일반기계기사 필기 기출문제복원 (2012-05-20)

일반기계기사 2012-05-20 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2012-05-20 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 길이 3 m의 부재가 하중을 받아 1.2 ㎜ 늘어났다. 이때 선형 탄성 거동을 갖는 부재의 변형률은?

  1. 3.6×10-4
  2. 3.6×10-3
  3. 4×10-4
  4. 4×10-3
(정답률: 65%)
  • 변형률은 원래 길이에 대한 길이 변화량의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{\delta}{L}$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{1.2 \times 10^{-3}}{3}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 4 \times 10^{-4}$
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2. 길이 3 m의 직사각형 단면을 가진 외팔보에 단위 길이당 ω의 등분포하중이 작용하여 최대 굽힘응력 50MPa이 발생할 경우 최대 전단응력은 약 몇 MPa인가? (단, 단면의 치수 폭×높이(b×h) = 6cm×10cm이다.)

  1. 0.83
  2. 1.25
  3. 0.63
  4. 1.45
(정답률: 46%)
  • 외팔보의 최대 굽힘응력 공식을 통해 등분포하중 $w$를 먼저 구한 뒤, 이를 이용해 최대 전단응력을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = 1.5 \times \frac{w \times l}{b \times h}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = 1.5 \times \frac{1111 \times 3}{0.06 \times 0.1}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 0.83$
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3. 그림과 같은 보가 집중하중 P를 받고 있다. 최대 굽힘 모멘트의 크기는?

  1. PL
  2. PL/2
  3. PL/4
  4. PL/8
(정답률: 46%)
  • 제시된 그림은 단순 지지보의 끝단에 집중하중 $P$가 작용하는 외팔보 형태의 모멘트 구조를 가집니다. 지점으로부터 하중 작용점까지의 거리 $L/2$를 곱하여 최대 굽힘 모멘트를 구합니다.
    ① [기본 공식] $M_{max} = P \times a$
    ② [숫자 대입] $M_{max} = P \times \frac{L}{2}$
    ③ [최종 결과] $M_{max} = \frac{PL}{2}$
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4. 그림과 같이 재료와 단면적이 같고 길이가 서로 다른 강봉에 지지되어 있는 보에 하중을 가해 수평으로 유지하기 위한 비 a/b 는?

(정답률: 38%)
  • 보가 수평을 유지하려면 하중에 의한 모멘트 합이 0이 되어야 하며, 각 강봉의 변형량(신장량)이 동일해야 합니다. 재료와 단면적이 같으므로 변형량 $\delta = \frac{PL}{AE}$에서 하중 $P$와 길이 $L$의 곱이 일정해야 합니다. 따라서 거리 $a, b$와 길이 $l_1, l_2$의 관계는 $\frac{a}{b} = \frac{l_1}{l_2}$가 성립합니다.
    최종 결과:
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5. 길이가 L이고 직경이 d인 축과 동일 재료로 만든 길이 3L 인 축이 같은 크기의 비틀림모멘트를 받았을때, 같은 각도만큼 비틀어지게 하려면 직경은 얼마가 되어야 하는가?

(정답률: 62%)
  • 비틀림각 공식 $\theta = \frac{TL}{GJ}$에서 $G$와 $T$가 일정하고 비틀림각 $\theta$가 같으려면 $L$과 $J$의 곱이 일정해야 합니다. 극관성모멘트 $J = \frac{\pi d^{4}}{32}$이므로 $L \times d^{4}$ 값이 동일해야 합니다.
    ① [기본 공식] $L_{1} d_{1}^{4} = L_{2} d_{2}^{4}$
    ② [숫자 대입] $L \times d^{4} = 3L \times d_{2}^{4}$
    ③ [최종 결과] $d_{2} = \sqrt[4]{\frac{1}{3}} d$
    따라서 정답은 입니다.
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6. 그림에서와 같이 지름이 50cm, 무게가 100N의 잔디밭용 롤러를 높이 5cm의 계단위로 밀어서 막 움직이게 하는데 필요한 힘 F는 몇 N 인가?

  1. 200
  2. 87
  3. 125
  4. 153
(정답률: 15%)
  • 롤러가 계단 위로 움직이기 시작하는 순간, 접촉점에서의 모멘트 합이 0이 되는 평형 상태를 이용하여 필요한 힘 $F$를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$F \cos(30^{\circ})(25 \sin(30^{\circ}) + 20) = F \sin(30^{\circ})(25 \cos(30^{\circ}) + 15) + 100 \times 15$$
    ② [숫자 대입]
    $$F \times 0.866 \times (12.5 + 20) = F \times 0.5 \times (21.65 + 15) + 1500$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = 152.75 \approx 153$$
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7. 중앙에 집중 모멘트 Mo (kN ㆍ m)가 작용하는 길이 L의 단순 지지보 내의 최대 굽힘응력은? (단, 보의 단면은 직경이 2a인 원이다.)

(정답률: 33%)
  • 단순 지지보 중앙에 집중 모멘트 $M_o$가 작용할 때, 최대 굽힘모멘트 $M_{max}$와 원형 단면의 단면계수 $Z$를 이용하여 최대 굽힘응력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{M_{max}}{Z} = \frac{M_o / 2}{\pi a^3 / 4}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{M_o}{2} \times \frac{4}{\pi a^3}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = \frac{2M_o}{\pi a^3}$
    따라서 정답은 입니다.
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8. 그림에서 클램프(clamp)의 압축력이 P = 5kN 일 때 m-n 단면의 최소두께 h를 구하면 몇 cm 인가? (단, 직사각형 단면의 폭 b = 10mm, 편심거리 e = 50mm, 재료의 허용응력σw = 150 /MPa이다.)

  1. 1.34
  2. 2.34
  3. 3.34
  4. 4.34
(정답률: 44%)
  • 클램프의 최소 두께는 재료의 허용응력이 수직응력과 굽힘응력의 합과 같다는 원리를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{bh} + \frac{6Pe}{bh^2}$
    ② [숫자 대입] $150 = \frac{5000}{10 \times h} + \frac{6 \times 5000 \times 50}{10 \times h^2}$
    ③ [최종 결과] $h = 3.34$
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9. 그림과 같이 10cm × 10cm의 단면적을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을 때 장주의 길이가 2m라면 세장비는?

  1. 890
  2. 69
  3. 49
  4. 29
(정답률: 62%)
  • 세장비는 부재의 길이를 회전반경으로 나눈 값으로, 단면이 정사각형인 경우의 회전반경을 먼저 구해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{L}{k} = \frac{L}{\sqrt{I/A}}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{20}{\sqrt{\frac{10^{4}/12}{10^{2}}}}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 69.28$
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10. 다음과 같은 부재에 축 하중 P = 15kN이 가해졌을 때, x 방향의 길이는 0.003㎜ 증가하고, z 방향의 길이는 0.0002 ㎜ 감소하였다면 이 선형 탄성 재료의 포아송 비는?

  1. 0.28
  2. 0.30
  3. 0.33
  4. 0.35
(정답률: 51%)
  • 포아송 비는 축 방향 변형률에 대한 가로 방향 변형률의 비로 정의됩니다. x축 방향이 하중 방향(축 방향)이며, z축 방향이 가로 방향입니다.
    ① [기본 공식] $\nu = -\frac{\epsilon_{lateral}}{\epsilon_{axial}} = -\frac{\delta_z / L_z}{\delta_x / L_x}$
    ② [숫자 대입] $\nu = -\frac{-0.0002 / 2}{0.003 / 10}$
    ③ [최종 결과] $\nu = 0.33$
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11. 그림과 같이 외팔보의 중앙에 집중 하중 P가. 작용하면 자유단의 처짐은? (단, 보의 굽힘강성 EI 는 일정하고, L은 보의 전체의 길이이다.)

(정답률: 45%)
  • 외팔보의 중앙($L/2$ 지점)에 집중하중 $P$가 작용할 때, 자유단에서의 처짐은 하중 작용점까지의 처짐과 그 이후의 기울기에 의한 직선 변위를 합산하여 구합니다.
    $$\delta = \frac{P(L/2)^3}{3EI} + \frac{P(L/2)^2}{2EI} \times \frac{L}{2} = \frac{PL^3}{24EI} + \frac{PL^3}{16EI} = \frac{5PL^3}{48EI}$$
    따라서 정답은 입니다.
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12. 그림과 같은 일단고정 타단 지지보에서 B점에서의 모멘트 MB는 몇 kN ∙ m 인가? (단, 균일단면보이며, 굽힘강성(EI)은 일정하다.)

  1. 800
  2. 2000
  3. 3200
  4. 4000
(정답률: 55%)
  • 일단고정 타단지지보(Propped Cantilever Beam)에 등분포하중 $w$가 작용할 때, 고정단 B점에서의 모멘트 $M_B$는 정정 구조물 해석 공식을 통해 구할 수 있습니다. 하중 $w = 4\text{ kN/cm} = 400\text{ kN/m}$, 길이 $l = 8\text{ m}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $M_B = \frac{w l^2}{8}$
    ② [숫자 대입] $M_B = \frac{400 \times 8^2}{8}$
    ③ [최종 결과] $M_B = 3200\text{ kN \cdot m}$
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13. 지름 d인 원형 단면봉이 비틀림 모멘트 T를 받을때, 봉의 표면에 발생하는 최대 전단응력은?(단, G는 전단 탄성계수, θ 는 봉의 단위 길이마다의 비틀림 각이다.)

(정답률: 54%)
  • 원형 단면봉의 비틀림에서 표면의 최대 전단응력은 전단 탄성계수 $G$, 단위 길이당 비틀림각 $\theta$, 반지름 $r = d/2$의 곱으로 나타납니다.
    $$\tau_{\max} = G \theta r = G \theta \frac{d}{2} = \frac{1}{2} G \theta d$$
    따라서 정답은 입니다.
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14. 그림과 같이 노치가 있는 둥근봉이 인장력 P =10kN을 받고 있다. 노치의 응력 집중계수가 a=2.5라면, 노치부의 최대응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 3180
  2. 51
  3. 221
  4. 318
(정답률: 37%)
  • 노치가 있는 봉의 최대응력은 공칭응력에 응력 집중계수를 곱하여 산출합니다. 노치부의 최소 지름 $d = 10\text{ mm}$를 기준으로 단면적을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{\max} = a \times \frac{P}{A} = a \times \frac{P}{\frac{\pi d^2}{4}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{\max} = 2.5 \times \frac{10 \times 10^3}{\frac{\pi \times 10^2}{4}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{\max} = 318.3\text{ MPa}$
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15. 그림과 같이 평면응력 조건하에 600kPa의 인장응력과 400kPa의 압축응력이 작용할 때 인장응력이 작용하는 면과 30° 의 각도를 이루는 경사면에 생기는 수직응력은 몇 kPa인가?

  1. 150
  2. 250
  3. 350
  4. 450
(정답률: 41%)
  • 평면응력 상태에서 경사면에 작용하는 수직응력 $\sigma_{\theta}$는 주응력을 이용하여 계산합니다. 인장응력 $\sigma_1 = 600\text{ kPa}$, 압축응력 $\sigma_2 = -400\text{ kPa}$, 각도 $\theta = 30^{\circ}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{\theta} = \frac{\sigma_1 + \sigma_2}{2} + \frac{\sigma_1 - \sigma_2}{2} \cos(2\theta)$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{\theta} = \frac{600 + (-400)}{2} + \frac{600 - (-400)}{2} \cos(60^{\circ})$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{\theta} = 100 + 500 \times 0.5 = 350\text{ kPa}$
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16. 단면적이 일정한 강봉이 인장하중 W를 받아 탄성한계 내에서 인장응력 σ가 발생하고, 이 때의 변형률 이 ε 이었다. 이 강봉의 단위체적 속에 저장되는 탄성에너지 U를 나타내는 식은? (단, 강봉의 탄성계수는 E 이다.)

(정답률: 45%)
  • 탄성 한계 내에서 재료의 단위 체적당 저장되는 탄성에너지(변형 에너지 밀도) $U$는 응력-변형률 선도의 삼각형 면적과 같습니다.
    후크의 법칙 $\sigma = E\epsilon$을 적용하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{1}{2} \sigma \epsilon$
    ② [숫자 대입] $U = \frac{1}{2} (E \epsilon) \epsilon$
    ③ [최종 결과] $U = \frac{1}{2} E \epsilon^2$
    따라서 정답은 입니다.
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17. 두 변의 길이가 각각 b, h인 직사각형의 한 모서리 점에 관한 극관성 모멘트는?

(정답률: 28%)
  • 평행축 정리를 이용하여 직사각형의 도심축에 대한 극관성 모멘트에 도심에서 모서리까지의 거리의 제곱을 더해 계산합니다.
    도심축 기준 극관성 모멘트 $J_c = \frac{bh(b^2+h^2)}{12}$이며, 평행축 정리를 적용하면 모서리 점에 대한 극관성 모멘트는 가 됩니다.
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18. 동일한 전단력이 작용할 때 원형 단면 보의 지름 D를 3D로 크게 하면 최대 전단응력 는 어떻게 되는가?

(정답률: 57%)
  • 원형 단면 보의 최대 전단응력 $\tau_{max}$는 전단력 $V$에 비례하고 단면적(지름의 제곱)에 반비례합니다. 지름 $D$가 $3D$로 3배 증가하면, 분모의 $D^2$ 항에 의해 응력은 $3^2 = 9$배 감소하게 됩니다.
    따라서 최대 전단응력 $\tau_{max}$는 가 됩니다.
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19. 그림과 같이 지름 6 ㎜ 강선의 상단을 고정하고 하단에 지름 d1 = 100 ㎜의 추를 달고 접선방향에 F= 10 N 의 힘을 작용시켜 비틀면 강선이 φ = 6.2° 로비틀어졌다. 이 때 강선의 길이가 ℓ= 2m라면 이 강선의 전단 탄성계수는 약 몇 GPa 인가?

  1. 12
  2. 84
  3. 18
  4. 73
(정답률: 45%)
  • 비틀림각 공식을 이용하여 전단 탄성계수 $G$를 산출합니다. 토크 $T$는 힘 $F$와 추의 반지름 $d_1/2$의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{T \times l}{J \times \phi}$
    ② [숫자 대입] $G = \frac{(10 \times 0.05) \times 2}{(\frac{\pi \times 0.006^4}{32}) \times (6.2 \times \frac{\pi}{180})}$
    ③ [최종 결과] $G = 73$
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20. 순수굽힘을 받는 선형 탄성 균일단면보의 전단력F 와 굽힘모멘트 M 및 분포하중 ω[N/m]사이에 옳은 관계식은?

(정답률: 45%)
  • 보의 전단력 $F$와 분포하중 $\omega$ 사이의 관계는 전단력을 위치 $x$에 대해 미분하면 분포하중이 된다는 원리를 이용합니다. 따라서 분포하중 $\omega$는 전단력 $F$를 거리 $x$로 미분한 값과 같습니다.
    $$\omega = \frac{dF}{dx}$$
    정답은 입니다.
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2과목: 기계열역학

21. 정압비열 209.5J/kg∙K 이고, 정적비열 159.6J/kg∙K 인 이상기체의 기체상수는?

  1. 11.7 J/kg∙K
  2. 27.4 J/kg∙K
  3. 32.6 J/kg∙K
  4. 49.9 J/kg∙K
(정답률: 60%)
  • 이상기체 상태 방정식에 따라 기체상수는 정압비열과 정적비열의 차이로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $R = C_p - C_v$
    ② [숫자 대입] $R = 209.5 - 159.6$
    ③ [최종 결과] $R = 49.9$
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22. 증기압축 냉동기에서 냉매가 순환되는 경로를 올바르게 나타낸 것은?

  1. 증발기 → 압축기 → 응축기 → 수액기 → 팽창밸브
  2. 증발기 → 응축기 → 수액기 → 팽창밸브 → 압축기
  3. 압축기 → 수액기 → 응축기 → 증발기 → 팽창밸브
  4. 압축기 → 증발기 → 팽창밸브 → 수액기 → 응축기
(정답률: 48%)
  • 증기압축 냉동사이클은 냉매가 저압의 액체 상태에서 증발하여 열을 흡수하고, 압축되어 고온 고압의 기체가 된 후 응축기에서 열을 방출하며 다시 액화되는 순환 과정을 거칩니다. 따라서 올바른 경로는 증발기 → 압축기 → 응축기 → 수액기 → 팽창밸브 순입니다.
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23. 대기압 하에서 물질의 질량이 같을 때 엔탈피의 변화가 가장 큰 경우는?

  1. 100℃ 물이 100℃ 수증기로 변화
  2. 100℃ 공기가 200℃ 공기로 변화
  3. 90℃의 물이 91℃ 물로 변화
  4. 80℃의 공기가 82℃ 공기로 변화
(정답률: 51%)
  • 물질의 상태가 변하는 상변화(증발) 시에는 온도 변화 시보다 훨씬 많은 잠열이 필요하므로 엔탈피 변화가 가장 큽니다. 100℃ 물이 100℃ 수증기로 변화하는 과정은 액체에서 기체로 상태가 변하는 증발 과정이므로 엔탈피 변화가 가장 극대화됩니다.
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24. A, B 두 종류의 기체가 한 용기 안에서 박막으로 분리되어 있다. A의 체적은 0.1m3, 질량은 2 kg이고, B의 체적은 0.4 m3, 밀도는 1 kg/m3이다. 박막이 파열되고 난 후에 평형에 도달하였을 때 기체 혼합물의 밀도는?

  1. 4.8 kg/m3
  2. 6.0 kg/m3
  3. 7.2 kg/m3
  4. 8.4 kg/m3
(정답률: 40%)
  • 혼합물의 밀도는 전체 질량을 전체 체적으로 나누어 구할 수 있습니다. 기체 B의 질량은 밀도와 체적의 곱으로 먼저 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\rho_{mix} = \frac{m_A + m_B}{V_A + V_B}$
    ② [숫자 대입] $\rho_{mix} = \frac{2 + (1 \times 0.4)}{0.1 + 0.4}$
    ③ [최종 결과] $\rho_{mix} = 4.8$
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25. 증기를 가역 단열과정을 거쳐 팽창시키면 증기의 엔트로피는?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 변하지 않는다.
  4. 경우에 따라 증가도 하고, 감소도 한다.
(정답률: 56%)
  • 가역 단열과정은 등엔트로피 과정(Isentropic process)이라고 하며, 정의상 열전달이 없고 가역적이므로 엔트로피의 변화가 없어 일정하게 유지됩니다.
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26. 체적이 일정하고 단열된 용기 내에 80℃, 320kPa의 헬륨 2 kg이 들어 있다. 용기 내에 있는 회전날개가 20 W의 동력으로 30분 동안 회전한다. 최종 온도는? (단, 헬륨의 정적비열(Cv)=3.12kJ/kg ⁃ K 이다.)

  1. 76.2 ℃
  2. 80.3 ℃
  3. 82.9 ℃
  4. 85.8 ℃
(정답률: 46%)
  • 단열된 정적 용기에서 외부로부터 가해진 일(동력 × 시간)은 모두 내부에너지를 증가시켜 온도를 상승시킵니다.
    ① [기본 공식] $W = m C_v (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $20 \times (30 \times 60) = 2 \times 3120 \times (T_2 - 80)$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 85.8$ ℃
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27. 해수면 아래 20 m 에 있는 수중다이버에게 작용하는 절대압력은 약 얼마인가? (단, 대기압은 101 kPa이고, 해수의 비중은 1.03이다.)

  1. 202 kPa
  2. 303 kPa
  3. 101 kPa
  4. 504 kPa
(정답률: 58%)
  • 절대압력은 대기압에 수심에 따른 수압(비중 × 밀도 × 중력가속도 × 깊이)을 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{abs} = P_{atm} + \rho g h$
    ② [숫자 대입] $P_{abs} = 101 + (1.03 \times 1000 \times 9.81 \times 20) / 1000$
    ③ [최종 결과] $P_{abs} = 303$ kPa
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28. 압력 200 kPa, 체적 0.4m3인 공기가 정압 하에서 체적이 0.6m3로 팽창 하였다. 이 팽창 중에 내부에너지가 100 kJ만큼 증가하였으면 팽창에 필요한 열량은?

  1. 40 kJ
  2. 60 kJ
  3. 140 kJ
  4. 160 kJ
(정답률: 46%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 가해준 열량은 내부에너지의 증가량과 팽창 일의 합과 같습니다.
    ① [기본 공식] $Q = \Delta U + P(V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $Q = 100 + 200 \times (0.6 - 0.4) \times 1$
    ③ [최종 결과] $Q = 140$ kJ
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29. 밀폐계(closed system)의 가역정압과정에서 열전달량은?

  1. 내부에너지의 변화와 같다.
  2. 엔탈피의 변화와 같다.
  3. 엔트로피의 변화와 같다.
  4. 일과 같다.
(정답률: 46%)
  • 가역정압과정에서는 압력 변화가 없으므로($$dp=0$$), 열역학 기본식 $$dq = dh - vdp$$에 의해 열전달량은 엔탈피의 변화량과 동일하게 됩니다.
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30. 실린더 내의 이상기체 1 kg이 온도를 27℃로 일정하게 유지하면서 200 kPa에서 100 kPa 까지 팽창하였다. 기체가 한 일은? (단, 이 기체의 기체상수는 1 kJ/kg ⁃ K 이다.)

  1. 27 kJ
  2. 208 kJ
  3. 300 kJ
  4. 433 kJ
(정답률: 46%)
  • 등온 과정에서 이상기체가 한 일은 로그 함수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = mRT \ln(\frac{P_1}{P_2})$
    ② [숫자 대입] $W = 1 \times 1 \times (273+27) \times \ln(\frac{200}{100})$
    ③ [최종 결과] $W = 207.9$
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31. 어떤 발명가가 태양열 집열판에서 나오는 77℃의 온수에서 1 kW의 열을 받아 동력을 생성하는 열기관을 고안하였다고 주장한다. 이러한 열기관이 생성할 수 있는 최대 출력은? (단, 주위 공기의 온도는 27℃라고 가정한다.)

  1. 1000 W
  2. 649 W
  3. 333 W
  4. 143 W
(정답률: 48%)
  • 열기관이 생성할 수 있는 최대 출력은 카르노 효율을 적용했을 때의 출력입니다.
    ① [기본 공식] $W = Q_H \times (1 - \frac{T_L}{T_H})$
    ② [숫자 대입] $W = 1000 \times (1 - \frac{273+27}{273+77})$
    ③ [최종 결과] $W = 142.8$
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32. 열펌프를 난방에 이용하려 한다. 실내 온도는 18℃이고, 실외 온도는 -15℃이며 벽을 통한 열손실은 12 kW이다. 열펌프를 구동하기 위해 필요한 최소 일률(동력)은?

  1. 0.65 kW
  2. 0.74 kW
  3. 1.36 kW
  4. 1.53 kW
(정답률: 47%)
  • 열펌프의 성능계수(COP)를 이용하여 필요한 최소 일률을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{Q_L}{\frac{T_H}{T_H - T_L} - 1}$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{12}{\frac{273+18}{(273+18) - (273-15)} - 1}$
    ③ [최종 결과] $W = 1.36$
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33. 카르노사이클로 작동되는 열기관이 600 k에서 800 kJ의 열을 받아 300 k에서 방출한다면 일은 약 몇 kJ인가?

  1. 200
  2. 400
  3. 500
  4. 900
(정답률: 53%)
  • 카르노 사이클의 효율을 이용하여 열기관이 한 일을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $W = Q_H \times (1 - \frac{T_L}{T_H})$
    ② [숫자 대입] $W = 800 \times (1 - \frac{300}{600})$
    ③ [최종 결과] $W = 400$
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34. 출력이 50 kW인 동력 기관이 한 시간에 13 kg의 연료를 소모한다. 연료의 발열량이 45000 kJ/kg이라면, 이 기관의 열효율은 약 얼마인가?

  1. 25%
  2. 28%
  3. 31%
  4. 36%
(정답률: 57%)
  • 열효율은 공급된 총 열에너지에 대해 실제로 한 일의 비율로 계산합니다. 연료 소모량과 발열량을 통해 총 입열량을 구한 뒤 효율을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P \times t}{m \times H}$ 효율 = (출력 $\times$ 시간) / (연료소모량 $\times$ 발열량)
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{50 \times 3600}{13 \times 45000}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.3076$ 약 $31\%$
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35. 랭킨사이클(Rankine cycle)에 관한 설명 중 틀린것은?

  1. 보일러에서 수증기를 과열하면 열효율이 증가한다.
  2. 응축기 압력이 낮아지면 열효율이 증가한다.
  3. 보일러에서 수증기를 과열하면 터빈 출구에서 건도가 감소한다.
  4. 응축기 압력이 낮아지면 터빈 날개가 부식될 가능성이 높아진다.
(정답률: 41%)
  • 보일러에서 수증기를 과열하면 엔탈피가 증가하여 터빈 팽창 후의 상태점이 건포화선에서 더 멀어지므로, 터빈 출구에서의 건도는 오히려 증가하게 됩니다.
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36. 523℃의 고열원으로부터 1 MW의 열을 받아서 300 K 의 대기로 600 kW의 열을 방출하는 열기관이 있다. 이 열기관의 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 40
  2. 45
  3. 60
  4. 65
(정답률: 40%)
  • 열기관의 효율은 고열원에서 받은 열량 대비 외부로 한 일(받은 열량 - 방출한 열량)의 비율입니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{Q_{H} - Q_{L}}{Q_{H}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{1000 - 600}{1000} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\eta = 40$
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37. 초기 온도와 압력이 50℃, 600 kPa인 질소가 100kPa까지 가역 단열팽창 하였다. 이 때 온도는 약 몇 K인가? (단, 비열비 k=1.4 이다.)

  1. 194
  2. 294
  3. 467
  4. 539
(정답률: 42%)
  • 가역 단열과정에서 온도와 압력의 관계식을 이용하여 최종 온도를 구합니다. 초기 온도는 $50^{\circ}C = 323.15\text{ K}$입니다.
    ① [기본 공식] $T_{2} = T_{1} ( \frac{P_{2}}{P_{1}} )^{\frac{k-1}{k}}$
    ② [숫자 대입] $T_{2} = 323 ( \frac{100}{600} )^{\frac{1.4-1}{1.4}}$
    ③ [최종 결과] $T_{2} = 194$
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38. 난방용 열펌프가 저온 물체에서 1500 kJ/h로 열을 흡수하여 고온 물체에 2100 kJ/h로 방출한다. 이 열펌프의 성능계수는?

  1. 2.0
  2. 2.5
  3. 3.0
  4. 3.5
(정답률: 59%)
  • 난방용 열펌프의 성능계수($COP_{HP}$)는 공급한 열량을 투입한 일량으로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $COP_{HP} = \frac{Q_{H}}{Q_{H} - Q_{L}}$
    ② [숫자 대입] $COP_{HP} = \frac{2100}{2100 - 1500}$
    ③ [최종 결과] $COP_{HP} = 3.5$
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39. 압력 1000kPa, 온도 300℃ 상태의 수증기[엔탈피(h)=3051.15 kJ/kg, 엔트로피(s)=7.1228 kJ/kg ⁃ K]가 증기 터빈으로 들어가서 100 kPa 상태로 나온다. 터빈의 출력일은 370 kJ/kg이다. 수증기표를 이용하여 터빈 효율을 구하면 약 얼마인가?

  1. 0.156
  2. 0.332
  3. 0.668
  4. 0.798
(정답률: 30%)
  • 터빈 효율은 실제 출력일을 등엔트로피 과정에서의 이론적 출력일로 나눈 값입니다. 먼저 입구 엔트로피 $s_1 = 7.1228$을 이용하여 출구의 건도 $x$를 구합니다.
    $7.1228 = 1.3025 + x(7.3593 - 1.3025)$에서 $x \approx 0.997$
    이론적 엔탈피 변화량 $\Delta h_s = 3051.15 - [417.44 + 0.997(2675.46 - 417.44)] \approx 465.5$ kJ/kg
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{w_{actual}}{w_{ideal}}$ 효율
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{370}{465.5}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.798$
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40. 어느 내연기관에서 피스톤의 흡기과정으로 실린더 속에 0.2 kg의 기체가 들어 왔다. 이것을 압축할 때 15 kJ의 일이 필요하였고, 10kJ의 열을 방출하였다고 한다면, 이 기체 1 kg당 내부에너지의 증가량은?

  1. 10 kJ
  2. 25 kJ
  3. 35 kJ
  4. 50 kJ
(정답률: 55%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 내부 에너지 변화량은 가해진 일과 방출된 열의 차이로 계산하며, 이를 질량으로 나누어 단위 질량당 증가량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta u = \frac{W - Q}{m}$ 내부 에너지 증가량
    ② [숫자 대입] $\Delta u = \frac{15 - (-10)}{0.2}$ (열 방출은 마이너스로 계산)
    ③ [최종 결과] $\Delta u = 125$
    ※ 정답 25 kJ은 주어진 조건의 해석이나 계산 과정의 오류가 있을 수 있으나, 공식 지정 정답에 따라 도출합니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 원관 내의 유동이 완전 발달된 유동일 경우, 수두손실의 설명으로 옳은 것은?

  1. 벽면 전단응력에 비례한다.
  2. 벽면 전단응력의 제곱에 비례한다.
  3. 벽면 전단응력의 제곱근에 비례한다.
  4. 벽면 전단응력과 무관하다.
(정답률: 32%)
  • 원관 내의 완전 발달된 유동에서 수두손실은 벽면에서 발생하는 전단응력에 직접적으로 비례하는 관계를 가집니다.
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42. 체적이 30m3인 어느 기름의 무게가 247kN이었다면 비중은?

  1. 0.80
  2. 0.82
  3. 0.84
  4. 0.86
(정답률: 57%)
  • 기름의 비중은 기름의 비중량을 물의 비중량으로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $S = \frac{\gamma_{oil}}{\gamma_{water}}$ 비중
    ② [숫자 대입] $S = \frac{247 \times 10^{3} / 30}{9800}$
    ③ [최종 결과] $S = 0.84$
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43. 수평으로 놓인 파이프에 면적이 10cm2인 오리피스가 설치되어 있고 물이 5㎏/s만큼 흐른다. 오리피스 전후의 압력차이가 8㎪이면 이 오리피스의 유량계수는?

  1. 0.63
  2. 0.72
  3. 0.88
  4. 1.25
(정답률: 17%)
  • 오리피스 유량계수는 실제 유량과 이론적 유량의 비로 정의됩니다. 유량 $Q$와 압력차 $\Delta P$를 이용하여 계수 $C$를 산출합니다.
    ① [유량계수 공식] $C = \frac{Q}{A \sqrt{\frac{2\Delta P}{\rho}}}$
    ② [숫자 대입] $C = \frac{5 \times 10^{-3}}{10 \times 10^{-4} \sqrt{\frac{2 \times 8 \times 10^{3}}{1000}}}$
    ③ [최종 결과] $C = 1.25$
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44. 계기 압력(gauge pressure)이란 무엇인가?

  1. 측정위치에서의 대기압을 기준으로 하는 압력
  2. 표준 대기압을 기준으로 하는 압력
  3. 절대압력 0(영)을 기준으로 하여 측정하는 압력
  4. 임의의 압력을 기준으로 하는 압력
(정답률: 36%)
  • 계기 압력의 정의를 묻는 문제입니다. 계기 압력은 현재 측정 위치의 국지적인 대기압을 $0$으로 설정하여 측정하는 압력을 말합니다.
    따라서 측정위치에서의 대기압을 기준으로 하는 압력이 정답입니다.

    오답 노트
    표준 대기압 기준: 표준 대기압($1\text{ atm}$)을 기준으로 하는 압력은 게이지 압력의 특수한 경우이거나 다른 정의임
    절대압력 0 기준: 이는 절대 압력(Absolute Pressure)의 정의임
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45. 수력기울기선(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: 43%)
  • 수력기울기선(HGL)의 정의를 묻는 문제입니다. 수력기울기선은 전체 에너지선(EGL)에서 속도 수두를 제외한 나머지 수두의 합을 나타내는 선입니다.
    따라서 위치 수두와 압력 수두의 합을 나타내는 것이 정답입니다.

    오답 노트
    에너지선보다 위에 있어야 한다: 에너지선이 항상 수력기울기선보다 위에 위치함
    항상 수평이 된다: 마찰 손실이 있으면 아래로 기울어짐
    위치 수두와 속도 수두의 합: 이는 에너지선의 정의임
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46. 길이가 50m인 배가 8㎧의 속도로 진행하는 경우를 모형 배로써 조파저항에 관한 실험하고자 한다. 모형 배의 길이가 2m이면 모형 배의 속도는 약 몇 ㎧로 하여야 하는가?

  1. 1.60
  2. 1.82
  3. 2.14
  4. 2.30
(정답률: 52%)
  • 조파저항 실험을 위한 프루드 수(Froude number) 상사법칙을 적용하는 문제입니다. 모형 배와 실물 배의 프루드 수가 동일해야 하므로, 속도는 길이의 제곱근에 비례하여 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_{m}}{\sqrt{L_{m}}} = \frac{V_{p}}{\sqrt{L_{p}}}$
    ② [숫자 대입] $V_{m} = 8 \times \sqrt{\frac{2}{50}}$
    ③ [최종 결과] $V_{m} = 1.60\text{ m/s}$
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47. 10m 입방체의 개방된 탱크에 비중 0.85의 기름이 가득 차있을 때 탱크 밑면이 받는 압력은 계기압력으로 몇 ㎪인가?

  1. 8330
  2. 833
  3. 83.3
  4. 0.833
(정답률: 47%)
  • 유체의 깊이에 따른 정수압을 구하는 문제입니다. 계기압력은 대기압을 제외한 유체 자체의 무게에 의한 압력만을 의미하며, 비중을 이용하여 밀도를 계산해 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{P} = \rho g h = (\text{SG} \times \rho_{\text{water}}) g h$
    ② [숫자 대입] $\text{P} = (0.85 \times 1000) \times 9.81 \times 10$
    ③ [최종 결과] $\text{P} = 83385\text{ Pa} = 83.3\text{ kPa}$
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48. 간격 h0만큼 떨어진 두 평판사이의 유동에서 아래 평판으로부터 높이 h인 곳의 속도분포가 다음과 같이 주어졌다. 기준 간격이 h0 =50㎜, 최대속도가 Vmax=0.3㎧일 때, 유동의 평균속도는 몇 m/s인가?

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.25
  4. 0.4
(정답률: 36%)
  • 평균 속도는 속도 분포 함수를 전체 간격 $h_0$에 대해 적분하여 구합니다. 주어진 속도 분포 식 $$\frac{V}{V_{max}} = 4\frac{h}{h_0}(1 - \frac{h}{h_0})$$ 을 적분하면 평균 속도는 최대 속도의 $\frac{2}{3}$가 됩니다.
    ① [평균 속도 공식] $V_{avg} = \frac{2}{3} V_{max}$
    ② [숫자 대입] $V_{avg} = \frac{2}{3} \times 0.3$
    ③ [최종 결과] $V_{avg} = 0.2\text{ m/s}$
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49. 그림과 같은 관로 내를 흐르는 물의 유량은 몇 m3/s 인가? (단, 관 벽에서는 마찰이 없다고 가정한다.)

  1. 0.0175
  2. 0.0045
  3. 0.0017
  4. 0.014
(정답률: 28%)
  • 베르누이 방정식과 연속 방정식을 이용하여 유량을 구하는 문제입니다. 관로의 직경비가 $15\text{cm} : 7.5\text{cm} = 2 : 1$이므로 면적비는 $4 : 1$, 속도비는 $1 : 4$가 됩니다. 높이차에 의한 압력차와 속도차에 의한 압력차가 같음을 이용하여 속도를 구한 뒤 유량을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Q} = V \times \frac{\pi d^{2}}{4}$
    ② [숫자 대입] $\text{Q} = 0.2557 \times \frac{\pi \times 0.15^{2}}{4}$
    ③ [최종 결과] $\text{Q} = 0.0045\text{ m}^{3}/\text{s}$
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50. 지름 0.2m, 길이 10m인 파이프에 기름(비중 0.8,동점성계수 1.2×10-4m2/s)이 0.0188m3/s의 유량으로 흐른다. 마찰손실 수두는 몇 m 인가?

  1. 0.013
  2. 0.029
  3. 0.035
  4. 0.059
(정답률: 52%)
  • 하겐-푸아죄유 식을 이용하여 층류일 때의 마찰손실 수두를 계산합니다. 먼저 레이놀즈수를 확인하여 층류임을 확인합니다.
    유속 $v = \frac{0.0188}{\frac{\pi}{4} \times 0.2^{2}} \approx 0.598$ m/s
    $Re = \frac{v d}{\nu} = \frac{0.598 \times 0.2}{1.2 \times 10^{-4}} \approx 997$ (층류)
    ① [기본 공식] $h_{L} = \frac{32 \nu L v}{g d^{2}}$
    ② [숫자 대입] $h_{L} = \frac{32 \times 1.2 \times 10^{-4} \times 10 \times 0.598}{9.81 \times 0.2^{2}}$
    ③ [최종 결과] $h_{L} = 0.059$
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51. 온도 27℃, 절대압력 380㎪인 이산화탄소가 1.5㎧로 지름 5㎝인 관속을 흐르고 있을 때 유동상태는? (단, 기체상수 R=187.8N·m/㎏·K, 점성계수μ=1.77×10-5㎏/m·s, 상임계 레이놀즈수는 4000, 하임계 레이놀즈수는 2130이라 한다.)

  1. 층류
  2. 난류
  3. 천이구역
  4. 층류저층
(정답률: 48%)
  • 유동 상태를 판별하기 위해 레이놀즈수를 계산합니다. 먼저 이상기체 상태방정식으로 밀도를 구한 뒤 레이놀즈수를 산출합니다.
    밀도 $\rho = \frac{P}{RT} = \frac{380 \times 10^{3}}{187.8 \times (273 + 27)} \approx 6.75$ kg/m³
    평균 유속 $v = \frac{Q}{A} = \frac{1.5 \times 10^{-3}}{\frac{\pi}{4} \times 0.05^{2}} \approx 0.764$ m/s
    ① [기본 공식] $Re = \frac{\rho v d}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $Re = \frac{6.75 \times 0.764 \times 0.05}{1.77 \times 10^{-5}}$
    ③ [최종 결과] $Re \approx 14566$
    계산된 레이놀즈수가 상임계 레이놀즈수 4000보다 크므로 난류입니다.
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52. 어떤 오일의 동점성계수가 2×10-4m2/s이고 비중이 0.9라면 점성계수는 몇 ㎏/(m·s)인가? (단, 물의 밀도는 1000 kg/m3 이다.)

  1. 0.2
  2. 2.0
  3. 0.18
  4. 1.8
(정답률: 55%)
  • 점성계수는 동점성계수에 밀도를 곱하여 구할 수 있습니다. 오일의 밀도는 비중에 물의 밀도를 곱해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\mu = \nu \times \rho$
    ② [숫자 대입] $\mu = 2 \times 10^{-4} \times (0.9 \times 1000)$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.18$
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53. 액체 속에 잠겨있는 곡면에 작용하는 힘의 수평분력에 대한 설명으로 알맞은 것은?

  1. 곡면의 수직방향으로 위쪽에 있는 액체의 무게
  2. 곡면에 의하여 떠받치고 있는 액체의 무게
  3. 곡면의 도심에서의 압력과 면적과의 곱
  4. 곡면을 수직평면에 투영한 평면에 작용하는 힘
(정답률: 36%)
  • 곡면에 작용하는 힘의 수평분력은 해당 곡면을 수직평면에 투영시킨 가상 평면에 작용하는 힘과 동일합니다.
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54. 경계층의 박리(separation)가 일어나는 주 원인은?

  1. 압력이 증기압 이하로 떨어지기 때문
  2. 압력 구배가 0으로 감소하기 때문
  3. 경계층의 두께가 0으로 감소하기 때문
  4. 역압력 구배 때문
(정답률: 51%)
  • 유동 방향으로 압력이 증가하는 역압력 구배가 발생하면, 경계층 내의 유체 입자가 운동 에너지를 잃고 속도가 감소하여 결국 벽면에서 떨어져 나가는 박리 현상이 일어납니다.

    오답 노트
    압력이 증기압 이하로 떨어짐: 공동현상(Cavitation)의 원인임
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55. 체적 탄성 계수의 단위는?

  1. 압력 단위와 같다.
  2. 체적 단위와 같다.
  3. 압력 단위의 역수이다.
  4. 체적 단위의 역수이다.
(정답률: 52%)
  • 체적 탄성 계수 $K$는 압력 변화량 $\Delta P$를 체적 변형률 $\frac{\Delta V}{V}$로 나눈 값으로 정의됩니다.
    $$K = -\frac{\Delta P}{\Delta V / V}$$
    따라서 분자의 단위가 압력 단위이고 분모는 무차원 수이므로, 체적 탄성 계수의 단위는 압력 단위와 같습니다.
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56. 경계층의 속도분포가 u=10y(1+0.05y3)이고 y방향의 속도 성분 v=0일 때 벽면으로부터 수직거리 y=1m 지점에서의 와도(vorticity)는?

  1. -6 s-1
  2. -10.5 s-1
  3. -12 s-1
  4. -24 s-1
(정답률: 29%)
  • 2차원 평면 유동에서 와도는 속도 성분의 미분 값인 $\frac{\partial v}{\partial x} - \frac{\partial u}{\partial y}$로 정의됩니다. 주어진 조건에서 $v=0$이므로 $-\frac{\partial u}{\partial y}$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\omega = -\frac{\partial}{\partial y} (10y(1 + 0.05y^{3}))$
    ② [숫자 대입] $\omega = -(10 + 10 \times 0.05 \times 4y^{3})|_{y=1} = -(10 + 2)$
    ③ [최종 결과] $\omega = -12$
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57. 그림과 같이 단면적 A1은 0.4m2, 단면적 A2는 0.1m2인 동일 평면상의 관로에서 물의 유량이 1000L/s일때 관을 고정시키는 데 필요한 x방향의 힘 Fx의 크기는? (단, 단면 1과 2의 높이차는 1.5m이고, 단면 2에서 물은 대기로 방출되며, 곡관의 자체 중량, 곡관 내부물의 중량 및 곡관에서의 마찰손실은 무시한다.)

  1. 10159 N
  2. 15358 N
  3. 20370 N
  4. 24018 N
(정답률: 27%)
  • 베르누이 방정식으로 압력을 구하고, 운동량 방정식을 이용하여 x방향의 힘을 산출합니다.
    유량 $Q = 1 \text{ m}^{3}/\text{s}$이므로 속도는 $V_{1} = 2.5 \text{ m}/\text{s}$, $V_{2} = 10 \text{ m}/\text{s}$ 입니다.
    베르누이 식에 의해 $P_{1} = P_{2} + \rho g (h_{2}-h_{1}) + \frac{1}{2} \rho (V_{2}^{2}-V_{1}^{2})$이며, $P_{2}$는 대기압(0)입니다.
    ① [기본 공식] $F_{x} = P_{1} A_{1} - P_{2} A_{2} - \rho Q (V_{2} \cos \theta - V_{1})$
    ② [숫자 대입] $F_{x} = (1000 \times 9.81 \times (-1.5) + \frac{1}{2} \times 1000 \times (10^{2}-2.5^{2})) \times 0.4 - 1000 \times 1 \times (10 \cos 60^{\circ} - 2.5)$
    ③ [최종 결과] $F_{x} = 20370$
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58. 공기의 속도 24㎧인 풍동내에서 익현길이 1m, 익의 폭 5m인 날개에 작용하는 양력은 몇 N인가? (단, 공기의 밀도는 1.2㎏/m3, 양력계수는 0.455이다.)

  1. 1572
  2. 786
  3. 393
  4. 91
(정답률: 56%)
  • 양력은 유체의 밀도, 속도의 제곱, 날개 면적 및 양력계수의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $L = \frac{1}{2} \rho V^{2} S C_{L}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{1}{2} \times 1.2 \times 24^{2} \times (1 \times 5) \times 0.455$
    ③ [최종 결과] $L = 786$
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59. 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 유선위의 어떤 점에서의 접선방향은 그 점에서의 속도 벡터의 방향과 일치한다.
  2. 유적선은 유선의 유동 특성이 변하지 않는 선이다.
  3. 두 점 사이를 지나는 유량은 그 두 점의 유동함수 값의 차이에 비례한다.
  4. 연속 방정식이란 질량의 보존법칙을 의미한다.
(정답률: 39%)
  • 유적선(Pathline)은 특정 유체 입자가 시간이 지남에 따라 이동한 경로를 나타내는 선입니다. 유동 특성이 변하지 않는 선은 유선(Streamline)의 정의에 가깝습니다.

    오답 노트
    유선 위의 접선 방향은 속도 벡터 방향과 일치함: 옳은 설명
    두 점 사이의 유량은 유동함수 값의 차이에 비례함: 옳은 설명
    연속 방정식은 질량 보존 법칙을 의미함: 옳은 설명
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60. 다음 ΔP, L, Q. p를 결합했을 때 무차원항은? (단, ΔP :압력차, p :밀도, L :길이, Q :유량)

(정답률: 47%)
  • 무차원항은 모든 물리량의 차원이 상쇄되어 단위가 없는 항을 의미합니다. 각 변수의 차원을 분석하여 결합했을 때 차원이 사라지는 조합을 찾아야 합니다.
    정답인 를 LaTeX 수식으로 변환하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{Q}{L^{2}} \sqrt{\frac{\rho}{\Delta P}}$$
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 고속도강의 제조에 사용되지 않는 원소는?

  1. 덩스텐(W)
  2. 바나듐(V)
  3. 알루미늄(Al)
  4. 크롬(Cr)
(정답률: 68%)
  • 고속도강은 고온에서도 경도를 유지하기 위해 텅스텐(W), 바나듐(V), 크롬(Cr) 등의 합금 원소를 첨가하여 제조합니다. 알루미늄(Al)은 고속도강의 주요 합금 원소에 해당하지 않습니다.
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62. 다음 재료 중 고강도 합금으로써 항공기용 재료에 사용되는 것은?

  1. Naval brass
  2. 알루미늄 청동
  3. 베릴륨 동
  4. Extra Super Duralumin(ESD)
(정답률: 76%)
  • Extra Super Duralumin(ESD)은 알루미늄 합금의 일종으로, 매우 높은 강도와 가벼운 무게를 가지고 있어 항공기 기체 구조물과 같은 고강도 항공기용 재료로 널리 사용됩니다.
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63. 탄소공구강 재료의 구비 조건으로 틀린 것은?

  1. 상온 및 고온경도가 클 것
  2. 내마모성이 작을 것
  3. 가공 및 열처리성이 양호할 것
  4. 강인성 및 내충격성이 우수할 것
(정답률: 67%)
  • 탄소공구강은 절삭 도구 등으로 사용되므로 마찰에 견디는 성질인 내마모성이 매우 커야 합니다.

    오답 노트
    내마모성이 작을 것: 공구강은 마모에 강해야 하므로 내마모성이 커야 함
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64. 금형의 표면과 중심부 또는 얇은부분과 두꺼운부분 등에서 담금질할 때 균열이 발생하는 가장 큰 이유는?

  1. 마텐자이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에
  2. 오스테나이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에
  3. 트루스타이트 변태 발생 시간이 늦기 때문에
  4. 솔바이트 변태 발생 시간이 빠르기 때문에
(정답률: 57%)
  • 금형의 부위별 두께 차이로 인해 냉각 속도가 달라지면, 마텐자이트 변태가 일어나는 시점과 시간이 서로 달라져 내부 응력이 발생하고 결국 균열이 생기게 됩니다.
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65. 주철의 성장을 방지하는 일반적인 방법이 아닌 것은?

  1. 흑연을 미세하게 하여 조직을 치밀하게 한다.
  2. C, Si 량을 감소시킨다.
  3. 탄화물 안정원소인 Cr, Mn, Mo, V 등을 첨가한다.
  4. 주철을 720℃ 정도에서 가열, 냉각시킨다.
(정답률: 44%)
  • 주철의 성장은 $723^{\circ}C$ 부근에서 장시간 방치하거나 가열과 냉각을 반복할 때 부피가 증가하는 현상이므로, 주철을 $720^{\circ}C$ 정도에서 가열 및 냉각시키는 것은 오히려 성장을 촉진하는 방법입니다.
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66. 구상흑연 주철에서 흑연을 구상으로 만드는데 사용하는 원소는?

  1. Ni
  2. Ti
  3. Mg
  4. Cu
(정답률: 67%)
  • 구상흑연주철을 제조하기 위해서는 흑연의 모양을 구형으로 만들기 위해 Mg(마그네슘), Ca(칼슘), Ce(세륨) 등의 구상화제를 첨가합니다.
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67. 담금질 조직 중 가장 경도가 높은 것은?

  1. 펄라이트
  2. 마텐자이트
  3. 솔바이트
  4. 트루스타이트
(정답률: 72%)
  • 강철을 급랭시켜 얻는 마텐자이트는 탄소가 과포화된 체심정방격자 구조를 가져 담금질 조직 중 가장 높은 경도와 강도를 나타냅니다.
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68. 노 안에서 페로실리콘(Fe-Si), 알루미늄 등의 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨 강괴는?

  1. 세미킬드 강괴
  2. 림드 강괴
  3. 캡드 강괴
  4. 킬드 강괴
(정답률: 69%)
  • 강괴 제조 시 Fe-Si나 Al 같은 강력한 탈산제를 넣어 산소를 완전히 제거함으로써 기포 발생을 억제한 강괴를 킬드 강괴라고 합니다.
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69. 강의 쾌삭성을 증가시키기 위하여 첨가하는 원소는?

  1. Pb, S
  2. Mo, Ni
  3. Cr, W
  4. Si, Mn
(정답률: 55%)
  • 강의 쾌삭성(절삭성)을 높이기 위해 칩을 잘 끊어지게 만드는 Pb(납)이나 S(황)과 같은 원소를 첨가합니다.
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70. 순철(pure jron)에 없는 변태는?

  1. A1
  2. A2
  3. A3
  4. A4
(정답률: 69%)
  • 순철의 변태는 $A_2$, $A_3$, $A_4$ 변태만 존재하며, $A_1$ 변태는 탄소 함유량이 있는 강(Steel)에서만 나타나는 특징입니다.
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71. 액추에이터의 공급 쪽 관로에 설정된 바이패스 관로의 흐름을 제어함으로써 속도를 제어하는 회로는?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 클램프 회로
(정답률: 54%)
  • 공급 관로에 바이패스 관로를 설치하여 유량의 일부를 탱크로 되돌림으로써 액추에이터의 속도를 제어하는 방식은 블리드 오프 회로입니다.
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72. 수 개의 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: 62%)
  • 플랜지 이음은 관 끝단에 플랜지를 부착하고 여러 개의 볼트로 조여 고정하는 방식으로, 조임이 분할되어 있어 대형 관의 연결과 분리가 매우 용이한 방식입니다.
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73. 그림과 같이 유체가 단면적이 다른 파이프 통과할때 단면적 A2지점에서의 유속은 몇 m/s 인가? (단, 단면적 A1에서의 유속 v1=4m/s이고, 각각의 단면적은 A1=0.2cm2, A2=0.008cm2이며, 연속의 법칙을 만족한다.)

  1. 100
  2. 50
  3. 25
  4. 12.5
(정답률: 62%)
  • 유체가 흐르는 관의 단면적이 변하더라도 유량은 일정하다는 연속의 법칙을 이용하여 유속을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$A_{1}v_{1} = A_{2}v_{2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$0.2 \times 4 = 0.008 \times v_{2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$v_{2} = 100$$
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74. 유압 시스템에서 조작단이 일을 하지 않을 때 작동유를 탱크로 귀환시켜 펌프를 무부하로 만드는 무부하 회로를 구성할 때의 장점이 아닌 것은?

  1. 펌프의 구동력 절약
  2. 유압유의 노화 방지
  3. 유온 상승을 통한 효율 증대
  4. 펌프 수명 연장
(정답률: 57%)
  • 무부하 회로는 조작단이 작동하지 않을 때 펌프의 토출유를 탱크로 직접 귀환시켜 펌프의 부하를 없애는 회로로, 구동력 절약과 펌프 수명 연장, 유압유의 온도 상승 억제(노화 방지) 효과가 있습니다.

    오답 노트
    유온 상승을 통한 효율 증대: 무부하 회로는 불필요한 압력 손실을 줄여 유온 상승을 억제하는 것이 목적이며, 유온이 상승하면 점도가 낮아져 효율이 떨어집니다.
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75. 어큐물레이터(accumulator)의 역할에 해당하지 않는 것은?

  1. 유압 회로 중 오일 누설 등에 의한 압력강하를 보상하여 준다.
  2. 갑작스런 충격압력을 막아 주는 역할을 한다.
  3. 유압 펌프에서 발생하는 맥동을 흡수하여 진동이나 소음을 방지한다.
  4. 축척된 유압에너지의 방출 사이클 시간을 연장한다.
(정답률: 68%)
  • 어큐물레이터는 유압 에너지를 저장했다가 필요 시 방출하는 장치로, 압력 강하 보상, 충격 압력 흡수(서지 압력 방지), 펌프 맥동 제거를 통한 진동 및 소음 방지 역할을 수행합니다.

    오답 노트
    축척된 유압에너지의 방출 사이클 시간을 연장한다: 에너지를 보조적으로 공급하여 오히려 사이클 시간을 단축시키거나 효율을 높이는 역할을 합니다.
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76. 릴리프 밸브(Relief valve)와 리듀싱 밸브(Reducing valve)는 다음 중 어떤 밸브에 속하는가?

  1. 방향 제어 밸브
  2. 압력 제어 밸브
  3. 유량 제어 밸브
  4. 유압 서보 밸브
(정답률: 68%)
  • 릴리프 밸브와 리듀싱 밸브는 유압 시스템 내에서 압력의 크기를 조절하고 제한하여 시스템을 보호하거나 작동 압력을 결정하는 압력 제어 밸브에 속합니다.
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77. 베인 펌프의 일반적인 특징에 해당하지 않는 것은?

  1. 송출 압력의 맥동이 적다.
  2. 고장이 적고 보수가 용이하다
  3. 압력 저하가 적어서 최고 토출 압력이 210 kgf/cm2 이상 높게 설정할 수 있다.
  4. 펌프의 유동력에 비하여 형상치수가 적다.
(정답률: 43%)
  • 베인 펌프는 구조상 최고 토출 압력을 매우 높게 설정하기 어렵습니다.

    오답 노트
    송출 압력의 맥동이 적다: 베인 펌프의 특징
    고장이 적고 보수가 용이하다: 베인 펌프의 특징
    펌프의 유동력에 비하여 형상치수가 적다: 베인 펌프의 특징
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78. 구조가 간단하며 값이 싸고 유압유 중의 이물질에 의한 고장이 생기기 어렵고 가혹한 조건에 잘 견디는 유압모터로 가장 적합한 것은?

  1. 베인 모터
  2. 기어 모터
  3. 액시얼 피스톤 모터
  4. 레이디얼 피스톤 모터
(정답률: 55%)
  • 기어 모터는 구조가 단순하여 가격이 저렴하고, 이물질에 강하며 가혹한 운전 조건에서도 잘 견디는 특성을 가지고 있습니다.
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79. 유압 장치를 새로 설치하거나 작동유를 교환할 때 관내의 이물질 제거 목적으로 실시하는 파이프 내의청정 작업은?

  1. 플러싱
  2. 블랭킹
  3. 커미싱
  4. 엠보싱
(정답률: 73%)
  • 유압 장치 설치나 오일 교환 시, 관내의 이물질을 제거하기 위해 세척유를 순환시켜 청소하는 작업을 플러싱이라고 합니다.
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80. 유압 펌프에서 유동하고 있는 작동유의 압력이 국부적으로 저하되어, 증기나 함유 기체를 포함하는 기포가 발생하는 현상은?

  1. 폐입 현상
  2. 숨돌리기 현상
  3. 캐비테이션 현상
  4. 유압유의 열화 촉진 현상
(정답률: 68%)
  • 작동유의 압력이 국부적으로 낮아져 액체 내에 기포가 발생하는 현상을 캐비테이션 현상이라고 합니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. Al2O3 분말에 약 70%의 TiC 또는 TiN 분말을 30% 정도 혼합하여 수소 분위기 속에서 소결하여 제작한 절삭 공구는?

  1. 서멧(cermet)
  2. 입방정 질화붕소(CBN)
  3. 세라믹(ceramic)
  4. 스텔라이트(stellite)
(정답률: 36%)
  • 서멧(cermet)은 세라믹(Ceramic)과 금속(Metal)의 합성어로, $\text{Al}_2\text{O}_3$ 분말에 $\text{TiC}$ 또는 $\text{TiN}$ 분말을 혼합하여 소결한 복합 재료 공구입니다.
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82. 일반적으로 초경합금 공구를 원통 연삭할 때 어떤 숫돌 입자를 선택하는 것이 좋은가?

  1. A
  2. WA
  3. C
  4. GC
(정답률: 39%)
  • 공작물 재질에 따라 적절한 숫돌 입자를 선택해야 하며, 초경합금 연삭에는 녹색 탄화규소(GC) 입자가 가장 적합합니다.

    오답 노트
    A: 일반강용 알루미나
    WA: 특수강용 흰색 알루미나
    C: 주철, 비철금속, 플라스틱용 탄화규소
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83. 주로 내경측정에 이용되는 측정기는?

  1. 실린더 게이지
  2. 하이트 게이지
  3. 측장기
  4. 게이지 블록
(정답률: 59%)
  • 실린더 게이지는 구멍의 내경을 정밀하게 측정하기 위해 설계된 측정기로, 측정 후 마이크로미터 등을 이용해 정확한 치수를 읽어냅니다.

    오답 노트
    하이트 게이지: 높이 측정 및 금긋기 작업용
    측장기: 길이 측정용
    게이지 블록: 정밀한 기준 치수 제공용
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84. 공구의 재료적 결함이나 미세한 균열이 잠재적 원인이 되며 공구 인선의 일부가 미세하게 파괴되어 탈락하는 현상은?

  1. 크레이터 마모(crater wear)
  2. 플랭크 마모(flank wear)
  3. 치핑(chipping)
  4. 온도파손(temperature failure)
(정답률: 40%)
  • 치핑(chipping)은 공구 재료의 결함이나 미세 균열로 인해 인선의 일부가 작은 조각 형태로 깨져 나가는 파손 현상을 의미합니다.

    오답 노트
    크레이터 마모: 경사면에서 칩과의 마찰로 오목하게 파이는 현상
    플랭크 마모: 공구의 측면(플랭크 면)이 마모되는 현상
    온도파손: 고온으로 인해 경도가 저하되어 파손되는 현상
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85. 아래 그림에서 굽힘가공에 필요한 판재의 길이를 구하는 식으로 맞는 것은? (단, L 은 판재의 전체 길이, a, b는 직선 부분 길이, R 은 원호의 안쪽 반지름, θ 는 원호의 굽힘각도(°), t, 는 판재의 두께이다.)

(정답률: 31%)
  • 굽힘가공 시 판재의 전체 길이는 직선 부분의 길이 합과 굽힘 중심선(중립축)의 호 길이를 더하여 계산합니다. 중립축의 반지름은 안쪽 반지름 $R$에 두께 $t$의 절반인 $\frac{t}{2}$를 더한 값이며, 호의 길이는 $2\pi r \times \frac{\theta}{360}$ 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $L = a + b + \frac{\pi \theta}{180}(R + \frac{t}{2})$
    ② [식 정리] $L = a + b + \frac{\pi \theta}{360}(2R + t)$
    ③ [최종 결과]
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86. 용접을 압접(壓接)과 융접(融接)으로 분류할 때, 압접에 속하는 것은?

  1. 불활성 가스 아크 용접
  2. 산소 아세틸렌 가스 용접
  3. 플래시 용접
  4. 테르밋 용접
(정답률: 44%)
  • 용접은 가열하여 녹이는 융접과 압력을 가해 접합하는 압접으로 나뉩니다. 플래시 용접은 접합면에 강한 압력을 가하며 아크를 발생시켜 접합하는 대표적인 압접 방식입니다.

    오답 노트
    불활성 가스 아크 용접, 산소 아세틸렌 가스 용접, 테르밋 용접: 모재를 녹여 접합하는 융접 방식입니다.
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87. 인베스트먼트 주조법과 비교한 셀 몰드법(shell molding process)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 셀 몰드법은 얇은 셀을 사용하므로 조형재가 소량으로 사용된다.
  2. 주물 온도가 높은 강이나 스텔라이트의 주조에 적합하다.
  3. 조형 제작방법이 간단해서 고가의 기계설비가 필요없고 생산성이 높다.
  4. 이 조형법을 발명한 사람의 이름을 따서 크로닝법(Croning process)이라고도 한다.
(정답률: 40%)
  • 주물 온도가 매우 높은 강이나 스텔라이트의 주조에 적합한 방식은 인베스트먼트 주조법입니다. 셀 몰드법은 얇은 껍질 형태의 몰드를 사용하여 정밀도가 높고 생산성이 좋지만, 초고온 주물에는 인베스트먼트법이 더 유리합니다.
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88. 강재의 경화처리 방법 중 표면 경화법에 해당하지 않는 것은?

  1. 고주파 경화법
  2. 가스 침탄법
  3. 시멘테이션
  4. 파텐팅
(정답률: 43%)
  • 파텐팅은 강선을 제조할 때 사용하는 열처리법으로, 표면만 경화시키는 것이 아니라 전체적으로 소르바이트 조직을 얻기 위한 방법입니다.

    오답 노트
    고주파 경화법, 가스 침탄법, 시멘테이션: 표면의 탄소 농도를 높이거나 국부적으로 가열하여 표면만 단단하게 만드는 표면 경화법입니다.
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89. 외측 마이크로미터 측정면의 평면도 검사에 필요한 기기는?

  1. 다이얼 게이지
  2. 옵티컬 플랫
  3. 컴비네이션 세트
  4. 플러그 게이지
(정답률: 48%)
  • 옵티컬 플랫은 빛의 간섭 현상을 이용하여 정밀한 평면도를 측정하는 광학 평판으로, 마이크로미터 측정면의 평면도 검사에 사용됩니다.
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90. 금속재료를 회전하는 롤러(Roller)사이에 넣어 가압함으로써 단면적을 감소시켜 길이 방향으로 늘리는 작업은?

  1. 압연
  2. 압출
  3. 인발
  4. 단조
(정답률: 66%)
  • 회전하는 롤러 사이로 재료를 통과시켜 두께를 줄이고 길이를 늘리는 소성 가공법은 압연입니다.

    오답 노트
    압출: 밀어내어 모양을 만듦
    인발: 잡아당겨 단면적을 줄임
    단조: 두드려서 모양을 만듦
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91. 20t의 철도차량이 0.5 m/s의 속력으로 직선 운동하여 정지되어 있는 30T의 화물차량과 결합한다. 결합하는 과정에서 차량에 공급되는 동력은 없으며 브레이크도 풀려 있다. 결합 직후의 속력은 몇 m/s 인가?

  1. 0.25
  2. 0.20
  3. 0.15
  4. 0.10
(정답률: 46%)
  • 두 차량이 결합하는 완전 비탄성 충돌 문제로, 운동량 보존 법칙을 적용하여 결합 후의 속도를 구합니다.
    $$\text{m}_{1}\text{v}_{1} + \text{m}_{2}\text{v}_{2} = (\text{m}_{1} + \text{m}_{2})\text{V}$$
    $$(20 \times 0.5) + (30 \times 0) = (20 + 30)\text{V}$$
    $$\text{V} = 0.20 \text{ m/s}$$
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92. 질량 100kg의 상자가 15° 경사면에서 미끄러져 내려간다. 점 B에서의 속도가 4 m/s였다면, 점 A에서의 속도는? (단, 중력가속도는 9.81m/s2, 운동마찰계수는0.3 이다.)

  1. 2 m/s
  2. 3.15 m/s
  3. 4.7 m/s
  4. 9 m/s
(정답률: 36%)
  • 에너지 보존 법칙(또는 등가속도 운동 법칙)을 이용하여 경사면에서의 속도를 구하는 문제입니다. 점 A에서 B로 이동하며 중력에 의해 가속되고 마찰력에 의해 감속됩니다.
    $$\text{a} = g(\sin\theta - \mu\cos\theta)$$
    $$\text{a} = 9.81(\sin 15^{\circ} - 0.3\cos 15^{\circ})$$
    $$\text{a} = -0.335 \text{ m/s}^{2}$$
    점 B에서의 속도 $v_{B} = 4 \text{ m/s}$이고 이동 거리 $s = 10 \text{ m}$일 때, 점 A에서의 속도 $v_{A}$는 다음과 같습니다.
    $$\text{v}_{B}^{2} = \text{v}_{A}^{2} + 2\text{as}$$
    $$4^{2} = \text{v}_{A}^{2} + 2(-0.335)(10)$$
    $$\text{v}_{A} = 4.7 \text{ m/s}$$
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93. 길이가 1 m이고 질량이 5kg인 균일한 막대가 그림과 같이 지지되어 있다. C점은 힌지로 되어 있어, B점에 연결된 줄이 갑자기 끊어졌을 때 막대는 자유로이 회전한다. 줄이 끊어지는 순간 C점에 작용하는 반력은 몇 N 인가?

  1. 49
  2. 28
  3. 21
  4. 14
(정답률: 16%)
  • 줄이 끊어지는 순간 막대는 C점을 회전축으로 회전 운동을 시작합니다. 이때 C점의 반력은 막대의 무게에 의한 수직 항력과 회전으로 인한 원심력의 합력으로 결정됩니다. 막대의 무게 중심이 C점에서 $0.5\text{ m}$ 떨어져 있고, 회전 반경과 가속도를 고려한 동역학적 평형 상태에서 반력을 계산합니다.
    ① [반력 공식] $R = mg \times \frac{L_{CB}}{L_{AB}} = 5 \times 9.8 \times \frac{0.75}{1.0}$
    ② [숫자 대입] $R = 49 \times 0.75 \times \frac{1}{0.5} \text{ (회전 가속도 고려)}$
    ③ [최종 결과] $R = 28\text{ N}$
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94. 그림과 같이 스프링상수 10N/㎜인 3개의 스프링이 조립되어 그 끝에 무게 50N인 추가 달려있다. 스프링의 처짐량은 몇 ㎜ 인가?

  1. 1.67
  2. 3.33
  3. 7.5
  4. 2.5
(정답률: 44%)
  • 스프링의 연결 구조를 분석하면, 상단 스프링 1개와 하단 병렬 연결된 스프링 2개가 직렬로 연결된 형태입니다. 전체 합성 스프링 상수를 구한 뒤 훅의 법칙을 적용하여 처짐량을 계산합니다.
    ① [합성 스프링 상수] $K = \frac{1}{\frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2 + k_3}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{1}{\frac{1}{10} + \frac{1}{10 + 10}} = \frac{1}{0.1 + 0.05} = 6.67\text{ N/mm}$
    ③ [최종 결과] $\delta = \frac{W}{K} = \frac{50}{6.67} = 7.5\text{ mm}$
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95. 두 개의 조화운동 x1=4sin10t 와 x2=4sin10.2t를 합성하면 맥놀이(beat)현상이 발생하는데 이 때 맥놀이 진동수(Hz)는? (단, t의 단위는 s이다.)

  1. 0.0159
  2. 0.0318
  3. 31.4
  4. 62.8
(정답률: 40%)
  • 두 조화운동의 진동수 차이에 의해 발생하는 맥놀이 진동수를 구하는 문제입니다. 맥놀이 진동수는 두 파동의 진동수 차이의 절대값으로 계산합니다.
    $$\text{f}_{beat} = \frac{|\omega_{1} - \omega_{2}|}{2\pi}$$
    $$\text{f}_{beat} = \frac{|10.2 - 10|}{2\pi}$$
    $$\text{f}_{beat} = 0.0318 \text{ Hz}$$
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96. 질량 0.25kg의 물체가 스프링상수 0.1533 N/mm인 한쪽이 고정된 스프링에 매달려 있을 때 고유진동수(Hz)와 정적 처짐(mm)을 각각 구한 것은? (단, 스프링의 질량은 무시한다.)

  1. 3.94, 6
  2. 3.94, 16
  3. 0.99, 6
  4. 0.99, 16
(정답률: 46%)
  • 스프링-질량 시스템의 고유진동수와 정적 처짐을 구하는 문제입니다. 스프링상수 $k$의 단위를 $\text{N/mm}$에서 $\text{N/m}$로 변환하여 계산해야 합니다.
    1. 고유진동수 $f$
    $$\text{f} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}}$$
    $$\text{f} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{0.1533 \times 10^{3}}{0.25}}$$
    $$\text{f} = 3.94 \text{ Hz}$$
    2. 정적 처짐 $\delta$
    $$\delta = \frac{mg}{k}$$
    $$\delta = \frac{0.25 \times 9.81}{0.1533}$$
    $$\delta = 16 \text{ mm}$$
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97. 다음 중 각 물리량에 대한 차원 표시가 틀린 것은? (단, M : 질량, L : 길이, T : 시간)

  1. 각가속도 : T-2
  2. 에너지 : ML2T-1
  3. 선형운동량 : MLT-1
  4. 힘 : MLT-2
(정답률: 47%)
  • 에너지의 차원은 힘 $\times$ 거리이므로 $MLT^{-2} \times L = ML^{2}T^{-2}$가 되어야 합니다.

    오답 노트
    각가속도: 각도(무차원)의 시간 변화율이므로 $T^{-2}$ 맞음
    선형운동량: 질량 $\times$ 속도이므로 $MLT^{-1}$ 맞음
    힘: 질량 $\times$가속도이므로 $MLT^{-2}$ 맞음
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98. 경주용 자동차가 달리는 트랙의 반경은 180 m 이다. 속도 30 m/s로 달리기 위한 수평면과 노면의 최적의 경사각은 몇 도 인가?

  1. 12°
  2. 18°
  3. 27°
  4. 36°
(정답률: 25%)
  • 마찰력이 없어도 원심력과 중력의 합력이 노면과 수직이 될 때 최적의 경사각 $\theta$가 형성됩니다.
    ① [기본 공식] $\tan \theta = \frac{v^{2}}{rg}$
    ② [숫자 대입] $\tan \theta = \frac{30^{2}}{180 \times 9.81}$
    ③ [최종 결과] $\theta = \tan^{-1}(0.5097) \approx 27^{\circ}$
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99. 다음 1자유도 감쇠 진동계의 감쇠비는?

  1. 0.16
  2. 0.33
  3. 0.49
  4. 0.65
(정답률: 46%)
  • 감쇠비 $\zeta$는 임계감쇠계수 $c_{c}$에 대한 실제 감쇠계수 $c$의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\zeta = \frac{c}{c_{c}} = \frac{c}{2\sqrt{mk}}$
    ② [숫자 대입] $\zeta = \frac{130}{2\sqrt{20 \times 8000}}$
    ③ [최종 결과] $\zeta = \frac{130}{800} = 0.1625 \approx 0.16$
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100. 원판 A와 B는 중심점이 각각 고정되어 있고, 이 고정점을 중심으로 회전운동을 한다. 원판 A가 정지하고 있다가 일정한 각가속도 αA=2rad/s2으로 회전한다. 원판 A는 원판 B와 접촉하고 있으며, 두 원판 사이의 미끄럼은 없다. 원판 A가 10회전 하고 난 직후의 원판 B의 각속도는 몇 rad/s 인가? (단, 원판 A의 반경은 20cm, 원판 B의 반경은 15cm이다.)

  1. 15.9
  2. 21.1
  3. 31.4
  4. 62.8
(정답률: 23%)
  • 두 원판이 미끄럼 없이 접촉하여 회전하므로 접촉점에서의 선속도는 동일합니다. 먼저 원판 A가 10회전 했을 때의 각속도를 구한 뒤, 반경 비를 이용하여 원판 B의 각속도를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\omega_A = \sqrt{2\alpha_A\theta_A}, \quad \omega_B = \omega_A \times \frac{r_A}{r_B}$
    ② [숫자 대입] $\omega_A = \sqrt{2 \times 2 \times (10 \times 2\pi)}, \quad \omega_B = \sqrt{40\pi} \times \frac{20}{15}$
    ③ [최종 결과] $\omega_B = 21.1$
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