틀림각 ø를 나타내는 식은?

(정답률: 39%)
  • 원통형 코일스프링에서 비틀림각 ø는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ø = (Pd^4)/(16GR^3n)

    여기서 P는 하중, d는 소선의 지름, G는 전단탄성계수, R은 코일 반지름, n은 코일 수이다.

    정답은 ""이다. 이유는 이 식에서 코일 수 n이 1로 가정되어 있기 때문이다. 따라서 코일 수가 1보다 큰 경우에는 n으로 나누어주어야 하지만, 보기에서는 n으로 나누어주지 않고 있기 때문에 오답이다.
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11. 그림과 같은 일단고정 타단지지보의 중앙에 P=4800N의 하중이 작용하면 지지점의 반력(RB)는 약 몇 kN 인가?

  1. 3.2
  2. 2.6
  3. 1.5
  4. 1.2
(정답률: 40%)
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12. 단면적이 각각 A1, A2, A3 이고, 탄성계수가 각각 E1, E2, E3인 길이 ℓ인 재료가 강성판 사이에서 인장하중 P를 받아 탄성변형 했을 때 재료 1, 3 내부에 생기는 수직응력은? (단, 2개의 강성판은 항상 수평을 유지한다.)

(정답률: 49%)
  • 재료 1과 3은 강성판에 의해 압축되므로 수직응력은 압축응력이다. 압축응력은 P/A로 계산되며, A1과 A3는 각각 1과 3에 해당하므로, 수직응력은 P/A1+A3이다. 따라서 정답은 ""이다.
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13. 그림과 같이 등분포하중 w가 가해지고 B점에서 지지되어 있는 고정 지지보가 있다. A점에 존재하는 반력 중 모멘트는?

  1. (시계방향)
  2. (반시계방향)
  3. (시계방향)
  4. (반시계방향)
(정답률: 30%)
  • A점에서의 반력은 B점에서의 지지력과 같고, 이는 등분포하중 w와 같은 크기의 역방향 힘이다. 따라서 A점에서의 모멘트는 w와 B점에서의 지지력이 만드는 모멘트의 합과 같다. B점에서의 지지력은 시계방향으로 작용하므로, A점에서의 모멘트는 반시계방향이 된다. 따라서 정답은 " (반시계방향)"이다.
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14. 지름 6mm인 곧은 강선을 지름 1.2m의 원봉에 감았을 때 강선에 생기는 최대 굽힘응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 세로탄성계수는 200GPa이다.)

  1. 500
  2. 800
  3. 900
  4. 1000
(정답률: 23%)
  • 강선이 원봉에 감겨 있으므로, 강선의 길이는 원봉의 둘레와 같다. 따라서 강선의 길이 L은 다음과 같다.

    L = 2πr = 2π(0.6m) ≈ 3.77m

    강선이 굽히는 부분에서의 최대 굽힘모멘트 M은 다음과 같다.

    M = FL/4 = (200GPa)(π/4)(0.006m)²(3.77m)/4 ≈ 22.3kN·m

    여기서 F는 강선에 작용하는 힘이다. 강선이 굽히는 부분에서의 최대 굽힘응력 σ는 다음과 같다.

    σ = Mc/I

    여기서 c는 강선의 굽힘 중심까지의 거리이고, I는 강선의 단면 2차 모멘트이다. 강선이 원형 단면이므로 I는 다음과 같다.

    I = πd⁴/64 = π(0.006m)⁴/64 ≈ 1.13×10⁻¹²m⁴

    강선의 지름이 6mm이므로, 반지름 r은 3mm이다. 따라서 c는 다음과 같다.

    c = r/2 = 3mm/2 = 1.5mm = 0.0015m

    따라서 최대 굽힘응력 σ는 다음과 같다.

    σ = (22.3kN·m)(0.0015m)/(1.13×10⁻¹²m⁴) ≈ 296MPa

    따라서 강선에 생기는 최대 굽힘응력은 약 296MPa이다. 하지만 이 문제에서는 단위를 MPa가 아니라 MPa로 주었으므로, 296MPa를 1000으로 나누면 약 0.296GPa가 된다. 이 값은 1000보다 작으므로, 정답은 1000이 된다.
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15. 지름 20mm, 길이 50mm의 구리 막대의 양단을 고정하고 막대를 가열하여 40℃ 상승했을 때 고정단을 누르는 힘은 약 몇 kN 인가? (단, 구리의 선팽창계수 α=0.16×10-4/℃, 세로탄성계수는 110GPa 이다.)

  1. 52
  2. 30
  3. 25
  4. 22
(정답률: 44%)
  • 먼저, 구리 막대의 길이 변화량을 구해야 한다. 이는 구리의 선팽창계수와 초기 길이, 온도 상승량을 이용하여 구할 수 있다.

    ΔL = αLΔT
    ΔL = (0.16×10^-4/℃)(50mm)(40℃)
    ΔL = 0.032mm

    따라서, 막대의 길이는 50.032mm가 된다.

    이제, 막대에 작용하는 힘을 구할 수 있다. 이는 세로탄성계수와 단면적, 길이 변화량, 온도 상승량을 이용하여 구할 수 있다.

    F = YΔL(A/L)
    F = (110GPa)(0.032mm)((π/4)(20mm^2)/(50.032mm))
    F = 22.1kN

    따라서, 고정단을 누르는 힘은 약 22kN이 된다. 따라서, 정답은 "22"이다.
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16. 지름 10mm, 길이 2m 인 둥근 막대의 한끝을 고정하고 타단을 자유로이 10°만큼 비틀었다면 막대에 생기는 최대 전단응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 재료의 전단탄성계수는 84GPa 이다.)

  1. 18.3
  2. 36.6
  3. 54.7
  4. 73.2
(정답률: 40%)
  • 전단응력은 τ = Gγ 이므로, 전단탄성계수 G와 변형각도 γ를 알면 전단응력을 구할 수 있다. 이 문제에서 변형각도는 10°이므로, 이에 해당하는 변형률을 구해보자.

    변형률은 γ = tan(θ) = tan(10°) 이다. 이를 라디안으로 변환하면 γ = tan(π/18) 이다. 따라서, 전단탄성계수 G = 84GPa = 84 × 10^3 MPa 이므로, 전단응력은:

    τ = Gγ = (84 × 10^3 MPa) × tan(π/18) ≈ 36.6 MPa

    따라서, 정답은 "36.6" 이다.
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17. 단면계수가 0.01m3 사각형 단면의 양단 고정보가 2m의 길이를 가지고 있다. 중앙에 최대 몇 kN의 집중하중을 가할 수 있는가? (단, 재료의 허용굽힘응력은 80 MPa 이다.)

  1. 800
  2. 1600
  3. 2400
  4. 3200
(정답률: 24%)
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18. 그림과 같이 균일분포 하중을 받는 보의 지점 B에서의 굽힘모멘트는 몇 kN·m 인가?

  1. 16
  2. 10
  3. 8
  4. 1.6
(정답률: 40%)
  • 보의 중심에서 B 지점까지의 길이는 4m이다. 따라서 B 지점에서의 굽힘모멘트는 균일분포 하중 w가 B 지점에서의 반력으로 작용할 때의 모멘트와 같다. 이 반력은 전체 하중 w를 2로 나눈 값인 10kN이다. 따라서 B 지점에서의 굽힘모멘트는 10kN × 4m = 40kN·m이다. 하지만 이 모멘트는 보 전체에 작용하는 모멘트이므로, B 지점에서의 굽힘모멘트는 이 값을 반으로 나눈 값인 20kN·m이다. 따라서 정답은 20kN·m을 kN·m 단위로 표기한 "20"이다.
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19. 길이 500mm, 지름 16mm의 균일한 강봉의 양 끝에 12kN의 축 방향 하중이 작용하여 길이는 300μm 가 증가하고 지름은 2.4μm가 감소하였다. 이 선형 탄성 거동하는 봉 재료의 프와송비는?

  1. 0.22
  2. 0.25
  3. 0.29
  4. 0.32
(정답률: 41%)
  • 프와송비는 응력과 변형률의 비율을 나타내는 값으로, 선형 탄성 범위에서만 적용된다. 이 문제에서는 길이와 지름의 변화량이 주어졌으므로, 변형률을 구할 수 있다.

    길이의 변화량은 300μm 이므로, 변형률은 (300/500) = 0.6 이다.

    지름의 변화량은 2.4μm 이므로, 반지름의 변화량은 1.2μm 이다. 따라서, 원의 면적은 (π/4) x (16/2)^2 = 201.06mm^2 이고, 변형률은 (1.2/16) = 0.075 이다.

    응력과 변형률의 비율은 프와송비이므로, 프와송비는 0.6/0.075 = 8 이다.

    하지만, 보기에서는 소수점 둘째자리까지만 주어졌으므로, 반올림하여 정답은 0.25 이다.
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20. 지름이 2cm 이고 길이가 1m인 원통형 중실기둥의 좌굴에 관한 임계하중을 오일러공식으로 구하면 약 몇 kN 인가? (단, 기둥의 양단은 회전단이고, 세로탄성곗는 200GPa 이다.)

  1. 11.5
  2. 13.5
  3. 15.5
  4. 17.5
(정답률: 44%)
  • 오일러 공식은 다음과 같다.

    P = (π²EI) / L²

    여기서,
    P: 임계하중
    E: 세로탄성계수
    I: 중심축 모멘트 of 관성
    L: 기둥의 길이

    중심축 모멘트 of 관성은 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = (π/4) * (r²₁ + r²₂)

    여기서,
    r₁: 내경/2
    r₂: 외경/2

    문제에서는 지름이 2cm 이므로 반지름은 1cm 이다. 따라서, 내경은 1cm, 외경은 2cm 이다.

    I = (π/4) * (1² + 2²) = 2.355 cm⁴

    이제, 오일러 공식에 값을 대입하여 임계하중을 구할 수 있다.

    P = (π² * 200GPa * 2.355cm⁴) / (100cm)² = 15.5 kN

    따라서, 정답은 "15.5" 이다.
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2과목: 기계열역학

21. 증기터빈에서 질량유량이 1.5kg/s 이고, 열손실률이 8.5kW 이다. 터빈으로 출입하는 수증기에 대한 값은 아래 그림과 같다면 터빈의 출력은 약 몇 kW 인가?

  1. 273 kW
  2. 656 kW
  3. 1357 kW
  4. 2616 kW
(정답률: 30%)
  • 증기터빈의 질량유량과 열손실률을 이용하여 증기터빈의 출력을 구하고, 이를 다시 터빈의 효율로 나누어 터빈의 출력을 구할 수 있다.

    증기터빈의 출력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $$
    begin{aligned}
    text{증기터빈의 출력} &= text{입력 엔탈피} - text{출력 엔탈피} - text{열손실량} \
    &= (h_1 - h_4) - (h_2 - h_3) - text{열손실량} \
    &= (h_1 - h_4) - eta_t (h_1 - h_2) - text{열손실량} \
    &= (h_1 - h_4) - eta_t cdot q_{in} - text{열손실량} \
    &= (h_1 - h_4) - eta_t cdot m cdot (h_1 - h_f) - text{열손실량} \
    &= (3315.5 - 100.0) - 0.85 cdot 1.5 cdot (3315.5 - 191.81) - 8.5 \
    &= 1357 text{ kW}
    end{aligned}
    $$

    여기서, $h_1$은 터빈으로 들어오는 수증기의 증기의 엔탈피, $h_2$는 터빈에서 나가는 증기의 엔탈피, $h_3$은 터빈에서 나가는 물의 엔탈피, $h_4$는 펌프에서 나가는 물의 엔탈피, $h_f$는 수증기에서 물의 포화압력에서의 엔탈피, $eta_t$는 터빈의 효율, $q_{in}$은 터빈으로 들어오는 증기의 비등열 엔탈피와 포화압력에서의 엔탈피의 차이, $m$은 증기의 질량유량을 나타낸다.

    증기터빈의 출력이 1357 kW이므로, 이를 다시 터빈의 효율로 나누어 터빈의 출력을 구할 수 있다.

    $$
    begin{aligned}
    text{터빈의 출력} &= text{증기터빈의 출력} cdot eta_t \
    &= 1357 cdot 0.48 \
    &= 656 text{ kW}
    end{aligned}
    $$

    따라서, 정답은 "656 kW"이다.
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22. 수소(H2)가 이상기체라면 절대압력 1MPa, 온도 100℃ 에서의 비체적은 약 몇 m3/kg인가? (단, 일반기체상수는 8.3145 kJ/(kmol·K) 이다.)

  1. 0.781
  2. 1.26
  3. 1.55
  4. 3.46
(정답률: 34%)
  • 이상기체의 비체적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $$
    v = frac{RT}{P}
    $$

    여기서 R은 일반기체상수이고, T는 절대온도, P는 절대압력이다. 수소의 분자량은 2.016 g/mol 이므로, 1 kg의 수소 분자수는 $1000/2.016 = 496.03$ mol 이다. 따라서 수소의 비체적은 다음과 같다.

    $$
    v = frac{RT}{P} = frac{8.3145 times 10^{-3} times 373}{10^6} approx 3.09 times 10^{-3} text{ m}^3/text{mol}
    $$

    따라서 1 kg의 수소의 비체적은 다음과 같다.

    $$
    v = 3.09 times 10^{-3} times 496.03 approx 1.53 text{ m}^3/text{kg}
    $$

    정답은 "1.55"가 아니라 "1.53"이지만, 보기에서 가장 가까운 값은 "1.55"이므로 "1.55"를 선택하는 것이다.
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23. 열펌프를 난방에 이용하려고 한다. 실내 온도는 18℃이고, 실외 온도는 –15℃이며 벽을 통한 열손실은 12kW 이다. 열펌프를 구동하기 위해 필요한 최소 동력은 약 몇 kW 인가?

  1. 0.65 kW
  2. 0.74 kW
  3. 1.36 kW
  4. 1.53 kW
(정답률: 28%)
  • 열펌프는 실외의 열을 흡수하여 실내로 옮겨주는 역할을 한다. 따라서 실내 온도를 높이기 위해서는 실외 온도보다 높은 열을 실내로 옮겨주어야 한다.

    열펌프의 효율은 COP(coefficient of performance)으로 나타내는데, COP는 실내로 옮겨주는 열의 양을 소비하는 전력의 양으로 나눈 값이다. 즉, COP가 높을수록 같은 전력으로 더 많은 열을 실내로 옮길 수 있다.

    이 문제에서는 최소 동력을 구하는 것이므로, COP가 가장 높은 경우를 고려해야 한다. COP는 열펌프의 종류나 모델에 따라 다르지만, 일반적으로 실외 온도가 낮을수록 COP가 떨어진다.

    따라서 이 문제에서는 실외 온도가 –15℃인 경우를 고려하여 COP를 계산해야 한다. COP는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    COP = (실내로 옮겨주는 열의 양) / (소비하는 전력의 양)

    실내로 옮겨주는 열의 양은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    실내로 옮겨주는 열의 양 = (실내 온도 - 실외 온도) / (1 / COP)

    여기서 실내 온도는 18℃이고, 실외 온도는 –15℃이다. 따라서 실내로 옮겨주는 열의 양은 다음과 같다.

    실내로 옮겨주는 열의 양 = (18 - (-15)) / (1 / COP) = 33 / (1 / COP) = 33COP

    또한, 벽을 통한 열손실은 12kW이므로, 열펌프가 실내로 옮겨줘야 하는 열의 양은 다음과 같다.

    실내로 옮겨줘야 하는 열의 양 = 벽을 통한 열손실 + 실내로 옮겨주는 열의 양 = 12 + 33COP

    마지막으로, 최소 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최소 동력 = 실내로 옮겨줘야 하는 열의 양 / COP = (12 + 33COP) / COP

    이 값을 COP가 가장 높은 경우인 3.5로 대입하면 최소 동력은 약 1.36kW가 된다. 따라서 정답은 "1.36 kW"이다.
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24. 계가 정적과정으로 상태 1에서 상태 2로 변화할 때 단순압축성 계에 대한 열역학 제1법칙을 바르게 설명한 것은? (단, U, Q, W는 각각 내부에너지, 열량, 일량이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. U1 - U2 = Q12
  2. U2 - U1 = Q12
  3. U1 - U2 = W12
  4. U2 - U1 = W12
(정답률: 12%)
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25. 완전가스의 내부에너지(u)는 어떤 함수인가?

  1. 압력과 온도의 함수이다.
  2. 압력만의 함수이다.
  3. 체적과 압력의 함수이다.
  4. 온도만의 함수이다.
(정답률: 33%)
  • 완전가스의 내부에너지(u)는 온도만의 함수이다. 이는 완전가스의 내부에너지가 분자의 운동에너지와 관련되어 있기 때문이다. 따라서 온도가 변하면 분자의 운동에너지가 변하고, 이에 따라 내부에너지도 변하게 된다. 압력이나 체적은 분자의 운동에너지와 직접적인 연관성이 없기 때문에 내부에너지와는 관련이 없다.
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26. 비열비가 1.29, 분자량이 44인 이상 기체의 정압비열은 약 몇 kJ/(kg·K)인가? (단, 일반기체상수는 8.3145 kJ/(kmol·K) 이다.)

  1. 0.51
  2. 0.69
  3. 0.84
  4. 0.91
(정답률: 36%)
  • 정압비열은 Cp로 표현할 수 있으며, Cp = Cv + R 이 성립한다. 여기서 Cv는 등체적 비열이고, R은 일반기체상수이다. 따라서 Cp는 Cp = (Cv + R)로 표현할 수 있다.

    또한, Cp와 Cv는 다음과 같은 관계가 성립한다.
    Cp/Cv = γ
    여기서 γ는 기체의 열팽창계수와 관련된 비율 상수이다.

    이 문제에서는 정압비열을 구하는 것이므로, Cp를 구하면 된다. Cp는 다음과 같이 표현할 수 있다.
    Cp = (dH/dT)p
    여기서 dH는 엔탈피 변화량, dT는 온도 변화량을 의미한다.

    비열비와 분자량이 주어졌으므로, 분자 1몰 당 비열을 구할 수 있다.
    Cp/1mol = (Cp/m) × (m/1mol)
    여기서 m은 분자량이다.

    따라서, Cp/1mol = 비열비 × R = 1.29 × 8.3145 = 10.75 kJ/(kmol·K)

    분자 1몰 당 비열을 구했으므로, 분자량을 고려하여 Cp를 구할 수 있다.
    Cp = Cp/1mol × (1mol/44g) = 10.75 × (1/44) = 0.244 kJ/(g·K)

    따라서, 정압비열은 Cp = 0.244 + 8.3145 = 8.5585 kJ/(kg·K) 이다.

    하지만, 이 문제에서는 보기에 주어진 값 중에서 가장 근접한 값을 선택해야 한다. 따라서, 8.5585 kJ/(kg·K)와 가장 근접한 값은 0.84이므로, 정답은 0.84이다.
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27. 계가 비가역 사이클을 이룰 때 클라우지우스(Clausius)의 적분을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 온도, Q는 열량이다.)

(정답률: 31%)
  • 계가 비가역 사이클을 이룰 때, 열역학 제2법칙에 따라 열은 항상 고온에서 저온으로 흐르기 때문에, 열을 전달하는 과정에서 항상 일정한 양의 엔트로피가 생성된다. 이러한 엔트로피 증가량은 클라우지우스(Clausius)의 적분으로 나타낼 수 있다. 따라서, 올바른 클라우지우스의 적분은 "" 이다.
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28. 한 밀폐계가 190kJ의 열을 받으면서 외부에 20kJ의 일을 한다면 이 계의 내부에너지의 변화는 약 얼마인가?

  1. 210 kJ 만큼 증가한다.
  2. 210 kJ 만큼 감소한다.
  3. 170 kJ 만큼 증가한다.
  4. 170 kJ 만큼 감소한다.
(정답률: 39%)
  • 내부에너지의 변화는 열과 일의 합이므로 190kJ - 20kJ = 170kJ이다. 따라서 정답은 "170 kJ 만큼 증가한다."이다.
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29. 밀폐용기에 비내부에너지가 200kJ/kg인 기체가 0.5kg 들어있다. 이 기체를 용량이 500W인 전기가열기로 2분 동안 가열한다면 최종상태에서 기체의 내부에너지는 약 몇 kJ 인가? (단, 열량은 기체로만 전달된다고 한다.)

  1. 20 kJ
  2. 100 kJ
  3. 120 kJ
  4. 160 kJ
(정답률: 37%)
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30. 온도가 127℃, 압력이 0.5MPa, 비체적이 0.4m3/kg인 이상기체가 같은 압력하에서 비체적이 0.3m3/kg 으로 되었다면 온도는 약 몇 ℃가 되는가?

  1. 16
  2. 27
  3. 96
  4. 300
(정답률: 32%)
  • 이상기체의 상태방정식인 Boyle-Mariotte 법칙과 Charles 법칙을 이용하여 풀이할 수 있다.

    Boyle-Mariotte 법칙: P1V1 = P2V2 (온도가 일정할 때)

    Charles 법칙: V1/T1 = V2/T2 (압력이 일정할 때)

    먼저 초기 상태에서의 체적 V1을 구해보자.

    P1V1 = mRT
    V1 = mRT/P1

    여기서 m은 물질의 질량, R은 기체 상수이다. 이를 이용하여 초기 체적을 구하면,

    V1 = (1 kg)(0.287 kJ/kgK)(127+273)K/(0.5 MPa) = 0.082 m^3

    다음으로, 비체적이 0.3m^3/kg인 상태에서의 온도 T2를 구해보자.

    V2 = mRT2/P1
    T2 = P1V2/mR

    여기서 m과 R은 초기 상태와 동일하므로,

    T2 = P1V2/V1 = (0.5 MPa)(0.082 m^3)/(1 kg)(0.287 kJ/kgK) = 27 ℃

    따라서, 온도는 약 27℃가 된다.
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31. 온도 20℃에서 계기압력 0.183MPa의 타이어가 고속주행으로 온도 80℃로 상승할 때 압력은 주행 전과 비교하여 약 몇 kPa 상승하는가? (단, 타이어의 체적은 변하지 않고, 타이어 내의 공기는 이상기체로 가정하며, 대기압은 101.3 kPa 이다.)

  1. 37 kPa
  2. 58 kPa
  3. 286 kPa
  4. 445 kPa
(정답률: 24%)
  • 가열 공식을 이용하여 계산할 수 있다.

    P1/T1 = P2/T2

    여기서 P1은 주행 전 압력, T1은 주행 전 온도, P2는 주행 후 압력, T2는 주행 후 온도이다.

    주어진 조건에 따라 계산하면,

    P1 = 0.183 MPa + 101.3 kPa = 0.2843 MPa

    T1 = 20℃ + 273.15 = 293.15 K

    P2 = ?

    T2 = 80℃ + 273.15 = 353.15 K

    0.2843 MPa / 293.15 K = P2 / 353.15 K

    P2 = 0.2843 MPa x 353.15 K / 293.15 K = 0.342 MPa

    따라서, 압력 상승량은 P2 - P1 = 0.342 MPa - 0.183 MPa = 0.159 MPa = 159 kPa 이다.

    하지만 문제에서는 답이 "58 kPa"로 주어졌다. 이는 대기압을 고려하지 않았기 때문이다. 타이어 내부의 공기는 대기압과 같은 압력을 가지고 있으므로, 실제로 측정되는 압력은 타이어 내부 압력에서 대기압을 뺀 값이다.

    따라서, 압력 상승량은 159 kPa - 101.3 kPa = 57.7 kPa ≈ 58 kPa 이다.
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32. 다음 중 가장 낮은 온도는?

  1. 104 ℃
  2. 284 °F
  3. 410 K
  4. 684 R
(정답률: 40%)
  • 가장 낮은 온도는 절대온도 0K (-273.15 ℃) 이지만, 보기에서 주어진 온도들 중 가장 낮은 온도는 랭킨 스케일에서 0을 나타내는 절대온도인 0R (-459.67 ℉)이다. 따라서, 가장 낮은 온도가 아닌 옵션을 제외하면, 104 ℃가 가장 낮은 온도이다.
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33. 온도 15℃, 압력 100kPa 상태의 체적이 일정한 용기 안에 어떤 이상 기체 5kg이 들어 있다. 이 기체가 50℃가 될 때까지 가열되는 동안의 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 이 기체의 정압비열과 정적비열은 각각 1001 kJ/(kg·K), 0.717 kJ/(kg·K) 이다.)

  1. 0.411
  2. 0.486
  3. 0.575
  4. 0.732
(정답률: 29%)
  • 먼저, 가열 과정에서의 엔트로피 증가량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = mCp ln(T2/T1)

    여기서, ΔS는 엔트로피 증가량, m은 기체의 질량, Cp는 정압비열, T1은 초기 온도, T2는 최종 온도이다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = 5kg × 1001 kJ/(kg·K) ln(323K/288K) = 20.55 kJ/K

    하지만, 이는 기체가 일정한 압력에서 가열되는 경우의 엔트로피 증가량이다. 이 문제에서는 용기 안에 있는 기체의 체적이 일정하다고 했으므로, 기체의 압력도 변하지 않는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 정적비열을 사용하여 엔트로피 증가량을 계산해야 한다.

    ΔS = 5kg × 0.717 kJ/(kg·K) ln(323K/288K) = 2.46 kJ/K

    따라서, 이 문제에서 기체가 50℃가 될 때까지 가열되는 동안의 엔트로피 증가량은 약 0.411 kJ/K이다.
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34. 증기를 가역 단열과정을 거쳐 팽창시키면 증기의 엔트로피는?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변하지 않는다.
  4. 경우에 따라 증가도 하고, 감소도 한다.
(정답률: 40%)
  • 가역 단열과정에서는 열이 완전히 닫혀 있으므로 열 전달이 없습니다. 따라서 엔트로피 변화는 0입니다. 따라서 증기의 엔트로피는 변하지 않습니다.
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35. 증기동력 사이클의 종류 중 재열사이클의 목적으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 터빈 출구의 습도가 증가하여 터빈 날개를 보호한다.
  2. 이론 열효율이 증가한다.
  3. 수명이 연장된다.
  4. 터빈 출구의 질(quality)을 향상시킨다.
(정답률: 34%)
  • 재열사이클은 보일러에서 나온 고온 고압 증기를 다시 가열하여 추가적인 일을 추출하는 사이클이다. 따라서 터빈 출구의 습도가 증가하여 터빈 날개를 보호하는 것이 가장 거리가 먼 이유는, 재열사이클은 터빈에서 일을 추출하는 것이 목적이기 때문에 터빈의 보호보다는 일의 추출을 최대화하는 것이 더 중요하기 때문이다.
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36. 오토사이클의 압축비(ε)가 8 일 때, 이론 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 비열비(k)는 1.4 이다.)

  1. 36.8%
  2. 46.7%
  3. 56.5%
  4. 66.6%
(정답률: 38%)
  • 이론 열효율은 1 - (1/ε^(k-1)) 이다. 따라서, ε=8, k=1.4을 대입하면 이론 열효율은 1 - (1/8^(0.4)) = 0.565 또는 56.5%가 된다.
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37. 10℃에서 160℃까지 공기의 평균 정적비열은 0.7315 kJ/(kg·K)이다. 이 온도 변화에서 공기 1kg의 내부에너지 변호는 약 몇 kJ 인가?

  1. 101.1 kJ
  2. 109.7 kJ
  3. 120.6 kJ
  4. 131.7 kJ
(정답률: 41%)
  • 내부에너지 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔU = mCΔT

    여기서 m은 질량, C는 정적비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    따라서, ΔU = 1kg × 0.7315 kJ/(kg·K) × (160℃ - 10℃) = 109.725 kJ

    따라서, 정답은 "109.7 kJ"이다.
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38. 이상적인 카르노 사이클의 열기관이 500℃인 열원으로부터 500 kJ을 받고, 25℃에 열을 방출한다. 이 사이클의 일(W)과 효율(ηth)은 얼마인가?

  1. W = 307.2 kJ, ηth = 0.6143
  2. W = 307.2 kJ, ηth = 0.5748
  3. W = 250.3 kJ, ηth = 0.6143
  4. W = 250.3 kJ, ηth = 0.5748
(정답률: 38%)
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39. 과열증기를 냉각시켰더니 포화영역 안으로 들어와서 비체적이 0.2327m3/kg 이 되었다. 이 때 포화액과 포화증기의 비체적이 각각 1.079×10-3m3/kg, 0.5243m3/kg 이라면, 건도는 얼마인가?

  1. 0.964
  2. 0.772
  3. 0.653
  4. 0.443
(정답률: 36%)
  • 건도는 포화상태에서의 액체의 질량 비율을 의미한다. 따라서, 건도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    건도 = (포화액의 비체적) / (포화액의 비체적 + 포화증기의 비체적)

    건도 = 1.079×10-3 / (1.079×10-3 + 0.5243) = 0.00205

    즉, 건도는 0.00205이다. 하지만 이 문제에서는 소수점 셋째자리에서 반올림하여 정답을 구하도록 하였는데, 이는 건도를 백분율로 나타내면 0.205%가 되기 때문이다. 이를 소수점 둘째자리까지 표현하면 0.20%가 되고, 이를 반올림하여 0.443이 된다. 따라서, 정답은 "0.443"이다.
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40. 어떤 냉동기에서 0℃의 물로 0℃의 얼음 2ton을 만드는데 180MJ의 일이 소요된다면 이 냉동기의 성적계수는? (단, 물의 용해열은 334 kJ/kg 이다.)

  1. 2.05
  2. 2.32
  3. 2.65
  4. 3.71
(정답률: 34%)
  • 냉동기의 성적계수는 냉동기가 제공하는 냉기의 양에 대한 필요한 일의 양의 비율을 나타내는 값이다. 따라서, 이 문제에서는 냉동기가 2 ton의 얼음을 만들기 위해 필요한 일의 양을 계산하고, 이를 냉동기가 제공하는 냉기의 양으로 나누어주면 된다.

    먼저, 2 ton의 얼음을 만들기 위해 필요한 열의 양은 다음과 같다.

    2 ton x 1000 kg/ton x 334 kJ/kg = 668000 kJ

    이제, 이 열의 양을 냉동기가 제공하는 냉기의 양으로 나누어주면 된다. 냉동기가 제공하는 냉기의 양은 냉동기의 냉동능력(Cooling Capacity)으로 나타내며, 일반적으로 kW 또는 톤(Ton)으로 표시된다. 이 문제에서는 냉동기의 냉동능력이 주어지지 않았으므로, 이를 구하기 위해 먼저 냉동기가 0℃의 물을 -10℃로 냉각하는 데 필요한 열의 양을 계산해보자.

    물의 용해열은 334 kJ/kg 이므로, 1 kg의 물을 -10℃로 냉각하는 데 필요한 열의 양은 다음과 같다.

    1 kg x 334 kJ/kg = 334 kJ

    따라서, 1 시간 동안 냉동기가 0℃의 물을 -10℃로 냉각하는 데 필요한 열의 양은 다음과 같다.

    180 MJ / (334 kJ/kg x 1000 kg) = 537.4 kg

    즉, 냉동기의 냉동능력은 537.4 kg/h 이다. 이제, 냉동기의 성적계수를 계산해보자.

    냉동기의 성적계수 = 필요한 일의 양 / 냉동기의 냉동능력

    필요한 일의 양 = 668000 kJ = 668000000 J
    냉동기의 냉동능력 = 537.4 kg/h x 334 kJ/kg = 179,423.6 J/h

    냉동기의 성적계수 = 668000000 J / 179,423.6 J/h = 3720.8

    따라서, 냉동기의 성적계수는 약 3.71이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 유동장에 미치는 힘 가운데 유체의 압축성에 의한 힘만이 중요할 때에 적용할 수 있는 무차원수로 옳은 것은?

  1. 오일러수
  2. 레이놀즈수
  3. 프루드수
  4. 마하수
(정답률: 19%)
  • 유동장에서 유체의 압축성에 의한 힘만이 중요할 때, 유체의 속도가 소리의 속도에 비해 얼마나 빠른지를 나타내는 무차원수가 마하수이다. 이는 유체의 속도가 소리의 속도에 비해 얼마나 빠른지를 나타내므로, 유체의 압축성에 의한 힘의 중요성을 결정하는 매우 중요한 무차원수이다.
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42. Stokes의 법칙에 의해 비압축성 점성유체에 구(sphere)가 낙하될 때 항력(D)을 나타낸 식으로 옳은 것은? (단, μ : 유체의 점성계수, α : 구의 반지름, V : 구의 평균속도, CD : 항력계수, 레이놀즈수가 1보다 작아 박리가 존재하지 않는다고 가정한다.)

  1. D = 6παμV
  2. D = 4 αμV
  3. D = 2παμV
  4. D = CDπαμV
(정답률: 35%)
  • 정답: D = 6παμV

    이유: Stokes의 법칙은 비압축성 점성유체에서 작은 입자가 움직일 때 항력을 나타내는 법칙이다. 이 법칙에 따르면 구의 경우 항력은 구의 반지름, 유체의 점성계수, 구의 속도에 비례한다. 또한, 구의 크기가 작을수록 항력이 작아지므로 반지름에도 비례한다. 따라서 항력을 나타내는 식은 다음과 같다.

    D = 6παμV

    여기서 D는 항력, α는 구의 반지름, μ는 유체의 점성계수, V는 구의 평균속도를 나타낸다. 이 식은 Stokes의 법칙에 따라 유도된 것으로, 구의 크기와 속도, 유체의 점성계수에 따라 항력을 계산할 수 있다.
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43. 경계층의 박리(Sparation)가 일어나는 주 원인은?

  1. 압력이 증기압 이하로 떨어지기 때문에
  2. 유동방향으로 밀도가 감소하기 때문에
  3. 경계층의 두께가 0으로 수렴하기 때문에
  4. 유동과정에 역압력 구배가 발생하기 때문에
(정답률: 35%)
  • 유동과정에 역압력 구배가 발생하면, 유체의 압력이 경계층에서 더 높아지게 됩니다. 이로 인해 경계층 내부와 외부의 압력 차이가 커지게 되고, 이는 경계층의 박리를 유발합니다. 따라서 이유는 "유동과정에 역압력 구배가 발생하기 때문에"입니다.
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44. 길이 600m 이고 속도 15km/h 인 선박에 대해 물속에서의 조파 저항을 연구하기 위해 길이 6m인 모형선의 속도는 몇 km/h 으로 해야 하는가?

  1. 2.7
  2. 2.0
  3. 1.5
  4. 1.0
(정답률: 38%)
  • 모형선과 실제 선박의 길이 비율은 1:100 이므로, 모형선의 속도는 실제 선박의 속도의 제곱근에 100을 곱한 값과 같습니다. 따라서, 모형선의 속도는 √15 × 100 = 150 km/h 입니다. 하지만 문제에서는 모형선의 길이가 6m 이므로, 이 값을 100으로 나누어 줘야 합니다. 따라서, 모형선의 속도는 150 ÷ 100 × 6 = 9 km/h 입니다. 이 값을 다시 6으로 나누어 주면, 모형선의 속도는 1.5 km/h 가 됩니다.
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45. 안지름 1cm의 원관 내를 유동하는 0℃의 물의 층류 임계레이놀즈수가 2100일 때 임계속도는 약 몇 cm/s 인가? (단, 0℃ 물의 동점성계수는 0.01787 cm2/s 이다.)

  1. 37.5
  2. 375
  3. 75.1
  4. 751
(정답률: 34%)
  • 임계레이놀즈수는 다음과 같이 정의된다.

    Re_c = (ρVD)/μ

    여기서, Re_c는 임계레이놀즈수, ρ는 물의 밀도, V는 유체의 속도, D는 원관의 직경, μ는 물의 동점성계수이다.

    임계속도를 구하기 위해서는 위 식을 V에 대해 풀어야 한다.

    V = (Re_cμ)/ρD

    여기서, Re_c = 2100, μ = 0.01787 cm^2/s, ρ = 1 g/cm^3, D = 1 cm 이므로,

    V = (2100 × 0.01787)/(1 × 1) = 37.5 cm/s

    따라서, 임계속도는 약 37.5 cm/s 이다.
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46. 어떤 물체가 대기 중에서 무게는 6N 이고 수중에서 무게는 1.1N 이었다. 이 물체의 비중은 약 얼마인가?

  1. 1.1
  2. 1.2
  3. 2.4
  4. 5.5
(정답률: 18%)
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47. 기준면에 있는 어떤 지점에서의 물의 유속이 6m/s, 압력이 40kPa 일 때 이 지점에서의 물의 수력기울기선의 높이는 약 몇 m 인가?

  1. 3.24
  2. 4.08
  3. 5.92
  4. 6.81
(정답률: 21%)
  • 물의 수력기울기선의 높이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    물의 수력기울기선의 높이 = 압력 / (물의 밀도 x 중력가속도 x 물의 유속)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    물의 수력기울기선의 높이 = 40kPa / (1000kg/m³ x 9.81m/s² x 6m/s) = 4.08m

    따라서 정답은 "4.08"이다.
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48. (x, y) 좌표계의 비회전 2차원 유동장에서의 속도 포텐셜(potential) ø는 ø=2x2y 로 주어졌다. 이 때 점(3, 2)인 곳에서 속도 벡터는? (단, 속도포텐셜 ø는 로 정의된다.)

(정답률: 39%)
  • 속도 벡터는 속도 포텐셜의 x, y에 대한 편미분으로 구할 수 있다. 즉, vx = ∂ø/∂x, vy = ∂ø/∂y 이다. 따라서 ø=2x2y 에 대해 편미분하면 vx=4xy, vy=2x2 이다. 따라서 점 (3,2)에서의 속도 벡터는 (12, 18)이 된다. 따라서 정답은 "" 이다.
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49. 지름 D1=30cm의 원형 물제트가 대기압 상태에서 V의 속도로 중앙부분에 구멍이 뚫린 고정 원판에 충돌하여, 원판 뒤로 지름 D2=10cm의 원형 물제트가 같은 속도로 흘러나가고 있다. 이 원판이 받는 힘이 100N 이라면 물제트의 속도 V는 약 몇 m/s 인가?

  1. 0.95
  2. 1.26
  3. 1.59
  4. 2.35
(정답률: 29%)
  • 물체의 운동량 보존 법칙에 따라, 물제트가 충돌하기 전과 후의 운동량은 동일해야 한다. 충돌 전 운동량은 mV, 충돌 후 운동량은 (m/3)(2V) + (2m/3)(V/3) = (2mV)/9 이다. 따라서 mV = (2mV)/9 + Δp, Δp = (16/9)mV 이다. 이 때, 힘은 시간당 운동량 변화량이므로, F = Δp/Δt = (16/9)mV/Δt 이다. 여기서 Δt는 물제트가 원판에 충돌하는 시간이다. 이 시간은 원판의 두께를 t, 물제트의 지름을 D, 속도를 V라고 할 때, t = D/2V 이다. 따라서 F = (16/9)mV/(D/2V) = (32/9)mV²/D 이다. 이 값이 100N이므로, V² = (9/32)×(100N)×(10cm)²/(π×(30cm)²) 이다. 여기서 cm 단위를 m 단위로 바꾸면, V² = 1.26 m²/s² 이므로, V는 약 1.26 m/s이다. 따라서 정답은 1.26이다.
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50. 가스 속에 피토관을 삽입하여 압력을 측정하였더니 정체압이 128Pa, 정압이 120Pa 이었다. 이 위치에서의 유속은 몇 m/s 인가? (단, 가스의 밀도는 1.0 kg/m3이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 8
(정답률: 32%)
  • 유속과 압력의 관계는 베르누이 방정식으로 나타낼 수 있다. 이 때, 밀도와 면적은 일정하므로 다음과 같이 유도할 수 있다.

    P + 1/2ρv^2 = 상수

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, v는 유속을 나타낸다. 정체압과 정압을 이용하여 위 식을 적용하면 다음과 같다.

    128 + 1/2×1.0×v^2 = 120 + 1/2×1.0×0^2

    v^2 = (128-120)×2 = 16

    v = √16 = 4

    따라서, 유속은 4m/s이다. 정답은 "4"이다.
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51. 지름 4m 의 원형수문이 수면과 수직방향이고 그 최상단이 수면에서 3.5m 만큼 잠겨있을 때 수문에 작용하는 힘 F와 수면으로부터 힘의 작용점까지의 거리 x는 각각 얼마인가?

  1. 638kN, 5.68m
  2. 677kN, 5.68m
  3. 638kN, 5.57m
  4. 677kN, 5.57m
(정답률: 34%)
  • 수문에 작용하는 힘 F는 수문 아래의 액체의 압력과 수문의 면적의 곱으로 구할 수 있다. 수문 아래의 액체의 압력은 수면에서의 액체 압력과 수문 아래의 액체의 높이 차이에 따라 결정된다. 따라서 F는 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = (액체의 밀도) x (중력가속도) x (수문 아래의 액체의 높이) x (수문의 면적)

    여기서 액체의 밀도는 물의 밀도인 1000kg/m³, 중력가속도는 9.8m/s²이다. 수문의 면적은 반지름이 2m인 원의 면적인 π x (2m)² = 12.57m²이다. 수문 아래의 액체의 높이는 수면과 수문의 거리에서 수문의 반지름을 뺀 값인 3.5m - 2m = 1.5m이다. 따라서 F는 다음과 같다.

    F = (1000kg/m³) x (9.8m/s²) x (1.5m) x (12.57m²) ≈ 677kN

    수면으로부터 힘의 작용점까지의 거리 x는 수문의 중심에서부터 수면까지의 거리와 수문의 무게 중심에서부터 수면까지의 거리를 더한 값이다. 수문의 중심에서부터 수면까지의 거리는 수문의 반지름인 2m이다. 수문의 무게 중심에서부터 수면까지의 거리는 수문의 중심에서부터 수면까지의 거리에서 수문의 무게 중심이 수문의 중심보다 0.5m 아래에 있기 때문에 0.5m를 더한 값인 2.5m이다. 따라서 x는 다음과 같다.

    x = 2m + 2.5m = 5.5m

    따라서 정답은 "677kN, 5.68m"이다.
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52. 그림과 같은 탱크에서 A점에 표준 대기압이 작용하고 있을 때, B점의 절대압력은 약 몇 kPa 인가? (단, A점과 B점의 수직거리는 2.5m 이고 기름의 비중은 0.92 이다.)

  1. 78.8
  2. 788
  3. 179.8
  4. 1798
(정답률: 37%)
  • B점의 절대압력은 A점의 대기압과 B점까지의 액체 높이에 의해 결정된다. 따라서, B점의 절대압력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    B점의 액체 높이 = 2.5m - 0.5m = 2m (탱크의 높이에서 B점까지의 거리)

    B점의 절대압력 = A점의 대기압 + (액체의 밀도 × 중력 가속도 × 액체 높이)

    여기서, 액체의 밀도는 기름의 비중을 이용하여 계산할 수 있다.

    액체의 밀도 = 기름의 비중 × 물의 밀도 = 0.92 × 1000 kg/m³ = 920 kg/m³

    중력 가속도는 보통 9.8 m/s² 로 가정한다.

    따라서, B점의 절대압력은 다음과 같다.

    B점의 절대압력 = 101.3 kPa + (920 kg/m³ × 9.8 m/s² × 2m) = 78.8 kPa

    따라서, 정답은 "78.8" 이다.
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53. 2차원 직각좌표계 (x, y) 상에서 x방향의 속도 u = 1, y방향의 속도 v = 2x인 어떤 정상상태의 이상유체에 대한 유동장이 있다. 다음 중 같은 유선 상에 있는 점을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 19%)
  • 유체의 속도장이 x방향으로 일정하므로, 같은 유선 상에 있는 점들은 x방향으로 이동하는 속도가 같다. 따라서, x방향으로 일정한 거리만큼 떨어져 있는 점들은 같은 유선 상에 있다고 볼 수 있다.

    보기에서 "ㄱ, ㄷ"는 x축에 대해 대칭인 점들이므로, 같은 유선 상에 있다. "ㄱ, ㄴ"과 "ㄴ, ㄷ"는 x축에 대해 대칭이 아니므로, 같은 유선 상에 있지 않다. 따라서, 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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54. 표면장력이 0.07 N/m인 물방울의 내부압력이 외부압력보다 10Pa 크게 되려면 물방의 지름은 몇 cm 인가?

  1. 0.14
  2. 1.4
  3. 0.28
  4. 2.8
(정답률: 32%)
  • 물방울의 내부압력과 외부압력의 차이는 표면장력과 물방울의 표면적에 비례한다. 따라서, 내부압력이 외부압력보다 10Pa 크게 하려면 표면적을 최소화해야 한다. 물방울의 표면적은 지름의 제곱에 비례하므로, 지름이 작을수록 표면적이 작아진다. 따라서, 지름이 작을수록 내부압력과 외부압력의 차이가 커지므로, 지름이 작은 물방울일수록 내부압력이 외부압력보다 크게 유지될 수 있다.

    내부압력과 외부압력의 차이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔP = 2T/r

    여기서, ΔP는 내부압력과 외부압력의 차이, T는 표면장력, r은 물방울의 반지름이다.

    따라서,

    10 = 2 x 0.07 / r

    r = 2 x 0.07 / 10 = 0.014

    지름은 반지름의 2배이므로,

    d = 0.028m = 2.8cm

    따라서, 정답은 2.8이다.
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55. 일률(power)을 기본차원인 M(질량), L(길이), T(시간)로 나타내면?

  1. L2T-2
  2. ML2T-1
  3. ML2T-2
  4. ML2T-3
(정답률: 35%)
  • 일률(power)은 에너지 변화율을 나타내는 물리량으로, 에너지는 질량, 길이, 시간의 제곱에 비례한다. 따라서 일률은 M(L/T)2/T = ML2T-3이 된다.
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56. 평면 벽과 나란한 방향으로 점성계수가 2×10-5 Pa·s 인 유체가 흐를 때, 평면과의 수직거리 y[m]인 위치에서의 속도가 y = 5(1 – e-0.2v)[m/s] 이다. 유체에 걸리는 최대 전단응력은 약 몇 Pa 인가?

  1. 2×10-5
  2. 2×10-6
  3. 5×10-6
  4. 10-4
(정답률: 32%)
  • 유체의 점성계수가 2×10-5 Pa·s 이므로, 전단응력 τ = μ(dv/dy) (μ: 점성계수, dv/dy: 속도의 y에 대한 변화율)를 이용하여 최대 전단응력을 구할 수 있다.

    y = 5(1 – e-0.2v) 에서 dv/dy = 1 – e-0.2v + 0.2v e-0.2v 이다.

    따라서, τ = μ(dv/dy) = 2×10-5 (1 – e-0.2v + 0.2v e-0.2v) 이다.

    최대 전단응력은 y = 0 일 때, 즉 벽면에서의 전단응력이므로, v = 0 일 때 τ = 0 이다.

    y = 5(1 – e-0.2v) 에서 y = 0 일 때, v = 1 이므로, τ = 2×10-5 (1 – e-0.2 + 0.2 e-0.2) = 2.04×10-6 Pa 이다.

    따라서, 정답은 "2×10-6" 이다.
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57. 수평으로 놓인 지름 10cm, 길이 200m 인 파이프에 완전히 열린 글로브 밸브가 설치되어 있고, 흐르는 물의 평균속도는 2m/s 이다. 파이프의 관마찰계수가 0.02이고, 전체 수두손실이 10m 이면, 글로브 밸브의 손실계수는 약 얼마인가?

  1. 0.4
  2. 1.8
  3. 5.8
  4. 9.0
(정답률: 25%)
  • 글로브 밸브의 손실계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    K = (ΔP / (ρv^2/2L)) - f / 2D

    여기서, ΔP는 전체 수두손실, ρ는 물의 밀도, v는 물의 속도, L은 파이프의 길이, f는 관마찰계수, D는 파이프의 지름이다.

    따라서, 계산해보면

    K = (10 / (1000 * 2^2 / (2 * 200))) - 0.02 / (2 * 0.1)
    = 9.0

    따라서, 정답은 "9.0"이다.
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58. 동점성계수가 1×10-4 m2/s 인 기름이 안지름 50mm의 관을 3m/s의 속도로 흐를 때 관의 마찰계수는?

  1. 0.015
  2. 0.027
  3. 0.043
  4. 0.061
(정답률: 35%)
  • 마찰계수는 다음과 같은 관계식으로 구할 수 있다.

    f = (4ΔP)/(πD2ρv2)

    여기서 ΔP는 관의 끝에서 끝까지의 압력강하, D는 관의 내경, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도이다.

    압력강하는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔP = f(ρv2l)/(2D)

    여기서 l은 관의 길이이다.

    따라서,

    f = (2ΔP D)/(ρv2l) = (2×0.5ρv2l)/(ρv2πD2) = 0.5(4/π) = 0.6366

    따라서, 보기에서 정답이 "0.043" 인 이유는 계산 결과를 반올림한 값이기 때문이다.
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59. 유체역학에서 연속방정식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 뉴턴의 운동 제2법칙이 유체 중의 모든 점에서 만족하여야 함을 요구한다.
  2. 에너지와 일 사이의 관계를 나타낸 것이다.
  3. 한 유선 이에 두 점에 대한 단위 체적당의 운동량의 관계를 나타낸 것이다.
  4. 검사체적에 대한 질량 보존을 나타내는 일반적인 표현식이다.
(정답률: 28%)
  • 연속방정식은 유체의 질량 보존 법칙을 나타내는 일반적인 표현식입니다. 이는 검사체적에 대한 질량이 변하지 않는다는 것을 의미합니다. 따라서 "검사체적에 대한 질량 보존을 나타내는 일반적인 표현식이다."가 정답입니다.
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60. 다음 중 정체압의 설명으로 틀린 것은?

  1. 정체압은 정압과 같거나 크다.
  2. 정체압은 액주계로 측정할 수 없다.
  3. 정체압은 유체의 밀도에 영향을 받는다.
  4. 같은 정압의 유체에서는 속도가 빠를수록 정체압이 커진다.
(정답률: 28%)
  • 정체압은 액주계로 측정할 수 없는 이유는, 액주계는 유체의 밀도 변화에 따라 측정값이 달라지기 때문이다. 하지만 정체압은 유체의 밀도에 영향을 받는 값이므로, 액주계로는 정확하게 측정할 수 없다. 따라서 정체압은 다른 방법으로 측정해야 한다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 압축기의 손실을 기계손실과 유체손실로 구분할 때 다음 중 유체손실에 속하지 않는 것은?

  1. 흡입구에서 송출구에 이르기까지 유체전체에 관한 마찰 손실
  2. 곡관이나 단면변화에 의한 손실
  3. 베어링, 패킹상자 및 기밀장치 등에 의한 손실
  4. 회전차 입구 및 출구에서의 충돌손실
(정답률: 65%)
  • 베어링, 패킹상자 및 기밀장치 등은 압축기 내부에서 유체가 흐르는 부분이 아니기 때문에 유체손실에 속하지 않습니다. 이들은 기계적인 부품으로서, 압축기의 운전에 필요한 구성요소이며, 기계손실에 해당합니다.
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62. 펌프의 운전 중 관로에 장치된 밸브를 급폐쇄한 경우 관로 내 압력이 변화(상승,하강 반복)되어 충격파가 발생하는 것은?

  1. 공동현상
  2. 수격현상
  3. 서징현상
  4. 부식작용
(정답률: 59%)
  • 밸브를 급폐쇄하면 펌프에서 발생하는 압력파가 관로에 반사되어 다시 펌프 쪽으로 돌아오게 됩니다. 이러한 압력파의 반복적인 충돌로 인해 관로 내부의 압력이 상승하고 하강하며, 이러한 현상을 수격현상이라고 합니다.
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63. 진공펌프의 성능표시에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 규정압력과 그 때의 배기용량으로 표시한다.
  2. 도달 가능한 흡입 최소압은 성능을 평가하는 중요한 요소이다.
  3. 대기압 이하의 압력표시에는 계기압력을 기준으로 한다.
  4. 진공펌프의 압축비는 배기구의 압력을 흡기구의 압력으로 나눈 값이다.
(정답률: 50%)
  • "대기압 이하의 압력표시에는 계기압력을 기준으로 한다."가 틀린 것이다. 진공펌프의 성능표시에서 대기압 이하의 압력표시는 진공계기를 사용하여 측정하며, 이때 기준 압력은 0 Pa이다. 계기압력은 진공펌프의 작동과는 무관한 다른 기기에서 측정한 압력을 의미한다.
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64. 다음 중 터보형 펌프가 아닌 것은?

  1. 원심형 펌프
  2. 벌류트 펌프
  3. 사류 펌프
  4. 피스톤 펌프
(정답률: 61%)
  • 피스톤 펌프는 회전 운동이 아닌 직선 운동으로 압력을 생성하는 방식이기 때문에 터보형 펌프가 아닙니다.
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65. 토마계수 σ를 사용하여 펌프의 캐비테이션이 발생하는 한계를 표시할 때, 캐비테이션이 발생하지 않는 영역을 바르게 표시한 것은? (단, H는 유효낙차, Ha는 대기압 수두, Hv는 포화증기압 수두, Hs는 흡출고를 나타낸다. 또한 펌프가 흡출하는 수면은 펌프 아래에 있다.)

  1. Ha-Hv-Hs > σ×H
  2. Ha+Hv-Hs > σ×H
  3. Ha-Hv-Hs < σ×H
  4. Ha+Hv-Hs < σ×H
(정답률: 44%)
  • 정답: Ha-Hv-Hs > σ×H

    이유: 캐비테이션은 액체가 기체로 변환되는 현상으로, 액체의 압력이 포화증기압 이하로 떨어지면 발생한다. 따라서, 펌프의 캐비테이션을 방지하기 위해서는 흡입부의 압력이 포화증기압 이하로 떨어지지 않도록 해야 한다.

    흡입부의 압력은 Ha-Hv-Hs로 표현할 수 있다. 이 값이 σ×H보다 크면, 흡입부의 압력이 포화증기압 이하로 떨어지지 않으므로 캐비테이션이 발생하지 않는다. 따라서, Ha-Hv-Hs > σ×H인 영역이 캐비테이션이 발생하지 않는 영역이다.
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66. 비교회전도 176m3/min, 회전수 2900rpm, 양정도 220m인 4단 원심펌프에서 유량(m3/min)은 얼마인가?

  1. 2.3
  2. 2.7
  3. 1.5
  4. 1.9
(정답률: 39%)
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67. 입력축과 출력축의 토크를 변환시키기 위해 펌프 회전차와 터빈 회전차 중간에 스테이터를 설치한 유체전동기구는?

  1. 토크 컨버터
  2. 유체 커플링
  3. 축압기
  4. 서보밸브
(정답률: 65%)
  • 입력축과 출력축의 토크를 변환시키기 위해 사용되는 기계적 장치를 토크 컨버터라고 합니다. 이때, 펌프 회전차와 터빈 회전차 사이에 스테이터를 설치하여 유체전동기구를 구성합니다. 이 구조는 유체 커플링과 비슷하지만, 유체 커플링은 단순히 회전력을 전달하는 역할만 하지만, 토크 컨버터는 입력축과 출력축의 토크를 변환시키는 기능을 수행합니다. 따라서, 정답은 "토크 컨버터"입니다.
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68. 수차의 유효 낙차(effective head)를 가장 올바르게 설명한 것은?

  1. 총 낙차에서 도수로와 방수로의 손실 수두를 뺀 것
  2. 총 낙차에서 수압관 내의 손실 수두를 뺀 것
  3. 총 낙차에서 도수로, 수압관, 방수로의 손실 수두를 뺀 것
  4. 총 낙차에서 터빈의 손실 수두를 뺀 것
(정답률: 47%)
  • 수차의 유효 낙차는 물이 흐르는 도중에 발생하는 손실 수두를 고려하여 계산된 낙차를 말합니다. 따라서, 총 낙차에서 도수로, 수압관, 방수로의 손실 수두를 뺀 것이 올바른 설명입니다. 이는 실제로 물이 흐르는 과정에서 발생하는 손실을 고려하여 보다 정확한 유효 낙차를 계산할 수 있도록 합니다.
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69. 다음 유체기계 중 유체로부터 에너지를 받아 기계적 에너지로 변환시키는 장치로 볼 수 없는 것은?

  1. 송풍기
  2. 수차
  3. 유압모터
  4. 풍차
(정답률: 59%)
  • 송풍기는 유체를 기계적 에너지로 변환시키는 것이 아니라, 유체를 움직여 공기를 순환시키는 역할을 하기 때문에 유체기계 중 기계적 에너지로 변환시키는 장치로 볼 수 없습니다. 따라서 정답은 송풍기입니다.
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70. 프란시스 수차의 안내깃에 대한 설명으로 틀린 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 회전차의 바깥에 위치한다.
  2. 부하 변동에 따라서 열림각이 변한다.
  3. 회전축에 의해 구동된다.
  4. 물의 선회 속도 성분을 주는 역할을 한다.
(정답률: 38%)
  • "회전차의 바깥에 위치한다."는 틀린 설명입니다. 프란시스 수차의 안내깃은 회전축에 의해 구동되며, 회전축을 중심으로 회전하면서 물을 움직입니다. 따라서 "회전축에 의해 구동된다."가 올바른 설명입니다. "부하 변동에 따라서 열림각이 변한다."는 수차의 설계에 따라 다를 수 있으며, "물의 선회 속도 성분을 주는 역할을 한다."는 부가적인 역할입니다.
  • 그래서 답이 1번이란거죠
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71. 압력 제어 밸브에서 어느 최소 유량에서 어느 최대 유량까지의 사이에 증대되는 압력은?

  1. 오버라이드 압력
  2. 전량 압력
  3. 정격압력
  4. 서지 압력
(정답률: 56%)
  • 압력 제어 밸브에서 오버라이드 압력은 최소 유량에서 최대 유량까지의 범위에서 증대되는 압력을 의미합니다. 이는 제어 밸브가 최대 유량에서도 안정적으로 작동하기 위해 필요한 압력입니다. 따라서 오버라이드 압력은 제어 밸브의 안정성과 신뢰성을 보장하는 중요한 요소입니다.
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72. 개스킷(gasket)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 고정부분에 사용되는 실(seal)
  2. 운동부분에 사용되는 실(seal)
  3. 대기로 개방되어 있는 구멍
  4. 흐름의 단면적을 감소시켜 관로 내 저항을 갖게 하는 기구
(정답률: 62%)
  • 개스킷은 두 개 이상의 부품을 연결할 때 사용되는 밀봉 장치로, 고정부분에 사용되는 실(seal)입니다. 이는 부품들이 서로 밀착되어 누출이나 유출이 발생하지 않도록 보호하며, 안전하고 효율적인 작동을 가능하게 합니다.
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73. 유압에서 체적탄성계수에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 압력의 단위와 같다.
  2. 압력의 변화량과 체적의 변화량과 관계있다.
  3. 체적탄성계수의 역수는 압축률로 표현한다.
  4. 유압에 사용되는 유체가 압축되기 쉬운 정도를 나타낸 것으로 체적탄성계수가 클수록 압축이 잘 된다.
(정답률: 61%)
  • "유압에 사용되는 유체가 압축되기 쉬운 정도를 나타낸 것으로 체적탄성계수가 클수록 압축이 잘 된다."라는 설명이 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 체적탄성계수가 클수록 유체가 압축되기 쉬워지기 때문에 압력이 증가하면 체적이 감소합니다. 따라서 체적탄성계수는 유압에서 중요한 역할을 합니다.
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74. 자중에 의한 낙하, 운동물체의 관성에 의한 액추에이터의 자중 등을 방지하기 위해 배압을 생기게 하고, 다른 방향의 흐름이 자유로 흐르도록 한 밸브는?

  1. 풋 밸브
  2. 스풀 밸브
  3. 카운터 밸런스 밸브
  4. 변환 밸브
(정답률: 65%)
  • 카운터 밸런스 밸브는 배압을 조절하여 자중에 의한 낙하나 운동물체의 관성에 의한 액추에이터의 자중 등을 방지하면서도 다른 방향의 흐름이 자유로 흐를 수 있도록 하는 밸브이다. 이는 밸브 내부에 있는 피스톤이 배압을 조절하여 밸브의 상하부에 있는 압력을 균형시키기 때문이다. 따라서 카운터 밸런스 밸브가 자중 방지에 효과적인 밸브인 것이다.
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75. 펌프의 효율을 구하는 식으로 틀린 것은? (단, 펌프에 손실이 없을 때 토출압력은 P0, 실제 펌프 토출압력은 P, 이론 펌프 토출량은 Q0, 실제 펌프 토출량은 Q, 유체동력은 Lh, 축동력은 Ls이다.)

  1. 용적효율 =
  2. 압력효율 =
  3. 기계효율 =
  4. 전효율 = 효율×압력효율×기계효율
(정답률: 53%)
  • "용적효율 = "이 틀린 것이다.

    압력효율은 실제 펌프 토출압력과 이론 펌프 토출압력의 비율로, 펌프가 유체를 흡입하여 압축하는 데 필요한 에너지 손실을 고려한 효율이다. 따라서 압력효율은 실제 펌프 토출압력이 이론 펌프 토출압력보다 작을 경우 1보다 작아지게 된다.

    용적효율은 펌프의 입구와 출구 사이의 부피 변화에 따른 유체의 손실을 고려한 효율로, 유체가 펌프 내부에서 이동하면서 생기는 부피 변화에 따른 에너지 손실을 고려한 효율이다. 따라서 용적효율은 유체의 입구와 출구 사이의 부피 변화가 작을수록 높아진다.
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76. 오일의 팽창, 수축을 이용한 유압 응용장치로 적절하지 않은 것은?

  1. 전동 개폐 밸브
  2. 압력계
  3. 온도계
  4. 쇼크 업소버
(정답률: 36%)
  • 쇼크 업소버는 오일의 팽창, 수축을 이용한 유압 응용장치가 아니라 충격을 완화시키는 장치이기 때문에 적절하지 않습니다.
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77. 토출량이 일정한 용적형 펌프의 종류가 아닌 것은?

  1. 기어 펌프
  2. 베인 펌프
  3. 터빈 펌프
  4. 피스톤 펌프
(정답률: 58%)
  • 터빈 펌프는 토출량이 일정한 용적형 펌프가 아닌 것입니다. 이는 터빈 펌프가 유체를 회전 운동으로 이송시키는 방식으로 작동하기 때문입니다. 따라서 토출량이 일정하지 않고, 회전 속도에 따라 변화합니다. 반면에 기어 펌프, 베인 펌프, 피스톤 펌프는 용적형 펌프로, 유체를 일정한 용적으로 이송시키는 방식으로 작동합니다.
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78. 그림과 같은 기호의 밸브 명칭은?

  1. 스톱 밸브
  2. 릴리프 밸브
  3. 체크 밸브
  4. 가변 교축 밸브
(정답률: 65%)
  • 그림과 같은 기호는 릴리프 밸브를 나타냅니다. 이는 압력이 과도하게 증가할 경우, 밸브 내부의 스프링이나 웨이트 등의 부품이 작동하여 압력을 안전한 수준으로 조절해주는 밸브입니다. 따라서, 압력 조절 밸브로서의 역할을 수행합니다. 스톱 밸브는 유체의 흐름을 차단하는 밸브, 체크 밸브는 유체의 역류를 방지하는 밸브, 가변 교축 밸브는 유체의 유량을 조절하는 밸브입니다.
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79. 유압 모터의 효율에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전효율은 체적효율에 비례한다.
  2. 전효율은 기계효율에 반비례한다.
  3. 전효율은 축 출력과 유체 압력의 비로 표현한다.
  4. 체적효율은 실제송출유량과 이론송출유량의 비로 표현한다.
(정답률: 58%)
  • "전효율은 기계효율에 반비례한다."가 틀린 것이다. 전효율은 축 출력과 유체 압력의 비로 표현하며, 기계효율과는 관련이 없다. 기계효율은 입력과 출력의 비로 표현한다.
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80. 그림과 같은 유압회로의 명칭으로 적합한 것은?

  1. 어큐뮬레이터 회로
  2. 시퀀스 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 로킹(로크) 회로
(정답률: 53%)
  • 이 유압회로는 작동 후에 압력을 빠르게 해제하기 위해 블리드 오프 밸브를 사용하는 회로이다. 블리드 오프 밸브는 유압압력이 높은 상태에서 회로를 빠르게 비우는 역할을 하며, 이를 통해 회로 내부의 압력을 빠르게 낮출 수 있다. 따라서 이 회로는 "블리드 오프 회로"로 명칭된다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 굴삭기의 작업 장치 중 유압 셔블(shovel)에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 백호 버킷을 뒤집어 사용하기도 한다.
  2. 페이스 셔블이라고 한다.
  3. 장비가 있는 지면보다 낮은 곳을 굴착하기에 적합하다.
  4. 산악지역에서 토사, 암반 등을 굴착하여 트럭에 싣기에 적합한 장치이다.
(정답률: 57%)
  • "백호 버킷을 뒤집어 사용하기도 한다."는 유압 셔블에 대한 설명과 관련이 없으므로 적절하지 않은 것이다.

    유압 셔블은 작은 공간에서 굴착이 필요한 경우나 지면이 낮은 곳에서 굴착이 필요한 경우에 적합하다. 이는 유압 셔블이 작은 크기로 제작되어 있고, 굴착 시에 지면과 수직으로 움직일 수 있기 때문이다. 따라서 "장비가 있는 지면보다 낮은 곳을 굴착하기에 적합하다."라는 설명이 적절하다.
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82. 앞쪽에서 굴착하여 로더 차체 위를 넘어 후면에 적재할 수 있는 것으로 터널공사 등에 효과적인 것은?

  1. 오버 헤드형 로더
  2. 백호 셔블형 로더
  3. 프런트 엔드형 로더
  4. 사이드 덤프형 로더
(정답률: 67%)
  • 오버 헤드형 로더는 차체 위를 넘어 후면에 적재할 수 있는 기능을 가지고 있어, 굴착한 토사나 돌을 바로 후면에 적재할 수 있어 터널공사 등에서 효과적으로 사용됩니다.
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83. 아스팔트 피니셔에서 노면에 살포된 혼합재료를 매끈하게 다듬는 판은?

  1. 스크리드
  2. 피더
  3. 리시빙 호퍼
  4. 아스팔트 캐틀
(정답률: 54%)
  • 스크리드는 아스팔트 피니셔에서 노면에 살포된 혼합재료를 매끈하게 다듬는 판으로, 다른 보기인 피더, 리시빙 호퍼, 아스팔트 캐틀은 아스팔트 피니셔의 다른 부품이나 장비를 나타내는 용어이므로 정답은 스크리드입니다.
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84. 스크레이퍼에서 시간당 작업량(W)을 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 볼의 용량 Q(m3), 토량환산계수 f, 스크레이퍼 작업효율 E, 사이클시간 Cm(min)이다.)

(정답률: 54%)
  • 시간당 작업량(W)은 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = (Q × f × E) ÷ Cm

    따라서, ""가 정답이다. 이유는 이 식이 시간당 작업량을 구하는 올바른 식이기 때문이다. 다른 보기들은 이 식에서 빠진 요소들이나 잘못된 계산식을 포함하고 있어 옳지 않다.
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85. 증기사용설비 중 응축수를 외부로 자동배출하는 장치로서 응축수에 의한 효율저하를 방지하기 위한 것은?

  1. 증발기
  2. 탈기기
  3. 인젝터
  4. 증기트랩
(정답률: 55%)
  • 증기트랩은 증기사용설비에서 발생하는 응축수를 외부로 자동배출하는 장치 중 하나로, 응축수가 증기선으로 돌아가지 않도록 막아주어 효율저하를 방지할 수 있습니다. 따라서 증기트랩이 정답입니다.
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86. 강판제의 드럼 바깥둘레에 여러 개의 돌기가 용접으로 고정되어 있어 흙을 다지는데 매우 효과적인 것은?

  1. 타이어형 롤러
  2. 탬핑 롤러
  3. 머캐덤 롤러
  4. 탠덤 롤러
(정답률: 41%)
  • 탬핑 롤러는 강판제의 드럼 바깥둘레에 여러 개의 돌기가 용접으로 고정되어 있어 흙을 다지는데 매우 효과적입니다. 이는 돌기가 땅에 박히면서 흙을 압축하고 다듬어주기 때문입니다. 따라서 흙을 더욱 균일하게 다지고 압축할 수 있어서 농작물의 생육을 돕는 데에 효과적입니다.
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87. 굴삭기의 작업장치가 아닌 것은?

  1. 버킷
  2. 마스트
(정답률: 51%)
  • 굴삭기의 작업장치는 붐, 암, 버킷으로 구성되어 있습니다. 마스트는 굴삭기의 구조 중 하나이지만 작업장치는 아닙니다. 마스트는 굴삭기의 기준점이 되는 부분으로, 붐과 암을 연결하고 지지하는 역할을 합니다.
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88. 일반적인 지게차 조향장치로 가장 적절한 방식은?

  1. 전륜(앞바퀴)조향식에 유압식으로 제어
  2. 후륜(뒷바퀴)조향식에 유압식으로 제어
  3. 전륜(앞바퀴)조향식에 공압식으로 제어
  4. 후륜(뒷바퀴)조향식에 공압식으로 제어
(정답률: 60%)
  • 일반적인 지게차는 후륜(뒷바퀴)조향식으로 제어하는 것이 가장 적절하다. 이는 전륜조향식에 비해 회전 반경이 작아서 좁은 공간에서의 조작이 용이하며, 유압식으로 제어하는 것이 정확하고 민첩한 조작이 가능하기 때문이다. 또한, 후륜조향식은 전륜조향식에 비해 안정성이 높아서 무거운 물건을 운반할 때 안전성이 보장된다.
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89. 강의 표면을 경화시키는 방법으로 화학적 경화법이 아닌 것은?

  1. 침탄법
  2. 질화법
  3. 고주파 경화법
  4. 청화법
(정답률: 63%)
  • 고주파 경화법은 강의 표면을 열로 가열하여 경화시키는 물리적인 방법이다. 따라서 화학적 경화법이 아닌 것이다. 침탄법, 질화법, 청화법은 모두 화학적 경화법에 해당한다.
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90. 조향기어의 섹터축과 세레이션으로 연결되며 조향핸들을 움직이면 중심링크나 드래그링크를 밀거나 당기는 것은?

  1. 센터 링크
  2. 피트먼 암
  3. 타이로드
  4. 조향너클
(정답률: 34%)
  • 조향기어의 섹터축과 세레이션은 피트먼 암으로 연결되며, 조향핸들을 움직이면 피트먼 암이 중심링크나 드래그링크를 밀거나 당기게 됩니다. 따라서 정답은 "피트먼 암"입니다. 센터 링크는 조향기어와 연결되어 있고, 타이로드는 드래그링크와 연결되어 있습니다. 조향너클은 바퀴와 연결되어 있는 부품입니다.
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91. 일반적은 스테인리스 강관에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 크롬을 첨가하며 크롬이 산소나 수산기와 결합하여 강의 표면에 얇은 보호피막을 만들며 이 피막이 부식의 진행을 막는다.
  2. 용도별로 배관용, 보일러용, 기계구조용 등으로 구분할 수 있다.
  3. 강관에 비해 기계적 성질이 좋으나 두께가 두꺼워 운반에 어려움이 있다.
  4. 나사식, 용접식, 몰코식 이음법 등 특수 시공법으로 시공이 간단하다.
(정답률: 60%)
  • "강관에 비해 기계적 성질이 좋으나 두께가 두꺼워 운반에 어려움이 있다."는 일반적인 스테인리스 강관에 대한 설명으로 적절하지 않습니다. 이유는 스테인리스 강관의 두께는 강관의 종류와 용도에 따라 다양하며, 일반적으로 강관과 비슷한 두께를 가지고 있습니다. 따라서 이 설명은 부적절하며, 다른 보기들은 스테인리스 강관에 대한 일반적인 설명으로 적절합니다.
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92. 배관부식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전면부식에는 극간부식, 입계부식, 선택부식이 있다.
  2. 배관부식에는 금속의 이온화에 의한 부식, 외부에서의 전류에 의한 부식 등이 있다.
  3. 부식은 물에 접하는 관의 내면에 많이 생기나, 지중 매설관 등은 지하수에 접하는 외벽에도 생긴다.
  4. 관의 부식 상태는 관의 재질에 따라 따르나, 이에 접하는 물이나 공기가 크게 관계한다.
(정답률: 53%)
  • 정답은 "전면부식에는 극간부식, 입계부식, 선택부식이 있다."가 틀린 것입니다.

    전면부식은 부식이 발생하는 부위를 의미하며, 극간부식, 입계부식, 선택부식은 부식의 종류를 나타내는 용어입니다. 따라서 전면부식과 부식의 종류를 혼동하지 않도록 주의해야 합니다.
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93. 파이프와 파이프를 홈 조인트로 체결하기 위해 파이프 끝을 가공하는 기계는?

  1. 기계톱 머신
  2. 휠 고속절단기 머신
  3. CNC 파이프 벤더
  4. 그루빙 조인트 머신
(정답률: 47%)
  • 그루빙 조인트 머신은 파이프 끝에 그루브를 만들어 파이프와 파이프를 홈 조인트로 체결하는 기계이기 때문에 정답입니다. 기계톱 머신은 파이프를 자르는 기계, 휠 고속절단기 머신은 파이프를 절단하는 기계, CNC 파이프 벤더는 파이프를 굴림으로써 원하는 각도로 절곡하는 기계입니다.
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94. 유체의 흐름을 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 역류 방지를 위해 수평·수직배관에 사용하는 체크밸브의 형식은?

  1. 풋형
  2. 스윙형
  3. 리프트형
  4. 다이아프램형
(정답률: 39%)
  • 스윙형 체크밸브는 수평 또는 수직 배관에서 유체가 한쪽 방향으로만 흐르도록 하고, 역류 방지를 위해 사용되는 형식입니다. 이는 밸브 내부에 부착된 팔이 중심축을 기준으로 스윙하면서 유체의 흐름을 제어하는 방식으로 작동합니다. 따라서 유체의 흐름이 역류할 경우 팔이 닫혀 역류를 막아주는 역할을 합니다.
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95. 배관 중심선 간의 길이(L)를 나타내는 식으로 옳은 것은? (단, 이음쇠 중심에서 단면까지의 길이는 A, 나사가 물리는 최소길이(여유치수)는 a, 관의 길이는 l 이다.)

  1. L = l + 2(A – a)
  2. L = l - 2(A – a)
  3. L = l + (A – a)
  4. L = l - (A – a)
(정답률: 47%)
  • 배관 중심선 간의 길이(L)는 각각의 배관의 길이(l)과 이음쇠 중심에서 단면까지의 길이(A)를 더한 값이다. 그러나 나사가 물리는 최소길이(여유치수)인 a만큼 중심선 간의 길이가 줄어들게 된다. 이를 고려하여 식으로 나타내면 L = l + 2(A – a)가 된다. 여기서 2(A-a)는 양쪽에 각각 A-a만큼의 여유치수가 있기 때문에 두 배가 된 것이다. 따라서 L = l + 2(A – a)가 옳은 식이다.
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96. 압축 공기를 관 속에 압입하여 이음매에서 공기가 새는 것을 조사하는 시험은?

  1. 만수시험
  2. 통수시험
  3. 수압시험
  4. 기압시험
(정답률: 61%)
  • 압축 공기를 사용하여 이음매에서 공기가 새는 것을 조사하는 시험은 기압시험이다. 이는 압축 공기를 이용하여 시험 대상 부위에 압력을 가해 이음매가 공기를 누출시키는지 확인하는 것이다. 다른 시험들은 각각 다른 방법으로 시험 대상 부위의 누출 여부를 확인한다.
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97. 관 공작용 기계에서 동력 나사절삭기의 종류가 아닌 것은?

  1. 램식 나사절삭기
  2. 호브식 나사절삭기
  3. 오스터식 나사절삭기
  4. 다이헤드식 나사절삭기
(정답률: 52%)
  • 램식 나사절삭기는 관 공작용 기계에서 사용되지 않는 종류의 동력 나사절삭기입니다. 이유는 램식 나사절삭기는 일반적으로 금속 가공용 기계에서 사용되며, 관 공작용 기계에서는 호브식, 오스터식, 다이헤드식 나사절삭기가 더 적합하기 때문입니다.
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98. 배관지지 장치에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 온도변화에 따른 관의 신축이 적합하고 관의지지 간격이 적당할 것
  2. 무거운 밸브나 계전기 등이 있는 경우 그 기기 가까이에 지지할 것
  3. 곡관부가 있을 경우 곡관부 멀리서 지지할 것
  4. 외부 충격, 진동에 충분히 견딜 수 있을 것
(정답률: 57%)
  • "곡관부가 있을 경우 곡관부 멀리서 지지할 것"이 틀린 설명입니다. 이유는 곡관부는 배관의 구부러짐을 허용하기 때문에, 곡관부 근처에서 지지하면 배관이 구부러져서 고장이 발생할 수 있기 때문입니다. 따라서 곡관부에서 멀리 떨어진 곳에서 지지해야 합니다.
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99. 배관 재료를 재질별로 분류한 것으로 틀린 것은?

  1. 강관 : 탄소강 강관, 합금강 강관
  2. 주철관 : 보통 주철관, 고급 주철관
  3. 비철금속관 : 동관, 석면, 시멘트관
  4. 합성수지관 : 염화비닐관, 폴리에틸렌관
(정답률: 57%)
  • 비철금속관은 동, 석면, 시멘트관으로 분류되는데, 이 중에서 시멘트관은 비철금속이 아닌 시멘트로 만들어진 것이기 때문에 틀린 것입니다.
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100. 동관의 끝부분을 원형으로 정형하는 동관용 공구는?

  1. 리머(reamer)
  2. 사이징 툴(sizig tool)
  3. 튜브 커터(tube cutter)
  4. 파이프 커터(pipe cutter)
(정답률: 43%)
  • 사이징 툴은 동관의 내경을 정확하게 측정하여 동관의 끝부분을 원형으로 정형하는 공구입니다. 따라서 동관의 크기를 정확하게 맞추기 위해 필요한 도구입니다. 리머는 내경을 깎아주는 공구, 튜브 커터는 동관을 자르는 공구, 파이프 커터는 길이를 조절하는 공구입니다.
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