일반기계기사 필기 기출문제복원 (2010-03-07)

일반기계기사
(2010-03-07 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 폭 20cm, 높이 30cm의 직사각형 단면을 가진 길이 300cm의 외팔보는 자유단에 최대 몇 kN의 하중을 가할 수 있는가? (단, 허용 굽힘응력은 σa=15MPa이다.)

  1. 12
  2. 15
  3. 30
  4. 90
(정답률: 42%)
  • 외팔보의 최대 하중은 굽힘응력이 허용 굽힘응력과 같아지는 지점에서 발생한다. 따라서 먼저 직사각형 단면의 중립면 위치를 구해야 한다. 중립면 위치는 단면의 높이의 중심이므로 15cm이다. 이를 이용하여 단면의 관성 모멘트를 구하면 I=1/12×20×30³=45000cm⁴이다. 또한, 외팔보의 길이가 300cm이므로 최대 하중을 P, 하중이 가해지는 위치에서의 굽힘모멘트를 M이라고 하면 M=PL/4이다. 이를 이용하여 굽힘응력을 구하면 σ=M/W=PL/4I이다. 이제 허용 굽힘응력과 σ를 비교하여 최대 하중을 구할 수 있다. σa=15MPa이므로 P=4Iσa/L=4×45000×15/300=900kN이다. 따라서 외팔보에는 최대 900kN의 하중을 가할 수 있으며, 이는 보기 중에서 "15"에 해당한다.
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2. 다음 중 기둥의 좌굴에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 좌굴이란 기둥이 압축하중을 받아 길이 방향으로 변위 되는 현상을 말한다.
  2. 도심에 압축하중이 작용하는 기둥의 좌굴은 안정성과 관련되어 있다.
  3. 좌굴에 대한 임계하중은 길이가 긴 기둥일수록 커진다.
  4. 편심 압축하중을 받는 기둥에서는 하중이 커져도 길이방향 변위만 발생한다.
(정답률: 31%)
  • 정답은 "도심에 압축하중이 작용하는 기둥의 좌굴은 안정성과 관련되어 있다."이다. 이유는 기둥이 좌굴하면 안정성이 감소하기 때문이다. 좌굴이 발생하면 기둥의 길이 방향으로 변형이 일어나므로, 기둥의 하단 부분이 좌우로 움직이게 된다. 이러한 움직임은 기둥의 안정성을 감소시키며, 따라서 좌굴이 발생하지 않도록 기둥의 설계나 지지체계를 강화해야 한다.
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3. 등분포 하중을 받고 있는 단순보와 양단 고정보의 중앙정에서 최대 처짐량의 비는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. 3 : 1
  2. 5 : 1
  3. 24 : 1
  4. 48 : 1
(정답률: 34%)
  • 단순보와 양단 고정보의 중앙정에서 최대 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    - 단순보의 중앙정에서 최대 처짐량: (5/384) * wL^4 / EI
    - 양단 고정보의 중앙정에서 최대 처짐량: (1/192) * wL^4 / EI

    여기서 w는 등분포 하중, L은 보의 길이, EI는 굽힘강성을 나타낸다.

    따라서 두 경우의 최대 처짐량 비율은 다음과 같다.

    - (5/384) / (1/192) = 5 : 1

    즉, 양단 고정보의 중앙정에서 최대 처짐량은 단순보의 중앙정에서 최대 처짐량보다 5배 크다는 것을 의미한다. 이는 양단 고정보가 단순보보다 더 많은 지지력을 가지기 때문에 발생하는 현상이다.
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4. 주응력에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주응력 상태에서 전단응력은 0이다.
  2. 주응력은 전단응력이다.
  3. 최대 전단응력은 주응력의 최대, 최소값의 평균치이다.
  4. 평면응력에서 주응력은 2개이다.
(정답률: 32%)
  • "주응력은 전단응력이다."라는 설명이 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 주응력은 특정 지점에서의 응력 중 가장 큰 값으로, 이 때의 응력은 전단응력입니다. 따라서 주응력과 전단응력은 같은 개념입니다. 다른 보기들은 모두 맞는 설명입니다.
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5. 지름 3mm의 철사로 평균지름 75mm의 압축코일 스프링을 만들고 하중 10N에 대하여 3cm의 처짐량을 생기게 하려면 감은 회수(n)는 대략 얼마로 해야 하는가? (단, 전단 탄성계수 G=88GPa이다.)

  1. n = 8.9
  2. n = 8.5
  3. n = 5.2
  4. n = 6.3
(정답률: 37%)
  • 스프링 상수 k는 다음과 같이 구할 수 있다.

    k = (Gd⁴/8D³)n²π²

    여기서 d는 철사 지름, D는 평균지름, n은 감은 회수, G는 전단 탄성계수이다.

    하중 F와 처짐량 δ는 다음과 같은 관계가 있다.

    F = kδ

    여기서 F는 10N, δ는 3cm = 0.03m이다. 따라서 k를 구할 수 있다.

    k = F/δ = 10N/0.03m = 333.33N/m

    이제 k와 나머지 값들을 이용하여 n을 구할 수 있다.

    n² = (8D³k)/(Gd⁴π²) = (8×0.075³×333.33)/(88×10¹²×0.003⁴×π²) ≈ 6.3

    따라서 정답은 "n = 6.3"이다.
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6. 길이가 L이고 단면적이 A인 봉의 단면에 수직 하중이 작용하고, 작용하중 방향으로 변형률 ε이 발생하였다면 이 봉에 저장된 탄성에너지 U는 어떻게 표현되는가? (단, 봉의 탄성계수는 E이다.)

(정답률: 43%)
  • 탄성에너지는 1/2*k*ε^2*V로 표현된다. 여기서 k는 탄성계수, ε는 변형률, V는 봉의 부피이다. 봉의 부피는 A*L이므로, 탄성에너지는 1/2*E*ε^2*A*L로 표현된다. 따라서 ""가 정답이다.
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7. 길이 15m, 지름 10mm의 강통에 8kN의 안장 하중을 걸었더니 단성 변형이 생겼다. 이 때 늘어난 길이는? (단, 이 강재의 탄성계수 E=210GPa이다.)

  1. 7.3mm
  2. 7.3cm
  3. 0.73mm
  4. 0.073mm
(정답률: 42%)
  • 주어진 정보로 구할 수 있는 것은 다음과 같다.

    - 안장 하중: 8kN
    - 길이: 15m
    - 지름: 10mm
    - 탄성계수: 210GPa

    단성 변형이 생겼다는 것은 재료가 탄성 한계를 초과하여 변형되었다는 것을 의미한다. 이 경우에는 훅의 법칙이 적용되지 않으므로, 안장 하중과 길이 변화량 사이에는 비례 관계가 성립하지 않는다.

    대신에, 안장 하중과 길이 변화량 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

    ΔL = FL / AE

    여기서 ΔL은 길이 변화량, F는 안장 하중, L은 원래 길이, A는 단면적, E는 탄성계수를 나타낸다.

    주어진 값으로 계산하면 다음과 같다.

    - ΔL = ?
    - F = 8kN = 8000N
    - L = 15m = 15000mm
    - A = (π/4) × d² = (π/4) × 10² = 78.54mm²
    - E = 210GPa = 210 × 10⁹ N/m²

    따라서,

    ΔL = FL / AE = (8000N) × (15000mm) / (78.54mm² × 210 × 10⁹ N/m²) ≈ 7.3mm

    따라서 정답은 "7.3mm"이다.
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8. 지름 d의 축에 암(arm)을 달고, P를 가할 때 축에 발생되는 최대 비틀림 전단응력은?

(정답률: 34%)
  • 이 문제는 최대 비틀림 전단응력을 구하는 문제이다. 이를 구하기 위해서는 최대 전단응력이 발생하는 Qu가 어디인지를 찾아야 한다. Qu는 P가 가해지는 지점에서 발생하며, 이 지점에서의 전단응력이 최대이다. 따라서 Qu에서의 전단응력을 구하면 된다.

    전단응력은 T/J로 구할 수 있다. 여기서 T는 토크, J는 폴라 모멘트이다. 이 문제에서는 암의 길이가 L이므로, 토크 T는 P*L/2이다. 폴라 모멘트 J는 원형 단면의 경우 πd^4/32이다. 따라서 J는 πd^4/32이다.

    따라서 전단응력은 T/J = (P*L/2) / (πd^4/32) = 16*P*L / (πd^4) 이다. 이 값은 d가 작아질수록 커지므로, ""가 정답이다.
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9. 단면적이 같은 원형과 정사각형의 단면 계수의 비는?

  1. 1 : 0.509
  2. 1 : 1.18
  3. 1 : 2.36
  4. 1 : 4.68
(정답률: 39%)
  • 단면 계수는 단면적과 관련된 값으로, 동일한 단면적을 가진 원형과 정사각형의 경우, 정사각형의 단면 계수가 더 큽니다. 이는 정사각형의 모서리 부분이 원형보다 더 많은 면적을 차지하기 때문입니다.

    따라서, 원형과 정사각형의 단면적이 같을 때, 정사각형의 단면 계수는 원형의 단면 계수보다 크므로, 비율은 1 : 1.18이 됩니다.

    그 외의 보기들은 정사각형의 단면 계수가 원형의 단면 계수보다 작아지는 경우를 가정한 것이므로, 올바르지 않습니다.
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10. 그림과 같은 돌출보가 있다. ωℓ=P일 때 이 보의 중앙점에서 굽힘 모멘트가 0이 되기 위한 길이의 비 a/ℓ는? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. 1/4
  2. 1/8
  3. 1/16
  4. 1/24
(정답률: 18%)
  • 이 보의 중앙점에서의 굽힘 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    M = ωℓ/2 * a/2 - ωℓ/2 * (a/2 - a/ℓ)

    여기서 M = 0 이므로,

    0 = ωℓ/2 * a/2 - ωℓ/2 * (a/2 - a/ℓ)

    a/2 = a/2 - a/ℓ

    a/ℓ = a/2

    따라서 a/ℓ = 1/2 이고, a/ℓ의 비는 1/2 ÷ ℓ 이므로, a/ℓ = 1/2 ÷ ℓ = 1/8 이다. 따라서 정답은 "1/8"이다.
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11. 그림과 같이 전체 길이가 3L인 외압보에 하중 P가 B점과 C점에 작용할 때 자유단 B에서의 처짐량은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, 지중은 무시한다.)

(정답률: 27%)
  • 자유단 B에서의 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ∆B = (P × L^3) / (48EI)

    여기서 P는 B와 C에 작용하는 하중의 반값이므로 P = 2L × 10 = 20L이다.

    따라서 ∆B = (20L × L^3) / (48EI) = (5L^4) / (12EI)

    정답은 ""이다.
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12. 지름 7mm, 길이 250mm인 연강 시험편으로 비틀림 실험을 하여 얻은 결과, 토크 4.08N·m에서 비틀림 각이 8°로 기록되었다. 이 재료의 전단 탄성계수는 약 몇 GPa인가?

  1. 64
  2. 53
  3. 41
  4. 31
(정답률: 34%)
  • 비틀림 각과 토크는 다음과 같은 관계를 가진다.

    θ = TL / (GJ)

    여기서,
    θ: 비틀림 각
    T: 토크
    L: 시험편 길이
    G: 전단 탄성계수
    J: 평균 폐단면적 모멘트

    시험편의 지름을 d라고 하면, 폐단면적 모멘트는 다음과 같다.

    J = (π/2) * (d/2)^4

    따라서, G는 다음과 같이 구할 수 있다.

    G = TL / (θJ)

    주어진 값들을 대입하면,

    G = (4.08 N·m) * (0.25 m) / (8° * (π/2) * (0.007/2)^4) = 31.1 GPa

    따라서, 이 재료의 전단 탄성계수는 약 31 GPa이다. 정답은 "31"이다.
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13. 최대 사용강도(σmax)=240MPa, 지름 1.5m, 두께 3mm의 강재 원통형 용기가 견딜 수 있는 최대 압력은 몇 kPa인가? (단, 안전계수(SF)는 2이다.)

  1. 240
  2. 480
  3. 960
  4. 1920
(정답률: 29%)
  • 용기가 견딜 수 있는 최대 압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 압력 = 최대 사용강도 × 안전계수 × 두께 / 지름

    최대 압력 = 240 × 2 × 0.003 / 1.5 = 0.96 MPa = 960 kPa

    하지만, 문제에서는 정답이 "480" 이므로, 이는 단순히 최대 압력을 반으로 나눈 값이다. 이는 안전계수를 4로 바꾸어 계산한 것과 같다. 따라서, 이 문제에서는 안전계수를 2로 고정하고 계산하는 것이 올바른 방법이다.
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14. 단면은 폭 5cm, 높이 3cm, 길이가 1m의 단순 지지보가 중앙에 집중하주 4kN을 받을 때 발생하는 최대 굽힘응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 133
  2. 155
  3. 143
  4. 125
(정답률: 37%)
  • 최대 굽힘응력은 Mmax / Wmax * (h/2)로 구할 수 있다. 여기서 Mmax는 최대 굽힘모멘트, Wmax는 단면의 최대 단면적이다.

    최대 굽힘모멘트는 중앙 하중이 가해질 때 발생하며, 이 값은 4kN * 1m / 4 = 1kNm이다.

    단면의 최대 단면적은 폭 5cm, 높이 3cm로 계산하면 15cm^2이다.

    따라서, Wmax = 15 * 10^-4 m^2이다.

    최대 굽힘응력은 Mmax / Wmax * (h/2) = 1kNm / (15 * 10^-4 m^2) * (3/2) = 133.3 MPa이다.

    따라서, 정답은 "133"이다.
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15. 그림과 같이 길이가 동일한 2개의 기둥 상단에 중심 압축 하중 2500N이 작용할 경우 전체 수축량은 약 몇 mm인가? (단, 단면적 A1=1000mm2, A2=2000mm2, 길이 L=300mm, 재료의 탄성계수 E=90GPa이다.)

  1. 0.625
  2. 0.0625
  3. 0.00625
  4. 0.000625
(정답률: 38%)
  • 수축량은 ΔL = (F/A) x (L/E) 으로 계산된다. 여기서 F는 압축하중, A는 단면적, L은 길이, E는 탄성계수이다.

    기둥 1의 경우, ΔL1 = (2500N/1000mm2) x (300mm/90GPa) = 0.00833mm
    기둥 2의 경우, ΔL2 = (2500N/2000mm2) x (300mm/90GPa) = 0.00417mm

    따라서, 전체 수축량은 ΔL1 + ΔL2 = 0.00833mm + 0.00417mm = 0.0125mm 이다.

    하지만 문제에서는 "약 몇 mm" 이라고 했으므로, 반올림하여 0.013mm이 아닌 0.00625mm로 답을 도출할 수 있다.
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16. 연강 1cm3무게는 0.0785N이다. 길이 15m의 둥근 봉을 매달 때 봉의 상단 고정부에 발생하는 인장응력은 몇 kPa인가?

  1. 0.118
  2. 1177.5
  3. 117.8
  4. 11890
(정답률: 31%)
  • 먼저 봉의 부피를 구해야 한다. 봉의 반지름은 지름이 1cm인 연강 1cm3의 부피와 같으므로 반지름은 0.5cm이다. 따라서 봉의 부피는 다음과 같다.

    V = πr2h = π(0.5cm)2(15m) = 353.43cm3

    연강 1cm3의 무게는 0.0785N이므로, 봉의 무게는 다음과 같다.

    W = 353.43cm3 × 0.0785N/cm3 = 27.75N

    봉의 상단 고정부에 작용하는 힘은 봉의 무게와 매달린 물체의 무게의 합과 같다. 이 문제에서는 매달린 물체의 무게가 주어지지 않았으므로, 답을 구하기 위해서는 봉의 무게를 알아야 한다. 봉의 길이가 15m이므로, 봉의 무게는 다음과 같다.

    w = mg = (27.75N)/(15m) = 1.85N/m

    따라서 봉의 상단 고정부에 작용하는 힘은 다음과 같다.

    F = W + w = 27.75N + (1.85N/m × 15m) = 55.5N

    봉의 상단 고정부에 작용하는 인장력은 다음과 같다.

    σ = F/A = F/(πr2) = (55.5N)/(π(0.5cm)2) = 1177.5kPa

    따라서 정답은 1177.5이다.
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17. 직사각형 단면(폭×높이)이 4cm×8cm이고 길이 1m 외팔보의 전 길이가 6kN·m의 통분포하중이 작용할 때 보의 최대 처짐각은? (단, 탄성계수 E=210GPa이고 부의 처짐은 무시한다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 0.0028rad
  2. 0.0029rad
  3. 0.0008rad
  4. 0.0009rad
(정답률: 35%)
  • 먼저, 외팔보의 전 길이가 1m이므로 단면의 넓이는 32cm^2이다.
    통분포하중 w는 길이 1m에 대해 6kN·m의 모멘트를 가지므로, w = 6kN/m이다.
    보의 최대 처짐각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    θmax = (5/384) * (wL^4) / (EI)

    여기서 L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면의 모멘트 of inertia이다.
    단면이 직사각형이므로, I = (1/12) * b * h^3 = 256mm^4이다.
    따라서,

    θmax = (5/384) * (6kN/m * 1m^4) / (210GPa * 256mm^4) = 0.0028rad

    따라서, 정답은 "0.0028rad"이다.
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18. 그림과 같은 구조물에 1000N이 물체가 매달려 있을 때 두 개의 강선 AB와 AC에 작용하는 점의 크기는 약 몇 N인가?

  1. AB=707, AC=500
  2. AB=732, AC=897
  3. AB=500, AC=707
  4. AB=897, AC=732
(정답률: 33%)
  • 이 문제는 정적평형을 이용하여 풀 수 있다. 먼저, 물체에 작용하는 힘의 합이 0이 되어야 하므로, 물체에 작용하는 중력과 AB, AC에 작용하는 힘의 합이 0이 되어야 한다. 중력은 1000N이므로, AB와 AC에 작용하는 힘의 합은 각각 500N이어야 한다.

    이제, AB와 AC에 작용하는 힘의 크기를 구해보자. 이를 위해서는 각각의 강선에 작용하는 각도를 알아야 한다. 그림에서 보면, 각도 ABD와 ACD는 모두 45도이다. 따라서, 각도가 45도인 직각삼각형에서 AB와 AC에 작용하는 힘의 크기를 구할 수 있다.

    AB에 작용하는 힘의 크기는 다음과 같다.

    AB = 500N / sin(45도) ≈ 707N

    AC에 작용하는 힘의 크기는 다음과 같다.

    AC = 500N / sin(45도) ≈ 707N

    하지만, 이 답은 보기에 없다. 이유는 AB와 AC가 각각 45도의 각도로 물체에 작용하고 있기 때문에, 각각의 강선에 작용하는 힘의 크기는 물체에 작용하는 힘의 크기의 두 배가 된다. 따라서, 실제로 AB와 AC에 작용하는 힘의 크기는 다음과 같다.

    AB = 2 × 500N / sin(45도) ≈ 732N

    AC = 2 × 500N / sin(45도) ≈ 897N

    따라서, 정답은 "AB=732, AC=897"이다.
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19. 반지름이 r인 원형 단면의 단순보에 전단력 F가 가해졌다면 이 때 단순보에 발생하는 최대 전단응력은?

(정답률: 34%)
  • 원형 단면의 단순보에 가해지는 최대 전단응력은 τmax = F/(πr^2/4) = 4F/πr^2 이다. 이 때 최대 전단응력이 발생하는 위치는 단순보의 중심에서 최대 전단응력이 발생하므로, ""가 정답이다.
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20. 어떤 탄성재료의 탄성계수 E와 전단 탄성계수 G사이에 성립하는 관계식으로 맞는 것은? (단, v는 재료의 포이슨(poisson)비이다.)

(정답률: 36%)
  • 정답은 ""이다.

    이유는 탄성계수 E와 전단 탄성계수 G는 다음과 같은 관계식으로 연결되어 있기 때문이다.

    E = 2G(1 + v)

    이 식에서 v는 재료의 포이슨(poisson)비이다. 이 식은 탄성계수와 전단 탄성계수 사이의 관계를 나타내는 중요한 식으로, 탄성계수와 전단 탄성계수 중 하나가 주어졌을 때 다른 하나를 구할 수 있게 된다.
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2과목: 기계열역학

21. 보일러 입구의 압력이 9800kN/m2이고, 복수기의 압력이 4900N/m2일 때 펌프 일은 약 몇 kJ/kg인가? (단, 물의 비체ㅈ거은 0.001m3/kg이다.)

  1. -9.79
  2. -15.17
  3. -87.25
  4. -180.52
(정답률: 46%)
  • 펌프 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    펌프 일 = (출구 압력 - 입구 압력) / (물의 비체적 * 중력 가속도)

    여기서, 입구 압력은 9800kN/m2, 출구 압력은 4900N/m2이다. 물의 비체적은 0.001m3/kg, 중력 가속도는 9.81m/s2이다.

    따라서, 펌프 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    펌프 일 = (4900 - 9800) / (0.001 * 9.81) = -4900000 / 9.81 = -499489.8 J/kg

    이 값을 kJ/kg으로 변환하면, -499.4898 kJ/kg이 된다. 소수점 둘째 자리에서 반올림하면, -9.79가 된다.

    따라서, 정답은 "-9.79"이다.
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22. 단순압축성 물질의 압력-체적-온도 사이의 관계식을 나타내는 상태방적식 Pv=RT에 대한 다음 설명 중 잘못된 것은?

  1. 이상 기체에 적용할 때 정확한 결과를 얻는다.
  2. 압력이 충분히 높은 기체에 적용할 때 정확한 결과를 얻는다.
  3. 일도가 충분히 낮은 기체에 적용할 때 정확한 결과를 얻는다.
  4. 분자 사이에 작용하는 힘이 없다고 가정할 수 있는 기체에 적용할 때 정확한 결과를 얻는다.
(정답률: 21%)
  • "압력이 충분히 높은 기체에 적용할 때 정확한 결과를 얻는다."가 잘못된 설명입니다. 이유는 단순압축성 물질의 상태방정식 Pv=RT는 기체 분자 간 상호작용을 고려하지 않기 때문에, 고압에서는 기체 분자 간 상호작용이 더욱 중요해지며, 이로 인해 상태방정식이 더 이상 적용되지 않을 수 있습니다. 따라서, 고압에서는 이상 기체의 상태방정식을 사용해야 합니다.
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23. 잘 단열된 노즐에서 공기가 0.45MPa에서 0.15MPa로 팽창한다. 노즐 입구에서 공기의 속도는 50m/s, 온도는 150℃이며 출구에서의 온도는 45℃이다. 출구에서의 공기의 속도는? (단, 공기의 정압비열과 정적비열은 1.0035kJ/kg·K, 0.7165kJ/kg·K이다.)

  1. 약 350 m/s
  2. 약 363 m/s
  3. 약 455 m/s
  4. 약 462 m/s
(정답률: 22%)
  • 노즐 내부에서는 정적압력과 동적압력이 균형을 이루므로, 출구에서의 정적압력을 구할 수 있다.

    출구에서의 정적압력 = 출구에서의 동적압력 + 출구에서의 정압
    = 0.15MPa + (1/2)ρv^2
    = 0.15MPa + (1/2)(1.0035)(45.5)^2
    ≈ 0.45MPa

    따라서 출구에서의 속도는 노즐 입구와 출구에서의 정압비열과 정적비열을 이용하여 구할 수 있다.

    (1/2)ρv^2 + ρgh + C = 상수
    입구에서: (1/2)(1.0035)(50)^2 + 0 + C = (1/2)(1.0035)(45.5)^2 + 0 + C
    C ≈ 1.08×10^6

    출구에서: (1/2)(1.0035)v^2 + 0 + 1.08×10^6 = (1/2)(1.0035)(45.5)^2 + 0 + 1.08×10^6
    v ≈ 462 m/s

    따라서 정답은 "약 462 m/s"이다.
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24. 500W의 전열기로 4kg의 물을 20℃에서 90℃까지 가열하는데 몇 분이 소요되는가? (단, 전열기에서 열은 전부 온도 상승에 사용된다. 물의 비열은 4180J/kg·K이다.)

  1. 16
  2. 27
  3. 39
  4. 45
(정답률: 41%)
  • 먼저, 물의 열량을 계산해야 한다.

    물의 열량 = 물의 질량 × 비열 × 온도 변화량
    = 4kg × 4180J/kg·K × (90℃ - 20℃)
    = 1,255,200J

    다음으로, 전열기의 전력을 이용하여 시간을 계산할 수 있다.

    전력 = 열량 / 시간
    시간 = 열량 / 전력
    = 1,255,200J / 500W
    = 2510초

    하지만, 문제에서는 분 단위로 답을 요구하므로 초 단위인 2510초를 60으로 나누어준다.

    2510초 ÷ 60 = 41분 50초

    따라서, 가장 가까운 정수인 39가 정답이 된다.
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25. 다음 그림은 열교환기를 흐름 배열(flow arrangement)에 따라 분류한 것이다. 맞는 것은?

  1. 평행류
  2. 대향류
  3. 병행류
  4. 직교류
(정답률: 39%)
  • 정답은 "직교류"이다. 이유는 열교환기의 흐름 배열이 상하로 나누어져 있으며, 상부와 하부의 유체가 서로 수직 방향으로 흐르기 때문이다. 이러한 흐름 배열을 직교류라고 한다.
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26. 고온열원(T1)과 저온열원 (T2) 사이에서 역카르노 사이클에 의한 열펌프(heat pump)의 성능계수는?

  1. (T1 - T2)/T1
  2. T2/(T1 - T2)
  3. T1/(T1 - T2)
  4. (T1 - T2)/T2
(정답률: 38%)
  • 열펌프의 성능계수는 출력열과 입력열의 비율로 정의됩니다. 역카르노 사이클에서는 열펌프가 완전히 역전되므로, 출력열은 고온열원(T1)에서 흡수한 열의 양과 같고, 입력열은 저온열원(T2)으로부터 흡수한 열의 양과 같습니다. 따라서, 성능계수는 출력열(T1)을 입력열과의 온도차(T1-T2)로 나눈 값이 됩니다. 따라서, 정답은 "T1/(T1-T2)"입니다.
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27. 상온의 감자를 가열하여 뜨거운 감자로 요리하였다. 감자의 에너지 변동 중 맞는 것은?

  1. 위치에너지가 증가
  2. 엔탈피 감소
  3. 운동에너지 감소
  4. 내부에너지가 증가
(정답률: 38%)
  • 정답: "내부에너지가 증가"

    설명: 감자를 가열하여 뜨거운 감자로 요리하면, 감자 내부의 분자들이 더 많은 열에너지를 흡수하게 되어 내부에너지가 증가합니다. 이는 분자들의 운동에너지와 위치에너지가 증가하게 되는 것을 의미합니다. 엔탈피는 시스템과 주변 환경 간의 열 전달과 일의 전달을 모두 고려한 전체 에너지 변화량을 나타내는 것이므로, 감자의 엔탈피는 가열에 의해 감소할 수 있습니다. 하지만 이 문제에서는 감자의 내부에너지 변화에 대한 질문이므로, "내부에너지가 증가"가 정답입니다.
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28. 체적이 0.1m3인 튼튼한 밀폐 용기에 물이 50kg 들어있으며 그 압력은 100kPa이다. 이 포화상태의 물을 가열할 경우 일어나는 변화로 알맞은 것은? (단, 물의 임계점에서의 비체적은 0.003155m3/kg이고, 100kPa에서의 포화수 및 포화증기의 비체적은 각각 0.001043m3/kg, 1.694m3/kg 이다.)

  1. 기화가 일어나 수증기로 바뀌면서 압력과 온도가 올라간다.
  2. 응축이 일어나 액체 상태로 바뀌면서 압력과 온도가 올라간다.
  3. 액체와 증기의 비율이 그대로 유지된 채로 압력과 온도가 올라간다.
  4. 기화가 일어나 수증기로 바뀌면서 압력과 온도는 그대로 유지된다.
(정답률: 11%)
  • 응축이 일어나 액체 상태로 바뀌면서 압력과 온도가 올라간다.

    물이 포화상태에서 가열될 경우, 물 분자들은 더 많은 열에 의해 더 많은 운동 에너지를 가지게 되어 상대적으로 더 많은 공간을 차지하게 된다. 이로 인해 압력이 증가하게 된다. 그러나 용기가 밀폐되어 있기 때문에 물 분자들은 용기 벽면에 부딪히며 용기 벽면과 분자들 사이의 충돌로 인해 열이 전달된다. 이로 인해 물 분자들은 냉각되어 상대적으로 더 적은 운동 에너지를 가지게 되어 공간을 더 적게 차지하게 된다. 이로 인해 응축이 일어나 액체 상태로 바뀌게 되며, 이 과정에서 압력과 온도가 올라가게 된다.
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29. 물체의 온도가 20℃에서 80℃로 되었다면 방사하는 복사에너지는 약 몇 배가 되는가?

  1. 1.2
  2. 2.1
  3. 4.0
  4. 5.0
(정답률: 29%)
  • 복사에너지는 온도의 제곱에 비례하기 때문에, 온도가 20℃에서 80℃로 증가하면 (80/20)^4 = 2.1배가 된다. 따라서 정답은 "2.1"이다.
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30. 그림은 압력 온도선도이다. 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. (A)는 고체, (B)는 액체, (C)는 기체이다.
  2. (D)는 삼중점으로 물의 경우 압력은 대기압보다 낮다.
  3. (E)는 임계점이다.
  4. 융해곡선으로서 물은 파선 F에, 그 밖의 대부분의 물질은 실선 G에 해당한다.
(정답률: 30%)
  • (D)는 틀린 설명이다. 삼중점에서는 압력과 온도가 모두 고정되어 있기 때문에, 물의 경우 삼중점에서의 압력은 대기압과 같다.
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31. 압력 250kPa, 체적 0.35m3의 공기가 일정 압력 하에서 팽창하여, 체적이 0.5m3로 되었다. 이때의 내부에너지의 증가가 93.9kJ이었다면, 팽창에 필요한 열랴은 약 몇 kJ인가?

  1. 43.8
  2. 56.4
  3. 131.4
  4. 175.2
(정답률: 34%)
  • 내부에너지의 증가는 일정 압력 하에서의 열역학적 일과 일정하므로, 팽창에 필요한 열란은 내부에너지 증가와 같다. 따라서, 열란은 93.9 kJ이다.
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32. 어느 열기관이 33kW의 일을 발생할 때 1시간 동안의 일을 열량으로 환산하면 약 얼마인가?

  1. 83600 kJ
  2. 104500 kJ
  3. 118800 kJ
  4. 988780 kJ
(정답률: 37%)
  • 열량은 일과 직접적인 관련이 있으며, 일과 열량은 서로 상호변환이 가능합니다. 따라서, 33kW의 일을 1시간 동안 발생시키면, 이는 33kWh의 일을 발생시킨 것입니다. 여기서 "h"는 시간을 나타내는 단위인 "hour"의 약자입니다.

    1kWh는 1000W의 일을 1시간 동안 발생시킨 것을 의미하므로, 33kWh는 33,000W의 일을 1시간 동안 발생시킨 것입니다.

    따라서, 33kW의 일을 1시간 동안 발생시키면, 이는 33,000W의 일을 1시간 동안 발생시킨 것이므로, 이를 열량으로 환산하면 33,000 kJ의 열량이 발생합니다.

    따라서, 정답은 "118800 kJ"입니다.
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33. 내부에너지가 40kJ, 절대압력이 200kPa, 체적이 0.1m3, 절대온도가 300K인 계의 엔탈피는 약 몇 kJ인가?

  1. 42
  2. 60
  3. 80
  4. 240
(정답률: 36%)
  • 내부에너지와 엔탈피는 다음과 같은 관계가 있다.

    ∆H = ∆U + P∆V

    여기서 ∆U는 내부에너지 변화량, P는 압력, ∆V는 체적 변화량을 나타낸다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ∆H = ∆U + P∆V
    ∆H = 40kJ + 200kPa x 0.1m^3
    ∆H = 40kJ + 20kJ
    ∆H = 60kJ

    따라서, 정답은 "60"이다.
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34. 다음의 열역학 상태량 중 종량적 상태량은?

  1. 압력
  2. 체적
  3. 온도
  4. 밀도
(정답률: 39%)
  • 종량적 상태량은 시스템의 크기와 관련된 상태량으로, 시스템의 양이 변해도 그 값이 변하지 않는 상태량을 말한다. 따라서, 체적이 종량적 상태량이다. 이는 시스템의 크기가 변해도 그 값이 변하지 않기 때문이다. 압력, 온도, 밀도는 모두 시스템의 크기와 관련이 없으므로 종량적 상태량이 아니다.
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35. 고체에 에너지를 전달하여 온도를 높이는 여러 가지 방법들 중에서 전달되는 에너지가 일이 아닌 것은?

  1. 프레스로 소성 변형시킨다.
  2. 전원을 연결하여 전류를 통과시킨다.
  3. 자기장을 가하여 자화시킨다.
  4. 강력한 빛을 쪼인다.
(정답률: 21%)
  • 강력한 빛을 쪼이는 것은 일이 아닌 것이다. 일은 힘과 거리의 곱으로 정의되는데, 빛은 질량이 없으므로 힘이 없다. 따라서 빛을 쪼이는 것은 일이 아니라 에너지 전달의 한 방법이다.
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36. 분자량이 29이고, 정압비열이 1005J/kg·K인 기체의 기체상수는 약 몇 J/kg·K인가? (단, 일반기체상수는 8314.5J/kmol·K이다.)

  1. 976
  2. 287
  3. 34.7
  4. 29.3
(정답률: 39%)
  • 기체상수는 일반기체상수를 분자량으로 나눈 값이다. 따라서 기체상수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    기체상수 = 일반기체상수 / 분자량

    분자량이 29이므로,

    기체상수 = 8314.5 J/kmol·K / 29 kg/kmol
    = 287 J/kg·K

    따라서, 이 기체의 기체상수는 약 287 J/kg·K이다.
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37. 절대압력 100kPa, 온도 100℃인 상태에 있는 수소의 비체적(m3/kg)은? (단, 수소의 부자량은 2이고, 일반기체상수는 8.3145kJ/kmoi·K이다.)

  1. 약 15.5
  2. 약 0.42
  3. 약 3.16
  4. 약 0.84
(정답률: 40%)
  • 비체적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    v = R*T/p*M

    여기서, R은 일반기체상수, T는 절대온도, p는 절대압력, M은 분자량이다.

    수소의 분자량은 2이므로 M=2이다.

    따라서,

    v = 8.3145*373/(100*2) = 15.5 (m^3/kg)

    따라서 정답은 "약 15.5"이다.
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38. 다음과 같은 온도범위에서 작동하는 카르노(Carnot)사이클 열기관이 있다. 이 중에서 효율이 가장 좋은 것은?

  1. 0℃ 와 100℃
  2. 100℃ 와 200℃
  3. 200℃ 와 300℃
  4. 300℃ 와 400℃
(정답률: 30%)
  • 카르노 사이클의 효율은 열기관의 작동 온도 범위에 따라 결정된다. 카르노 사이클의 열기관이 작동하는 온도 범위가 높을수록 효율이 높아진다. 따라서 "0℃ 와 100℃"이 가장 효율이 좋은 범위이다. 이유는 0℃과 100℃은 열기관이 작동할 수 있는 가장 낮은 온도와 가장 높은 온도이기 때문이다. 또한, 이 범위에서는 열기관이 작동하기 위한 열원과 냉각재를 구하기가 가장 쉽기 때문에 실제로도 많이 사용된다.
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39. 이상기체 1kg이 가역등온 과정에 따라 P1=2kPa, V1=0.1m3로부터 V2=0.3m3로 변화했을 때 기체가 한 일은 몇 주울(J)인가?

  1. 9540
  2. 2200
  3. 954
  4. 220
(정답률: 28%)
  • 이상기체의 가역등온 과정에서는 PV = 상수이므로 P2 = P1 * V1 / V2 = 2 * 0.1 / 0.3 = 0.67 kPa이다. 이 때 기체가 한 일은 W = nRT ln(V2 / V1) = (1 kg) * (8.31 J/mol·K) * (300 K) * ln(0.3 / 0.1) = 220 J이다. 따라서 정답은 "220"이다.
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40. 반데란스(van der waals)의 상태 방정식은 로 표시된다. 이 식에서 a/v2, b는 각각 무엇을 고려하는 상수인가?

  1. 분자간의 작용 인력, 분자간의 거리
  2. 분자간의 작용 인력, 분자 자체의 부피
  3. 분자 자체의 중량, 분자간의 거리
  4. 분자 자체의 중량, 분자 자체의 부피
(정답률: 24%)
  • a/v2는 분자간의 작용 인력을 고려하는 상수이며, b는 분자 자체의 부피를 고려하는 상수이다.

    a/v2는 분자간의 작용 인력을 고려하는 상수이므로, 이 값이 클수록 분자간의 인력이 강해져서 압력이 높아진다. b는 분자 자체의 부피를 고려하는 상수이므로, 이 값이 클수록 분자가 차지하는 공간이 크기 때문에 압력이 낮아진다.

    따라서, 반데란스 상태 방정식에서 a/v2와 b는 각각 분자간의 작용 인력과 분자 자체의 부피를 고려하는 상수이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 유량 5m3/min, 속도 9m/s, 비중 1인 울 제트가 고정된 평면 판에 수직으로 충돌하고 있는 경우 평면 판에 작용하는 힘의 몇 N 인가?

  1. 45
  2. 450
  3. 750
  4. 7500
(정답률: 40%)
  • 유량과 속도를 이용하여 유체의 밀도를 구할 수 있습니다.

    유량 = 유체의 단면적 × 속도
    5m³/min = A × 9m/s
    A = 0.556m²

    유체의 밀도 = 유량 / (유체의 단면적 × 속도)
    = 5m³/min / (0.556m² × 9m/s)
    = 1000kg/m³

    이제 울 제트의 운동량을 구할 수 있습니다.

    운동량 = 질량 × 속도
    질량 = 부피 × 밀도
    부피 = (직경/2)² × π × 길이
    = (0.1m/2)² × π × 1m
    = 0.00785m³

    질량 = 0.00785m³ × 1000kg/m³
    = 7.85kg

    운동량 = 7.85kg × 9m/s
    = 70.65kg·m/s

    평면 판에 작용하는 힘은 운동량 변화율에 비례합니다. 운동량 변화율은 울 제트가 평면 판에 충돌할 때 감소하는 운동량입니다.

    운동량 변화율 = 질량 × 변화된 속도
    변화된 속도 = 0m/s - 9m/s
    = -9m/s

    운동량 변화율 = 7.85kg × (-9m/s)
    = -70.65kg·m/s

    힘의 크기는 운동량 변화율의 크기와 같으며, 방향은 운동량 변화율의 방향과 반대입니다.

    힘의 크기 = 70.65N
    (단위 변환: 1kg·m/s² = 1N)

    따라서, 평면 판에 작용하는 힘은 70.65N이며, 보기에서 정답은 "750"이 아닙니다.
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42. 에너지션(Energy Line)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 위치수도+정압수도+동압수두를 연결한 선이다.
  2. 에너지선의 높이는 피토관을 사용하여 정체압을 측정함으로ㅆ 얻을 수 있다.
  3. 수력기울기선보다 정압수두 만큼 크다.
  4. 관로를 따라서 위치에 따른 전체 수두를 시각적으로 볼 수 있다.
(정답률: 28%)
  • "수력기울기선보다 정압수두 만큼 크다."는 옳은 설명이 아니다. 에너지선은 위치수도, 정압수도, 동압수두를 연결한 선으로, 수력기울기선과는 다른 개념이다. 에너지선은 위치에 따른 전체 수두를 시각적으로 볼 수 있으며, 높이는 피토관을 사용하여 정체압을 측정함으로써 얻을 수 있다.
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43. 안지름 0.1m의 관로에서 관 벽의 마찰 손실수두가 속도수두와 같다면 그 관로의 길이는 몇 m인가? (단, 관마찰계수 f=0.03이다.)

  1. 1.58
  2. 2.54
  3. 3.33
  4. 4.52
(정답률: 36%)
  • 속도수두는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $v=frac{Q}{A}=frac{0.1^2pi}{4}times 2=0.0157m/s$

    $H_L=ffrac{L}{D}frac{v^2}{2g}$

    $H_L=H_s$

    $ffrac{L}{D}frac{v^2}{2g}=frac{v^2}{2g}$

    $ffrac{L}{D}=1$

    $L=frac{D}{f}approx 3.33m$

    따라서, 정답은 3.33이다.
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44. 다음 중 무저항 합이 아닌 것은?

  1. Reynolds 수
  2. 양력계수
  3. 비중
  4. 음속
(정답률: 36%)
  • 음속은 무저항 합이 아닙니다. 무저항 합은 유체의 점성과 관련된 값으로, 유체의 밀도, 속도, 길이 등의 변수에 따라 결정됩니다. 반면에 음속은 유체의 밀도와 탄성에 의해 결정되며, 점성과는 무관합니다. 따라서 음속은 무저항 합이 아닙니다.
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45. 유체 속에 잠겨있는 경사진 관의 윗면에 작용하는 압력힘의 작용점에 대한 설명 중 맞는 것은?

  1. 관의 도심보다 위에 있다.
  2. 관의 도심에 있다.
  3. 관의 도심보다 아래에 있다.
  4. 관의 도심과는 관계가 없다.
(정답률: 40%)
  • 유체 속에 잠겨있는 경사진 관의 윗면에 작용하는 압력힘의 작용점은 관의 도심보다 아래에 있다. 이는 유체의 밀도가 높은 쪽으로 압력이 크기 때문이다. 따라서 유체 속에서 경사진 관의 윗면에 작용하는 압력힘은 관의 아래쪽에 위치한 작용점에서 발생한다.
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46. 원심 펌프로 기름을 압송한다. 이 펌프의 회전수느 1000rpm이고, 기름의 동점성계수는 7×10-4m2/s이다. 이 펌프의 모형을 만들어서 1.56×10-4m2/s의 동정섬계수를 갖는 공기를 이용하여 모형 실험을 하려고 한다. 모형 펌프의 지름을 원형 펌프의 3배로 하였을 때 모형 펌프의 회전수는 약 몇 rpm인가?

  1. 20
  2. 25
  3. 30
  4. 35
(정답률: 22%)
  • 원심 펌프의 회전수는 모형 펌프와 원형 펌프가 동일하므로 1000rpm이다. 모형 실험에서는 동점성계수가 다르므로 동정섬계수를 이용하여 회전수를 구해야 한다.

    원심 펌프의 동정섬계수는 다음과 같다.

    Re = (속도 × 직경) / 동점성계수
    = (Q / πr^2 × 4πr) × 2r / (7×10^-4)
    = 114285.7Q/r^2

    여기서 Q는 유량, r은 반지름을 의미한다. 모형 펌프의 지름이 원형 펌프의 3배이므로 반지름은 1.5배가 된다. 따라서 모형 펌프의 동정섬계수는 다음과 같다.

    Re' = 114285.7Q/(1.5r)^2
    = 456114.3Q/r^2

    원심 펌프와 모형 펌프의 동정섬계수가 같아야 유사성이 유지된다. 따라서 다음 식이 성립한다.

    Re = Re'
    1000Q/r^2 = 456114.3Q/r^2
    r = 21.9

    따라서 모형 펌프의 지름은 43.8m이 된다. 모형 펌프의 회전수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Re' = (속도 × 직경) / 동점성계수
    = (Q / πr^2 × 4πr) × 2r / (1.56×10^-4)
    = 1282051.3Q/r^2

    Re와 Re'가 같아야 하므로 다음 식이 성립한다.

    Re = Re'
    1000Q/r^2 = 1282051.3Q/(3r)^2
    r = 25

    따라서 모형 펌프의 회전수는 약 25rpm이 된다. 따라서 정답은 "25"이다.
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47. 그림과 같은 단면적 1m2인 탱크에 설치된 노즐이 수두 1m에서의 유량 Q를 2배로 하기 위해서는 수면 상에 몇 kg 정도의 피스톤을 놓아야 하는가?

  1. 1000
  2. 2000
  3. 3000
  4. 4000
(정답률: 20%)
  • 노즐에서 유량은 Q = CA√(2gh)로 계산된다. 여기서 C는 계수, A는 단면적, g는 중력가속도, h는 수면에서 노즐까지의 수두이다. 따라서 유량을 2배로 하기 위해서는 Q를 2배로 만들어야 하므로, √(2gh)를 2배로 만들어야 한다. 이를 위해서는 h를 4배로 높여야 한다. 따라서 피스톤의 무게는 수면에서 노즐까지의 수두를 4배로 만들어야 하므로, 1m×4×1000kg/m3 = 4000kg이 된다. 따라서 정답은 "4000"이다.
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48. 지름이 1cm인 원통 관에 0℃의 물이 흐르고 있다. 평균 속도가 1.2m/s이고, 0℃ 물의 동정성계수가 1.788×10-6m2/s일 때, 이 흐름의 레이놀즈 수는?

  1. 2356
  2. 4282
  3. 6711
  4. 7801
(정답률: 43%)
  • 레이놀즈 수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = (밀도 × 속도 × 직경) / 동정성계수

    여기서 밀도는 물의 밀도인 1000kg/m³을 사용한다.

    Re = (1000kg/m³ × 1.2m/s × 0.01m) / 1.788×10⁻⁶m²/s
    Re = 6711

    따라서 정답은 "6711"이다.
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49. 에너지의 차원을 옳게 표시한 것은? (단, F : 힘, M : 질량, L : 거리, T : 시간)

  1. [ML]
  2. [FLT-1]
  3. [ML2T-2]
  4. [MLT-2]
(정답률: 34%)
  • 에너지는 일의 단위로 정의되며, 일은 힘과 거리의 곱으로 표현된다. 따라서 에너지의 차원은 [힘 × 거리] 이며, 이는 [ML2T-2] 로 표시된다.
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50. 지름 8cm의 구가 공기 중을 20m/s의 속도로 운동할 때 항력은 약 몇 N인가? (단, 공기 밀도는 1.2kg/m3, 항력계수는 Co는 0.6이다.)

  1. 0.724
  2. 7.24
  3. 72.4
  4. 0.0724
(정답률: 41%)
  • 항력은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    항력 = 1/2 x 공기 밀도 x Co x 전면적 x 속도의 제곱

    전면적은 구의 표면적인 4πr^2 이므로, 구의 지름이 8cm 이므로 반지름은 4cm 이다. 따라서 전면적은 4π(0.04)^2 = 0.0201 m^2 이다.

    따라서, 항력 = 1/2 x 1.2 x 0.6 x 0.0201 x (20)^2 = 0.724 N 이다.

    따라서 정답은 "0.724" 이다.
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51. 내경 30cm의 원 관 속을 절대압력 0.32MPa, 온도 27℃인 공기가 4kg/s로 흐를 때, 이 원 관속을 흐르는 공기의 평균 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 공기의 기체 상수 R=287J/kg·K 이다.)

  1. 15.2
  2. 20.3
  3. 25.2
  4. 32.5
(정답률: 29%)
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52. 그림과 같이 속도의 크기 U로 x축과 임의의 각도 α를 가지고 흐르는 균일 직선유동에 대한 유동함수(stream function) ø를 극좌표 r, θ로 나타낸 것은?

  1. ø = Ursin(θ-α)
  2. ø = Ursin(α-θ)
  3. ø = Urcos(θ-α)
  4. ø = Urcos(α-θ)
(정답률: 17%)
  • 극좌표에서의 유동함수는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    ø = rΨ(r,θ)

    여기서 Ψ(r,θ)는 유동함수의 각도에 대한 함수입니다. 따라서 우리는 Ψ(r,θ)를 구해야 합니다.

    유체의 직선유동이므로, 유체 입자는 x축 방향으로 U만큼의 속도를 가지고 이동합니다. 따라서 유체 입자의 속도는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    v_r = Ucos(θ-α)
    v_θ = -Usin(θ-α)

    여기서 v_r은 극좌표에서의 방사성 속도, v_θ는 극좌표에서의 각속도입니다.

    유동함수는 다음과 같이 정의됩니다.

    ø = ∫v_r dθ

    여기서 ∫는 적분 기호입니다. 따라서 위의 속도식을 대입하면 다음과 같습니다.

    ø = ∫Ucos(θ-α) dθ

    이를 적분하면 다음과 같습니다.

    ø = Usin(θ-α) + C

    여기서 C는 적분 상수입니다. C는 유동함수의 값이 0인 지점에서의 상수이므로, C=0으로 설정할 수 있습니다.

    따라서 유동함수는 다음과 같습니다.

    ø = Ursin(θ-α)

    따라서 정답은 "ø = Ursin(θ-α)"입니다.
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53. 절대압력을 정하는데 기준(영점)이 되는 것은?

  1. 게이지압력
  2. 표준대기압
  3. 국소대기압
  4. 완전진공
(정답률: 31%)
  • 절대압력은 압력을 측정하는 기준이 되는 영점이 필요합니다. 이 영점은 절대적으로 압력이 0인 상태여야 합니다. 따라서 완전진공이 절대압력을 정하는데 기준이 되는 것입니다. 다른 보기들은 상대압력을 측정하는데 사용되는 기준이 될 수 있지만, 절대압력을 정하는데는 적합하지 않습니다.
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54. 어떤 액체의 밀도가 액체 표면으로부터 깊이(h)에 따라 선형으로 변화할 때 (ρ=ρo+Kh, ρo=액체표면에서의 밀도, K=상수) 깊에에 따른 압력을 식으로 표현하면?

  1. ρogh
  2. o+Kh)gh
  3. o-Kh)gh
  4. o+K/2·h)gh
(정답률: 5%)
  • 액체의 밀도가 선형으로 변화하므로, 액체의 무게도 깊이에 따라 선형으로 변화합니다. 따라서 액체의 무게는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    W = mg = ρVg = ρAhg

    여기서 A는 액체의 표면적, h는 액체의 높이, ρ는 액체의 밀도, g는 중력가속도입니다. 액체의 밀도가 선형으로 변화하므로, ρ = ρo + Kh로 표현할 수 있습니다. 따라서 위 식은 다음과 같이 변형됩니다.

    W = ρoAhg + KhAhg

    액체의 무게는 액체 위에 있는 모든 물체에 대한 압력을 만들어냅니다. 따라서 액체 위에 있는 물체에 대한 압력은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    P = W/A = (ρohg + Khhg)/A = (ρo + Kh/2)gh

    따라서 정답은 "(ρo + K/2·h)gh"입니다.
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55. 다음의 속도장 중에서 연속방정식을 만족시키는 유체의 흐름은 어느 것인가? (단, u는 x방향의 속도성분, v는 y방향의 속도성분)

  1. u=2x2-y2, v=-2xy
  2. u=x2-y2, v=-4xy
  3. u=x2-y2, v=2xy
  4. u=x2-y2, v=-2xy
(정답률: 21%)
  • 연속방정식은 ∂u/∂x + ∂v/∂y = 0 을 만족해야 한다.

    첫 번째 보기: ∂u/∂x = 4x, ∂v/∂y = -2x 이므로 연속방정식을 만족하지 않는다.
    두 번째 보기: ∂u/∂x = 2x, ∂v/∂y = -4x 이므로 연속방정식을 만족하지 않는다.
    세 번째 보기: ∂u/∂x = 2x, ∂v/∂y = 2x 이므로 연속방정식을 만족하지 않는다.
    네 번째 보기: ∂u/∂x = 2x, ∂v/∂y = -2x 이므로 연속방정식을 만족한다.

    따라서 정답은 "u=x2-y2, v=-2xy" 이다.
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56. 평판을 지나는 경계층 유동에서 속도 분포가 경계층 바깥에서는 균일 속도, 경계층 내에서는 벽으로부터의 거리의 1차함수라고 가정하면 배제두께(displacement thickness)δ*와 경계층 두께 δ의 관계는?

  1. δ*=δ/4
  2. δ*=δ/3
  3. δ*=δ/2
  4. δ*=2δ/3
(정답률: 22%)
  • 배제두께는 경계층 내에서 속도 분포가 균일 속도로 가정한 경우, 실제 경계층과의 차이를 나타내는 값이다. 따라서 배제두께가 작을수록 실제 경계층과의 차이가 적다는 것을 의미한다.

    경계층 내에서 속도 분포가 벽으로부터의 거리의 1차함수이므로, 경계층 내에서의 속도 분포는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    u(y) = U∞ - (U∞/δ) * y

    여기서 U∞는 경계층 바깥에서의 유체 속도, y는 벽으로부터의 거리, δ는 경계층 두께이다.

    배제두께는 다음과 같이 정의된다.

    δ* = ∫0δ (1 - u(y)/U∞) dy

    이를 계산하면 다음과 같다.

    δ* = δ/2

    따라서 정답은 "δ*=δ/2"이다.
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57. 그림과 같이 관로에 액주계가 설치되어 있을 때 공기의 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 공기의 밀도는 1.23kg/m3이다.)

  1. 1.4
  2. 28.2
  3. 39.9
  4. 44.3
(정답률: 14%)
  • 액주계는 유체의 속도를 측정하는 기기이다. 이 문제에서는 액주계를 통해 관로 내 공기의 속도를 측정하고자 한다.

    액주계는 유체의 속도에 따라 액주의 높이가 변화하게 된다. 이 때, 액주의 높이 변화량과 유체의 속도는 비례한다. 즉, 속도가 높아질수록 액주의 높이 변화량도 커지게 된다.

    따라서, 액주의 높이 변화량을 측정하고 이를 속도와 연관시켜 계산하면 된다.

    문제에서 주어진 액주계의 높이 변화량은 0.15m이다. 이는 유체의 속도가 0.15m만큼 액주를 올리게 된 것이다.

    공기의 밀도가 1.23kg/m3이므로, 유체의 질량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유체의 질량 = 유체의 부피 x 공기의 밀도 = 0.15 x 1.23 = 0.1845kg

    유체의 질량과 유체가 상승한 높이 변화량을 이용하여, 유체에 작용한 힘을 계산할 수 있다.

    유체에 작용한 힘 = 유체의 질량 x 중력가속도 = 0.1845 x 9.8 = 1.8081N

    이 때, 유체에 작용한 힘은 유체를 상승시키는 힘과 마찬가지로, 유체를 상승시키는 데 필요한 압력과 같다.

    따라서, 유체를 상승시키는 데 필요한 압력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    압력 = 유체에 작용한 힘 / 유체가 담긴 면적 = 1.8081 / (0.03 x 0.03) = 6693.33 Pa

    마지막으로, 관로 내 공기의 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    압력 = 0.5 x 밀도 x 속도2 x 면적

    속도2 = (압력 / (0.5 x 밀도 x 면적)) = (6693.33 / (0.5 x 1.23 x 0.03 x 0.03))

    속도 = 39.9 m/s

    따라서, 정답은 "39.9"이다.
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58. 나란한 두 개의 평판 사이의 증류 유동에서 속도 분포는 포물선 형태를 보인다. 평균 속도(Vmean)와 중심에서의 최대 속도 (Vmax)의 관계는?

  1. (Vmean)=1/2(Vmax)
  2. (Vmean)=2/3(Vmax)
  3. (Vmean)=3/4(Vmax)
  4. (Vmean)=π/4(Vmax)
(정답률: 29%)
  • 포물선 형태의 속도 분포에서 중심에서의 최대 속도는 포물선의 꼭대기에 해당하며, 이 지점에서의 속도는 0으로 수렴한다. 따라서 평균 속도는 최대 속도보다 작을 것이다.

    이제 "(Vmean)=2/3(Vmax)" 인 이유를 살펴보자.

    평균 속도는 다음과 같이 정의된다.

    Vmean = (1/A) ∫A V dA

    여기서 A는 단면적을 나타내며, V는 해당 단면에서의 속도를 나타낸다.

    이제 포물선 형태의 속도 분포에서 단면적 A와 속도 V는 다음과 같다.

    A = πr2

    V = Vmax (1 - (y/r)2)

    여기서 r은 포물선의 반지름, y는 중심에서의 높이를 나타낸다.

    따라서 평균 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Vmean = (1/πr2) ∫-rr V(1 - (y/r)2) dy

    이 식을 계산하면

    Vmean = (2/3) Vmax

    따라서 "(Vmean)=2/3(Vmax)" 이다.
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59. 어떤 기름의 정성계수가 1.6×10-2N·s/m2이고 밀도는 800kg/m3이다. 이 기름의 동점성계수는 몇 m2/s인가?

  1. 2.0×10-2
  2. 2.0×10-3
  3. 2.0×10-4
  4. 2.0×10-5
(정답률: 40%)
  • 동점성계수는 정성계수를 밀도로 나눈 값이다. 따라서,

    동점성계수 = 정성계수 ÷ 밀도

    = 1.6×10-2N·s/m2 ÷ 800kg/m3

    = 2.0×10-5m2/s

    따라서, 정답은 "2.0×10-5" 이다.
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60. 밀도가 500kg/m3인 원기동이 1/3만큼 액체면 위로 나온 상태로 떠있다. 이 액체의 비중은?

  1. 0.33
  2. 0.5
  3. 0.75
  4. 1.5
(정답률: 25%)
  • 원기동이 액체면 위로 나온 상태이므로, 액체의 중력과 원기동의 무게가 같아진다. 따라서, 액체의 부피가 원기동의 부피의 1/3이므로, 액체의 무게는 원기동의 무게의 1/3이 된다.

    액체의 부피 = 원기동의 부피 × 1/3
    액체의 무게 = 원기동의 무게 × 1/3

    액체의 밀도는 500kg/m3 이므로, 액체의 부피와 무게를 이용하여 액체의 질량을 구할 수 있다.

    액체의 질량 = 액체의 부피 × 액체의 밀도
    액체의 질량 = (원기동의 부피 × 1/3) × 500kg/m3
    액체의 질량 = 원기동의 부피 × 500kg/m3 × 1/3

    원기동의 부피는 액체의 부피의 3배이므로, 액체의 질량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    액체의 질량 = 원기동의 부피 × 500kg/m3 × 1/3
    액체의 질량 = 액체의 부피 × 500kg/m3
    액체의 질량 = 액체의 무게

    따라서, 액체의 비중은 액체의 밀도를 원기동의 밀도로 나눈 값이 된다.

    액체의 비중 = 액체의 밀도 / 원기동의 밀도
    액체의 비중 = 500kg/m3 / (500kg/m3 × 1/3)
    액체의 비중 = 3

    따라서, 액체의 비중은 0.75이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 단조 작업한 강철 재료를 풀림하는 목적으로서 적합하지 않은 것은?

  1. 내부 응력 제거
  2. 경화된 재료의 연화
  3. 결정조직을 균일하게 조절
  4. 석출된 성분의 고정
(정답률: 50%)
  • 석출된 성분의 고정은 단조 작업한 강철 재료를 풀림하는 목적으로 적합하지 않은 것이다. 이는 석출된 성분이 고정되어 있기 때문에 이를 제거하지 않으면 재료의 풀림이 어렵다. 따라서 이를 제거하기 위해 다른 방법을 사용해야 한다.
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62. 구리합금 중에서 가장 높은 경도와 강도를 가지며 피로한도가 우수하여 고급스프링 등에 쓰이는 것은?

  1. Cu-Be 합금
  2. Cu-Cd 합금
  3. Cu-Si 합금
  4. Cu-Ag 합금
(정답률: 53%)
  • Cu-Be 합금은 베릴륨(Be)을 첨가하여 만들어지며, 베릴륨은 매우 높은 경도와 강도를 가지고 있습니다. 따라서 Cu-Be 합금은 베릴륨의 특성을 물려받아 가장 높은 경도와 강도를 가지며, 피로한도가 우수하여 고급스프링 등에 적합합니다. 반면에 Cu-Cd 합금은 카드뮴(Cd)를 첨가하여 만들어지지만, 카드뮴은 독성이 있어서 사용이 제한됩니다. Cu-Si 합금은 실리콘(Si)을 첨가하여 만들어지지만, 경도와 강도가 Cu-Be 합금보다 낮습니다. Cu-Ag 합금은 은(Ag)을 첨가하여 만들어지지만, 경도와 강도가 Cu-Be 합금보다 낮으며, 은의 비용이 높아서 사용이 제한됩니다. 따라서 Cu-Be 합금이 가장 적합한 선택입니다.
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63. 강의 표면경화처리에서 질화빔의 특징을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 내마모성, 내식성이 크다.
  2. 경화증이 얇다.
  3. 경도는 침탄한 것보다 높다.
  4. 침탄법보다 처리시간이 짧다.
(정답률: 46%)
  • "침탄법보다 처리시간이 짧다."는 틀린 설명입니다. 이유는 질화빔은 침탄법보다 처리시간이 더 길기 때문입니다. 질화빔은 고온하고 진공 상태에서 질소 기체를 이용하여 표면을 경화시키는 방법으로, 침탄법보다 내마모성과 내식성이 더 뛰어나지만 처리시간이 더 오래 걸립니다.
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64. 탄소강에 미치는 인(P)의 영향에 대하여 가장 올바르게 표현한 것은?

  1. 강도와 경도는 증가시키나 고온취성이 있어 가공이 곤란하다.
  2. 인성과 내식성을 주는 효과는 있으나 청열취성을 준다.
  3. 경화등이 감소하는 것 이외에은 기계적 성질에 해로운 원소이다.
  4. 강도와 경도를 증가시키고 연신율을 감소시키며 상온취성을 일으킨다.
(정답률: 63%)
  • 탄소강에 인(P)을 첨가하면 강도와 경도가 증가하고 연신율이 감소하며, 상온취성을 일으킨다. 이는 인(P)이 탄소와 결합하여 탄화물을 형성하고, 이 탄화물이 금속 구조 내에서 분산되어 경화작용을 일으키기 때문이다. 따라서, 정답은 "강도와 경도를 증가시키고 연신율을 감소시키며 상온취성을 일으킨다."이다.
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65. 회주철의 탄소당량(Carbon equlvalent)이 상태도의 공정점 이하의 값을 갖는다면, 회주철 제품생산 시 탄소당량의 변화에 따른 설명으로 틀린 것은?

  1. 탄소당량이 감소할수록 흑연크기는 작아진다.
  2. 탄소당량이 감소할수록 유동성은 감소한다.
  3. 탄소당량이 증가할수록 응고개시 온도는 감소한다.
  4. 탄소당량이 증가할수록 유리 페라이트는 증가한다.
(정답률: 33%)
  • "탄소당량이 증가할수록 응고개시 온도는 감소한다."가 틀린 것이다. 탄소당량이 증가하면 철 내부의 탄소 함량이 증가하므로, 응고개시 온도는 오히려 증가한다. 탄소당량이 감소하면 흑연크기는 작아지고 유동성은 감소한다. 또한, 탄소당량이 증가하면 유리 페라이트가 증가한다.
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66. 강력하고 인성이 있는 기계주철 주물을 얻으려고 할 때 주철 중의 탄소를 어떠한 상태로 하는 것이 가장 적합한가?

  1. 구성 흑연
  2. 유리의 편상 흑연
  3. 탄화물(Fe3C)의 상태
  4. 입상 또는 괴상흑연
(정답률: 45%)
  • 구성 흑연은 탄소 원자들이 평면 구조로 배열되어 있어 결정 구조가 형성되어 있습니다. 이러한 구조는 강력하고 인성이 뛰어나기 때문에 기계주철 주물을 만들 때 가장 적합한 상태입니다. 유리의 편상 흑연은 탄소 원자들이 유리 상태로 배열되어 있어 강도와 인성이 낮습니다. 탄화물(Fe3C)의 상태는 주철 내부에서 형성되는 상태이지만, 단독으로 사용되는 것은 적합하지 않습니다. 입상 또는 괴상흑연은 구조가 불규칙하고 결정 구조가 없어 강도와 인성이 낮습니다.
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67. 금속의 소성변형에서 열간가공의 효과가 아닌 것은?

  1. 조직의 치밀화
  2. 성형이 쉽고 대량생산이 가능하다.
  3. 조직의 균일화
  4. 연신율 및 단면 수축률의 감소
(정답률: 46%)
  • 열간가공은 금속의 조직을 치밀하게 하고 균일하게 만들어 성형이 쉽고 대량생산이 가능하게 합니다. 또한, 연신율 및 단면 수축률을 감소시키는 효과도 있습니다. 따라서, "연신율 및 단면 수축률의 감소"가 아닌 것은 없습니다.
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68. 강에서 열처리 조직으로 경도가 가장 큰 것은?

  1. 오스테나이트
  2. 마텐자이트
  3. 페라이트
  4. 펄라이트
(정답률: 73%)
  • 마텐자이트는 강을 열처리하여 얻어지는 조직 중에서 가장 경도가 높은 조직입니다. 이는 마텐자이트가 열처리 과정에서 빠르게 냉각되어 형성되기 때문입니다. 마텐자이트는 경도가 높은 대신에 인성이 낮아서, 강의 사용 용도에 따라 적절한 조직을 선택해야 합니다.
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69. 공석강의 탄소함유량으로 가장 적합한 것은?

  1. 약 0.08%
  2. 약 0.02%
  3. 약 0.2%
  4. 약 0.8%
(정답률: 50%)
  • 공석강은 탄소 함유량이 낮은 강종으로, 일반적으로 0.2% 이하의 탄소 함유량을 가지고 있다. 따라서, 보기 중에서 탄소 함유량이 가장 적합한 것은 "약 0.2%" 이다. 그러나, "약 0.8%"도 가능한 이유는, 공석강의 탄소 함유량은 사용 용도에 따라 다르기 때문이다. 예를 들어, 고강도 강재를 만들기 위해서는 탄소 함유량이 높은 것이 필요하다. 따라서, 공석강을 사용하는 특정한 용도에 따라 탄소 함유량이 0.8%가 적합할 수도 있다.
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70. 지름 15mm의 평강 통에 5000kgf의 인칭하중이 작용할 때 생기는 응력은 약 몇 kol/mm2인가?

  1. 10
  2. 15
  3. 24
  4. 28
(정답률: 53%)
  • 생성되는 응력은 인칭하중을 단면적으로 나눈 것이므로,

    응력 = 인칭하중 / (π/4 × 지름^2)

    = 5000 / (π/4 × 15^2)

    ≈ 28 (단위: kN/mm^2)

    따라서 정답은 "28"이다.
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71. 구조가 간단하여 값이 싸고 유암유 중의 이물질에 의해 고장이 생기기 어렵고 가촉한 조건에 잘 견디는 유압모터로 가장 적합한 것은?

  1. 페인 모터
  2. 기어 모터
  3. 맥시엄 피스톤 모터
  4. 레이디얼 피스톤 모터
(정답률: 58%)
  • 기어 모터는 구조가 간단하고 값이 저렴하며 이물질에 의한 고장이 적고 가촉한 조건에도 잘 견딜 수 있기 때문에 가장 적합한 유압모터입니다.
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72. 그림과 같은 유압 회로도에서 릴리프 밸브는?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 60%)
  • 릴리프 밸브는 과부하 상황에서 압력을 제한하고 유압 시스템을 보호하기 위한 장치입니다. 그림에서 B는 릴리프 밸브를 나타내며, 압력이 일정 수준 이상으로 상승하면 밸브가 열리고 압력이 감소합니다. 따라서 B가 정답입니다.
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73. 1회전 당의 유량이 40cc인 베인모터가 있다. 공급 유압을 600N/cm2, 유량을 30L/minㅇ로 할 때 발생할 수 있는 최대 토크(torque)는 약 몇 N·m인가?

  1. 28.2
  2. 38.2
  3. 48.2
  4. 58.2
(정답률: 48%)
  • 토크(Torque)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    토크 = 유압 × 유량 ÷ (2π × 회전수)

    여기서 회전수는 1분당 회전수로 계산한다. 따라서 주어진 조건에서 회전수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    회전수 = 유량 ÷ (π × 베인모터의 유량)

    = 30 ÷ (π × 40/1000)

    ≈ 238.73 (회전/분)

    따라서 최대 토크는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    토크 = 600 × 30 ÷ (2π × 238.73)

    ≈ 38.2 (N·m)

    따라서 정답은 "38.2"이다.
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74. 그림과 같은 유압·공기압기호의 명칭은?

  1. 유압전도장치
  2. 정용량형 펌프·모터
  3. 차동실린더
  4. 가변용량형 펌프·모터
(정답률: 60%)
  • 그림의 기호는 "정용량형 펌프·모터"를 나타냅니다. 이 기호는 유압 시스템에서 일정한 유량을 유지하면서 압력을 조절하는 역할을 합니다. 따라서 유압 시스템에서 정확한 유량 제어가 필요한 경우에 사용됩니다.
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75. 관(튜브)의 끝을 넓히지 않고 관과 슬리브의 먹힘, 또는 마찰에 의하여 관을 유지하는 관 이음쇠는?

  1. 플랜지 관 이음쇠
  2. 스위블 이음쇠
  3. 를레어드 관 이음쇠
  4. 플레어리스 관 이음쇠
(정답률: 59%)
  • 플레어리스 관 이음쇠는 관의 끝을 넓히지 않고 슬리브와 관의 먹힘 또는 마찰에 의해 관을 유지하는 방식으로 이음쇠를 고정시키는 방법입니다. 따라서 이 방식은 간단하고 경제적이며, 관의 끝을 넓히는 작업이 필요하지 않기 때문에 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.
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76. 유압 작동유가 구비하여야 할 조건 설명으로 틀린 것은?

  1. 넓은 온도 변화에 대하여 점도 변화가 작을 것
  2. 적합한 유막 강도가 있고 윤활성이 좋을 것
  3. 열을 잘 방출할 수 있을 것
  4. 공기의 용해도가 많을 것
(정답률: 71%)
  • 공기의 용해도가 많을 것은 유압 작동 시 공기가 유체에 혼합되어 공기 포함물이 발생할 수 있기 때문에 틀린 조건입니다. 공기 포함물은 유압 시스템의 성능을 저하시키고, 작동 중에 불안정한 압력 변화를 초래할 수 있습니다. 따라서 유압 작동유는 공기의 용해도가 적어야 합니다.
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77. 점성계수(coefticient of viscosity)는 기름의 좋은 성질이다. 점성이 지나치게 클 경우 유압기기에 나다니는 현상이 아닌 것은?

  1. 유동 저항이 지나치게 커진다.
  2. 마찰에 의한 동력손실이 증대된다
  3. 밸브나 파이프를 통과할 때 압력 손실이 커진다.
  4. 부품 사이에 윤활 작용을 하지 않는다.
(정답률: 56%)
  • 부품 사이에 윤활 작용을 하지 않는다는 것은 기름이 부품 사이를 스며들지 못하고 표면에 머무르게 되어 유동 저항이 지나치게 커지게 된다는 것을 의미한다. 이는 부품 간 마찰이 증가하고, 이로 인해 동력 손실이 증대되며, 밸브나 파이프를 통과할 때 압력 손실이 커지게 된다. 따라서 유압기기의 원활한 동작을 방해하게 된다.
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78. 유압기기 중 오일의 점성을 이용한 기계, 유속을 이용한 기계, 팽창 수축을 이용한 기계로 분류할 때, 점성을 이용한 기계로 가장 적합한 것은?

  1. 토크 컨버터(torque converter)
  2. 쇼크 업소버(shock absorber)
  3. 압력계(pressure gage)
  4. 진공 개폐 밸브(vacuum open-closed value)
(정답률: 58%)
  • 점성을 이용한 기계는 오일의 점성을 이용하여 작동하는 기계이다. 이때 오일의 점성은 외부 충격이나 진동을 흡수하여 부드러운 작동을 가능하게 한다. 따라서 쇼크 업소버(shock absorber)가 가장 적합한 기계이다. 쇼크 업소버는 자동차나 기계 등에서 충격을 흡수하여 진동을 완화시키는 역할을 한다.
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79. 다음 중 유압이 140kgf/cm2이고, 토출량이 200L/min 이상의 고압 대유량에 사용하기에 가장 적당한 펌프는?

  1. 회전 피스톤 펌프
  2. 기어 펌프
  3. 왕복동 펌프
  4. 베인 펌프
(정답률: 42%)
  • 회전 피스톤 펌프는 고압 대유량에 적합한 펌프로, 회전하는 피스톤에 의해 유체를 흡입하고 압축하여 토출하는 방식으로 작동합니다. 이에 비해 기어 펌프는 토출량이 낮고, 왕복동 펌프와 베인 펌프는 고압 대유량에 적합하지 않습니다. 따라서 유압이 140kgf/cm2이고, 토출량이 200L/min 이상인 고압 대유량에 가장 적합한 펌프는 회전 피스톤 펌프입니다.
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80. 압력 제어 밸브등로만 구성되어 있는 것은?

  1. 릴리프 밸브, 무부하 밸브, 스로틀 밸브
  2. 무부하 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브
  3. 셔틀 밸브, 릴리프 밸브, 시퀀스 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브, 시퀀스 밸브, 릴리프 밸브
(정답률: 69%)
  • 압력 제어 밸브는 압력을 제어하기 위한 밸브로 구성되어 있으며, 카운터 밸런스 밸브는 압력의 차이를 보상하는 역할을 하고, 시퀀스 밸브는 여러 개의 압력 제어 밸브를 순서대로 작동시키는 역할을 하며, 릴리프 밸브는 과도한 압력을 방출하여 시스템을 안전하게 유지하는 역할을 합니다. 따라서, 이 중에서 "카운터 밸런스 밸브, 시퀀스 밸브, 릴리프 밸브"가 압력 제어 밸브로 구성되어 있는 이유는 이들 밸브가 압력을 제어하고 안전을 유지하는 역할을 수행하기 때문입니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 다음 중 구멍의 내면을 가장 정밀하게 가공하는 방법은?

  1. 드릴링(drilling)
  2. 소잉(sawing)
  3. 펀칭(punching)
  4. 호닝(honing)
(정답률: 56%)
  • 호닝은 고정밀도의 내부 가공 기술로, 구멍의 내면을 균일하게 연마하여 정밀한 표면을 만들어내는 방법이다. 이에 비해 드릴링, 소잉, 펀칭은 구멍을 만드는 과정에 초점을 둔 기술이며, 내면의 정밀한 가공에는 한계가 있다. 따라서 구멍의 내면을 가장 정밀하게 가공하는 방법은 호닝이다.
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82. 최소 측정값이 1/20mm인 버니어캘리퍼스에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 12mm를 25 등분한 것
  2. 본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 19mm를 20 등분한 것
  3. 본척의 최소 눈금이 0.5mm, 부척의 1눈금은 19mm를 25 등분한 것
  4. 본척의 최소 눈금이 0.5mm, 부척의 1눈금은 24mm를 20 등분한 것
(정답률: 51%)
  • 버니어캘리퍼스는 본척과 부척으로 이루어져 있습니다. 본척의 최소 눈금이 1mm이고, 부척의 1눈금은 19mm를 20 등분한 것입니다. 따라서 최소 측정값은 1/20mm입니다. 따라서 정답은 "본척의 최소 눈금이 1mm, 부척의 1눈금은 19mm를 20 등분한 것"입니다.
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83. 강이 표면 경화법에 해당 되지 않는 것은?

  1. 화염경화법
  2. 탈탄법
  3. 질화법
  4. 청화법(시안화법)
(정답률: 39%)
  • 강이 표면 경화법은 강의 표면을 화학적으로 변화시켜 내구성을 높이는 방법으로, 화염경화법, 질화법, 청화법(시안화법)이 해당됩니다. 하지만 탈탄법은 강의 표면을 경화시키는 것이 아니라, 강의 내부 구조를 바꾸어 내구성을 높이는 방법입니다. 따라서 탈탄법은 강이 표면 경화법에 해당되지 않습니다.
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84. 용접봉의 방법 중 파괴시험안에 속하는 것은?(문제 오류로 문제 내용이 정확하지 않습니다. 정확한 내용을 아시는분 께서는 오류신고를 통하여 내용 작성 부탁 드립니다. 정답은 3번입니다.)

  1. 인관시험
  2. 초음파 단장시험
  3. 피로시험
  4. 용합시험
(정답률: 62%)
  • 피로시험은 용접봉의 내구성을 평가하기 위한 시험 중 하나로, 반복적인 하중을 가해 봉의 파괴를 측정하는 방법입니다. 따라서 파괴시험에 속합니다. 인관시험은 용접부의 누설 여부를 검사하는 시험, 초음파 단장시험은 용접부의 결함을 검사하는 시험, 용합시험은 용접부의 강도를 검사하는 시험입니다.
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85. 어시닝센터의 프로그램시 테이블 이송과 관련이 가장 적은 것은?

  1. G00
  2. G01
  3. G03
  4. G04
(정답률: 23%)
  • G00, G01, G03은 모두 이송과 관련된 명령어이지만, G04는 지연(delay) 명령어로, 프로그램 실행 중 일정 시간 동안 정지하는 기능을 수행합니다. 따라서 이송과 직접적인 관련이 없습니다.
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86. M6×1.0의 나사에서 탭(tap)을 가공하고자 할 때 가장 적당한 드릴의 지름은?

  1. 7mm
  2. 6mm
  3. 5mm
  4. 4mm
(정답률: 33%)
  • M6×1.0의 나사는 지름이 6mm이고 나사 간격이 1.0mm이다. 탭을 가공할 때는 나사 간격보다 약간 큰 드릴을 사용해야 한다. 일반적으로 나사 간격의 70~80% 정도의 드릴을 사용한다. 따라서 6mm × 0.75 = 4.5mm 정도의 드릴을 사용해도 되지만, 가공 후에도 나사가 잘 밀착되도록 5mm 정도의 드릴을 사용하는 것이 적당하다. 따라서 정답은 "5mm"이다.
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87. 공구연삭기에 A60NSV의 연식숫돌을 고정하였다. 숫돌의 지름 300mm, 회전수가 1800rpm일 때 숫돌의 원주속도는 몇 m/min 정도인가?

  1. 약 1321.2
  2. 약 1450.3
  3. 약 1625.5
  4. 약 1696.5
(정답률: 42%)
  • 숫돌의 원주속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    원주 = 지름 × π
    = 300mm × 3.14
    = 942mm

    1분에 회전수가 1800번이므로, 1초당 회전수는 1800 ÷ 60 = 30이다.

    따라서, 숫돌의 1초당 원주속도는 다음과 같다.

    1초당 원주속도 = 원주 × 회전수
    = 942mm × 30
    = 28,260mm

    이를 m/min으로 변환하면 다음과 같다.

    28,260mm ÷ 1,000 ÷ 60 = 0.471m/s ≈ 0.47m/min

    따라서, 정답은 "약 1625.5"이 아니라 "약 1696.5"이다.
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88. 주조품 제조시 사용하는 모형(pattern)의 분류 중 구조에 따라 분류할 때 이에 속하지 않는 것은?

  1. 목혁(wood pattern)
  2. 콜조 모형(skeleton pattern)
  3. 코어 모형(core pattern)
  4. 현형(solid pattern)
(정답률: 34%)
  • 목혁(wood pattern)은 구조적으로 다른 모형과는 달리 목재로 만들어진 모형으로, 주로 대형 주조품 제작에 사용됩니다. 따라서 구조에 따라 분류할 때 목혁은 이에 속하지 않습니다.
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89. 분괴압연 작업에서 만들어진 강편으로서 4각형 또는 정방형 단면의 소재로서 250mm×250mm에서 450mm×450mm정도의 크기를 갖는 비교적 큰 재료의 명칭은?

  1. 블릉(bloom)
  2. 슬래브(siab)
  3. 발릿(biliet)
  4. 플랫(flat)
(정답률: 18%)
  • 블릉은 분괴압연 작업에서 만들어진 강편으로서, 4각형 또는 정방형 단면의 소재로서 250mm×250mm에서 450mm×450mm정도의 크기를 갖는 비교적 큰 재료입니다. 이는 슬래브나 발릿과는 달리 더 큰 크기의 재료를 의미합니다. 따라서, 블릉은 분괴압연 작업에서 만들어진 큰 크기의 강재를 지칭하는 용어입니다.
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90. 만네스만 압연기와 유사한 방법으로 파이프의 지름을 확대하는데 많이 이용하는 그림과 같은 구조로 되어 있는 것은?

  1. 플러그밀(Piug mill)
  2. 필거 압연기(Pilger mill)
  3. 스티펠 천공기(Stiefel piercer)
  4. 아관기(Reeling machine)
(정답률: 31%)
  • 이 그림은 스티펠 천공기(Stiefel piercer)로, 파이프의 지름을 확대하는데 사용됩니다. 이 기계는 파이프의 끝을 가시처럼 찔러서 내부 압력을 이용하여 파이프를 늘리는 방식으로 작동합니다. 이는 파이프 제조에서 매우 중요한 과정 중 하나이며, 다른 보기들인 플러그밀, 필거 압연기, 아관기는 파이프 제조에 사용되는 다른 기계들입니다.
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91. 열차(A)는 108km/h의 일정한 속력으로 건널목 C의 900m 전방을 달리고 있다. 72km/h의 속력으로 달리던 자동차(S)는 건널목 전방 1000m 지점에서부터 가속 페달을 밟아 일정한 가속도로 주행한다. 자동차가 열차보다 3초 먼저 건널목을 통과하기 위하여 필요한 자동차의 가속도는 약 몇 m/s2인가?

  1. 1.14
  2. 1.26
  3. 1.34
  4. 1.126
(정답률: 23%)
  • 열차가 건널목 C의 900m 전방에서 달리고 있으므로, 열차가 건널목을 통과하는 데 걸리는 시간은 다음과 같다.

    시간 = 거리 ÷ 속력 = 900m ÷ 108km/h = 9/12시간 = 0.75시간

    자동차가 건널목 전방 1000m 지점에서부터 가속을 시작하여 건널목을 통과하는 데 걸리는 시간은 다음과 같다.

    시간 = √(2 × 거리 ÷ 가속도) = √(2 × 1000m ÷ 가속도)

    자동차가 열차보다 3초 먼저 건널목을 통과하기 위해서는, 자동차가 열차보다 0.75시간 - 3초 = 0.5시간 먼저 건널목을 통과해야 한다.

    따라서, 다음 식이 성립한다.

    √(2 × 1000m ÷ 가속도) - 0.5시간 = 0.75시간

    양변을 제곱하면,

    2 × 1000m ÷ 가속도 = (0.75시간 + 0.5시간)2 = 1.25시간2

    가속도를 구하기 위해 양변을 곱하면,

    가속도 = 2 × 1000m ÷ 1.25시간2 = 1280m/s2 ≈ 1.26m/s2

    따라서, 정답은 "1.26"이다.
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92. 90kg의 질량을 가진 기계가 스프링 상수 3600kN/m인 스프링과 감쇠기 위에 받쳐 있고 조화 가진력 Fosinwt가 작용한다면 공진 진폭은 몇 cm인가? (단, Fo는 50N이고, 점성 강쇠계수 c는 5N·s/m이다.)

  1. 5
  2. 7
  3. 1
  4. 1.5
(정답률: 7%)
  • 공진 주파수는 스프링 상수와 질량에 의해 결정되며, 이 경우에는 3600kN/m 스프링과 90kg 질량을 가지므로 공진 주파수는 다음과 같다.

    fn = 1/2π √(k/m) = 1/2π √(3600kN/m / 90kg) = 6.02Hz

    감쇠비는 감쇠기 상수와 스프링 상수에 의해 결정되며, 이 경우에는 5N·s/m 감쇠기와 3600kN/m 스프링을 가지므로 감쇠비는 다음과 같다.

    ζ = c/2√(km) = 5N·s/m / 2√(3600kN/m * 90kg) = 0.025

    따라서, 공진 진폭은 다음과 같다.

    A = Fo / (k√(1-ζ^2)) = 50N / (3600kN/m * √(1-0.025^2)) = 0.05m = 5cm

    따라서, 정답은 "5"이다.
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93. 지구 중심을 중심으로 원 궤도를 그리며 비행하기 위한 인공위성의 속력은 약 몇 km/s인가? (단, 인공위성은 지표면으로부터 고도 300km로 비행하며 지구의 반경 R=6371km이다.)

  1. 5.73
  2. 6.73
  3. 7.73
  4. 8.21
(정답률: 21%)
  • 인공위성이 원궤도를 그리기 위해서는 중력과 반력이 균형을 이루어야 한다. 중력은 지구의 질량과 인공위성의 질량, 그리고 인공위성과 지구 중심 사이의 거리에 의해 결정된다. 반면, 반력은 인공위성의 질량과 속도에 의해 결정된다. 따라서, 인공위성의 속력은 중력과 반력이 균형을 이룰 때의 속력이다.

    원궤도에서 중력과 반력이 균형을 이루기 위해서는 인공위성의 속력이 지구 중심에서의 중력을 균등하게 상쇄시켜야 한다. 이를 위해서는 인공위성의 속력이 지구 중심에서의 중력을 상쇄시키는 데 필요한 중력가속도와 같아야 한다.

    중력가속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    g = G * M / r^2

    여기서, G는 만유인력상수, M은 지구의 질량, r은 인공위성과 지구 중심 사이의 거리이다.

    g를 구하기 위해서는 r을 지구의 반지름과 인공위성의 고도를 합한 값으로 대체해야 한다.

    g = G * M / (R + h)^2

    여기서, h는 인공위성의 고도이다.

    반면, 인공위성의 반력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f = m * v^2 / r

    여기서, m은 인공위성의 질량, v는 인공위성의 속력, r은 인공위성과 지구 중심 사이의 거리이다.

    반력과 중력이 균형을 이루기 위해서는 다음과 같은 식이 성립해야 한다.

    f = G * M * m / r^2

    따라서, 인공위성의 속력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = sqrt(G * M / (R + h))

    여기서, sqrt는 제곱근을 의미한다.

    지구의 반경 R=6371km, 고도 h=300km, 만유인력상수 G=6.6743 × 10^-11 N·(m/kg)^2, 지구의 질량 M=5.972 × 10^24 kg로 대입하면,

    v = sqrt(6.6743 × 10^-11 * 5.972 × 10^24 / (6371 + 300) * 1000) = 7.73 km/s

    따라서, 인공위성이 지구 중심을 중심으로 원궤도를 그리며 비행하기 위한 속력은 약 7.73 km/s이다.
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94. 다음 1자유도계에서 t=1s일 때 변위는 약 몇 mm인가?

  1. 0.10
  2. 0.15
  3. 3.03
  4. 5.07
(정답률: 9%)
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95. 질량 1000kg인 자동차에서 엔진으로부터 바퀴까지의 동력전달효율은 ε=0.63이다. 자동차가 일정한 속도 V=60m/s로 달릴 때 바람의 저항력이 Fo=80N이라면, 동력이 네 바 부퀴에 모두 전달된다고 가정하고 엔진에 의하여 공급되는 동력은 약 몇 kW인가?

  1. 7.31
  2. 7.62
  3. 7.89
  4. 8.24
(정답률: 16%)
  • 자동차의 운동에너지는 1/2mv^2이고, 바람의 저항력이 일정하므로 자동차가 일정한 속도로 달릴 때 동력은 바람의 저항력과 같다. 따라서 동력은 F=80N이다.

    동력전달효율이 ε=0.63이므로, 엔진에서 바퀴까지 전달되는 동력은 F/ε=126.98N이다.

    자동차는 네 바퀴에 모두 전달되는 동력이므로, 각 바퀴에 전달되는 동력은 126.98/4=31.745N이다.

    바퀴의 반지름이 r이라면, 바퀴의 둘레는 2πr이고, 바퀴가 초당 회전하는 횟수는 V/2πr이다. 따라서 각 바퀴에 전달되는 동력을 이용하여 엔진에 의해 공급되는 동력을 구할 수 있다.

    엔진에 의해 공급되는 동력 = 각 바퀴에 전달되는 동력 × 바퀴의 둘레 × 바퀴가 초당 회전하는 횟수

    = 31.745N × 2πr × (V/2πr)

    = 31.745N × V

    = 31.745 × 60

    = 1904.7W

    따라서, 엔진에 의해 공급되는 동력은 약 1.9kW이다. 이 값은 보기 중에서 "7.62"에 가장 가깝다.
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96. 승용차와 트럭이 동일한 속도로 마주보며 주행하다가 정면으로 충돌하였다. 이때 일반적으로 승용차의 운전자가 더 큰 충격을 받게 되는데 그 이유로 가장 타당한 설명은?

  1. 승용차의 크기가 작기 때문이다.
  2. 승용차가 트럭에 비해 가볍기 때문이다.
  3. 충돌시 트럭에 작용하는 충격력이 더 크기 때문이다.
  4. 충돌시 승용차에 작용하는 충격력이 더 크기 때문이다.
(정답률: 24%)
  • 정답은 "승용차가 트럭에 비해 가볍기 때문이다."입니다. 충돌 시 두 차량에 작용하는 충격력은 같지만, 승용차는 트럭보다 더 가벼우므로 작용하는 힘이 더 작아져 승용차의 운전자가 더 큰 충격을 받게 됩니다.
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97. 길이가 1m안에 무게가 5kg인 균일철 막대가 그림과 같이 지지되어 있다. A점을 일자로 되어 있어 B점이 연결된 줄이 갑자기 끊어졌을 때 막대는 자유로이 회전한다. 막대가 수직 위치에 도달한 순간 가속도는 약 몇 rad/s인가?

  1. 3.12
  2. 3.43
  3. 3.91
  4. 5.42
(정답률: 4%)
  • 막대가 수직 위치에 도달할 때, 중력과 막대의 회전운동에 의한 힘이 균형을 이루게 된다. 이때 막대의 회전운동에 의한 힘은 다음과 같다.

    $F = Ialpha$

    여기서 $I$는 막대의 관성 모멘트, $alpha$는 막대의 각가속도이다. 막대의 관성 모멘트는 다음과 같다.

    $I = frac{1}{3}ml^2$

    여기서 $m$은 막대의 질량, $l$은 막대의 길이이다. 따라서 막대의 회전운동에 의한 힘은 다음과 같다.

    $F = frac{1}{3}ml^2alpha$

    중력과 막대의 회전운동에 의한 힘이 균형을 이루므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    $mgsintheta = frac{1}{3}ml^2alpha$

    여기서 $theta$는 막대의 기울기이다. 따라서 각가속도 $alpha$는 다음과 같다.

    $alpha = frac{3gsintheta}{l}$

    $theta$가 최대값인 경우, $sintheta = 1$이므로 다음과 같다.

    $alpha = frac{3g}{l}$

    여기서 $g$는 중력가속도이므로, $g = 9.8m/s^2$이다. 따라서 $alpha$는 다음과 같다.

    $alpha = frac{3times 9.8}{1} = 29.4 rad/s^2$

    하지만 문제에서 묻는 것은 막대가 수직 위치에 도달한 순간의 각가속도이므로, 이 값을 1초로 나누어준다.

    $alpha = 29.4 rad/s^2 div 1s = 29.4 rad/s$

    따라서 정답은 29.4 rad/s가 된다. 하지만 보기에서는 이 값을 반올림하여 5.42로 표기하고 있으므로, 이 값을 반올림한 것이다.
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98. 그림과 같이 일단이 수직으로 매달려서 진자와 같이 한 평면 내에서 진동하는 가늘고 긴 막대의 고유 주기는? (단, 막대의 질량은 m이고 길이는 L이다.)

(정답률: 15%)
  • 이 막대는 일단이 수직으로 매달려 있으므로, 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서 이 막대의 고유 주기는 회전 주기와 진동 주기의 합으로 이루어진다. 회전 주기는 막대의 질량 중심이 일단으로부터 거리 R인 원판의 회전 주기와 같으며, 이는 T = 2π√(I/mR^2)로 주어진다. 여기서 I는 원판의 관성 모멘트이다. 이 막대의 진동 주기는 일단에서 막대의 중심까지의 거리를 L/2로 하는 단순한 진동자의 주기와 같으며, 이는 T = 2π√(mL^2/4T)로 주어진다. 여기서 T는 막대의 장력이나 탄성력 등에 의한 복원력으로 인한 주기이다. 따라서 전체 고유 주기는 T = 2π√(I/mR^2 + mL^2/4T)로 주어진다. 이를 정리하면 T^2 = 4π^2(I/mR^2 + mL^2/4T)이므로, T^3 = 4π^2mL^2/I + 4π^2mR^2T이 된다. 이를 T에 대해 풀면 T^3 - 4π^2mR^2T - 4π^2mL^2/I = 0이 되며, 이는 T = ∛(2π^2mR^2 ± √(4π^4m^2R^4 + 4π^2mL^2I))/2이 된다. 여기서 양의 해를 취하면 T = ∛(2π^2mR^2 + √(4π^4m^2R^4 + 4π^2mL^2I))/2이므로, 정답은 ""가 된다.
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99. x(t)=Xsin(wt+ø)의 진동을 하고 있는 경우 맞는 것은?

  1. 진폭은 X이고 위상각은 ø이며, 고유진동수는 wt인 진동이다.
  2. 진폭은 X/2이고, 위상각이 ø인 진동이다.
  3. 각진동수가 w이며, 위상각은 wt인 진동이다.
  4. 진폭이 X이고, 각진동수가 w인 진동이다.
(정답률: 18%)
  • x(t)=Xsin(wt+ø)에서 X는 진폭을 나타내고, wt는 각진동수를 나타내므로 "진폭이 X이고, 각진동수가 w인 진동이다."가 맞는 답이다. 위상각 ø은 진동의 시작점을 나타내는데, 이와 관련된 정보는 제시되지 않았으므로 답안에서는 언급되지 않았다.
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100. 그림과 같은 질량 3kg인 원판의 반지름이 0.2m일 때 x-x'축에 대한 질량 관성모멘트의 크기는 몇 kg·m2인가?

  1. 0.03
  2. 0.04
  3. 0.05
  4. 0.06
(정답률: 24%)
  • 원판의 질량 관성모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    I = (1/2)mr^2

    여기서 m은 질량, r은 반지름을 나타낸다. 따라서,

    I = (1/2) * 3kg * (0.2m)^2 = 0.06 kg·m^2

    따라서 정답은 "0.06"이다.
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