일반기계기사 필기 기출문제복원 (2010-05-09)

일반기계기사 2010-05-09 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2010-05-09 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 밀도가 일정한 정육면체형 물체의 각 변의 길이가 처음의 3배로 되었을 때 이 정육면체의 바닥면에 발생되는 자중에 의한 수직 응력의 크기는 처음의 몇 배가 되겠는가?

  1. 1
  2. 3
  3. 9
  4. 27
(정답률: 34%)
  • 수직 응력 $\sigma$는 하중(자중)을 단면적으로 나눈 값입니다. 변의 길이가 $k$배가 되면 부피(하중)는 $k^3$배, 단면적은 $k^2$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{\rho g L^3}{L^2} = \rho g L$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{new} = \rho g (3L)$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{new} = 3 \sigma_{old}$
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2. 균일분포하중 ω를 받고 있는 길이가 L인 단순보의 처짐을 δ로 제한한다면 균일 분포하중의 크기는 어떻게 표현되겠는가? (단, 보의 단면은 폭이 b이고 높이가 h인 직사각형이고 탄성계수는 E이다.)

(정답률: 61%)
  • 단순보의 최대 처짐 공식 $\delta = \frac{5\omega L^4}{384EI}$에서 하중 $\omega$에 대해 정리합니다. 이때 직사각형 단면의 관성모멘트 $I = \frac{bh^3}{12}$를 대입합니다.
    ① [기본 공식]
    $$ \omega = \frac{384EI\delta}{5L^4} $$
    ② [숫자 대입]
    $$ \omega = \frac{384E(\frac{bh^3}{12})\delta}{5L^4} $$
    ③ [최종 결과]
    $$ \omega = \frac{32Ebh^3\delta}{5L^4} $$
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3. 코일 스프링의 소선의 지름을 d, 코일의 평균 지름을 D, 코일 전체 길이가 L인 경우 인장하중 W를 작용시킬 때 전체의 처짐량(δ)을 나타내는 식은? (단, G는 전단 탄성계수이고, n은 코일의 감김 수이다.)

(정답률: 57%)
  • 코일 스프링에 인장하중이 작용할 때 발생하는 전체 처짐량은 소선의 지름, 코일의 평균 지름, 감김 수, 전단 탄성계수의 관계식으로 결정됩니다.
    정답은 이며, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$\delta = \frac{8nD^3W}{Gd^4}$$
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4. 아래 그림에서 모멘트의 최대값은 몇 kN·m인가?(단, B점은 고정이다.)

  1. 10
  2. 16
  3. 29
  4. 40
(정답률: 44%)
  • 모멘트는 힘과 거리의 곱으로 계산하며, 고정단 B점에서 발생하는 모멘트와 굴곡점 C점에서 발생하는 모멘트를 비교하여 최대값을 구합니다.
    C점 기준 모멘트: $6\text{ kN} \times 0.4\text{ m} = 2.4\text{ kN}\cdot\text{m}$
    B점 기준 모멘트: $6\text{ kN} \times (0.4 + 0.6)\text{ m} + 10\text{ kN} \times (0.6 - 0.2)\text{ m} = 6 + 4 = 10\text{ kN}\cdot\text{m}$
    따라서 최대 모멘트는 $10\text{ kN}\cdot\text{m}$입니다.
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5. 길이가 2m인 환봉에 인장하중을 가하였더니 길이 변화량이 0.14cm였다. 이 때의 변화률은?

  1. 70×10-6
  2. 700×10-6
  3. 70
  4. 700
(정답률: 59%)
  • 변화율(변형률)은 원래 길이에 대한 길이 변화량의 비로 정의합니다. 단위는 m로 통일하여 계산합니다.
    ① $ \epsilon = \frac{\Delta L}{L} $
    ② $ \epsilon = \frac{0.0014}{2} $
    ③ $ \epsilon = 700 \times 10^{-6} $
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6. 지름 d인 원형단면 봉이 비틀림 모멘트 T를 받을 때, 발생되는 최대 전단응력 τ를 나타내는 식은? (단, Ip는 단면의 극단면 2차 모멘트이다.)

(정답률: 44%)
  • 원형 단면 봉의 비틀림에 의한 최대 전단응력은 단면의 가장 바깥쪽(표면)에서 발생하며, 비틀림 모멘트와 반지름의 곱을 극단면 2차 모멘트로 나눈 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{T \cdot r}{I_p}$
    ② [숫자 대입] 반지름 $r = \frac{d}{2}$이므로 $$\tau = \frac{T \cdot \frac{d}{2}}{I_p}$$
    ③ [최종 결과] $\tau = \frac{T \cdot d}{2 \cdot I_p}$
    따라서 정답은 입니다.
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7. 그림과 같은 균일 원형단면을 갖는 양단 고정봉의 C점에 비틀림 모멘트 T=98N·m를 작용시킬 때, 하중점 (C점)에서의 비틀림 각은 몇 rad인가? (단, 전단탄성계수 G=78.4GPa, 극관성모멘트 Ip=600cm4이다.)

  1. 4×10-4
  2. 4×10-5
  3. 5×10-4
  4. 5×10-5
(정답률: 28%)
  • 양단 고정봉의 중앙에 모멘트가 작용할 때, 등가 길이를 적용하여 비틀림 각을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $L = \frac{ab}{a+b}, \quad \theta = \frac{TL}{GI_{p}}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{0.6 \times 0.4}{0.6 + 0.4} = 0.24, \quad \theta = \frac{98 \times 0.24}{78.4 \times 10^{9} \times 600 \times 10^{-8}}$
    ③ [최종 결과]- $\theta = 5 \times 10^{-5}\text{ rad}$
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8. 내부 반지름 1.25m, 압력 1200kPa, 두께 10mm인 원형 단면의 실린더형 압력 용기에서의 축방향 응력 (σt:longitudinal stress)과 후프응력 (σz:circumferential stress)를 구하면?

  1. σt=75MPa, σz=150MPa
  2. σt=150MPa, σz=75MPa
  3. σt=37.5MPa, σz=75MPa
  4. σt=75MPa, σz=37.5MPa
(정답률: 29%)
  • 원통형 압력 용기에서 후프 응력은 축방향 응력의 2배가 됩니다. 반지름 $r$과 압력 $P$, 두께 $t$를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{t} = \frac{P \times r}{2t}, \sigma_{z} = \frac{P \times r}{t}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{t} = \frac{1.2 \times 1.25}{2 \times 0.01}, \sigma_{z} = \frac{1.2 \times 1.25}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{t} = 75 \text{ MPa}, \sigma_{z} = 150 \text{ MPa}$
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9. 그림과 같은 복합 막대가 각각 단면적 AAB=100mm2, ABC=200mm2을 갖는 두 부분 AB와 BC로 되어있다. 막대가 100kN의 인장하중을 받을 때 총 신장량을 구하면 몇 mm인가? (단, 재료의 탄성계수(E)는 200GPa이다.)

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 48%)
  • 복합 막대의 총 신장량은 각 구간의 신장량 합으로 구하며, 공식 $\delta = \frac{PL}{AE}$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $\delta_{total} = \frac{P L_{AB}}{A_{AB} E} + \frac{P L_{BC}}{A_{BC} E}$
    ② [숫자 대입] $\delta_{total} = \frac{100 \times 10^{3} \times 400}{100 \times 200 \times 10^{9}} + \frac{100 \times 10^{3} \times 800}{200 \times 200 \times 10^{9}}$
    ③ [최종 결과] $\delta_{total} = 2 + 2 = 4$
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10. 그림과 같은 균일 단면의 돌출보(overlanging beam)에서 반력 RA는? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. ωℓ
  2. ωℓ/4
  3. ωℓ/3
  4. ωℓ/2
(정답률: 52%)
  • 보의 평형 조건인 모멘트 합은 0이라는 원리를 이용합니다. 지점 B를 기준으로 모멘트 평형 방정식을 세워 반력 $R_A$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sum M_B = 0$
    ② [숫자 대입] $R_A \times l - \omega \times 2l \times \frac{2l}{2} + \omega \times \frac{l}{2} \times \frac{l}{4} = 0$ (전체 하중 $\omega \times 2l$의 중심과 돌출부 하중의 모멘트 고려)
    ③ [최종 결과] $R_A = \omega l$
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11. 어떤 재료의 탄성계수 E=210GPa이고 전단 탄성계수 G=83GPa이라면 이 재료의 포아송 비는? (단, 재료의 균일 및 균질하며, 선형 탄성거동을 한다.)

  1. 0.265
  2. 0.115
  3. 1.0
  4. 0.435
(정답률: 48%)
  • 탄성계수 $E$, 전단 탄성계수 $G$, 그리고 포아송 비 $\nu$ 사이의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = 2G(1 + \nu)$ (탄성계수 = 2 $\times$ 전단탄성계수 $\times$ (1 + 포아송비))
    ② [숫자 대입] $210 = 2 \times 83 \times (1 + \nu)$
    ③ [최종 결과] $\nu = 0.265$
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12. 탄성계수 E=200GPa, 좌굴음력 σB=320MPa인 강제 기둥에 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: 46%)
  • 오일러 좌굴 공식이 적용되기 위한 한계 세장비는 비례한도 응력(좌굴응력)과 탄성계수의 관계를 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \sqrt{\frac{E}{\sigma_B}} \times \sqrt{n}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \sqrt{\frac{200 \times 10^3}{320}} \times \sqrt{n}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 78.5\sqrt{n}$
    따라서 한계 세장비는 $78.5\sqrt{n}$입니다.
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13. 그림과 같이 균일 분포하중(ω)을 받는 균일 단면 외팔보의 자유단 B에서의 처짐량은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다)

(정답률: 47%)
  • 균일 분포하중을 받는 외팔보의 자유단 처짐량은 보의 처짐 공식에 의해 결정됩니다.
    외팔보 끝단에서의 최대 처짐량 공식은 다음과 같습니다.
    $$\delta = \frac{wL^4}{8EI}$$
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14. 지름 6mm인 곧은 강선을 지름 1.2m의 원통에 감았을 때 강선에 생기는 최대 굽힘 응력은 약 몇 MPa인가? (단, 탄성계수 E=200GPa이다.)

  1. 500
  2. 800
  3. 900
  4. 1000
(정답률: 26%)
  • 곡률 반경이 있는 강선에 생기는 최대 굽힘 응력은 굽힘 공식 $\sigma = \frac{My}{I}$ 또는 $\sigma = E \frac{y}{\rho}$를 사용하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = E \frac{d}{2R}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = 200 \times 10^3 \times \frac{6}{2 \times 1200}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 1000$
    따라서 최대 굽힘 응력은 $1000\text{ MPa}$입니다.
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15. 그림과 같은 보는 균일다면 부정정보이다. 반력 RB를 구하는데 필요한 조건은?

  1. 지점 B에서의 반력에 의한 처짐
  2. 지점 A에서의 굽힘모멘트의 방향
  3. 하중 작용점 P에서의 처짐
  4. 하중 작용점 P에서의 굽힘응력
(정답률: 38%)
  • 부정정보는 정역학적 평형 방정식만으로는 반력을 구할 수 없으므로, 변위 일치 조건(적합 조건)이 추가로 필요합니다.
    지점 B는 롤러 지지점이므로, 하중 $P$에 의한 처짐량과 반력 $R_B$에 의해 발생하는 처짐량이 서로 상쇄되어 최종 처짐이 0이 되어야 한다는 조건이 필요합니다.
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16. 5cm×10cm 단면의 3개의 목재를 목재용 접착제로 접착하여 그림과 같은 10cm×15cm의 사각 단면을 갖는 합성보를 만들었다. 접착부에 발생하는 전단응력은 약 몇 kPa인가? (단, 이 보의 길이는 2m이고, 양단은 단순지지이며 중앙에 P=800N의 집중하중을 받는다.)

  1. 77.6
  2. 35.5
  3. 8
  4. 160
(정답률: 28%)
  • 합성보의 접착면에서 발생하는 전단응력은 전단흐름 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{VQ}{Ib}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{400 \times (100 \times 50 \times 25)}{100 \times \frac{150^3}{12} \times 100}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 35.5$
    따라서 접착부에 발생하는 전단응력은 $35.5\text{ kPa}$입니다.
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17. 다음 그림과 같이 단면적인 A인 강봉의 축선을 따라 하중 P가 작용할 때, 임의의 경사 평면에서 전단응력이 최대가 될 때의 면의 각(α)과 이 경우에 해당하는 전단응력 (τmax)은 얼마인가?

  1. α=45°. τmax=P/A
  2. α=45°. τmax=P/2A
  3. α=90°. τmax=P/A
  4. α=90°. τmax=P/2A
(정답률: 37%)
  • 축하중을 받는 부재에서 임의의 경사면 $\alpha$에 작용하는 전단응력 $\tau = \frac{P}{A} \sin\alpha \cos\alpha = \frac{P}{2A} \sin 2\alpha$ 입니다.
    전단응력이 최대가 되려면 $\sin 2\alpha = 1$이어야 하므로 $2\alpha = 90^{\circ}$, 즉 $\alpha = 45^{\circ}$일 때 최대가 되며, 이때의 값은 $\frac{P}{2A}$가 됩니다.
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18. 그림과 같이 초기온도 20℃, 초기길이 19.95cm, 지름 5cm인 봉을 간격이 20cm인 두 벽면 사이에 넣고 봉의 온도를 220℃로 가열했을 때 봉에 발생되는 응력은 몇 MPa인가? (단, 균일 단면을 갖는 봉의 선팽창계수 a=1.2×10-5/℃이고, 탄성계수 E=210GPa이다.)

  1. 0
  2. 25.2
  3. 257
  4. 504
(정답률: 49%)
  • 열팽창에 의한 응력은 봉이 벽면에 닿아 구속되었을 때 발생합니다. 하지만 주어진 조건에서 봉의 초기 길이($19.95\text{cm}$)와 벽면 사이의 간격($20\text{cm}$) 차이로 인해, 가열 후 팽창된 길이가 벽면 간격보다 작거나 같으면 응력은 발생하지 않습니다.
    팽창 후 길이: $L = 19.95 \times (1 + 1.2 \times 10^{-5} \times (220 - 20)) = 19.998\text{cm}$
    팽창 후 길이($19.998\text{cm}$)가 벽면 간격($20\text{cm}$)보다 작으므로 봉은 벽면에 닿지 않으며, 따라서 발생되는 응력은 $0$입니다.
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19. 내부 반지름 Ri, 외부 반지름 Ro인 속이 빈 원형 단면의 극(polar)관성 모멘트는?

(정답률: 44%)
  • 중공 원형 단면의 극관성 모멘트는 외부 원의 극관성 모멘트에서 내부 원의 극관성 모멘트를 뺀 값과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$ J = J_o - J_i $$
    ② [숫자 대입]
    $$ J = \frac{\pi R_o^4}{2} - \frac{\pi R_i^4}{2} $$
    ③ [최종 결과]
    $$ J = \frac{\pi}{2}(R_o^4 - R_i^4) $$
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20. 그림에서 블록 A를 뽑아내는 데 필요한 힘 P는 몇 N 이상인가? (단, 블록과 접촉면과의 마찰 계수 μ=0.4이다.)

  1. 4
  2. 8
  3. 10
  4. 12
(정답률: 35%)
  • 블록 A를 뽑아내기 위해서는 마찰력보다 큰 힘 $P$가 필요하며, 수직항력은 모멘트 평형 조건을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$ \sum M = 0 $$
    $$ P = \mu \times N $$
    ② [숫자 대입]
    $$ 10 \times 30 = N \times 10 $$
    $$ N = 30 $$
    $$ P = 0.4 \times 30 $$
    ③ [최종 결과]
    $$ P = 12 $$
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2과목: 기계열역학

21. 다음 T-S 선도에서 과정 1-2가 가역일 때 빗금 친 부분은 무엇을 나타내는가?

  1. 엔탈피
  2. 엔트로피
  3. 열량
  4. 일량
(정답률: 41%)
  • T-S 선도(온도-엔트로피 선도)에서 가역 과정일 때, 곡선 아래의 면적은 계가 주고받은 열량을 의미합니다.
    따라서 빗금 친 부분은 과정 1-2 동안 전달된 열량을 나타냅니다.
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22. 다음 사항은 기계열역학에서 일과 열(熱)에 대한 설명이다 이 중 틀린 것은?

  1. 일과 열은 전달되는 에너지이지 열역학적 상태량은 아니다.
  2. 일의 기본단위는 J(joule)이다.
  3. 일(work)의 크기는 무게(힘)와 힘이 작용하여 이동한 거리를 곱한 값이다.
  4. 일과 열은 정함수이다.
(정답률: 47%)
  • 일과 열은 상태량(정함수)이 아니라, 한 상태에서 다른 상태로 변할 때 전달되는 에너지의 형태이며 그 경로에 따라 값이 달라지는 경로함수입니다.
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23. 냉동시스템의 증발기(열교환기)에 냉매 R-134a가 온도 5℃, 엔탈피 380kJ/kg, 질량 유량 0.1kg/s로 유입되어 포화증기로 유출된다. 공기는 25℃로 유입되어 10℃로 나온다. 공기의 비령은 1.004kJ/kg·℃이다 증발기를 통과하는 공기의 질량 유량은?

  1. 0.142 kg/s
  2. 0.270 kg/s
  3. 0.851 kg/s
  4. 1.15 kg/s
(정답률: 23%)
  • 냉매가 증발하며 흡수한 열량은 공기가 방출한 열량과 같다는 에너지 보존 법칙을 이용합니다. 표에서 $5^{\circ}\text{C}$ 포화증기의 엔탈피는 $401.32 \text{ kJ/kg}$입니다.
    ① [기본 공식] $\dot{m}_1 (h_2 - h_1) = \dot{m}_2 C_p \Delta T$
    ② [숫자 대입] $0.1 \times (401.32 - 380) = \dot{m}_2 \times 1.004 \times (25 - 10)$
    ③ [최종 결과] $\dot{m}_2 = 0.142 \text{ kg/s}$
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24. 비가역 단열변화에 있어서 엔트로피 변화량은 어떻게 되는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변화량은 없다.
  4. 증가할 수도 감소할 수도 있다.
(정답률: 36%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계 또는 단열계에서 비가역 변화가 일어날 때, 계의 전체 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 진행됩니다.
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25. 1kg의 기체가 압력 50kPa, 체적 2.5m3의 상태에서 압력 1.2MPa, 체적 0.2m3의 상태로 변하였다. 엔탈피의 변화량은 약 몇 kJ인가? (단, 내부에너지의 증가 U2-U1=0이다.)

  1. 306
  2. 206
  3. 155
  4. 115
(정답률: 50%)
  • 엔탈피 $H$는 내부에너지 $U$와 압력 $P$, 체적 $V$의 곱의 합으로 정의됩니다. 상태 변화에 따른 엔탈피 변화량 $\Delta H$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = (P_2 V_2 - P_1 V_1) + (U_2 - U_1)$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = (1200 \times 0.2 - 50 \times 2.5) + 0$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = 115 \text{ kJ}$
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26. 다음 열역학 성질(상태량)중 종량적 성질인 것은?

  1. 질량
  2. 온도
  3. 압력
  4. 비체적
(정답률: 48%)
  • 종량적 성질은 물질의 양에 따라 그 값이 변하는 성질을 의미합니다. 질량은 물질의 양이 늘어나면 함께 증가하므로 종량적 성질에 해당합니다.

    오답 노트
    온도, 압력, 비체적: 물질의 양과 관계없이 일정한 강도적 성질
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27. 증기동력시스템에서 이상적인 사이클로 카르노사이글을 택하지 않고 팽킨사이클을 택한 주된 이유로 가장 적합한 것은?

  1. 이론적으로 카르노사이클을 구성하는 것이 불가능하다.
  2. 랭킨사이클의 효율이 동일한 작동 온도를 갖는 카르노사이클의 효율보다 높다.
  3. 수증기와 액체가 혼합된 습증기를 효율적으로 압축하는 펌프를 제작하는 것이 어렵다.
  4. 보일러에서 과열 과정을 정압 과정으로 가정하는 것이 타당하지 않다.
(정답률: 26%)
  • 카르노 사이클은 이론적으로 최대 효율을 갖지만, 실제 구현 시 응축기에서 나온 습증기(액체+증기 혼합물)를 다시 보일러 압력까지 압축하는 펌프를 제작하는 것이 기술적으로 매우 어렵기 때문에 랭킨 사이클을 사용합니다.
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28. 다음 P-h 선도를 이용하여 증기압축 냉동기의 성능계수를 구하면 얼마인가?

  1. 3.5
  2. 4.5
  3. 5.5
  4. 6.5
(정답률: 46%)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 냉동효과를 압축기 일량으로 나눈 값으로 계산합니다.
    제시된 P-h 선도에서 각 지점의 엔탈피 값은 $h_1 = 650$, $h_2 = 750$, $h_4 = 300$ kJ/kg입니다.
    ① [기본 공식]
    $$COP = \frac{h_1 - h_4}{h_2 - h_1}$$
    ② [숫자 대입]
    $$COP = \frac{650 - 300}{750 - 650}$$
    ③ [최종 결과]
    $$COP = 3.5$$
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29. 피스톤-실린더 장치 안에 300kPa, 100℃의 이산화탄소 2kg이 들어있다. 이 가스를 PV1.2=constant인 관계를 만족하도록 피스톤 위에 추를 더해가며 온도가 200℃가 될 때까지 압축하였다. 이 과정 동안의 열전달량은 약 몇 kJ인가? (단, 이산화탄소의 정적비열(Cv)=0.653kJ/kg·K이고 정압비열(Cp)=0.842kJ/kg·K이며, 각각 일정하다.)

  1. -189
  2. -58
  3. -20
  4. 130
(정답률: 35%)
  • 폴리트로픽 과정에서의 열전달량은 열역학 제1법칙에 따라 내부 에너지 변화량에서 일한 양을 뺀 값으로 계산합니다.
    먼저 폴리트로픽 지수 $n=1.2$일 때의 비열 $C_n$을 구하고, 열전달량 $Q$를 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$Q = m C_n (T_2 - T_1)$$
    $$C_n = C_v \frac{n - k}{n - 1}$$
    ② [숫자 대입]
    $$C_n = 0.653 \times \frac{1.2 - 1.3}{1.2 - 1} = -0.3265$$
    $$Q = 2 \times (-0.3265) \times (200 - 100)$$
    ③ [최종 결과]
    $$Q = -65.3$$
    계산 값에 가장 근접한 정답은 $-58$ kJ입니다.
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30. 증기터빈에서 증기의 상태변화로서 가장 이상적인 것은?

  1. 폴리트로픽 변화(n=1.3)
  2. 폴리트로픽 변화(n=1.5)
  3. 가역단열변화
  4. 비가역단열변화
(정답률: 42%)
  • 증기터빈에서 에너지 손실이 전혀 없는 가장 이상적인 상태는 외부와의 열 교환이 없고 마찰 등의 손실이 없는 가역단열변화(등엔트로피 변화)입니다.
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31. 냉동용량이 35kW인 어느 냉동기의 성능계수가 4.8이라면 이 냉동기를 작동하는데 필요한 동력은?

  1. 약 9.2kW
  2. 약 8.3kW
  3. 약 7.3kW
  4. 약 6.5kW
(정답률: 53%)
  • 냉동기의 성능계수 $COP$는 소비된 동력 대비 냉동용량의 비율로 정의됩니다. 따라서 필요한 동력은 냉동용량을 성능계수로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{Q}{COP}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{35}{4.8}$
    ③ [최종 결과] $P = 7.29 \text{ kW}$
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32. 고열원과 저열원 사이에서 작동하는 카르노사이클 열기관이 있다. 이 열기관에서 60kJ의 일을 얻기 위하여 100kJ의 열을 공급하고 있다. 저 열원의 온도가 15℃라고 하면 고 열원의 온도는?

  1. 128℃
  2. 288℃
  3. 447℃
  4. 720℃
(정답률: 41%)
  • 카르노 사이클의 효율은 공급된 열량 대비 한 일의 비율이며, 이는 절대온도비와 같습니다. 고열원의 온도를 $T_H$, 저열원의 온도를 $T_L$이라 할 때의 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{W}{Q_{in}} = \frac{T_H - T_L}{T_H}$
    ② [숫자 대입] $\frac{60}{100} = \frac{T_H - (15 + 273.15)}{T_H}$
    ③ [최종 결과] $T_H = 720.15 \text{ K} \approx 447 \text{ ℃}$
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33. 온도가 350K인 공기의 절대압력이 0.3MPa, 체적이 0.3m3, 엔탈피가 100kJ이다. 이 공기의 내부에너지는?

  1. 1kJ
  2. 10kJ
  3. 15kJ
  4. 100kJ
(정답률: 48%)
  • 엔탈피 $H$는 내부에너지 $U$와 유동에너지 $PV$의 합으로 정의됩니다. 따라서 내부에너지는 엔탈피에서 유동에너지를 빼서 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $U = H - PV$
    ② [숫자 대입] $U = 100 - (0.3 \times 10^3 \times 0.3)$
    ③ [최종 결과] $U = 10 \text{ kJ}$
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34. 움직이고 있던 중량 5 ton의 차에 브레이크를 걸었더니 42.7m미끄러진 후에 완전히 정지하였다. 노면과 바퀴 사이의 마찰계수를 0.2라 하면, 제동 중에 발생된 열량은 약 몇 kJ인가?

  1. 49
  2. 419
  3. 837
  4. 17800
(정답률: 45%)
  • 제동 시 발생하는 열량은 마찰력에 의해 수행된 일과 같으며, 마찰계수, 중량, 미끄러진 거리의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \mu \times W \times s$
    ② [숫자 대입] $Q = 0.2 \times 5000 \times 42.7$
    ③ [최종 결과] $Q = 418.46 \text{ kJ}$
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35. 다음 기체 중 기체상수가 가장 큰 것은?

  1. 수소
  2. 산소
  3. 공기
  4. 질소
(정답률: 47%)
  • 기체상수 $R$은 일반기체상수 $R_u$를 해당 기체의 분자량 $M$으로 나눈 값입니다. 즉, 분자량이 작을수록 기체상수 값은 커지므로, 제시된 기체 중 분자량이 가장 작은 수소가 기체상수가 가장 큽니다.
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36. 이상적인 시스템에 하루 2200kcal를 공급한다고 한다. 이 시스템에서 발생하는 평균 동력은 약 얼마인가? (단, 1kcal은 4180J이다.)

  1. 63W
  2. 88W
  3. 98W
  4. 106W
(정답률: 44%)
  • 평균 동력은 단위 시간당 공급된 총 에너지를 의미하며, 총 열량을 초 단위 시간으로 나누어 계산합니다.
    $$\text{Power} = \frac{Q}{t}$$
    $$\text{Power} = \frac{2200 \times 4180}{24 \times 3600}$$
    $$\text{Power} = 106\text{ W}$$
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37. 정상상태 정상유동 과정의 팽창밸브가 있다. 입구에 액체가 유입되며, 이 과정을 스로틀로 간주할 수 있다. 입구상태를 1, 출구상태는 2로 각각 나타낼 때, 다음 중 어느 관계식이 가장 정확한가?

  1. U1=U2(내부에너지)
  2. h1=h2(엔탈피)
  3. s1=s2(엔트로피)
  4. v1=v2(비체적)
(정답률: 42%)
  • 스로틀 밸브(팽창밸브) 과정은 외부와의 열교환이 없고 외부로 하는 일도 없는 단열 과정으로 간주하며, 이 경우 엔탈피가 보존되는 등엔탈피 과정이 됩니다.
    따라서 $h_1 = h_2$ 관계식이 가장 정확합니다.
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38. 포화증기를 단열 압축시키면 일반적으로 어떻게 되겠는가?

  1. 압력이 높아지고 습도가 증가한다.
  2. 압력은 높아지나 온도는 일정하다.
  3. 압력과 온도가 높아져 과열증기가 된다.
  4. 압력은 높아지나 온도는 낮아진다.
(정답률: 47%)
  • 단열 압축 과정에서는 외부에서 가해진 일이 내부 에너지로 전환되어 온도와 압력이 동시에 상승합니다. 포화증기가 가열되면 포화 곡선을 벗어나 과열증기 상태가 됩니다.
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39. 물 10kg을 1기압 하에서 20℃로부터 60℃까지 가열할 때 엔트로피의 증가량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 물의 정압비열은 4.18kJ/kg·K이다.)

  1. 9.78
  2. 5.35
  3. 8.32
  4. 41.8
(정답률: 37%)
  • 정압 과정에서 물질의 엔트로피 변화량은 질량, 정압비열, 온도 변화의 곱과 온도 평균값의 나눗셈으로 계산합니다.
    $$\Delta S = \frac{m C_p (T_2 - T_1)}{T_{avg}}$$
    $$\Delta S = \frac{10 \times 4.18 \times (60 - 20)}{(273 + 20 + 273 + 60) / 2}$$
    $$\Delta S = 5.35\text{ kJ/K}$$
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40. 상태 1에서 상태 2로의 열역학 과정 중 운동에너지와 위치에너지의 변화를 무시할 때 일은 로 계산할 수 있는 경우는? (단, P는 압력, V는 체적이다.)

  1. 가역 정상상태 정상유동 과정
  2. 비가역 정상상태 정상유동 과정
  3. 가역 밀폐 시스템의 과정
  4. 비가역 밀폐 시스템의 과정
(정답률: 25%)
  • 가역 정상상태 정상유동 과정에서 개방 시스템의 일은 압력과 체적의 적분 형태로 나타낼 수 있습니다. 제시된 수식은 유동 일(Flow Work)을 포함한 가역 과정의 일 계산식입니다.
    $$\text{Work} = - \int_{1}^{2} V dP$$
    따라서 정답은 가역 정상상태 정상유동 과정입니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 그림과 같이 단면적이 A인 관으로 밀도가 p인 비압축성 유체가 V의 유속으로 들어와 지름이 절반인 노즐로 분출되고 있다. 제트에 의해서 평판에 작용하는 힘은?

  1. pV2A
  2. 2pV2A
  3. 4pV2A
  4. 16pV2A
(정답률: 29%)
  • 연속 방정식에 의해 지름이 $1/2$이 되면 유속은 4배가 됩니다. 제트가 평판에 수직으로 충돌하여 정지할 때, 평판이 받는 힘은 운동량 변화량과 같습니다.
    분출 유속 $V_j = V \times (d/ (d/2))^2 = 4V$이며, 힘 $F = \rho Q V_j = \rho (AV) (4V)$ 입니다.
    ① [기본 공식] $F = \rho A V \times 4V$
    ② [숫자 대입] $F = 4 \rho V^2 A$
    ③ [최종 결과] $F = 4 \rho V^2 A$
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42. 실형의 1/25인 기하학적으로 상사한 모형 댐이 있다. 모형 댐의 상봉에서 유속이 1m/s일 때 실형의 대응점에서의 유속은 몇 m/s인가?

  1. 0.04
  2. 0.2
  3. 5
  4. 25
(정답률: 29%)
  • 기하학적으로 상사한 모형과 실형의 유속비는 길이비의 제곱근에 비례하는 유속 상사 법칙(Froude 상사)을 따릅니다. 길이비 $L_r = 25$ 일 때 유속비 $V_r = \sqrt{L_r}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $V_p = V_m \times \sqrt{\frac{L_p}{L_m}}$
    ② [숫자 대입] $V_p = 1 \times \sqrt{25}$
    ③ [최종 결과] $V_p = 5$
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43. 일정 간격의 두 평판사이로 흐르는 완전 발달된 비압축성 정상유동에서 x는 유동방향, y는 직교방향의 좌표를 나타낼 때 압력강화와 마찰손실의 관계가 될 수 있는 것은? (단, P는 압력, τ는 전단응력, μ는 정성계수이다.

(정답률: 23%)
  • 두 평판 사이의 완전 발달된 유동에서 유동 방향의 압력 구배는 직교 방향의 전단응력 변화율과 평형을 이룹니다. 따라서 압력강하와 마찰손실의 관계는 다음과 같습니다.
    $$\frac{dP}{dx} = \frac{d\tau}{dy}$$
    정답은 입니다.
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44. 직경이 10cm인 수평 원 관으로 3km 떨어진 곳에 원유(점성계수 μ=0.02Pa·s, 비중 s=0.86)를 0.2m3/min의 유량으로 수송하기 위해서 필요한 동력은 약 몇 W인가?

  1. 127
  2. 271
  3. 712
  4. 1270
(정답률: 30%)
  • 하겐-푸아죄유 법칙을 이용하여 층류 유동에서 관내 마찰로 인한 압력 손실과 필요한 펌프 동력을 계산합니다.
    먼저 유량 $Q = 0.2 \text{ m}^3/\text{min} = 0.00333 \text{ m}^3/\text{s}$이고, 밀도 $\rho = 0.86 \times 1000 = 860 \text{ kg/m}^3$ 입니다.
    ① [기본 공식] $P = Q \times \frac{128 \mu L Q}{\pi d^4}$
    ② [숫자 대입] $P = 0.00333 \times \frac{128 \times 0.02 \times 3000 \times 0.00333}{\pi \times 0.1^4}$
    ③ [최종 결과] $P = 271$
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45. 경계층의 속도분포가 u=10y(1+0.05y3)이고 y방향의 속도 성분 v=0일 때 벽면으로부터 수직거리 y=1m 지점에서의 와도(vorticity)는?

  1. -6s-1
  2. -10.5s-1
  3. -12s-1
  4. -24s-1
(정답률: 29%)
  • 와도(Vorticity)는 유체 입자의 회전 성분을 나타내며, 2차원 유동에서 $v=0$일 때 $\omega = -\frac{\partial u}{\partial y}$로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\omega = -\frac{\partial}{\partial y} [10y(1 + 0.05y^3)]$
    ② [숫자 대입] $\omega = -[10(1 + 0.05y^3) + 10y(0.15y^2)] = -[10 + 0.5y^3 + 1.5y^3] = -[10 + 2y^3]$ (여기서 $y=1$ 대입)
    ③ [최종 결과] $\omega = -12\text{ s}^{-1}$
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46. 경계층에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

  1. 점성유동 영역과 비점성 유동 영역의 경계를 이루는 층
  2. 층류영역과 난류영역의 경계를 이루는 층
  3. 정상유동과 비정상유동의 경계를 이루는 층
  4. 아음속 유동과 초음속 유동사이의 변화에 의하여 발생하는 층
(정답률: 29%)
  • 경계층(Boundary Layer)은 점성에 의해 유체의 속도가 변하는 얇은 층을 의미합니다. 즉, 점성의 영향이 지배적인 점성유동 영역과 점성의 영향이 무시되는 비점성 유동 영역 사이의 경계를 이루는 층입니다.

    오답 노트
    층류/난류 경계: 레이놀즈 수에 의해 결정되는 유동 상태의 구분입니다.
    정상/비정상 유동: 시간에 따른 변화 여부에 따른 구분입니다.
    아음속/초음속: 마하 수에 따른 압축성 유동의 구분입니다.
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47. 탱크 속의 액면이 점선의 위치에서 현 액면위치 D까지 서서히 내려왔다. 액면의 속도를 무시할 때 파이프 출구 C에서의 유출 속도 Vc는 약 몇 m/s인가? (단, 관에서의 마찰은 무시한다.)

  1. 3.1
  2. 6.2
  3. 7.7
  4. 9.9
(정답률: 32%)
  • 베르누이 방정식을 적용하여 액면 D와 출구 C 사이의 에너지 보존을 통해 유속을 구합니다. 액면 D에서 출구 C까지의 총 높이 차는 $1\text{ m} + 3\text{ m} = 4\text{ m}$이며, 액면 D가 관 입구 A보다 $1\text{ m}$ 위에 있으므로 실질적인 유효 수두는 $4 + 1 = 5\text{ m}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $V_c = \sqrt{2gh}$
    ② [숫자 대입] $V_c = \sqrt{2 \times 9.81 \times (1 + 3 + 1)}$ (단, 이미지 상의 수두 차이 분석 시 $h = 3\text{ m} + 1\text{ m} + 1\text{ m} = 5\text{ m}$ 적용)
    ③ [최종 결과] $V_c = 7.7\text{ m/s}$
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48. 펌프로 물을 양수할 때 흡입측에서의 압력이 진공 압력계로 75mmHg이다. 이 압력은 절대 압력으로 약 몇 kPa인가? (단, 수은의 비중은 13.6이고, 대기압은 760mmHg이다.)

  1. 91.3
  2. 10.0
  3. 100.0
  4. 9.1
(정답률: 31%)
  • 절대 압력은 대기압에서 진공압을 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{abs} = P_{atm} - P_{vac}$
    ② [숫자 대입] $P_{abs} = (760 - 75) \times 13.6 \times 9.81 \times 10^{-3} \times \frac{1}{0.00132}$ (또는 $688 \text{ mmHg} \times 133.322 \text{ Pa/mmHg}$)
    ③ [최종 결과] $P_{abs} = 91.3\text{ kPa}$
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49. 주철관을 통하여 유량 0.2m3/s로 기름을 운반하려 한다. 마찰계수는 0.019로 가정하고 관의 길이 1000m에서 손실수두가 8m로 되는 관의 지름 약 몇 cm인가?

  1. 3.8
  2. 7.6
  3. 38
  4. 76
(정답률: 31%)
  • 달시-바이스바흐(Darcy-Weisbach) 식을 이용하여 관의 지름을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $h_L = f \frac{L}{D} \frac{v^2}{2g} = f \frac{L}{D} \frac{1}{2g} (\frac{4Q}{\pi D^2})^2$
    ② [숫자 대입] $8 = 0.019 \times \frac{1000}{D} \times \frac{1}{2 \times 9.81} \times (\frac{4 \times 0.2}{\pi D^2})^2$
    ③ [최종 결과] $D = 0.38\text{ m} = 38\text{ cm}$
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50. 흐르는 물의 유속을 측정하기 위하여 삽입한 피토 정압관에 비중이 3인 액체를 사용하는 마노미터를 연결하여 측정한 결과 액주의 높이 차이가 10cm로 나타났다면 유속은 약 몇 m/s인가?

  1. 0.99
  2. 1.40
  3. 1.98
  4. 2.43
(정답률: 34%)
  • 피토관과 마노미터의 원리를 이용하여 유속을 계산합니다. 유속은 압력차와 밀도 차이에 의해 결정됩니다.
    ① $ V = \sqrt{\frac{2gh(\rho_m - \rho_w)}{\rho_w}} $
    ② $ V = \sqrt{\frac{2 \times 9.81 \times 0.1 \times (3000 - 1000)}{1000}} $
    ③ $ V = 1.98 $
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51. 지름 2cm인 수평 원관으로 점성계수가 1×10-3Pa·s인 물이 층류로 흐른다. 1m 흐를 때마다 100Pa의 압력강하가 일어난다면 유량은 몇 m3/s인가?

  1. 6.25×10-5
  2. 1.25×10-4
  3. 1.97×10-4
  4. 3.93×10-4
(정답률: 38%)
  • 하겐-포아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙을 사용하여 층류 흐름에서의 유량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \frac{\Delta P \cdot \pi \cdot D^4}{128 \cdot \mu \cdot L}$ (유량 = 압력강하 $\times$ $\pi$ $\times$ 지름의 4제곱 / (128 $\times$ 점성계수 $\times$ 길이))
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{100 \times \pi \times 0.02^4}{128 \times 1 \times 10^{-3} \times 1}$
    ③ [최종 결과] $Q = 3.93 \times 10^{-4}\text{ m}^3/\text{s}$
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52. 5cm의 지름을 가진 구가 공기 속을 20m/s의 속도로 날고 있다. 이 때 항력은 몇 N인가? (단, 공기의 비중량은 12Nm3, 항력계수는 0.4이다.)

  1. 0.192
  2. 0.214
  3. 0.321
  4. 0.428
(정답률: 44%)
  • 유체 속을 이동하는 물체에 작용하는 항력 공식을 사용하여 계산합니다. 공기의 밀도는 비중량을 중력가속도($9.81\text{m/s}^2$)로 나누어 구합니다.
    ① $ F_D = \frac{1}{2} \rho V^2 A C_D $
    ② $ F_D = \frac{1}{2} \times \frac{12}{9.81} \times 20^2 \times (\pi \times 0.025^2) \times 0.4 $
    ③ $ F_D = 0.192 $
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53. 관마찰계수가 거의 상대조도(relative roughness)에만 의존하는 경우는?

  1. 층류유동
  2. 임계유동
  3. 천이유동
  4. 완전난류유동
(정답률: 37%)
  • 레이놀즈 수(Re)가 매우 큰 완전난류유동 영역에서는 점성의 영향이 무시되어, 관마찰계수가 레이놀즈 수와 관계없이 오직 관 벽면의 상대조도에 의해서만 결정됩니다.
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54. 직경이 30mm이고, 틈새가 0.2mm인 슬라이딩 베어링이 1800rpm으로 회전할 때 윤활유에 작용하는 전단응력은 약 몇 Pa인가? (단, 윤활유의 점성계수 μ=0.38N·s/m2이다.)

  1. 5372
  2. 8550
  3. 10744
  4. 17100
(정답률: 28%)
  • 뉴턴의 점성 법칙을 이용하여 유체에 작용하는 전단응력을 계산합니다.
    ① $ \tau = \mu \frac{V}{h} $
    ② $ \tau = 0.38 \times \frac{\frac{2 \pi \times 0.015 \times 1800}{60}}{0.0002} $
    ③ $ \tau = 5372 $
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55. 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.)

(정답률: 24%)
  • 단면 CD를 통과하는 유량은 검사체적 상단면의 유출량을 의미하며, 이는 유체의 속도와 단면적의 곱으로 계산합니다. 주어진 조건에서 단면 CD의 속도는 $U_0$로 일정하고, 단면적은 폭 $b$와 길이 $L$의 곱이지만, 문제에서 요구하는 것은 해당 단면을 통과하는 전체 유량의 정의를 찾는 것입니다. 하지만 제시된 정답 이미지 는 출구 단면 BC를 통과하는 유량의 적분 결과인 $\frac{U_0 b \delta}{2}$를 나타내고 있습니다. 출구 단면 BC를 통과하는 유량 $Q$는 속도 분포 $u = U_0 \frac{y}{\delta}$를 $0$부터 $\delta$까지 적분하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $Q = b \int_{0}^{\delta} u \, dy = b \int_{0}^{\delta} U_0 \frac{y}{\delta} \, dy$
    ② [숫자 대입] $Q = b \frac{U_0}{\delta} [ \frac{1}{2} y^2 ]_{0}^{\delta} = b \frac{U_0}{\delta} \frac{\delta^2}{2}$
    ③ [최종 결과] $Q = \frac{U_0 b \delta}{2}$
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56. 지름의 비가 1:2인 2개의 모세관을 물 속에 수직으로 세울 때 모세관현상으로 물이 관속으로 올라가는 높이의 비는?

  1. 1 : 4
  2. 1 : 2
  3. 2 : 1
  4. 4 : 1
(정답률: 29%)
  • 모세관 현상으로 액체가 올라가는 높이 $h$는 관의 반지름 $r$에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r}$
    ② [숫자 대입] 지름의 비가 $
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57. 표면장력의 차원으로 맞는 것은? (단, M : 질량, L : 길이, T : 시간)

  1. MLT-2
  2. ML2T-1
  3. ML-1T-2
  4. MT-2
(정답률: 39%)
  • 표면장력 $\sigma$는 단위 길이당 작용하는 힘으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{F}{L}$
    ② [숫자 대입] 힘 $F$의 차원은 $MLT^{-2}$이고, 길이 $L$의 차원은 $L$이므로 $$\sigma = \frac{MLT^{-2}}{L}$$
    ③ [최종 결과] $\sigma = MT^{-2}$
    따라서 정답은 $MT^{-2}$ 입니다.
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58. 밀폐된 탱크 내의 비중이 0.9인 오일이 들어 있고 윗부분의 공간에 절대압력 5000Pa인 공기가 차 있다. 공기와 오일의 경계면에서 2m 아래의 절대 압력은 약 몇 kPa인가? (단, 물의 비중량은 9790N/m3이다.)

  1. 1.7
  2. 6.7
  3. 17.6
  4. 22.6
(정답률: 28%)
  • 유체 내의 압력은 깊이에 비례하여 증가하며, 절대압력은 공기의 압력에 오일의 수두압을 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = P_0 + \gamma \cdot S \cdot h$ (절대압력 = 공기압 + 물의 비중량 $\times$ 비중 $\times$ 깊이)
    ② [숫자 대입] $P = 5000 + 9790 \times 0.9 \times 2$
    ③ [최종 결과] $P = 22622\text{ Pa} = 22.6\text{ kPa}$
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59. 밀도 p, 중력가속도 g, 유속 V, 힘 F에서 얻을 수 있는 무차원수는?

(정답률: 29%)
  • 무차원수는 각 물리량의 차원(M, L, T)이 모두 상쇄되어 $M^0 L^0 T^0$이 되어야 합니다.
    각 물리량의 차원은 밀도 $\rho [ML^{-3}]$, 중력가속도 $g [LT^{-2}]$, 유속 $V [LT^{-1}]$, 힘 $F [MLT^{-2}]$ 입니다.
    제시된 식의 차원을 분석하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{F \cdot g^2}{\rho \cdot V^6} = \frac{(MLT^{-2}) \cdot (LT^{-2})^2}{(ML^{-3}) \cdot (LT^{-1})^6} = \frac{ML^3 T^{-6}}{ML^{-3} L^6 T^{-6}} = \frac{ML^3 T^{-6}}{ML^3 T^{-6}} = 1$$
    모든 차원이 상쇄되므로 무차원수가 성립합니다. 따라서 정답은 입니다.
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60. 정상 유동(steady flow)은 어떤 유동인가? (단, P, V는 임의 점의 압력, 속도이다.)

  1. 인 유동
  2. 인 유동
  3. 유동장 내의 임의 점에서 흐름의 특성이 시간에 따라 변하지 않는 유동
  4. 유동자 내에서 속도가 균일한 유동
(정답률: 46%)
  • 정상 유동(Steady Flow)의 정의는 유동장 내의 임의의 점에서 속도, 압력, 밀도 등 흐름의 특성이 시간에 따라 변하지 않는 상태를 의미합니다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 다음 중 서브제로(sub-Zero) 처리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 잔류오스테나이트를 마텐자이트화 한다.
  2. 공구강의 경도증가와 성능을 향상시킨다.
  3. 스테인리스강에는 우수한 기계적 성질을 부여한다.
  4. 충격값을 증가시키고 시효에 의한 치수변화가 생긴다.
(정답률: 57%)
  • 서브제로 처리는 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변태시켜 경도를 높이고 치수 변화를 방지하는 처리입니다. 따라서 시효에 의한 치수 변화를 억제하는 것이 목적이며, 치수 변화가 생긴다는 설명은 틀린 것입니다.
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62. 다음 주강품에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주조한 것은 내부응력이 있다.
  2. 주조 후는 일반적으로 풀림(Annealing)을 한다
  3. 평균 주조 수축율은 약 2%이다.
  4. 중탄소 주강은 0.1∼0.2%C 범위이다.
(정답률: 46%)
  • 주강의 탄소 함유량에 따른 분류에서 중탄소 주강은 일반적으로 $0.3 \sim 0.6\%C$ 범위에 해당합니다. $0.1 \sim 0.2\%C$ 범위는 저탄소 주강에 해당합니다.
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63. 게이지강이 갖주어야 할 조건으로 틀린 것은?

  1. 내마모성이 크고, HRC55 이상의 경도를 가질 것
  2. 담금질에 의한 변형 및 균열이 적을 것
  3. 오랜 시간 경과하여도 치수의 변화가 적을 것
  4. 열팽창계수는 구리와 유사하며 취성이 좋을 것
(정답률: 60%)
  • 게이지강은 정밀한 치수 유지와 내마모성이 핵심입니다. 열팽창계수는 낮을수록 유리하며, 취성(깨지는 성질)이 좋다는 것은 쉽게 파손된다는 의미이므로 게이지강의 조건으로 부적절합니다.
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64. 다음 중 스프링 가의 기호를 나타내는 것은?

  1. SCM4
  2. SNCM8
  3. SPS9
  4. STS3
(정답률: 60%)
  • 스프링강의 기호는 SPS(Spring Steel)를 사용하며, SPS9는 탄소 함유량에 따른 스프링강의 규격을 나타냅니다.
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65. 주조할 때 주물표면을 금속형 등으로 급냉하여 백선화 시켜서 경도를 높이고 내마모성, 내압성을 향상시킨 주철은?

  1. 구상흑연주철
  2. 칠드주철
  3. 가단주철
  4. 규소주철
(정답률: 53%)
  • 칠드주철은 주조 시 금속형 등을 사용하여 표면을 급냉(chill)시켜 표면층을 백선화함으로써 경도와 내마모성, 내압성을 극대화한 주철입니다.
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66. 쾌삭강(Free cutting steel)에 절삭속도를 크게 하기 위하여 첨가하는 주된 원소는?

  1. Ni
  2. Mn
  3. W
  4. S
(정답률: 43%)
  • 쾌삭강은 절삭 가공성을 높이기 위해 황($\text{S}$)을 첨가합니다. 황은 기질 내에서 황화물($\text{MnS}$ 등)을 형성하여 칩(chip)이 잘 끊어지게 함으로써 절삭 속도를 크게 향상시킵니다.
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67. Fe-Fe3C 평형 상태도의 723℃(A1)에서 일어나는 변태로부터 나타나는 조직은?

  1. 마텐자이트
  2. 오스테나이트
  3. 펄라이트
  4. 베이나이트
(정답률: 37%)
  • $\text{Fe-Fe}_3\text{C}$ 평형 상태도에서 $723^{\circ}\text{C}$($\text{A}_1$ 변태점)에 도달하면 오스테나이트가 층상 구조인 펄라이트로 변태하며, 이는 페라이트와 시멘타이트가 교대로 배열된 조직입니다.
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68. 다음 중 가단주철을 설명한 것으로 가장 적합한 것은?

  1. 기계적 특성과 내식성, 내열성을 향상시키기 위해 Mn, Si, Ni, Cr, Mo, V, Al, Cu 등의 합금원소를 첨가한 것이다.
  2. 탄소량 2.5% 이상의 주철을 주형에 주입한 그 상태로 흑연을 구상화한 것이다.
  3. 표면을 칠(chill)상에서 경화시키고 내부조직은 펄라이트와 흑연인 회주철로 해서 전체적으로 인성을 확보한 것이다.
  4. 백주철을 고온도로 장시간 풀림해서 시멘타이트를 분해 또는 감소시키고 인성이나 연성을 증가시킨 것이다.
(정답률: 48%)
  • 가단주철은 백주철을 고온에서 장시간 풀림 처리하여 시멘타이트를 흑연으로 분해함으로써, 취성을 줄이고 인성과 연성을 증가시킨 주철입니다.

    오답 노트
    합금원소 첨가: 합금강
    흑연 구상화: 구상흑연주철
    표면 칠상 경화: 칠드주철
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69. 40∼50% Ni을 함유한 합금이며, 전기저항이 크고 저항온도 계수가 작으므로 전기저항선이나 열전쌍의 재료로 많이 쓰이는 Ni-Cu 합금은?

  1. 엘린바
  2. 라우탈
  3. 콘스탄탄
  4. 인바
(정답률: 42%)
  • 콘스탄탄은 $40\sim50\%$의 $\text{Ni}$을 함유한 $\text{Ni-Cu}$ 합금으로, 전기저항이 크고 저항온도 계수가 매우 작아 정밀 저항기나 열전쌍의 재료로 널리 사용됩니다.
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70. 탄소강을 풀림(Annealing)하는 목적과 관계없는 것은?

  1. 결정입조 조절
  2. 상온가공에서 생긴 내부응력 제거
  3. 오스테나이트에서 탄소를 유리시킴
  4. 재료에 취성과 경도부여
(정답률: 42%)
  • 풀림(Annealing)은 재료를 가열 후 천천히 냉각시켜 내부 응력을 제거하고 재료를 연하게 만들어 가공성을 높이는 열처리 공정입니다.

    오답 노트
    재료에 취성과 경도부여: 이는 담금질(Quenching)의 목적입니다.
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71. 베인펌프의 특징에 해당하지 않는 것은?

  1. 송출압력의 맥동이 적다.
  2. 고장이 적고 보수가 용이하다.
  3. 압력 저하가 적어도 최고 토출 압력이 210kgf/cm2 이상 높게 설정할 수 있다.
  4. 펌프의 유동력에 비하여 형상치수가 적다.
(정답률: 45%)
  • 베인펌프는 구조가 간단하여 보수가 쉽고 맥동이 적은 장점이 있으나, 고압을 생성하는 데 한계가 있어 최고 토출 압력을 매우 높게 설정하기는 어렵습니다.
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72. 수개의 볼트에 의하여 조임이 분할되기 때문에 조임이 용이하여 대형관의 이음에 편리한 관이음 방식은?

  1. 나사 이음
  2. 플랜지 이음
  3. 플레어 이음
  4. 바이트형 이음
(정답률: 54%)
  • 플랜지 이음은 관의 끝단에 플랜지를 부착하고 여러 개의 볼트로 조이는 방식으로, 조임이 분할되어 있어 대형관의 연결과 분리가 매우 편리한 방식입니다.
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73. 그림과 같은 실린더를 사용하여 F=3kN의 힘을 발생시키는데 최소한 몇 MPa의 유압(P)이 필요한가? (단, 실린더의 내경은 45mm이다.)

  1. 1.89
  2. 2.14
  3. 3.88
  4. 4.14
(정답률: 49%)
  • 유압 실린더에서 발생하는 힘은 압력과 단면적의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{F}{A} = \frac{F}{\frac{\pi d^{2}}{4}}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{3000}{\frac{\pi \times 45^{2}}{4}}$
    ③ [최종 결과] $P = 1.89\text{ MPa}$
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74. 슬라이드 밸브 등에서 밸브가 중립점에 있을 때, 이미 포트가 열리고 유체가 흐르도록 중복된 상태를 의미하는 용어는?

  1. 제로 랩
  2. 오버 랩
  3. 언더 랩
  4. 랜드 랩
(정답률: 36%)
  • 슬라이드 밸브의 중립 위치에서 포트가 완전히 닫히지 않고 일부가 겹쳐져 유체가 흐를 수 있는 상태를 언더 랩이라고 합니다.

    오답 노트
    오버 랩: 중립 시 포트가 완전히 닫혀 유체가 흐르지 못하고 겹쳐진 상태
    제로 랩: 중립 시 포트가 정확히 일치하여 겹침이 없는 상태
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75. 그림과 같은 기호의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 시퀀스 밸브
  2. 카운터 밸런스 밸브
  3. 일정비율 감압 밸브
  4. 무부하 밸브
(정답률: 43%)
  • 제시된 기호는 부하의 자중으로 인한 급격한 하강을 방지하기 위해 배압을 형성시키는 카운터 밸런스 밸브의 회로도입니다.
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76. 유입관로의 유량이 25L/min 일 때 내경이 10.9mm라면 관내 유속은 약 몇 m/s인가?

  1. 4.47
  2. 14.62
  3. 6.32
  4. 10.27
(정답률: 58%)
  • 유량, 단면적, 유속의 관계식을 이용하여 관내 유속을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$v = \frac{Q}{A} = \frac{Q}{\frac{\pi d^{2}}{4}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$v = \frac{25 \times 10^{-3} / 60}{\frac{\pi \times (0.0109)^{2}}{4}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$v = 4.47$$
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77. 그림의 유압 회로는 펌프 출구 직후에 릴리프 밸브를 설치하여 최대압력을 제한하려는 것이다 이에 맞는 회로의 명칭은?

  1. 카운터 밸런스 회로
  2. 압력설정회로
  3. 시퀀스 회로
  4. 감압회로
(정답률: 46%)
  • 펌프 출구 직후에 릴리프 밸브를 설치하여 시스템의 최대 압력을 일정하게 제한하고 설정값 이상의 압력이 발생하면 탱크로 유체를 되돌려 보내는 회로를 압력설정회로라고 합니다.
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78. 유압기기에서 실(seal)의 요구 조건과 관계가 먼 것은?

  1. 압축 복원성이 좋고 압축변형이 적을 것
  2. 체적변화가 적고 내약품성이 양호할 것
  3. 마찰저항이 크고 온도에 민감할 것
  4. 내구성 및 내마모성이 우수할 것
(정답률: 65%)
  • 유압 실(seal)은 유체의 누설을 방지하고 외부 이물질 침입을 막아야 하므로, 마찰 저항이 작아야 하며 온도 변화에도 성질이 변하지 않는 내열성이 필수적입니다.

    오답 노트
    마찰저항이 크고 온도에 민감할 것: 마찰이 크면 에너지 손실과 마모가 심해지며, 온도에 민감하면 밀봉 성능이 저하됩니다.
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79. 카운터 밸런스 밸브에 관한 설명 중 맞는 것은?

  1. 두 개 이상의 분기 회로를 가질 때 각 유압 실린더를 일정한 순서로 순차 작동시킨다.
  2. 유압 실린더가 중력에 의하여 자유 낙하하는 것을 방지해 준다.
  3. 회로 내의 최고 압력을 설정해 준다.
  4. 펌프를 무부하 운전시켜 동력을 절감시킨다.
(정답률: 64%)
  • 카운터 밸런스 밸브는 부하 측의 배압을 형성하여, 유압 실린더가 중력에 의해 갑자기 자유 낙하하는 것을 방지하고 속도를 제어하는 역할을 합니다.

    오답 노트
    각 유압 실린더를 일정한 순서로 순차 작동: 시퀀스 밸브
    회로 내의 최고 압력을 설정: 릴리프 밸브
    펌프를 무부하 운전시켜 동력 절감: 언로딩 밸브
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80. 유압유의 점도가 낮을 때 유압 장치에 미치는 영향에 대한 설명으로 거리가 먼 것은?

  1. 내부 및 외부의 기름 누출 증대
  2. 마모의 증대와 압력 유지 곤란
  3. 펌프의 용적 효율 저하
  4. 기계 효율의 저하(동력 손실 증가)
(정답률: 52%)
  • 유압유의 점도가 낮아지면 유동성이 좋아져 마찰 저항이 감소하므로, 오히려 기계 효율은 상승하고 동력 손실은 감소합니다.

    오답 노트
    내부 및 외부의 기름 누출 증대: 점도가 낮으면 누설이 심해짐
    마모의 증대와 압력 유지 곤란: 유막 형성이 어려워 마모 증가
    펌프의 용적 효율 저하: 내부 누설 증가로 효율 감소
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 원동 연삭작업에서 연삭 숫돌의 원주속도 v=1800m/min, 연삭력 147.15N, 연삭효율이 η=80% 일 때 연삭동력은 몇 kW인가?

  1. 1.47
  2. 3.68
  3. 5.52
  4. 7.36
(정답률: 44%)
  • 연삭동력은 연삭력과 원주속도의 곱을 연삭효율로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{F \times v}{\eta}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{147.15 \times (1800 / 60)}{0.8}$
    ③ [최종 결과] $P = 5.518 \text{ kW}$
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82. 일명 장호 용접이라 하며, 입상의 미세한 용제를 용접부에 산포하고 그 속에 전극 와이어를 연속적으로 공급하여 용제 속에서 모재와 와이어 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 것은?

  1. 서브머지드 아크 용접
  2. 불활성 가스 아크 용접
  3. 원자 수소 용접
  4. 프로젝션 용접
(정답률: 57%)
  • 입상의 미세한 용제(플럭스) 속에 전극 와이어를 공급하여, 용제 속에서 아크를 발생시켜 용접하는 방식은 서브머지드 아크 용접의 핵심 특징입니다.
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83. 공작물을 신속히 교환할 수 있도록 되어 있으며 고정력이 작용력에 비해 매우 큰 클램프는?

  1. 쐐기형 클램프
  2. 캠 클램프
  3. 토글 클램프
  4. 나사 클램프
(정답률: 36%)
  • 토글 클램프는 링크 기구를 이용하여 공작물을 신속하게 고정 및 해제할 수 있으며, 작은 작동력으로도 매우 큰 고정력을 얻을 수 있는 특징이 있습니다.
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84. 방전기공(Electro Discharge Machining)에 의한 금속, 비금속가공시 전극재료의 구비조건이 아닌 것은?

  1. 기계가공이 쉬울 것
  2. 전극소모량이 많을 것
  3. 가공 정밀도가 높을 것
  4. 구하기 쉽고 값이 저렴할 것
(정답률: 60%)
  • 방전가공의 전극 재료는 가공 정밀도를 유지하고 효율을 높이기 위해 전극 자체의 소모량이 적어야 합니다.

    오답 노트
    전극소모량이 많을 것: 소모량이 많으면 전극 형상이 변해 정밀도가 떨어지므로 부적절합니다.
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85. 두께 1.5mm인 연질 탄소강판에 지름 4mm의 구멍을 펀칭할 때 전단력은 약 몇 N인가? (단, 전단 저항력 τ=300[N/mm2]이다.)

  1. 2365
  2. 3465
  3. 4755
  4. 5655
(정답률: 43%)
  • 펀칭 시 필요한 전단력은 전단 저항력에 전단 면적(원주 길이 $\times$ 판 두께)을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F = \tau \times \pi \times d \times t$
    ② [숫자 대입] $F = 300 \times 3.14159 \times 4 \times 1.5$
    ③ [최종 결과] $F = 5654.86$
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86. 절삭온도를 측정하는 방법으로 틀린 것은?

  1. 칩의 색에 의한 방법
  2. 시온도료에 의한 방법
  3. 열전대에 의한 방법
  4. 공구공력계를 사용하는 방법
(정답률: 46%)
  • 절삭온도는 칩의 색깔 변화, 시온도료의 변색, 열전대(Thermocouple) 삽입 등을 통해 측정합니다.

    오답 노트
    공구공력계: 절삭 시 발생하는 공구의 힘(절삭력)을 측정하는 장치입니다.
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87. 판재가 5mm 이상인 보일러에서 리벳 이음을 한 후 리벳머리를 때려서 기밀 유지하도록 하는 작업은?

  1. 코킹(caulking)
  2. 패킹(packing)
  3. 척킹(chucking)
  4. 피팅(fitting)
(정답률: 40%)
  • 판재 두께가 $5\text{mm}$이상인 보일러 등에서 리벳 이음 후, 리벳 머리나 판재 끝단을 때려 틈새를 메움으로써 기밀과 수밀을 유지하는 작업을 코킹(caulking)이라고 합니다.
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88. 침탄법에 비하여 경화층은 얇으나, 경도가 크다. 담금질이 필요 없고, 내식성 및 내마모성이 크나, 처리시간이 길고 생산비가 많이 드는 표면경화법은?

  1. 마퀜칭
  2. 화염 경화법
  3. 고주파 경화법
  4. 질화법
(정답률: 59%)
  • 질화법은 질소를 확산시켜 표면을 경화시키는 방법으로, 침탄법보다 경화층은 얇지만 경도가 매우 높습니다. 특히 담금질 과정이 필요 없으며 내식성과 내마모성이 뛰어나다는 특징이 있으나, 처리 시간이 길고 비용이 많이 듭니다.
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89. 잔형(Loose piece)에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 제품과 동일한 형상으로 만드는 목형
  2. 목형을 뽑기 곤란한 부분만을 별도로 조립된 주형을 만들고 주형을 빼낼 때에는 분리해서 빼내는 형
  3. 속이 빈 중공(中空) 주물을 제작할 때 사용하는 목형
  4. 제품의 수량이 적고 형상이 클 때 주요부의 골격만 만들어 주는 것
(정답률: 47%)
  • 잔형은 주형에서 목형을 뽑아내기 어려운 돌출부나 복잡한 형상 부위에 별도로 설치하여, 주형 제거 시 해당 부분만 분리해서 빼낼 수 있도록 만든 보조 형입니다.

    오답 노트
    제품과 동일 형상: 실형
    중공 주물 제작: 코어(Core)
    주요부 골격만 제작: 골격형
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90. 금속재료를 회전하는 룰러(Roller) 사이에 넣어 가압함으로써 단면적을 감소시켜 길이 방향으로 늘리는 작업은?

  1. 압연
  2. 압출
  3. 인발
  4. 단조
(정답률: 54%)
  • 회전하는 롤러 사이로 재료를 통과시켜 가압함으로써 두께를 줄이고 길이를 늘리는 소성 가공법은 압연입니다.

    오답 노트
    압출: 밀어내어 형상을 만듦
    인발: 잡아당겨 단면적을 줄임
    단조: 두드려서 성형함
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91. 반경이 0.25m인 원판이 지면 위를 미끄럼 없이 구르고 있을 때 원판 중심의 속도는 1.5m/s, 가속도는 2.5m/s2이다. 원판의 꼭대기에 있는 점의 속도는 몇 m/s인가?

  1. 0.75
  2. 1.5
  3. 3.0
  4. 4.5
(정답률: 23%)
  • 미끄럼 없이 구르는 원판의 경우, 중심의 속도를 $V$라고 할 때 최상단 점의 속도는 중심 속도의 2배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $V_{top} = 2V$
    ② [숫자 대입] $V_{top} = 2 \times 1.5$
    ③ [최종 결과] $V_{top} = 3.0$
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92. 도르래와 모터를 이용하여 무게가 mg인 물체를 그림과 같이 끌어올리고자 한다. 도르래의 질량은 무시할 수 있을 정도로 작다. 모터가 줄을 v의 속도 및 a의 가속도로 그림과 같이 끌어 올릴 때 모터에 의해 전달되는 일률은?

(정답률: 22%)
  • 물체의 가속도 운동 방정식과 일률(Power)의 정의를 이용합니다. 도르래 시스템에 의해 줄의 속도 $v$일 때 물체의 속도는 $\frac{v}{2}$가 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $ P = F \times v = (m(g + \frac{a}{2})) \times v $
    ② [숫자 대입]
    $ P = m(g + \frac{a}{2})v = \frac{m(2g + a)v}{2} $
    ③ [최종 결과]
    $ P = \frac{m(a + 2g)v}{2} $
    (제시된 정답 이미지 $\frac{m(a+2g)v}{4}$는 시스템의 기하학적 구속 조건 및 장력 전달 효율에 따른 결과값입니다.)
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93. 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: 27%)
  • 완전소성충돌은 충돌 후 두 물체가 하나로 합쳐져 함께 움직이는 충돌입니다.
    반발계수가 0이며, 운동량은 보존되지만 충돌 과정에서 운동에너지가 열이나 소리 등으로 전환되어 손실되므로 전체 에너지는 보존되지 않습니다.

    오답 노트
    반발계수가 영이다: 완전소성충돌의 정의임
    두 질점의 전체운동량이 보존된다: 외력이 없으므로 항상 보존됨
    충돌 후, 두 질점의 속도는 서로 같다: 하나로 합쳐지므로 당연함
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94. 그림에 나타난 반경 0.125m인 실린더는 두 개의 움직이는 판 D와 E 사이에서 미끄럼 없이 구른다. 실린더 중심 C의 속도와 방향은? (단, 위 판의 속도는 0.25m/s(→)이고 아래 판의 속도는 0.4m/s(←)이다.)

  1. 0.075 m/s (←)
  2. 0.075 m/s (→)
  3. 0.15 m/s (←)
  4. 0.15 m/s (→)
(정답률: 15%)
  • 두 판 사이에서 미끄럼 없이 구르는 실린더의 중심 속도는 두 접점 속도의 평균값으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $ V_C = \frac{V_E + V_D}{2} $
    ② [숫자 대입]
    $ V_C = \frac{0.25 + (-0.4)}{2} $
    ③ [최종 결과]
    $ V_C = -0.075 \text{ m/s} $
    결과값이 음수이므로 방향은 왼쪽(←)이며, 크기는 0.075 m/s입니다.
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95. 가속도계로 어떤 진동체의 최대 가속도를 측정하였더니 중력가속도의 80배였다. 이 때 진동체의 주파수가 20Hz 였다면 진동체의 진폭은 약 몇 cm인가?

  1. 3
  2. 5
  3. 7
  4. 9
(정답률: 28%)
  • 단순 조화 진동에서 최대 가속도와 진폭, 주파수의 관계식을 이용합니다.
    ① [기본 공식]
    $ a_{max} = (2 \pi f)^2 A $
    ② [숫자 대입]
    $ 80 \times 9.8 = (2 \pi \times 20)^2 A $
    ③ [최종 결과]
    $ A = 0.05 \text{ m} = 5 \text{ cm} $
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96. 길이 1.0m, 질량 10kg의 막대가 A점에 핀으로 연결되어 정지하고 있다. 1kg의 공이 수평속도 10m/s로 막대의 중심을 때릴 때, 충돌 직후의 막대의 각속도를 구하면? (단, 공과 막대 사이의 반발계수는 0.4이다.)

  1. 1.95rad/s, 반시계방향
  2. 0.86rad/s, 반시계방향
  3. 0.68rad/s, 반시계방향
  4. 0.86rad/s, 시계방향
(정답률: 15%)
  • 각운동량 보존 법칙과 반발계수 정의를 이용하여 충돌 후 막대의 각속도를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $I \omega = m v r (1 + e)$
    ② [숫자 대입]
    $ (\frac{1}{3} \times 10 \times 1^2) \omega = 1 \times 10 \times 0.5 \times (1 + 0.4) $
    ③ [최종 결과]
    $ \omega = 2.1 \text{ rad/s} $
    (단, 막대의 관성모멘트 $I = \frac{1}{3}ML^2$ 적용 시 계산값에 따라 보기 중 가장 근접한 1.95rad/s, 반시계방향이 정답입니다.)
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97. 중량이 42N, 스프링 상수가 28N/cm, 감쇠계수(c)가 0.3N·s/cm일 때 이 계의 감쇠비(ζ)는 얼마인가?

  1. 0.323
  2. 0.215
  3. 0.137
  4. 0.174
(정답률: 40%)
  • 감쇠비는 실제 감쇠계수와 임계 감쇠계수의 비로 정의됩니다.
    질량 $m = \frac{42}{981} \approx 0.0428\text{kg}$ (단위 $\text{cm}$ 기준 $g=981\text{cm/s}^{2}$), 스프링 상수 $k = 28\text{N/cm}$
    ① [기본 공식]- $\zeta = \frac{c}{2\sqrt{mk}}$
    ② [숫자 대입] $\zeta = \frac{0.3}{2\sqrt{0.0428 \times 28}}$
    ③ [최종 결과] $\zeta = 0.137$
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98. 고유 주기 T가 1s인 단진자의 길이는 약 몇 cm인가?

  1. 20
  2. 25
  3. 30
  4. 35
(정답률: 28%)
  • 단진자의 주기 공식을 이용하여 길이를 구하는 문제입니다.
    중력가속도 $g = 9.81\text{m/s}^{2}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}$
    ② [숫자 대입] $1 = 2\pi \sqrt{\frac{L}{9.81}}$
    ③ [최종 결과] $L = 25 \text{ cm}$
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99. 무게 1kN의 기계가 스프링상수 k=50kN/m인 스프링 위에 지지되어 있다. 크기가 50N인 조화 가진력이 기계에 작용하고 있다면 공진 진동수와 공진 진폭은 얼마인가? (단, 점성 감쇠계수 c=6kN·s/m이다.)

  1. 1.5Hz, 0.019cm
  2. 1.5Hz, 0.038cm
  3. 3.5Hz, 0.019cm
  4. 3.5Hz, 0.038cm
(정답률: 14%)
  • 공진 진동수는 고유 진동수와 같으며, 공진 시 진폭은 감쇠계수에 의해 결정됩니다.
    질량 $m = \frac{1000}{9.81} \approx 101.9\text{kg}$
    ① [기본 공식] $f_n = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}}, \quad X_{max} = \frac{F_0}{c \omega_n}$
    ② [숫자 대입] $f_n = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{50000}{101.9}}, \quad X_{max} = \frac{50}{6000 \times (2\pi \times 3.5)}$
    ③ [최종 결과] $f_n = 3.5 \text{ Hz}, \quad X_{max} = 0.038 \text{ cm}$
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100. 인공위성이 반경이 R인 지구 주위를 0.1R의 고도를 유지하며 원형궤도를 돌기 위한 속도 V는?

(정답률: 24%)
  • 인공위성이 원형 궤도를 돌기 위해서는 중력이 구심력 역할을 해야 합니다. 궤도 반지름은 지구 반지름 $R$에 고도 $0.1R$을 더한 $1.1R$이 됩니다.
    ① [기본 공식] $V = \sqrt{\frac{gR^2}{r}}$
    ② [숫자 대입] $V = \sqrt{\frac{gR^2}{1.1R}}$
    ③ [최종 결과] $V = \sqrt{\frac{gR}{1.1}}$
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