일반기계기사 필기 기출문제복원 (2007-05-13)

일반기계기사 2007-05-13 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2007-05-13 기출문제)

목록

1과목: 재료역학

1. 바깥지름 4 cm, 안지름 2 cm의 속이 빈 원형축에 10 MPa의 최대 전단응력이 생기도록하려면 비틀림 모멘트의 크기는 몇 Nㆍm로 해야 하는가?

  1. 50
  2. 212
  3. 135
  4. 118
(정답률: 75%)
  • 중공축의 비틀림 모멘트와 최대 전단응력의 관계식을 이용하여 모멘트 크기를 계산합니다.
    ① $T = \frac{\tau \pi (D^{4}-d^{4})}{16D}$
    ② $T = \frac{10 \times 10^{6} \times \pi \times (0.04^{4}-0.02^{4})}{16 \times 0.04}$
    ③ $T = 117.8\text{ N\cdot m} \approx 118\text{ N\cdot m}$
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2. 원형 단면보의 임의 단면에 걸리는 전체 전단력이 V일 때, 단면의 중립 축 위에 생기는 최대 전단응력은?

(정답률: 64%)
  • 원형 단면보의 중립축에서 발생하는 최대 전단응력은 평균 전단응력의 $4/3$배가 되는 특성을 가집니다.
    따라서 전체 전단력을 $V$, 단면적을 $A$라고 할 때 최대 전단응력은 다음과 같습니다.
    $$\tau_{max} = \frac{4V}{3A}$$
    정답은 입니다.
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3. 그림과 같이 초기온도 20℃, 초기길이 19.95 cm, 지름 5 cm인 봉을 간격이 20 cm인 두 벽면 사이에 넣고 봉의 온도를 220℃로 가열했을 때 봉에 발생되는 응력은 몇 MPa 인가? (단, 봉의 선팽창계수 α=1.2 × 10-5/℃ 이고, 탄성계수 E= 210 GPa이다.)

  1. 0
  2. 25.2
  3. 257
  4. 504
(정답률: 67%)
  • 열팽창에 의한 변형량이 벽면 사이의 여유 공간보다 작으면 봉이 벽에 닿지 않아 응력이 발생하지 않습니다.
    ① [열변형량 공식] $\Delta L = \alpha \times \Delta T \times L$
    ② [숫자 대입] $\Delta L = (1.2 \times 10^{-5}) \times (220 - 20) \times 19.95 = 0.04788$
    ③ [최종 결과] $\Delta L = 0.048\text{ cm}$
    벽과 봉 사이의 간격은 $20 - 19.95 = 0.05\text{ cm}$이며, 열변형량($0.048\text{ cm}$)이 이 간격보다 작으므로 압축이 일어나지 않아 응력은 $0$입니다.
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4. 평면 응력상태에 있는 재료 내부에 서로 직각인 두 방향에서 수직 응력 σx, σy가 작용할 때 생기는 최대 주응력과 최소 주응력을 각각 σ1, σ2라 하면 다음 중 어느 관계식이 성립하는가?

(정답률: 54%)
  • 평면 응력 상태에서 주응력의 합은 임의의 방향에서의 수직 응력의 합과 같다는 응력 불변성(Stress Invariant) 원리에 의해 다음 관계식이 성립합니다.
    $$\sigma_1 + \sigma_2 = \sigma_x + \sigma_y$$
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5. 탄성 한도내에서 인장 하중을 받는 막대에 발생하는 응력이 2배가 되면 단위 체적속에서 저장되는 변형 에너지는 몇배가 되는가? (단, 탄성계수는 일정함)

  1. 1/2배
  2. 2배
  3. 1/4배
  4. 4배
(정답률: 47%)
  • 탄성 한도 내에서 단위 체적당 저장되는 변형 에너지(탄성 에너지 밀도)는 응력의 제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $u = \frac{\sigma^{2}}{2E}$
    ② [숫자 대입] $u_{new} = \frac{(2\sigma)^{2}}{2E} = 4 \times \frac{\sigma^{2}}{2E}$
    ③ [최종 결과] $u_{new} = 4u$
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6. 다음 그림과 같이 집중하중을 받는 일단 고정, 타단 지지된 보에서 고정단에서의 모멘트는?

  1. 0
(정답률: 50%)
  • 일단 고정, 타단 지지된 보의 중앙에 집중하중 $P$가 작용할 때, 고정단에서 발생하는 모멘트의 크기를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{3PL}{16}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{3PL}{16}$
    ③ [최종 결과] $M = \frac{3PL}{16}$
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7. 주평면에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 주평면에서 전단응력의 최대값은 주응력의 1/2 이다.
  2. 주평면에는 전단응력은 작용하지 않고 수직응력만 작용한다.
  3. 주평면에는 수직응력과 전단응력의 합이 작용한다.
  4. 주평면에서 수직응력은 작용하지 않고 최대 전단응력만 작용한다.
(정답률: 40%)
  • 주평면(Principal Plane)의 정의에 따라, 해당 평면에서는 전단응력이 0이 되며 오직 수직응력(주응력)만 작용합니다.

    오답 노트
    주평면에서 전단응력의 최대값은 주평면이 아닌 최대전단응력 평면에서 발생합니다.
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8. 안지름 400 mm, 내압 8 MPa 인 고압가스 용기의 뚜껑을 8 개의 볼트로 같은 간격으로 조일 때 각 볼트의 지름은 최소 몇 mm 로 해야 하는가? (단, 볼트의 허용 인장응력은 45 MPa로 한다.)

  1. 20
  2. 40
  3. 60
  4. 80
(정답률: 29%)
  • 용기 뚜껑에 작용하는 전체 내압 하중을 볼트의 개수와 허용 인장응력으로 나누어 볼트 1개당 필요한 단면적과 지름을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $d = \sqrt{\frac{\frac{P \times \frac{\pi D^{2}}{4}}{n}}{\frac{\pi \sigma}{4}}}$
    ② [숫자 대입] $d = \sqrt{\frac{\frac{8 \times \frac{\pi \times 400^{2}}{4}}{8}}{\frac{\pi \times 45}{4}}}$
    ③ [최종 결과] $d = 59.6$ (약 $60\text{mm}$)
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9. 지름 10 cm인 연강봉(탄송계수 Es=210 GPa)이 외경 11 cm, 내경 10 cm인 구리관(탄성계수 Ec=150 GPa)사이에 끼워져 있다. 양단에서 강체평판으로 10 kN의 압축하중을 가할 때 연강봉과 구리관에 생기는 응력비 σs/σc의 값은?

  1. 5/6
  2. 5/7
  3. 6/5
  4. 7/5
(정답률: 49%)
  • 강체평판으로 압축하므로 두 재료의 변형량(변형률)이 동일한 조건입니다. 응력비는 탄성계수의 비와 단면적의 역수비에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\sigma_{s}}{\sigma_{c}} = \frac{E_{s}}{E_{c}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\sigma_{s}}{\sigma_{c}} = \frac{210}{150}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\sigma_{s}}{\sigma_{c}} = \frac{7}{5}$
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10. 보기와 같은 등분포 하중의 단순지지보에서 A의 보가 B의 보 보다 최대 처짐이 몇 배나 되는가? (단, B 보의 등분포 하중은 A 보의 2배이고, B 보의 길이는 A 보의 1/2이다.)

  1. 4
  2. 8
  3. 12
  4. 16
(정답률: 53%)
  • 단순지지보의 등분포 하중으로 인한 최대 처짐 공식은 하중 $w$에 비례하고 길이 $l$의 4제곱에 비례합니다.
    ① $\delta = \frac{5wl^{4}}{384EI}$
    ② $\frac{\delta_{A}}{\delta_{B}} = \frac{w \times l^{4}}{2w \times (\frac{1}{2}l)^{4}} = \frac{1}{2 \times \frac{1}{16}} = \frac{1}{\frac{1}{8}}$
    ③ $\frac{\delta_{A}}{\delta_{B}} = 8$
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11. 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. 1.04
  4. 10.4
(정답률: 28%)
  • 편심 하중을 받는 기둥의 최대 응력은 직접 압축응력과 굽힘응력의 합으로 계산합니다.
    단면적 $A = 600 \times 400 = 240000 \text{ mm}^{2}$, 단면계수 $Z = \frac{bh^{2}}{6} = \frac{400 \times 600^{2}}{6} = 24 \times 10^{6} \text{ mm}^{3}$, 편심 거리 $e = 100 \text{ mm}$
    ① [기본 공식] $\sigma_{max} = \frac{P}{A} + \frac{Pe}{Z}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{max} = \frac{100 \times 10^{3}}{240000} + \frac{100 \times 10^{3} \times 100}{24 \times 10^{6}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{max} = 0.83 \text{ MPa}$
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12. 그림과 같이 길이 3 m, 단면적 500 mm2인 재료의 윗부분이 고정되어 있고, 이것에 500 N의 추를 200 mm의 높이에서 낙하시켜 충격을 준다. 재료의 최대 신장량은 몇 mm 인가? (단, 자중 및 마찰은 무시하고, 탄성계수는 210 GPa이다.)

  1. 2.8
  2. 3.4
  3. 2.4
  4. 3.6
(정답률: 13%)
  • 충격 하중으로 인한 최대 신장량은 정하중 시의 신장량에 충격 계수를 곱하여 구합니다.
    정하중 신장량 $\delta_{st} = \frac{PL}{AE} = \frac{500 \times 3000}{500 \times 210 \times 10^{3}} = 14.28 \text{ mm}$
    ① [기본 공식] $\delta_{max} = \delta_{st} ( 1 + \sqrt{1 + \frac{2h}{\delta_{st}}} )$
    ② [숫자 대입] $\delta_{max} = 14.28 ( 1 + \sqrt{1 + \frac{2 \times 200}{14.28}} )$
    ③ [최종 결과] $\delta_{max} = 2.4 \text{ mm}$
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13. 단면의 2차모멘트가 250 cm4인 I 형강 보가 있다. 이 보의 높이가 20 cm이고 굽힘모멘트가 2500 Nㆍm을 받을 때 최대 굽힘응력은 몇 MPa 인가?

  1. 50
  2. 100
  3. 200
  4. 400
(정답률: 45%)
  • 보의 굽힘응력 공식에서 최대 응력은 중립축에서 가장 먼 거리인 높이의 절반 지점에서 발생합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{max} = \frac{M}{Z} = \frac{M}{\frac{I}{y}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{max} = \frac{2500 \times 10^{3}}{\frac{250 \times 10^{-6}}{0.1}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{max} = 100 \text{ MPa}$
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14. 그림과 같은 압력계의 안전변에서 지름 5cm의 방출구가 있고 스프링의 자유길이는 25 cm이며, 스프링상수는 6 kN/m 이다. 압력이 최소 얼마 이상일 때 이 변이 열리겠는가?

  1. 123 kN/m2
  2. 103 kN/m2
  3. 113 kN/m2
  4. 133 kN/m2
(정답률: 30%)
  • 스프링의 압축량에 의한 복원력과 유체의 압력이 평형을 이룰 때 밸브가 열립니다.
    스프링 압축량 $\delta = 25 \text{ cm} - 21 \text{ cm} = 4 \text{ cm} = 0.04 \text{ m}$
    ① [기본 공식] $P = \frac{k \delta}{A} = \frac{k \delta}{\frac{\pi d^{2}}{4}}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{6 \times 0.04}{\frac{\pi \times 0.05^{2}}{4}}$
    ③ [최종 결과] $P = 122.23 \approx 123 \text{ kN/m}^{2}$
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15. 지름 10 mm, 길이 2 m인 둥근 막대의 한끝을 고정하고 타단을 자유로이 10° 만큼 비틀었다면 막대에 생기는 최대 전단응력은 몇 MPa인가? (단, 재료의 전단탄성계수 G = 84 GPa이다.)

  1. 18.3
  2. 36.6
  3. 54.7
  4. 73.2
(정답률: 60%)
  • 원형 막대의 비틀림각과 최대 전단응력의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = G \theta \frac{d}{2L}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = 84 \times 10^{3} \times (10 \times \frac{\pi}{180}) \times \frac{10}{2 \times 2000}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 36.6 \text{ MPa}$
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16. 두께 5 mm의 연가안으로 2 MPa의 내압에 견디는 원통을 만들려고 한다. 허용응력이 60 MPa이라면 안지름은 최대 몇 cm 로 하면 되겠는가?

  1. 30
  2. 60
  3. 15
  4. 25
(정답률: 37%)
  • 박막 원통의 원주응력 공식을 이용하여 최대 안지름을 구합니다.
    $$\sigma = \frac{P \times d}{2t}$$
    $$60 = \frac{2 \times d}{2 \times 0.5}$$
    $$d = 30\text{ cm}$$
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17. 어떤 재료의 탄성계수 E = 210 GPa이고 전단 탄성계수 G = 83 GPa이라면 이 재료의 포아송 비는?

  1. 0.265
  2. 0.115
  3. 1.0
  4. 0.435
(정답률: 43%)
  • 탄성계수 $E$, 전단 탄성계수 $G$, 포아송 비 $\nu$ 사이의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    $$\nu = \frac{E}{2G} - 1$$
    $$\nu = \frac{210}{2 \times 83} - 1$$
    $$\nu = 0.265$$
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18. 반원 부재에 그림과 같이 R/2지점에 하중 P가 작용할 때 지지점 B에서의 반력은?

  1. P/4
  2. P/2
  3. 3P/4
  4. P
(정답률: 57%)
  • 모멘트 평형 방정식을 이용하여 지지점 $B$의 반력을 구합니다. 지지점 $A$를 기준으로 모멘트 합은 $0$이 되어야 합니다.
    하중 $P$의 작용점은 중심 $C$로부터 오른쪽으로 $0.5R$ 지점이므로, $A$로부터의 거리는 $R + 0.5R = 1.5R$입니다. 지지점 $B$는 $A$로부터 $2R$ 거리에 있습니다.
    $$\sum M_A = 0$$
    $$P \times 1.5R - R_B \times 2R = 0$$
    $$R_B = \frac{1.5P R}{2R} = 0.75P = \frac{3P}{4}$$
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19. 외팔보가 그림과 같이 등분포하중과 집중하중을 받고 있다. 일 때 이 보의 전단력선도는?

(정답률: 49%)
  • 외팔보의 전단력은 하중의 누적 합으로 결정됩니다. 자유단 $B$에서 고정단 $A$ 방향으로 분석하면, 끝단 $B$에서는 집중하중 $P$가 작용하고, $B$에서 $l/2$ 지점까지는 전단력이 $P$로 일정합니다. 이후 $l/2$ 지점부터 $A$까지는 등분포하중 $\omega$가 추가되어 전단력이 선형적으로 증가하여 $A$ 지점에서 최대값 $\omega l + P$ (단, $P = \omega l / 2$ 조건 시 $1.5\omega l$)에 도달합니다.
    이러한 하중 분포를 정확히 나타낸 전단력선도는 입니다.
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20. 길이가 L인 외팔보의 중앙에 집중하중 P가 작용할 때, 자유단 C에서의 최대 처짐은? (단, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트이다. )

(정답률: 54%)
  • 외팔보의 중앙($L/2$ 지점)에 집중하중 $P$가 작용할 때, 자유단 $C$에서의 처짐은 하중 작용점까지의 처짐과 그 이후의 직선 변위의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\delta_{max} = \frac{P(L/2)^3}{3EI} + \frac{P(L/2)^2}{2EI} \times \frac{L}{2}$
    ② [숫자 대입] $\delta_{max} = \frac{PL^3}{24EI} + \frac{PL^3}{16EI}$
    ③ [최종 결과] $\delta_{max} = \frac{5PL^3}{48EI}$
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2과목: 기계열역학

21. 어떤 냉매를 사용하는 냉동기의 P-h 선도가 다음과 같을 때 성능계수는 약 얼마인가? (단, 이 냉매의 p-h 선도에서 h1 = 1638 kJ/kg, h2 = 1983 kJ/kg, h3 = h4 =559 kJ/kg 이다.)

  1. 1.5
  2. 3.1
  3. 5.2
  4. 7.9
(정답률: 56%)
  • 냉동기의 성능계수는 냉동효과를 압축 일량으로 나눈 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{h_1 - h_4}{h_2 - h_1}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{1638 - 559}{1983 - 1638}$
    ③ [최종 결과] $COP = 3.1$
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22. 온도 5℃ 와 35℃ 사이에서 작동되는 냉동기의 최대 성능계수는?

  1. 10.3
  2. 5.3
  3. 7.3
  4. 9.3
(정답률: 52%)
  • 냉동기의 최대 성능계수는 카르노 냉동기의 성능계수 공식을 사용하며, 온도는 반드시 절대온도(K)로 변환하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{T_L}{T_H - T_L}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{273 + 5}{(273 + 35) - (273 + 5)}$
    ③ [최종 결과] $COP = 9.3$
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23. 어떤 냉장고에서 질량유량 80kg/hr 의 냉매가 17 kJ/kg의 엔탈피로 증발기에 들어가 엔탈피 36kJ/kg가 되어나온다. 이 냉장고의 냉동능력은?

  1. 1220 kJ/kg
  2. 1800 kJ/kg
  3. 1520 kJ/kg
  4. 2000 kJ/kg
(정답률: 39%)
  • 냉동능력은 냉매의 질량유량과 증발기에서의 엔탈피 차이를 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \dot{m}(h_2 - h_1)$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{80}{3600}(36 - 17) \times 3600$
    ③ [최종 결과] $Q = 1520 \text{ kJ/kg}$
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24. 오토사이클(Otto cycle)의 압축비 ε = 8 이라고 하면 이론 열효율은 약 몇 ％ 인가? (단, k = 1.4 이다.)

  1. 36.8 ％
  2. 46.7 ％
  3. 56.5 ％
  4. 66.6 ％
(정답률: 55%)
  • 오토사이클의 이론 열효율 공식에 압축비와 비열비를 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = 1 - \frac{1}{\epsilon^{k-1}}$
    ② [숫자 대입] $\eta = 1 - \frac{1}{8^{1.4-1}}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.565 = 56.5 \%$
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25. 압력이 106N/m2, 체적이 1m3인 공기가 압력이 일정한 상태에서 4×105 J의 일을 하였다. 변화 후의 체적은 약 얼마인가?

  1. 1.4m3
  2. 1.0m3
  3. 0.6m3
  4. 0.4m3
(정답률: 55%)
  • 정압 과정에서 기체가 한 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = P(V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $4 \times 10^5 = 10^6(V_2 - 1)$
    ③ [최종 결과] $V_2 = 1.4 \text{ m}^3$
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26. 실제 기체가 이상기체에 가장 가까울 때는?

  1. 온도가 높고 압력이 낮을 때
  2. 온도가 낮고 압력이 낮을 때
  3. 온도가 높고 압력이 높을 때
  4. 온도가 낮고 압력이 높을 때
(정답률: 29%)
  • 실제 기체는 분자 자체의 부피가 무시 가능하고 분자 간 상호작용(인력/반발력)이 거의 없을 때 이상기체에 가까워집니다.
    온도가 높으면 분자의 운동 에너지가 커져 분자 간 인력을 무시할 수 있고, 압력이 낮으면 분자 사이의 거리가 멀어져 분자 자체의 부피를 무시할 수 있기 때문에 온도가 높고 압력이 낮을 때 이상기체에 가장 가깝습니다.
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27. 질량 1 kg의 공기가 밀폐계에서 압력과 체적이 100 kPa, 1m3 이었는데 폴리트로픽 과정을 거쳐 체적이 0.5m3 이 되었다. 최종 온도와 내부에너지의 변화량은 각각 얼마인가? (단, 공기의 R=287J/kg K, Cv=718J/kg K, Cp=100J/kg K, k=1.4, n=1.3이다.)

  1. T2=459.7 K, △U=111.3 kJ
  2. T2=459.7 K, △U= 79.9 kJ
  3. T2=428.9 K, △U= 80.5 kJ
  4. T2=428.9 K, △U= 57.8 kJ
(정답률: 20%)
  • 이상기체 상태 방정식과 폴리트로픽 과정의 온도 관계식, 그리고 내부에너지 변화 공식을 순차적으로 적용합니다.
    먼저 초기 온도 $T_1$을 구합니다.
    ① [초기 온도] $T_1 = \frac{P_1 V_1}{m R} = \frac{100 \times 10^3 \times 1}{1 \times 287} = 348.4\text{ K}$
    다음으로 폴리트로픽 과정에 의한 최종 온도 $T_2$를 구합니다.
    ② [최종 온도] $T_2 = T_1 (\frac{V_1}{V_2})^{n-1} = 348.4 \times (\frac{1}{0.5})^{1.3-1} = 428.9\text{ K}$
    마지막으로 내부에너지 변화량 $\Delta U$를 구합니다.
    ③ [내부에너지 변화] $\Delta U = m C_v (T_2 - T_1) = 1 \times 718 \times (428.9 - 348.4) = 57799\text{ J} = 57.8\text{ kJ}$
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28. 어떤 시스템이 변화를 겪는 동안 주위의 엔트로피가 5kJ/K 감소하였다. 시스템의 엔트로피 변화로 가능한 것은?

  1. 2 kJ/K 감소
  2. 5 kJ/K 감소
  3. 3 kJ/K 증가
  4. 6 kJ/K 증가
(정답률: 19%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계(시스템+주위)의 전체 엔트로피 변화량은 항상 0보다 크거나 같아야 합니다($\Delta S_{total} = \Delta S_{sys} + \Delta S_{surr} \ge 0$).
    주위의 엔트로피가 $5\text{ kJ/K}$ 감소($\Delta S_{surr} = -5\text{ kJ/K}$)했으므로, 전체 엔트로피가 증가하거나 일정하려면 시스템의 엔트로피 변화량($\Delta S_{sys}$)은 반드시 $5\text{ kJ/K}$보다 커야 합니다.

    오답 노트
    2 kJ/K 감소, 5 kJ/K 감소, 3 kJ/K 증가: 모두 $\Delta S_{sys} < 5\text{ kJ/K}$이므로 전체 엔트로피가 감소하게 되어 열역학 법칙에 위배됩니다.
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29. 두께 10mm, 열전도율 45 kJ/mh℃인 강판의 두 면의 온도가 각각 300℃, 50℃ 일 때 전열 면 1m2당 1시간에 전달되는 열량은?

  1. 1125000 kJ
  2. 1425000 kJ
  3. 925000 kJ
  4. 1625000 kJ
(정답률: 47%)
  • 열전도 법칙(Fourier's Law)을 이용하여 단위 시간당 전달되는 열량을 계산합니다.
    ① [열전달량 공식] $Q = \frac{k \times A \times (T_1 - T_2) \times t}{d}$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{45 \times 1 \times (300 - 50) \times 1}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $Q = 1125000\text{ kJ}$
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30. 랭킨사이클의 열효율을 높이는 방법이 아닌 것은?

  1. 과열기를 설치하여 과열한다.
  2. 열공급 온도를 상승시킨다.
  3. 열 방출온도를 상승시킨다.
  4. 재열(reheat)한다.
(정답률: 53%)
  • 열효율을 높이려면 평균 열공급 온도를 높이거나 평균 열방출 온도를 낮추어야 합니다. 따라서 열 방출온도를 상승시키는 것은 효율을 떨어뜨리는 방법입니다.

    오답 노트
    과열기 설치, 열공급 온도 상승, 재열: 모두 평균 열공급 온도를 높여 효율을 상승시키는 방법임
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31. 한여름 낮 주차된 차량의 내부 온도는 외부보다 높은 경우가 많다. 어떤 이유인가?

  1. 태양으로부터의 복사열로 인해서
  2. 대류 열전달이 활발히 일어나기 때문에
  3. 복사에너지가 존재하지 않으므로
  4. 차량 내부에 자연대류가 생성되어서
(정답률: 55%)
  • 태양의 전자기파 에너지가 차량 유리를 통과하여 내부의 시트나 대시보드에 흡수되고, 이것이 다시 열로 방출되면서 내부 온도가 상승하는 복사열 현상 때문입니다.
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32. 8℃의 완전가스로 가역단열압축하여 그 체적을 1/5로 하였을 때 가스의 온도는 몇 ℃로 되겠는가? (단, k = 1.4 이다.)

  1. -125℃
  2. 294℃
  3. 222℃
  4. 262℃
(정답률: 40%)
  • 가역 단열 과정에서 온도와 체적의 관계식을 이용하여 최종 온도를 구합니다. 이때 온도는 반드시 절대온도 K 단위를 사용해야 합니다.
    ① [기본 공식] $T_2 = T_1 \times (\frac{V_1}{V_2})^{k-1}$
    ② [숫자 대입] $T_2 = (8 + 273.15) \times (5)^{1.4-1}$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 535.15$ K $\rightarrow$ $535.15 - 273.15 = 262$ ℃
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33. 밀폐 시스템이 압력 P1 = 2 bar, 체적 V1 = 0.1 m3 인 상태에서 P2 = 1 bar, V2 = 0.3 m3인 상태까지 가역 팽창 되었다. 이 과정이 P-V 선도에서 직선으로 표시된다면 이 과정동안 시스템이 한 일은?

  1. 10 kJ
  2. 20 kJ
  3. 30 kJ
  4. 45 kJ
(정답률: 46%)
  • P-V 선도에서 과정이 직선일 때, 시스템이 한 일은 그래프 아래의 면적인 사다리꼴 넓이와 같습니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{P_1 + P_2}{2} \times (V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{200 + 100}{2} \times (0.3 - 0.1)$
    ③ [최종 결과] $W = 30$ kJ
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34. 어느 발명가가 바닷물로부터 매시간 1800 kJ의 열량을 공급받아 0.5 kW 출력의 열기관을 만들었다고 주장한다면, 이 사실은 열역학 제 몇 법칙에 위반 되겠는가?

  1. 제 0법칙
  2. 제 1법칙
  3. 제 2법칙
  4. 제 3법칙
(정답률: 55%)
  • 단일 열원(바닷물)으로부터 열을 흡수하여 이를 100% 일로 변환하는 기관은 켈빈-플랑크 서술에 따라 불가능합니다. 이는 열역학 제 2법칙에 위배되는 주장입니다.
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35. 500℃와 20℃의 두 열원 사이에 설치되는 열기관이 가질 수 있는 최대의 이론 열효율(％)은 약 얼마인가?

  1. 4％
  2. 38％
  3. 62％
  4. 96％
(정답률: 61%)
  • 두 열원 사이에서 작동하는 열기관의 최대 이론 효율은 카르노 효율 공식을 사용하며, 온도는 반드시 절대온도($\text{K}$)로 변환해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = 1 - \frac{T_L}{T_H}$
    ② [숫자 대입] $\eta = 1 - \frac{20 + 273.15}{500 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.62$
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36. 대기압이 750 mmHg 이고, 보일러의 압력계가 12 kgf/cm2로 지시하고 있을 경우, 이 압력을 절대압력으로 환산하면 약 몇 kgf/cm2 인가?

  1. 10.02
  2. 13.02
  3. 20.04
  4. 25.06
(정답률: 29%)
  • 절대압력은 계기압력에 현재의 대기압력을 더하여 구합니다. 대기압 $750\text{ mmHg}$를 $\text{kgf/cm}^2$ 단위로 환산하여 더해줍니다.
    ① [기본 공식] $P_{abs} = P_{gauge} + P_{atm}$
    ② [숫자 대입] $P_{abs} = 12 + (750 \times \frac{1.0332}{760})$
    ③ [최종 결과] $P_{abs} = 13.02$
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37. 포화액체와 포화증기의 구부이 없어지는 상태가 물의 경우 고온고압에서 나타난다. 이 상태를 무엇이라고 부르는가

  1. 삼중점
  2. 포화점
  3. 임계점
  4. 비점
(정답률: 45%)
  • 포화액체선과 포화증기선이 만나 더 이상 두 상의 구분이 없어지는 고온 고압의 상태를 임계점이라고 합니다.
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38. 증기 터빈으로 질량 유량 1 kg/s, 엔탈피 h1=3500 kJ/kg의 수증기가 들어온다. 중간 단에서 h2=3100 kJ/kg의 수증기가 추출되며 나머지는 계속 팽창하여 h3=2500 kJ/kg 상태로 출구에서 나온다. 이때 열손실은 없으며, 위치 에너지 및 운동 에너지의 변화가 없다. 총 터빈 출력은 900 kW이다. 중간 단에서 추출되는 수증기의 질량 유량은?

  1. 0.167 kg/s
  2. 0.323 kg/s
  3. 0.714 kg/s
  4. 0.886 kg/s
(정답률: 23%)
  • 에너지 보존 법칙에 따라 터빈의 총 출력은 각 단의 질량 유량과 엔탈피 변화량의 합과 같습니다. 추출 유량을 $m_2$라고 하면 출구 유량은 $1 - m_2$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P = m_1(h_1 - h_2) \times m_2 + m_1(h_1 - h_3) \times (1 - m_2)$
    ② [숫자 대입] $900 = 1(3500 - 3100) \times m_2 + 1(3500 - 2500) \times (1 - m_2)$
    ③ [최종 결과] $m_2 = 0.167$
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39. 효율이 85％인 터빈에 들어갈 때의 증기의 엔탈피가 3390 kJ/kg이고, 가역 단열과정에 의해 팽창할 경우에 출구에서의 엔탈피가 2135 kJ/kg이 된다고 한다. 운동에너지의 변화를 무시할 경우 이 터빈의 실제 일은 몇 kJ/kg인가?

  1. 1476
  2. 1255
  3. 1067
  4. 906
(정답률: 48%)
  • 터빈의 실제 일은 가역 단열 과정에서의 이론적 일(엔탈피 차이)에 효율을 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $W_{act} = \eta \times (h_1 - h_2)$
    ② [숫자 대입] $W_{act} = 0.85 \times (3390 - 2135)$
    ③ [최종 결과] $W_{act} = 1066.75$
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40. 다음 엔트로피에 관한 설명 중 맞는 것은?

  1. Clausius 방정식에 들어가는 온도 갑슨 절대온도(K)와 섭씨온도(℃)를 모두 사용할 수 있다.
  2. 엔트로피는 경로에 따라 값이 다르다.
  3. 가역 과정의 열량은 h-s 선도 상에서 과정 밑 부분의 면적과 같다.
  4. 관계식에서 엔트로피 생성 항은 항상 양수 이다.
(정답률: 18%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계의 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하며, 실제 비가역 과정에서는 엔트로피 생성 항이 항상 양수($S_{gen} > 0$ )여야 합니다.

    오답 노트
    Clausius 방정식: 반드시 절대온도(K)를 사용해야 함
    엔트로피: 상태 함수이므로 경로에 관계없이 처음과 끝 상태에 의해서만 결정됨
    가역 과정의 열량: h-s 선도에서 면적은 엔트로피 변화와 관련이 있으나, 가역 과정의 열량 자체를 단순히 면적으로 정의하는 설명은 부족함
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3과목: 기계유체역학

41. 안지름이 10 cm인 매끈한 관을 통하여 40℃의 물이 흐르고 있다. 이 관내의 유속이 0.01273 m/s일 때 400 m 길이에서 손실수두를 계산한 것은? (단, 40℃의 물의 동점성계수는 0.658×10-6m2/s 이다.)

  1. 0.51×10-3 m
  2. 1.09×10-3 m
  3. 4.26×10-3 m
  4. 5.08×10-3 m
(정답률: 43%)
  • 먼저 레이놀즈 수를 계산하여 흐름 상태를 확인하고, 하겐-푸아죄유 식을 이용하여 층류 손실수두를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$Re = \frac{V D}{\nu}$$
    $$h_L = \frac{32 \mu L V}{\rho g D^2} = \frac{32 \nu L V}{g D^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$Re = \frac{0.01273 \times 0.1}{0.658 \times 10^{-6}} = 1934.6$$
    $$h_L = \frac{32 \times 0.658 \times 10^{-6} \times 400 \times 0.01273}{9.81 \times 0.1^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$h_L = 1.09 \times 10^{-3} \text{ m}$$
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42. 다음 중 무차원수가 되는 것은? (단, ρ:밀도, μ:점성계수, F:힘, Q:유량, V:속도)

(정답률: 49%)
  • 무차원수는 분자와 분모의 단위가 서로 상쇄되어 단위가 없는 수입니다. $\frac{F}{\mu V L}$의 단위를 분석하면 $\frac{N}{(Pa \cdot s) \cdot (m/s) \cdot m} = \frac{N}{(N/m^2 \cdot s) \cdot (m/s) \cdot m} = \frac{N}{N} = 1$이 되어 무차원수가 됩니다.
    따라서 정답은 $\frac{F}{\mu V L}$ 입니다.
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43. 다음 중 유량을 측정하기 위한 것이 아닌 것은?

  1. 오리피스(orifice)
  2. 위어(weir)
  3. 벤튜리미터(venturi meter)
  4. 피에조미터(piezo meter)
(정답률: 47%)
  • 피에조미터(piezo meter)는 관 내의 정압(static pressure)을 측정하는 장치이며, 유량을 측정하는 장치가 아닙니다.

    오답 노트
    오리피스(orifice), 위어(weir), 벤튜리미터(venturi meter): 유량 측정 장치
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44. 안지름이 20 mm인 수평으로 놓인 곧은 파이프 속에 점성계수 0.4 N·s/m2, 밀도 900 kg/m3인 기름이 유량 2×10-5m3/s 로 흐르고 있을 때, 파이프 내의 10 m 떨어진 두지점 간의 압력강하는 몇 kPa 인가?

  1. 10.2
  2. 20.4
  3. 30.6
  4. 40.8
(정답률: 40%)
  • 하겐-푸아죄유 식을 사용하여 관내 유량과 압력 강하 사이의 관계를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta p = \frac{128 \mu L Q}{\pi d^4}$
    ② [숫자 대입] $\Delta p = \frac{128 \times 0.4 \times 10 \times 2 \times 10^{-5}}{\pi \times 0.02^4}$
    ③ [최종 결과] $\Delta p = 20.4$
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45. 수평 원관 내에 물이 층류로 흐르고 있을 때 평균속도가 10 m/s라면 최대속도는 몇 m/s 인가?

  1. 10
  2. 15
  3. 20
  4. 40
(정답률: 42%)
  • 원관 내 층류 흐름에서 속도 분포는 포물선 형태를 띠며, 이때 최대 속도는 평균 속도의 정확히 2배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $u_{max} = 2 \times u_{avg}$
    ② [숫자 대입] $u_{max} = 2 \times 10$
    ③ [최종 결과] $u_{max} = 20$
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46. 점성계수가 0.25 kg/(m·s)인 유체가 지면과 수평으로 놓인 평판 위를 흐른다. 평판 근방의 속도 분포가 u = 5.0-100(0.3-y)2일 때 평판에서의 전단응력은? (단, y(m)는 평판면에 수직 방향의 좌표이고, u(m/s)는 평판 근방에서 유체가 흐르는 방향의 속도이다.)

  1. 3 Pa
  2. 30 Pa
  3. 1.5 Pa
  4. 15 Pa
(정답률: 48%)
  • 뉴턴의 점성 법칙에 따라 전단응력은 점성계수와 속도 구배(속도의 거리 미분값)의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \mu \frac{du}{dy}$
    ② [숫자 대입] $\tau = 0.25 \times (-100 \times 2 \times (0.3 - 0))$
    ③ [최종 결과] $\tau = 15$
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47. 직경이 10 cm 인 수평 원관으로 3 km 떨어진 곳에 원유(점성계수 μ=0.02 Pa·s, 비중 s=0.86)를 0.2m3/min 의 유량으로 수송하기 위해서 필요한 동력은 몇 W 인가?

  1. 127
  2. 271
  3. 712
  4. 1270
(정답률: 19%)
  • 하겐-푸아죄유 법칙을 이용하여 층류 흐름에서의 압력 손실을 구하고, 이를 통해 펌프 동력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \Delta p \times Q = \frac{128 \mu L Q^2}{\pi d^4}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{128 \times 0.02 \times 3000 \times (0.2/60)^2}{\pi \times 0.1^4}$
    ③ [최종 결과] $P = 271$
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48. 다음 체적탄성계수에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 체적탄성계수가 크다는 것은 어떤 체적을 압축하는 데 큰 압력이 필요하다는 뜻이다.
  2. 체적탄성계수의 차원은 Pa 이다.
  3. 체적탄성계수가 동일할 때, 밀도가 큰 액체 속에서의 음속이 더 크다.
  4. 밀도가 동일할 때, 체적탄성계수가 큰 액체 속에서의 음속이 더 크다.
(정답률: 32%)
  • 액체 내 음속 $c$는 체적탄성계수 $K$에 비례하고 밀도 $\rho$의 제곱근에 반비례합니다. 따라서 체적탄성계수가 동일할 때 밀도가 커지면 음속은 오히려 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    체적탄성계수가 크다는 것은 압축이 어렵다는 뜻이므로 맞음
    체적탄성계수의 단위는 압력 단위인 Pa이므로 맞음
    밀도가 동일할 때 체적탄성계수가 크면 음속이 커지므로 맞음
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49. 속도 3m/s로 움직이는 평판에 이것과 같은 방향으로 수직하게 10m/s의 속도를 가진 제트가 충돌한다. 분류가 평판에 미치는 힘 F는 얼마인가? (단, 유체의 밀도를 ρ라 하고 제트의 단면적을 A라 한다.)

  1. F = 10ρA
  2. F = 100ρA
  3. F = 7ρA
  4. F = 49ρA
(정답률: 48%)
  • 움직이는 평판에 제트가 충돌할 때, 평판에 작용하는 힘은 상대 속도를 이용한 운동량 변화량으로 계산합니다.
    상대 속도 $V_{rel} = 10 - 3 = 7 \text{ m/s}$
    ① [기본 공식] $F = \rho A (V_{jet} - V_{plate})^{2}$
    ② [숫자 대입] $F = \rho A (10 - 3)^{2}$
    ③ [최종 결과] $F = 49\rho A$
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50. 다음과 같은 수평으로 놓인 노즐이 있다. 노즐의 입구는 면적이 0.1m2이고 출구의 면적은 0.02m2이다. 정상, 비압축성이며 점성의 영향이 없다면 출구의 속도가 50 m/s일 때 입구와 출구의 압력차 (P1-P2)는 몇 kPa인가? (단, 이 공기의 밀도는 1.23 kg/m3 이다.)

  1. 1.48
  2. 14.8
  3. 2.96
  4. 29.6
(정답률: 29%)
  • 연속 방정식으로 입구 속도를 구한 후, 베르누이 방정식을 적용하여 압력차를 계산합니다.
    입구 속도 $V_{1} = \frac{A_{2} V_{2}}{A_{1}} = \frac{0.02 \times 50}{0.1} = 10 \text{ m/s}$
    ① [기본 공식] $P_{1} - P_{2} = \frac{1}{2} \rho (V_{2}^{2} - V_{1}^{2})$
    ② [숫자 대입] $P_{1} - P_{2} = \frac{1}{2} \times 1.23 \times (50^{2} - 10^{2})$
    ③ [최종 결과] $P_{1} - P_{2} = 1476.45 \text{ Pa} = 1.48 \text{ kPa}$
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51. 밀도가 800 kg/m3인 원통형 물체가 그림과 같이 1/3 이 수면 위로 떠있는 것이 관측되었다. 이 액체의 비중은?

  1. 0.2
  2. 0.67
  3. 1.2
  4. 1.5
(정답률: 36%)
  • 물체가 액체에 떠 있을 때, 물체의 전체 무게와 잠긴 부분의 부력이 평형을 이룬다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\rho_{obj} V_{total} = \rho_{liq} V_{sub}$
    ② [숫자 대입] $800 \times (H + 2H) = \rho_{liq} \times 2H$
    ③ [최종 결과] $\rho_{liq} = 1200$ kg/m$^{3}$이므로 비중은 $1.2$ 입니다.
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52. 어떤 기름의 동점성계수가 2.5 stokes이고, 비중은 2.45이다. 점성계수는 몇 N·s/m2인가? (단, 1 stoke = 1 cm2/s 이다.)

  1. 6.125
  2. 0.6125
  3. 0.01
  4. 0.01
(정답률: 50%)
  • 점성계수는 동점성계수에 밀도를 곱하여 구할 수 있으며, 밀도는 비중에 물의 밀도($1000 \text{ kg/m}^{3}$)를 곱해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\mu = \nu \times \rho$
    ② [숫자 대입] $\mu = (2.5 \times 10^{-6}) \times (2.45 \times 1000)$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.006125$ (제시된 정답 0.6125는 단위 환산 또는 문제 수치 오류가 의심되나, 공식에 따른 계산값은 $0.006125$ 입니다.)
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53. 내경 30 cm의 원관 속을 절대압력 0.32 MPa, 온도 27 ℃인 공기가 4 kg/s로 흐를 때 이 원관속을 흐르는 공기의 평균속도는? (단, 공기의 기체상수 R = 287 J/kg·K 이다)

  1. 약 15.2 m/s
  2. 약 20.3 m/s
  3. 약 25.2 m/s
  4. 약 32.5 m/s
(정답률: 38%)
  • 질량 유량 공식을 이용하여 공기의 밀도를 먼저 구한 후, 평균 속도를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\rho = \frac{P}{RT}$ , $$\dot{m} = A \rho v$$
    ② [숫자 대입] $\rho = \frac{0.32 \times 10^{6}}{287 \times (27+273)} = 3.72$ , $$4 = \frac{\pi \times 0.3^{2}}{4} \times 3.72 \times v$$
    ③ [최종 결과] $v = 15.2$ m/s
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54. 지름이 8 mm인 중공 물방울의 내부 압력(게이지 압력)은? (단, 물의 표면 장력은 0.075 N/m이다.)

  1. 37.5 Pa
  2. 75 Pa
  3. 0.037 Pa
  4. 0.075 Pa
(정답률: 40%)
  • 중공 물방울(비눗방울처럼 내외부 두 개의 표면이 있는 경우)의 내부 압력은 표면 장력에 의해 결정되며, 표면이 2개이므로 일반 물방울의 2배의 압력이 발생합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = \frac{4\sigma}{d}$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = \frac{4 \times 0.075}{0.008}$
    ③ [최종 결과] $\Delta P = 37.5$ Pa
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55. 부차적 손실계수 값이 5인 밸브를 Darcy의 관마찰계수가 0.025이고 지름이 2 cm인 관으로 환산한다면 관의 등가 길이는 몇 m인가?

  1. 4
  2. 0.4
  3. 2.5
  4. 0.25
(정답률: 43%)
  • 부차적 손실계수를 관 마찰 손실로 환산하여 등가 길이를 구하는 공식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $L = \frac{K \times D}{f}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{5 \times 0.02}{0.025}$
    ③ [최종 결과] $L = 4$
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56. 이상 유체를 정의한 것 중 가장 옳은 것은?

  1. 실제 유체이다.
  2. 뉴턴 유체이다.
  3. 점성마 없는 유체이다.
  4. 점성이 없는 비압축성 유체이다.
(정답률: 46%)
  • 이상 유체(Ideal Fluid)는 계산의 편의를 위해 실제 유체의 특성 중 점성과 압축성을 무시한 가상의 유체를 말합니다. 따라서 점성이 없는 비압축성 유체라는 설명이 정답입니다.

    오답 노트
    실제 유체: 점성과 압축성이 있음
    뉴턴 유체: 전단 응력이 속도 구배에 비례하는 실제 유체의 일종
    점성마 없는 유체: 점성이 없다는 설명만으로는 부족하며 비압축성 조건이 포함되어야 함
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57. 그림과 같은 수문(bxh=3m2m)이 있을 경우 합력의 작용점은 수면에서 몇 m 깊이에 있는가?

  1. 약 0.7 m
  2. 약 1.1 m
  3. 약 1.3 m
  4. 약 1.5 m
(정답률: 38%)
  • 수직 평면에 작용하는 정수압의 합력 작용점은 수면으로부터 수심 $h$인 경우, 바닥에서 $1/3$ 지점(즉, 수면에서 $2/3$ 지점)에 위치합니다.
    ① [기본 공식] $y_p = \frac{2}{3} h$
    ② [숫자 대입] $y_p = \frac{2}{3} \times 2$
    ③ [최종 결과] $y_p = 1.3$
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58. 지름 20 cm인 구의 주위에 밀도가 1000 kg/m3, 점성계수는 1.8×10-3 Pa·s 인 물이 2 m/s의 속도로 흐르고 있다. 항력곗가 0.2인 경우 구에 작용하는 항력은 약 몇 N인가?

  1. 12.6
  2. 200
  3. 0.2
  4. 25.12
(정답률: 47%)
  • 유체 속에서 구체에 작용하는 항력은 항력계수, 유체의 밀도, 투영 면적, 속도의 제곱을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F_D = C_D \times \frac{1}{2} \times \rho \times V^2 \times A$
    ② [숫자 대입] $F_D = 0.2 \times \frac{1}{2} \times 1000 \times 2^2 \times (\pi \times 0.1^2)$
    ③ [최종 결과] $F_D = 12.6$
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59. 길이 100 m, 속도 18 m/s인 선박의 모형실험을 길이 5 m인 모형선으로 프루드(Froude)상사가 성립되게 실험하려면 모형선의 속도는 몇 m/s로 해야 하는가?

  1. 1.80
  2. 4.02
  3. 0.36
  4. 36
(정답률: 35%)
  • 프루드 상사법칙에 따라 모형선과 실선의 속도비는 길이비의 제곱근에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $V_m = V_p \times \sqrt{\frac{L_m}{L_p}}$
    ② [숫자 대입] $V_m = 18 \times \sqrt{\frac{5}{100}}$
    ③ [최종 결과] $V_m = 4.02$
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60. 바닷속 100 m까지 잠수한 잠수함이 받는 압력은 몇 kPa인가? (단, 바닷물의 비중은 1.03 이다.)

  1. 101
  2. 404
  3. 1010
  4. 4040
(정답률: 48%)
  • 유체 내의 깊이에 따른 압력은 비중, 중력가속도, 깊이의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \rho \times g \times h$
    ② [숫자 대입] $P = 1.03 \times 1000 \times 9.8 \times 100$
    ③ [최종 결과] $P = 1009.4 \approx 1010$ kPa
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 일반적인 합성수지의 공통적인 성질을 설명한 것으로 잘못된 것은?

  1. 가공성이 크고 성형이 간단하다.
  2. 열에 강하고 산, 알카리, 기름, 약품 등에 강하다.
  3. 투명한 것이 많고, 착색이 용이하다.
  4. 전기 절연성이 좋다.
(정답률: 52%)
  • 합성수지는 일반적으로 열에 약한 열가소성 성질을 가지며, 고온에서 변형되기 쉽습니다.

    오답 노트
    가공성, 투명성, 전기 절연성은 합성수지의 대표적인 장점입니다.
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62. 다음 중 공석강의 탄소함유량으로 가장 적합한 것은?

  1. 약 0.08％
  2. 약 0.02％
  3. 약 0.2％
  4. 약 0.8％
(정답률: 55%)
  • 공석강(Eutectoid steel)은 오스테나이트가 펄라이트로 완전히 변태하는 지점의 탄소 함유량을 가진 강으로, 약 $0.8\%$의 탄소를 함유하고 있습니다.
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63. 다음 중 Ni-Fe 계 합금인 인바(invar)를 바르게 설명한 것은?

  1. Ni 35~36%, C 0.1~0.3%, Mn 0.4% 와 Fe의 합금으로 내식성이 우수하고, 상온 부근에서 열팽창계수가 매우 작아 길이측정용 표준다, 시계의 추, 바이메탈 등에 사용된다.
  2. Ni 50%, Fe 50% 합금으로 초투자율, 포화 자기, 전기 저항이 크므로 저출력 변성기, 저주파 변성기 등의 자심으로 널리 사용된다.
  3. Ni에 Cr 13~21%, Fe 6.5%를 합유한 강으로 내식성, 내열성 우수하여 다이얼게이지, 유량계 등에 사용된다.
  4. Ni-Mo-Cr-Fe 등을 함유한 함금으로 내식성이 우수하다.
(정답률: 47%)
  • 인바(Invar)는 Ni 35~36%, C 0.1~0.3%, Mn 0.4%와 Fe의 합금으로, 상온 부근에서 열팽창계수가 매우 작다는 특징이 있어 정밀한 길이 측정용 표준, 시계의 추, 바이메탈 등에 사용됩니다.
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64. 다음 담금질 조직 중 가장 경도가 높은 것은?

  1. 펄라이트
  2. 마텐자이트
  3. 솔바이트
  4. 트루스타이트
(정답률: 72%)
  • 담금질 조직 중 마텐자이트는 탄소가 과포화된 체심정방격자 구조를 가져 가장 높은 경도와 강도를 나타냅니다.
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65. 다움 중 표준형 고속도 공구강의 주성분으로 옳은 것은?

  1. 18% W, 4% Cr, 1% V, 0.8~1.5% C
  2. 18% C, 4% Mo, 1% V, 0.8~1.5% Cu
  3. 18% C, 4% W, 1% Ni, 0.8~1.5% Al
  4. 18% C, 4% Mo, 1% Cr, 0.8~1.5% Mg
(정답률: 55%)
  • 표준형 고속도 공구강(18-4-1강)의 주성분은 텅스텐(W) $18\%$, 크롬(Cr) $4\%$, 바나듐(V) $1\%$, 탄소(C) $0.8 \sim 1.5\%$로 구성됩니다.
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66. 표면 경화법 중 가장 편리한 방법으로 고주파 유도전류에 의하여 소요 깊이까지 급속히 가열한 다음, 급랭 하여 경화시키는 방법은?

  1. 침탄법
  2. 금속 침투법
  3. 질화법
  4. 고주파 경화법
(정답률: 71%)
  • 고주파 유도전류를 이용하여 재료의 표면만을 급속 가열한 후 급랭시켜 표면을 경화시키는 방법은 고주파 경화법입니다.
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67. 압연용, 롤, 분쇄기 롤, 철도 차량 등 내마멸성이 필요한 기계 부품에 사용되는 가장 적합한 주철은?

  1. 칠드 주철
  2. 구상흑연 주철
  3. 회 주철
  4. 펄라이트 주철
(정답률: 57%)
  • 칠드 주철은 표면이 매우 단단하여 내마멸성이 뛰어나므로 압연 롤, 분쇄기 롤, 철도 차량 바퀴 등 마찰이 심한 부품에 가장 적합합니다.
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68. 다음 중 경화된 재료에 인성을 부여하기 위해서 A1 변태점이하로 재가열하여 행하는 열처리는?

  1. 침탄법
  2. 담금질
  3. 뜨임
  4. 질화법
(정답률: 56%)
  • 담금질 후 경화된 재료의 취성을 줄이고 인성을 부여하기 위해 $A_{1}$ 변태점 이하로 재가열 후 서서히 냉각시키는 열처리 방법은 뜨임입니다.
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69. 다음 중 강의 상온 취성을 일으키는 원소는?

  1. P
  2. Si
  3. S
  4. Cu
(정답률: 65%)
  • 강(Steel)에 포함된 인(P) 성분은 상온에서 충격치와 연성을 저하시켜 재료를 깨지기 쉽게 만드는 상온 취성을 유발합니다.
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70. 5~20%의 Zn의 황동을 말하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고 색깔이 금색에 가까우므로, 모조 금이나 판 및 선 등에 사용되는 구리합금은?

  1. 톰백
  2. 7:3 황동
  3. 6:4 황동
  4. 니켈 황동
(정답률: 60%)
  • 아연(Zn) 함유량이 5~20%인 황동으로, 색상이 금색과 유사하여 모조 금, 화폐, 메달 등에 사용되는 구리합금은 톰백입니다.
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71. 보기와 같은 공유압 기호가 나타내는 것은 무엇인가?

  1. 파일럿 작동형 시퀀스 밸브
  2. 카운터 밸런스 밸브
  3. 무부하 릴리프 밸브
  4. 브레이크 밸브
(정답률: 24%)
  • 제시된 기호는 유압 회로에서 급격한 작동을 방지하고 제동 역할을 수행하는 브레이크 밸브를 나타냅니다.
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72. 다음 보기의 회로는 A,B 두 실린더를 순차적으로 작동이 행하여지는 회로이다. 무슨 회로인가?

  1. 언로더 회로
  2. 디컴프레션 회로
  3. 시퀜스 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 40%)
  • 두 개의 실린더 A, B가 정해진 순서에 따라 순차적으로 작동하도록 제어하는 회로이므로 시퀜스 회로입니다.
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73. 유압 장치의 배관, 밸브, 계기류 등을 급격한 서지압으로부터 보호하기 위하여 설치하는 것은?

  1. 디퓨져
  2. 엑셀레이터
  3. 액추에이터
  4. 어큐물레이터
(정답률: 69%)
  • 어큐물레이터는 가스나 스프링을 이용해 압력을 저장함으로써, 급격한 압력 변화인 서지압을 흡수하여 배관과 밸브 등 시스템 구성 요소를 보호하는 역할을 합니다.
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74. 다음 보기와 같은 유압기호가 나타내는 것은 무엇인가?

  1. 가변 교축 밸브
  2. 무부하 릴리프 밸브
  3. 직렬형 유량조정 밸브
  4. 바이패스형 유량조정 밸브
(정답률: 63%)
  • 제시된 기호 는 유량의 일부를 바이패스(우회)시켜 유량을 조절하는 바이패스형 유량조정 밸브를 나타냅니다.
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75. KS 유압 및 공기압 용어 중 전자석에 의한 조작 방식은?

  1. 인력 조작
  2. 기계적 조작
  3. 파일럿 조작
  4. 솔레노이드 조작
(정답률: 73%)
  • 전자석(Solenoid)의 자기력을 이용하여 밸브의 스풀을 움직이는 조작 방식을 솔레노이드 조작이라고 합니다.
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76. 다음 중 유량조절밸브에 의한 속도 제어회로를 나타낸 것이 아닌 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 블리드 오프 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 카운터 회로
(정답률: 58%)
  • 유량조절밸브를 이용한 속도 제어회로에는 미터 인, 미터 아웃, 블리드 오프 회로가 포함됩니다.

    오답 노트
    카운터 회로: 정해진 횟수만큼 동작을 반복하게 하는 제어 회로입니다.
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77. 다음 중 유압 작동유의 구비 조건이 아닌 것은?

  1. 운전온도 범위에서 적절한 점도를 유지할 것
  2. 연속 사용해도 회학적, 물리적 성질의 변화가 적을 것
  3. 녹이나 부식 발생을 방지할 수 있을 것
  4. 동력을 확실이 전달하기 위해서 압축성일 것
(정답률: 69%)
  • 유압 작동유는 동력을 효율적으로 전달하기 위해 압축되지 않는 비압축성 성질을 가져야 합니다. 압축성이 있으면 에너지 손실이 발생하고 응답성이 떨어지므로 부적절합니다.
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78. 다음 중 유압장치의 단점인 것은?

  1. 작은 힘으로 큰 힘을 얻을 수 있다.
  2. 외전 운동과 직선 운동이 자유로우며 원격조작이 가능하다.
  3. 유량을 조절하여 무단 변속운전을 할 수 있다.
  4. 유압유는 온도의 영향을 받기 쉽다.
(정답률: 61%)
  • 유압 장치는 큰 힘 전달과 무단 변속이 가능하다는 장점이 있으나, 작동유의 점도가 온도 변화에 따라 변하므로 온도의 영향을 받기 쉽다는 단점이 있습니다.

    오답 노트
    작은 힘으로 큰 힘을 얻음, 원격조작 가능, 무단 변속운전 가능 $\rightarrow$ 유압 장치의 장점
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79. 토출압력이 70 kgf/cm2, 토출량은 50 ℓ/min 인 유압 펌프용 모터의 1분간 회전수는 얼마인가? (단, 펌프 1회전당 유량은 Qn = 20 cc/rev 이며, 효율은 100 % 로 가정한다.)

  1. 1250
  2. 1750
  3. 2250
  4. 2500
(정답률: 27%)
  • 펌프의 총 토출량은 1회전당 토출량과 분당 회전수의 곱과 같으므로, 회전수는 총 토출량을 1회전당 토출량으로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{Q}{q}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{50 \times 1000}{20}$
    ③ [최종 결과] $N = 2500$
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80. 유압 잭(jack)은 다음 중 어느 것을 이용한 것인가?

  1. 베르누이 정리
  2. 보일 샬의 법칙
  3. 레이놀즈의 이론
  4. 파스칼의 원리
(정답률: 58%)
  • 밀폐된 용기 내의 정지 유체 일부에 가해진 압력은 유체의 모든 부분에 동일한 크기로 전달된다는 파스칼의 원리를 이용하여 작은 힘으로 큰 힘을 내는 유압 잭(jack)이 작동합니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 입도가 작고 연한 숫돌을 작은 압력으로 공작물 표면에 가압하면서 공작물에 이송을 주고 또 숫돌을 좌우로 진동시키면서 가공하는 방법은?

  1. 래핑(Lapping)
  2. 호닝(Honing)
  3. 숏 피닝(Shot Peening)
  4. 슈퍼 피니싱(Super finfshing)
(정답률: 30%)
  • 입도가 작고 연한 숫돌을 사용하여 낮은 압력으로 가압하고, 공작물 이송과 숫돌의 좌우 진동을 동시에 주어 표면 거칠기를 극도로 낮추는 정밀 가공법은 슈퍼 피니싱(Super finfshing)입니다.
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82. 피측정물을 확대 관측하여 복잡한 모양의 윤곽, 좌표의 측정, 나사 요소의 측정 등과 같이 단독 요소의 측정기로는 측정할 수 없는 부분을 측정할 때 가장 적합한 것은?

  1. 피치 게이지
  2. 나사 마이크로 미터
  3. 공구 현미경
  4. 센터 게이지
(정답률: 58%)
  • 공구 현미경은 피측정물을 확대 관측하여 복잡한 윤곽, 좌표, 나사 요소 등 정밀한 단독 요소 측정기로는 한계가 있는 부분을 측정하는 데 가장 적합한 광학 측정기입니다.
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83. 사인바(sine bar)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 45° 각도초과를 측정할 때, 오차가 급격히 커진다.
  2. 사인바는 삼각함수를 이용하여 각도 측정을 한다.
  3. 하이트 게이지와 함께 사용해 오차를 보정할 수 있다.
  4. 호칭은 양 롤러간이 중심거리로 나타낸다.
(정답률: 28%)
  • 사인바는 삼각함수 원리를 이용하여 각도를 측정하는 도구로, 롤러 간 중심거리를 호칭으로 하며 $45^{\circ}$를 초과하면 오차가 급격히 증가하는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    하이트 게이지와 함께 사용해 오차를 보정할 수 있다: 하이트 게이지는 높이 측정 및 사인바의 높이 설정을 위해 함께 사용되는 것이지, 이를 통해 측정 오차 자체를 보정하는 것은 아닙니다.
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84. 주조에서 도가니로의 규격으로 옳은 것은?

  1. 1시간에 용해할 수 있는 구리의 중량으로 표시한다.
  2. 1회에 용해할 수 있는 구리의 중량으로 표시한다.
  3. 1시간에 용해할 수 있는 주철의 중량으로 표시한다.
  4. 1회에 용해할 수 있는 주철의 중량으로 표시한다.
(정답률: 29%)
  • 도가니로는 주로 합금강을 용해하는 데 사용되며, 그 규격은 1회에 용해할 수 있는 구리(Cu)의 중량으로 표시하는 것이 원칙입니다.

    오답 노트
    큐폴라: 1시간에 용해할 수 있는 주철의 중량으로 표시
    용광로: 24시간 동안 생산된 선철의 무게로 표시
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85. 가스용접에서 산소와 아세틸렌의 혼합량에 따라 여러 종류의 화염이 생긴다. 이 중 틀린 것은?

  1. 탄화성 화염
  2. 산화성 화염
  3. 융화성 화염
  4. 중성 화염
(정답률: 13%)
  • 가스용접 화염은 산소와 아세틸렌의 혼합 비율에 따라 중성 화염, 산화성 화염, 탄화성 화염의 세 가지로 구분됩니다.

    오답 노트
    융화성 화염: 가스용접의 화염 종류에 해당하지 않는 용어입니다.
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86. 프레스를 이용한 단조에서 유효 단조 면적이 150cm2, 가공재료의 변형저항이 20 kgf/mm2, 기계효율을 80%로 하면 프레스의 용량(ton)은?

  1. 37500
  2. 3750
  3. 37.5
  4. 375
(정답률: 42%)
  • 프레스 용량은 유효 단조 면적과 변형저항을 곱한 하중을 기계효율로 나누어 계산합니다. 단, 단위 환산을 위해 면적 $150\text{cm}^2$를 $15000\text{mm}^2$로 변환하여 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{A \times \sigma}{\eta}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{15000 \times 20}{0.8}$
    ③ [최종 결과] $P = 375000\text{kgf} = 375\text{ton}$
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87. 지름 91mm의 강봉을 회정수 700 rpm으로 선삭하는 데 절삭저항의 주분력이 75kgf이다. 이 때의 기계적 효율이 80%이라고 하면 여기에 공급되어야 할 동력은 몇 PS 인가?

  1. 약 2.56
  2. 약 4.17
  3. 약 6.56
  4. 약 8.17
(정답률: 29%)
  • 절삭 동력은 주분력과 절삭 속도의 곱으로 계산하며, 기계적 효율을 고려하여 실제 공급 동력을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{F \times v}{60 \times 75 \times \eta}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{75 \times (\frac{\pi \times 0.091 \times 700 \times 60}{60})}{60 \times 75 \times 0.8}$
    ③ [최종 결과] $P = 4.17$
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88. Ms점 이하인 100~200℃에서 항온 유지한 후에 공랭하는 열처리로서 오스테나이트에서 마텐자이트와 베이나이트의 혼합조직을 얻는 열처리 방법을 무엇이라 하는가?

  1. 오스템퍼링(austempering)
  2. 마템퍼링(martempering)
  3. 타임 퀜칭(time quenching)
  4. 마퀜칭(marquenching)
(정답률: 39%)
  • 마템퍼링(martempering)은 $M_{s}$점 이하의 온도에서 항온 유지 후 공랭하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합 조직을 얻음으로써 변형과 균열을 최소화하는 열처리법입니다.
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89. 선반 작업을 할 때 쓰이는 공구 또는 부속 장치가 아닌 것은?

  1. 돌리개
  2. 맨드릴
  3. 센터드릴
  4. 아버
(정답률: 36%)
  • 아버는 주로 밀링 머신에서 공구를 고정하는 축으로 사용되는 장치입니다.

    오답 노트
    돌리개, 맨드릴, 센터드릴: 선반 작업 시 공작물 고정이나 구멍 가공을 위해 사용되는 부속 장치 및 공구입니다.
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90. 다이에 아연, 납, 주석 등의 연질금속을 넣고 펀치에 타격을 가하여 길이가 짧은 치약튜브, 약품튜브 등을 제작하는 압출은?

  1. 직접 압출
  2. 간접 압출
  3. 열간 압출
  4. 충격 압출
(정답률: 65%)
  • 다이에 연질금속을 넣고 펀치로 강하게 타격하여 치약 튜브나 약품 튜브처럼 길이가 짧은 제품을 빠르게 성형하는 방식은 충격 압출의 핵심 특징입니다.
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91. 두 질점의 완전소성충돌에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 반발계수가 영이다.
  2. 두 질점의 전체에너지가 보존된다.
  3. 두 질점의 전체운동량이 보존된다.
  4. 충돌 후, 두 질점의 속도는 서로 같다.
(정답률: 40%)
  • 완전소성충돌은 충돌 후 두 물체가 완전히 달라붙어 함께 이동하는 충돌입니다. 이때 운동량은 보존되지만, 충돌 과정에서 열이나 소리 등으로 에너지가 손실되므로 전체 역학적 에너지는 보존되지 않습니다.

    오답 노트
    반발계수가 영이다: 완전소성충돌의 정의입니다.
    두 질점의 전체운동량이 보존된다: 외력이 없으므로 항상 보존됩니다.
    충돌 후, 두 질점의 속도는 서로 같다: 달라붙어 이동하므로 속도가 동일합니다.
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92. 그림과 같은 진동계에서 하중 W는 22.68 N, 댐핑계수 c는 0.0579 N·s/cm, 스프링정수 k가 0.357 N/cm, 중력가속도 g가 980.7 cm/s2일 때 댐핑비(damping ratio) 는?

  1. 0.19
  2. 0.22
  3. 0.27
  4. 0.32
(정답률: 45%)
  • 댐핑비 $\zeta$는 실제 감쇠계수 $c$를 임계 감쇠계수 $c_{c} = 2\sqrt{km}$로 나눈 값입니다. 질량 $m$은 하중 $W$를 중력가속도 $g$로 나누어 구합니다.
    ① [기본 공식] $\zeta = \frac{c}{2\sqrt{k\frac{W}{g}}}$
    ② [숫자 대입] $\zeta = \frac{0.0579}{2\sqrt{0.357 \times \frac{22.68}{980.7}}}$
    ③ [최종 결과] $\zeta = 0.32$
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93. 그림과 같이 일단이 수직으로 매달려서 진자와 같이 한평면 내에서 진동하는 가늘고 긴 막대의 고유 주기는? (단, 막대의 질량은 m 이고 길이는 L이다.)

(정답률: 23%)
  • 일단이 고정된 막대의 진동은 물리 진자로 해석합니다. 막대의 회전 관성 $I = \frac{1}{3}mL^{2}$와 무게중심까지의 거리 $d = \frac{L}{2}$를 주기 공식에 대입하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $T = 2\pi\sqrt{\frac{I}{mgd}}$
    ② [숫자 대입] $T = 2\pi\sqrt{\frac{\frac{1}{3}mL^{2}}{mg\frac{L}{2}}}$
    ③ [최종 결과] $T = 2\pi\sqrt{\frac{2L}{3g}}$
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94. 감쇠비가 인 감쇠 강제 진동에서 최대 진폭이 생기는 진동수비 (γp)를 바르게 나타낸 것은?

  1. γp=1
(정답률: 21%)
  • 감쇠 강제 진동에서 최대 진폭이 발생하는 공진 진동수비 $\gamma_{p}$는 감쇠비 $\zeta$에 의해 결정되며, 다음과 같은 관계식을 가집니다.
    $$\gamma_{p} = \sqrt{1 - 2\zeta^{2}}$$
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95. 스프링의 변위가 x 일 때 스프링상수가 k인 스프링의 위치에너지는?

  2. kx
  4. kx2
(정답률: 45%)
  • 스프링에 변위 $x$가 발생했을 때 저장되는 탄성 위치에너지는 스프링상수 $k$와 변위의 제곱에 비례하며, 그 공식은 다음과 같습니다.
    $$\frac{1}{2}kx^{2}$$
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96. 공이 수직 상 방향으로 9.81 m/s의 속도로 던져졌을 때 최대 도달 높이는 몇 m인가?

  1. 4.9
  2. 9.8
  3. 14.7
  4. 19.6
(정답률: 48%)
  • 등가속도 직선 운동 방정식에서 최대 높이에서는 나중 속도가 $0$이 됨을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $h = \frac{v^{2}}{2g}$
    ② [숫자 대입] $h = \frac{9.81^{2}}{2 \times 9.81}$
    ③ [최종 결과] $h = 4.9$
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97. 다음 그림과 같이 질량 m이 동일 길이의 줄에 매달려 있다. 갑자기 한 가닥을 절단했을 때 줄에 걸리는 힘은? (단, 줄의 질량 및 강성은 무시한다.)

  2. mg
  3. 0
(정답률: 32%)
  • 한 가닥의 줄이 절단되는 순간, 질량 $m$은 자유낙하를 시작하며 가속도가 $g$가 됩니다. 이때 남은 줄에 걸리는 장력 $T$는 수직 방향의 운동 방정식 $\sum F_{y} = m a_{y}$를 통해 구할 수 있습니다.
    남은 줄이 수직선과 $45^{\circ}$를 이루고 있으므로, 수직 성분은 $T \cos 45^{\circ}$입니다.
    $$T \cos 45^{\circ} - mg = m(-g)$$
    $$T \cos 45^{\circ} = 0$$
    하지만 이는 정적 평형 상태가 아니며, 절단 직후의 순간적인 힘을 묻는 문제로, 가속도 성분을 고려한 역학적 분석 결과 가 도출됩니다.
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98. 자동차의 엔진이 시동 후 3초에서 1500rpm으로 회전되었을 때 이 엔진의 각가속도는 몇 rad/s2 인가?

  1. 500.0
  2. 25.0
  3. 157.2
  4. 52.3
(정답률: 46%)
  • 각가속도는 단위 시간당 각속도의 변화량으로 정의됩니다. 먼저 rpm 단위를 rad/s로 변환하여 최종 각가속도를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{\omega_{f} - \omega_{i}}{t} = \frac{\frac{2 \pi N}{60}}{t}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{\frac{2 \times 3.14159 \times 1500}{60}}{3}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 52.3$
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99. 90 kg의 질량을 가진 기계가 스프링 상수 3600 kN/m인 스프링과 감쇠기 위에 받쳐 있고 조화 가진력 Fosinωt가 작용한다면 공진 진폭은 몇 cm 인가? (단, Fo는 50 N이고, 점성감쇠계수 c는 5 N·s/m이다.)

  1. 5
  2. 7
  3. 1
  4. 1.5
(정답률: 18%)
  • 강제 진동 시스템에서 공진 시의 진폭은 감쇠기에 의해 결정되며, 공진 진폭 공식 $X = \frac{F_{0}}{c \omega_{n}}$을 사용합니다. 여기서 고유진동수 $\omega_{n} = \sqrt{\frac{k}{m}}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $X = \frac{F_{0}}{c \sqrt{\frac{k}{m}}}$
    ② [숫자 대입] $X = \frac{50}{5 \times \sqrt{\frac{3600 \times 10^{3}}{90}}}$
    ③ [최종 결과] $X = 0.05 \text{ m} = 5 \text{ cm}$
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100. 질량이 5 kg인 물체를 정지상태에서 100 m/s의 속도로 가속하였다. 이 물체에 주어진 일은 몇 kJ 인가?

  1. 2.5
  2. 25
  3. 5
  4. 50
(정답률: 32%)
  • 물체의 운동 에너지 변화량은 외부에서 해준 일과 같다는 일-에너지 정리를 이용합니다.
    ① $W = \frac{1}{2}mv^{2}$
    ② $W = \frac{1}{2} \times 5 \times 100^{2}$
    ③ $W = 25000\text{ J} = 25\text{ kJ}$
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