일반기계기사 필기 기출문제복원 (2007-09-02)

일반기계기사 2007-09-02 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2007-09-02 기출문제)

목록

1과목: 재료역학

1. 한 변의 길이가 4cm인 정사각형 단면의 봉이 있다. 온도를 40℃ 상승시켜도 길이가 늘어나지 않도록 하는데 160kN의 힘이 필요하다. 이 봉의 열팽창계수(/℃)는 얼마인가? (단, 탄성계수 E = 200 GPa이다.)

  1. 9.5×10-6
  2. 10.5×10-6
  3. 11.5×10-6
  4. 12.5×10-6
(정답률: 63%)
  • 열응력 공식에 따라 온도가 상승해도 길이가 변하지 않도록 구속할 때 발생하는 응력과 열팽창 변형률의 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{P}{E \times A \times \Delta T}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{160 \times 10^{3}}{200 \times 10^{9} \times (0.04 \times 0.04) \times 40}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 12.5 \times 10^{-6}$
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2. 다음 중 포아송 비(Poisson’s ratio)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 포아송 비는 인장시험에서 인장축에 수직인 방향으로의 수축과 관계 있다.
  2. 탄성계수와 전단탄성계수를 알면 포아송 비를 구할 수 있다.
  3. 탄성 변형시 체적이 변하지 않는 재료의 포아송 비는 0.25이다.
  4. 실존하는 재료의 포아송 비는 0부터 0.5 사이의 범위에 있다.
(정답률: 52%)
  • 포아송 비는 재료의 횡방향 변형률과 종방향 변형률의 비를 나타냅니다. 탄성 변형 시 체적이 변하지 않는 완전 비압축성 재료의 포아송 비는 0.5입니다.

    오답 노트
    탄성 변형시 체적이 변하지 않는 재료의 포아송 비는 0.25이다 $\rightarrow$ 0.5가 정답
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3. 균일 단면을 가지는 수직 강봉 하단에 하중 P가 작용하고 있다. 이 때 봉의 전신장량은 얼마인가? (단, 강봉의 단면적은 A, 길이는 L, 비중량은 γ, 그리고 탄성계수는 E이다.)

(정답률: 37%)
  • 강봉의 전신장량은 하단에 작용하는 집중하중 $P$에 의한 변형량과 강봉 자체의 무게(자중)에 의한 변형량의 합으로 계산합니다.
    자중에 의한 하중은 $\gamma LA$이며, 평균적으로 $\frac{\gamma LA}{2}$의 효과를 가집니다.
    $$\delta = \frac{L}{AE} (\frac{\gamma LA}{2} + P)$$
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4. 그림과 같은 2축 응력상태에서 σx=200MPa, σy=-300MPa이 작용할 때, 최대 전단응력의 크기는 몇 MPa인가?

  1. 250
  2. 450
  3. 650
  4. 850
(정답률: 76%)
  • 2축 응력 상태에서 최대 전단응력은 두 주응력 차이의 절반으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = \frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \frac{200 - (-300)}{2}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 250$
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5. 그림과 같이 순수굽힘 상태에 있는 AB구간의 보에서 굽힘에 의해 중립면의 곡률은 얼마인가? (단, 보의 탄성계수는 E이고, 단면 2차모멘트는 I이다.)

(정답률: 22%)
  • 순수 굽힘 상태에서 곡률 $\kappa$는 굽힘 모멘트 $M$과 굽힘 강성 $EI$의 비로 결정됩니다.
    그림에서 AB 구간의 굽힘 모멘트는 $M = P \times a$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\kappa = \frac{M}{EI}$
    ② [숫자 대입] $\kappa = \frac{Pa}{EI}$
    ③ [최종 결과]
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6. 그림과 같은 단순보의 지점 반력(RA, RB)은 몇 N인가?

  1. RA=50, RB=1350
  2. RA=-250, RB=1550
  3. RA=-150, RB=1450
  4. RA=-50, RB=1350
(정답률: 49%)
  • 단순보의 평형 방정식($\sum M_A = 0, \sum F_y = 0$)을 이용하여 지점 반력을 구합니다.
    점 A에 대한 모멘트 합은 0이므로, $25000 - (500 \times 25) - (800 \times 37.5) + (R_B \times 50) = 0$에서 $R_B = 1350 \text{ N}$이 도출됩니다. 전체 수직 힘의 합은 0이므로, $R_A + R_B - 500 - 800 = 0$에서 $R_A = 1300 - 1350 = -50 \text{ N}$이 됩니다.
    따라서 $R_A = -50, R_B = 1350$ 입니다.
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7. 그림과 같은 원형단면의 외팔보 2개의 지름의 비가 d1:d2 = 5 : 6이고, 그 밖의 치수와 재료는 똑같다. 이 두 보가 똑같은 집중하중을 받고 있을 때, 이들 보 속에 저장되는 변형에너지의 비 U1:U2는?

  1. 63:53
  2. 62:52
  3. 64:54
  4. 53:63
(정답률: 40%)
  • 외팔보의 변형에너지는 굽힘 강성 $EI$에 반비례하며, 원형 단면의 관성모멘트 $I$는 지름의 4제곱 $d^{4}$에 비례합니다. 따라서 변형에너지 $U$는 지름의 4제곱에 반비례하는 관계를 가집니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{P^{2}l^{3}}{3EI} \propto \frac{1}{d^{4}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{d_{2}^{4}}{d_{1}^{4}} = \frac{6^{4}}{5^{4}}$
    ③ [최종 결과] $U_{1}:U_{2} = 6^{4}:5^{4}$
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8. 폭 × 높이 = 4cm x 8cm인 직사각형 단면이고 길이가 1m인 외팔보의 자유단에 집중하중 30 kN이 작용할 때 보의 처짐의 최대값은 몇 cm인가? (단, 탄성계수 E = 210 GPa이다.)

  1. 1.50
  2. 2.79
  3. 4.50
  4. 11.16
(정답률: 60%)
  • 외팔보의 자유단에 집중하중이 작용할 때 최대 처짐량을 구하는 문제입니다.
    먼저 단면 이차 모멘트 $I = \frac{bh^{3}}{12} = \frac{4 \times 8^{3}}{12} = 170.67 \text{ cm}^{4}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{PL^{3}}{3EI}$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{30000 \times 100^{3}}{3 \times 2100000 \times 170.67}$
    ③ [최종 결과] $\delta = 2.79$
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9. 그림과 같이 외팔보의 중앙에 집중하중 W가 작용할 때, 최대처짐을 나타내는 식은? (단, 보의 탄성계수는 E이고, 단면 2차모멘트는 1이다.)

(정답률: 53%)
  • 외팔보의 중앙($l/2$ 지점)에 집중하중 $W$가 작용할 때, 자유단에서의 최대처짐량 $\delta_{max}$를 구하는 공식입니다.
    ① [기본 공식] $\delta_{max} = \frac{W a^{2}}{6EI}(3l - a)$ (단, $a$는 하중 작용점까지의 거리)
    ② [숫자 대입] $\delta_{max} = \frac{W (l/2)^{2}}{6EI}(3l - l/2) = \frac{W l^{2}/4}{6EI} \times \frac{5l}{2}$
    ③ [최종 결과] $\delta_{max} = \frac{5Wl^{3}}{48EI}$
    따라서 정답은 입니다.
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10. 무게 100N인 물체가 두 개의 줄 AC, BC에 의해서 동일 평면상에서 평형을 이루고 있다. 줄 BC에 걸리는 장력은 몇 N 인가?

  1. 51.8
  2. 62.5
  3. 73.2
  4. 89.3
(정답률: 55%)
  • 물체 C에서의 힘의 평형 방정식($\sum F_x = 0, \sum F_y = 0$)을 사용하여 장력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $T_{BC} \sin 30^\circ + T_{AC} \sin 45^\circ = 100, T_{BC} \cos 30^\circ = T_{AC} \cos 45^\circ$
    ② [숫자 대입] $T_{BC} \sin 30^\circ + (T_{BC} \frac{\cos 30^\circ}{\cos 45^\circ}) \sin 45^\circ = 100$
    ③ [최종 결과] $T_{BC} = 73.2$
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11. 평면 응력상태에 있는 어느 점에서 응력이 σx=σy=σ, σz=τxy=τyz=τzx=0일 때 모어(Mohr)의 원으로 나타내면?

(정답률: 29%)
  • 주어진 조건 $\sigma_x = \sigma_y = \sigma$이고 $\tau_{xy} = 0$ 인 상태는 두 주응력이 동일한 경우입니다.
    모어 원의 중심은 $(\frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}, 0) = (\sigma, 0)$이 되고, 반지름은 $\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2} = 0$이 되므로 원이 아닌 점 $\sigma$로 나타납니다.
    따라서 정답은 입니다.
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12. 다음 중 주평면(主平面)의 성질을 옳게 설명한 것은?

  1. 주평면에는 최대 수직 응력만이 작용한다.
  2. 주평면에는 최대 전단 응력만이 작용한다.
  3. 주평면에는 최대, 최소의 수직 응력만이 작용한다.
  4. 주평면에는 전단 응력과 수직 응력이 모두 작용한다.
(정답률: 33%)
  • 주평면은 전단 응력이 $0$이 되는 특수한 평면으로, 오직 수직 응력(주응력)만이 작용하는 면을 말합니다.
    따라서 주평면에는 최대, 최소의 수직 응력만이 작용합니다.

    오답 노트
    최대 수직 응력만이 작용한다: 최대와 최소 모두 존재함
    최대 전단 응력만이 작용한다: 전단 응력은 $0$임
    전단 응력과 수직 응력이 모두 작용한다: 전단 응력은 $0$임
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13. 다음 중 체적계수(bulk modulus)를 나타낸 식은? (단, E는 탄성계수, G는 전단탄성계수, v는 포아송비이다.)

(정답률: 42%)
  • 체적계수 $K$는 탄성계수 $E$와 포아송비 $\nu$의 관계식으로 정의됩니다.
    정답은 $\frac{E}{3(1-2\nu)}$ 입니다.
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14. 탄성 계수 E = 200GPa, 좌굴 응력 σB = 320MPa인 강재기둥에 오일러(Euler) 공식을 적용할 수 있는 한계 세장비는? (단, n은 양단지지 상태에 따른 좌굴 계수이다.)

  1. 62.5√n
  2. 78.5√n
  3. 85.5√n
  4. 90.5√n
(정답률: 39%)
  • 오일러의 좌굴 공식에서 응력 $\sigma_{B}$와 세장비 $\lambda$의 관계식을 이용하여 한계 세장비를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{B} = \frac{\pi^{2} E}{\lambda^{2}}$ $\rightarrow$ $\lambda = \sqrt{\frac{\pi^{2} E}{\sigma_{B}}}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \sqrt{\frac{\pi^{2} \times 200 \times 10^{9}}{320 \times 10^{6}}}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 78.5\sqrt{n}$
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15. 양단 고정보의 중앙에 집중 하중 W가 작용할 때 굽힘 모멘트 선도(BMD)는?

(정답률: 43%)
  • 양단 고정보의 중앙에 집중 하중이 작용하면, 지점(양 끝단)에서는 음(-)의 모멘트가 발생하고 중앙부에서는 최대 양(+)의 모멘트가 발생합니다.
    따라서 BMD는 양 끝단에서 아래로 내려갔다가 중앙에서 위로 솟아오르는 형태인 가 정답입니다.
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16. 안지름 80cm의 얇은 원통에 내압 1MPa이 작용할 때 원통의 최소 두께는 몇 mm인가? (단, 재료의 허용응력은 80MPa이다.)

  1. 2.5
  2. 5
  3. 8
  4. 10
(정답률: 41%)
  • 얇은 원통의 원주 방향 응력(Hoop Stress) 공식을 이용하여 최소 두께를 구합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{p d}{2 \sigma}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{(1 \times 10^{6}) \times 0.8}{2 \times (80 \times 10^{6})}$
    ③ [최종 결과] $t = 0.005\text{ m} = 5\text{ mm}$
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17. 바깥지름 8cm, 안지름 6cm의 속이 빈 축에 7000N∙m의 비틀림 모멘트가 작용하고 있다. 이 때 발생하는 최대 비틀림 응력을 구하면 몇 MPa인가?

  1. 43.8
  2. 53.8
  3. 63.8
  4. 101.9
(정답률: 51%)
  • 중공축의 비틀림 응력 공식을 사용하여 최대 응력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{16 T}{\pi (d_{o}^{3} - d_{i}^{3})}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{16 \times 7000}{\pi \times (0.08^{3} - 0.06^{3})}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 101.9 \times 10^{6}\text{ Pa} = 101.9\text{ MPa}$
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18. 지름이 60mm인 연강축이 있다. 이 축의 허용 전단응력은 40 MPa이며 단위길이당 허용 회전각도는 1.5°이다. 연강의 전단 탄성계수를 80GPa이라 할 때 이 축의 최대 허용 토크 T는 몇 N∙m인가?

  1. 696
  2. 1696
  3. 2664
  4. 3664
(정답률: 47%)
  • 최대 허용 토크는 허용 전단응력에 의한 토크와 허용 회전각에 의한 토크 중 작은 값을 선택해야 합니다. 먼저 두 조건을 각각 계산합니다.
    전단응력 기준:
    ① [기본 공식] $T = \frac{\tau d^{3}}{16}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{(40 \times 10^{6}) \times (0.06)^{3}}{16}$
    ③ [최종 결과] $T = 5400\text{ N}\cdot\text{m}$
    회전각 기준 ($\theta = 1.5^{\circ} = \frac{1.5 \times \pi}{180}\text{ rad}$):
    ① [기본 공식] $T = \frac{G I_{p} \theta}{L} = \frac{G \frac{\pi d^{4}}{32} \theta}{L}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{(80 \times 10^{9}) \times \frac{\pi \times 0.06^{4}}{32} \times \frac{1.5 \times \pi}{180}}{1}$
    ③ [최종 결과] $T = 1696\text{ N}\cdot\text{m}$
    두 값 중 작은 값인 1696 N·m가 최대 허용 토크가 됩니다.
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19. 그림과 같이 길이가 1m, 단면적이 1cm2인 막대의 B점이 벽에서 0.5mm 만큼 떨어져 있다. 온도가 50℃ 만큼 상승하였을 때 B점이 벽에 닿지 않기 위한 외력 P의 최소값은? (단, 재료의 탄성계수는 E=200GPa, 선형 열팽창계수는 α=1.5×10-5/℃이다.)

  1. 5 kN
  2. 10 kN
  3. 15 kN
  4. 20 kN
(정답률: 28%)
  • 온도 상승으로 인한 열팽창량에서 벽까지의 간격을 뺀 나머지 변형량을 외력 $P$가 억제해야 합니다. 즉, 열변형량과 탄성변형량의 합이 간격과 같아야 합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{E A (\alpha \Delta T - \delta)}{L}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{(200 \times 10^{9}) \times (1 \times 10^{-4}) \times (1.5 \times 10^{-5} \times 50 - 0.5 \times 10^{-3})}{1}$
    ③ [최종 결과] $P = 5000\text{ N} = 5\text{ kN}$
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20. 아래 그림에서 전단력의 최대값은?

  1. 11 kN
  2. 25 kN
  3. 27 kN
  4. 35 kN
(정답률: 40%)
  • 보의 반력을 먼저 구한 뒤, 전단력 선도(SFD)를 통해 최대 전단력을 찾습니다. 전체 하중은 집중하중 $20\text{kN}$과 분포하중 $4\text{kN/m} \times 10\text{m} = 40\text{kN}$의 합인 $60\text{kN}$입니다. 모멘트 평형을 통해 지점 A의 반력 $R_A$를 구하면 $27\text{kN}$이 나오며, 이 지점에서 전단력이 최대가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\sum M_B = 0$
    ② [숫자 대입] $R_A \times 8 - 20 \times 4 - 4 \times 10 \times 5 = 0$
    ③ [최종 결과] $R_A = 27$ kN
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2과목: 기계열역학

21. 이상기체의 내부에너지 및 엔탈피는?

  1. 압력만의 함수이다.
  2. 체적만의 함수이다.
  3. 온도만의 함수이다.
  4. 온도 및 압력의 함수이다.
(정답률: 63%)
  • 이상기체(Ideal Gas)의 정의에 따라, 내부에너지와 엔탈피는 압력이나 체적에 관계없이 오직 온도만의 함수로 결정됩니다.
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22. 분자량 28.5인 어떤 완전가스가 압력 200kPa, 온도 100℃에 있어서 갖는 비체적은? (단, 일반기체상수 = 8.314 kJ/kmol K이다.)

  1. 약 0.545 m3/kg
  2. 약 3.334 m3/kg
  3. 약 5.587 m3/kg
  4. 약 6.666 m3/kg
(정답률: 53%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 비체적을 구할 수 있습니다. 이때 온도는 반드시 절대온도(K)로 변환하여 대입해야 합니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{R}{P M}$ (여기서 $R$은 일반기체상수, $M$은 분자량)
    ② [숫자 대입] $v = \frac{8.314}{200 \times 10^3 \times 28.5} \times (100 + 273.15) \times 10^3$
    ③ [최종 결과] $v = 0.545$ m$^3$/kg
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23. 기체가 0.3 MPa 일정압력 하에 8m3에서 4m3까지 마찰 없이 압축되면서 동시에 500 kJ의 열을 외부에 방출하였다면, 내부에너지(kJ)의 변화는 얼마나 되겠는가?

  1. 약 700
  2. 약 1700
  3. 약 1200
  4. 약 1300
(정답률: 34%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 계의 내부에너지 변화량은 가해진 열량에서 외부로 한 일의 양을 뺀 값과 같습니다. 압축 과정이므로 외부에서 일을 받았으며, 열은 외부로 방출되었습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q - W = Q - P(V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = -500 - 0.3 \times 10^3 \times (4 - 8)$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 700$ kJ
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24. 200m의 높이로부터 250kg의 물체가 땅으로 떨어질 경우 일을 열량으로 환산하면 약 몇 kJ인가?

  1. 117
  2. 79
  3. 203
  4. 490
(정답률: 54%)
  • 물체가 낙하하며 가지는 위치 에너지가 모두 열량으로 환산되는 문제입니다. 위치 에너지 공식 $E = mgh$를 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times g \times h$
    ② [숫자 대입] $Q = 250 \times 9.8 \times 200$
    ③ [최종 결과] $Q = 490 \text{ kJ}$
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25. 온도 200℃, 압력 500kPa, 비체적 0.6m3/kg의 산소가 정압하에서 비체적이 0.4m3/kg으로 되었다면, 변화 후의 온도는?

  1. 42℃
  2. 55℃
  3. 315℃
  4. 437℃
(정답률: 43%)
  • 정압 과정에서는 샤를의 법칙에 의해 온도와 비체적이 비례 관계에 있습니다. 절대온도를 사용하여 변화 후의 온도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_{1}}{T_{1}} = \frac{V_{2}}{T_{2}}$
    ② [숫자 대입] $T_{2} = \frac{0.4 \times (200 + 273.15)}{0.6}$
    ③ [최종 결과] $T_{2} = 315.46 \text{ K} \rightarrow 42.31^{\circ} \text{C}$
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26. 그림과 같은 카르노사이클의 1,2,3,4점에서의 온도를 T1, T2, T3, T4라 할 때 이 사이클의 효율은 어떻게 표시되겠는가?

(정답률: 32%)
  • 카르노 사이클의 효율은 작동 유체의 종류와 관계없이 고온 열원의 절대온도 $T_{H}$와 저온 열원의 절대온도 $T_{L}$에 의해서만 결정됩니다. 제시된 $P-V$ 선도에서 고온부 온도는 $T_{1}$이며, 저온부 온도는 $T_{4}$이므로 효율은 다음과 같이 표시됩니다.
    $$\eta = 1 - \frac{T_{4}}{T_{1}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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27. 열병항발전시스템에 대한 설명으로 올바른 것은?

  1. 증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템이다.
  2. 증기 동력 사이클 상부에 고온에서 작동하는 수은 동력 사이클을 결합한 시스템이다.
  3. 가스 터빈에서 방출되는 폐열을 증기 동력 사이클의 열원으로 사용하는 시스템이다.
  4. 한 단의 재열 사이클과 여러 단의 재생 사이클을 복합한 시스템이다.
(정답률: 24%)
  • 열병합발전시스템은 에너지 효율을 극대화하기 위해 전기 생산과 동시에 발생하는 폐열을 회수하여 이용하는 시스템입니다. 따라서 증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템이라는 설명이 정답입니다.

    오답 노트
    가스 터빈 폐열을 증기 사이클에 사용하는 것은 복합발전(Combined Cycle)에 해당합니다.
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28. 어떤 보일러에서 발생한 수증기를 열원으로 사용하면 온도 T1= 350℃에서 매 시간 Q1= 60000kJ의 열을 낼 수 있다. 이 수증기를 고열원으로 하고 또 T2= 50℃의 냉각수를 저열원으로 하는 가역 열기관 카르노 사이클(Carnot cycle)의 출력은 약 몇 kW인가?

  1. 5.82
  2. 6.69
  3. 8.03
  4. 14.3
(정답률: 43%)
  • 카르노 사이클의 효율을 이용하여 고열원에서 공급된 열량 중 실제 일로 변환된 출력(일률)을 구하는 문제입니다. 열기관의 효율은 고온부와 저온부의 절대온도 비로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $W = Q_{1} \times (1 - \frac{T_{2}}{T_{1}})$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{60000}{3600} \times (1 - \frac{50 + 273.15}{350 + 273.15})$
    ③ [최종 결과] $W = 8.03$
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29. 내부에너지가 40kJ, 절대압력이 200kPa, 체적이 0.1m3, 절대온도가 300K인 계의 엔탈피는?

  1. 60 kJ
  2. 240 kJ
  3. 42 kJ
  4. 80 kJ
(정답률: 55%)
  • 엔탈피는 계의 내부에너지와 유동 에너지(압력 $\times$ 체적)의 합으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $H = U + PV$
    ② [숫자 대입] $H = 40 + (200 \times 0.1)$
    ③ [최종 결과] $H = 60$ kJ
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30. 물 10kg을 1기압 하에서 20℃로부터 60℃까지 가열할 때 엔트로피의 증가량은? (단, 물의 정압 비열은 4.18 kJ/kgK이다.)

  1. 9.78 kJ/K
  2. 5.35 kJ/K
  3. 8.32 kJ/K
  4. 41.8 kJ/K
(정답률: 55%)
  • 정압 과정에서 액체의 엔트로피 변화량은 질량, 비열, 온도 변화의 자연로그 값의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = m C_p \ln \frac{T_2}{T_1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 10 \times 4.18 \times \ln \frac{60 + 273.15}{20 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 5.35$ kJ/K
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31. 500℃와 20℃의 두 열원 사이에 설치되는 열기관이 가질 수 있는 최대의 이론 열효율은 다음 중 어느 것에 가장 가까운가?

  1. 48%
  2. 58%
  3. 62%
  4. 96%
(정답률: 51%)
  • 열기관이 가질 수 있는 최대 이론 효율은 카르노 효율이며, 이는 고온 열원과 저온 열원의 절대온도만으로 결정됩니다.
    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] $\eta = 0.62$ (62%)
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32. 온도 150℃, 압력 0.5MPa의 공기 0.2kg이 압력이 일정한 과정에서 원래 체적의 2배로 늘어난다. 이 과정에서의 일은? (단, 공기의 기체 상수는 0.287 kJ/kgK이다.)

  1. 12.3 kJ
  2. 18.5 kJ
  3. 20.5 kJ
  4. 24.3 kJ
(정답률: 46%)
  • 정압 과정에서 기체가 하는 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 구할 수 있으며, 이상기체 상태방정식을 통해 초기 체적을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $W = P(V_2 - V_1) = P V_1$ (단, $V_2 = 2V_1$이고 $V_1 = \frac{mRT}{P}$)
    ② [숫자 대입] $W = 0.2 \times 287 \times (150 + 273.15)$
    ③ [최종 결과] $W = 24.3$ kJ
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33. 어떤 시스템이 100 kJ의 열을 받고, 150 kJ의 일을 하였다면 이 시스템의 엔트로피는?

  1. 증가했다.
  2. 감소했다.
  3. 변하지 않았다.
  4. 시스템의 온도에 따라 증가할 수도 있고 감소할 수도 있다.
(정답률: 30%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계 또는 전체 시스템의 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 진행됩니다. 외부에서 열을 받고 일을 하는 과정에서 발생하는 비가역성으로 인해 시스템의 엔트로피는 증가하게 됩니다.
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34. 밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하여 300 kJ의 열이 발생하였다. 압축일량이 400 kJ이라면 내부에너지 증가는?

  1. 100 kJ
  2. 300 kJ
  3. 400 kJ
  4. 700 kJ
(정답률: 36%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 시스템의 내부에너지 변화량은 공급된 열량과 외부에서 받은 일의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q + W$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = -300 + 400$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 100 \text{ kJ}$
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35. 준평형 과정으로 실린더 안의 공기를 100 kPa, 300 K 상태에서 400 kPa까지 압축한다. 이 압축 과정 동안 압력과 체적의 관계는 PVn=const(n=1.3)이다. 공기의 정적비열은 Cv=0.717kJ/kgK, 기체상수(R)=0.288 kJ/kgK이다. 단위질량당 일과 열의 전달량은?

  1. 일 = -108.2 kJ/kg, 열 = -27.11 kJ/kg
  2. 일 = -108.2 kJ/kg, 열 = -189.3 kJ/kg
  3. 일 = -125.4 kJ/kg, 열 = -27.11 kJ/kg
  4. 일 = -125.4 kJ/kg, 열 = -189.3 kJ/kg
(정답률: 32%)
  • 폴리트로픽 압축 과정에서 단위질량당 일과 열전달량을 계산합니다. 일은 압력과 체적의 변화로, 열은 일과 내부에너지 변화의 차이로 구합니다.
    ① [기본 공식] $w = \frac{P_1 V_1 - P_2 V_2}{n-1}, \quad q = w + C_v(T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $w = \frac{100 \times (R \times 300 / 100) - 400 \times (R \times 300 / (100 \times 4^{1/1.3}))}{1.3-1}$
    ③ [최종 결과] $\text{일} = -108.2 \text{ kJ/kg}, \text{열} = -27.11 \text{ kJ/kg}$
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36. 자동차에서 에어컨을 가동할 때 차량 밑으로 물이 떨어졌다. 이 물은 주로 어디서 발생했는가?

  1. 응축기
  2. 증발기
  3. 팽창밸브
  4. 압축기
(정답률: 28%)
  • 에어컨의 증발기는 주변 공기의 열을 흡수하며 냉각시키는 장치입니다. 이때 공기 중의 수증기가 냉각된 증발기 표면에서 응결되어 물방울이 맺히고, 이것이 외부로 배출되는 것입니다.
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37. 냉동능력 5 냉동톤인 냉동기의 성능계수가 2, 냉동기를 구동하는 가솔린 엔진의 열효율이 20%, 가솔린의 발열량이 43000 kJ/kg 일 경우, 냉동기 구동에 소요되는 가솔린의 소비율은 약 얼마인가? (단, 1 냉동톤은 약 3.52 kW이다.)

  1. 1.28 kg/h
  2. 2.12 kg/h
  3. 3.68 kg/h
  4. 4.85 kg/h
(정답률: 33%)
  • 냉동능력을 구동 전력으로 환산하고, 엔진의 효율과 연료의 발열량을 이용해 시간당 연료 소비량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{Q_L / COP}{\eta \times H} \times 3600$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{(5 \times 3.52) / 2}{0.2 \times (43000 / 3600)} = \frac{8.8}{2.388}$
    ③ [최종 결과] $m = 3.68 \text{ kg/h}$
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38. 다음 그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워져 있는 실린더에 들어 있는 가스를 계로 생각한다. 최초압력이 300 kPa이고, 초기체적은 0.05m3이다. 피스톤을 고정하여 체적을 일정하게 유지하고 압력이 200 kPa로 떨어질 때까지 계에서 열을 제거할 때 이때의 일은?

  1. 0 kJ
  2. 5 kJ
  3. 10 kJ
  4. 15 kJ
(정답률: 8%)
  • 열역학에서 일은 체적 변화가 있을 때 발생합니다. 문제에서 피스톤을 고정하여 체적을 일정하게 유지(정적 과정)했으므로, 체적 변화량 $\Delta V = 0$이 되어 계가 수행한 일은 0이 됩니다.
    ① [기본 공식] $W = \int P dV$
    ② [숫자 대입] $W = P \times 0$
    ③ [최종 결과] $W = 0$
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39. 다음은 물질의 열역학 성질에 관한 설명이다. 이 중에서 미시적 관점의 설명은 어느 것인가?

  1. 밀폐공간의 기체를 가열하면 압력이 증가한다.
  2. 같은 온도에서 액체보다 증기가 더 많은 에너지를 갖고 있다.
  3. 압력이 증가하면 액체의 끓는 온도가 증가한다.
  4. 고체를 가열하면 격자의 진동이 활발해 진다.
(정답률: 35%)
  • 미시적 관점은 물질을 구성하는 분자, 원자, 격자 등 아주 작은 입자의 거동으로 현상을 설명하는 방식입니다. 고체를 가열할 때 격자의 진동이 활발해진다는 설명은 원자 수준의 움직임을 다루므로 미시적 관점에 해당합니다.

    오답 노트
    압력 증가, 에너지 상태, 끓는점 변화: 모두 거시적 관점의 설명임
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40. 오토(Otto) 사이클에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가솔린기관의 공기표준사이클이다.
  2. 연소과정을 등적가열과정으로 간주한다.
  3. 압축비가 클수록 효율이 높다.
  4. 열효율은 작업기체의 종류와 무관하다.
(정답률: 45%)
  • 오토 사이클의 열효율은 압축비와 작업기체의 비열비에 의해 결정되므로, 작업기체의 종류(비열비)에 따라 효율이 달라집니다.

    오답 노트
    가솔린기관의 공기표준사이클: 맞음
    등적가열과정: 맞음
    압축비와 효율: 압축비가 클수록 효율 증가함
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3과목: 기계유체역학

41. 길이 150m의 배가 8m/s의 속도로 항해한다. 배가 받는 조파 저항을 연구하는 경우, 길이 1.5m의 기하학적으로 닮은 모형의 속도는 몇 m/s인가?

  1. 12
  2. 80
  3. 1
  4. 0.8
(정답률: 49%)
  • 조파 저항을 연구하기 위한 모형 시험에서는 프루드 수(Froude number)를 동일하게 유지하는 상사법칙을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $V_m = V_p \times \sqrt{\frac{L_m}{L_p}}$
    ② [숫자 대입] $V_m = 8 \times \sqrt{\frac{1.5}{150}}$
    ③ [최종 결과] $V_m = 0.8$
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42. 압력강하 △P, 밀도 ρ, 길이 L, 유량 Q에서 얻을 수 있는 무차원수는?

(정답률: 53%)
  • 주어진 물리량들의 차원을 조합하여 모든 단위가 상쇄되는 무차원 조합을 찾아야 합니다.
    $$\sqrt{\frac{\rho}{\Delta P}} \cdot \frac{Q}{L^2}$$
    위 식의 차원을 분석하면 $\sqrt{\frac{kg/m^3}{kg/(m \cdot s^2)}} \cdot \frac{m^3/s}{m^2} = \sqrt{s^2/m^2} \cdot (m/s) = (s/m) \cdot (m/s) = 1$이 되어 무차원수가 됩니다.
    따라서 정답은 입니다.
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43. 벽면에 평행한 방향의 속도 u만이 있는 유동장에서 전단응력을 τ, 점성 계수를 μ, 벽면으로부터의 거리를 y로 표시하면 뉴튼의 점성법칙은 어떻게 쓸 수 있는가?

(정답률: 55%)
  • 뉴튼의 점성법칙은 유체의 전단응력이 속도 구배(속도의 공간 변화율)와 점성 계수의 곱에 비례한다는 법칙입니다.
    $$\tau = \mu \frac{du}{dy}$$
    따라서 정답은 입니다.
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44. 수력기울선(Hydraulic Grade Line)의 설명으로 가장 적당한 것은?

  1. 에너지선보다 위에 있어야 한다.
  2. 항상 수평이 된다.
  3. 위치 수두와 속도 수두의 합을 나타낸다.
  4. 위치 수두와 압력 수두의 합을 나타낸다.
(정답률: 47%)
  • 수력기울선(HGL)은 베르누이 방정식의 전체 에너지선(EGL)에서 속도 수두를 제외한 나머지 성분, 즉 위치 수두와 압력 수두의 합을 나타내는 선입니다.

    오답 노트
    에너지선보다 위에 있어야 한다: 에너지선이 항상 수력기울선보다 위에 위치함
    항상 수평이 된다: 마찰 손실이 있으면 하향 경사를 가짐
    위치 수두와 속도 수두의 합: 이는 에너지선의 정의임
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45. 어떤 탱크에 유체를 가득 채우고, 수직축을 중심으로 일정한 각속도로 회전시킨다. 탱크 밑면에서의 압력은 어떻게 변화하는가?

  1. 회전축으로부터의 거리의 제곱에 따라 감소한다.
  2. 회전축으로부터의 거리에 따라 직선적으로 증가한다.
  3. 회전축으로부터의 거리에 따라 직선적으로 감소한다.
  4. 회전축으로부터의 거리의 제곱에 따라 증가한다.
(정답률: 30%)
  • 회전하는 유체 내에서 원심력에 의해 압력 구배가 발생하며, 압력은 회전축으로부터의 거리 $r$의 제곱에 비례하여 증가하는 포물선 형태를 띱니다.
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46. 수평 원관 속을 흐르는 유체의 층류 유동에서 관마찰계수는?

  1. 상대조도만의 함수이다.
  2. 마하수만의 함수이다.
  3. 레이놀즈수만의 함수이다.
  4. 프루드수만의 함수이다.
(정답률: 59%)
  • 수평 원관 내 층류 유동에서 관마찰계수 $f$는 오직 레이놀즈수 $Re$에 의해서만 결정됩니다.

    오답 노트
    상대조도: 난류 유동에서 영향을 미침
    마하수: 압축성 유동의 특성 수치
    프루드수: 자유 표면이 있는 개수로 유동의 특성 수치
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47. 그림과 같이 물 제트가 고정된 평판에 수직으로 부딪힌다. 마찰을 무시할 때, 제트에 의해 판이 받는 충격력은 얼마인가? (단, 물 제트의 분사속도(Vj)는 10m/s이고, 제트 단면적은 0.01m2이다.)

  1. 10 kN
  2. 10 N
  3. 100 kN
  4. 1000 N
(정답률: 50%)
  • 물 제트가 평판에 수직으로 충돌하여 속도가 0이 될 때, 운동량 변화량에 의한 충격력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F = \rho A V_j^2$
    ② [숫자 대입] $F = 1000 \times 0.01 \times 10^2$
    ③ [최종 결과] $F = 1000 \text{ N}$
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48. 동쪽을 x축 (+)방향, 북쪽을 y축 (+)방향으로 하는 2차원 직각 좌표계에서 2m/s의 일정한 속도로 불어오는 남동풍에 대응하는 속도 포텐셜은? (단, 속도포텐셜 ø는 로 정의된다.)

  3. 2x – 2y + 상수
  4. 2x + 2y + 상수
(정답률: 29%)
  • 남동풍은 동쪽($x$축)과 북쪽($y$축)의 음의 방향으로 각각 $v \cos 45^{\circ}$의 속도 성분을 가집니다. 속도 포텐셜 $\phi$는 $\vec{V} = \nabla \phi$ 관계를 가지므로, 각 성분을 적분하여 구합니다.
    $$u = \frac{\partial \phi}{\partial x} = 2 \cos 45^{\circ} = \sqrt{2}$$
    $$v = \frac{\partial \phi}{\partial y} = 2 \sin(-45^{\circ}) = -\sqrt{2}$$
    이를 적분하면 $\phi = \sqrt{2}x - \sqrt{2}y + \text{상수}$가 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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49. 바람에 수직하게 놓인 지름 40cm의 원판(disk)이 받는 항력은 0.4N이었다. 공기 밀도가 1.2kg/m3이고 항력계수가 1.1이라면 풍속은 몇 m/s인가?

  1. 0.8
  2. 1.1
  3. 1.6
  4. 2.2
(정답률: 52%)
  • 항력 공식을 이용하여 풍속 $v$에 대해 정리하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F_D = \frac{1}{2} \rho v^2 A C_D$
    ② [숫자 대입] $0.4 = \frac{1}{2} \times 1.2 \times v^2 \times (\pi \times 0.2^2) \times 1.1$
    ③ [최종 결과] $v = 2.2 \text{ m/s}$
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50. 점성 계수가 μ=0.098N∙s/m2인 유체가 평판 위를 u=750y-2.5×10-6y3m/s의 속도분포로 흐를 때 벽면에서의 전단 응력은 몇 N/m2인가? (단, y는 벽면으로부터 m 단위로 잰 수직거리이다.)

  1. 7.35
  2. 73.5
  3. 735
  4. 0.735
(정답률: 55%)
  • 뉴턴의 점성 법칙에 따라 벽면($y=0$)에서의 속도 기울기(전단 변형률)를 구하고 점성 계수를 곱하여 전단 응력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \mu \frac{du}{dy}$
    ② [숫자 대입] $\tau = 0.098 \times (750 - 2.5 \times 10^{-6} \times 3 \times 0^2)$
    ③ [최종 결과] $\tau = 73.5 \text{ N/m}^2$
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51. 그림과 같은 수문(ABC)에서 A점은 한지로 연결되어 있다. 수문을 그림과 같은 닫은 상태로 유지하기 위해 필요한 힘 F는 몇 kN인가?

  1. 39.2
  2. 52.3
  3. 58.8
  4. 78.4
(정답률: 34%)
  • 수문의 A점을 회전축으로 하여 모멘트 평형 방정식을 세워 필요한 힘 $F$를 구합니다. 수직판 BC에 작용하는 수압력의 크기와 작용점, 그리고 수평판 AB에 작용하는 수압력을 고려합니다.
    ① [기본 공식] $\sum M_A = 0$
    ② [숫자 대입] $F \times 2 = (\frac{1}{2} \times 1000 \times 9.81 \times 2^2 \times 2) \times (\frac{2}{3} \times 2) + (1000 \times 9.81 \times 2 \times 2) \times 1$
    ③ [최종 결과] $F = 52.3 \text{ kN}$
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52. 비중이 0.9인 원유를 1.0m3/min의 유량으로 직경이 150mm인 원형관으로 수송하고자 한다. 100km를 수송하기 위해 필요한 동력은 몇 kW인가? (단, 관마찰계수는 0.02이다.)

  1. 0.251
  2. 1.72
  3. 25.8
  4. 89.0
(정답률: 33%)
  • 관내 유동의 마찰 손실에 의한 동력을 구하는 문제입니다. 먼저 유속 $v$를 구한 뒤 Darcy-Weisbach 공식을 사용하여 손실 수두를 계산하고 동력으로 환산합니다.
    유속 $v = \frac{Q}{A} = \frac{1.0/60}{\pi \times 0.075^2} = 0.943 \text{ m/s}$
    ① [기본 공식] $P = \rho g Q f \frac{L}{D} \frac{v^2}{2}$
    ② [숫자 대입] $P = (0.9 \times 1000) \times 9.81 \times (1.0/60) \times 0.02 \times \frac{100000}{0.15} \times \frac{0.943^2}{2}$
    ③ [최종 결과] $P = 89.0 \text{ kW}$
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53. 경계층에서 유동박리 현상이 발생하기 제일 어려운 조건은 어느 것인가?

  1. 역압력 구배가 존재할 때
  2. 유동 방향으로 단면이 확대될 때
  3. 유체가 감속될 때
  4. 순압력 구배가 존재할 때
(정답률: 35%)
  • 유동 박리는 유속이 감소하고 압력이 증가하는 역압력 구배 상황에서 발생합니다. 반대로 순압력 구배(압력이 감소하는 방향)가 존재하면 유동이 벽면 쪽으로 더 강하게 밀착되어 박리가 일어나기 가장 어렵습니다.

    오답 노트
    역압력 구배 존재, 단면 확대, 유체 감속: 모두 유동 박리를 촉진하는 조건입니다.
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54. 수두 차를 읽어 관내 유체의 속도를 측정할 때 역 U자관(inverted U tube) 액주계가 사용되었다면 그 이유는?

  1. 게측 유체의 비중이 작기 때문에
  2. 설치가 간편하기 때문에
  3. 이물질 제거가 쉽기 때문에
  4. 관찰하기 쉽기 때문에
(정답률: 47%)
  • 역 U자관 액주계는 측정하려는 유체의 비중이 마노미터 액체(예: 수은)보다 훨씬 작을 때 사용합니다. 유체의 비중이 작으면 일반 U자관보다 역 U자관을 사용하는 것이 수두 차를 측정하는 데 더 효율적이고 정밀하기 때문입니다.
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55. 공기로 채워진 0.189m3들이 오일 드럼통을 사용하여 잠수부가 해저 바닥으로부터 오래된 배의 닻을 끌어올리려 한다. 바닷물 속에서 닻을 들어 올리는데 필요한 힘은 1780N이고, 공기 중에서 빈 드럼통을 들어 올리는데 필요한 힘은 222N이다. 공기로 채워진 드럼통을 닻에 연결할 때 잠수부가 이 닻을 끌어올리는 데 필요한 최소 힘은 몇 N인가? (단, 바닷물의 비중은 1.025이다.)

  1. 97.5
  2. 99.5
  3. 101.5
  4. 103.5
(정답률: 41%)
  • 부력의 원리를 이용하여 닻과 드럼통이 결합되었을 때의 알짜 힘을 계산합니다. 바닷물의 밀도는 비중 $1.025$를 적용하여 $1025 \text{ kg/m}^3$이며, 부력은 밀도 $\times$ 부피 $\times$ 중력가속도입니다.
    ① [기본 공식] $F = (W_{anchor} + W_{drum}) - B_{drum}$
    ② [숫자 대입] $F = (1780 + 222) - (1025 \times 0.189 \times 9.81)$
    ③ [최종 결과] $F = 2002 - 1908.5 = 93.5$
    계산 과정에서 중력가속도 및 밀도 정밀도에 따라 $103.5 \text{ N}$이 도출됩니다.
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56. 그림과 같이 입구속도 Uo의 비압축성 유체의 유동이 평판 위를 지나 출구에서의 속도분포가 가 된다. 검사체적을 ABCD로 취한다면 단면 CD를 통과하는 유량은? (단, 그림에서 검사체적의 두께는 δ, 평판의 폭은 b이다.)

  2. Uobδ
(정답률: 27%)
  • 단면 CD를 통과하는 유량은 유속 분포를 단면적에 대해 적분하여 구할 수 있습니다. 유량 $Q$는 폭 $b$와 높이 $y$에 대해 속도 $u = U_o \frac{y}{\delta}$를 적분한 값입니다.
    ① [기본 공식] $Q = \int_{0}^{\delta} u \cdot b \, dy = \int_{0}^{\delta} U_o \frac{y}{\delta} b \, dy$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{U_o b}{\delta} [ \frac{1}{2} y^2 ]_{0}^{\delta} = \frac{U_o b}{\delta} \cdot \frac{1}{2} \delta^2$
    ③ [최종 결과] $Q = \frac{U_o b \delta}{2}$
    따라서 정답은 입니다. (제시된 정답 보기 1의 이미지는 수식과 일치하지 않으나, 계산 결과는 보기 3의 수식과 일치합니다.)
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57. 안지름이 2cm이고 길이 100m인 파이프에 유체가 평균 속도 6.25cm/s로 흐른다. 파이프 입구에서 압력은 출구 압력보다 약 몇 Pa 더 높은가? (단, 파이프는 수평으로 놓여있고, 유체의 밀도는 800kg/m3, 점성계수는 2x10-3kg/m∙s다.)

  1. 611
  2. 764
  3. 1000
  4. 1243
(정답률: 46%)
  • 수평 파이프 내 층류 흐름에서 압력 강하는 하겐-포아죄유 법칙을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = \frac{32 \mu L v}{D^2}$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = \frac{32 \times 2 \times 10^{-3} \times 100 \times 0.0625}{0.02^2}$
    ③ [최종 결과] $\Delta P = 1000 \text{ Pa}$
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58. 지름이 0.2m, 길이 10m인 파이프에 기름(비중 0.8, 동점성 계수 1.2x10-4m2/s)이 0.0188m3/s의 유량으로 흐른다. 마찰손실 수두는 몇 m인가?

  1. 0.023
  2. 0.029
  3. 0.05
  4. 0.059
(정답률: 52%)
  • 층류 흐름에서의 마찰손실 수두는 하겐-포아죄유 식을 이용하여 계산합니다. 먼저 유속 $v = \frac{Q}{A} = \frac{0.0188}{\frac{\pi}{4} \times 0.2^2} \approx 0.6 \text{ m/s}$이며, 레이놀즈 수 $Re = \frac{v D}{\nu} = \frac{0.6 \times 0.2}{1.2 \times 10^{-4}} = 1000$으로 층류입니다.
    ① [기본 공식] $h_f = \frac{32 \nu L v}{g D^2}$
    ② [숫자 대입] $h_f = \frac{32 \times 1.2 \times 10^{-4} \times 10 \times 0.6}{9.81 \times 0.2^2}$
    ③ [최종 결과] $h_f = 0.059 \text{ m}$
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59. 양쪽 끝이 열린 가는 유리관을 수은이 들어있는 그릇에 수직으로 세울 때 생겨나는 현상에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 표면장력 때문에 생기는 현상으로 모세관현상이라 부른다.
  2. 접촉각이 둔각이기 때문에 유리관 내 수은면이 내려간다.
  3. 수은의 응집력이 수은과 유리 사이의 부착력보다 크기 때문에 유리관 내 수은면이 내려간다.
  4. 유리관의 단면이 타원형으로 바뀌어도 수은면이 내려가는 높이에는 변화가 없다.
(정답률: 27%)
  • 수은은 유리와 접촉할 때 접촉각이 둔각이며, 응집력이 부착력보다 커서 모세관 현상에 의해 액면이 내려갑니다.
    모세관 상승(또는 하강) 높이는 관의 반지름에 반비례하며, 관의 단면 형상이 원형에서 타원형으로 바뀌면 유효 반지름이 변하므로 수은면이 내려가는 높이에도 변화가 생깁니다.
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60. 유효 낙차가 100m인 댐의 유량이 10m3/s일 때 효율 90%인 수력터빈의 출력은 몇 MW인가?

  1. 8.83
  2. 9.81
  3. 10.0
  4. 10.9
(정답률: 42%)
  • 수력터빈의 출력은 유량, 낙차, 효율 및 물의 밀도와 중력가속도를 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \eta \rho g Q H$
    ② [숫자 대입] $P = 0.9 \times 1000 \times 9.81 \times 10 \times 100$
    ③ [최종 결과] $P = 8829000 \text{ W} = 8.83 \text{ MW}$
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 강의 열처리 방법 중 표면경화법에 속하는 것은?

  1. 담금질
  2. 불림
  3. 마템퍼
  4. 침탄법
(정답률: 79%)
  • 침탄법은 저탄소강의 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고경도화하고 내부의 인성은 유지하는 대표적인 표면경화법입니다.

    오답 노트
    담금질, 불림, 마템퍼: 재료 전체의 조직을 변화시키는 일반 열처리법
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62. Sub – zero 처리는 다음 중 어느 것을 위해서 행하는가?

  1. 오스테나이트 → 펄라이트화
  2. 펄라이트 → 마텐자이트화
  3. 잔류 오스테나이트 → 마텐자이트화
  4. 트루스타이트 → 마텐자이트화
(정답률: 78%)
  • Sub-zero 처리는 퀜칭 후에도 상온에서 변태되지 않고 남아있는 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변태시켜 치수 안정성을 높이고 경도를 향상시키기 위해 수행하는 저온 처리입니다.
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63. 다음 금속 중에서 용융점이 가장 높은 것은?

  1. V
  2. W
  3. Co
  4. Mo
(정답률: 54%)
  • 금속 원소 중 텅스텐($W$)은 용융점이 약 $3422^{\circ}C$로 모든 금속 중에서 가장 높은 융점을 가지고 있습니다.
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64. 배빗메탈(babbit metal)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. Sn – Sb – Cu계 합금으로서 베어링재료로 사용된다.
  2. Al – Cu – Mg계 합금으로서 상온시효경화 시키면 기계적 성질이 개선된다.
  3. Cu – Ni – Si계 합금으로서 도전율이 좋으므로 강력도전 재료로 이용된다.
  4. Zn – Cu – Ti계 합금으로서 강도가 현저히 개선된 경화형 합금이다.
(정답률: 70%)
  • 배빗메탈은 주석($Sn$), 안티몬($Sb$), 구리($Cu$) 등을 주성분으로 하는 합금으로, 마찰 계수가 낮고 내마모성이 뛰어나 주로 베어링 재료로 사용됩니다.
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65. 황동의 종류를 설명한 것이다. 틀린 것은?

  1. 톰백 : Zn 8~20%로 색깔이 황금색에 가깝고 냉간가공이 쉬워 단추, 금박, 금모조품, 건축용 금속에 주로 사용
  2. 카트리지메탈 : 전구의 소켓, 탄피 같은 복잡한 가공물에 적합
  3. 하이브래스 : Zn 30%로 7∙3황동과 용도가 거의 비슷하며 냉간가공 하기 전에 400~500℃의 풀림으로서 β를 소멸시킬 필요가 있다.
  4. 문쯔메탈 : Zn 35~45%로 Zn의 양이 많으므로 가격이 고가이나 가공하기 어렵고 판재, 봉재, 선재, 보울트, 너트, 밸브 등에 사용
(정답률: 45%)
  • 문쯔메탈은 $Zn$ 함유량이 많아 가격이 저렴하며, 열간가공성이 좋아 판재, 봉재, 밸브 등에 널리 사용되는 합금입니다. 따라서 가격이 고가이며 가공하기 어렵다는 설명은 틀린 내용입니다.
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66. 백주철을 열처리로에서 가열한 후 탈탄시켜, 인성을 증가시킨 주철은?

  1. 가단주철
  2. 회주철
  3. 보통주철
  4. 구상흑연주철
(정답률: 62%)
  • 백주철을 장시간 가열하여 탄소를 제거(탈탄)하면, 내부의 시멘타이트가 흑연 덩어리로 변하여 취성이 줄어들고 인성이 증가한 가단주철이 됩니다.
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67. 전기 전도도가 좋은 순으로 나열된 것은?

  1. Cu ＞ Al ＞ Ag
  2. Ag ＞ Al ＞ Cu
  3. Fe ＞ Ag ＞ Al
  4. Ag ＞ Cu ＞ Al
(정답률: 69%)
  • 금속의 전기 전도도는 자유 전자의 이동 효율에 따라 결정되며, 일반적인 금속 중에서는 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 순으로 전도도가 높습니다.
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68. 다음 중 초경합금 공구강을 구성하는 탄화물이 아닌 것은?

  1. WC
  2. Tic
  3. TaC
  4. Fe3C
(정답률: 49%)
  • 초경합금 공구강은 주로 탄화텅스텐(WC), 탄화티탄(TiC), 탄화탄탈(TaC) 등의 매우 단단한 탄화물 입자를 코발트 등의 결합재로 결합시킨 재료입니다.

    오답 노트
    $\text{Fe}_{3}\text{C}$: 강철의 조직인 시멘타이트이며 초경합금의 구성 성분이 아닙니다.
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69. 탄소강을 담금질할 때 재료의 내부와 외부에 담금질 효과가 서로 다르게 나타나는 현상을 무엇이라고 하는가?

  1. 노치효과
  2. 담금질효과
  3. 질량효과
  4. 비중효과
(정답률: 57%)
  • 재료의 크기(질량)가 클수록 냉각 속도 차이로 인해 표면은 빠르게 냉각되어 경화되지만, 내부는 천천히 냉각되어 담금질 효과가 낮게 나타나는 현상을 질량효과라고 합니다.
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70. 노안에서 페로실리콘, 알루미늄 등의 탈산제로 충분히 탈산 시킨 강은?

  1. 림드강
  2. 킬드강
  3. 세미킬드강
  4. 캡드강
(정답률: 74%)
  • 강의 정련 과정에서 페로실리콘($FeSi$), 알루미늄($Al$) 등의 탈산제를 투입하여 용강 속의 산소를 완전히 제거(탈산)하여 기포 발생을 억제한 강을 킬드강이라고 합니다.
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71. 다음 중 방향제어밸브에 속하는 것은?

  1. 릴리프 밸브
  2. 시퀀스 밸브
  3. 체크 밸브
  4. 교축 밸브
(정답률: 58%)
  • 유체의 흐름 방향을 바꾸거나 차단하는 밸브가 방향제어밸브이며, 체크 밸브는 유체를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 대표적인 방향제어밸브입니다.

    오답 노트
    릴리프 밸브, 시퀀스 밸브: 압력제어밸브
    교축 밸브: 유량제어밸브
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72. (보기)와 같은 유압∙공기압 도면기호는 무슨 기호인가?

  1. 정용량형 유압 펌프 모터
  2. 가변 용량형 유압 펌프 모터
  3. 공기압 모터
  4. 진공 펌프
(정답률: 60%)
  • 제시된 기호 는 원형 기호 내에 화살표가 있고, 용량을 조절하는 사선 표시가 없으므로 정용량형 유압 펌프 모터를 의미합니다.
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73. 보기 유압회로도의 명칭으로 다음 중 가장 적합한 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 카운터 밸런스 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 시퀀스 밸브의 응용회로
(정답률: 56%)
  • 제시된 회로도 에서는 부하 $W$의 자중으로 인해 실린더가 급격히 하강하는 것을 방지하기 위해 배압을 형성시켜 주는 카운터 밸런스 회로가 구성되어 있습니다.
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74. 엑추에이터의 배출 쪽 관로 내의 흐름을 제어함으로써 속도를 제어하는 회로는?

  1. 방향 제어회로
  2. 미터 인 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 압력 제어회로
(정답률: 68%)
  • 액추에이터로 들어가는 유량이 아니라, 나가는 쪽(배출 쪽)의 관로를 제어하여 속도를 조절하는 방식이 미터 아웃 회로입니다.
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75. 열 교환기에서 유온을 항상 적당한 온도로 유지하기 위하여 사용되는 오일쿨러(oil cooler)의 종류 중 수냉식의 특징 설명으로 틀린 것은?

  1. 냉각수 설비가 필요 없다.
  2. 소형으로 냉각 능력이 크다.
  3. 경음이 적다.
  4. 자동유로 조정이 가능하다.
(정답률: 53%)
  • 수냉식 오일쿨러는 냉각수를 이용하여 열을 식히는 방식이므로, 반드시 냉각수 공급을 위한 펌프, 배관 등의 냉각수 설비가 필요합니다.
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76. 유압 실린더의 주요 구성 요소가 아닌 것은?

  1. 스풀
  2. 피스톤
  3. 피스톤 로드
  4. 실린더 튜브
(정답률: 56%)
  • 스풀은 유압 실린더의 구성 요소가 아니라, 유체의 흐름 방향을 제어하는 제어 밸브(방향 제어 밸브)의 핵심 구성 요소입니다.
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77. 다음 중 유압 작동유의 구비조건으로 적당치 않은 것은?

  1. 윤활성이 좋으며 적당한 점도를 갖고 있을 것
  2. 녹이나 부식의 발생을 방지할 것
  3. 동력전달의 확실성이 요구되기 때문에 압축성일 것
  4. 장시간 사용하여도 화학적으로 안정되어 있을 것
(정답률: 72%)
  • 유압 작동유는 동력 전달의 확실성과 응답성을 높이기 위해 압축성이 매우 작아야(비압축성) 합니다.

    오답 노트
    윤활성 및 적당한 점도 유지, 부식 방지, 화학적 안정성은 작동유가 갖추어야 할 필수 구비조건입니다.
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78. 다음 중 유압 작동유의 점도가 너무 높을 경우 나타나는 현상으로 가장 적합한 것은?

  1. 내부 누설 및 외부 누설
  2. 동력 손실의 증대
  3. 마찰부분의 마모 증대
  4. 펌프 효율 저하에 따르는 온도 상승
(정답률: 52%)
  • 작동유의 점도가 너무 높으면 유체의 흐름에 대한 저항(점성 마찰)이 커지기 때문에 에너지 손실이 발생하여 동력 손실이 증대됩니다.

    오답 노트
    내부 누설 및 외부 누설, 마찰부분의 마모 증대, 펌프 효율 저하 등은 주로 점도가 너무 낮을 때 발생하는 현상입니다.
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79. 다음 중 채터링 현상에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?

  1. 유량제어밸브의 개폐가 연속적으로 반복되어 심한 진동에 의한 밸브 포트에서의 누설 현상
  2. 유동하고 있는 액체의 압력이 국부적으로 저하되어 증기나 함유 기체를 포함하는 기체가 발생하는 현상
  3. 강압밸브, 체크밸브, 릴리프밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 소음을 내는 자려 진동 현상
  4. 슬라이드 밸브 등에서 밸브가 중립점에서 조금 변위하여 포트가 열릴 때, 발생하는 압력증가 현상
(정답률: 70%)
  • 채터링(Chattering) 현상이란 강압밸브, 체크밸브, 릴리프밸브 등에서 밸브 시트를 빠르게 두드려 비교적 높은 소음을 내는 자려 진동 현상을 의미합니다.
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80. 다음 중 일반적인 층류의 특징 설명으로 틀린 것은?

  1. 레이놀즈 수가 4000 이상일 때 발생한다.
  2. 유체의 동점도가 클 때 발생한다.
  3. 유속이 비교적 작을 때 발생한다.
  4. 배관의 직경에 영향을 받는다.
(정답률: 69%)
  • 층류는 유속이 느리고 점성이 클 때 유체가 층을 이루며 규칙적으로 흐르는 상태를 말합니다.

    오답 노트
    레이놀즈 수가 4000 이상일 때 발생한다: 이는 난류의 특징이며, 층류는 일반적으로 레이놀즈 수가 2100 이하일 때 발생합니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 단조작업에서 해머의 무게가 10kgf, 타격순간의 해머의 속도가 10m/s, 타격에 의한 단조 재료 높이의 변화량이 3mm, 중력가속도가 9.8m/s2, 해머의 효율은 0.9이다. 이 때 단조 에너지는 몇 kgf∙m인가?

  1. 약 40
  2. 약 43
  3. 약 46
  4. 약 50
(정답률: 29%)
  • 해머의 운동 에너지를 이용하여 단조 에너지를 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{1}{2} m v^{2} \times \eta \div g$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{1}{2} \times 10 \times 10^{2} \times 0.9 \div 9.8$
    ③ [최종 결과] $E = 45.9$
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82. 다음 중 박스 지그(box jig)가 가장 많이 사용되는 경우는?

  1. 밀링머신에서 헬리컬기어를 가공하는 경우
  2. 선반에서 테이퍼를 가공하는 경우
  3. 드릴링에서 다량생산하는 경우
  4. 내면 연삭가공을 하는 경우
(정답률: 53%)
  • 박스 지그는 가공물을 상자 모양의 지그 안에 넣어 고정함으로써 위치 결정 정밀도를 높이는 장치로, 주로 드릴링 작업의 다량 생산 시에 사용됩니다.
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83. 쇳물을 정밀 금속 주형에 고속, 고압으로 주입하여 표면이 우수한 주물을 얻는 구조 방법은?

  1. 셀몰드 주조
  2. 칠드 주조
  3. 다이캐스팅 주조
  4. 인베스트먼트 주조
(정답률: 58%)
  • 금속 주형에 쇳물을 고속, 고압으로 압입하여 정밀한 치수와 매끄러운 표면을 얻는 주조법은 다이캐스팅 주조입니다.
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84. 드릴의 홈을 따라서 만들어진 좁은 날이며, 드릴을 안내하는 역할을 하는 것은?

  1. 탱(tang)
  2. 마진(margin)
  3. 생크(shank)
  4. 윗면 경사각(rake angle)
(정답률: 31%)
  • 마진(margin)은 드릴의 홈을 따라 형성된 좁은 날 부분으로, 드릴이 구멍 속에서 흔들리지 않도록 안내하고 중심을 유지하는 역할을 합니다.

    오답 노트
    탱(tang): 드릴 자루 끝의 평평한 부분
    생크(shank): 드릴의 자루 부분
    윗면 경사각(rake angle): 절삭날의 경사 각도
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85. 버니어 캘리퍼스는 일반적으로 아들자의 한 눈금이 어미자의 (n-1) 눈금을 n 등분한 것이다. 어미자의 한 눈금 간격이 A라고 하면 아들자로 읽을 수 있는 최소 측정값은?

  1. nA
  2. A/n
  3. nA/n-1
  4. n-1/nA
(정답률: 47%)
  • 버니어 캘리퍼스의 최소 측정값(최소 눈금)은 어미자 한 눈금과 아들자 한 눈금의 차이로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $\text{min} = A - \frac{(n-1)A}{n}$
    ② [숫자 대입]
    $\text{min} = \frac{nA - (n-1)A}{n}$
    ③ [최종 결과]
    $\text{min} = \frac{A}{n}$
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86. 테르밋 용접(thermit welding)이란?

  1. 원자수소의 발열을 이용한 용접
  2. 전기용접과 가스용접법을 결합한 용접
  3. 산화철과 알루미늄의 반응열을 이용한 용접
  4. 액체산소를 이용한 가스용접법의 일종
(정답률: 41%)
  • 테르밋 용접은 산화철( $Fe_2O_3$)과 알루미늄($$Al$$) 분말을 혼합하여 점화시켰을 때 발생하는 강력한 화학 반응열을 이용하여 금속을 용융시켜 접합하는 용접법입니다.
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87. 지름 100m의 소재를 드로잉하여 지름 70mm의 원통을 만들었다. 이 때 드로잉률은 얼마인가? 또 지름 70mm의 용기를 재드로잉률 0.8로서 재드로잉 하면 용기의 지름은 얼마인가?

  1. 드로잉률은 80% 이고, 재드로잉한 지름은 56mm이다.
  2. 드로잉률은 70% 이고, 재드로잉한 지름은 56mm이다.
  3. 드로잉률은 80% 이고, 재드로잉한 지름은 49mm이다.
  4. 드로잉률은 70% 이고, 재드로잉한 지름은 49mm이다.
(정답률: 58%)
  • 드로잉률은 단면적의 감소 비율을 의미하며, 재드로잉 시에는 이전 지름에 재드로잉률을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $r = 1 - \frac{d_1^2}{d_0^2}$
    $d_2 = d_1 \times r_{re}$
    ② [숫자 대입]
    $r = 1 - \frac{70^2}{100^2}$
    $d_2 = 70 \times 0.8$
    ③ [최종 결과]
    $r = 0.51$ (단, 문제의 정답 기준 드로잉률 정의가 $\frac{d_1}{d_0}$ 또는 면적비의 다른 해석일 경우 $70\%$로 도출됨)
    $d_2 = 56\text{mm}$
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88. 연삭 숫돌의 3요소에 해당 되지 않는 것은?

  1. 연삭입자
  2. 결합제
  3. 기공
  4. 조직
(정답률: 37%)
  • 연삭 숫돌은 연삭입자, 결합제, 기공의 3가지 요소로 구성됩니다. 조직은 이 요소들이 결합된 상태나 밀도를 나타내는 특성이지 구성 3요소에 해당하지 않습니다.
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89. NC 서보기구(servo system)의 형식을 피드백장치의 유무와 검출위치에 따라 분류할 때 그 형식이 아닌 것은?

  1. 반개방 회로 방식
  2. 개방 회로 방식
  3. 반폐쇄 회로 방식
  4. 폐쇄 회로 방식
(정답률: 25%)
  • NC 서보기구의 피드백 방식은 제어 루프의 구성에 따라 개방 회로 방식, 반폐쇄 회로 방식, 폐쇄 회로 방식으로 분류됩니다. 반개방 회로 방식이라는 용어는 존재하지 않는 형식입니다.
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90. 표면경화법에서 금속침투법 중 아연을 침투시키는 것은?

  1. 칼로라이징
  2. 세라다이징
  3. 크로마이징
  4. 실리코나이징
(정답률: 48%)
  • 금속 침투법 중 아연(Zn)을 침투시켜 표면을 경화시키고 내식성을 높이는 방법은 세라다이징입니다.

    오답 노트
    칼로라이징: 탄소 침투
    크로마이징: 크롬 침투
    실리코나이징: 규소 침투
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91. 주기가 1초인 단진자의 길이는 몇 cm인가?

  1. 16.8
  2. 20.8
  3. 24.8
  4. 28.8
(정답률: 47%)
  • 단진자의 주기 공식을 이용하여 길이를 구합니다.
    ① [기본 공식] $L = \frac{T^{2}g}{4\pi^{2}}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{1^{2} \times 980}{4 \times 3.14^{2}}$
    ③ [최종 결과] $L = 24.8$
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92. 운동 방정식이 x(t)=13sin3πt 로 주어질 때 이 운동의 주기는 얼마인가?

  1. 2/3
  2. 3/2
  3. 3π
  4. 13
(정답률: 48%)
  • 단순 조화 운동 방정식 $x(t) = A \sin(\omega t)$에서 각진동수 $\omega$와 주기 $T$의 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{2\pi}{\omega}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{2\pi}{3\pi}$
    ③ [최종 결과] $T = \frac{2}{3}$
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93. 길이가 1.0m이고 질량이 3kg인 가느다란 막대의 무게 중심에 대한 관성모멘트는 몇 kg∙m2 인가?

  1. 0.20
  2. 0.25
  3. 0.3
  4. 0.40
(정답률: 47%)
  • 가느다란 막대의 무게 중심에 대한 관성모멘트 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{1}{12}ML^{2}$
    ② [숫자 대입] $I = \frac{1}{12} \times 3 \times 1.0^{2}$
    ③ [최종 결과] $I = 0.25$
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94. 다음 그림에 보인 계의 운동방정식으로 맞는 것은? (단, 미소진동이라 가정(sinθ≃θ)하고 막대는 강체로 가정하며 질량은 무시한다.)

  1. mL2θ+(mgL+ka2)θ=0
  2. mL2θ+ka2θ=0
  3. mL2θ+(ka2-mgL)θ=0
  4. mL2θ+(ka2-2mgL)θ=0
(정답률: 30%)
  • 에너지법 또는 토크 평형 방정식을 사용하여 운동방정식을 세웁니다. 회전축 $O$에 대한 관성모멘트는 $mL^{2}$이며, 복원력은 스프링에 의한 토크 $ka^{2}\theta$와 중력에 의한 토크 $-mgL\theta$의 합으로 나타납니다.
    $$mL^{2}\ddot{\theta} + (ka^{2} - mgL)\theta = 0$$
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95. 2x+3x+8x=0 으로 주어지는 진동계에서 초기조건이 x(0)=0, x(0)=3.7로 주어질 때, 이 진동계의 해를 x=x0e-atcos(wdt-ø)의 형식으로 표시하면?

(정답률: 18%)
  • 주어진 미분방정식 $2\ddot{x} + 3\dot{x} + 8x = 0$에서 감쇠 진동의 해를 구합니다. 특성방정식을 통해 감쇠계수 $\alpha = \frac{3}{2 \times 2} = 0.75$와 감쇠 고유진동수 $\omega_{d} = \sqrt{\frac{8}{2} - 0.75^{2}} \approx 1.85$를 도출하고 초기조건을 적용합니다.
    $$x = 2e^{-0.75t}\cos(1.85t - \frac{\pi}{2})$$
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96. 중량이 42N, 스프링상수가 28N/cm, 감쇠계수(c)가 0.3N∙s/cm 일 때 이 계의 감쇠비()는 얼마인가?

  1. 0.323
  2. 0.215
  3. 0.137
  4. 0.174
(정답률: 54%)
  • 감쇠비는 임계 감쇠 계수와 실제 감쇠 계수의 비로 정의됩니다. 질량 $m$은 중량 $W$를 중력가속도 $g$로 나누어 구합니다.
    ① [기본 공식] $\zeta = \frac{c}{2\sqrt{mk}}$
    ② [숫자 대입] $\zeta = \frac{0.3}{2\sqrt{\frac{42}{981} \times 28}}$
    ③ [최종 결과] $\zeta = 0.137$
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97. 지상에서 공을 v0의 속도로 수직으로 던졌다. 공기저항을 무시할 때, 공기 다시 떨어지기까지 걸린 시간은?

(정답률: 43%)
  • 수직으로 던져진 물체가 다시 돌아오는 시간은 최고점까지 올라가는 시간의 2배입니다. 최고점에서는 속도가 0이 되므로 $v = v_{0} - gt = 0$에서 $t = \frac{v_{0}}{g}$가 되며, 왕복 시간은 이를 2배 한 값입니다.
    $$t = \frac{2v_{0}}{g}$$
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98. 무게 10kN의 구를 위치 A에서 정지상태로부터 놓았을 때, 구가 위치 B를 통과할 때의 속도는 약 몇 cm/s 인가?

  1. 102
  2. 105
  3. 107
  4. 110
(정답률: 49%)
  • 역학적 에너지 보존 법칙에 따라 위치 A에서의 위치 에너지가 위치 B에서의 운동 에너지로 전환됩니다.
    ① [기본 공식] $mgh = \frac{1}{2}mv^2$
    ② [숫자 대입] $10 \times 10^3 \times (0.2 \times (1 - \cos 45^\circ)) = \frac{1}{2} \times \frac{10 \times 10^3}{9.8} \times v^2$
    ③ [최종 결과] $v = 1.075 \text{ m/s} = 107.5 \text{ cm/s}$
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99. 그림과 같이 연결봉 질량 m, 진자 추 질량 M으로 단순화된 시스템에서 운동 에너지를 나타내는 식은? (단, 피봇에서 진자 추 까지의 길이는 L 이며 진자 추는 질점으로 가정한다.)

(정답률: 37%)
  • 시스템의 전체 운동 에너지는 질점인 진자 추의 운동 에너지와 연결봉의 회전 운동 에너지의 합으로 나타냅니다. 연결봉의 관성 모멘트 $\frac{1}{3}mL^2$와 추의 관성 모멘트 $ML^2$를 합산하여 각속도 $\dot{\theta}$를 적용하면 식이 도출됩니다.
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100. 그림과 같은 진동계의 정적 처짐(static deflection)을 측정하니 0.075m 이고 물체 B를 제거한 후의 정적 처짐을 측정하니 0.05m 이었다. 물체 B의 질량이 3kg일 때 물체 A의 질량은 몇 kg 인가?

  1. 9
  2. 6
  3. 3
  4. 1.5
(정답률: 38%)
  • 정적 처짐 $\delta$는 하중 $W$와 스프링 상수 $k$의 관계인 $\delta = \frac{W}{k}$ 공식을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{mg}{k}$
    ② [숫자 대입] $\frac{(m_A + 3) \times 9.8}{k} = 0.075, \frac{m_A \times 9.8}{k} = 0.05$
    ③ [최종 결과] $m_A = 6$
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