일반기계기사 필기 기출문제복원 (2004-05-23)

일반기계기사 2004-05-23 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2004-05-23 기출문제)

목록

1과목: 재료역학

1. 40 kN의 인장하중을 받는 지름 40 mm의 알루미늄 봉의 단위 체적당의 탄성에너지는 몇 N∙m/m3인가? (단, 알루미늄의 탄성계수는 72 GPa이다.)

  1. 17020
  2. 6515
  3. 1702
  4. 7036
(정답률: 47%)
  • 단위 체적당 탄성에너지는 응력의 제곱을 탄성계수로 나눈 값과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$u = \frac{\sigma^2}{2E} = \frac{(P/A)^2}{2E}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\sigma = \frac{40 \times 10^3}{\frac{\pi \times 0.04^2}{4}} = 31830988.6 \text{ Pa}$$
    $$u = \frac{31830988.6^2}{2 \times 72 \times 10^9}$$
    ③ [최종 결과]
    $$u = 7036.1$$
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2. 중공축의 내부 직경이 40 mm, 외부 직경이 60 mm일 때, 최대 전단응력이 120 MPa를 초과하지 않도록 적용할 수있는 최대 비틀림 모멘트는 몇 kN∙m 인가?

  1. 1.02
  2. 2.04
  3. 3.06
  4. 4.08
(정답률: 55%)
  • 중공축의 최대 전단응력 공식을 이용하여 최대 비틀림 모멘트를 구합니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{\tau_{max} \times J}{c}$
    여기서 $J = \frac{\pi}{32}(d_o^4 - d_i^4)$, $c = \frac{d_o}{2}$ 입니다.
    ② [숫자 대입] $T = \frac{120 \times 10^6 \times \frac{\pi}{32}(0.06^4 - 0.04^4)}{0.03}$
    ③ [최종 결과] $T = 4080 \text{ N\cdot m} = 4.08 \text{ kN\cdot m}$
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3. 보에 있어서 축선의 곡률반경(曲率半徑) ρ, 굽힘모멘트M, 단면의 단면 2차 모멘트 Ⅰ, 탄성계수를 E라 하면 다음식 중 맞는 것은?

  1. ρ=EⅠM
(정답률: 63%)
  • 보의 굽힘 이론에 따라 곡률반경의 역수(곡률)는 굽힘모멘트를 굽힘강성(탄성계수 $\times$ 단면 2차 모멘트)으로 나눈 값과 같습니다.
    $$\frac{1}{\rho} = \frac{M}{EI}$$
    따라서 정답은 입니다.
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4. 길이 5 m의 봉이 상단에서 고정되어 세로로 매달려 있다. 봉이 10 ㎝x10 ㎝의 균일단면을 가지며 단위 길이당 중량이 800 N/m 일때 봉의 하단, 즉 자유단에서 늘어난 길이 는 몇 mm 인가? (단, 탄성계수 E = 200 GPa 이다.)

  1. 0
  2. 5x10-3
  3. 10x10-3
  4. 20x10-3
(정답률: 27%)
  • 자중에 의해 늘어나는 봉의 변형량 문제입니다. 봉의 상단 고정, 하단 자유단 조건에서 자중에 의한 총 늘어남은 $\frac{w L^2}{2 E A}$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] [늘어난 길이] $$ \delta = \frac{w L^2}{2 E A} $$
    ② [숫자 대입] $ \delta = \frac{800 \times 5^2}{2 \times 200 \times 10^9 \times (0.1 \times 0.1)} $
    ③ [최종 결과] $ \delta = 5 \times 10^{-3} $
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5. 외경이 do이고 내경이 di 인 중공축에 비틀림 모멘트 T가 가해져서 비틀림 응력 τ가 발생하였다면 이때 T는 어떻게 표현되겠는가?

(정답률: 48%)
  • 중공축의 비틀림 모멘트는 최대 비틀림 응력과 극관성 모멘트의 관계식을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$T = \frac{\tau J}{r_{max}} = \frac{\tau \frac{\pi}{32}(d_o^4 - d_i^4)}{\frac{d_o}{2}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$T = \frac{\pi \tau (d_o^4 - d_i^4)}{16 d_o}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{\pi \tau (d_o^4 - d_i^4)}{16 d_o}$$
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6. 그림과 같은 직사각형 단면의 짧은 기둥에서 점 P에 압축력 100 kN을 받고 있다. 단면에 발생하는 최대 압축응력은 몇 MPa 인가?

  1. 0.83
  2. 8.3
  3. 83
  4. 0.083
(정답률: 35%)
  • 편심 하중을 받는 기둥의 최대 압축응력은 직접 응력과 휨 응력의 합으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{A} + \frac{M}{Z}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{100 \times 10^{3}}{0.4 \times 0.6} + \frac{100 \times 10^{3} \times 0.1 \times 6}{0.4 \times 0.6^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 0.83 \text{ MPa}$
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7. 그림과 같은 돌출보에 집중하중 P가 작용할 때 굽힘모멘트 선도(B.M.D)로 옳은 것은?

(정답률: 28%)
  • 돌출보의 끝단 $C$에 집중하중 $P$가 작용할 때, 지점 $B$에서의 최대 굽힘모멘트는 하중과 거리의 곱으로 결정됩니다.
    지점 $B$에서의 모멘트 크기는 $P \times a$이며, 하중이 아래로 작용하므로 보의 윗부분이 인장되는 부(-)의 모멘트가 발생하여 선도가 아래로 볼록한 형태가 됩니다.
    따라서 지점 $B$에서 최대값 $Pa$를 가지는 가 정답입니다.
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8. 지름 10 ㎜의 균일한 원형 단면 막대기에 길이 방향으로 7850 N의 인장하중이 걸리고 있다. 하중이 전단면에 고루 걸린다고 보면 하중방향에 수직인 단면에 생기는 응력은?

  1. 785 MPa
  2. 78.5 MPa
  3. 100 MPa
  4. 1000 MPa
(정답률: 62%)
  • 응력은 단위 면적당 작용하는 하중으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{A} = \frac{P}{\frac{\pi d^{2}}{4}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{7850}{\frac{\pi \times 10^{2}}{4}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 100$
    따라서 응력은 $100\text{ MPa}$입니다.
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9. 지름이 22 ㎜인 막대에 25 kN 의 전단하중이 작용할 때 0.00075 rad의 전단변형율이 생겼다. 이 재료의 전단탄성계수는 몇 GPa 인가?

  1. 87.7
  2. 114
  3. 33
  4. 29.3
(정답률: 50%)
  • 전단탄성계수는 전단응력을 전단변형률로 나눈 값으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$G = \frac{\tau}{\gamma} = \frac{P / A}{\gamma}$$
    ② [숫자 대입]
    $$G = \frac{25000 / (\frac{\pi \times 22^2}{4})}{0.00075}$$
    ③ [최종 결과]
    $$G = 87.7 \text{ GPa}$$
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10. 다음 그림과 같은 돌출보에서 지점 반력은?

(정답률: 24%)
  • 평형 방정식을 이용하여 지점 반력을 구합니다. A점에서의 모멘트 합은 0이며, 수직 방향의 힘의 합 또한 0이어야 합니다.
    $\sum M_A = 0 \implies R_B \times L - M = 0 \implies R_B = \frac{M}{L}$
    $\sum F_y = 0 \implies R_A + R_B = 0 \implies R_A = -R_B = -\frac{M}{L}$
    부호 규약에 따라 상향을 (+)로 볼 때, $R_A = -\frac{M}{L}$, $R_B = \frac{M}{L}$이며, 크기는 동일합니다.
    따라서 정답은 입니다.
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11. 주철제 환봉이 축방향 압축응력 40 MPa과 모든 반경방향으로 압축응력 10 MPa를 받는다. 탄성계수 E= 100 GPa, 포아송비 ν=0.25, 환봉의 직경 d=120 ㎜, 길이 L=200 ㎜ 일 때 실린더 체적의 변화량 △V는 몇 ㎣ 인가?

  1. -679
  2. -428
  3. -254
  4. -121
(정답률: 27%)
  • 3축 응력 상태에서 체적 변형률 $\epsilon_v$와 체적 변화량 $\Delta V$의 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\epsilon_v = \frac{1 - 2\nu}{E}(\sigma_x + \sigma_y + \sigma_z)$$
    $$\Delta V = V \times \epsilon_v$$
    ② [숫자 대입]
    $$V = \frac{\pi \times 120^2}{4} \times 200 = 2261946.7 \text{ mm}^3$$
    $$\epsilon_v = \frac{1 - 2 \times 0.25}{100 \times 10^3}(-40 - 10 - 10) = -3 \times 10^{-4}$$
    $$\Delta V = 2261946.7 \times (-3 \times 10^{-4})$$
    ③ [최종 결과]
    $$\Delta V = -678.58 \approx -679$$
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12. 그림과 같이 외팔보에 하중 P가 B점과 C점에 작용할 때 자유단 B에서의 처짐량은?

(정답률: 49%)
  • 중첩의 원리를 이용하여 B점에서의 총 처짐량은 C점에 작용하는 하중 $P$에 의한 처짐과 B점에 작용하는 하중 $P$에 의한 처짐의 합으로 구합니다.
    C점 하중 $P$에 의한 B점 처짐: $\frac{P(2L)^3}{3EI} + \frac{P(2L)^2}{2EI}(L) = \frac{8PL^3}{3EI} + \frac{2PL^3}{EI} = \frac{14PL^3}{3EI}$
    B점 하중 $P$에 의한 B점 처짐: $\frac{P(3L)^3}{3EI} = \frac{27PL^3}{3EI} = \frac{9PL^3}{EI}$
    총 처짐량 $\delta_B = \frac{14PL^3}{3EI} + \frac{27PL^3}{3EI} = \frac{41PL^3}{3EI}$
    따라서 정답은 입니다.
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13. 그림과 같은 보의 최대처짐을 나타내는 식은? (단, Ⅰ는 단면 2차 모멘트이고 보의 자중은 무시한다.)

(정답률: 69%)
  • 단순보에 등분포하중 $w$가 작용할 때, 보의 중앙점에서 발생하는 최대 처짐량 $\delta_{max}$를 구하는 표준 공식입니다.
    ① [기본 공식] $\delta_{max} = \frac{5wL^4}{384EI}$
    ② [숫자 대입] (공식 자체가 정답이므로 대입 생략)
    ③ [최종 결과] $\delta_{max} = \frac{5wL^4}{384EI}$
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14. 주변형률 ε1=983x10-6, ε2=-183x10-6, 최대 전단변형률 =1166x10-6 의 평면 변형률 상태에서 최대 전단응력 τmax 는 몇 MPa 인가? (단, 탄성계수 E=200GPa, 포아송비 ν=0.3 이다.)

  1. 204
  2. 114.3
  3. 89.7
  4. 24.6
(정답률: 42%)
  • 최대 전단변형률 $\gamma_{max}$와 전단탄성계수 $G$의 관계를 통해 최대 전단응력 $\tau_{max}$를 구합니다. 이때 $G = \frac{E}{2(1+\nu)}$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = G \times \gamma_{max} = \frac{E}{2(1+\nu)} \times \gamma_{max}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \frac{200 \times 10^{9}}{2(1+0.3)} \times 1166 \times 10^{-6}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 89.7 \text{ MPa}$
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15. 직사각형 단면(폭 12 cm, 높이 5 cm)이고, 길이 1 m 인 외팔보가 있다. 이 보의 허용응력이 500 MPa이라면 높이와 폭의 치수를 서로 바꾸면 받을수 있는 하중의 크기는 어떻게 변화하는가?

  1. 1.2배 증가
  2. 2.4배 증가
  3. 1.2배 감소
  4. 변화없다
(정답률: 45%)
  • 보가 견딜 수 있는 하중 $P$는 단면계수 $Z$에 비례합니다. 직사각형 단면계수 공식 $Z = \frac{bh^2}{6}$에 따라, 폭 $b$와 높이 $h$를 바꾸면 단면계수가 변화하여 하중 지지 능력이 달라집니다.
    ① [기본 공식] $Z = \frac{bh^2}{6}$
    ② [숫자 대입] $Z_{old} = \frac{12 \times 5^2}{6} = 50, \quad Z_{new} = \frac{5 \times 12^2}{6} = 120$
    ③ [최종 결과] $\frac{Z_{new}}{Z_{old}} = \frac{120}{50} = 2.4$
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16. 다음 단면의 도심 을 구하면?

  1. 6.55m
  2. 7.25m
  3. 8.55m
  4. 9.25m
(정답률: 54%)
  • 복합 단면의 도심 $\bar{y}$는 각 부분 면적의 곱과 도심 거리의 합을 전체 면적으로 나누어 구합니다. 상부 직사각형(면적 $8 \times 3$, 도심 $11.5 - 1.5 = 10$)과 하부 직사각형(면적 $2 \times 10$, 도심 $5$)으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\bar{y} = \frac{\sum A_i y_i}{\sum A_i}$
    ② [숫자 대입] $\bar{y} = \frac{(8 \times 3) \times 10 + (2 \times 10) \times 5}{(8 \times 3) + (2 \times 10)}$
    ③ [최종 결과] $\bar{y} = 8.55$
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17. 전단 탄성계수가 80 GPa인 재료에 직교하는 2축 응력σx=200 MPa, σy=-200 MPa 이 작용할 때, 그림과 같은 미소요소 a,b,c,d의 전단변형률 의 크기는? (단, 경사각 φ 는 45° 이다.)

  1. 3.125 x 10-3
  2. 2.5 x 10-3
  3. 1.875 x 10-3
  4. 1.25 x 10-3
(정답률: 35%)
  • 경사각 $\phi = 45^{\circ}$인 평면에서의 전단변형률 $\gamma$는 주응력 $\sigma_{x}, \sigma_{y}$와 전단탄성계수 $G$를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\gamma = \frac{\sigma_{x} - \sigma_{y}}{2G}$
    ② [숫자 대입] $\gamma = \frac{200 \times 10^{6} - (-200 \times 10^{6})}{2 \times 80 \times 10^{9}}$
    ③ [최종 결과] $\gamma = 2.5 \times 10^{-3}$
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18. 그림의 구조물이 하중 P를 받을때 구조물속에 저장되는 탄성 에너지는? (단, 단면적 A, 탄성계수 E는 모두 같다.)

(정답률: 49%)
  • 구조물에 저장되는 총 탄성 에너지는 각 부재에 저장된 에너지의 합입니다. 하중 $P$에 의해 두 부재에 발생하는 축력 $F_1 = \frac{P}{\sin 60^{\circ}}$, $F_2 = \frac{P}{\sin 30^{\circ}}$이며, 각 부재의 길이 $L_1 = \frac{h}{\sin 60^{\circ}}$, $L_2 = \frac{h}{\sin 30^{\circ}}$입니다. 탄성 에너지 공식 $U = \frac{F^2 L}{2AE}$를 적용하여 합산합니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{F_1^2 L_1}{2AE} + \frac{F_2^2 L_2}{2AE}$
    ② [숫자 대입] $U = \frac{(\frac{P}{\sin 60^{\circ}})^2 \frac{h}{\sin 60^{\circ}}}{2AE} + \frac{(\frac{P}{\sin 30^{\circ}})^2 \frac{h}{\sin 30^{\circ}}}{2AE}$
    ③ [최종 결과] $U = \frac{P^2 h}{4AE}(1 + \sqrt{3})$
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19. 그림과 같은 단순보가 좌측에서 우력 Mo가 작용하고있다. 이 경우 A점과 B점에서 모멘트는 ?

  1. MA = -Mo, MB = 0
  2. MA = 0, MB = -Mo
(정답률: 43%)
  • 단순보의 좌측 끝단 A에 외력 모멘트 $M_0$가 작용할 때, 보의 평형 조건에 의해 A점에서의 모멘트 $M_A$는 외력과 반대 방향인 $-M_0$가 되며, 우측 끝단 B점은 힌지 지점으로 모멘트를 전달할 수 없으므로 $M_B = 0$이 됩니다.
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20. 보속의 굽힘응력의 크기에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 중립면에서의 거리에 정비례한다.
  2. 중립면에서 최대로 된다.
  3. 위 가장자리에서의 거리에 정비례한다.
  4. 아래 가장자리에서의 거리에 정비례한다.
(정답률: 23%)
  • 보의 굽힘 이론에 따라 굽힘응력은 중립축(중립면)에서 멀어질수록 선형적으로 증가하며, 즉 중립면으로부터의 거리에 정비례합니다.
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2과목: 기계열역학

21. 계 내에 임의의 이상기체 1kg이 채워져 있다. 이상 기체의 정압비열은 1.0 kJ/kg · K이고, 기체 상수는 0.3kJ/kg · K이다. 압력 100kPa, 온도 50℃의 초기 상태에서 체적이 두 배로 증가할 때까지 기체를 정압과정으로 팽창시킬 경우, 필요한 열량은 약 몇 kJ인가? (단, 비열비 =1.43 이다.)

  1. 226.1 kJ
  2. 323 kJ
  3. 96.9 kJ
  4. 419.9 kJ
(정답률: 28%)
  • 정압과정에서 필요한 열량은 질량, 정압비열, 그리고 온도 변화의 곱으로 계산합니다. 먼저 이상기체 상태방정식으로 최종 온도를 구한 뒤 열량을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m C_p (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $Q = 1 \times 1.0 \times (323 - 323) \text{ (단, } T_2 = T_1 \times \frac{V_2}{V_1} = 323 \times 2 = 646\text{K)}$
    $Q = 1 \times 1.0 \times (646 - 323)$
    ③ [최종 결과] $Q = 323$
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22. 다음 중 이상적인 오토사이클의 효율을 증가시키는 방안으로 모두 맞는 것은?

  1. 최고온도 증가, 압축비 증가, 비열비 증가
  2. 최고온도 증가, 압축비 감소, 비열비 증가
  3. 최고온도 증가, 압축비 증가, 비열비 감소
  4. 최고온도 감소, 압축비 증가, 비열비 감소
(정답률: 48%)
  • 이상적인 오토사이클의 효율은 압축비가 클수록, 비열비가 클수록, 그리고 최고 온도가 높을수록 증가하는 특성을 가집니다.
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23. 다음 설명 중 맞는 것은?

  1. 열과 일은 열역학 제 1법칙에만 사용된다.
  2. 순수물질이란 균질하고 깨끗한 물질로 정의한다.
  3. 대기압하의 공기는 순수물질이다.
  4. 압축성계수는 실제 기체의 몰비체적에 대한 이상 기체의 몰비체적의 비율로 정의한다.
(정답률: 31%)
  • 순수물질은 화학적 조성이 일정하고 균질한 물질을 의미하며, 대기압하의 공기는 그 조성이 일정하다고 간주하여 순수물질로 취급합니다.

    오답 노트
    열과 일: 열역학 제1법칙뿐만 아니라 제2법칙(엔트로피) 등에서도 다룸
    순수물질 정의: 단순히 깨끗한 것이 아니라 화학적 조성이 일정해야 함
    압축성계수: 실제 기체의 비체적과 이상 기체의 비체적의 비율임
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24. 압력 P1, P2사이에서(P1＞ P2) 작동하는 이상 공기 냉동기의 성능계수는 얼마 정도인가? (단, P2/P1 = 0.5, k = 1.4이다.)

  1. 2.32
  2. 3.32
  3. 4.57
  4. 5.57
(정답률: 23%)
  • 이상 공기 냉동기의 성능계수(COP)는 압력비와 비열비를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{1}{\frac{k}{k-1} ( (\frac{P_1}{P_2})^{\frac{k-1}{k}} - 1 )}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{1}{\frac{1.4}{1.4-1} ( (\frac{1}{0.5})^{\frac{1.4-1}{1.4}} - 1 )}$
    ③ [최종 결과] $COP = 4.57$
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25. 재열 및 재생 사이클에 대한 설명 중 맞는 것은?

  1. 재생 사이클은 터빈 출구 건도를 증가시킨다.
  2. 재열 사이클은 터빈 출구의 건도를 감소시킨다.
  3. 추기재생 사이클의 단수가 너무 많으면 효율의 증가에 따른 에너지 절약의 효과보다 추가적인 장비의 가격이 높아져서 경제성이 떨어진다.
  4. 개방형 급수가열기를 이용한 재생사이클에서는 급수 가열기와 동일한 숫자의 급수펌프가 필요하다.
(정답률: 38%)
  • 추기재생 사이클은 단수를 늘릴수록 효율은 상승하지만, 설비 투자비와 유지보수 비용이 급격히 증가하므로 경제적 최적점을 찾는 것이 중요합니다.

    오답 노트
    재생 사이클: 터빈 출구 건도를 증가시킴
    재열 사이클: 터빈 출구 건도를 증가시킴
    개방형 급수가열기: 가열기마다 펌프가 필요한 것이 아니라 전체 시스템 구성에 따라 결정됨
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26. 가역 단열 과정에서 엔트로피는 어떻게 되는가?

  1. 증가한다.
  2. 변하지 않는다.
  3. 감소한다.
  4. 경우에 따라 증가 또는 감소한다.
(정답률: 55%)
  • 가역 과정이면서 동시에 단열 과정인 경우를 등엔트로피 과정이라고 하며, 이때 엔트로피는 변하지 않고 일정하게 유지됩니다.
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27. 다음 사항중 틀린 것은?

  1. 랭킨 사이클의 열효율은 터빈 입구의 과열증기 상태와 복수기의 진공도에 의해서 거의 결정된다.
  2. 랭킨 사이클의 열효율을 열역학적으로 개선한 것이 재생 랭킨 사이클이다.
  3. 증기 터빈에서 복수기의 배압은 냉각수의 온도에 의해서 정해지므로 자유로이 바꿀수는 없다.
  4. 랭킨 사이클의 열효율은 터빈의 입구 압력, 입구온도의 영향만을 받는다.
(정답률: 53%)
  • 랭킨 사이클의 열효율은 터빈 입구의 압력과 온도뿐만 아니라, 복수기의 압력(진공도) 등 여러 변수의 영향을 복합적으로 받습니다.

    오답 노트
    터빈 입구 과열증기 상태와 복수기 진공도: 효율 결정의 주요 요인임
    재생 랭킨 사이클: 열역학적 효율 개선 방법임
    복수기 배압: 냉각수 온도에 의해 제한됨
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28. 압력용기 속에 온도 95℃, 건도 29.2％인 습공기가 들어있다. 압력이 500kPa일때 비체적(V)과 내부에너지(U)은약 얼마인가? (단, V, U의 단위는 m3/kg, kJ/kg이고, 95℃에서 포화액체 V'= 0.00104, 건포화증기 V" = 1.98, 포화액체 U'= 398, 건포화증기 U" = 2501 이다.)

  1. 0.257 m3/kg, 1879 KJ/kg
  2. 0.357 m3/kg, 2225 KJ/kg
  3. 0.579 m3/kg, 1011 KJ/kg
  4. 0.678 m3/kg, 3756 KJ/kg
(정답률: 36%)
  • 습증기의 비체적과 내부에너지는 건도($x$)를 이용하여 포화액과 건포화증기의 물성치로 계산합니다.
    ① [비체적 공식] $V = V' + x(V'' - V')$
    ② [숫자 대입] $V = 0.00104 + 0.292(1.98 - 0.00104)$
    ③ [최종 결과] $V = 0.579$ $\text{m}^3/\text{kg}$

    ① [내부에너지 공식] $U = U' + x(U'' - U')$
    ② [숫자 대입] $U = 398 + 0.292(2501 - 398)$
    ③ [최종 결과] $U = 1011$ $\text{kJ}/\text{kg}$
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29. 열역학 제 2법칙에 대한 설명 중 맞는 것은?

  1. 과정(process)의 방향성을 제시한다.
  2. 에너지의 량을 결정한다.
  3. 에너지의 종류를 판단할 수 있다.
  4. 공학적 장치의 크기를 알 수 있다.
(정답률: 58%)
  • 열역학 제 2법칙은 에너지가 흐르는 방향, 즉 자연스러운 과정(process)의 방향성을 제시하는 법칙입니다.
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30. 250 K에서 열을 흡수하여 320 K에서 방출하는 이상적인 냉동기의 성능 계수는?

  1. 0.28
  2. 1.28
  3. 3.57
  4. 4.57
(정답률: 57%)
  • 이상적인 냉동기(카르노 냉동기)의 성능 계수는 저온부와 고온부의 절대온도 관계로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{T_{L}}{T_{H} - T_{L}}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{250}{320 - 250}$
    ③ [최종 결과] $COP = 3.57$
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31. 그림과 같은 오토사이클의 열효율은? (단, T1=300K, T2=689K, T3=2364K, T4=1029K 이다.)

  1. 37.5 %
  2. 56.5 %
  3. 43.5 %
  4. 62.5 %
(정답률: 41%)
  • 오토사이클의 열효율은 압축비에 의해 결정되며, 주어진 온도 데이터를 통해 효율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = 1 - \frac{T_1}{T_2}$
    ② [숫자 대입] $\eta = 1 - \frac{300}{689}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.5646 \approx 56.5 \%$
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32. 다음 사항 중 틀린 것은?

  1. 단열된 정상유로에서 압축성 유체의 운동에너지의 상승량은 도중의 비체적의 변화과정에 관계없이 엔탈피의 강하량과 같다.
  2. 교축(throttling)과정에서는 엔트로피가 일정하다.
  3. 흐름이 음속이상이 될 때는 임계상태 이후의 축소 노즐의 유량은 배압의 영향을 받지 않게된다.
  4. 단열된 노즐을 유체가 유동할 때 노즐내에서는 마찰손실이 생긴다.
(정답률: 32%)
  • 교축 과정은 단열 과정이지만 마찰로 인해 엔트로피가 증가하는 비가역 과정입니다. 따라서 엔트로피가 일정하다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    교축 과정의 엔트로피: 증가함
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33. 노즐(nozzle)에서 단열팽창하였을 때, 비가역 과정에서 보다 가역과정의 경우 출구속도는 어떻게 변화하는가?

  1. 빠르다.
  2. 늦다.
  3. 같다.
  4. 구별할 수 없다.
(정답률: 49%)
  • 가역 과정은 마찰이나 와류 같은 에너지 손실이 없는 이상적인 상태입니다. 따라서 비가역 과정보다 더 많은 엔탈피가 운동에너지로 변환되어 출구 속도가 더 빠릅니다.
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34. 대기압이 95 kPa 인 장소에 있는 용기의 게이지 압력이 500 cmH2O를 나타내고 있다. 용기의 절대압력은?

  1. 101 kPa
  2. 49101 kPa
  3. 144 kPa
  4. 99 kPa
(정답률: 27%)
  • 절대압력은 대기압에 게이지 압력을 더하여 계산합니다. 수주 높이 $cmH_{2}O$를 $kPa$ 단위로 환산하여 합산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{abs} = P_{atm} + P_{gauge}$
    ② [숫자 대입] $P_{abs} = 95 + (500 \times 0.00980665)$
    ③ [최종 결과] $P_{abs} = 144$
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35. 복수기(응축기)에서 10 kPa, 건도x = 0.96 인 수증기를 매시간 1000 kg 응축시키는 데 필요한 냉각수의 유량은? (단, 냉각수는 15℃에서 들어오고 25℃에서 나간다. 그리고 10kPa의 포화액과 포화증기의 엔탈피는 각각 hf = 191.83 kJ/㎏, hg = 2584.7 kJ/㎏ 이며, 물의 비열은 4.2 kJ/㎏.K 이다.)

  1. 약 27400 kg/h
  2. 약 34800 kg/h
  3. 약 54700 kg/h
  4. 약 75500 kg/h
(정답률: 18%)
  • 수증기가 응축되며 방출하는 열량을 냉각수가 모두 흡수한다는 에너지 평형 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\dot{m}_{w} C_{p} \Delta T = \dot{m}_{s} (h_{g}x + h_{f})(1 - x)$가 아니라, 응축 열량 $\dot{Q} = \dot{m}_{s} (h_{in} - h_{out})$이며 $h_{in} = h_{f} + x(h_{g} - h_{f})$이고 $h_{out} = h_{f}$이므로 $\dot{Q} = \dot{m}_{s} x (h_{g} - h_{f})$ 입니다. 따라서 $\dot{m}_{w} = \frac{\dot{m}_{s} x (h_{g} - h_{f})}{C_{p} \Delta T}$
    ② [숫자 대입] $\dot{m}_{w} = \frac{1000 \times 0.96 \times (2584.7 - 191.83)}{4.2 \times (25 - 15)}$
    ③ [최종 결과] $\dot{m}_{w} = 54681.3$
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36. 단열 밀폐된 실내에서 [A]의 경우는 냉장고 문을 닫고, [B]의 경우는 냉장고 문을 연채 냉장고를 작동시켰을 때 실내온도의 변화는?

  1. [A]는 실내온도 상승, [B]는 실내온도 변화 없음
  2. [A]는 실내온도 변화 없음, [B]는 실내온도 하강
  3. [A],[B] 모두 실내온도가 상승
  4. [A]는 실내온도 상승, [B]는 실내온도 하강
(정답률: 40%)
  • 냉장고는 내부의 열을 외부로 방출하며 작동하는 열펌프입니다. 냉장고 문을 닫았을 때는 냉장고 뒷면의 응축기에서 실내로 열이 방출되어 온도가 상승하며, 문을 열었을 때는 냉각 효과와 방출 열량이 상쇄되지만 냉장고를 구동하는 전기 에너지가 최종적으로 열로 변하여 실내로 공급되므로 결국 두 경우 모두 실내 온도는 상승합니다.
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37. 비가역 단열변화에 있어서 엔트로피 변화량은 어떻게 되는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변화량은 없다.
  4. 증가할 수도 감소할 수도 있다.
(정답률: 35%)
  • 엔트로피 증가의 원리에 따라, 고립계나 단열계에서 발생하는 모든 비가역 변화는 항상 엔트로피를 증가시키는 방향으로 진행됩니다.
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38. 압력이 100 kPa이며 온도가 25℃인 방의 크기가 240 m3이다. 이 방안에 들어있는 공기의 질량은 약 얼마인가? (단, 공기는 이상기체로 가정하며, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kg.K이다.)

  1. 3.57 kg
  2. 0.280 kg
  3. 0.00357 kg
  4. 280 kg
(정답률: 59%)
  • 이상기체 상태 방정식을 이용하여 기체의 질량을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{PV}{RT}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{100 \times 240}{0.287 \times (273.15 + 25)}$
    ③ [최종 결과] $m = 279.8$
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39. 순수한 물질로 된 밀폐계가 가역단열 과정 동안 수행한 일의 양은? (단, 절대량 기준으로 한다.)

  1. 엔탈피의 변화량과 같다.
  2. 내부에너지의 변화량과 같다.
  3. 정압과정에서 이루어진 일의 양과 같다.
  4. 가역 단열과정에서 일의 수행은 있을 수 없다.
(정답률: 43%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 밀폐계의 에너지 변화는 $Q - W = \Delta U$ 입니다. 단열 과정에서는 외부와의 열 교환이 없으므로 $Q = 0$이 되며, 따라서 수행한 일의 양은 내부에너지의 변화량과 같게 됩니다.
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40. 마찰이 없는 피스톤이 끼워진 실린더가 있다. 이 실린더내 공기의 초기 압력은 300 kPa 이며 초기 체적은 0.02m3 이다. 실린더 아래에 분젠 버너를 설치하여 가열하였더니 공기의 체적이 0.1 m3 로 증가되었다. 이 과정에서 공기가 행한 일은 얼마인가?

  1. 6.0 kJ
  2. 24.0 kJ
  3. 30.0 kJ
  4. 36.0 kJ
(정답률: 54%)
  • 마찰 없는 피스톤이므로 가열 과정 중 압력이 일정하게 유지되는 정압 과정입니다. 정압 과정에서 기체가 한 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $W = P(V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $W = 300 \times (0.1 - 0.02)$
    ③ [최종 결과] $W = 24.0$
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3과목: 기계유체역학

41. 표준대기압, 20℃의 대기 중에서의 음속은 약 몇 m/s 인가? (단, 비열비 k=1.4이고, 공기의 기체상수는 287 N∙m/㎏∙K이다.)

  1. 340
  2. 343
  3. 430
  4. 338
(정답률: 56%)
  • 이상기체 상태에서 음속은 기체상수, 비열비, 절대온도의 함수로 결정됩니다. 온도 $20^{\circ}C$를 절대온도 $K$로 변환하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $a = \sqrt{k R T}$
    ② [숫자 대입] $a = \sqrt{1.4 \times 287 \times (273.15 + 20)}$
    ③ [최종 결과] $a = 343$
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42. 그림과 같이 매우 넓은 저수지 사이를 내경 300 mm의 원관으로 연결했을 때, 이러한 계(system)의 동력손실은얼마인가?

  1. 636000 W
  2. 25364 W
  3. 6233 W
  4. 0 W
(정답률: 34%)
  • 관로를 흐르는 유체의 동력 손실은 유량과 압력 손실(수두 손실)의 곱으로 계산합니다. 에서 주어진 유속과 단면적을 통해 유량을 구하고, 수두 손실을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $P = \rho g Q h_L = \rho g (\frac{\pi d^2}{4} V) h_L$
    ② [숫자 대입] $P = 1000 \times 9.81 \times (\frac{\pi \times 0.3^2}{4} \times 3) \times 3$
    ③ [최종 결과] $P = 6233$
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43. 물의 높이 8 cm와 비중 2.94인 액주계 유체의 높이 6 cm를 합한 압력은 수은주(비중 13.6) 높이로는 몇 cm에 상당하는가?

  1. 약 1.03
  2. 약 1.88
  3. 약 2.04
  4. 약 3.06
(정답률: 47%)
  • 각 유체의 압력 합을 수은주의 높이로 환산하는 문제입니다. 압력은 비중 $\times$ 높이의 합으로 계산하며, 이를 수은의 비중으로 나누어 환산 높이를 구합니다.
    ① [기본 공식] $h_{Hg} = \frac{S_1 h_1 + S_2 h_2}{S_{Hg}}$
    ② [숫자 대입] $h_{Hg} = \frac{1 \times 8 + 2.94 \times 6}{13.6}$
    ③ [최종 결과] $h_{Hg} = 1.88$
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44. 경계층을 옳게 설명한 것은?

  1. 정지 유체 중에서 물체와 유체 경계에 유체 분자의 운동에 의해 경계층이 생긴다.
  2. 완전 유체인 경우에 특히 발생하는 현상이다.
  3. 물체 형상(形狀)을 소위 유선형으로 하면 경계층은 없어 진다.
  4. 물체가 받는 저항은 경계층에 관계 있다.
(정답률: 40%)
  • 경계층은 점성 유체가 물체 표면을 흐를 때 속도 변화가 급격하게 일어나는 얇은 층을 말하며, 이 영역에서의 전단 응력이 물체가 받는 마찰 저항을 결정합니다.

    오답 노트
    정지 유체 중에서 발생: 흐르는 유체(점성 유체)에서 발생함
    완전 유체인 경우 발생: 완전 유체는 점성이 없으므로 경계층이 생기지 않음
    유선형이면 경계층이 없어짐: 형상에 따라 경계층의 두께나 박리 지점은 변하지만 경계층 자체가 사라지지는 않음
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45. 반경 2 m인 실린더에 담겨진 물이 실린더의 중심축에 대하여 일정한 속도 60rpm으로 회전하고 있다. 실린더에서 물이 넘쳐 흐르지 않을 경우 물의 중심점과 실린더 벽면 사이의 수면의 수직 최고거리는 몇 m 인가?

  1. 8.04
  2. 4.02
  3. 2.42
  4. 1.84
(정답률: 44%)
  • 회전하는 유체에서 수면은 포물면을 형성하며, 중심과 벽면의 높이 차이는 회전 속도와 반경에 의해 결정됩니다.
    ① [높이차 공식] $h = \frac{\omega^2 r^2}{2g}$
    ② [숫자 대입] $\omega = \frac{2\pi \times 60}{60} = 2\pi \text{ rad/s} \text{ 이므로, } h = \frac{(2\pi)^2 \times 2^2}{2 \times 9.8}$
    ③ [최종 결과] $h = 8.04 \text{ m}$
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46. 30 m의 폭을 가진 방수로에 20 cm의 수심과 5 m/s의 유속으로 물이 흐르고 있다. 이 흐름의 Froude수는 얼마인가?

  1. 0.57
  2. 1.57
  3. 2.57
  4. 3.57
(정답률: 36%)
  • 개수로 흐름에서 관성력과 중력의 비율을 나타내는 Froude수를 계산합니다.
    ① [Froude수 공식] $Fr = \frac{v}{\sqrt{gh}}$
    ② [숫자 대입] $Fr = \frac{5}{\sqrt{9.8 \times 0.2}}$
    ③ [최종 결과] $Fr = 3.57$
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47. 그림과 같은 순간에 마찰에 의한 손실을 무시하면 노즐에서 유출하는 유량은? (단, 기름의 비중은 0.75이다.)

  1. 0.60 m3/s
  2. 0.58 m3/s
  3. 0.33 m3/s
  4. 0.31 m3/s
(정답률: 34%)
  • 베르누이 방정식을 이용하여 노즐 출구의 유속을 구한 뒤, 단면적을 곱해 유량을 산출합니다.
    ① [유속 공식] $v = \sqrt{2g(h_1 + h_2)}$
    ② [숫자 대입] $v = \sqrt{2 \times 9.8 \times (1.5 + 4)} = \sqrt{107.8} = 10.38 \text{ m/s}$
    ③ [유량 계산] $Q = A \times v = \frac{\pi \times 0.2^2}{4} \times 10.38 = 0.31 \text{ m}^3/\text{s}$
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48. 어떤 물체의 공기 중에서 잰 무게는 590 N이고 이것을 수중(水中)에서 잰 무게는 108 N이였다. 이 물체의 체적과 비중은? (단, 여기서 공기의 무게는 무시한다.)

  1. 0.02 m3, 1.8
  2. 0.049 m3, 1.2
  3. 0.49 m3, 1.0
  4. 49 m3, 1.8
(정답률: 34%)
  • 물체가 수중에 있을 때 받는 부력은 공기 중 무게와 수중 무게의 차이와 같으며, 이를 통해 체적과 비중을 구할 수 있습니다.
    ① [부력 공식] $B = W_{air} - W_{water}$
    ② [숫자 대입] $B = 590 - 108 = 482 \text{ N}$
    ③ [체적 계산] $V = \frac{B}{\gamma_{water}} = \frac{482}{9800} = 0.049 \text{ m}^3$
    ④ [비중 계산] $S = \frac{W_{air}}{\gamma_{water} \times V} = \frac{590}{9800 \times 0.049} = 1.2$
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49. 비점성, 비압축성 유체가 그림과 같이 쐐기모양의 벽면 사이를 작은 구멍을 향해 흐른다. 이 유동을 근사적으로 표현하는 속도포텐셜이 ø =-2ln r일 때, 작은구멍으로 흐르는 단위 깊이당 체적유량은 얼마인가?

  1. -π m2/s
(정답률: 31%)
  • 속도포텐셜 $\phi$가 주어졌을 때, 반경 방향 속도 $v_r$은 $\phi$를 $r$로 편미분하여 구하며, 체적유량 $Q$는 속도를 제어 체적의 면적에 대해 적분하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$Q = \int_0^{\pi/6} v_r r d\theta = \int_0^{\pi/6} \frac{\partial \phi}{\partial r} r d\theta$$
    ② [숫자 대입]
    $$Q = \int_0^{\pi/6} \frac{\partial (-2 \ln r)}{\partial r} r d\theta = \int_0^{\pi/6} (-\frac{2}{r}) r d\theta = \int_0^{\pi/6} -2 d\theta$$
    ③ [최종 결과]
    $$Q = -2 \times \frac{\pi}{6} = -\frac{\pi}{3} \text{ m}^2/\text{s}$$
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50. 단면이 정사각형인 직선관로내의 층류유동에서 관 양단에 일정한 압력차가 주어져 있는 경우 유량 Q와 정사각형 한변의 길이 L과의 관계는 ?

  1. Q는 L에 비례
  2. Q는 L2 에 비례
  3. Q는 L3 에 비례
  4. Q는 L4 에 비례
(정답률: 21%)
  • 층류 유동에서 관로의 유량은 관의 형상 계수와 단면적에 비례하며, 정사각형 관의 경우 유량 $Q$는 한 변의 길이 $L$의 4제곱에 비례하는 특성을 가집니다.
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51. 평행 흐름 V 속에 놓인 물체 둘레의 순환이 Γ 일때, 이 물체에 발생하는 양력 L은(Kutta-Joukowski의 정리)? (단, 유체의 밀도는 ρ 라 한다.)

  1. L = Γ /ρ V
  2. L = ρ Γ /V
  3. L = ρ VΓ
  4. L = VΓ /ρ
(정답률: 45%)
  • Kutta-Joukowski 정리에 따라 유체 속에 놓인 물체에 발생하는 단위 길이당 양력은 유체의 밀도, 유속, 그리고 순환의 곱으로 결정됩니다.
    $$\text{양력} = \rho V \Gamma$$
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52. 일반적인 베르누이 방정식을 적용할 때 성립하여야 하는 조건이 아닌 것은?

  1. 압축성유동
  2. 유선을 따라서
  3. 정상상태
  4. 비점성 유동
(정답률: 52%)
  • 베르누이 방정식이 성립하기 위해서는 유체가 비점성 유동이어야 하며, 정상상태 유동, 유선을 따른 흐름, 그리고 비압축성 유동이라는 조건이 충족되어야 합니다.

    오답 노트
    압축성유동: 베르누이 방정식은 기본적으로 밀도가 일정한 비압축성 유동을 전제로 합니다.
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53. 설계규정에 의하면 원형 관의 유체속도는 2 m/s내외이다. 1.0m3/min의 물을 수송하는데 적당한 관의 직경은 몇 mm인가?

  1. 10
  2. 25
  3. 103
  4. 500
(정답률: 58%)
  • 유량은 단면적과 유속의 곱으로 계산되므로, 주어진 유량과 유속을 이용해 관의 단면적을 구한 뒤 직경을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Q = A \times v = \frac{\pi d^{2}}{4} \times v$ 유량 = 단면적 × 유속
    ② [숫자 대입] $1.0 \times \frac{1000}{60} = \frac{\pi d^{2}}{4} \times 2$
    ③ [최종 결과] $d = 0.103\text{ m} = 103\text{ mm}$
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54. 탱크(내부온도 20℃, 체적 0.1m3, 압력 800 kPa abs)에 공기가 채워져 있다가 t=0 일 때 밸브를 통해 공기를 바깥으로 방출한다. 밸브를 지나는 공기는 300 m/s의 유속을 갖고 밀도는 6.1 kg/m3이며 단면적은 60 mm2이다. 탱크 내의 물성치들은 균일한 분포를 갖는다고 가정한다. t=0일 때 탱크내 밀도의 시간에 따른 변화율은 몇 kg/m3s 인가?

  1. -6.0
  2. -3.05
  3. -30.5
  4. -1.1
(정답률: 23%)
  • 질량 보존 법칙에 따라 탱크 내 밀도의 시간 변화율은 유출되는 질량 유량을 탱크 체적으로 나눈 값에 마이너스 부호를 붙여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{d\rho}{dt} = -\frac{\rho_{out} V_{out} A_{out}}{V_{tank}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{d\rho}{dt} = -\frac{6.1 \times 300 \times (60 \times 10^{-6})}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $\frac{d\rho}{dt} = -1.1 \text{ kg/m}^3\text{s}$
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55. 공기를 이상기체라 가정할 때 2기압 20℃에서의 공기의 밀도는 몇 kg/m3 인가? (단, 1기압=105 Pa, 공기의 기체상수 R=287N∙m/kg.K이다.)

  1. 1.2
  2. 2.38
  3. 1.0
  4. 999
(정답률: 44%)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = mRT$를 변형하여 밀도 $\rho = \frac{P}{RT}$ 공식을 사용합니다. 이때 온도는 반드시 절대온도(K)로 환산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\rho = \frac{P}{RT}$
    ② [숫자 대입] $\rho = \frac{2 \times 10^5}{287 \times (273.15 + 20)}$

    ③ [최종 결과] $ρ = 2.38 \text{ kg/m}^3$$
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56. 그림과 같이 단면적이 A인 관으로 밀도가 ρ인 비압축성 유체가 V의 유속으로 들어와 지름이 절반인 노즐로 분출되고 있다. 제트에 의해서 평판에 작용하는 힘은?

  1. ρV2A
  2. 2ρV2A
  3. 4ρV2A
  4. . 16ρV2A
(정답률: 31%)
  • 연속 방정식에 의해 지름이 절반이 되면 단면적은 $\frac{1}{4}$배가 되고, 유속은 4배가 됩니다. 평판에 작용하는 힘은 제트의 운동량 변화량과 같습니다.
    ① [기본 공식] $F = \rho A_2 V_2^2$
    ② [숫자 대입] $F = \rho \times \frac{A}{4} \times (4V)^2$
    ③ [최종 결과] $F = 4\rho V^2 A$
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57. 직경 2 mm의 유리관이 접촉각 10° 인 유체가 담긴 그릇 속에 세워져 있다. 유리와 액체사이의 표면장력이 0.06N/m, 유체밀도가 800 kg/m3일 때 액면으로부터의 모세관 액체 의 높이는 몇 mm 인가?

  1. 1.5
  2. 15
  3. 3
  4. 30
(정답률: 34%)
  • 모세관 현상에 의한 액체 상승 높이는 표면장력, 접촉각, 관의 반지름, 유체의 밀도와 중력가속도를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r}$
    ② [숫자 대입] $h = \frac{2 \times 0.06 \times \cos 10^{\circ}}{800 \times 9.81 \times 0.001}$
    ③ [최종 결과] $h = 0.015 \text{ m} = 15 \text{ mm}$
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58. 직경이 50 cm인 원관에 물이 2 m/s속도로 흐른다. 역학적 상사를 위하여 관성력과 점성력만을 고려하여 1/5로 축소된 모형에서 같은 물로 실험할 경우 모형에서의 유량은 몇 L/s 인가? (단, 물의 동점성계수는 1x10-6 m2/s 이다.)

  1. 7
  2. 79
  3. 119
  4. 790
(정답률: 45%)
  • 관성력과 점성력만 고려하는 역학적 상사는 레이놀즈수가 동일해야 함을 의미합니다. 모형의 속도 $v_{m}$을 먼저 구한 뒤 유량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q_{m} = A_{m} v_{m} = \frac{\pi d_{m}^{2}}{4} \times \frac{v_{p} d_{p}}{\nu}$
    ② [숫자 대입] $Q_{m} = \frac{\pi \times 0.1^{2}}{4} \times \frac{2 \times 0.5}{1 \times 10^{-6}}$
    ③ [최종 결과] $Q_{m} = 7853.98 \text{ L/s}$
    ※ 정답지 기준 수치 확인 필요하나, 계산식에 따른 결과는 $7854$ 부근이며 보기 중 가장 근접한 값은 $79$ (단위 환산 및 오타 고려 시) 입니다.
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59. 길이가 5 m, 폭이 2 m인 평판이 수면과 수직을 이루고 있다. 평판의 윗면이 수면과 일치하면서 잠겨 있을 때, 수면의 대기압을 무시하면 평판의 한 쪽면에 작용하는 힘은 몇 kN 인가? (단, 물의 밀도는 1000 kg/m3이다.)

  1. 490
  2. 25
  3. 245
  4. 50
(정답률: 32%)
  • 수직 평판이 받는 전체 힘은 평판의 도심에서의 압력에 면적을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F = \rho g h_{c} A$
    ② [숫자 대입] $F = 1000 \times 9.8 \times 2.5 \times (5 \times 2)$
    ③ [최종 결과] $F = 245 \text{ kN}$
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60. 동점성계수가 13.68x10-6 m2/s인 공기가 매끈한 평판위를 1.4 m/s의 속도로 흐르고 있을 때 선단(先端)으로 부터 20 ㎝ 되는 곳에서의 레이놀즈수는?

  1. 20468
  2. 292398
  3. 137931
  4. 2046783
(정답률: 60%)
  • 레이놀즈수는 유체의 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원 수로, 다음과 같이 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Re = \frac{v L}{\nu}$
    ② [숫자 대입] $Re = \frac{1.4 \times 0.2}{13.68 \times 10^{-6}}$
    ③ [최종 결과] $Re = 20467.8$
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 유압 프레스의 작동원리는 다음 중 어느 이론에 바탕을 둔 것인가?

  1. 파스칼의 원리
  2. 보일의 법칙
  3. 토리체리의 원리
  4. 아르키메데스의 원리
(정답률: 79%)
  • 밀폐된 용기 내의 정지 유체 일부에 가해진 압력은 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 파스칼의 원리를 이용한 장치입니다.
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62. 건설기계에서 사용되고 있는 보기와 같은 유압모터 회로의 명칭으로 가장 적합한 것은?

  1. 탠덤형 배치회로
  2. 직렬 배치 회로
  3. 병렬 배치 회로
  4. 정출력 구동 회로
(정답률: 31%)
  • 제시된 회로 는 가변 용량형 펌프와 모터를 조합하여 부하의 변동에 관계없이 일정한 출력을 유지하도록 제어하는 정출력 구동 회로의 전형적인 구성입니다.
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63. 다음 중 체적탄성계수의 설명이 잘못된 것은?

  1. 압력에 따라 증가한다.
  2. 압력의 단위와 같다.
  3. 체적탄성계수의 역수를 압축률이라 한다.
  4. 비압축성 유체일수록 체적탄성계수는 작다.
(정답률: 66%)
  • 체적탄성계수는 유체가 압축에 저항하는 정도를 나타내며, 비압축성 유체일수록 압축이 되지 않으므로 체적탄성계수 값은 매우 커집니다.

    오답 노트
    압력에 따라 증가한다: 맞는 설명
    압력의 단위와 같다: 맞는 설명
    체적탄성계수의 역수를 압축률이라 한다: 맞는 설명
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64. 제강용 롤, 분쇄기 롤, 제지용 롤 등에 이용되는 가장 적당한 주철은?

  1. 칠드주철
  2. 구상흑연주철
  3. 회주철
  4. 펄라이트주철
(정답률: 56%)
  • 칠드주철은 주물 표면을 급냉시켜 표면층을 매우 단단한 백주철 조직으로 만든 주철입니다. 이러한 내마모성 덕분에 제강용 롤, 분쇄기 롤, 제지용 롤과 같이 표면 경도가 중요한 부품에 가장 적합합니다.
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65. 축동력 7.4kW로 돌리는 베인펌프 송출압력이 70kgf/cm2, 송출유량은 53 ℓ /min일 때 이 펌프의 전효율(全效率)은 얼마인가?

  1. 79.1 %
  2. 81.9 %
  3. 89.1 %
  4. 91.8 %
(정답률: 47%)
  • 펌프의 전효율은 실제 전달된 유체 동력을 입력된 축동력으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} = \frac{p \times Q}{612 \times P_{in}}$ (단, $p$는 $kgf/cm^{2}$, $Q$는 $L/min$, $P_{in}$은 $kW$)
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{70 \times 53}{612 \times 7.4}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.819$ 즉, $81.9\%$ 입니다.
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66. 다음 중 유체 토크 컨버터의 구성 요소가 아닌 것은?

  1. 스테이터
  2. 펌프
  3. 터어빈
  4. 릴리프밸브
(정답률: 48%)
  • 유체 토크 컨버터는 유체를 통해 동력을 전달하는 장치로, 펌프, 터빈, 스테이터의 세 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 릴리프밸브는 회로의 압력을 제한하는 제어 밸브이며 토크 컨버터의 기본 구성 요소가 아닙니다.
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67. 토출압력이 70kgf/cm2, 토출량은 50ℓ /min인 유압 펌프용 모터의 1분간 회전수는 얼마인가? (단, 펌프 1회전당 유량은 Qn = 20 cc/rev이며, 효율은 100% 로 가정한다.)

  1. 1250
  2. 1750
  3. 2250
  4. 2500
(정답률: 20%)
  • 펌프의 토출량은 1회전당 토출량과 분당 회전수의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = Q_n \times N$
    ② [숫자 대입] $50 = 0.02 \times N$
    ③ [최종 결과] $N = 2500$
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68. 다음 유압유 중 점도지수가 낮고 비중(15℃)이 가장 커저온에서 펌프 시동시 캐비테이션이 발생되기 쉬운 유압유는?

  1. 인산 에스테르계 합성 유압유
  2. 수중 유형 유화 유압유
  3. 석유계 유압유
  4. 유중수형 유화 유압유
(정답률: 46%)
  • 인산 에스테르계 합성 유압유는 내화성이 우수하지만, 석유계에 비해 점도지수가 낮고 비중이 큽니다.
    비중이 크고 저온에서 점도가 급격히 상승하면 펌프 흡입 시 유동성이 떨어져 압력이 낮아지므로, 기포가 발생하는 캐비테이션(Cavitation) 현상이 일어나기 쉽습니다.
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69. 쾌삭강(Free cutting steel)에 절삭속도를 크게 하기 위하여 특히 의식적으로 첨가하는 합금 원소는?

  1. Ni
  2. Mn
  3. W
  4. S
(정답률: 37%)
  • 쾌삭강은 절삭성을 높여 칩(chip)이 잘 끊어지게 함으로써 절삭속도를 높인 강입니다.
    이를 위해 황(S)을 의식적으로 첨가하여 황화물(MnS 등)을 형성시키면, 이것이 내부 윤활제 역할을 하고 칩의 분쇄성을 좋게 만들어 가공성을 향상시킵니다.
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70. 금속 원자의 결정면은 밀러지수(Miller index)의 기호를 사용하여 표시할 수 있다. 다음 그림에서 입방 격자면의 밀러지수는?

  1. (100)
  2. (010)
  3. (110)
  4. (111)
(정답률: 69%)
  • 밀러지수는 결정면이 각 축과 만나는 절편의 역수를 취해 정수로 나타낸 것입니다.
    제시된 이미지 에서 면은 $x$축, $y$축, $z$축의 각각 $1$ 지점을 지납니다.
    절편이 $(1, 1, 1)$이므로 그 역수는 $(\frac{1}{1}, \frac{1}{1}, \frac{1}{1})$이며, 이를 정수화하여 표기하면 (111)이 됩니다.
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71. 고속도강에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고속도의 절삭가공이 가능하게 하기 위해서 주로 크롬, 텅스텐, 바나듐 등을 첨가 한다.
  2. 고속도강의 표준형으로 18 - 4 - 1형은 바나듐 18%, 크롬 4%, 텅스텐 1%의 조성의 것이 사용된다.
  3. 텅스텐을 첨가하면 복합탄화물이 생기고 내마모성이 향상 된다.
  4. 바나듐은 강력한 탄화물 형성용 원소이며 절삭능력을 증가시킨다.
(정답률: 63%)
  • 고속도강 18-4-1형의 숫자는 각 합금 원소의 함유량을 의미하며, 텅스텐 $18\%$, 크롬 $4\%$, 바나듐 $1\%$의 조성으로 구성됩니다.

    오답 노트
    바나듐 18%, 텅스텐 1%로 성분 함량이 서로 바뀌어 설명되었습니다.
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72. α - Fe 와 Fe3C 의 층상조직은?

  1. 오스테나이트
  2. 펄라이트
  3. 시멘타이트
  4. 레데뷰라이트
(정답률: 40%)
  • 펄라이트는 공석 반응에 의해 생성되는 조직으로, 페라이트($\alpha-Fe$)와 시멘타이트($Fe_3C$)가 층상 구조(lamellar structure)를 이루고 있는 조직입니다.
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73. 탄소강에서 탄소량이 증가하면 일반적으로 용융온도는?

  1. 높아진다.
  2. 낮아진다.
  3. 같다.
  4. 불변이다.
(정답률: 36%)
  • 탄소강에서 탄소 함유량이 증가하면 순철에 비해 결합 구조의 변화로 인해 용융점(액상선 온도)이 점차 낮아지는 특성을 가집니다.
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74. 미터-인 속도제어 회로로 실린더의 속도를 조정하는 경우 실린더에 인력(tractive force)이 작용하면 실린더 속도는 제어할 수 없게 된다. 이 때 이를 제어할수 있는 밸브는?

  1. 브레이크 밸브
  2. 카운터 밸런스 밸브
  3. 3방향 감압밸브
  4. 분류밸브
(정답률: 49%)
  • 실린더에 인력(부하)이 작용하여 발생하는 자중 낙하 현상을 방지하고, 배압을 형성하여 속도를 안정적으로 제어하는 밸브는 카운터 밸런스 밸브입니다.
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75. 금속이 열이나 전기전도도가 높은 이유는 무엇인가?

  1. 금속은 결정체이기 때문이다.
  2. 비중이 크기 때문이다.
  3. 금속으로서 연성이 크기 때문이다.
  4. 자유전자 때문이다.
(정답률: 65%)
  • 금속 내부에는 원자핵으로부터 떨어져 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자가 존재하며, 이들이 열과 전기를 빠르게 전달하는 매개체 역할을 하기 때문입니다.
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76. 열처리에 의한 철강재료의 강화와 밀접한 관계가 있는 것은?

  1. 페라이트 결정립도
  2. 펄라이트 결정립도
  3. 오스테나이트 결정립도
  4. 시멘타이트 결정립도
(정답률: 35%)
  • 철강재료의 열처리는 가열 후 냉각 속도를 조절하여 조직을 변화시키는 과정이며, 이때 고온상인 오스테나이트 결정립의 크기가 최종적인 기계적 성질과 강화 정도를 결정하는 핵심 요소가 됩니다.
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77. 포금(gun metal)은 대포의 포신으로 내식성이 좋은 금속이다. 이것의 주성분은 무엇인가?

  1. Cu,Sn,Zn
  2. Cu,Zn,Ni
  3. Cu,Al,Sn
  4. Cu,Ni,Sn
(정답률: 35%)
  • 포금(gun metal)은 구리(Cu)를 주성분으로 하여 주석(Sn)과 아연(Zn)을 첨가한 합금으로, 내식성과 강도가 우수하여 포신 등에 사용됩니다.
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78. 다음 중 유량조절밸브에 의한 속도 제어회로를 나타낸 것이 아닌 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 블리이드 오프 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 최대압력 제한회로
(정답률: 65%)
  • 유량조절밸브를 이용한 속도 제어 회로에는 미터 인 회로, 미터 아웃 회로, 블리드 오프 회로가 있습니다.

    오답 노트
    최대압력 제한회로: 속도 제어가 아닌 시스템의 최대 압력을 제한하여 기기를 보호하는 회로입니다.
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79. 다음 그림은 유압 도면 기호에서 무슨 밸브를 나타낸 것인가?

  1. 릴리프 밸브
  2. 무부하 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 감압 밸브
(정답률: 48%)
  • 제시된 기호는 유압 회로에서 부하를 제거하여 실린더를 무부하 상태로 만드는 무부하 밸브를 나타냅니다.
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80. 다음 금속 중에서 용융점이 가장 높은 것은?

  1. V
  2. W
  3. Co
  4. Mo
(정답률: 53%)
  • 제시된 금속들 중 텅스텐($\text{W}$)은 모든 금속 원소 중에서 가장 높은 용융점(약 $3422^{\circ}\text{C}$)을 가지고 있어 고온 내열 재료로 사용됩니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 테르밋 용접(thermit welding) 이란?

  1. 원자수소의 발열이용
  2. 전기용접과 가스용접법을 결합한 방식
  3. 산화철과 알미늄의 반응열을 이용한 용접
  4. 액체산소를 이용한 가스용접법의 일종
(정답률: 52%)
  • 테르밋 용접은 산화철($\text{Fe}_2\text{O}_3$)과 알루미늄($\text{Al}$) 분말을 혼합하여 점화시켰을 때 발생하는 강력한 화학적 반응열을 이용하여 금속을 용융시켜 접합하는 용접법입니다.
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82. 공구의 수명 시험을 가장 적절히 설명한 것은?

  1. 공구 옆면의 일정한 마멸폭 까지의 공구수명을 실측한다.
  2. 일정한 절삭 체적에서 공구수명을 실측한다.
  3. Taylor의 공구수명식의 지수 n과 상수 C의 값을 구하는 것이다.
  4. 일정한 절삭 깊이와 절삭 속도에서 공구의 수명을 시간으로 실측하는 것이다.
(정답률: 42%)
  • 공구 수명 시험의 궁극적인 목적은 절삭 속도와 공구 수명 사이의 관계를 나타내는 Taylor의 공구수명식에서 재료와 공구의 특성을 결정짓는 지수 $n$과 상수 $C$의 값을 실험적으로 구하는 것입니다.
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83. 그림에 보인 시스템은 초기에 정지상태에 있다. 풀리의 무게와 축의 마찰을 무시하고 블록의 질량을 125 kg이라 할 때, 블록의 무게와 350 N의 힘이 작용함에 따른 블록의 가속도 크기는 몇 m/s2 인가?

  1. 2.8
  2. 7.0
  3. 9.8
  4. 12.7
(정답률: 35%)
  • 뉴턴의 제2법칙을 이용하여 블록에 작용하는 알짜힘을 구한 뒤 가속도를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{mg - F}{m}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{125 \times 7 - 350}{125}$ (단, 중력가속도 $g=7$ 적용 시) 또는 $$a = \frac{125 \times 9.8 - 350}{125}$$ 가 아닌 기존 해설의 알짜힘 $875\text{N}$ 기준 대입: $$a = \frac{875}{125}$$
    ③ [최종 결과] $a = 7.0$
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84. 공작물의 두개 이상의 면에 구멍을 뚫을 때 또는 기준면을 잡을 때, 지그의 구조는 다음 어느 것이 적합한가?

  1. 평지그
  2. 회전지그
  3. 검사용 지그
  4. 상자형 지그
(정답률: 40%)
  • 공작물의 여러 면에 구멍을 뚫거나 기준면을 설정하여 정밀하게 고정해야 할 때는 사방이 막힌 상자 형태로 제작되어 지지력이 강한 상자형 지그가 가장 적합합니다.
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85. 고정축에 대한 등속회전운동에서 반지름이 3 배 증가하였다. 선속도는 어떻게 되는가?

  1. 변화없음
  2. 1/3로 감소
  3. 3배 증가
  4. 9배 증가
(정답률: 37%)
  • 등속회전운동에서 선속도는 반지름과 각속도의 곱에 비례합니다. 각속도가 일정할 때 반지름이 3배 증가하면 선속도 또한 이에 비례하여 3배 증가합니다.
    ① [기본 공식] $v = r\omega$
    ② [숫자 대입] $v' = (3r)\omega$
    ③ [최종 결과] $v' = 3v$
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86. 질량이 10 kg인 물체를 스프링 끝에 매달았더니 20 cm처졌다. 이 계의 고유진동수(Hz)는?

  1. 7/π
  2. 3.5/π
  3. 2/π
  4. 3/π
(정답률: 31%)
  • 물체의 처짐량 $\delta$를 통해 스프링 상수 $k$를 구하고, 이를 고유진동수 공식에 대입합니다. $k = mg/\delta$이며, 고유진동수 $f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{g}{\delta}}$
    ② [숫자 대입] $f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{9.8}{0.2}} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{49} = \frac{7}{2\pi}$
    ③ [최종 결과] $f = \frac{3.5}{\pi}$
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87. 같은 차종인 자동차 B, C가 브레이크가 풀린 채 정지하고 있다. 이 때 같은 모델의 자동차 A가 1.5 m/s의 속력으로 B와 충돌하면, 이후 B와 C가 다시 충돌하게 되어 결국 대의 자동차가 연쇄 충돌하게 된다. 이때, B와 C가 충돌한 직후의 C차의 속도는 몇 m/s 인가? (단, 범퍼사이 반발계수는 e=0.75 이다.)

  1. 0.160
  2. 0.187
  3. 1.148
  4. 1.312
(정답률: 39%)
  • 동일 질량의 물체 간 충돌에서 반발계수 $e$를 적용한 속도 전달 법칙을 사용합니다. A와 B의 충돌 후 B의 속도는 $v_B = \frac{v_A(1+e)}{2}$이며, 다시 B와 C가 충돌한 후 C의 속도는 $v_C = \frac{v_B(1+e)}{2}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $v_C = v_A ( \frac{1+e}{2} )^{2}$
    ② [숫자 대입] $v_C = 1.5 \times ( \frac{1+0.75}{2} )^{2} = 1.5 \times (0.875)^{2}$
    ③ [최종 결과] $v_C = 1.148$
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88. 원뿔을 전개한 다음 그림에서 원뿔 밑면의 지름을 d라고 하면 전개도의 각도 읨는 다음 어느 식으로 표시하는가?

(정답률: 24%)
  • 원뿔의 전개도에서 부채꼴의 호의 길이는 원뿔 밑면의 둘레와 같고, 부채꼴의 반지름은 원뿔의 모선 길이 $\ell$과 같습니다. 따라서 전개도 각도 $\theta$는 전체 원둘레($360^{\circ}$)에 대한 밑면 둘레의 비율로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\theta = \frac{\pi d}{2 \pi \ell} \times 360^{\circ}$
    ② [숫자 대입] $\theta = \frac{d}{2 \ell} \times 360^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $\theta = \frac{d}{\ell} \times 180^{\circ}$
    따라서 정답은 입니다.
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89. 금속재료의 표면에 강철이나 주철의 작은 강구를 고속으로 분사시켜 표면층의 경도를 높이는 방법은?

  1. 금속침투법
  2. 칠드경화법
  3. 숏피닝(shot peening)
  4. 하드페이싱(hard facing)
(정답률: 69%)
  • 금속 표면에 작은 강구를 고속으로 분사하여 표면에 압축 잔류 응력을 형성함으로써 경도를 높이고 피로 강도를 향상시키는 가공법을 숏피닝(shot peening)이라고 합니다.

    오답 노트
    금속침투법: 표면에 탄소나 질소를 침투시켜 경화시키는 방법
    칠드경화법: 주물 응고 시 급냉시켜 표면을 경화시키는 방법
    하드페이싱: 내마모성을 위해 표면에 경화 재료를 용접하는 방법
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90. 광파 간섭현상을 이용하여 평면도를 측정하는 것은?

  1. 옵티컬 플랫 (optical flat)
  2. 공구 현미경
  3. 오토 콜리메이터 (autocollimater)
  4. NF식 표면 거칠기 측정기
(정답률: 53%)
  • 옵티컬 플랫 (optical flat)은 정밀하게 연마된 평면 유리판을 측정면에 밀착시켜 발생하는 광파의 간섭무늬(뉴턴 링)를 통해 평면도를 측정하는 장치입니다.
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91. 소성가공에 속하지 않는 것은?

  1. 압연가공
  2. 인발가공
  3. 단조가공
  4. 선반가공
(정답률: 62%)
  • 소성가공은 재료에 항복강도 이상의 힘을 가해 영구적인 변형을 일으켜 모양을 만드는 가공법입니다.
    선반가공은 재료를 깎아내는 제거 가공(절삭 가공)에 해당하므로 소성가공이 아닙니다.

    오답 노트
    압연가공, 인발가공, 단조가공은 모두 재료를 누르거나 당겨 변형시키는 대표적인 소성가공입니다.
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92. 주형의 통기도를 높이기 위한 다음 조치들 중에서 잘못된 것은?

  1. 주형을 건조한다.
  2. 주물사의 입도가 작고 모가 난것이 좋다.
  3. 가급적 다짐 정도(精度)를 작게 한다.
  4. 점토의 량을 줄여본다.
(정답률: 56%)
  • 주형의 통기도는 가스가 잘 빠져나가는 정도를 말하며, 입자 사이의 간격이 넓을수록 유리합니다.
    주물사의 입도가 작고 모가 나면 입자 간의 간격이 좁아져 가스 배출이 어려워지므로 통기도가 낮아집니다.

    오답 노트
    주형 건조, 다짐 정도 감소, 점토량 감소는 모두 입자 간 공극을 늘려 통기도를 높이는 올바른 방법입니다.
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93. 감쇠가 없는 경우에 전달률의 값은? (단, 이다.)

(정답률: 35%)
  • 감쇠가 없는 단자유도 시스템에서 전달률(Transmissibility)은 주파수비 $\gamma$에 의해 결정되며, 다음과 같은 수식으로 정의됩니다.
    $$\text{전달률} = \frac{1}{|1 - \gamma^2|}$$
    따라서 정답은 입니다.
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94. 북쪽으로 60km/h의 속도로 가는 차 A가 동쪽으로 80km/h의 속도로 가는 차 B를 보았을 때 A에 대한 B의 상대속도는 그 크기가 몇 km/h 인가?

  1. 60
  2. 80
  3. 100
  4. 120
(정답률: 41%)
  • 상대속도는 관찰자(A)의 속도를 뺀 벡터 합으로 계산합니다. 북쪽과 동쪽은 서로 수직이므로 피타고라스 정리를 이용하여 크기를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V_{BA} = \sqrt{V_A^2 + V_B^2}$
    ② [숫자 대입] $V_{BA} = \sqrt{60^2 + 80^2}$
    ③ [최종 결과] $V_{BA} = 100$
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95. 두께가 균일한 원판의 무게가 10 N, 반지름이 0.5 m이고 회전축의 위치를 중심축으로 할 때 회전반경 k는 몇 m인가?

  1. 3.33
  2. 5.00
  3. 0.50
  4. 0.35
(정답률: 13%)
  • 회전반경(회전반경 k)은 관성모멘트를 질량으로 나눈 값의 제곱근으로 정의됩니다. 원판의 중심축에 대한 관성모멘트 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $k = \sqrt{\frac{I}{m}} = \sqrt{\frac{1}{2}R^2}$
    ② [숫자 대입] $k = \sqrt{\frac{1}{2} \times 0.5^2}$
    ③ [최종 결과] $k = 0.35$
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96. 그림과 같은 질량이 m이고 길이가 L인 균질의 가는 보가두 개의 스프링으로 지지되어 있을때 이 시스템의 고유진동수 ωn 은? (단, 공기저항은 무시한다.)

(정답률: 26%)
  • 보의 회전 관성과 스프링의 복원력을 이용한 고유진동수 계산 문제입니다. 시스템에서 회전축에 대한 관성모멘트와 스프링 상수를 적용하여 고유진동수를 도출합니다.
    ① [기본 공식] $\omega_n = \sqrt{\frac{k_{eq}}{I}}$
    ② [숫자 대입] $\omega_n = \sqrt{\frac{2k \cdot (L/2)^2}{1/3mL^2}}$
    ③ [최종 결과]
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97. 연삭작업에서 진동으로 떠는 것을 연삭떨림 (grinding chatter)이라 한다. 연삭떨림과 관계가 없는 것은?

  1. 연삭숫돌의 불균형
  2. 숫돌이 진원이 아닐 때
  3. 연삭중 과열이 생겼을 때
  4. 재질의 불균일
(정답률: 32%)
  • 연삭떨림은 숫돌의 물리적 불균형이나 기계적 진동에 의해 발생합니다. 연삭 중 과열은 열변형이나 타버림(Burn) 현상을 유발하는 열적 문제이며, 진동 현상인 연삭떨림의 직접적인 원인과는 관계가 없습니다.
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98. 초경합금 공구의 절삭날의 수명을 연장시키는 방법의 하나로 가장 좋은 것은?

  1. 전해 연삭
  2. 전기화학 가공
  3. 화학 연삭
  4. 플라스마 가공
(정답률: 49%)
  • 초경합금 공구의 절삭날을 전해 연삭하면 기계적 응력 없이 전기화학적 용해를 통해 정밀하게 연삭할 수 있어 날 끝의 손상을 줄이고 수명을 연장시키는 데 가장 효과적입니다.
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99. 중량이 42 N, 스프링상수가 28 N/cm, 감쇠계수(c)가 0.3N∙s/cm 일 때 이 계의 감쇠비(ζ)는 얼마인가?

  1. 0.323
  2. 0.215
  3. 0.137
  4. 0.174
(정답률: 45%)
  • 감쇠비 $\zeta$는 실제 감쇠계수 $c$와 임계 감쇠계수 $c_c$의 비로 계산합니다.
    먼저 질량 $m = \frac{W}{g} = \frac{42}{9.81} \approx 4.28 \text{ kg}$이고, 스프링상수 $k = 28 \text{ N/cm} = 2800 \text{ N/m}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\zeta = \frac{c}{2\sqrt{mk}}$
    ② [숫자 대입] $\zeta = \frac{0.3 \times 100}{2\sqrt{4.28 \times 2800}}$
    ③ [최종 결과] $\zeta = 0.137$
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100. 감쇠비가 0.1인 자유감쇠 진동계에서 감쇠 고유진동수는 비감쇠 고유진동수의 몇 배인가?

  1. 0.945
  2. 0.965
  3. 0.995
  4. 1.25
(정답률: 28%)
  • 감쇠 고유진동수 $\omega_d$와 비감쇠 고유진동수 $\omega_n$의 관계식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\omega_d = \omega_n \sqrt{1 - \zeta^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{\omega_d}{\omega_n} = \sqrt{1 - 0.1^2} = \sqrt{0.99}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{\omega_d}{\omega_n} = 0.99498 \approx 0.995$$
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