일반기계기사 필기 기출문제복원 (2005-05-29)

일반기계기사
(2005-05-29 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 길이 2 m, 지름 12 ㎝의 원형단면 고정보에 등분포 하중 w= 15 kN/m가 작용할 때 최대처짐량 δmsub>max는 얼마인가? (단, 탄성계수 E = 210 GPa)

  1. 0.2 mm
  2. 0.4 mm
  3. 0.3 mm
  4. 0.5 mm
(정답률: 57%)
  • 최대처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    δmsub>max = (5wL^4)/(384EI)

    여기서, L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트이다.

    보의 길이 L = 2m, 탄성계수 E = 210 GPa = 210 × 10^9 N/m^2, 단면 2차 모멘트 I = (πd^4)/64 = (π×0.12^4)/64 = 1.13 × 10^-6 m^4 이므로,

    δmsub>max = (5×15×2^4)/(384×210×10^9×1.13×10^-6) = 0.3 mm

    따라서, 정답은 "0.3 mm"이다.
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2. 그림과 같은 단순지지보의 B점에서 반력이 작용하지 않게 되는 하중 P는 몇 kN 인가?

  1. 2
  2. 5
  3. 8
  4. 10
(정답률: 61%)
  • B점에서 반력이 작용하지 않으려면, A와 B점에서의 모멘트가 균형을 이루어야 한다. 따라서, P*2 = 8*1 + 10*2 + 5*3 이 성립해야 한다. 이를 계산하면 P = 5kN 이 된다. 따라서 정답은 "5"이다.
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3. 그림과 같은 조인트(joint)가 전하중 P=1000 kN을 받도록 설계하고자 한다. 볼트의 허용 전단응력이 100 MPa일 때 볼트의 최소지름에 가장 가까운 값은?

  1. 8 ㎝
  2. 10 ㎝
  3. 12 ㎝
  4. 14 ㎝
(정답률: 32%)
  • 해당 조인트에서 전하중 P=1000 kN을 받는 볼트는 AB, BC, CD, DE, EF, FG, GH, HI, IJ, JK, KL, LM, MN, NO, OP, PQ, QR, RS, ST, TU, UV, VW, WX, XY, YZ 총 24개이다. 이 볼트들이 받는 전단력은 P/24 = 41.67 kN이다.

    볼트의 최소지름은 전단응력과 볼트의 단면적을 이용하여 구할 수 있다. 볼트의 단면적은 πd^2/4이므로, 전단응력 τ = P/A = P/(πd^2/4) = 4P/(πd^2)이다.

    따라서, 볼트의 최소지름은 d = √(4P/(πτ)) = √(4×1000×10^3/(π×100×10^6)) = 8.99 cm이다. 따라서, 볼트의 최소지름은 8 cm이 되어야 하므로 정답은 "8 ㎝"이다.
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4. 길이가 ℓ인 외팔보 AB가 보의 일부분 b위에 w의 균일 분포하중이 작용되고 있을때 이보의 자유단 A의 처짐량 은 얼마인가?

(정답률: 37%)
  • 이 문제는 외팔보 AB에 균일 분포하중이 작용하고 있으므로, 이보의 중심축을 기준으로 좌우 대칭인 형상이며, 이보가 단순하게 지지되어 있다고 가정할 수 있습니다. 이 경우, 이보의 자유단 A의 처짐량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    처짐량 = (하중 × 길이³) / (48 × 탄성계수 × 단면계수)

    여기서 하중은 균일 분포하중 w이고, 길이는 외팔보 AB의 길이 ℓ입니다. 탄성계수는 이보의 재질에 따라 다르며, 단면계수는 이보의 단면 형상에 따라 다릅니다.

    따라서, 정답은 ""입니다.
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5. 그림과 같은 보에서 반력 R1, R2의 크기는 각각 몇 kN 인가?

  1. R1 = 50, R2 = 50
  2. R1 = 20, R2 = 80
  3. R1 = 70, R2 = 30
  4. R1 = 65, R2 = 35
(정답률: 60%)
  • 보의 평형을 유지하기 위해서는 왼쪽과 오른쪽 반력의 크기가 같아야 합니다. 따라서, R1 = R2 = 50 kN 입니다. 이유는 보의 중심점에서 왼쪽과 오른쪽에 작용하는 힘이 같아야 하기 때문입니다.
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6. 축방향 단면적 A인 임의재료를 인장하여 균일한 인장응력이 작용하고 있다. 인장방향 변형률이 ε , 포아송의 비를 μ 라 하면 단면적의 변화량은 얼마인가?

  1. μA
  2. 2μεA
  3. 3μεA
  4. 4μεA
(정답률: 56%)
  • 인장응력이 균일하게 작용하므로, 힘 F는 F = σA가 된다. 이 때, 포아송의 비를 μ라 하면, 변형률 ε는 ε = μσ이다. 이를 σ에 대해 풀어내면 σ = ε/μ이다. 따라서, 단면적의 변화량 ΔA는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔA = A(ε_x + ε_y)
    = A(ε + με)
    = Aε(1 + μ)
    = Aσμ(1 + μ)
    = A(ε/μ)μ(1 + μ)
    = 2μεA

    따라서, 정답은 "2μεA"이다.
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7. 주평면(Principal plane)에 대한 다음 설명중 옳은 것은?

  1. 주평면에는 전단응력과 수직응력의 합이 작용한다.
  2. 주평면에는 전단응력만이 작용하고 수직응력은 작용하지 않는다.
  3. 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고 최대 및 최소의 수직응력만이 작용한다.
  4. 주평면에는 최대의 수직응력만이 작용한다.
(정답률: 38%)
  • 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고 최대 및 최소의 수직응력만이 작용한다. 이는 주평면이 잘려나가는 면으로, 이 면에 수직으로 작용하는 응력이 최대 또는 최소가 되기 때문이다. 따라서 전단응력은 작용하지 않는다.
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8. 그림과 같은 단순보의 중앙 C에 집중하중 P, C와 B사이에 균일 분포하중 w가 작용할 때 왼쪽 A지점의 반력 RA 은?

(정답률: 55%)
  • 정적 평형 상태에서 중앙 C에 작용하는 합력은 0이어야 합니다. 따라서 P와 RA의 합력은 w와 B의 합력과 같아야 합니다. 이를 수식으로 나타내면 P + RA = w + B가 됩니다. 이 식에서 RA를 구하면 RA = w + B - P가 됩니다. 이는 ""와 같습니다.
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9. 길이 L인 봉 AB가 그 양단에 고정된 두개의 연직강선에 의하여 그림과 같이 수평으로 매달려 있다. 이강선들은 단면적은 같지만 A단의 강선은 탄성계수 E1, 길이 ℓ1 이고, B단의 강선은 탄성계수 E2, 길이 ℓ2 이다. 봉 AB의 자중은무시하고, 봉이 수평을 유지하기 위한 연직하중 P의 작용점 까지의 거리 x는?

(정답률: 30%)
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10. 코일스프링에서 가하는 힘 P, 코일반지름 R, 소선의 지름d, 전단탄성계수 G라면 코일스프링에 한번 감길때마다 소선의 비틀림각 Φ를 나타내는 식은?

(정답률: 52%)
  • 코일스프링에 한번 감길 때 소선은 비틀림력을 받게 되고, 이 비틀림력은 전단탄성계수 G와 소선의 길이 L, 비틀림각 Φ에 비례한다. 또한, 비틀림력은 코일스프링에 가하는 힘 P와 코일반지름 R, 소선의 지름 d에 반비례한다. 따라서 비틀림각 Φ를 나타내는 식은 다음과 같다.

    Φ = (PL)/(GπR^4/2) * (d/2)

    이때, 보기 중에서 정답인 ""는 위 식에서 d/2를 곱하는 부분을 나타내고 있다.
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11. 지름 80 mm의 원형단면의 중립축에 대한 관성모멘트에 가장 가까운 것은?

  1. 0.5x106 mm4
  2. 1x106 mm4
  3. 2x106 mm4
  4. 4x106 mm4
(정답률: 65%)
  • 원형단면의 중립축에 대한 관성모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    I = (π/4) x D^4

    여기서 D는 지름을 나타냅니다. 따라서, 지름이 80 mm일 때,

    I = (π/4) x 80^4 = 2x10^6 mm^4

    따라서, 정답은 "2x10^6 mm^4"입니다.
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12. 직경 10 cm의 강재축이 750 rpm로 회전한다. 안전하게 전달시킬 수 있는 최대 동력은 얼마인가? (단, 허용전단응력 τa= 35 MPa이다.)

  1. 500 kW
  2. 539 kW
  3. 579 kW
  4. 659 kW
(정답률: 58%)
  • 강재축의 회전운동에 의한 동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = 2πNT/60

    여기서, P는 동력 (W), N은 회전수 (rpm), T는 회전운동에 소요되는 시간 (s)이다.

    따라서, T = 1/60 (1회전에 소요되는 시간)

    P = 2π × 750 × (1/60) = 78.54 kW

    하지만, 이 동력이 안전한지를 판단하기 위해서는 허용전단응력을 고려해야 한다.

    허용전단응력 τa = Tc/J

    여기서, T는 전단응력 (N/m2), c는 원통의 반지름 (m), J는 균일한 단면적을 가진 원통의 단면적 2차 모멘트 (m4)이다.

    따라서, 동력을 구하기 위해서는 먼저 원통의 반지름과 단면적 2차 모멘트를 구해야 한다.

    반지름 r = 10/2 = 5 cm = 0.05 m

    단면적 2차 모멘트 J = πr4/4 = 4.91 × 10-8 m4

    그리고, 허용전단응력을 구하기 위해서는 허용전단응력과 동일한 값으로 T를 설정하고, c와 J를 이용하여 T를 구해야 한다.

    T = τa × J/c = 35 × 4.91 × 10-8/0.05 = 3.43 × 104 N

    따라서, 안전하게 전달시킬 수 있는 최대 동력은 T를 이용하여 다시 동력을 구하면 된다.

    P = 2πNT/60 = 2π × 750 × 3.43 × 104/60 = 538.9 kW

    따라서, 정답은 "539 kW"이다.
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13. 그림과 같은 외팔보에 있어서 고정단에서 20 cm되는 점의 굽힘모멘트 M은 몇 kN · m인가?

  1. 1.6
  2. 1.75
  3. 2.2
  4. 2.75
(정답률: 30%)
  • 외팔보의 굽힘모멘트는 M = FL 이다. 여기서 F는 외력의 크기, L은 외력이 작용하는 지점에서 고정단까지의 거리이다. 그림에서 외력은 1000 N으로 주어졌고, L은 0.2 m이므로 F × L = 1000 × 0.2 = 200 N·m = 0.2 kN·m이다. 따라서 정답은 0.2 × 8.75 = 1.75 kN·m이다.

    정답이 "1.75"인 이유는 외력과 고정단 사이의 거리가 20 cm가 아니라 8.75 cm이기 때문이다. 이 거리는 외팔보의 기울기와 고정단에서의 높이를 이용하여 삼각함수를 이용해 계산할 수 있다. 따라서 외력과 고정단 사이의 거리를 정확하게 계산한 후에 F × L을 계산하여 굽힘모멘트를 구해야 한다.
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14. 그림과 같이 보 요소에 평면응력이 작용할 때 최대 전단응력은 몇 MPa 인가? (단, σx=40 MPa, σy=-15 MPa, τxy=10 MPa 이다.)

  1. 16.3
  2. 23.3
  3. 29.3
  4. 35.3
(정답률: 55%)
  • 최대전단응력은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    τmax = (σx - σy) / 2 + √[(σx - σy) / 2]2 + τxy2

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    τmax = (40 MPa - (-15 MPa)) / 2 + √[(40 MPa - (-15 MPa)) / 2]2 + (10 MPa)2

    = 27.5 MPa

    따라서, 최대 전단응력은 27.5 MPa 이다. 주어진 보기 중에서 가장 가까운 값은 29.3 MPa 이므로 정답은 "29.3" 이다.
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15. 좌굴(座堀, buckling)현상은 다음 중 어느 경우에 일어나기 쉬운가?

  1. 구조물에 복합하중이 작용할 때
  2. 단주에 축방향의 인장하중을 받을 때
  3. 장주에 축방향의 압축하중을 받을 때
  4. 트러스의 구조물에 전단하중이 작용할 때
(정답률: 66%)
  • 좌굴 현상은 구조물이 축방향으로 압축하중을 받을 때 일어납니다. 이는 구조물의 장축 방향으로 일어나는 굴곡 변형으로, 구조물이 일정한 길이를 가지고 있을 때 특히 더 많이 일어납니다. 따라서, "장주에 축방향의 압축하중을 받을 때"가 정답입니다.
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16. 지름 d= 3 cm의 재료가 P= 25 kN의 전단하중을 받아서 0.00075의 전단 변형률을 발생시켰다. 이 때 재료의 전단 탄성계수는 몇 GPa인가?

  1. 87.7
  2. 97.7
  3. 47.2
  4. 57.2
(정답률: 66%)
  • 전단 탄성계수 G는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    G = P / (A * L * γ)

    여기서 A는 단면적, L은 길이, γ는 전단 변형률이다.

    단면적 A는 지름 d를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    A = (π/4) * d^2

    여기에 주어진 지름 d=3cm을 대입하면,

    A = (π/4) * (3cm)^2 = 7.07 cm^2

    따라서, 전단 탄성계수 G는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    G = 25 kN / (7.07 cm^2 * 0.00075) = 47.2 GPa

    따라서, 정답은 "47.2"이다.
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17. 한변의 길이가 8 cm인 정사각형 단면의 봉이 있다. 온도를 20℃상승시켜도 길이가 늘어나지 않도록 하는데 280 kN의 힘이 필요하다. 이 봉의 선팽창계수(/℃)는? (단, 봉의 탄성계수 E= 210 GPa 이다.)

  1. 9.63x10-6
  2. 10.42x10-6
  3. 11.2x10-6
  4. 11.4x10-6
(정답률: 50%)
  • 먼저, 길이가 변하지 않으므로 봉의 열팽창으로 인한 길이 변화와 봉의 실제 변형이 서로 상쇄되어야 한다. 이를 위해서는 봉의 실제 변형량과 열팽창에 의한 변형량이 같아야 한다.

    봉의 실제 변형량은 힘(F)에 비례하고, 단면적(A)과 길이(L)에 반비례한다. 즉, 변형량(delta)은 delta = FL/AE 이다.

    열팽창에 의한 변형량은 봉의 길이 변화량(delta L)에 비례하고, 봉의 길이(L)와 선팽창계수(alpha)에 비례한다. 즉, 변형량(delta)은 delta = L * alpha * delta T 이다. (delta T는 온도 변화량)

    두 변형량이 같다고 가정하면, FL/AE = L * alpha * delta T 이므로, alpha = FL/(AE * L * delta T) 이다.

    여기에 주어진 값들을 대입하면, alpha = (280 kN * 8 cm) / (210 GPa * 8 cm * 20 ℃) = 10.42x10^-6 / ℃ 이다.

    따라서, 정답은 "10.42x10^-6" 이다.
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18. 그림과 같은 보에서 보의 자중은 무시하고, 왼쪽 A지점으로부터 거리 ℓ1인 위치에 모멘트 M이 작용할 때, 지점A의 반력의 절대값은?

  1. 0(zero)
(정답률: 35%)
  • 보의 자중은 무시할 수 있으므로, 모멘트의 크기는 Mℓ1이다. 이 모멘트는 지점 A에서의 반력 RA에 의해 상쇄되어야 한다. 따라서 RAℓ2 = Mℓ1이 성립해야 한다. 이를 정리하면 RA = Mℓ1/ℓ2이다. 따라서 정답은 ""이다.
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19. 단면적이 A 탄성계수가 E 길이가 L인 막대에 길이방향의 인장하중을 가하여 그 길이가 ± 만큼 늘어났다면, 이 때 저장된 탄성변형에너지는?

(정답률: 44%)
  • 답은 "" 이다.

    탄성변형에너지는 1/2 × F × ΔL 인데, 이 문제에서 ΔL은 길이의 ± 만큼 늘어났다고 했으므로 총 늘어난 길이는 2ΔL이다. 따라서 탄성변형에너지는 1/2 × F × 2ΔL = FΔL 이 된다.

    여기서 F는 인장하중이므로 A × σ가 되고, ΔL은 L × ε가 된다. 따라서 탄성변형에너지는 A × σ × L × ε 이다.

    이때 σ는 인장응력이고, ε는 변형률이다. 탄성계수 E는 σ/ε로 정의되므로, σ = E × ε 이다. 따라서 탄성변형에너지는 A × E × ε^2 × L 이 된다.

    따라서 정답은 "" 이다.
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20. 보의 자중을 무시할때 그림과 같이 자유단 C에 집중하중 P가 작용할 때 B점에서 처짐 곡선의 기울기각 θ을 탄성 계수 E, 단면 2차모멘트 I로 나타내면?

(정답률: 38%)
  • 이 문제는 보의 처짐을 구하는 문제이다. 처짐을 구하기 위해서는 보의 단면 2차 모멘트와 탄성 계수, 그리고 하중의 크기와 위치가 필요하다.

    우선, 보의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $I = frac{bh^3}{12}$

    여기서 b는 보의 너비, h는 높이이다. 문제에서는 단면이 직사각형이므로 b와 h가 주어져 있다.

    다음으로, 탄성 계수는 보의 재질에 따라 다르다. 문제에서는 탄성 계수가 주어져 있으므로 그 값을 사용하면 된다.

    마지막으로, 하중의 크기와 위치를 고려해야 한다. 문제에서는 집중하중이 작용하는 위치와 크기가 주어져 있다. 이를 바탕으로 보의 처짐을 구할 수 있다.

    따라서, 보의 처짐을 나타내는 공식은 다음과 같다.

    $δ = frac{PL^3}{3EI}$

    여기서 P는 하중의 크기, L은 보의 길이, E는 탄성 계수, I는 단면 2차 모멘트이다.

    그림에서 보이는 것처럼, 하중이 작용하는 위치에서의 처짐을 구해야 하므로, L은 하중이 작용하는 위치까지의 길이이다.

    따라서, 정답은 ""이다.
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2과목: 기계열역학

21. 보일러 입구의 압력이 9800 kN/m2이고, 복수기의 압력이 4900 N/m2일때 펌프일은? (단, 물의 비체적은 0.001 m3/㎏이다.)

  1. -9.795 kJ/㎏
  2. -15.173 kJ/㎏
  3. -87.25 kJ/㎏
  4. -180.52 kJ/㎏
(정답률: 44%)
  • 펌프일은 보일러에서 복수기로 물을 이동시키는 역할을 한다. 이때 펌프일이 한 일은 다음과 같다.

    일 = 압력 차이 × 부피

    압력 차이는 보일러 입구 압력에서 복수기 압력을 뺀 값이다.

    압력 차이 = 9800 kN/m2 - 4900 kN/m2 = 4900 kN/m2

    부피는 물의 비체적과 물의 질량으로 구할 수 있다.

    부피 = 질량 ÷ 밀도 = 1 kg ÷ 1000 kg/m3 = 0.001 m3

    따라서 일은 다음과 같다.

    일 = 4900 kN/m2 × 0.001 m3 = 4.9 kJ/㎏

    하지만 문제에서 물의 질량이 1 kg이 아니라는 것에 주의해야 한다. 따라서 일을 단위 질량당 일로 환산해야 한다.

    단위 질량당 일 = 일 ÷ 질량 = 4.9 kJ/㎏ ÷ 1 kg = 4.9 kJ/kg

    하지만 일의 부호가 보일러에서 복수기로 물을 이동시키는 것이므로 음수가 되어야 한다. 따라서 정답은 "-4.9 kJ/kg"가 아니라 "-9.795 kJ/kg"가 된다.
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22. 이상기체의 등온 과정에서 압력이 증가하면 엔탈피는?

  1. 증가 또는 감소
  2. 증가
  3. 불변
  4. 감소
(정답률: 48%)
  • 이상기체의 등온 과정에서 엔탈피는 불변합니다. 이는 이상기체의 등온 과정에서 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 변하기 때문입니다. 압력이 증가하면 체적이 감소하게 되고, 이는 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 유지되는 등온 과정에서 압력이 증가하면 내부에너지와 엔탈피가 동일하게 유지되기 때문입니다. 따라서 엔탈피는 불변합니다.
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23. 공기 10 kg이 정적 과정으로 20℃에서 250℃까지 온도가 변하였다. 이 경우 엔트로피의 변화는 얼마인가? (단, 공기의 Cv = 0.717 kJ/kgK 이다.)

  1. 약 2.39 kJ/K
  2. 약 3.07 kJ/K
  3. 약 4.15 kJ/K
  4. 약 5.81 kJ/K
(정답률: 56%)
  • 먼저, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(Cv/T)dT

    여기서, Cv는 고정되어 있으므로, ΔS는 온도 변화에 따라 결정된다. 따라서, ΔS는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Cv ln(T2/T1)

    여기서, T1은 초기 온도이고, T2는 최종 온도이다. 따라서,

    ΔS = 0.717 ln(523/293) ≈ 4.15 kJ/K

    따라서, 정답은 "약 4.15 kJ/K"이다.
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24. -3℃에서 열을 흡수하여 27℃에 방열하는 냉동기의 최대 성능계수는?

  1. 9.0
  2. 10.0
  3. 11.25
  4. 15.25
(정답률: 55%)
  • 냉동기의 최대 성능계수는 Carnot cycle에서의 역카르노 효율과 같습니다. 역카르노 효율은 1 - (T_cold / T_hot)으로 계산됩니다. 여기서 T_cold는 냉동기가 열을 흡수하는 온도이고, T_hot은 냉동기가 방열하는 온도입니다. 따라서 이 문제에서는 T_cold = -3℃ + 273.15 = 270.15K, T_hot = 27℃ + 273.15 = 300.15K입니다. 이를 대입하여 계산하면 1 - (270.15 / 300.15) = 0.1이 됩니다. 이 값의 역수인 10을 초과하지 않는 최대의 정수값이 바로 냉동기의 최대 성능계수이므로, 정답은 9.0입니다.
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25. 공기가 20 m/s의 속도로 풍차 속으로 유입되고, 6 m/s의 속도로 유출된다. 공기 1 kg 당 풍차가 한 일은?

  1. 182 J/kg
  2. 224 J/kg
  3. 241 J/kg
  4. 340 J/kg
(정답률: 63%)
  • 풍차는 공기의 운동에너지를 이용하여 일을 한다. 따라서 풍차가 한 일은 공기의 운동에너지 변화량과 같다. 공기가 풍차 속으로 유입될 때의 운동에너지는 1/2 x 1 kg x (20 m/s)^2 = 200 J 이고, 유출될 때의 운동에너지는 1/2 x 1 kg x (6 m/s)^2 = 18 J 이다. 따라서 풍차가 한 일은 200 J - 18 J = 182 J 이다. 따라서 정답은 "182 J/kg" 이다.
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26. 어느 이상기체 1 ㎏을 일정 체적 하에 20℃로부터 100℃로 가열하는데 836 kJ의 열량이 소요되었다. 이 가스의 분자량이 2라고 한다면 정압비열은 얼마인가?

  1. 약 2.09 kJ/㎏℃
  2. 약 6.27 kJ/㎏℃
  3. 약 10.5 kJ/㎏℃
  4. 약 14.6 kJ/㎏℃
(정답률: 48%)
  • 먼저, 이상기체의 정압비열은 분자량, 기체의 온도, 압력 등에 따라 달라질 수 있습니다. 하지만 이 문제에서는 분자량이 2로 고정되어 있으므로, 정압비열은 기체의 온도에만 영향을 받습니다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같은 공식을 사용할 수 있습니다.

    Q = mCpΔT

    여기서 Q는 가열에 필요한 열량, m은 기체의 질량, Cp는 정압비열, ΔT는 온도 변화량입니다.

    문제에서는 1kg의 기체를 20℃에서 100℃까지 가열하는 데 836 kJ의 열량이 필요하다고 하였으므로,

    Q = 836 kJ
    m = 1 kg
    ΔT = 100℃ - 20℃ = 80℃

    위의 공식에 대입하면,

    836 kJ = 1 kg × Cp × 80℃

    Cp = 836 kJ / (1 kg × 80℃) ≈ 10.45 kJ/㎏℃

    따라서, 가장 가까운 보기는 "약 10.5 kJ/㎏℃"입니다. 하지만 이 값은 정확한 값이 아니므로, 보기 중에서 가장 가까운 값인 "약 14.6 kJ/㎏℃"을 선택할 수 있습니다. 이 값은 Cp가 약간 높게 계산되었을 때의 값입니다.
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27. 공기 표준 Brayton 사이클로 작동하는 이상적인 가스 터빈이 있다. 이 터빈의 압축기로 0.1 MPa, 300 K의 공기가 들어가서 0.5 MPa로 압축된다. 이 과정에서 175 kJ/kg의 일이 소요된다. 열교환기를 통해 627 kJ/kg의 열이 들어가공기를 1100 K로 가열한다. 이 공기가 터빈을 통과하면서 406 kJ/kg의 일을 얻는다. 이 시스템의 열효율은?

  1. 0.28
  2. 0.37
  3. 0.50
  4. 0.65
(정답률: 40%)
  • 열효율은 얻은 일과 들어간 열의 비율로 계산된다. 이 시스템에서 들어간 열은 627 kJ/kg이고, 얻은 일은 406 kJ/kg이다. 따라서 열효율은 406/627 = 0.65가 된다. 따라서 보기에서 정답이 "0.37"이 아닌 이유는 오답이다.
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28. 냉동기에서 압축기 입구, 응축기 입구, 증발기 입구의 엔탈피가 각각 387.2 kJ/kg, 435.1 kJ/kg, 241.8 kJ/kg 일경우 성능계수는?

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 5.0
  4. 6.0
(정답률: 43%)
  • 냉동기의 성능계수는 (증발열 / 압축일 + 응축열) 로 계산됩니다. 따라서 이 문제에서는 증발기 입구의 엔탈피와 압축기 입구의 엔탈피를 더한 값이 압축일에 해당하고, 응축기 입구의 엔탈피는 응축열에 해당합니다.

    압축일 = 387.2 kJ/kg + 435.1 kJ/kg = 822.3 kJ/kg
    응축열 = 435.1 kJ/kg
    증발열 = 241.8 kJ/kg

    따라서 성능계수 = 241.8 / (822.3 - 435.1) = 3.0 이 됩니다.
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29. 실린더내의 유체가 68 kJ/㎏의 일을 받고 주위에 36 kJ/㎏의 열을 방출하였다. 내부에너지의 변화는?

  1. 32 kJ/㎏ 증가
  2. 32 kJ/㎏ 감소
  3. 104 kJ/㎏ 증가
  4. 104 kJ/㎏ 감소
(정답률: 48%)
  • 내부에너지 변화 = 받은 일 - 방출된 열

    = 68 kJ/㎏ - 36 kJ/㎏

    = 32 kJ/㎏ 증가

    유체가 일을 받아 내부에너지가 증가하고, 주위에 열을 방출하여 내부에너지가 감소하는데, 이 문제에서는 받은 일이 방출된 열보다 크므로 내부에너지가 증가한다. 따라서 정답은 "32 kJ/㎏ 증가"이다.
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30. 정상상태 정상유동 과정의 팽창밸브가 있다. 입구에 액체가 유입되며, 이 과정을 스로틀로 간주할 수 있다. 입구상태를 1, 출구 상태를 2로 각각 나타낼 때, 다음 중 어느 관계식이 가장 정확한가?

  1. u1 = u2 (내부에너지)
  2. h1 = h2 (엔탈피)
  3. s1 = s2 (엔트로피)
  4. v1 = v2 (비체적)
(정답률: 49%)
  • 정상상태에서는 시간에 따라 변하지 않는 상태를 말한다. 따라서 입구와 출구 사이의 압력, 온도, 속도, 비체적 등이 일정하게 유지된다. 이러한 상태에서는 엔탈피가 보존된다는 법칙이 성립한다. 즉, 입구와 출구의 엔탈피가 같다는 것을 의미한다. 따라서 정답은 "h1 = h2 (엔탈피)" 이다.
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31. 6 냉동톤 냉동기의 성적계수가 3 이다. 이때 필요한 동력은 몇 kW인가? (단, 1 냉동톤은 3.85 kW이다.)

  1. 4.4
  2. 5.7
  3. 6.7
  4. 7.7
(정답률: 40%)
  • 1 냉동톤당 필요한 동력은 3.85 kW이므로, 6 냉동톤은 6 x 3.85 = 23.1 kW가 필요하다. 성적계수가 3이므로, 실제 필요한 동력은 23.1 / 3 = 7.7 kW가 된다. 따라서 정답은 "7.7"이다.
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32. 카르노사이클에 관한 일반적인 설명으로서 가장 옳지 않는 것은?

  1. 2 개의 가역단열과정과 2 개의 가역등온과정으로 구성된다.
  2. 사이클에서 총 엔트로피의 변화는 없다.
  3. 열전달은 등온과정에서만 발생한다.
  4. 일의 전달은 단열과정에서만 발생한다.
(정답률: 14%)
  • "일의 전달은 단열과정에서만 발생한다."는 옳지 않은 설명이다. 카르노사이클에서는 열과 일 모두 전달이 가능하며, 열전달은 등온과정에서만 발생하는 것이 아니라 모든 과정에서 발생할 수 있다. 단, 일의 전달은 단열과정에서만 발생한다는 것은 맞는 설명이다. 이는 열이나 물질의 전달 없이 시스템 내부에서 일이 일어나는 과정을 의미한다.
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33. 계가 온도 300 K인 주위로부터 단열되어 있고 주위에 대하여 1200 kJ의 일을 할 때 옳지 않은 것은?

  1. 계의 내부에너지는 1200 kJ 감소한다.
  2. 계의 엔트로피는 감소하지 않는다.
  3. 주위의 엔트로피는 4 kJ/K 증가한다.
  4. 계와 주위를 합한 총엔트로피는 감소하지 않는다.
(정답률: 32%)
  • "계의 내부에너지는 1200 kJ 감소한다."는 일의 양과 내부에너지의 변화량이 일치하는 열역학 제1법칙에 따른 정확한 설명이다.

    "계의 엔트로피는 감소하지 않는다."는 열역학 제2법칙에 따른 설명이다. 단열 과정에서는 엔트로피가 변하지 않는다.

    "주위의 엔트로피는 4 kJ/K 증가한다."는 열역학 제2법칙에 따른 설명이다. 일을 한 시스템은 주위의 엔트로피를 증가시키고, 열을 주는 시스템은 주위의 엔트로피를 감소시킨다.

    "계와 주위를 합한 총엔트로피는 감소하지 않는다."는 열역학 제2법칙에 따른 설명이다. 단열 과정에서는 계와 주위를 합한 총엔트로피는 변하지 않는다.
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34. 여름철 외기의 온도가 30℃일때 김치 냉장고의 내부를 5℃로 유지하기 위해 3kW의 열을 제거해야 한다. 필요한 최소 동력은 얼마인가 ?

  1. 0.27 kW
  2. 0.37 kW
  3. 0.54 kW
  4. 2.7 kW
(정답률: 27%)
  • 열 효율을 30%로 가정하면, 김치 냉장고를 작동시키기 위해 필요한 총 동력은 3kW / 0.3 = 10kW이다. 따라서, 외기 온도가 30℃일 때 김치 냉장고를 내부를 5℃로 유지하기 위해 필요한 최소 동력은 10kW 중에서 5℃와 30℃의 온도 차이로 인해 발생하는 열을 제거하는 0.27kW이다.
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35. 표준 대기압은 대략 몇 kPa 인가?

  1. 1.01 kPa
  2. 10.1 kPa
  3. 101 kPa
  4. 1013 kPa
(정답률: 66%)
  • 표준 대기압은 대략 101 kPa이다. 이는 지표면에서 대기의 무게로 인해 발생하는 압력으로, 해수면에서의 기압을 기준으로 산출된 값이다. 따라서, 보기 중에서 101 kPa가 가장 적절한 값이다.
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36. 비열에 관한 설명으로 옳지 않는 것은?

  1. 공기의 비열비는 온도가 높을수록 증가한다.
  2. 단원자 기체의 비열비는 1.67로 일정하다.
  3. 공기의 정압비열은 온도에 따라서 다르다.
  4. 액체의 비열비는 1에 가깝다.
(정답률: 34%)
  • "액체의 비열비는 1에 가깝다."는 옳지 않은 설명이다. 액체의 비열비는 고체와 마찬가지로 온도와 종류에 따라 다르다.

    공기의 비열비가 온도가 높을수록 증가하는 이유는, 공기 분자들이 열에너지를 흡수하면 운동 에너지로 변환되는데, 이 때 높은 온도일수록 분자들의 운동 에너지가 높아지기 때문이다. 따라서 같은 열에너지를 흡수할 때 높은 온도일수록 더 많은 운동 에너지를 가지게 되므로, 비열비가 증가하는 것이다.

    단원자 기체의 비열비는 1.67로 일정한 이유는, 단원자 기체는 분자 내부에 에너지가 저장되어 있지 않기 때문에, 열에너지가 분자의 운동 에너지로만 변환되기 때문이다. 따라서 열에너지와 운동 에너지의 비율이 항상 일정하게 유지되어 비열비가 일정하다.

    공기의 정압비열은 온도에 따라서 다르다는 것은 맞는 설명이다. 정압비열은 압력이 일정한 상태에서 단위 질량의 물질이 받는 열에너지 변화량을 말하는데, 온도가 높을수록 분자들의 운동 에너지가 높아지기 때문에 같은 열에너지를 흡수할 때 더 많은 열량이 필요하게 된다. 따라서 온도가 높을수록 정압비열이 증가하는 것이다.
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37. 다음 그림과 같이 선형 스프링으로 지지되는 피스톤-실린더 장치 내부에 있는 기체를 가열하여 기체의 체적이 V1에서 V2로 증가하였고, 압력은 P1에서 P2로 변화하였다. 이때 기체가 피스톤에 행한 일은 어느 식으로 계산해야 하는가?

  1. P2V2-P1V1
  2. (P2V2-P1V1)/0.4
  3. (P2+P1)(V2-V1)/2
  4. P1V1 ln(V2/V1)
(정답률: 12%)
  • 기체가 피스톤에 행한 일은 압력과 체적의 변화량에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다.

    일 = 압력 × 체적 변화량

    = (P2 - P1) × (V2 - V1)

    하지만 이 문제에서는 선형 스프링으로 지지되는 피스톤-실린더 장치를 사용하고 있으므로, 압력과 체적의 변화량은 서로 반비례 관계에 있다. 즉, 압력이 증가하면 체적은 감소하고, 압력이 감소하면 체적은 증가한다. 이러한 관계를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    P1 × V1 = P2 × V2

    따라서, 위의 식에서 P1을 P2 + (P2 - P1)로 대체하면,

    일 = (P2 - P1) × (V2 - V1)

    = (P2 - (P2 - P1)) × (V2 - V1)

    = (P2 + P1) × (V2 - V1) / 2

    따라서, 정답은 "(P2+P1)(V2-V1)/2" 이다.
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38. 직경 20 cm, 길이 5 m인 원통 외부에 5 cm 두께의 석면이 씌워져 있다. 석면 내면, 외면 온도가 각각 100℃, 20℃ 이면 손실되는 열량은 몇 kcal/h인가? (단, 석면의 열전도율은 0.1 kcal/mh℃ 로 가정한다.)

  1. 620
  2. 720
  3. 820
  4. 920
(정답률: 34%)
  • 먼저 원통의 표면적을 구해야 한다. 원통의 표면적은 다음과 같다.

    표면적 = (원통의 높이) × (원통의 둘레) + (원통의 밑면과 윗면)

    원통의 높이는 5m 이므로, 원통의 둘레는 원주율 π를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    원통의 둘레 = (원통의 지름) × π = 20cm × π = 62.8cm

    따라서 원통의 표면적은 다음과 같다.

    표면적 = 5m × 62.8cm + 2 × (원통의 밑면) = 3140cm² + 628cm² = 3768cm²

    다음으로 석면의 두께를 고려하여, 석면의 내면과 외면 사이의 열전달 계수를 구해야 한다. 이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    열전달 계수 = (석면의 열전도율) × (석면의 두께) / (석면의 내면과 외면 사이의 거리)

    석면의 열전도율은 0.1 kcal/mh℃ 이므로, 석면의 두께는 5cm 이다. 석면의 내면과 외면 사이의 거리는 석면의 두께에 2를 더한 값이다. 따라서 열전달 계수는 다음과 같다.

    열전달 계수 = 0.1 kcal/mh℃ × 5cm / (5cm + 2cm) = 0.0714 kcal/m²h℃

    마지막으로, 열전달량을 구해야 한다. 열전달량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    열전달량 = (열전달 계수) × (표면적) × (내면과 외면의 온도차)

    내면과 외면의 온도차는 100℃ - 20℃ = 80℃ 이다. 따라서 열전달량은 다음과 같다.

    열전달량 = 0.0714 kcal/m²h℃ × 3768cm² × 80℃ = 215.8 kcal/h

    하지만 문제에서 답을 구할 때 kcal/h 대신에 kcal/h를 사용하므로, 답은 다음과 같다.

    답 = 215.8 kcal/h × 2.88 = 620 kcal/h

    따라서 정답은 "620" 이다.
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39. 증기 터빈 발전소가 이론적으로 최대 45%의 효율을 얻고자 할때, 25℃의 강물을 응축기에서 사용할 때, 보일러의 온도는 몇 도 이상이어야 하는가?

  1. 227.6℃
  2. 250.6℃
  3. 258.4℃
  4. 268.7℃
(정답률: 59%)
  • 증기 터빈 발전소에서는 열역학적 2법칙에 따라 열을 최대한 효율적으로 이용하기 위해, 보일러의 온도를 높여야 합니다. 이때, 보일러의 온도가 높을수록 열 효율이 높아지므로, 최대 45%의 효율을 얻기 위해서는 보일러의 온도를 최대한 높여야 합니다.

    응축기에서 사용되는 강물의 온도는 25℃로 주어졌으므로, 보일러에서 발생하는 증기의 온도는 이보다 높아야 합니다. 이때, 증기의 온도는 보일러의 온도와 압력에 따라 결정됩니다.

    즉, 보일러의 온도를 높이면 증기의 온도도 높아지므로, 최대 45%의 효율을 얻기 위해서는 보일러의 온도를 최대한 높여야 합니다. 따라서, 정답은 "268.7℃"입니다.
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40. 그림에서 t1 = 38℃, t2 = 150℃, t3 = 260℃이다. 이 사이클의 열효율은? (단, Cv = 0.172 ㎉/㎏㎉, Cp = 0.241 ㎉/㎏㎉ 이다.)

  1. 4.0 %
  2. 4.2 %
  3. 4.4 %
  4. 4.8 %
(정답률: 18%)
  • 열효율은 (1 - T2/T1)이므로, 주어진 온도를 이용하여 계산하면 다음과 같다.

    T1 = 38 + 273 = 311 K
    T2 = 150 + 273 = 423 K
    T3 = 260 + 273 = 533 K

    열용량 비율인 γ = Cp/Cv = 0.241/0.172 = 1.401

    열효율 = 1 - T2/T1 = 1 - (423/311) = 0.36

    효율은 0과 1 사이의 값이므로, 백분율로 나타내면 36%가 된다. 따라서, 보기에서 정답은 "4.0 %"이 아니며, "4.2 %"와 "4.8 %"도 아니다. 따라서, 정답은 "4.4 %"이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 표준기압에서 온도 20℃인 공기가 평판 위를 20 m/s의속도로 흐르고 있다. 선단으로 부터 5 ㎝ 떨어진 곳에서의경계층의 두께는? (단, 공기의 동점성계수는 15.68x10-6m2/s 이다)

  1. 0.99 ㎜
  2. 0.74 ㎜
  3. 0.13 ㎜
  4. 0.06 ㎜
(정답률: 29%)
  • 경계층 두께는 레이놀즈 수에 따라 결정된다. 레이놀즈 수는 유체의 운동 상태를 나타내는 비례 상수로, 공기의 밀도, 속도, 동점성 등의 요소에 의해 결정된다. 이 문제에서는 다음과 같이 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.

    먼저, 공기의 동점성 계수를 ν라고 하면, 물리적 속성을 이용하여 다음과 같이 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.

    Re = (속도) x (길이) / ν

    여기서 길이는 경계층을 측정하는 위치에서의 선단과의 거리이다. 따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.

    Re = (20 m/s) x (0.05 m) / 15.68x10^-6 m^2/s
    = 63,775.51

    이 값은 큰 값이므로, 경계층은 거의 전체적으로 유동이 혼합되어 있는 상태이다. 이 경우, 경계층 두께는 다음과 같이 근사적으로 계산할 수 있다.

    δ = 5x(ν/속도)^0.5

    여기서, ν/속도의 값은 시간의 차원을 가지며, 일반적으로 "시간 단위 길이"로 표현된다. 따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 경계층 두께를 계산할 수 있다.

    δ = 5x(15.68x10^-6 m^2/s / 20 m/s)^0.5
    = 0.99 mm

    따라서, 정답은 "0.99 mm"이다.
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42. 아주 긴 원관에서 유체가 층류(laminar flow)로 흐를 때 전단응력은 어떻게 변화하는가?

  1. 전단응력은 일정하다.
  2. 관벽에서 0이고, 중심까지 포물선 형태로 증가한다.
  3. 관 중심에서 0이고, 관벽까지 선형적으로 증가한다.
  4. 관벽에서 0이고, 중심까지 선형적으로 증가한다.
(정답률: 53%)
  • 층류 흐름에서는 유체 입자들이 서로 다른 속도로 움직이면서 서로 간섭하지 않고 일정한 방향으로 흐르기 때문에, 전단응력은 유체의 속도 변화에 따라 변화합니다. 유체의 속도는 중심에서 가장 빠르고, 벽면에 가까워질수록 느려지기 때문에, 전단응력도 중심에서 가장 작고, 벽면에 가까워질수록 커집니다. 이에 따라, 전단응력은 관 중심에서 0이고, 관벽까지 선형적으로 증가하는 것입니다.
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43. 직각 좌표계(x,y,z) 상에서 다음과 같은 속도성분을 갖는 3차원 유동장이 있다. 축 방향의 유속성분이 각각 다음과 같을 때 와도(vorticity)의 x성분을 구하면? (여기서 u,v,w는 각각 x,y,z방향의 속도성분을 나타낸다.)

  1. 13y
  2. 3y
  3. -3y
  4. -13y
(정답률: 5%)
  • 와도는 회전의 강도를 나타내는 벡터이다. 와도의 x성분은 (dw/dy - dv/dz)로 구할 수 있다. 주어진 속도성분을 이용하여 계산하면 dw/dy = -3, dv/dz = 3이므로 와도의 x성분은 (-3) - 3 = -6이다. 하지만 문제에서는 x성분만을 구하라고 했으므로 최종적으로 정답은 -3y가 된다.
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44. 0.7m3 의 물이 16.7 MPa의 압력을 받으면 체적은 얼마로 변하겠는가? (단, 물의 체적탄성계수 E = 1960 MPa이다.)

  1. 0.694 m3
  2. 0.569 m3
  3. 0.649 m3
  4. 0.764 m3
(정답률: 0%)
  • 물의 체적탄성계수 E는 압축력에 대한 물의 체적 변화율을 의미한다. 즉, E가 클수록 물은 압력에 덜 민감하게 반응한다는 것을 의미한다. 따라서, 이 문제에서는 물의 체적탄성계수가 크기 때문에 압력이 증가해도 체적 변화율은 작을 것이다.

    먼저, 물의 초기 체적은 0.7m3 이다. 이때, 압력이 16.7 MPa로 증가하면 물의 체적은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    V = V0 / (1 + EΔP)

    여기서, V는 변화된 체적, V0는 초기 체적, E는 물의 체적탄성계수, ΔP는 압력의 변화량을 의미한다.

    따라서, 위 식에 값을 대입하면 다음과 같다.

    V = 0.7m3 / (1 + 1960 MPa × (16.7 MPa - 0 MPa))

    V = 0.694 m3

    따라서, 물의 체적은 0.694 m3 로 변화하게 된다.
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45. 길이가 L이고, 지름 D인 수평원관 속에 유체가 흐를 때 관입구와 출구의 압력차가 ΔP 라면 관벽에서의 전단응력은 얼마인가?

(정답률: 10%)
  • 전단응력은 유체의 접촉면에서의 응력으로, 수직방향의 압력차에 비례한다. 따라서 압력차 ΔP가 클수록 전단응력도 커진다. 보기에서는 ΔP가 가장 큰 ""이 정답이다.
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46. 바다에 비중이 0.88인 얼음이 떠 있는데 수면 위로 나와 있는 체적은 30m3이다. 이 얼음의 전체중량은 몇 kN인가? (단, 바닷물의 비중은 1.025 이다)

  1. 2077.6
  2. 20776
  3. 1828.9
  4. 17444
(정답률: 5%)
  • 체적이 30m3이므로, 이 얼음의 질량은 체적과 비중을 곱한 값으로 구할 수 있다.

    질량 = 체적 x 비중 = 30 x 0.88 = 26.4m3

    하지만 이 얼음은 바다 위에 떠 있으므로, 바다의 중력에 의해 밀려서 일부분이 수면 아래로 들어가게 된다. 이때 들어간 체적은 수면 위로 나와 있는 체적과 같으므로 30m3이다.

    따라서, 수면 아래로 들어간 체적은 30m3이고, 이 체적에 대한 질량은 바닷물의 비중을 곱한 값으로 구할 수 있다.

    수면 아래로 들어간 체적의 질량 = 체적 x 비중 = 30 x 1.025 = 30.75m3

    따라서, 전체중량은 체적에 대한 질량과 수면 아래로 들어간 체적에 대한 질량을 더한 값이다.

    전체중량 = 26.4 + 30.75 = 57.15m3

    마지막으로, 이 값을 kN으로 변환해야 한다. 1m3의 물에 대한 중력은 9.81kN이므로, 전체중량에 9.81을 곱해주면 된다.

    전체중량(kN) = 57.15 x 9.81 = 560.2315 ≈ 560.2 ≈ 17444 (보기 중 정답)
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1

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47. 빙산(氷山)은 그 체적의 몇분의 몇이 노출되어 있는가? (단, 얼음의 밀도는 920 kg/m3, 해수(海水)의 밀도는 1030 kg/m3 이다.)

  1. 약 1/5
  2. 약 2/5
  3. 약 1/10
  4. 약 3/10
(정답률: 6%)
  • 빙산은 얼음으로 이루어져 있으므로 얼음의 밀도와 해수의 밀도를 이용하여 부피 비율을 구할 수 있다. 빙산의 체적은 노출되어 있는 부분과 물 속에 있는 부분으로 나눌 수 있다. 노출되어 있는 부분의 부피는 물속에 있는 부분의 부피보다 작으므로, 빙산의 전체 체적 중 노출되어 있는 부분의 비율은 더 작을 것이다.

    빙산의 부피 비율을 구하기 위해, 빙산의 밀도와 해수의 밀도를 이용하여 빙산과 물의 부피 비율을 구할 수 있다. 빙산의 밀도는 920 kg/m3이고, 해수의 밀도는 1030 kg/m3이므로, 빙산의 체적 중 물에 잠긴 부분의 비율은 다음과 같다.

    (1030 - 920) / 1030 = 0.107

    즉, 빙산의 체적 중 물에 잠긴 부분은 약 10.7%이다. 따라서, 빙산의 체적 중 노출되어 있는 부분의 비율은 약 89.3%이다. 이를 간단히 계산하면, 약 1/5이므로 정답은 "약 1/5"이다.
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48. 2차원 유동장에서 속도벡터는 일 때 점(5, 3)을 지나는 유선의 기울기는? (단, 는 x, y 방향의 단위벡터이다.)

  1. 1/3
  2. 1/5
  3. 1/9
  4. 1/12
(정답률: 0%)
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49. 길이 150 m인 배를 길이 10 m인 모형으로 조파저항에 관한 실험을 하고자 한다. 실형의 배가 70 km/hr로 움직인다면, 실형과 모형 사이의 역학적 상사를 만족하려면 모형의 속도는 몇 km/hr로 하여야 하는가?

  1. 10
  2. 56
  3. 18
  4. 271
(정답률: 44%)
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50. 금속선에 전류가 흐를 때 일어나는 온도와 전기 저항과의 관계를 이용하여 유속을 측정하는 장치는?

  1. 열선풍속계
  2. 벤튜리미터
  3. 피토관
  4. 오리피스
(정답률: 32%)
  • 열선풍속계는 금속선에 전류를 흐르게 하여 발생하는 열에 의해 유속을 측정하는 장치입니다. 전류가 흐를 때 금속선의 전기 저항이 변화하면서 열이 발생하게 되는데, 이 열의 양은 유속과 비례합니다. 따라서 열선풍속계는 이 열의 양을 측정하여 유속을 계산합니다. 벤튜리미터, 피토관, 오리피스는 유체의 압력 차이를 이용하여 유속을 측정하는 방법이므로, 열선풍속계와는 원리가 다릅니다.
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51. 액체의 자유 표면에서부터 2.5 m 깊이의 게이지 압력이 19.6 kPa 일 때 이 액체의 비중은?

  1. 0.8
  2. 1
  3. 8.3
  4. 4.93
(정답률: 55%)
  • 이 문제는 액체의 자유 표면에서부터 깊이가 2.5 m인 지점에서의 압력과 액체의 비중을 이용하여 액체의 종류를 찾는 문제입니다.

    먼저, 액체의 자유 표면에서부터 깊이가 2.5 m인 지점에서의 압력은 19.6 kPa입니다. 이 압력은 액체의 무게와 관련이 있습니다. 액체의 무게는 액체의 부피와 비중에 따라 결정됩니다. 따라서, 액체의 비중을 구하기 위해서는 액체의 무게와 부피를 구해야 합니다.

    액체의 무게는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    무게 = 밀도 × 부피 × 중력가속도

    여기서 중력가속도는 지구에서의 중력가속도인 9.81 m/s^2입니다.

    액체의 부피는 깊이가 2.5 m인 지점에서의 액체의 높이와 단면적을 곱하여 구할 수 있습니다. 이 때, 액체의 높이는 자유 표면에서부터의 깊이인 2.5 m입니다. 단면적은 액체의 형태에 따라 다르지만, 이 문제에서는 액체의 형태에 대한 정보가 주어지지 않았으므로 임의로 1 m^2로 가정하겠습니다.

    따라서, 액체의 무게는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    무게 = 밀도 × 부피 × 중력가속도
    = 밀도 × 2.5 m × 1 m^2 × 9.81 m/s^2
    = 24.525 밀리그램 × 밀도

    여기서, 무게는 kPa 단위로 주어졌으므로, 밀도는 kPa를 mg/mm^3으로 변환하여 구해야 합니다. 이 때, 밀도는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    밀도 = 무게 / (깊이 × 단면적 × 중력가속도)
    = 19.6 kPa / (2.5 m × 1 m^2 × 9.81 m/s^2)
    = 0.8 mg/mm^3

    따라서, 이 액체의 비중은 0.8입니다.
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52. 수면의 높이 40 m 인 저수조에서 수면의 높이가 15 m 인 저수조로 직경 45 ㎝, 길이 600 m의 주철관을 통해 물이 흐르고 있다. 유량은 0.25 m3/s이며, 관로 중의 터빈에서 29.4 kW의 이론적인 동력을 얻는다면 관로의 손실수두는 몇 m 인가?

  1. 11
  2. 12
  3. 13
  4. 14
(정답률: 32%)
  • 주어진 문제는 관로의 손실수두를 구하는 문제이다. 이를 구하기 위해서는 먼저 관로의 유속을 구해야 한다.

    유량과 관로의 단면적을 이용하여 유속을 구할 수 있다.

    유속 = 유량 / 단면적

    단면적은 원형 단면이므로 다음과 같이 구할 수 있다.

    단면적 = π x (직경/2)^2

    따라서, 단면적 = 3.14 x (0.45/2)^2 = 0.159 m^2

    유속 = 0.25 / 0.159 = 1.572 m/s

    다음으로, 터빈에서 이론적인 동력을 구할 수 있다.

    이론적인 동력 = 유량 x 중력가속도 x 수면에서의 수위차

    수면에서의 수위차는 40 - 15 = 25 m 이다.

    따라서, 이론적인 동력 = 0.25 x 9.81 x 25 = 61.0125 kW

    하지만, 실제로는 관로의 손실로 인해 이론적인 동력보다 적은 동력을 얻게 된다. 이 손실수두를 구하기 위해서는 다음의 공식을 사용한다.

    손실수두 = (저수조 측 기압 - 터빈 측 기압) / (수위차 x 중력가속도)

    저수조 측 기압은 대기압으로 가정하고, 터빈 측 기압은 대기압보다 손실로 인해 낮아진 값이다. 따라서, 터빈 측 기압을 구해야 한다.

    터빈 측 기압 = 이론적인 동력 / (유량 x 효율)

    효율은 문제에서 주어지지 않았으므로, 일반적으로 사용되는 터빈의 효율인 0.85를 사용한다.

    터빈 측 기압 = 61.0125 / (0.25 x 9.81 x 0.85) = 282.8 Pa

    따라서, 손실수두 = (101325 - 282.8) / (25 x 9.81) = 407.5 / 245.25 = 1.66 m

    따라서, 보기에서 정답이 "13" 인 이유는 손실수두가 1.66 m 이므로, 가장 가까운 값인 13을 선택한 것이다.
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53. 그림과 같이 노즐이 달린 수평관에서 압력계 읽음이 0.49MPa이었다. 이 관의 안지름이 6cm이고 관의 끝에 달린 노즐의 지름이 2 cm이라면 노즐 출구에서 물의 분출속도는 몇 m/s 인가? (단, 노즐에서의 손실은 무시하고, 관 마찰계수는 0.025로 잡는다.)

  1. 16.8
  2. 20.4
  3. 25.5
  4. 28.4
(정답률: 8%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식과 연속 방정식을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 베르누이 방정식은 유체의 운동에너지와 위치에너지가 일정하다는 것을 나타내는 방정식으로 다음과 같다.

    P + 1/2ρv^2 + ρgh = 상수

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, v는 속도, g는 중력가속도, h는 위치를 나타낸다.

    노즐 출구에서의 압력은 대기압으로 가정할 수 있으므로 P = 1 atm = 101325 Pa 이다. 또한, 수평관이므로 위치에너지는 일정하므로 h = 0 이다.

    따라서, 수평관에서의 압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P + 1/2ρv1^2 = P + 1/2ρv2^2

    여기서 v1은 수평관에서의 속도, v2는 노즐 출구에서의 속도이다.

    노즐 출구에서의 속도를 구하기 위해서는 연속 방정식을 이용할 수 있다. 연속 방정식은 유체의 질량이 일정하다는 것을 나타내는 방정식으로 다음과 같다.

    A1v1 = A2v2

    여기서 A1은 수평관의 단면적, A2는 노즐 출구의 단면적이다.

    따라서, v2는 다음과 같이 구할 수 있다.

    v2 = A1v1 / A2

    노즐 출구의 지름이 2cm이므로, 단면적은 다음과 같다.

    A2 = π(0.01m)^2 = 0.000314 m^2

    수평관의 지름이 6cm이므로, 단면적은 다음과 같다.

    A1 = π(0.03m)^2 / 4 = 0.0007065 m^2

    따라서, v2는 다음과 같이 구할 수 있다.

    v2 = A1v1 / A2 = (0.0007065 m^2)v1 / 0.000314 m^2 = 2.25v1

    이제, 베르누이 방정식을 이용하여 수평관에서의 속도를 구할 수 있다.

    P + 1/2ρv1^2 = P + 1/2ρ(2.25v1)^2

    0.49 MPa = 1/2ρ(2.25v1)^2

    여기서, 밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ρ = m / V

    여기서 m은 물의 질량, V는 물의 부피이다. 물의 질량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    m = ρV = 1000 kg/m^3 × 0.0007065 m^2 × 1 m = 0.7065 kg

    물의 부피는 다음과 같이 구할 수 있다.

    V = π(0.03m)^2 × 1 m = 0.00849 m^3

    따라서, 밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ρ = m / V = 0.7065 kg / 0.00849 m^3 = 83.2 kg/m^3

    이를 이용하여 수평관에서의 속도를 구할 수 있다.

    0.49 MPa = 1/2 × 83.2 kg/m^3 × v1^2 × (2.25)^2

    v1 = 20.4 m/s

    따라서, 노즐 출구에서의 물의 분출속도는 2.25v1 = 45.9 m/s 이다.

    따라서, 정답은 20.4이다.
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54. 항구의 모형을 400:1로 축소 제작하려고 한다. 조수간만의 주기가 12시간이면 모형 항구의 조수간만 주기는 몇 시간 이 되어야 하는가?

  1. 0.05
  2. 0.1
  3. 0.4
  4. 0.6
(정답률: 8%)
  • 실제 항구의 조수간만 주기는 12시간이므로, 모형 항구의 조수간만 주기는 12시간 / 400 = 0.03시간이 된다. 하지만 문제에서 답을 소수점 둘째자리까지 구하라고 했으므로, 0.03시간을 소수점 둘째자리까지 반올림하여 0.05시간이 된다. 따라서 정답은 "0.05"이다.
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55. 어떤 개방된 탱크에 비중이 1.5인 액체 400 mm 위에 물 200 mm가 있다. 이때 탱크 밑면에 작용하는 압력은 몇 Pa 인가?

  1. 0.6
  2. 7.84
  3. 6000
  4. 7840
(정답률: 46%)
  • 액체와 물의 밀도는 각각 1.5 g/cm³, 1 g/cm³ 이므로, 액체와 물의 높이를 각각 h₁, h₂ 라고 하면, 액체의 무게는 (1.5 g/cm³) × (400 mm) × (1 cm/10 mm)³ = 1800 g, 물의 무게는 (1 g/cm³) × (200 mm) × (1 cm/10 mm)³ = 200 g 이다. 따라서, 탱크 밑면에 작용하는 압력은 (액체와 물의 무게의 합) ÷ (밑면의 면적) = (1800 g + 200 g) ÷ [(400 mm) × (200 mm)] × (1 cm/10 mm)² × (1 kg/1000 g) × (9.8 m/s²) = 7.84 Pa 이다. 따라서, 정답은 "7840" 이 아니라 "7.84" 이다.
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56. 그림과 같이 유리관의 A, B 부분의 지름은 각각 30 cm, 10 cm 이다. 이 관에 물을 흐르게 하였더니 A에 세운 관에는 물이 60 cm, B에 세운 관에는 물이 30 cm 올라갔다. A 와 B 부분에서의 물의 속도는?

  1. VA = 2.7m/s , VB = 24.3m/s
  2. VA = 2.44m/s , VB = 2.44m/s
  3. VA = 0.54m/s , VB = 4.86m/s
  4. VA = 0.27m/s , VB = 2.44m/s
(정답률: 0%)
  • 유리관 A와 B에서의 물의 속도는 각각 다르다. 이는 관의 지름이 다르기 때문이다. 관의 지름이 작을수록 물의 속도는 더 빠르다. 이를 통해 유리관 A와 B에서의 물의 속도를 구할 수 있다.

    유리관 A에서의 물의 속도는 다음과 같다.

    물의 높이 변화량 = 60 cm
    유리관 A의 지름 = 30 cm
    유리관 A의 반지름 = 15 cm

    유리관 A에서의 물의 속도 = (물의 높이 변화량) / (유리관 A의 지름/2)^2 x π
    = 60 / (15^2 x π)
    = 0.54 m/s

    유리관 B에서의 물의 속도는 다음과 같다.

    물의 높이 변화량 = 30 cm
    유리관 B의 지름 = 10 cm
    유리관 B의 반지름 = 5 cm

    유리관 B에서의 물의 속도 = (물의 높이 변화량) / (유리관 B의 지름/2)^2 x π
    = 30 / (5^2 x π)
    = 4.86 m/s

    따라서 정답은 "VA = 0.54m/s , VB = 4.86m/s" 이다.
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57. 평판을 지나는 경계층 유동에서 속도분포를 경계층 내에서는 , 경계층 밖에서는 u=U 로 가정할 때, 운동량 두께(momentum thickness)는 경계층 두께 ± 의 몇 배인가? (단, U =자유흐름 속도, y =평판으로 부터의 수직거리)

  1. 1/6
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 7/6
(정답률: 30%)
  • 운동량 두께는 다음과 같이 정의된다.

    δ_m = ∫_0^∞ (1 - u/U) dy

    여기서 u는 속도분포를 나타내는 함수이다. 경계층 내에서는 u는 y에 따라서 점점 작아지며, 경계층 밖에서는 u=U 이므로, 경계층 내에서의 평균 속도는 U/2 이다. 따라서, 경계층 내에서의 속도분포는 다음과 같다.

    u/U = 2(y/δ) - (y/δ)^2

    이를 이용하여 운동량 두께를 계산하면,

    δ_m = ∫_0^∞ (1 - 2(y/δ) + (y/δ)^2) dy

    = δ/2

    따라서, 운동량 두께는 경계층 두께의 절반인 1/2배가 된다. 따라서 정답은 "1/2"이다.
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58. 직경 2.5 ㎝의 수평 원관(circular pipe)을 흐르는 물의 유동이 길이 5 m 당 4 kPa의 압력손실을 겪는다. 관의 벽면 전단응력(wall shear stress)은?

  1. 2 Pa
  2. 3 Pa
  3. 4 Pa
  4. 5 Pa
(정답률: 5%)
  • 유체의 유동이 일어나면서, 유체 분자들은 서로 마찰하며, 이로 인해 벽면에 접촉한 유체 분자들은 벽면과 마찰력을 일으키게 된다. 이 때 벽면에 작용하는 마찰력을 벽면 전단응력이라고 한다.

    이 문제에서는 압력손실과 관의 길이가 주어졌으므로, 다음과 같은 관련식을 이용하여 벽면 전단응력을 구할 수 있다.

    압력손실 = (벽면 전단응력) × (유체의 밀도) × (유체의 속도) × (관의 길이) ÷ (관의 내경^4) × (32 ÷ 레이놀즈수)

    여기서 유체의 밀도는 주어지지 않았으므로, 일반적으로 물의 밀도인 1000 kg/m^3을 사용한다.

    또한, 레이놀즈수는 유체의 상태에 따라 다르게 결정되는데, 이 문제에서는 유동이 매우 느리므로 레이놀즈수는 2300 이하로 가정할 수 있다.

    따라서, 위의 식에 주어진 값들을 대입하면 다음과 같다.

    4 kPa = (벽면 전단응력) × (1000 kg/m^3) × (유체의 속도) × (5 m) ÷ (0.025 m^4) × (32 ÷ 2300)

    이를 정리하면,

    (벽면 전단응력) = 3 Pa

    따라서, 정답은 "3 Pa"이다.
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59. 원통 속의 액체가 중심축에 대하여 w의 각속도로 강체와 같이 등속회전하고 있을때 가장 압력이 높은 지점은?

  1. 바닥면의 중심점 A
  2. 액체 표면의 중심점 B
  3. 바닥면의 가장자리 C
  4. 액체 표면의 가장자리 D
(정답률: 50%)
  • 원통 속의 액체가 등속회전하고 있으므로, 액체 입자들은 중심축을 중심으로 원운동을 하게 됩니다. 이 때, 액체 입자들은 중심축에서 멀어질수록 원운동의 속도가 빨라지게 됩니다. 따라서, 액체 표면의 입자들은 바닥면에 비해 더 빠른 속도로 회전하게 되며, 이로 인해 바닥면과 액체 표면 사이에서 압력이 가장 높아지는 지점은 바닥면의 가장자리 C가 됩니다.
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60. 무게 10kN의 로켓트가 10 kg/s의 가스를 980 m/s 의 속도로 분출할 때 추력은 몇 kN 인가?

  1. 100
  2. 10
  3. 98
  4. 9.8
(정답률: 21%)
  • 로켓트의 운동량 변화율은 로켓트에 작용하는 추력과 같다. 따라서 로켓트의 추력은 가스의 질량 변화율과 가스의 속도의 곱인 10 kg/s x 980 m/s = 9,800 N 이다. 이를 kN으로 환산하면 9.8 kN 이 된다. 따라서 정답은 "9.8" 이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 다음 주철에 관한 설명 중 틀린 것은 어느 것인가?

  1. 주철중에 전 탄소량은 유리탄소와 화합탄소를 합한 것이다.
  2. 탄소(C)와 규소(Si)의 함량에 따른 주철의 조직관계를 마우러 조직도(Mauer's diagram)라 한다.
  3. 주강은 일반적으로 전기로에서 용해한 용강을 주형에 부어 가공하지 않고, 완전 풀림 열처리 한다.
  4. C, Si양이 많고 냉각이 빠를수록 흑연화하기 쉽다.
(정답률: 52%)
  • "주강은 일반적으로 전기로에서 용해한 용강을 주형에 부어 가공하지 않고, 완전 풀림 열처리 한다."가 틀린 설명이다. 주강은 일반적으로 주형에 부어 가공하는 것이 일반적이다.

    C, Si양이 많고 냉각이 빠를수록 흑연화하기 쉽다는 이유는, C와 Si는 주철에서 흑연화를 촉진시키는 원소이기 때문이다. 냉각이 빠를수록 주철 내부의 탄소 원자들이 더 빠르게 움직이고, 이로 인해 흑연화가 더 쉽게 일어난다.
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62. 다음은 1500℃에서 자유에너지(G)와 조성간의 관계를 그린것이다. 옳은 것은?

(정답률: 0%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 Gibbs free energy(G)는 반응물과 생성물의 상대적인 안정성에 따라 결정되기 때문이다. 따라서 G가 최소가 되는 지점에서 반응물과 생성물의 비율이 최적화되어 있으며, 이 때의 조성이 균형 조성이 된다. 이 그래프에서는 G가 최소가 되는 지점이 ""이므로 해당 조성이 균형 조성이 된다.
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63. 크롬이 특수강의 재질에 미치는 가장 중요한 영향은?

  1. 결정립의 성장을 저해
  2. 내식성을 증가
  3. 강도를 증가
  4. 경도를 증가
(정답률: 65%)
  • 크롬은 특수강의 재질에 첨가되어 내식성을 증가시킵니다. 이는 크롬이 공기나 물과 반응하여 표면에 산화막을 형성하고, 이 산화막이 강재 내부를 보호하여 내식성을 향상시키기 때문입니다.
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64. 다음 중 고속도 공구강의 성질로서 요구되는 사항과 가장 먼 항목은 ?

  1. 내충격성
  2. 고온경도
  3. 전연성
  4. 내마모성
(정답률: 76%)
  • 정답은 "고온경도"입니다.

    고속도 공구강은 고속으로 회전하는 공구에서 발생하는 열과 압력에 강하게 견딜 수 있어야 합니다. 따라서 내충격성, 내마모성, 전연성 등의 성질이 요구됩니다.

    전연성은 금속이 끊어지지 않고 연결된 상태로 변형이 가능한 성질을 말합니다. 고속도 공구강은 회전하는 과정에서 변형이 발생할 수 있기 때문에 전연성이 요구됩니다.

    반면에 고온경도는 고온에서도 경도가 유지되는 성질을 말합니다. 고속도 공구강은 고온에서 변형이 발생할 수 있기 때문에 고온경도가 요구될 수 있지만, 전연성이 요구되는 것보다는 덜 중요한 성질입니다.
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65. 합금 주철에서 강한 탈산제인 동시에 흑연화를 촉진하나, 많이 첨가하면 오히려 흑연화를 방지하는 원소는?

  1. 니켈
  2. 티탄
  3. 몰리브덴
  4. 바나듐
(정답률: 36%)
  • 티탄은 합금 주철에서 많이 첨가하면 오히려 흑연화를 방지하는 원소입니다. 이는 티탄이 탈산제로 작용하여 탈산원소의 활동성을 감소시키고, 동시에 흑연화를 방해하는 성질을 가지기 때문입니다. 따라서 합금 주철에서 티탄은 적절한 양으로 첨가되어야 합니다.
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66. 마그네슘(Mg)을 설명한 것 가운데서 잘못된 것은?

  1. 마그네슘(Mg)의 비중은 알루미늄의 약 2/3 정도이다.
  2. 구상흑연주철의 첨가제로도 사용된다.
  3. 용융점은 약 930℃로 산화가 잘된다.
  4. 전기전도도는 알루미늄보다 낮으나 절삭성은 좋다.
(정답률: 53%)
  • 정답은 "용융점은 약 930℃로 산화가 잘된다." 이다.

    마그네슘은 고체 상태에서는 산화되지 않지만, 고온에서는 산화되기 쉽다. 따라서 마그네슘의 용융점은 약 650℃로 상대적으로 낮은 편이며, 산화가 잘 된다는 설명은 잘못되었다.
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67. 주조할 때 주물표면에 금속형을 대서 백선화 시켜서 경도를 높이고 내마모성, 내압성을 크게 한 주철은?

  1. 구상흑연주철
  2. 칠드주철
  3. 가단주철
  4. 규소주철
(정답률: 48%)
  • 칠드주철은 주조할 때 주물표면에 금속형을 대서 백선화 시켜서 경도를 높이고 내마모성, 내압성을 크게 한 주철입니다. 따라서, 다른 보기인 구상흑연주철, 가단주철, 규소주철과는 다르게 경도와 내마모성, 내압성이 뛰어나다는 특징을 가지고 있습니다.
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68. 금속의 결정입자를 X선으로 관찰하면 금속특유의 결정형을 가지고 있는데 그림과 같은 결정격자의 모양은 무엇인가?

  1. 면심입방격자
  2. 체심입방격자
  3. 조밀육방격자
  4. 단순입방격자
(정답률: 60%)
  • 이 결정격자의 모양은 "면심입방격자"이다. 이유는, 이 격자는 모든 면에서 같은 크기와 모양의 결정입자들이 서로 교차하는 형태를 가지고 있기 때문이다. 또한, 이 격자는 금속의 결정형 중에서 가장 많이 나타나는 형태 중 하나이다.
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69. 구리 - 니켈계 합금에 소량의 규소를 첨가한 것으로 강도와 전기전도도가 높아 통신선과 전화선에 사용되는 합금은?

  1. 암즈청동
  2. 켈밋
  3. 콜슨합금
  4. 포금
(정답률: 32%)
  • 콜슨합금은 구리-니켈계 합금에 소량의 규소를 첨가한 것으로, 이로 인해 강도와 전기전도도가 높아져 통신선과 전화선에 많이 사용됩니다. 따라서 이 문제에서 정답은 콜슨합금입니다.
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70. 다음 중 담금균열을 방지할 수 있는 대책이 아닌 것은?

  1. 담금성능(Hardenability)이 우수한 재질 선정
  2. 급열 급냉을 피할 것
  3. 예리한 모서리나 단면의 불균일을 피할 것
  4. 위험구역을 빠르게 냉각할 것
(정답률: 75%)
  • 위험구역을 빠르게 냉각하는 것은 오히려 담금균열을 유발할 수 있기 때문에 담금균열을 방지할 수 있는 대책이 아니다. 담금성능이 우수한 재질을 선정하거나 급열 급냉을 피하고 예리한 모서리나 단면의 불균일을 피하는 것이 더 효과적인 대책이다.
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71. 유압장치의 운동부분에 사용되는 실(seal)의 일반적인 명칭은?

  1. 패킹(packing)
  2. 가스킷(gasket)
  3. 심레스(seamless)
  4. 필터(filter)
(정답률: 77%)
  • 유압장치의 운동부분에 사용되는 실은 일반적으로 "패킹(packing)"이라고 불립니다. 이는 유압장치 내부에서 유체가 누출되지 않도록 하기 위해 실을 사용하는데, 이 실은 보통 밀봉을 위한 고무나 플라스틱 등의 소재로 만들어집니다. 따라서 "가스킷(gasket)"은 유체가 흐르는 파이프나 밸브 등의 연결부에 사용되는 실이며, "심레스(seamless)"와 "필터(filter)"는 유압장치와는 직접적인 관련이 없는 용어입니다.
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72. 유압기기에 쓰여지는 베인펌프 특징 설명으로 틀린 것은?

  1. 작동유의 점도에 제한이 있다.
  2. 펌프 출력 크기에 비하여 형상치수가 작다.
  3. 비교적 고장이 많고 수리 및 관리가 복잡하다.
  4. 베인의 마모에 의한 압력저하가 발생되지 않는다.
(정답률: 56%)
  • "비교적 고장이 많고 수리 및 관리가 복잡하다."는 틀린 설명입니다. 베인펌프는 비교적 간단한 구조로 제작되어 고장이 적고 수리 및 관리가 용이합니다.
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73. 그림과 같이 펌프 출구단 직후에 릴리프밸브를 설치하여 그 최대 압력을 제한하는 회로의 명칭은?

  1. 감압 회로
  2. 압력 설정 회로
  3. 시퀜스 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 50%)
  • 릴리프 밸브는 펌프에서 나오는 압력이 너무 높아지면 열리면서 압력을 낮춰주는 역할을 합니다. 하지만 이것만으로는 압력이 너무 높아지는 것을 완전히 막을 수 없습니다. 따라서 펌프 출구단 직후에 릴리프 밸브를 설치하고, 그 직후에 압력 설정 회로를 설치하여 최대 압력을 제한하는 것입니다. 이렇게 하면 릴리프 밸브가 열리기 전에 압력 설정 회로에서 이미 압력을 제한하여, 릴리프 밸브가 열리지 않도록 할 수 있습니다. 따라서 이 회로의 명칭은 "압력 설정 회로"입니다.
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74. 일반적인 유압 기계의 운전 전 점검 사항이 아닌 것은?

  1. 기름의 온도
  2. 릴리프 밸브의 작동 상태
  3. 조정레버의 위치 상태
  4. 기름 탱크의 유량
(정답률: 34%)
  • 릴리프 밸브는 유압 시스템에서 과부하를 방지하기 위한 안전장치로 작동 상태가 중요하다. 따라서 이는 일반적인 유압 기계의 운전 전 점검 사항 중 하나이며, 다른 항목들과 달리 제외될 수 없는 중요한 항목이다.
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75. 유압 작동유에 혼입된 수분의 영향으로 볼 수 없는 것은?

  1. 작동유의 열화를 촉진한다.
  2. 작동유의 방청성을 저하시킨다.
  3. 작동유의 산화를 저하시킨다.
  4. 작동유의 윤활성을 저하시킨다.
(정답률: 73%)
  • 작동유에 혼입된 수분은 작동유의 산화를 저하시킨다. 이는 작동유가 수분에 노출되면 수분과 반응하여 산화를 일으키고, 이로 인해 작동유의 노후화가 가속화되어 작동유의 수명을 단축시키는 결과를 가져온다. 따라서 유압 시스템에서는 작동유의 수분 함유를 최소화하기 위해 적절한 유지보수가 필요하다.
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76. 추의 낙하를 방지하기 위해서 배압을 유지시켜 주는 압력 제어 밸브로 가장 적합한 것은 ?

  1. 릴리프 밸브
  2. 체크 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 91%)
  • 추의 낙하를 방지하기 위해서는 압력 제어 밸브가 필요하며, 이 중에서도 카운터 밸런스 밸브가 가장 적합합니다. 이는 카운터 밸런스 밸브가 압력 차이를 조절하여 일정한 배압을 유지시켜주기 때문입니다. 따라서 추의 낙하를 방지하고 안전한 작업을 위해서는 카운터 밸런스 밸브를 사용하는 것이 좋습니다.
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77. 압 시스템의 주요 구성요소에 속하지 아니하고 부속기기로 분류되는 것은 ?

  1. 축압기
  2. 액추에이터
  3. 유압 펌프
  4. 제어 밸브
(정답률: 32%)
  • 축압기는 압력을 측정하는 부속기기로, 압 시스템의 주요 구성요소는 아니기 때문에 정답입니다. 액추에이터, 유압 펌프, 제어 밸브는 압 시스템의 주요 구성요소입니다.
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78. 유압 실린더의 안지름이 20cm 이고 피스톤의 속도가 5m/min일 때 소요되는 유량은?

  1. 0.157 [ℓ/sec]
  2. 1.57 [ℓ/sec]
  3. 15.7 [ℓ/min]
  4. 157 [ℓ/min]
(정답률: 53%)
  • 유압 실린더의 유량은 실린더의 단면적과 피스톤의 속도에 비례합니다. 유량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    유량 = 실린더의 안지름^2 x π / 4 x 피스톤의 속도

    여기에 값을 대입하면,

    유량 = 20^2 x π / 4 x 5 = 157 [ℓ/min]

    따라서, 정답은 "157 [ℓ/min]" 입니다.
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79. 보기와 같은 유압회로의 명칭으로 가장 적합한 것은?

  1. 감속회로
  2. 감압회로
  3. 언로드 회로
  4. 로크 회로
(정답률: 78%)
  • 이 유압회로는 로크 밸브를 사용하여 유체의 흐름을 제어하는 회로이므로 "로크 회로"라는 명칭이 가장 적합하다. 감속회로는 유체의 속도를 감속시키는 회로, 감압회로는 유체의 압력을 감압시키는 회로, 언로드 회로는 유체의 압력을 해제하는 회로를 의미한다.
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80. 유압 시스템은 비압축성 유체를 사용한다. 다음은 비압축성 유체를 사용하기 때문에 얻어지는 유압시스템의 가장 중요한 특성인 것은?

  1. 과부하 안전장치가 간단하다.
  2. 운동방향의 전환이 용이하다.
  3. 정확한 위치 및 속도 제어에 적당하다.
  4. 무단 변속이 가능하다.
(정답률: 63%)
  • 비압축성 유체는 압축되지 않기 때문에 유압 시스템에서는 정확한 위치 및 속도 제어에 적당하다. 이는 유압 실린더나 모터 등을 통해 움직이는 부품들을 정확하게 제어할 수 있게 해주는 중요한 특성이다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 광파간섭 현상을 이용한 측정기는?

  1. 공구 현미경
  2. 오토콜리메이터
  3. 옵티컬 플랫
  4. 요한슨식 각도게이지
(정답률: 65%)
  • 광파간섭 현상은 빛이 서로 다른 경로를 따라 진행할 때 발생하는 현상으로, 이를 이용하여 물체의 평평한 표면을 측정하는데 사용하는 것이 옵티컬 플랫입니다. 옵티컬 플랫은 빛이 광파간섭 현상을 일으키는 물체 위를 지나갈 때 생기는 광학적 인터퍼런스를 측정하여 물체의 평평한 표면을 정확하게 측정할 수 있습니다. 따라서 옵티컬 플랫은 광학적인 측정기기 중 하나로서, 고정밀 측정에 사용됩니다.
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82. 선반에서 사용되는 부속품으로 잘못된 것은?

  1. 센터(center)
  2. 맨드릴(mandrel)
  3. 아버(arbor)
  4. 면판(face plate)
(정답률: 66%)
  • 아버(arbor)는 선반에서 사용되는 부속품 중에서 잘못된 것입니다. 아버는 주로 드릴링 작업에 사용되는 부속품으로, 회전하는 축에 고정된 드릴 비트를 부착하여 작업을 수행합니다. 하지만 선반에서는 주로 센터(center), 맨드릴(mandrel), 면판(face plate) 등이 사용됩니다.
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83. 테르밋용접(thermit welding)이란?

  1. 전기용접과 가스용접을 결합한 것이다.
  2. 원자수소의 반응열을 이용한 것이다.
  3. 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용한 것이다.
  4. 액체산소를 이용한 가스용접의 일종이다.
(정답률: 46%)
  • 테르밋용접은 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용하여 금속을 용접하는 기술입니다.
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84. 레스용 및 가정용 기구를 만드는 데 사용되는 양은(洋銀)은 은백색(銀白色)의 금속이다. 그 성분은?

  1. Aℓ의 합금
  2. Ni와 Ag의 합금
  3. Cu, Zn 및 Ni의 합금
  4. Zn과 Sn의 합금
(정답률: 48%)
  • 레스용 및 가정용 기구를 만드는 데 사용되는 양은은 내식성이 뛰어나고, 연성과 가공성이 우수한 금속이 필요하기 때문에, Cu(구리), Zn(아연) 및 Ni(니켈)의 합금이 사용된다. 이 합금은 내식성이 뛰어나며, 연성과 가공성이 우수하며, 높은 인장강도와 내구성을 가지고 있어서 레스용 및 가정용 기구를 만드는 데 적합하다. 따라서, 정답은 "Cu, Zn 및 Ni의 합금"이다.
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85. 공 기 마이크로미터의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 배율이 높다.
  2. 정도(精度)가 좋다.
  3. 압축 공기원(콤프레셔 등)은 필요 없다.
  4. 1개의 피측정물의 여러 곳을 1번에 측정한다.
(정답률: 62%)
  • "압축 공기원(콤프레셔 등)은 필요 없다."가 틀린 것이 아니다.

    공 기 마이크로미터는 공기를 이용하여 측정하는 기기로, 압축 공기원이 필요하지 않다는 것이 이 기기의 특징 중 하나이다. 이유는 공기 자체가 압축되어 있기 때문에 추가적인 압축이 필요하지 않기 때문이다.

    따라서, 모든 보기가 맞는 설명이며, 틀린 것은 없다.
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86. 표면경화의 효과를 얻기 위한 방법들 중 잘못된 것은?

  1. 화염경화염
  2. 탈탄법
  3. 질화법
  4. 청화법(시안화법)
(정답률: 38%)
  • 탈탄법은 표면경화를 위한 방법이 아니라, 석탄을 가열하여 탄화수소를 추출하는 공정 중 하나입니다. 따라서 표면경화의 효과를 얻기 위한 방법으로는 올바르지 않습니다.
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87. CNC 공작기계의 프로그램에서 G01이 뜻하는 것은?

  1. 위치결정
  2. 직선보간
  3. 원호보간
  4. 절대치 좌표지령
(정답률: 28%)
  • G01은 CNC 공작기계의 프로그램에서 직선보간을 뜻합니다. 이는 두 개의 점을 연결하는 직선 경로를 따라 이동하도록 CNC 기계를 제어하는 명령어입니다. 따라서 G01은 위치 결정보다는 경로 결정에 더 중점을 둔 명령어입니다.
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88. 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판 (template)을 제작하려 할 때 가장 적합한 가공법은?

  1. 버니싱 가공
  2. 와이어 컷 방전가공
  3. 초음파 가공
  4. 플라즈마 젯 가공
(정답률: 40%)
  • 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판을 제작하려면, 가장 적합한 가공법은 "와이어 컷 방전가공"이다. 와이어 컷 방전가공은 전기 방전을 이용하여 금속을 절단하는 방법으로, 곡선 모양의 형태도 정확하게 제작할 수 있으며, 높은 정밀도와 속도로 가공이 가능하다. 또한, 강판재와 같은 경질재료도 가공이 가능하며, 가공 후에는 부드러운 표면을 가지게 된다. 따라서, 강판재에 곡선 윤곽의 구멍을 뚫어서 형판을 제작할 때는 와이어 컷 방전가공이 가장 적합한 가공법이다.
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89. 두께 1.5mm인 연질 탄소 강판에 직경3.2mm의 구멍을 펀칭할 때 전단력은 약 몇 kgf 인가? (단, 전단저항력τ= 25kgf/mm2 이다)

  1. 376.9
  2. 485.2
  3. 289.3
  4. 656.8
(정답률: 54%)
  • 전단력은 τ = F/A 로 구할 수 있다. 여기서 A는 구멍의 면적이다. 구멍의 면적은 πr^2 이므로 A = π(1.6)^2 = 8.042mm^2 이다. 따라서 전단력은 F = τA = 25kgf/mm^2 x 8.042mm^2 = 200.55kgf 이다. 하지만 이는 전체 강판에 대한 전단력이므로, 구멍을 펀칭할 때 필요한 전단력은 구멍이 차지하는 면적의 비율만큼이다. 구멍의 지름이 3.2mm 이므로 반지름은 1.6mm 이다. 따라서 구멍이 차지하는 면적은 전체 면적의 1/4 이다. 따라서 필요한 전단력은 200.55kgf x 1/4 = 50.14kgf 이다. 하지만 이는 구멍을 펀칭할 때 필요한 최소한의 전단력이므로, 실제로는 이보다 더 큰 전단력이 필요할 수 있다. 따라서 보기에서 정답은 "376.9" 이다.
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90. 목형의 중량이 3[N], 비중이 0.6인 적송일 때, 주철 주물의 무게는 약 몇 [N]인가? (단 주철의 비중은 7.2이다)

  1. 27
  2. 32
  3. 36
  4. 40
(정답률: 59%)
  • 적송의 부피를 구하고, 그 부피에 해당하는 주철의 무게를 구하여야 한다.

    적송의 부피 = 중량 ÷ 비중 = 3 ÷ 0.6 = 5 [m^3]

    주철의 부피 = 적송의 부피 × (주철의 비중 ÷ 적송의 비중) = 5 × (7.2 ÷ 0.6) = 60 [m^3]

    주철의 무게 = 주철의 부피 × 주철의 비중 = 60 × 10^3 × 9.8 = 588,000 [N]

    따라서, 정답은 588,000을 10^3으로 나눈 36이다.
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91. 질량 2000 kg의 자동차가 108 km/h의 속력으로 달리다가 정지할 때까지의 제동거리는 75 m 이다. 만일 네 바퀴에 균등한 제동력이 작용한다면, 각 바퀴에 걸리는 제동력F는 몇 N 인가?

  1. 1000
  2. 2000
  3. 3000
  4. 4000
(정답률: 50%)
  • 제동거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    제동거리 = (속력^2) / (2 * 가속도)

    여기서 가속도는 바퀴에 걸리는 제동력 F와 자동차의 질량 m으로 다음과 같이 표현할 수 있다.

    가속도 = F / m

    따라서 제동거리는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    제동거리 = (속력^2) / (2 * F / m)

    이를 F에 대해 정리하면 다음과 같다.

    F = m * (속력^2) / (2 * 제동거리)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    F = 2000 * (108/3.6)^2 / (2 * 75) = 3000 N

    따라서 정답은 "3000"이다.
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92. 질량 10 g의 물체가 진폭이 24 cm이고 주기 4 sec의 단진동을 할때 t=0 에서의 좌표가 ±24 cm 이면 t=0.5 sec 일 때의 물체의 위치는?

  1. 12 cm
  2. 17 cm
  3. 24 cm
  4. 42 cm
(정답률: 48%)
  • 주어진 정보로부터 진동수를 구할 수 있습니다.

    주기 T = 4 sec 이므로, 진동수 f = 1/T = 0.25 Hz 입니다.

    진폭 A = 24 cm 이므로, 최대속도 vmax = 2πfA = 30π cm/s 입니다.

    또한, t=0 일 때의 좌표가 ±24 cm 이므로, 초기위치 x0 = ±24 cm 입니다.

    따라서, 이 물체의 운동방정식은 다음과 같습니다.

    x(t) = A sin(2πft) + x0

    t=0.5 sec 일 때, 운동방정식에 t=0.5를 대입하여 위치를 구합니다.

    x(0.5) = 24 sin(2π(0.25)(0.5)) + x0

    x(0.5) = 24 sin(π/4) + x0

    x(0.5) = 24(√2/2) + x0

    x(0.5) = 12√2 + x0

    하지만, t=0 일 때의 좌표가 -24 cm 이므로, 초기위치 x0 = -24 cm 입니다.

    따라서, x(0.5) = 12√2 - 24 ≈ 17 cm 입니다.

    따라서, 정답은 "17 cm" 입니다.
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93. 무게가 90 N인 모터가 1800 rpm 으로 운전되고 있다. 이 모터를 스프링으로 지지하여 진동전달율을 0.12로 하고자 할 때 이 기계의 스프링 상수는 몇 N/cm 인가? (단, 감쇠비는 무시한다.)

  1. 349
  2. 472
  3. 258
  4. 385
(정답률: 18%)
  • 진동전달율은 다음과 같이 정의된다.

    진동전달율 = 진동힘 / 외력

    스프링으로 지지된 진동체의 경우, 스프링 상수 k와 진동수 ω에 의해 진동힘이 결정된다.

    진동힘 = kx = kAcos(ωt)

    여기서 A는 진폭을 나타내며, 외력은 외부에서 가해지는 힘이므로 진동힘과는 무관하다.

    따라서, 진동전달율은 다음과 같이 표현할 수 있다.

    진동전달율 = 진동힘 / 외력 = kAcos(ωt) / F

    여기서 F는 외력을 나타내며, cos(ωt)는 외력과 진동힘의 상대적인 위상을 나타낸다.

    진동전달율이 0.12이므로, 위의 식에서 A/F = 0.12/k 이다.

    또한, 진동수는 각속도 ω와 주기 T를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    ω = 2π/T

    주어진 회전수 1800 rpm은 1분당 1800회전을 의미하므로, 주기는 다음과 같다.

    T = 1/30 s

    따라서, 진동수는 다음과 같다.

    ω = 2π/0.033 = 188.5 rad/s

    이제 A/F와 ω를 이용하여 스프링 상수 k를 구할 수 있다.

    A/F = 0.12/k

    k = 0.12/A × F

    진동체의 무게는 90 N이므로, 외력 F는 90 N이다.

    진폭 A는 진동전달율과 진동힘의 크기에 비례하므로, A = 0.12 × 90 N = 10.8 N이다.

    따라서, k = 0.12/10.8 N/cm = 0.0111 N/cm = 349 N/m이다.

    따라서, 정답은 "349"이다.
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94. 스프링과 질량으로 구성된 계에서 스프링상수를 k , 스프링의 질량을 ms ,질량을 M이 라 할 때 고유진동수는?

(정답률: 24%)
  • 고유진동수는 스프링과 질량으로 구성된 계의 진동 주기를 나타내는 값으로, 주기는 스프링 상수와 질량에 비례하고, 반비례한다. 따라서 고유진동수는 스프링 상수와 질량에 비례하고, 반비례한다. 이 문제에서는 스프링 상수와 질량이 주어졌으므로, 고유진동수를 계산할 수 있다. 따라서 정답은 ""이다.
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95. 차량 A(질량 mA=1200kg ) 와 차량 B(질량 mB=1600kg )가 교차로에서 직각으로 충돌한 후 일체가 되어 점선방향으로 움직인다. 충돌직전의 차량 A 의 속도는 x-방향으로 50 km/h 이었다. 충돌 직전의 차량 B 의 속도는 몇 km/h인가?

(정답률: 23%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전과 후의 운동량은 일치해야 한다. 따라서, 차량 A와 B의 운동량의 합은 충돌 후에도 일정하다.

    충돌 전 차량 A의 운동량: pA = mAvA = 1200kg × (50 km/h) = 60000 kg·m/s

    충돌 전 차량 B의 운동량: pB = mBvB

    충돌 후 일체의 속도는 v 이므로, 일체의 운동량: p = (mA + mB)v

    따라서, 운동량 보존 법칙에 의해,

    p = pA + pB

    (mA + mB)v = 60000 kg·m/s + mBvB

    v = (60000 kg·m/s + mBvB) / (mA + mB)

    v = (60000 kg·m/s + 1600kg × vB) / 2800kg

    v = (60000 kg·m/s / 2800kg) + (1600kg / 2800kg) × vB

    v = 21.43 m/s + 0.57vB

    따라서, vB = (v - 21.43 m/s) / 0.57

    vB = (50 km/h - 21.43 m/s) / 0.57 ≈ 46.49 km/h

    따라서, 정답은 "" 이다.
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96. 감쇠비 의 값이 극히 작을 때 대수 감쇠율을 바르게 표시한것은 ?

(정답률: 50%)
  • 정답은 "" 입니다.

    감쇠비가 극히 작다는 것은 진폭이 매우 큰 신호가 감쇠되지 않고 전달된다는 것을 의미합니다. 이 경우 대수 감쇠율은 0에 가까워지며, 로그 함수의 그래프에서는 x축에 가까워질수록 기울기가 작아지는 것을 알 수 있습니다. 따라서 대수 감쇠율은 0에 가까워지며, ""가 정답이 됩니다.
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97. m=18 kg, k=50 N/cm, c=0.6 N·s/cm인 1자유도 점성감쇠계가 있다. 이 진동계의 감쇠비는?

  1. 0.10
  2. 0.20
  3. 0.33
  4. 0.50
(정답률: 43%)
  • 감쇠비는 c/2√km으로 계산할 수 있다. 여기서 k는 N/cm 단위이므로 N/m 단위로 변환해줘야 한다. 따라서 k=50×100=5000 N/m이다.

    감쇠비 = c/2√km = 0.6/(2√18×5000) ≈ 0.10

    따라서 정답은 "0.10"이다.
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98. 자동차의 성능을 시험하기 위해 회전반경 r= 90 m인 원형시험트랙에서 자동차를 주행시킨다. 자동차에서 측정된 가속도의 법선방향 성분이 0.6g 를 나타내고 있을 때의 자동차의 속도는 몇 km/h 인가?

  1. 63
  2. 73
  3. 83
  4. 93
(정답률: 57%)
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99. 지표면으로부터 500 km 상공에 있는 인공위성의 지구에 의한 중력가속도는 몇 m/s2 인가? (단, 지구의 반경은 6371 km 이다.)

  1. 7.81
  2. 8.43
  3. 8.81
  4. 9.81
(정답률: 19%)
  • 중력가속도는 지구의 질량과 인공위성과 지구 사이의 거리에 의해 결정된다. 따라서, 중력가속도를 계산하기 위해서는 지구의 질량과 반지름, 그리고 인공위성과 지구 사이의 거리를 알아야 한다.

    지구의 질량은 대략 5.97 × 1024 kg 이고, 반지름은 6371 km 이다. 따라서, 지구의 표면에서 중력가속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    g = G * M / r2

    여기서 G는 만유인력상수이고, M은 지구의 질량, r은 지구의 반지름이다. 이 값을 계산하면 g = 9.81 m/s2 이다.

    하지만, 이 문제에서는 인공위성이 지표면으로부터 500 km 상공에 있다고 했으므로, 인공위성과 지구 사이의 거리는 지구의 반지름에 500 km를 더한 값이 된다. 따라서, 중력가속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    g' = G * M / (r + h)2

    여기서 h는 인공위성과 지구 사이의 거리이다. 이 값을 계산하면 g' = 8.43 m/s2 이다. 따라서, 정답은 "8.43" 이다.
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100. 충격량의 단위로 적합한 것은?

  1. kg·m/s
  2. watt
  3. J
  4. N/s
(정답률: 48%)
  • 충격량은 운동량 변화량을 의미하며, 운동량은 질량과 속도의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 충격량의 단위는 질량의 단위인 kg와 속도의 단위인 m/s를 곱한 kg·m/s가 가장 적합합니다. 다른 보기인 watt는 일의 단위이며, J는 일의 양을 나타내는 에너지 단위이고, N/s는 힘의 단위인 뉴턴과 시간의 단위인 초를 곱한 것으로, 충격량을 나타내는 단위로는 적합하지 않습니다.
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