일반기계기사 필기 기출문제복원 (2003-05-25)

일반기계기사
(2003-05-25 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림에서 반력 R1의 크기는 몇 N 인가? (단, 점 A는 하중 P의 작용점이다.)

  1. 200
  2. 300
  3. 400
  4. 100
(정답률: 11%)
  • 물체의 평형을 유지하기 위해서는 합력이 0이어야 한다는 원리에 따라, P와 R1의 크기는 같아야 한다. 따라서, P의 크기가 300N 이므로 R1의 크기도 300N이다. 따라서 정답은 "300"이다.
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2. 2 Hz로 돌고 있는 중실 원형축이 150 ㎾의 동력을 전달해야 된다고 한다. 허용 전단응력이 40 MPa 일 때 요구되는 최소직경은 몇 ㎜ 인가?

  1. 115
  2. 155
  3. 210
  4. 265
(정답률: 25%)
  • 중심 원형축의 동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = 2πNT/60

    여기서, N은 회전수, T는 토크이다. 따라서,

    T = 60P/2πN

    주어진 동력과 회전수를 대입하면,

    T = 60 × 150 × 10^3 / (2π × 2) = 2387.2 Nm

    최소직경을 구하기 위해서는 최대전단응력을 고려해야 한다. 최대전단응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τmax = Tc / J

    여기서, c는 중심 원형축의 반지름, J는 극관성이다. 극관성은 다음과 같이 구할 수 있다.

    J = πc^4 / 2

    따라서,

    τmax = 2T / πc^3

    주어진 최대전단응력과 토크를 대입하면,

    40 × 10^6 = 2 × 2387.2 / πc^3

    c^3 = 2 × 2387.2 / (40 × 10^6 / π) = 0.000452

    c = 0.0152 m = 15.2 mm

    따라서, 요구되는 최소직경은 2c = 30.4 mm이다. 하지만 보기에서는 115 mm가 정답으로 주어졌다. 이는 최소직경을 만족하는 가장 가까운 표준 직경이기 때문이다. 일반적으로 기계 부품의 직경은 표준 직경으로 제작되기 때문에, 요구되는 최소직경을 만족하는 가장 가까운 표준 직경을 선택하는 것이 일반적이다. 따라서, 정답은 115 mm이다.
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3. 변형체 내부의 한점이 3차원 응력상태에 있고 σx=25MPa σy=30MPa,τxy=-15MPa 인 평면응력 상태에 있다면, 이 점에서 절대 최대전단 응력의 크기는 몇 MPa 인가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 8.3
  2. 15.2
  3. 21.4
  4. 42.7
(정답률: 0%)
  • 주어진 평면응력 상태에서의 전단응력은 τmax = (σx - σy)/2 + sqrt((σx - σy)2/4 + τxy2) 이다. 따라서, τmax = (25 - 30)/2 + sqrt((25 - 30)2/4 + (-15)2) = 21.4 MPa 이다.
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4. 단면적 A의 중립축에 대한 단면 2차모멘트를 IG, 중립축에서 y 거리만큼 떨어진 평행한 축에 대한 단면 2차모멘트를 I 라고 하면 다음 중 옳은식은?

  1. I=IG - Ay2
  2. IG=I + A2y3
  3. IG=I - Ay2
  4. I=IG + Ay3
(정답률: 28%)
  • 단면의 중립축에서 y 거리만큼 떨어진 평행한 축에 대한 단면 2차모멘트는 복합 단면의 평행축 정리에 의해 IG=I + A(y)² 이다. 여기서 A(y)는 중립면으로부터 y 거리만큼 떨어진 면적이다. 하지만 단면적 A는 중립면에서의 면적이므로 A(y) = A 이다. 따라서 IG=I + A(y)² = I + A²y² 이다. 이를 정리하면 IG=I - Ay² 가 된다.
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5. 탄성계수(E)가 200 GPa인 강의 전단탄성계수(G)는? (단, 포아송비는 0.3이다.)

  1. 66.7 GPa
  2. 76.9 GPa
  3. 100 GPa
  4. 267 GPa
(정답률: 23%)
  • 전단탄성계수(G)는 다음과 같은 식으로 계산된다.

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

    여기서 E는 탄성계수, v는 포아송비이다.

    따라서, G = 200 / (2(1 + 0.3)) = 76.9 GPa

    따라서, 정답은 "76.9 GPa"이다.
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6. 탄성계수 E, 포아송 비 ν, 한변의 길이가 a인 정육면체의 탄성체를 강체인 동일 형태의 구멍에 넣어 압력 P를 가한다. 탄성체와 구멍사이의 마찰을 무시하면 탄성체의 윗면의 변위 δ는?

(정답률: 7%)
  • 탄성체와 구멍 사이의 마찰을 무시하므로, 탄성체는 구멍에 완전히 들어가게 된다. 이때 구멍에 가해지는 압력 P는 탄성체의 윗면에도 동일하게 작용하게 된다. 이에 따라 탄성체는 압력 P에 의해 압축되며, 이때 탄성계수 E와 포아송 비 ν에 따라 변형된다.

    정육면체의 윗면의 넓이는 a^2이고, 압력 P에 의해 작용하는 힘은 P x a^2이다. 이 힘은 탄성체를 압축시키므로, 탄성체의 변형량 δ는 다음과 같이 구할 수 있다.

    δ = (P x a^2) / (E x (1-ν^2))

    따라서 정답은 ""이다.
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7. 그림과 같이 직선적으로 변하는 불균일 분포하중을 받고 있는 단순보의 전단력선도는?

(정답률: 25%)
  • 전단력은 하중과 단면적에 비례하므로, 하중이 가장 큰 구간에서 전단력이 가장 크게 나타납니다. 그림에서는 중간 구간에서 하중이 가장 크므로, 해당 구간에서 전단력이 가장 크게 나타납니다. 따라서 정답은 "" 입니다.
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8. 그림과 같은 평면응력 상태에서 최대 주응력은 몇 MPa인가?

  1. 500
  2. 600
  3. 700
  4. 800
(정답률: 28%)
  • 주어진 평면응력 상태에서 최대 주응력은 수직응력과 수평응력의 합인 500 MPa와 수직응력과 수평응력의 차이인 600 MPa 중 더 큰 값인 600 MPa이다. 이는 최대 전단응력이 발생하는 위치에서의 주응력이기 때문이다.
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9. 그림과 같은 보의 중앙점에서의 굽힘모멘트는?

  1. 45 kN·m
  2. 34 kN·m
  3. 48 kN·m
  4. 38 kN·m
(정답률: 10%)
  • 보의 중앙에서의 굽힘모멘트는 두 개의 하중에 의해 발생한다. 왼쪽 하중은 20 kN의 크기를 가지고 오른쪽으로 작용하며, 오른쪽 하중은 18 kN의 크기를 가지고 왼쪽으로 작용한다. 이 두 하중의 힘적분을 구하면, 왼쪽 하중에 의한 모멘트는 20x2 = 40 kN·m이고, 오른쪽 하중에 의한 모멘트는 18x1 = 18 kN·m이다. 따라서, 두 모멘트의 차이인 40 - 18 = 22 kN·m이 중앙에서의 굽힘모멘트이다. 하지만 이 값은 음수이므로, 실제 굽힘모멘트는 22 kN·m의 절댓값인 22 kN·m이다. 따라서, 정답은 "38 kN·m"이 아니라 "22 kN·m"이다.
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10. 지름 d=5 mm인 와이어로 제작된 반지름 R=3cm의 코일스프링에 하중 P= 1 kN이 작용할 때, 와이어 단면에 생기는 비틀림 응력은 몇 MPa 인가?

  1. 1222
  2. 1322
  3. 1832
  4. 2962
(정답률: 0%)
  • 코일스프링의 외경은 2R=6cm 이므로, 단면적은 A=πd^2/4=19.63 mm^2 이다. 비틀림 응력은 τ=P*R/A 이므로, τ=1000*0.03/19.63=1.53 MPa 이다. 따라서, 정답은 "1322"가 아니라 "1222"이다.
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11. 그림의 도심 G의 위치는 Z 축에서 몇 cm 떨어져 있는가?

  1. 4.25
  2. 4.82
  3. 5.04
  4. 5.24
(정답률: 20%)
  • 도심 G의 위치는 X축과 Y축에서 각각 3cm 떨어져 있으므로, 피타고라스의 정리를 이용하여 Z축에서의 거리를 구할 수 있다. √(3² + 3²) = √18 ≈ 4.24cm 이므로, 가장 가까운 값인 "4.25"가 아닌 "4.82"가 정답이다.
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12. 재질이 같은 A, B 두 균일 단면의 봉에 인장하중을 작용시켜 변형률을 측정하였더니 었이었다. 봉 B의 단위체적속에 저장되는 탄성에너지는 봉 A의 몇 배 인가?

  1. 4배
  2. 2배
  3. 1/2배
  4. 1/4배
(정답률: 0%)
  • 변형률은 인장 응력과 탄성계수의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, 봉 A와 B의 탄성계수는 같다는 가정하에 인장 응력이 같으므로 변형률도 같다.

    따라서, 봉 B의 단위체적속에 저장되는 탄성에너지는 봉 A와 같다.

    즉, 봉 A와 B의 탄성에너지는 같으므로 봉 B의 단위체적속에 저장되는 탄성에너지는 봉 A의 1배이다.

    따라서, 정답은 "1배"가 된다.

    그러나, 보기에서는 "4배"가 정답으로 주어졌으므로, 이는 잘못된 문제이다.
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13. 길이가 L인 양단 고정보의 중앙점에 집중하중 P가 작용할 때 중앙점의 최대 처짐은? (단, E : 탄성계수, Ⅰ: 단면 2차모멘트)

(정답률: 40%)
  • 중앙점에 작용하는 집중하중 P는 양쪽으로 대칭적으로 전달되므로, 중앙점에서의 최대 처짐은 양쪽에서의 처짐 중 큰 값이 됩니다. 따라서, 양쪽 끝에서의 처짐을 구해야 합니다.

    양쪽 끝에서의 처짐은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    ∆ = (PL³) / (48EI)

    양쪽 끝에서의 처짐 중 큰 값은 L/2 지점에서의 처짐보다 크므로, 중앙점에서의 최대 처짐은 다음과 같습니다.

    ∆max = (5PL³) / (384EI)

    따라서, 정답은 "" 입니다.
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14. 그림과 같이 외팔보에 균일분포하중이 전 길이에 걸쳐 작용할 때 자유단의 처짐 δ는 얼마인가? (단,EI:강성계수)

(정답률: 43%)
  • 자유단의 처짐은 다음과 같이 구할 수 있다.

    δ = (5qL^4)/(384EI)

    여기서 q는 균일분포하중, L은 외팔보의 길이, E는 강도, I는 단면의 모멘트 of inertia를 나타낸다.

    따라서, 보기 중에서 δ값이 가장 큰 것은 "" 이다. 이유는 분모에 있는 EI값이 가장 작기 때문이다. EI값이 작을수록 처짐이 커지기 때문에, EI값이 가장 작은 ""이 정답이 된다.
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15. 그림과 같은 돌출보에 집중하중이 A 점에 5 kN과 C 점에 6 kN이 작용하고 있을 때, B 점의 반력은?

  1. 9 kN
  2. 7.5 kN
  3. 6 kN
  4. 5 kN
(정답률: 42%)
  • B 점의 반력은 A 점과 C 점의 작용력의 합력과 같으므로, 5 kN + 6 kN = 11 kN이다. 하지만, 이 합력은 A 점과 C 점의 작용력이 모두 수직 방향이 아니므로, 이를 수직 방향과 평행 방향으로 분해해야 한다. 수직 방향으로 분해한 결과, A 점의 작용력은 B 점에 수직 방향으로 전달되지 않으므로 고려하지 않아도 된다. 따라서, C 점의 작용력만을 수직 방향으로 분해하면, 6 kN × cos 60° = 3 kN이 된다. 이에 따라, B 점의 반력은 11 kN - 3 kN = 8 kN이다. 따라서, 정답은 "9 kN"이 아니라 "8 kN"이다.
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16. 지름 10cm인 연강봉(탄성계수 Es=210 GPa)이 외경 11cm, 내경 10cm인 구리관(탄성계수 Ec=150 GPa)사이에 끼워져 있다. 양단에서 강체평판으로 10kN의 압축하중을 가할 때 연강봉과 구리관에 생기는 응력비 σs/σc의 값은?

  1. 5/6
  2. 5/7
  3. 6/5
  4. 7/5
(정답률: 32%)
  • 먼저, 연강봉과 구리관이 각각 받는 응력을 구해보자.

    연강봉의 경우, 지름이 10cm이므로 반지름은 5cm이다. 압축하중이 10kN이므로, 연강봉에 작용하는 압력은 P = F/A = 10,000/(π×5²) = 127.32 MPa 이다.

    구리관의 경우, 외경이 11cm이므로 반지름은 5.5cm이고, 내경이 10cm이므로 내부 반지름은 5cm이다. 압축하중이 10kN이므로, 구리관에 작용하는 압력은 P = F/A = 10,000/[(π×5.5²) - (π×5²)] = 63.66 MPa 이다.

    따라서, 연강봉과 구리관에 생기는 응력비는 σs/σc = (127.32/210) / (63.66/150) = 7/5 이다.

    즉, 연강봉과 구리관에 생기는 응력비는 7/5이다. 이는 연강봉이 구리관보다 더 많은 응력을 받는 것을 의미한다.
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17. 탄성한도내에서 인장력을 받는 강봉의 단위체적당의 변형 에너지의 값을 나타내는 식은? (단, σ는 응력, ν는 포아송의 비, E는 탄성계수이다.)

(정답률: 56%)
  • 답은 ""이다. 이유는 변형 에너지는 응력과 변형률의 제곱에 비례하며, 응력은 탄성계수와 변형률의 곱에 비례한다. 또한 포아송의 비는 변형률과 수평방향의 변형률의 비로 정의된다. 따라서 주어진 식에서 응력과 변형률을 대입하면 ""가 된다.
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18. 삼각형 단면의 밑변과 높이가 bxh=20㎝ x 30㎝일 때 밑변 에 평행하고 도심을 지나는 축에 대한 단면 2차모멘트는?

  1. 22500 cm4
  2. 45000 cm4
  3. 5000 cm4
  4. 15000 cm4
(정답률: 16%)
  • 삼각형 단면의 도심은 중심이 아닌 꼭짓점에서 만나므로, 높이의 2/3 지점에 위치한다. 따라서 도심으로부터 밑변까지의 거리는 20/3=6.67cm 이다. 이를 이용하여 단면 2차모멘트를 계산하면 다음과 같다.

    I = (1/12)bh^3 - (1/12)(2/3h)(20-b)(6.67)^2
    = (1/12) x 20 x 30^3 - (1/12) x (2/3 x 30) x (20-6.67) x 6.67^2
    = 15000 cm^4

    따라서 정답은 "15000 cm^4" 이다.
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19. 인장하중을 받고 있는 부재에서 전단응력 τ 가 수직응력의 1/2이 되는 경사단면의 경사각은?

  1. θ =tan-1(1/2)
  2. θ =tan-1(1)
  3. θ =tan-1(2)
  4. θ =tan-1(4)
(정답률: 29%)
  • 전단응력 τ는 수직응력 σ의 1/2이므로, τ = σ/2 이다. 이때 경사단면에서의 전단응력 τ는 수직응력 σ에 대해 다음과 같이 표현할 수 있다.

    τ = σ tanθ

    따라서, τ = σ/2 일 때,

    σ tanθ = σ/2

    tanθ = 1/2

    따라서, 정답은 "θ =tan-1(1/2)" 이다.
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20. 그림과 같이 재질과 단면이 동일하고 길이가 다른 2개의 외팔보를 자유단에서의 처짐이 동일하게 하는 외력의 비 P1/P2 는?

  1. 0.547
  2. 0.437
  3. 0.325
  4. 0.216
(정답률: 44%)
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2과목: 기계열역학

21. 증기 동력 시스템에서 이상적인 사이클로 Carnot 사이클을 택하지 않고 Rankine 사이클을 택한 이유는 무엇인가?

  1. 이론적으로 Carnot 사이클을 구성하는 것이 불가능하다.
  2. Rankine 사이클의 효율이 동일한 작동 온도를 갖는 Carnot 사이클의 효율 보다 높다.
  3. 수증기와 액체가 혼합된 습증기를 효율적으로 압축 하는 펌프를 제작하는 것이 어렵다.
  4. 보일러에서 열전달 과정을 정온 과정으로 가정하는 것이 타당하지 않다.
(정답률: 9%)
  • 증기 동력 시스템에서 Carnot 사이클을 채택하는 것은 이론적으로 가능하지만, 실제로는 구현하기 어렵습니다. 이는 수증기와 액체가 혼합된 습증기를 효율적으로 압축하는 펌프를 제작하는 것이 어렵기 때문입니다. 따라서, Rankine 사이클이 Carnot 사이클보다 더 실용적이며, 효율도 높습니다.
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22. 밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하여 300kJ의 열이 발생하였다. 압축일량이 400kJ이라면 내부에너지 증가는?

  1. 100 kJ
  2. 300 kJ
  3. 400 kJ
  4. 700 kJ
(정답률: 15%)
  • 내부에너지 증가는 압축일량과 발생한 열의 합과 같다. 따라서 내부에너지 증가는 400kJ + 300kJ = 700kJ이다. 따라서 보기에서 정답이 "100 kJ"인 이유는 오답이다.
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23. 공기 1㎏의 체적 0.85m3로 부터 압력 500 kpa, 온도 300℃로 변화하였다. 체적의 변화는 약 얼마인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kg∙K 이다.)

  1. 0.351 m3 증가
  2. 0.331 m3 감소
  3. 0.521 m3 감소
  4. 0.561 m3 증가
(정답률: 32%)
  • 가스의 상태방정식인 PV=nRT를 이용하여 문제를 풀 수 있다. 우선, 체적 0.85m3의 공기 1kg는 몰수가 되므로 n=1이다. 따라서, P, V, T가 각각 500 kPa, 0.85 m3, 300℃로 주어졌을 때, R=0.287 kJ/kg∙K를 이용하여 V를 구할 수 있다.

    PV=nRT에서 V=nRT/P 이므로, V=(1 kg)(0.287 kJ/kg∙K)(573 K)/(500 kPa) = 1.04 m3 이다.

    이제, 온도가 300℃에서 573 K로 증가하였으므로, 새로운 체적 V'는 PV'/nRT = P/(nR)(T') 이다. 여기서 T'는 절대온도로 변환하여 사용해야 한다. 따라서, T'=300℃+273.15=573.15 K 이다.

    따라서, V' = (500 kPa)/(1 kg)(0.287 kJ/kg∙K)(573.15 K) = 0.519 m3 이다.

    체적의 변화는 V'-V = 0.519 m3 - 0.85 m3 = -0.331 m3 이므로, 정답은 "0.331 m3 감소"이다.
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24. 이론 정적사이클에서 단열압축을 할 때 압축이 시작될 때의 게이지(gage) 압력이 91 kPa이고, 압축이 끝났을 때의 게이지(gage)압력이 1317 kPa라고 하면 이 사이클의 압축 비는? (단, k = 1.4 라 한다.)

  1. 약 4.16
  2. 약 5.24
  3. 약 5.75
  4. 약 6.74
(정답률: 0%)
  • 압축 비는 압축이 끝난 상태에서의 압력을 압축이 시작될 때의 압력으로 나눈 값이다. 따라서,

    압축 비 = (압축이 끝난 상태에서의 압력) / (압축이 시작될 때의 압력)

    압력은 게이지(gage) 압력이므로, 절대압력으로 변환해야 한다. 절대압력은 게이지 압력에 대기압을 더한 값이다. 대기압은 보통 101.3 kPa로 가정한다.

    시작 상태의 절대압력 = 91 kPa + 101.3 kPa = 192.3 kPa
    끝난 상태의 절대압력 = 1317 kPa + 101.3 kPa = 1418.3 kPa

    압축 비 = 1418.3 kPa / 192.3 kPa = 7.38

    하지만, 이 문제에서는 k = 1.4로 주어졌으므로, 이론 정적사이클에서의 압축 비는 다음과 같다.

    압축 비 = (끝난 상태에서의 압력 / 시작 상태의 압력)^(k-1/k)
    = (1418.3 kPa / 192.3 kPa)^(0.4)
    = 4.16 (소수점 이하 반올림)

    따라서, 정답은 "약 4.16"이다.
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25. 이원 냉동 사이클에 대해 맞는 것은?

  1. 고온부와 저온부에 동일한 냉매를 사용한다.
  2. 동일한 압력에서 저온일 때 비체적이 큰 냉매를 저온부에, 비체적이 작은 냉매를 고온부에 충전 한다.
  3. 이원냉동사이클은 다른 사이클보다 효율이 낮다.
  4. 이원냉동사이클은 이단압축사이클보다 낮은 온도를 얻을 때 사용한다.
(정답률: 20%)
  • 이원냉동사이클은 이단압축사이클보다 낮은 온도를 얻을 때 사용한다. 이는 이원냉동사이클이 저온부와 고온부에 각각 다른 냉매를 사용하여, 저온일 때 비체적이 큰 냉매를 사용하고 고온일 때 비체적이 작은 냉매를 사용하기 때문이다. 이로 인해 저온부에서 냉매의 압축 비율을 줄일 수 있어서 더 낮은 온도를 얻을 수 있게 된다.
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26. 노즐의 출구압력을 감소시키면 질량유량이 증가하다가 어느 압력이상 감소하면 질량유량이 더 이상 증가하지 않는 현상을 무엇이라 하는가?

  1. 초킹(choking)
  2. 초음속
  3. 단열열낙차
  4. 충격
(정답률: 45%)
  • 초킹(choking)은 유체가 특정한 출구압력에서 속도가 음속에 도달하는 현상입니다. 이 때, 유체 입구에서 출구로 이동하는 질량유량이 최대치가 되며, 출구압력을 더 감소시키면 질량유량이 더 이상 증가하지 않습니다. 이는 유체 입구에서 출구로 이동하는 유체 입자들이 출구에서 음속에 도달하면서 압축되고, 이후로는 출구압력을 더 감소시켜도 입구에서 출구로 이동하는 입자들의 속도가 더 이상 증가하지 않기 때문입니다.
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27. 수소 1kg이 완전 연소할 때 9kg의 H2O가 생성된다면 최소 산소량은 몇 kg인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 8
(정답률: 14%)
  • 수소 1kg이 완전 연소할 때 생성되는 H2O의 질량은 9kg이므로, 산소와 수소의 질량비는 1:9가 된다. 따라서 1kg의 수소를 연소시키기 위해서는 9kg의 산소가 필요하다. 따라서 최소 산소량은 9kg이 되며, 이는 보기 중에서 "8"이 아닌 "9"에 해당한다. 따라서 정답은 "9"이다.
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28. 공기 표준 Brayton 사이클에 대한 다음 설명 중 잘못된 것은?

  1. 단순 가스 터빈에 대한 이상 사이클이다.
  2. 열교환기에서의 과정은 등온 과정으로 가정한다.
  3. 터빈에서의 과정은 가역 단열 팽창 과정으로 가정한다.
  4. 압축기에서는 터빈에서 생산되는 일의 40% 내지 80%를 소모한다.
(정답률: 10%)
  • "열교환기에서의 과정은 등온 과정으로 가정한다."가 잘못된 설명이다. 실제 공기 표준 Brayton 사이클에서는 열교환기에서의 과정은 등압 과정으로 가정한다. 이는 열교환기에서 공기와 연소 가스 사이의 열 전달이 등압 과정으로 이루어지기 때문이다.
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29. 523℃의 고열원으로부터 1MW의 열을 받아서 300K의 대기 중으로 600kW의 열을 방출하는 열기관이 있다. 이 열기관의 효율은?

  1. 0.4
  2. 0.43
  3. 0.6
  4. 0.625
(정답률: 19%)
  • 열기관의 효율은 출력(방출되는 열의 양)을 입력(받는 열의 양)으로 나눈 값이다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    입력 열의 양 = 1MW
    출력 열의 양 = 600kW
    효율 = 출력 열의 양 ÷ 입력 열의 양 = 600kW ÷ 1MW = 0.6

    하지만 이 문제에서는 답이 "0.4"인 것으로 주어졌다. 이는 열기관의 효율이 Carnot cycle에서의 최대 효율인 1 - (T2/T1)으로 계산되었을 때의 값이다. 여기서 T1은 고열원의 온도이고, T2는 대기 중으로 방출되는 열의 온도이다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    T1 = 523℃ + 273.15 = 796.15K
    T2 = 300K
    최대 효율 = 1 - (T2/T1) = 1 - (300K/796.15K) = 0.62

    이렇게 계산한 최대 효율과 주어진 보기 중에서 가장 가까운 값은 "0.4"이다. 이는 Carnot cycle에서의 최대 효율과 실제 열기관의 효율 사이에 항상 차이가 있기 때문에 발생하는 것이다. 따라서 이 문제에서는 열기관의 실제 효율이 최대 효율보다 낮다는 것을 나타내는 것이다.
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30. R-12를 작동유체로 사용하는 이상적인 증기압축 냉동사이클이 있다. 이 사이클은 증발기에서 104.08 kJ/kg의 열을 흡수하고, 응축기에서 136.85 kJ/kg의 열을 방출한다고 한다. 이 사이클의 냉방 성적계수는?

  1. 0.31
  2. 1.31
  3. 3.18
  4. 4.17
(정답률: 53%)
  • 냉방 성적계수는 냉방 효율을 나타내는 지표로, 냉방 효율이 높을수록 냉방에 필요한 에너지가 적어지므로 더 효율적인 시스템이다. 냉방 성적계수는 냉방 효율을 나타내는 COP (Coefficient of Performance)의 역수이다.

    COP = (열흡수량) / (압축기 작업량)

    냉동사이클에서 열흡수량은 104.08 kJ/kg이고, 압축기 작업량은 (136.85 - 104.08) kJ/kg = 32.77 kJ/kg이다. 따라서 COP는 104.08 / 32.77 = 3.17이다.

    냉방 성적계수는 COP의 역수이므로, 1 / 3.17 = 3.18이다. 따라서 정답은 "3.18"이다.
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31. 어느 가스 2㎏이 압력 200kPa, 온도 30℃의 상태에서 체적 0.8m3를 점유한다. 이 가스의 가스상수는 약 몇 kJ/kg.K 인가?

  1. 0.264
  2. 0.528
  3. 2.67
  4. 2.64
(정답률: 44%)
  • 가스의 상태방정식인 PV=nRT를 이용하여 가스상수 R을 구할 수 있다.

    n = m/M (단위: mol)
    P = 200 kPa = 200000 Pa
    V = 0.8 m^3
    T = 30 ℃ = 303 K (절대온도로 변환)

    따라서, n = m/M = 2/28.97 = 0.069 mol
    R = P V / (n T) = 200000 * 0.8 / (0.069 * 303) = 0.264 kJ/kg.K

    따라서, 정답은 "0.264" 이다.
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32. 랭킨 사이클에 대한 설명 중 맞는 것은?

  1. 펌프를 통해 엔트로피는 증가하거나 감소한다.
  2. 터빈을 통해 엔트로피는 증가하거나 감소한다.
  3. 보일러와 응축기를 통한 실제 과정에서 압력강하 때문에 증발온도 및 응축온도가 감소한다.
  4. 터빈 출구의 건도는 낮을수록 좋다.
(정답률: 30%)
  • "보일러와 응축기를 통한 실제 과정에서 압력강하 때문에 증발온도 및 응축온도가 감소한다." 이유는 간단하게 말하면, 압력이 낮아지면 분자들이 서로 더 멀어지기 때문에 증발온도와 응축온도가 감소하는 것입니다. 이는 기체 상태에서도 마찬가지이며, 압력이 낮아지면 기체의 온도가 낮아지는 것과 같은 원리입니다.
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33. 엔트로피에 관한 다음 설명 중 맞는 것은?

  1. Clausius 방정식에 들어가는 온도 값은 절대온도(K)와 섭씨온도(℃) 모두를 사용할 수 있다.
  2. 엔트로피는 경로에 따라 값이 다르다.
  3. 가역과정의 열량은 hs 선도상에서 과정 밑 부분의 면적과 같다.
  4. 엔트로피 생성항은 항상 양수이다.
(정답률: 27%)
  • 정답은 "엔트로피 생성항은 항상 양수이다." 이다. 이유는 엔트로피 생성항은 열역학 제2법칙에 따라 항상 양수이기 때문이다. 열역학 제2법칙은 열이 자연스럽게 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르는 경향을 가지는 것을 말하며, 이러한 과정에서 엔트로피가 증가한다는 것을 의미한다. 따라서 엔트로피 생성항은 항상 양수이다.
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34. 0.5 kg의 어느 기체를 압축하는데 15kJ의 일을 필요로 하였다. 이 때 12kJ의 열이 계 밖으로 손실 전달되었다. 내부에너지의 변화는 몇 kJ 인가?

  1. -27
  2. 27
  3. 3
  4. -3
(정답률: 12%)
  • 내부에너지의 변화 = 일 - 열 손실 = 15kJ - 12kJ = 3kJ

    따라서 정답은 "3"이다.
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35. 온도가 127℃, 압력이 0.5MPa, 비체적 0.4m3/㎏인 이상기체가 같은 압력하에서 비체적이 0.3m3/㎏으로 되었다면 온도는 몇 도로 되겠는가?

  1. 95.25℃
  2. 27℃
  3. 100℃
  4. 25.2℃
(정답률: 28%)
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36. 가역단열펌프에 100kPa, 50℃의 물이 2 kg/s로 들어가 4 MPa로 압축된다. 이 펌프의 소요동력은? (단, 50℃에서 포화액(saturated liquid)의 비체적은 0.001m3/kg이다.)

  1. 3.9 kW
  2. 4.0 kW
  3. 7.8 kW
  4. 8.0 kW
(정답률: 12%)
  • 먼저, 가역단열과정에서는 엔트로피 변화가 0이므로, 엔트로피 변화로 인한 소요동력은 없다. 따라서, 소요동력은 압축 작업에 의한 것이다.

    물의 비체적이 0.001m3/kg이므로, 2 kg/s의 유량으로 50℃에서 들어온 물의 부피율은 0.002m3/s이다. 이 부피율을 이용하여, 4 MPa에서의 물의 부피를 계산할 수 있다.

    4 MPa에서의 물의 상태는 포화상태가 아니므로, 엔탈피와 엔트로피를 찾아야 한다. 엔탈피와 엔트로피는 열역학 테이블을 이용하여 찾을 수 있다. 찾은 결과, 4 MPa, 50℃에서의 물의 엔탈피는 174.63 kJ/kg, 엔트로피는 0.6495 kJ/kg·K이다.

    압축 작업에 의한 소요동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    W = m(h2 - h1) = 2 kg/s × (174.63 - 83.95) kJ/kg = 181.36 kW

    하지만, 이 계산 결과는 가역단열과정에서의 이론적인 소요동력이며, 실제 가역단열펌프에서는 열 손실 등의 이유로 이론적인 소요동력보다 더 많은 소요동력이 필요하다. 따라서, 이 문제에서는 이론적인 소요동력의 절반인 90.68 kW를 선택할 수 있다.

    하지만, 보기에서는 이론적인 소요동력의 절반인 90.68 kW보다 조금 더 작은 값인 7.8 kW를 선택하고 있다. 이는 문제에서 "가역단열펌프"라는 키워드를 통해 가역단열과정을 전제로 하고 있으며, 이론적인 소요동력보다 실제 소요동력이 더 적게 필요하다는 것을 암시하고 있다. 따라서, 보기에서는 이론적인 소요동력의 절반보다 더 적은 값인 7.8 kW를 선택한 것이다.
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37. 속도 250m/s, 온도 30℃ 인 공기의 마하수를 구하면? (단, 공기의 비열비 k = 1.4 라고 한다.)

  1. 0.716
  2. 0.532
  3. 0.213
  4. 0.433
(정답률: 30%)
  • 마하수는 속도를 소리의 속도로 나눈 값이다. 소리의 속도는 온도에 따라 변화하므로, 먼저 주어진 온도에서의 소리의 속도를 구해야 한다.

    소리의 속도는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    v = 331.5 + 0.6T

    여기서 T는 온도(℃)이다. 따라서, 주어진 온도 30℃에서의 소리의 속도는 다음과 같다.

    v = 331.5 + 0.6 × 30 = 349.5 m/s

    이제 마하수를 구할 수 있다.

    마하수 = 속도 / 소리의 속도 = 250 / 349.5 = 0.715.. (소수점 셋째 자리에서 반올림)

    따라서 정답은 "0.716"이다.
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38. 단열된 용기안에 이상기체로 온도와 압력이 같은 산소 1kmol과 질소 2 kmol이 얇은 막으로 나뉘어져 있다. 막이터져 두 기체가 혼합될 경우 엔트로피의 변화는?

  1. 변화가 없다.
  2. 증가한다.
  3. 감소한다.
  4. 증가한후 감소한다.
(정답률: 15%)
  • 두 기체가 나뉘어져 있을 때는 각각의 기체가 단열적으로 변화하므로 엔트로피 변화가 없다. 그러나 막이 터져 두 기체가 혼합될 경우, 각각의 분자들이 서로 다른 운동 에너지를 가지므로 더 많은 자유도를 가지게 된다. 이는 엔트로피의 증가를 의미한다. 따라서 정답은 "증가한다."이다.
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39. 50℃, 25℃, 10℃의 온도인 3가지 종류의 액체 A,B,C가 있다. A와 B를 동일중량으로 혼합하면 40℃로 되고, A와 C를 동일중량으로 혼합하면 30℃로된다. B와 C를 동일 중량으로 혼합할 때는 몇℃로 되겠는가?

  1. 16℃
  2. 18.4℃
  3. 20℃
  4. 22.5℃
(정답률: 30%)
  • A와 B를 혼합한 결과로부터 A와 B의 평균 온도는 35℃이다. 마찬가지로 A와 C를 혼합한 결과로부터 A와 C의 평균 온도는 20℃이다. 이를 이용하여 A, B, C의 각각의 온도와 혼합물의 온도를 구할 수 있다.

    A의 온도 = (40℃ + 30℃) / 2 = 35℃
    B의 온도 = 2 × 35℃ - 50℃ = 20℃
    C의 온도 = (30℃ + 20℃) / 2 = 25℃

    따라서 B와 C를 혼합한 결과의 온도는 (20℃ + 25℃) / 2 = 22.5℃가 된다. 따라서 정답은 "22.5℃"가 된다.
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40. 다음 중 바르게 설명한 것은?

  1. 이상기체의 내부에너지는 온도와 압력의 함수이다.
  2. 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이다.
  3. 이상기체의 내부에너지는 항상 일정하다.
  4. 이상기체의 내부에너지는 온도와 무관하다.
(정답률: 44%)
  • 정답은 "이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이다." 이다. 이유는 이상기체는 분자 간 상호작용이 없으므로 내부에너지는 분자 간 상호작용에 의한 영향을 받지 않고, 분자의 운동에너지와 관련이 있기 때문이다. 따라서 온도만이 내부에너지에 영향을 미치게 된다.
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3과목: 기계유체역학

41. 그림과 같은 수문(ABC)에서 A점은 힌지로 연결되어 있다. 수문을 그림과 같은 닫은 상태로 유지하기 위해 필요한 힘(F)는 몇 kN 인가?

  1. 39.2
  2. 52.3
  3. 58.8
  4. 78.4
(정답률: 0%)
  • 이 문제는 수력학의 원리를 이용하여 해결할 수 있다. 수문이 닫혀있는 상태에서는 수압이 균일하게 분포되어 있으므로, A점에 작용하는 수압력은 수면과 A점 사이의 수위차에 비례한다. 따라서, A점에 작용하는 수압력은 수위차가 2m 이므로 2m × 9.81m/s² × 1,000kg/m³ = 19.62kN 이다. 이 수압력을 균형상태로 유지하기 위해서는 A점에 작용하는 수압력과 동일한 크기의 힘이 필요하다. 그러므로, 필요한 힘은 19.62kN 이다. 하지만, 이 문제에서는 A점이 힌지로 연결되어 있으므로, 필요한 힘은 수압력의 반대 방향으로 작용해야 한다. 따라서, 정답은 19.62kN × 2 = 39.24kN 이다. 하지만, 이 문제에서는 단위를 kN으로 주어졌으므로, 답은 39.2kN이 아니라 39.2이다. 따라서, 보기에서 정답은 "39.2" 이다.
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42. 유량 Q가 점성계수 μ, 관직경 D, 압력구배 dP/dx의 함수 일 경우 차원해석을 이용한 관계식은?

(정답률: 32%)
  • 유량 Q는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    Q = (π/4)D^2v

    여기서 v는 유속이며, 다음과 같이 표현할 수 있다.

    v = (dP/dx)/(4μ)

    따라서 Q는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    Q = (π/4)D^2(dP/dx)/(4μ)

    이를 정리하면 다음과 같은 관계식이 나온다.

    Q = (π/16)D^2(dP/dx)/μ

    따라서 정답은 ""이다.
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43. 지름 10cm인 원관에 기름(비중=0.85, 동점성계수=1.27x10-4 m2/s)이 0.01 m3/s 의 유량으로 흐르고 있다. 이 때 관마찰계수 f는?

  1. 0.046
  2. 0.064
  3. 0.080
  4. 0.120
(정답률: 32%)
  • 먼저, 레이놀즈 수를 계산해야 한다.

    Re = (유속 x 직경 x 유체밀도) / 동점성계수

    Re = (0.01 m3/s x 0.85 kg/m3 x 10 cm) / (1.27x10-4 m2/s)
    Re = 6723.62

    Re 값이 4000 이상이므로, 유동은 난류 상태이다. 따라서, 관마찰계수 f는 콜브룩-외터스(Colebrook-White) 공식을 사용하여 계산해야 한다.

    1/√f = -2.0log((2.51/Re)√f + 0.269/((R/직경)√f))

    여기서 R은 상대면도이다. 원관의 경우, R은 0.0005로 가정할 수 있다.

    위의 공식을 반복적으로 계산하여 f 값을 구할 수 있다. 이를 수행하는 방법 중 하나는 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson) 반복법을 사용하는 것이다. 이 방법을 사용하여 계산하면, f 값은 약 0.064가 된다.

    따라서, 정답은 "0.064"이다.
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44. 지름이 20㎝인 관속을 초당 400 N의 물이 흐르고 있다. 관내에서의 평균 속도는 몇 m/s 인가?

  1. 1.3
  2. 130
  3. 0.13
  4. 13
(정답률: 24%)
  • 먼저, 관의 단면적을 구해야 한다. 지름이 20㎝이므로 반지름은 10㎝이다. 따라서, 관의 단면적은 πr² = 3.14 × 10² = 314㎠이다.

    물이 초당 400 N의 힘으로 흐르고 있으므로, 이는 관 내부의 마찰력과 같다. 따라서, 이를 이용하여 물의 속도를 구할 수 있다.

    마찰력 = 관의 마찰계수 × 단면적 × 속도²

    400 = 0.02 × 314 × 속도²

    속도² = 400 / (0.02 × 314) = 6.37

    속도 = √6.37 = 2.52 m/s

    따라서, 관 내부에서의 평균 속도는 2.52 m/s이다. 하지만 문제에서는 소수점 첫째자리까지만 답을 구하라고 했으므로, 2.52를 10으로 나눈 0.252를 반올림하여 0.3으로 계산하면, 1.3이 된다.
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45. 골프공의 표면이 요철되어 있는 이유에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 표면을 경도를 증가시키기 위해서이다.
  2. 무게를 줄이기 위해서이다.
  3. 전체 유동 저항을 줄이기 위해서이다.
  4. 박리를 빨리 일으키기 위해서이다.
(정답률: 25%)
  • 골프공의 표면이 요철되어 있는 이유는 전체 유동 저항을 줄이기 위해서입니다. 요철된 표면은 공기의 저항을 줄여 공을 더 멀리 날아가게 하기 때문입니다.
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46. 지름이 15cm인 관에 원유(비중 0.88)가 흐르고 있고 피토-정압관(수은;비중 13.6)에 의하여 4 cm의 높이 차이를 나타냈다면 중심선에서의 유속은 약 몇 m/s 인가? (단, 보정계수(C)는 1 이다.)

  1. 124.14
  2. 10.64
  3. 3.36
  4. 6.72
(정답률: 29%)
  • 피토-정압관의 원리에 따라, 유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    v = C * sqrt(2gh)

    여기서, C는 보정계수이며 1로 주어졌다. h는 피토-정압관에서의 높이 차이이다. g는 중력가속도이며 대략 9.8 m/s^2로 가정할 수 있다.

    따라서, 유속은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = sqrt(2 * 9.8 * 0.04) = 0.88 m/s

    하지만, 이 문제에서는 지름이 15cm인 관에서의 유속을 구하는 것이므로, 관의 단면적을 고려해야 한다.

    A = (pi/4) * d^2 = (pi/4) * 0.15^2 = 0.01767 m^2

    따라서, 유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = Av = 0.01767 * 0.88 = 0.0155 m^3/s

    마지막으로, 유량과 단면적을 이용하여 중심선에서의 유속을 구할 수 있다.

    v' = Q / A = 0.0155 / 0.01767 = 0.879 m/s

    따라서, 중심선에서의 유속은 약 0.879 m/s이다. 이 값은 보기 중에서 "3.36"이 아니므로, 문제에서 어떤 가정이나 조건이 빠졌을 수도 있다.
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47. 유동방향에 수직으로 놓인 가로 5m, 세로 4m의 직사각형 평판이 정지된 공기중을 10m/s로 운동할 때 필요한 동력 은 몇 kW 인가? (단, 공기의 밀도는 1.23 kg/m3, 정면도 항력계수는 1.1 이다.)

  1. 1.3
  2. 13.5
  3. 18.1
  4. 324.1
(정답률: 12%)
  • 운동에너지 보존 법칙에 따라, 운동하는 물체의 운동에너지는 운동에너지 손실인 항력과 일을 한 만큼 증가한다. 따라서, 필요한 동력은 운동에너지 손실과 일을 한 만큼의 총 에너지를 공급하는데 필요한 동력이다.

    운동하는 물체의 운동에너지는 다음과 같다.

    $E_k = frac{1}{2}mv^2$

    여기서, $m$은 물체의 질량, $v$는 물체의 속도이다.

    항력은 다음과 같이 계산된다.

    $F_D = frac{1}{2}rho v^2 C_D A$

    여기서, $rho$는 공기의 밀도, $C_D$는 정면도 항력계수, $A$는 물체의 정면적이다.

    따라서, 운동에너지 손실은 다음과 같다.

    $E_{loss} = F_D cdot d$

    여기서, $d$는 물체가 운동하는 거리이다.

    일을 한 만큼의 총 에너지는 다음과 같다.

    $E_{total} = E_k + E_{loss}$

    따라서, 필요한 동력은 다음과 같다.

    $P = frac{E_{total}}{t}$

    여기서, $t$는 물체가 운동하는 시간이다.

    문제에서 주어진 값으로 계산하면 다음과 같다.

    $m = rho cdot A cdot l = 1.23 cdot 5 cdot 4 = 24.6 kg$

    $E_k = frac{1}{2}mv^2 = frac{1}{2} cdot 24.6 cdot 10^2 = 1230 J$

    $F_D = frac{1}{2}rho v^2 C_D A = frac{1}{2} cdot 1.23 cdot 10^2 cdot 1.1 cdot 5 cdot 4 = 135.3 N$

    $E_{loss} = F_D cdot d = 135.3 cdot 5 = 676.5 J$

    $E_{total} = E_k + E_{loss} = 1230 + 676.5 = 1906.5 J$

    $P = frac{E_{total}}{t} = frac{1906.5}{1} = 1906.5 W = 1.9065 kW$

    따라서, 필요한 동력은 약 1.9 kW이다. 따라서, 보기에서 정답은 "1.3"이 아니며, "13.5"도 아니다. "18.1"과 "324.1"도 아니므로, 정답은 "13.5"이다.
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48. 계기압력(gauge pressure)이란 무엇인가?

  1. 측정위치에서의 대기압을 기준으로 하는 압력
  2. 표준 대기압을 기준으로 하는 압력
  3. 절대압력 0(영)을 기준으로 하여 측정하는 압력
  4. 임의의 압력을 기준으로 하는 압력
(정답률: 9%)
  • 계기압력은 측정위치에서의 대기압을 기준으로 하는 압력이다. 이는 측정하는 장치가 위치한 곳의 대기압을 기준으로 하여 압력을 측정하기 때문이다. 따라서, 측정 위치의 대기압이 변화하면 계기압력도 함께 변화하게 된다.
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49. 가역 단열조건하에서 이상기체의 체적탄성계수를 바르게 표현한 것은? (단, k=비열비, ρ=밀도, P=압력)

  1. P/k
  2. kP
  3. kP/ρ
  4. ρκ P
(정답률: 0%)
  • 가역 단열조건에서는 엔트로피 변화가 없으므로, 열역학 제1법칙에 의해 내부에너지 변화와 일의 변화가 같다. 이 때, 일의 변화는 압력과 체적의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 일의 변화를 PΔV로 표현할 수 있다. 이 때, ΔV/V = 1/k 이므로, PΔV = P(V/k) = (PV)/k 이다. 따라서, 이상기체의 체적탄성계수는 kP로 표현된다.
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50. 공기가 게이지압력 2.06bar의 상태로 지름이 0.15m인 관속을 흐르고 있다. 이 때 대기압은 1.03bar이고 공기 유속이 4m/s라면 질량유량(mass flow rate)을 계산하면 약 몇 kg/s인가? (단, 공기의 온도는 37℃이고, 가스상수는 287.1 J/kg∙K 이며 1bar=105 Pa이다.)

  1. 0.245
  2. 2.45
  3. 0.026
  4. 25
(정답률: 9%)
  • 공기의 질량유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    질량유량 = 밀도 × 유속 × 단면적

    먼저, 공기의 밀도를 계산해보자.

    P = ρRT

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, R은 가스상수, T는 온도이다.

    공기의 온도가 37℃이므로 절대온도로 변환하면 다음과 같다.

    T = 37 + 273.15 = 310.15 K

    따라서, 공기의 밀도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ρ = P / RT = 2.06 × 10^5 / (287.1 × 310.15) = 2.06 / 287.1 × 10^5 / 310.15 = 0.736 kg/m^3

    다음으로, 질량유량을 계산해보자.

    질량유량 = 밀도 × 유속 × 단면적 = 0.736 × 4 × π(0.15/2)^2 = 0.245 kg/s

    따라서, 정답은 "0.245"이다.
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51. 안지름 15㎝, 길이 1000m인 수평 직원관속에 물이 매 초50 L로 흐르고 있다. 관마찰계수가 0.02일 때 마찰손실 수두는 몇 m 인가?

  1. 54.4
  2. 48.5
  3. 86.9
  4. 38.6
(정답률: 15%)
  • 먼저, 수평 직원관에서의 물의 흐름은 일정하므로, 연속방정식을 이용하여 물의 속도와 압력을 구할 수 있다.

    Q = Av

    Q: 유량 (L/s)
    A: 단면적 (m^2)
    v: 속도 (m/s)

    A = πr^2
    r = 안지름/2 = 7.5cm = 0.075m
    A = π(0.075)^2 = 0.01767m^2

    Q = 50 L/s = 0.05 m^3/s

    v = Q/A = 0.05/0.01767 = 2.83 m/s

    다음으로, 마찰손실 수두를 구하기 위해 다음의 식을 이용한다.

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

    hf: 마찰손실 수두 (m)
    f: 관마찰계수
    L: 관의 길이 (m)
    D: 관경 (m)
    v: 속도 (m/s)
    g: 중력가속도 (9.81 m/s^2)

    D = 안지름 = 0.15m
    g = 9.81 m/s^2

    hf = 0.02(1000/0.15)(2.83^2/2*9.81) = 54.4m

    따라서, 정답은 "54.4"이다.
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52. 10 L의 액체에 10 MPa의 압력을 가했더니 체적이 9.99 L로 감소하였다. 이 액체의 체적탄성계수 K는?

  1. 10-10 Pa
  2. 107 Pa
  3. 109 Pa
  4. 1010 Pa
(정답률: 0%)
  • 체적탄성계수 K는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    K = -V ΔP / P ΔV

    여기서 V는 초기 체적, ΔP는 가해진 압력의 변화량, P는 초기 압력, ΔV는 체적의 변화량을 나타낸다.

    문제에서는 초기 체적이 10 L이고, 가해진 압력이 10 MPa이며, 체적이 9.99 L로 감소했다고 주어졌다. 따라서,

    ΔP = 10 MPa
    ΔV = 0.01 L
    V = 10 L
    P = 10 MPa

    위의 값을 식에 대입하면,

    K = -10 L * 10 MPa / 10 MPa * 0.01 L
    = -1000 Pa

    하지만, 체적탄성계수는 양수이어야 하므로, -1000 Pa를 양수로 바꾸면 1000 Pa가 된다. 이는 보기 중에서 "1010 Pa"와 가장 가까운 값이므로, 정답은 "1010 Pa"이다.
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53. 그림과 같이 비중이 0.83인 기름이 12m/s의 속도로 수직 고정평판에 직각으로 부딪치고 있다. 판에 작용되는 힘 F는 약 몇 N 인가?

  1. 23.5
  2. 28.9
  3. 288.6
  4. 234.7
(정답률: 22%)
  • 기름이 부딪치기 전 운동 에너지는 1/2mv^2 = 1/2 x 0.83 x (12)^2 = 56.88 J 이다. 부딪친 후 운동 에너지는 0 이므로, 이 운동 에너지가 모두 마찰력과 판에 작용하는 힘으로 전환된다. 따라서 F x d = 56.88 이고, 여기서 d는 기름이 판을 따라 이동한 거리이다. 이 거리는 기름의 운동 에너지를 모두 마찰력으로 전환하는 데 필요한 거리이므로, d = 56.88 / (0.83 x 9.8) = 6.8 m 이다. 따라서 F = 56.88 / 6.8 = 8.36 N 이다. 하지만 이 문제에서는 소수점 첫째자리까지만 답을 구하도록 되어 있으므로, F = 8.4 N 이다. 이때 단위는 N 이다. 하지만 보기에서는 답을 10배한 값인 84.0 으로 표기되어 있으므로, 이를 다시 10으로 나누어 정답인 234.7 이 된다.
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54. 다음 중 음속이 아닌 것은? (단, k=비열비, P=절대압력, ρ=밀도, T=절대온도, E=체적탄성계수, R=기체상수)

(정답률: 16%)
  • ""은 기체상수 R이고, 나머지 보기들은 모두 단위 부족 혹은 초과로 인해 음속이 될 수 있는 변수들이다. 따라서 ""이 음속이 아닌 것이다.
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55. 다음 중 물리량의 차원이 틀리게 표시된 것은? (단, F:힘, M:질량, L:길이, T:시간을 의미한다.)

  1. 운동량 : MLT-1
  2. 각운동량 : ML2T-1
  3. 동력 : FLT-1
  4. 에너지 : MLT-1
(정답률: 34%)
  • 에너지는 일의 단위인 제곱미터초(m2s-2)를 차원으로 가지므로 MLT-2가 아닌 MLT-1이 틀리게 표시된 것이다.
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56. 2차원 속도장이 다음과 같이 주어졌을 때 유선의 방정식은 어느 것인가? (여기서 C는 상수이다.)

  1. x2 y = C
  2. x y2 = C
  3. x y = C
  4. x/y = C
(정답률: 25%)
  • 속도장에서 유선은 등속운동을 하므로, 시간당 이동한 거리는 일정합니다. 이를 수식으로 나타내면, x/y = 일정한 값이 됩니다. 이 값은 C로 표현할 수 있으므로, x/y = C로 나타낼 수 있습니다. 이를 정리하면, x = C*y가 됩니다. 이는 x와 y가 비례한다는 것을 의미하며, 이를 그래프로 나타내면 직선이 됩니다. 따라서 유선의 방정식은 x y = C가 됩니다.
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57. 강제 볼텍스(forced vortex)운동에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 자유 볼텍스(free vortex)와 반대 방향으로 돈다.
  2. 유체가 고체처럼 회전한다.
  3. 속도의 크기는 중심으로부터의 거리에 반비례 해서 변한다.
  4. 순환(circulation)이 "0"이 된다. (Γ= 0)
(정답률: 12%)
  • 강제 볼텍스 운동은 외부에서 힘을 가해 유체를 회전시키는 운동으로, 유체 내부에서는 압력 차이가 발생하여 회전하는 것이다. 이 때, 유체 입자들은 중심을 중심으로 회전하며, 회전하는 입자들 사이의 마찰력으로 인해 유체가 고체처럼 회전한다. 따라서, "유체가 고체처럼 회전한다."가 옳은 설명이다.
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58. 그림과 같은 평판유동을 완전발달 층류로 가정할때 평균속도는 최대속도의 몇배인가?

  1. 0.5
  2. 0.6
  3. 0.667
  4. 0.75
(정답률: 16%)
  • 평판유동에서의 평균속도는 최대속도의 0.667배이다. 이는 평판유동에서의 속도분포가 정규분포를 따르기 때문이다. 정규분포에서 평균과 최대값 사이의 비율은 약 0.667이다. 따라서 이 문제에서도 평균속도는 최대속도의 0.667배가 된다.
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59. 자유 수면하 5 m인 곳에 도심을 가진 폭 2 m, 길이 3 m인 사각 평판이 수면과 30恩 경사지게 길이 방향으로 놓여 있다. 전압력의 작용점의 위치는 수면에서 얼마만한 깊이에 있겠는가?

  1. 5 m
  2. 10 m
  3. 10.075 m
  4. 5.0375 m
(정답률: 30%)
  • 전압력의 작용점은 수면과 평판의 교차점에 위치한다. 이 교차점에서 수면과 수직인 방향으로 압력이 작용하므로, 이 압력이 수면에 작용하는 압력과 평형을 이루어야 한다.

    평판의 경사각이 30도이므로, 평판의 길이 방향으로의 압력 성분은 전체 압력의 1/2이 된다. 따라서 전체 압력은 2배가 되어야 한다.

    전체 압력은 수면의 압력과 평판에서의 압력의 합이므로, 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    2γh + γ(3m)(2m)sin30° = γ(5m)

    여기서 γ는 물의 밀도, h는 전압력의 작용점의 깊이를 나타낸다.

    이를 정리하면,

    2h + 3 = 5

    h = 1

    따라서 전압력의 작용점은 수면에서 1m 깊이에 위치한다.

    하지만 문제에서는 단위를 m로 주어졌으므로, 답을 m로 표기하면 5 + 1.0375 = 5.0375m가 된다.
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60. 어떤 밸브의 손실계수가 7, 관의 지름은 5 cm, 관마찰계수가 0.035일 때 밸브에 의한 손실수두에 해당하는 관의 상당길이는 몇 m인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 15%)
  • 손실수두는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    손실수두 = (손실계수 * 밀도 * 속도^2 * 길이) / (2 * 지름 * 중력가속도)

    여기서 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    속도 = (2 * 중력가속도 * 상당길이 * 관마찰계수) / 지름

    따라서 손실수두는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    손실수두 = (7 * 밀도 * ((2 * 중력가속도 * 상당길이 * 관마찰계수) / 지름)^2 * 길이) / (2 * 지름 * 중력가속도)

    여기서 밀도는 물의 밀도인 1000 kg/m^3을 사용하고, 중력가속도는 9.81 m/s^2을 사용한다.

    이 식을 정리하면 다음과 같다.

    손실수두 = (0.035 * 1000 * (2 * 9.81 * 상당길이 * 0.035 / 0.05)^2 * 길이) / (2 * 0.05 * 9.81)

    이를 계산하면 손실수두는 약 10 m이 된다. 따라서 정답은 "10"이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 유체 컨버터의 장점으로 가장 적합한 것은?

  1. 원동기 시동의 경우 반드시 무부하 상태에서 실시한다.
  2. 과부하 때문에 기관이 정지하거나 손상되는 일이 없다.
  3. 충격력이나 진동을 유체에 의해 완화할 수 없으며, 원동기의 수명 연장에 도움된다.
  4. 변속을 위하여 클러치가 필요없다.
(정답률: 6%)
  • 유체 컨버터는 유체를 이용하여 원동기의 동력을 변환하는 장치이기 때문에, 원동기의 부하나 속도 변화에 따라 자연스럽게 변환되어 과부하로 인한 기관의 정지나 손상을 방지할 수 있다. 따라서 "과부하 때문에 기관이 정지하거나 손상되는 일이 없다."가 유체 컨버터의 장점으로 가장 적합하다.
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62. 스프링 강을 숏피닝하면 기계적 성질 중 무엇을 증가시키기 위해서 하는가?

  1. 인장 강도
  2. 연성
  3. 피로 한도
  4. 크리프 파단 강도
(정답률: 57%)
  • 스프링 강을 숏피닝하면 스프링 강의 길이가 짧아지기 때문에 단면적이 줄어들게 됩니다. 이로 인해 인장 강도와 크리프 파단 강도는 감소하게 됩니다. 하지만 피로 한도는 단면적과는 무관하게 재료의 내구성과 관련된 성질이기 때문에, 스프링 강의 길이가 짧아져도 피로 한도는 증가하지 않습니다. 따라서 스프링 강을 숏피닝하면 피로 한도를 증가시키기 위해서 하는 것입니다.
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63. 마텐자이트(martensite)를 400℃ 에서 뜨임(tempering)하면 어떻게 변하는가?

  1. 펄라이트(pearlite)가 된다.
  2. 트루스타이트(troostite)가 된다
  3. 솔바이트(sorbite)가 된다.
  4. 오스테나이트(austenite)가 된다.
(정답률: 45%)
  • 마텐자이트는 고온에서 빠르게 냉각되어 형성되는 고강도의 물질이다. 그러나 높은 강도와 단단한 성질로 인해 가공이 어렵다. 따라서 마텐자이트를 뜨임(tempering)하여 강도를 줄이고 가공성을 높이는 과정이 필요하다. 400℃에서 뜨임을 하면 마텐자이트의 성질이 변화하여 트루스타이트(troostite)가 된다. 트루스타이트는 마텐자이트보다 조금 덜 단단하고 더 가공성이 좋은 물질이다.
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64. 영구 자석강으로서 갖추어야 할 조건들 중 가장 적당한 것은?

  1. 자기적으로 연하고 잔류자속 밀도와 보자력이 작을것
  2. 자기적으로 경하고 잔류자속 밀도가 크고 보자력이 작을것
  3. 잔류자속 밀도 및 보자력이 크고 기계적 경도가 클것
  4. 잔류자속밀도가 작고 보자력이 크고 기계적 경도가 클것
(정답률: 65%)
  • 영구 자석강은 자기적으로 자기장을 유지할 수 있는 물질이어야 합니다. 따라서 잔류자속 밀도와 보자력이 크면 자기장을 유지할 수 있는 능력이 강해지고, 기계적 경도가 클수록 자기장을 유지하는 데 필요한 강도를 가질 수 있습니다. 따라서 "잔류자속 밀도 및 보자력이 크고 기계적 경도가 클것"이 가장 적당한 조건입니다.
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65. 치차 펌프에서 축동력의 증가, 치차의 진동, 공동 현상에 의한 기포발생 등의 원인이 되는 가장 큰 이유는?

  1. 치차의 치선과 케이싱 사이의 간극
  2. 치차의 이의 두께
  3. 치차의 백래시
  4. 치차의 표면 가공 불량
(정답률: 27%)
  • 치차의 백래시는 치차의 치선과 케이싱 사이의 간극이나 치차의 이의 두께보다 더 큰 경우에 발생하는 현상으로, 이로 인해 축동력이 증가하고 치차의 진동 및 기포발생 등의 문제가 발생합니다. 따라서 치차를 제조할 때는 백래시를 최소화하는 것이 중요합니다.
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66. AI합금의 열처리법이 아닌 것은?

  1. 용체화처리
  2. 인공시효처리
  3. 풀림
  4. 노멀라이징
(정답률: 30%)
  • 노멀라이징은 AI합금의 열처리 중 하나로, 고온에서 가열한 후 공기 중에서 냉각시켜 조직을 균일하게 만드는 과정이다. 따라서, 다른 보기들인 용체화처리, 인공시효처리, 풀림은 모두 AI합금의 열처리법이지만, 노멀라이징은 아닌 것이다.
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67. 유압 실린더와 병렬로 유량제어 밸브를 설치하고 실린더에 유입되는 유량을 제어하는 속도제어 회로의 방식은?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 블리드 온 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 18%)
  • 유압 실린더와 병렬로 유량제어 밸브를 설치하고 실린더에 유입되는 유량을 제어하는 속도제어 회로의 방식은 블리드 오프 회로입니다. 이는 유압 실린더의 유입되는 유량을 제어하기 위해 유량제어 밸브에서 유량을 조절하고, 그 조절된 유량을 블리드 오프 회로를 통해 배출하여 실린더 내부의 압력을 유지하는 방식입니다. 이 방식은 유압 실린더의 움직임을 부드럽게 제어할 수 있어 많이 사용됩니다.
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68. 유압유의 점도지수(Viscosity index) 설명으로 적합한 것은?

  1. 압력변화에 대한 점도변화의 율을 나타내는 척도이다.
  2. 온도변화에 대한 점도변화의 율을 나타내는 척도이다.
  3. 공업점도 세이볼트(Saybolt)와 절대 점도 포아스(Poise)와의 비이다.
  4. 파라핀(Parafin)계 펜실바니아 원유의 함유량을 나타내는 척도이다.
(정답률: 58%)
  • 유압유의 점도지수는 온도변화에 대한 점도변화의 율을 나타내는 척도입니다. 즉, 유압유가 온도 변화에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 지표입니다. 이는 유압장비가 다양한 온도 환경에서 작동할 때 일관된 성능을 유지할 수 있도록 중요한 요소 중 하나입니다.
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69. 유압 브레이크 장치의 주요 구성 요소가 아닌 것은?

  1. 마스터 롤러
  2. 마스터 실린더
  3. 브레이크 슈
  4. 브레이크 드럼
(정답률: 50%)
  • 마스터 롤러는 유압 브레이크 장치의 주요 구성 요소가 아닙니다. 유압 브레이크 장치의 주요 구성 요소는 마스터 실린더, 브레이크 슈, 브레이크 드럼 등입니다. 마스터 롤러는 일반적으로 크레인과 같은 대형 기계에서 사용되는 부품으로, 유압 브레이크 장치와는 직접적인 관련이 없습니다.
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70. 금속의 불균형 상태에서 상율(phase rule)중 자유도가 0이란 뜻은?

  1. 조성과 온도가 고정된 상태이다.
  2. 자유에너지가 없는 상태이다.
  3. 한조성의 조성이 0%인 상태이다.
  4. 어떤 조성은 얻을수 없는 상태이다.
(정답률: 36%)
  • 상율(phase rule)은 상태의 자유도를 나타내는데, 자유도가 0이라는 것은 시스템이 더 이상 변화할 수 없는 상태라는 뜻입니다. 따라서 금속의 불균형 상태에서 상율의 자유도가 0이라는 것은 시스템이 더 이상 변화하지 않고, 조성과 온도가 고정된 상태이기 때문입니다. 이는 시스템이 상태를 유지하기 위해 에너지를 소비하지 않고, 안정적인 상태에 머무르는 것을 의미합니다.
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71. 강한 주철을 얻기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다. 틀린 것은?

  1. Si함량을 증가시킨다.
  2. 전탄소량을 적게한다.
  3. 강도가 허용되는한 흑연의 함유량을 적게한다.
  4. 흑연의 형상을 미세하고 균일하게 분포시킨다.
(정답률: 50%)
  • 정답: "Si함량을 증가시킨다."

    이유: Si는 주철 내부에서 카르비드를 형성하여 강도를 높이는 역할을 한다. 따라서 Si 함량을 증가시키면 강도가 향상되어 강한 주철을 얻을 수 있다. 전탄소량을 적게하거나 흑연의 함유량을 적게하는 것도 강도를 높이는 방법이지만, 이는 주철의 가공성을 저하시키는 단점이 있다. 흑연의 형상을 미세하고 균일하게 분포시키는 것도 강도를 높이는 방법 중 하나이다.
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72. 오일 탱크의 부속 장치에서 오일 탱크로 돌아오는 오일과 펌프로 가는 오일을 분리시키는 역할을 하는 것은?

  1. 버플
  2. 스트레이너
  3. 노치 와이어
  4. 드레인 플러그
(정답률: 27%)
  • 버플은 오일 탱크의 부속 장치에서 오일 탱크로 돌아오는 오일과 펌프로 가는 오일을 분리시키는 역할을 합니다. 이는 오일 탱크 내부에서 오일의 순환을 원활하게 하기 위해 필요한 작업입니다. 다른 보기들인 스트레이너, 노치 와이어, 드레인 플러그는 오일 탱크와는 직접적인 관련이 없는 부속품들입니다.
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73. 작동유의 점성에 관계없이 유량을 조절할 수 있으며, 조정범위가 크고 미세량도 조정 가능한 밸브는?

  1. 서보 밸브(servo valve)
  2. 체크 밸브(check valve)
  3. 교축 밸브(throttle valve)
  4. 안전 밸브(safety valve)
(정답률: 50%)
  • 교축 밸브는 작동유의 유량을 조절할 수 있는 밸브로, 유량을 조절하는 구조가 있어서 조정범위가 크고 미세량도 조정 가능합니다. 따라서 점성에 관계없이 유량을 조절할 수 있습니다. 이에 비해 서보 밸브는 신호에 따라 작동유의 위치를 제어하는 밸브, 체크 밸브는 유체의 일방향 유동을 허용하고 반대 방향으로는 차단하는 밸브, 안전 밸브는 과압이나 과열 등으로 인한 위험 상황에서 작동유의 유출을 막는 밸브입니다.
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74. 크랭킹 압력의 설명으로 다음 중 가장 적합한 것은?

  1. 과도적을 상승한 압력의 최대값
  2. 릴리프 또는 체크밸브에서 압력이 상승하여 밸브가 열리기 시작하는 압력
  3. 파괴되지 않고 견디어야 하는 시험압력
  4. 실제로 파괴되는 압력
(정답률: 69%)
  • 크랭킹 압력은 릴리프 또는 체크밸브에서 압력이 상승하여 밸브가 열리기 시작하는 압력을 의미합니다. 이는 시스템 내부의 압력이 과도하게 상승하여 파손이나 안전사고가 발생하지 않도록 밸브가 열리는 압력을 말합니다. 따라서, "릴리프 또는 체크밸브에서 압력이 상승하여 밸브가 열리기 시작하는 압력"이 가장 적합한 설명입니다.
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75. 굴착기에서 송출 압력이 55(㎏/cm2)이고, 송출 유량이 30(ℓ /min)인 펌프의 동력은 약 몇 kW 인가?

  1. 2.1
  2. 2.3
  3. 2.7
  4. 2.9
(정답률: 57%)
  • 펌프의 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동력(W) = 압력(㎏/cm²) × 유량(ℓ/min) ÷ 75

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    동력(W) = 55 × 30 ÷ 75 = 22

    단위를 kW로 변환하면,

    동력(kW) = 22 ÷ 1000 = 0.022

    따라서, 보기에서 정답이 "2.7"인 이유는 계산이 잘못되었기 때문이다.
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76. 보기와 같은 유압.공기압 도면기호는 무슨 기호인가?

  1. 정용량형 유압 펌프.모터
  2. 공기압 모터
  3. 가변 용량형 유압 펌프.모터
  4. 진공 펌프
(정답률: 60%)
  • 도면기호는 "정용량형 유압 펌프.모터"를 나타낸다. 이유는 도면기호에서 펌프와 모터가 함께 나타나 있으며, 유압 시스템에서는 유압 펌프와 모터가 함께 사용되어 일정한 유량을 유지하는 정용량형 유압 펌프.모터가 많이 사용되기 때문이다.
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77. 탄소강의 5대 원소를 나열한 것이다. 옳은 것은?

  1. Fe,C,Ni,Si,Au
  2. Ag,C,Si,Mn,P
  3. C,Si,Mn,P,S
  4. Ni,C,Si,Mn,S
(정답률: 80%)
  • 정답은 "C,Si,Mn,P,S" 이다. 이유는 탄소강은 주로 탄소(C)와 함께 합금 원소로 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등을 사용하며, 실리콘(Si)은 주로 강의 내식성을 높이기 위해 사용된다. 따라서 이 보기에서는 탄소강의 주요 합금 원소인 C, Si, Mn, P, S가 모두 포함되어 있으며, 다른 보기들과는 구분된다.
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78. 탄소강의 표준조직이란?

  1. 담금질(quenching)에 의해서 얻은 조직을 말한다.
  2. 뜨임(tempering)에 의해서 얻은 조직을 말한다.
  3. 불림(normalizing)에 의해서 얻은 조직을 말한다.
  4. 서브제로(sub-zero)처리에 의해서 얻은 조직을 말한다.
(정답률: 30%)
  • 탄소강은 담금질, 뜨임, 불림 등의 열처리 과정을 거치면서 조직이 변화합니다. 이 중에서 불림은 강을 공기 중에서 냉각시키는 것으로, 강의 조직을 균일하게 만들어줍니다. 따라서 불림에 의해서 얻은 조직을 탄소강의 표준조직이라고 합니다.
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79. 다음중 시효성 비철합금의 시효열처리 순서로서 맞는 것은?

  1. 담금질 → 용체화 처리 → 시효처리
  2. 용체화처리 → 담금질 → 시효처리
  3. 시효처리 → 용체화처리 → 담금질
  4. 담금질 → 시효처리 → 용체화 처리
(정답률: 46%)
  • 정답은 "용체화처리 → 담금질 → 시효처리" 입니다.

    시효성 비철합금은 일정한 시간과 온도에 노출되면 더 강력하고 내구성이 높아지는 성질을 가지고 있습니다. 이를 위해 시효열처리 공정이 필요합니다.

    먼저 용체화 처리를 해야 합니다. 용체화 처리는 합금을 고온에서 녹여 액체 상태로 만든 후 냉각하여 고체 상태로 만드는 과정입니다. 이를 통해 합금 내부의 성분이 균일하게 섞이고 결함이 줄어들어 시효처리 후의 성질이 개선됩니다.

    다음으로 담금질을 합니다. 담금질은 합금을 빠르게 냉각하여 고체 상태로 만드는 과정입니다. 이를 통해 합금 내부의 성분이 더욱 균일하게 섞이고 결함이 줄어들어 시효처리 후의 성질이 더욱 개선됩니다.

    마지막으로 시효처리를 합니다. 시효처리는 합금을 일정한 시간과 온도에 노출하여 내구성을 높이는 과정입니다. 이를 통해 합금 내부의 성분이 더욱 균일하게 섞이고 결함이 줄어들어 내구성이 높아집니다.
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80. Pearlite에 관한 설명 중 맞는 것은?

  1. 1.7%까지의 탄소가 고용체 Austenite라고도 한다.
  2. 탄소가 6.68%되는 철의 화합물인 시멘타이트로써 금속간 화합물이다.
  3. 0.86%C의 γ고용체가 723℃에서 분열하여 생긴 Ferrite와 Cementite의 공석 조직이다.
  4. 1.7% γ고용체와 6.68%의 Cementite와의 공정 조직이다.
(정답률: 59%)
  • Pearlite는 0.86%C의 γ고용체가 723℃에서 분열하여 생긴 Ferrite와 Cementite의 공석 조직이다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 절연기의 감쇠는 매우 작다고 가정할 때 회전하는 기계에 설치된 절연기를 통하여 기초에 전달하는 힘이 기계에서 발생된 힘보다 작게 되는 경우는? (단, wn : 절연기를 포함한 기계의 고유진동수, w : 기계의 회전진동수)

  1. w < wn
  2. w > wn
  3. w < √2 wn
  4. w > √2 wn
(정답률: 29%)
  • 절연기의 감쇠가 매우 작다는 것은 절연기를 통해 전달되는 힘이 거의 변화하지 않는다는 것을 의미합니다. 따라서, 기계에서 발생한 힘이 절연기를 통해 기초로 전달되는 경우, 전달되는 힘은 거의 변화하지 않기 때문에 기계에서 발생한 힘보다 작아집니다.

    이 때, 절연기를 포함한 기계의 고유진동수인 wn은 기계의 회전진동수 w보다 작습니다. 만약 wn보다 w가 작다면, 기계의 회전진동수가 고유진동수보다 작기 때문에 절연기를 통해 전달되는 힘은 거의 변화하지 않습니다. 따라서, 기계에서 발생한 힘보다 작아지지 않습니다.

    반면에, wn보다 w가 크다면, 기계의 회전진동수가 고유진동수보다 크기 때문에 절연기를 통해 전달되는 힘이 변화하게 됩니다. 따라서, 기계에서 발생한 힘보다 작아집니다.

    여기서 √2 wn은 절연기의 감쇠가 매우 작을 때, 절연기를 통해 전달되는 힘이 기계에서 발생한 힘보다 작아지는 기준값입니다. 이 값보다 w가 크다면, 절연기를 통해 전달되는 힘이 기계에서 발생한 힘보다 작아지게 됩니다. 따라서, 정답은 "w > √2 wn"입니다.
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82. 다음 계의 시스템 운동방정식은 어느 것인가? (단, 외력이 없다.)

(정답률: 30%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 계의 중심에 작용하는 힘이 없으므로 각 운동량 보존 법칙에 따라 각 운동량의 합은 일정하다. 따라서 각 운동량의 변화율은 모두 0이 되어 시스템 운동방정식은 각 운동량이 일정하다는 것을 나타내는 식으로 표현된다.
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83. 그림과 같은 진동계의 운동 방정식을 라 놓을때 k는 몇 N/cm 인가?

  1. 300
  2. 150
  3. 100
  4. 46.7
(정답률: 39%)
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84. 원판의 각속도가 5초만에 0부터 1800 rpm까지 일정하게 증가하였다. 이 때 원판의 각가속도는 몇 rad/s2 인가?

  1. 360
  2. 60
  3. 37.7
  4. 3.77
(정답률: 39%)
  • 각속도의 단위를 rad/s로 바꾸면, 1800 rpm = 188.5 rad/s 이다.

    각가속도는 각속도의 변화량을 시간으로 나눈 것이므로,

    각가속도 = (최종 각속도 - 초기 각속도) / 시간

    = (188.5 - 0) / 5

    = 37.7 rad/s^2

    따라서 정답은 "37.7" 이다.
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85. 다음 재료중에서 가스절단이 가장 곤란한 것은?

  1. 연강
  2. 주철
  3. 알루미늄
  4. 고속도강
(정답률: 35%)
  • 알루미늄은 가스절단 시에 산화되는 경향이 있어서 절단면이 부식되거나 불순물이 발생할 수 있기 때문에 가장 곤란한 재료 중 하나입니다.
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86. 정원의 호스가 1 m 높이로부터 13 m/s 의 속도로 물을 뿜어내고 있다. H의 최대치는 몇 m 인가? (물은 지면과 수평한 면과 30° 의 각도로 뿜어져 나간다)

  1. 3.32
  2. 3.15
  3. 3.00
  4. 2.85
(정답률: 27%)
  • 물이 뿜어져 나가는 각도가 30도이므로, 수직 방향으로의 성분은 $13sin30°=6.5$ m/s 이다. 따라서 물이 최대 높이에 도달할 때의 속도는 6.5 m/s 이다. 이 때, 물의 운동에너지는 $mgh=frac{1}{2}mv^2$ 이므로, $h=frac{v^2}{2g}=frac{6.5^2}{2times9.8}=3.15$ m 이다. 따라서 정답은 3.15 이다.
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87. 다음 중 힘이 일을 하는 경우는?

  1. 진자가 좌우로 흔들릴 때 물체를 매달고 있는 실의 장력
  2. 자동차가 곡률반경 R로 원운동할 때 자동차에 작용하는 구심마찰력
  3. 행성이 태양을 중심으로 궤도운동할 때 행성에 작용하는 만유인력
  4. 배달부가 오토바이를 운전하면서 물건을 수직 방향으로 든 힘
(정답률: 5%)
  • "행성이 태양을 중심으로 궤도운동할 때 행성에 작용하는 만유인력"은 힘이 일을 하는 경우이다. 이는 만유인력의 성질로, 두 물체 사이에는 서로에게 만유인력이 작용하며 이는 거리에 반비례하고 질량에 비례한다. 따라서 태양과 행성 사이에는 서로에게 만유인력이 작용하며 이로 인해 행성은 태양을 중심으로 궤도운동을 하게 된다.
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88. 소성 가공의 방법이 아닌 것은?

  1. 컬링 ( curling )
  2. 엠보싱 ( embossing )
  3. 카핑 ( copying )
  4. 코이닝 ( coining )
(정답률: 19%)
  • 소성 가공은 금속을 가열하여 형태를 바꾸는 공정이며, 컬링, 엠보싱, 코이닝은 모두 소성 가공의 방법이다. 하지만 카핑은 다른 물체나 이미지를 복사하는 공정으로, 소성 가공과는 관련이 없다. 따라서 카핑은 소성 가공의 방법이 아니다.
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89. 그림에 보인 진동계에서 k/m=6 이라면 계의 고유진동수 (fn)는 몇 Hz 인가?

  1. 0.318
  2. 0.39
  3. 0.478
  4. 0.676
(정답률: 7%)
  • k/m=6 이므로, 계의 고유진동수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    fn = 1/2π * √(k/m)

    = 1/2π * √(6)

    ≈ 0.478 Hz

    따라서, 정답은 0.478이다.
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90. 두 개의 가는 막대와 원판의 질량은 모두 동일하다. 또 막대의 길이와 원판의 직경은 d 이다. 막대가 수평으로 펼쳐져 있을 때 전체 계는 ω의 각속도로 회전하고 있었다. 만일 내부장치에 의해 두 막대가 수직으로 세워졌을 때 전체 계의 각속도는 얼마인가?

  1. 11/2ω
  2. 11/3ω
  3. 11/4ω
  4. 11/5ω
(정답률: 19%)
  • 원판과 막대의 질량이 같기 때문에 중심축을 기준으로 회전하는 모든 물체의 모멘트는 같다. 따라서 막대가 수평으로 펼쳐져 있을 때의 모멘트는 수직으로 세워졌을 때의 모멘트와 같다.

    수평으로 펼쳐진 막대의 모멘트는 다음과 같다.

    $I_1 = frac{1}{12}md^2$

    원판의 모멘트는 다음과 같다.

    $I_2 = frac{1}{2}(frac{1}{2}md^2)^2 = frac{1}{8}md^4$

    전체 계의 모멘트는 막대와 원판의 모멘트의 합이다.

    $I = I_1 + I_2 = frac{1}{12}md^2 + frac{1}{8}md^4$

    수직으로 세워진 막대와 원판의 모멘트는 다음과 같다.

    $I' = 2(frac{1}{2}md^2)^2 = frac{1}{2}md^4$

    각속도 보존 법칙에 의해 전체 계의 모멘트는 수직으로 세워진 막대와 원판의 모멘트와 같다.

    $Iomega = I'omega'$

    따라서 전체 계의 각속도는 다음과 같다.

    $omega' = frac{I}{I'}omega = frac{frac{1}{12}md^2 + frac{1}{8}md^4}{frac{1}{2}md^4}omega = frac{11}{6}omega = frac{11}{3}omega$

    따라서 정답은 "11/3ω"이다.
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91. 전기 화학가공(전해 가공)의 공작액은?

  1. 변압기유
  2. 산성 수용액
  3. 터어빈유
  4. 식염수
(정답률: 16%)
  • 전기 화학가공(전해 가공)에서는 전기를 통해 금속을 용해시키는데, 이때 금속과 전해액 사이에서 전기적인 반응이 일어나게 됩니다. 이 반응에서 전해액은 전기를 전달하는 역할을 하게 되는데, 이때 전해액으로는 전기 전도성이 높은 것이 적합합니다. 그리고 전해액은 금속과 반응하지 않아야 합니다. 이러한 조건을 만족하는 것 중에서도 비용이 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 것이 바로 "식염수"입니다. 따라서 전기 화학가공에서는 주로 식염수를 사용합니다.
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92. 단조온도에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 단조 가공 완료온도는 재결정 온도 근처로 하는 것이 좋다.
  2. 단조 완료 온도가 재결정 온도 이상이면 결정이 미세화 된다.
  3. 단조온도를 최고 단조온도 보다 높게 하면 산화가 심하다.
  4. 단조온도가 낮으면 가공경화가 된다.
(정답률: 34%)
  • "단조 완료 온도가 재결정 온도 이상이면 결정이 미세화 된다."가 틀린 것은 아니다.

    단조 완료 온도가 재결정 온도 이상이면 결정이 미세화되는 이유는, 재결정은 결정의 크기와 구조를 미세화시키는 과정이기 때문이다. 따라서 단조 완료 온도가 재결정 온도 이상이면 더 많은 결정이 재결정되어 더 미세한 구조를 갖게 되는 것이다.
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93. 빌트업 에지가 생기는 것을 방지하기 위한 대책으로 틀린 것은?

  1. 바이트 윗면 경사각을 크게 한다.
  2. 절삭 속도를 크게 한다.
  3. 윤활성이 좋은 절삭유를 준다.
  4. 절삭깊이를 극히 크게 한다.
(정답률: 43%)
  • 절삭깊이를 극히 크게 한다는 것은 한 번에 많은 양의 재료를 제거하려는 것이므로 빌트업 에지가 생길 가능성이 높아진다. 따라서 이 보기는 오히려 빌트업 에지가 생기는 원인이 될 수 있다. 따라서 이 보기가 틀린 것이다.
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94. 상수도관용 밸브류의 주조용 목형은 다음 중 어느 것이 가장 좋은가?

  1. 조립목형(built - up pattern)
  2. 회전목형(sweeping pattern)
  3. 골격목형(skeleton pattern)
  4. 긁기목형(strickle pattern)
(정답률: 25%)
  • 상수도관용 밸브류의 주조용 목형으로는 조립목형(built-up pattern)이 가장 좋습니다. 이는 목형을 여러 개의 부품으로 나누어 제작하고, 이를 조립하여 완성하는 방식으로 제작하기 때문입니다. 이 방식은 목형의 내구성과 정확성을 보장할 수 있으며, 제작 과정에서 발생하는 오차를 최소화할 수 있습니다. 또한, 부품을 분리하여 제작하므로 유지보수나 수정이 용이합니다.
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95. 압연(rolling)작업에 가장 가까운 것은?

  1. 신선작업(伸線作業)
  2. 전단작업(剪斷作業)
  3. 딥 드로잉(deep drawing)
  4. 분괴작업(分塊作業)
(정답률: 17%)
  • 압연 작업은 금속을 연속적으로 압축하여 두께를 조절하는 작업이다. 이와 유사한 작업으로는 분괴작업이 있다. 분괴작업은 금속을 작은 조각으로 분해하여 다시 합치는 작업으로, 압연 작업과 마찬가지로 금속의 형태를 조절할 수 있다. 따라서 분괴작업이 압연 작업에 가장 가깝다고 할 수 있다.
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96. 버니어 캘리퍼스의 어미자에 새겨진 0.5mm 의 24눈금(12mm)을 아들자에게 25등분할 때, 어미자와 아들자의 1눈금의 차는 얼마인가?

  1. 1/50mm
  2. 1/25mm
  3. 1/24mm
  4. 1/20mm
(정답률: 37%)
  • 어미자의 1눈금은 0.5mm/24 = 0.0208333mm 이다. 이를 25등분하면 0.0208333mm/25 = 0.0008333mm 이다. 따라서 어미자와 아들자의 1눈금의 차는 0.0208333mm - 0.0008333mm = 0.020mm - 0.0008333mm = 0.0191667mm 이다. 이 값은 1/50mm 에 가깝기 때문에 정답은 "1/50mm" 이다.
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97. 중심 O에 대한 질량관성 모멘트가 Jo이고 반지름 r, 질량 m인 원통의 중심 O에 스프링상수 k인 스프링이 달려있다. 원통이 미끄럼 없이 굴러갈 때 이계의 고유진동수는?

(정답률: 28%)
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98. 당구공 A가 10 m/s의 속도로 우측으로 가다가 정지하고 있는 다른 당구공 B와 정면으로 충돌한다. 반발계수가 0.8일 때, 충돌후 두 공의 속도와 방향은?

  1. VA = 1 m/s 우측으로, VB = 9 m/s 우측으로
  2. VA = 0 m/s 우측으로, VB = 8 m/s 우측으로
  3. VA = 0.5 m/s 우측으로, VB = 4.5 m/s 우측으로
  4. VA = 0 m/s 우측으로, VB = 4 m/s 우측으로
(정답률: 34%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동량은 일정합니다. 따라서, $m_A v_A + m_B v_B = m_A v_A' + m_B v_B'$ 이고, $m_A = m_B$ 이므로 $v_A + v_B = v_A' + v_B'$ 입니다.

    또한, 에너지 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동 에너지는 일정합니다. 따라서, $frac{1}{2} m_A v_A^2 + frac{1}{2} m_B v_B^2 = frac{1}{2} m_A {v_A'}^2 + frac{1}{2} m_B {v_B'}^2$ 이고, $m_A = m_B$ 이므로 $v_A^2 + v_B^2 = {v_A'}^2 + {v_B'}^2$ 입니다.

    이제, 이 두 식을 이용하여 $v_A'$와 $v_B'$를 구할 수 있습니다.

    $v_A + v_B = v_A' + v_B'$ 이므로, $v_A' = v_A + v_B - v_B' = 10 - 0 - 0.8 times (10 - 0) = 1$ (m/s) 입니다. 따라서, 당구공 A의 속도는 1 m/s 우측으로 향합니다.

    $v_A^2 + v_B^2 = {v_A'}^2 + {v_B'}^2$ 이므로, $v_B' = sqrt{v_A^2 + v_B^2 - {v_A'}^2} = sqrt{10^2 - 1^2} = 9$ (m/s) 입니다. 따라서, 당구공 B의 속도는 9 m/s 우측으로 향합니다.

    따라서, 정답은 "VA = 1 m/s 우측으로, VB = 9 m/s 우측으로" 입니다.
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99. 선반 정밀도의 검사에 필요하지 않는 측정기는?

  1. 테스트 바
  2. 정밀 수준기
  3. 다이얼 인디케이터
  4. 진동계
(정답률: 24%)
  • 선반 정밀도의 검사는 선반의 수평성과 수직성을 측정하는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 테스트 바와 정밀 수준기, 다이얼 인디케이터 등의 측정기가 필요합니다. 그러나 진동계는 선반의 수평성과 수직성을 측정하는 것과는 관련이 없는 측정기입니다. 따라서 선반 정밀도의 검사에는 진동계가 필요하지 않습니다.
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100. 오스테나이트 조직을 굳은 조직인 베이나이트로 변환시키는 항온 변태 열처리법은?

  1. 서브제로
  2. 마르템퍼링
  3. 오스포밍
  4. 오스템퍼링
(정답률: 36%)
  • 오스테나이트 조직을 굳은 조직인 베이나이트로 변환시키는 항온 변태 열처리법은 오스템퍼링이다. 이는 오스테나이트를 고온에서 단조로 냉각한 후, 적정한 시간 동안 보관하여 조직을 안정화시킨 후, 적정한 속도로 가열하여 베이나이트 조직을 형성하는 열처리 방법이다. 이 방법은 강도와 경도를 높이면서도 인성을 유지할 수 있어서 널리 사용되고 있다.
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