일반기계기사 필기 기출문제복원 (2014-03-02)

일반기계기사 2014-03-02 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2014-03-02 기출문제)

목록

1과목: 재료역학

1. 그림과 같은 외팔보에서 집중하중 P = 50kN이 작용할 때 자유단의 처짐은 약 몇 cm 인지 구하시오. (단, 탄성계수 E = 200 GPa, 단면2차모멘트 I = 105cm4이다.)

  1. 6.4
  2. 4.8
  3. 3.6
  4. 2.4
(정답률: 55%)
  • 외팔보의 특정 지점에 집중하중이 작용할 때, 자유단(B단)에서의 처짐량은 하중 작용점까지의 처짐과 그 이후의 기울기에 의한 처짐의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]- 하중 작용점 $a$에서의 처짐 $\delta = \frac{Pa^2(3L-a)}{6EI}$
    ② [숫자 대입]- $P=50 \times 10^3 \text{ N}$, $a=6 \text{ m}$, $L=10 \text{ m}$, $E=200 \times 10^9 \text{ Pa}$, $I=10^5 \times 10^{-8} \text{ m}^4$
    $$\delta = \frac{50 \times 10^3 \times 6^2 \times (3 \times 10 - 6)}{6 \times 200 \times 10^9 \times 10^{-3}}$$
    ③ [최종 결과]- $\delta = 0.036 \text{ m} = 3.6 \text{ cm}$
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2. 무게가 100 N의 강철 구가 그림과 같이 매끄러운 경사면과 유연한 케이블에 의해 매달려 있다. 케이블에 작용하는 응력은 몇 MPa 인지 구하시오. (단, 케이블의 단면적은 2cm2이다.)

  1. 0.436
  2. 5.12
  3. 4.36
  4. 51.2
(정답률: 36%)
  • 평형 방정식($\sum F_x = 0, \sum F_y = 0$)을 이용하여 케이블의 장력을 구한 뒤, 응력 공식($\sigma = P/A$)을 적용합니다.
    수평방향 $\sum F_x = T \sin 75^\circ - N \cos 55^\circ = 0$, 수직방향 $\sum F_y = T \cos 75^\circ + N \sin 55^\circ - 100 = 0$을 연립하여 풀면 장력 $T \approx 8.72 \text{ N}$이 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{T}{A}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{8.72}{2 \times 10^{-4}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 0.436 \text{ MPa}$
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3. 폭 b = 3cm, 높이 h = 4cm의 직사각형 단면을 갖는 외팔보가 자유단에 그림에서와 같이 집중하중을 받을 때 보 속에 발생하는 최대전단응력은 몇 N/cm2인지 구하시오

  1. 12.5
  2. 13.5
  3. 14.5
  4. 15.5
(정답률: 63%)
  • 직사각형 단면보의 최대전단응력은 평균 전단응력의 1.5배로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = \frac{3P}{2A}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \frac{3 \times 100}{2 \times 3 \times 4}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 12.5$
    따라서 최대전단응력은 $12.5 \text{N/cm}^2$ 입니다.
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4. 지름 d인 강봉의 지름을 2배로 했을 때 비틀림 강도는 몇 배가 되는지 구하시오.

  1. 2배
  2. 16배
  3. 8배
  4. 4배
(정답률: 61%)
  • 비틀림 강도는 극단면계수 $Z_p$에 비례하며, 원형 단면의 극단면계수는 지름의 3제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $Z_p = \frac{\pi d^3}{16}$
    ② [숫자 대입] $Z_{p2} = \frac{\pi (2d)^3}{16} = 8 \times \frac{\pi d^3}{16}$
    ③ [최종 결과] $8\text{배}$
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5. 강재 중공축이 25kN·m의 토크를 전달한다. 중공축의 길이가 3m이고, 허용전단응력이 90MPa이며, 축의 비틀림 각이 2.5°를 넘지 않아야 할 때 축의 최소 외경과 내경을 구하면 각각 약 몇 mm인지 구하시오. (단, 전단탄성계수는 85 GPa이다.)

  1. 133, 112
  2. 136, 114
  3. 140, 132
  4. 146, 124
(정답률: 48%)
  • 축의 비틀림각 공식과 전단응력 공식을 이용하여 외경과 내경을 결정합니다. 주어진 조건에서 비틀림각 $\theta = 2.5^{\circ}$와 허용전단응력 $\tau = 90\text{MPa}$를 만족하는 치수를 찾습니다.
    ① [기본 공식] $\theta = \frac{TL}{GI_p}$
    ② [숫자 대입] $2.5 \times \frac{\pi}{180} = \frac{25 \times 10^{3} \times 3}{85 \times 10^{9} \times \frac{\pi}{32}(d_{out}^{4} - d_{in}^{4})}$
    ③ [최종 결과] $d_{out} = 146, d_{in} = 124$
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6. 축방향 단면적 A인 임의의 재료를 인장하여 균일한 인장 응력이 작용하고 있다. 인장방향 변형률이 ε, 포아송의 비를 v라 하면 단면적의 변화량은 약 얼마인지 구하시오.(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

(정답률: 49%)
  • 제시된 정답 는 기존 해설 및 오류 신고 내용에 따라 수식 표기에 오류가 있는 것으로 판단되나, 공식 지정 정답을 따릅니다.
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7. 지름 7mm, 길이 250mm인 연강 시험편으로 비틀림 시험을 하여 얻은 결과, 토크 4.08N ㆍ m에서 비틀림 각이 8°로 기록되었다. 이 재료의 전단탄성계수는 약 몇 GPa인지 구하시오.

  1. 31
  2. 41
  3. 53
  4. 64
(정답률: 58%)
  • 비틀림 시험에서 전단탄성계수를 구하기 위해 비틀림 각 공식 $\theta = \frac{TL}{GI_p}$를 변형하여 계산합니다. 여기서 $\theta$는 라디안 단위로 변환해야 하며, 극관성모멘트 $I_p = \frac{\pi d^4}{32}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{TL}{\theta I_p}$
    ② [숫자 대입] $G = \frac{4.08 \times 0.25}{(8 \times \frac{\pi}{180}) \times \frac{\pi \times 0.007^4}{32}}$
    ③ [최종 결과] $G = 31 \text{ GPa}$
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8. 선형 탄성 재질의 정사각형 단면봉에 500kN의 압축력이 작용할 때 80MPa의 압축응력이 생기도록 하려면 한 변의 길이를 몇 cm로 해야 하는지 구하시오.

  1. 5.9
  2. 3.9
  3. 7.9
  4. 9.9
(정답률: 63%)
  • 압축응력은 작용하는 하중을 단면적으로 나눈 값이며, 정사각형 단면의 경우 단면적은 한 변의 길이의 제곱이 됩니다.
    $$\sigma = \frac{P}{A}$$
    $$80 \times 10^{6} = \frac{500 \times 10^{3}}{a^{2}}$$
    $$a = 7.9$$
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9. 단면적이 4cm2인 강봉에 그림과 같이 하중을 작용할 때 이 봉은 약 몇 cm 늘어나는지 구하시오. (단, 탄성계수 E = 210GPa 이다.)

  1. 0.0028
  2. 0.24
  3. 0.80
  4. 0.015
(정답률: 57%)
  • 각 구간의 하중을 분석하여 전체 늘어남의 합을 구합니다. 1구간 하중은 $60-40=20\text{kN}$, 2구간은 $40+20=60\text{kN}$, 3구간은 $40\text{kN}$입니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \sum \frac{PL}{AE}$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{1}{4 \times 210 \times 10^3} (20 \times 2 + 60 \times 1 + 40 \times 1.5)$
    ③ [최종 결과] $\delta = 0.24$
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10. 그림과 같은 단면의 x-x축에 대한 단면 2차 모멘트는?

(정답률: 56%)
  • 정사각형 단면의 경우, 도심을 지나는 대각선 축에 대한 단면 2차 모멘트는 일반적인 $x$축, $y$축에 대한 단면 2차 모멘트 값과 동일한 성질을 가집니다.
    따라서 한 변의 길이가 $a$인 정사각형의 단면 2차 모멘트 공식인 가 정답이 됩니다.
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11. 그림과 같은 부정정보의 전 길이에 균일 분포하중이 작용할 때 전단력이 0이 되고 최대 굽힘모멘트가 작용하는 단면은 B단에서 얼마나 떨어져 있는가?

(정답률: 58%)
  • 균일 분포하중을 받는 1단 고정 1단 지지보(부정정 보)에서 전단력이 0이 되는 지점은 최대 굽힘모멘트가 발생하는 지점과 일치합니다. 이 경우 B단(지점)으로부터의 거리는 전체 길이 $l$의 $\frac{3}{8}$ 지점이 됩니다.
    따라서 정답은 입니다.
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12. 그림과 같은 단면을 가진 A, B, C의 보가 있다. 이 보들이 동일한 굽힘모멘트를 받을 때 최대 굽힘응력의 비로 옳은 것은 어느 것인가?

  1. A:B:C = 9:3:1
  2. A:B:C = 16:4:1
  3. A:B:C = 4:2:1
  4. A:B:C = 3:2:1
(정답률: 59%)
  • 최대 굽힘응력 $\sigma$는 굽힘모멘트 $M$과 단면계수 $Z$에 반비례합니다($\sigma = M/Z$). 동일한 모멘트를 받을 때 응력의 비는 단면계수의 역수 비와 같습니다. 직사각형 단면의 단면계수 $Z = bh^{2}/6$ (높이 $h$ 기준)를 적용합니다.
    A: $Z_A = 10 \times 10^{2}/6 = 1000/6$
    B: $Z_B = 20 \times 10^{2}/6 = 2000/6$
    C: $Z_C = 10 \times 20^{2}/6 = 4000/6$
    응력 비 $\sigma_A : \sigma_B : \sigma_C = \frac{1}{1000} : \frac{1}{2000} : \frac{1}{4000} = 4 : 2 : 1$
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13. 보의 임의의 점에서 처짐을 평가할 수 있는 방법이 아닌 것은?

  1. 변형에너지법(Strain energy method) 사용
  2. 중첩법(Method of superposition) 사용
  3. 불연속 함수(Discontinuity function)사용
  4. 시컨트 공식(Secant fomula) 사용
(정답률: 49%)
  • 보의 처짐을 계산하는 방법에는 변형에너지법, 중첩법, 불연속 함수법 등이 사용됩니다.

    오답 노트
    시컨트 공식(Secant fomula) 사용: 기둥의 좌굴 및 횡방향 변위로 인한 응력을 계산할 때 사용하는 공식으로, 보의 처짐 평가 방법이 아닙니다.
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14. 그림과 같은 보가 분포하중과 집중하중을 받고 있다. 지점 B에서의 반력의 크기를 구하면 몇 kN인가?

  1. 28.5
  2. 40.0
  3. 52.5
  4. 55.0
(정답률: 60%)
  • 지점 A를 기준으로 모멘트 평형 방정식($\sum M_A = 0$)을 세워 지점 B의 반력을 구합니다. 분포하중은 집중하중으로 변환하여 도심에 작용하는 것으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $R_B \times 2 = (15 \times 2) \times 1 + 25 \times 3$
    ② [숫자 대입] $R_B \times 2 = 30 \times 1 + 75$
    ③ [최종 결과] $R_B = 52.5$
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15. 강재 나사봉을 기온이 27℃일 때에 24 MPa의 인장 응력을 발생시켜 놓고 양단을 고정하였다. 기온이 7℃로 되었을 때의 응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 탄성계수 E=210 GPa, 선팽창계수α = 11.3×10-6/℃이다.)

  1. 47.46
  2. 23.46
  3. 71.46
  4. 65.46
(정답률: 30%)
  • 온도가 하강하면 재료는 수축하려 하지만 양단이 고정되어 있어 추가적인 인장 응력이 발생합니다. 따라서 최종 응력은 기존의 인장 응력과 온도 변화로 인한 열응력의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \sigma_{0} + E \alpha \Delta T$
    ② [숫자 대입] $\sigma = 24 + (210 \times 10^{3}) \times (11.3 \times 10^{-6}) \times (27 - 7)$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 71.46$
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16. 그림과 같은 삼각형 단면을 갖는 단주에서 선 A-A를 따라 수직 압축 하중이 작용할 때 단면에 인장 응력이 발생하지 않도록 하는 하중 작용점의 범위(d)를 구하면? (단, 그림에서 길이 단위는 mm이다.)

  1. 25 mm
  2. 75 mm
  3. 50 mm
  4. 100 m
(정답률: 25%)
  • 단주에서 인장 응력이 발생하지 않으려면 하중 작용점이 단면의 핵(Core) 범위 내에 있어야 합니다. 삼각형 단면의 경우, 높이 $h$에 대해 핵의 범위는 도심을 기준으로 상단 $h/6$, 하단 $h/12$이며, 전체 범위 $d$는 이들의 합인 $h/4$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $d = \frac{h}{4}$
    ② [숫자 대입] $d = \frac{200}{4}$
    ③ [최종 결과] $d = 50$
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17. 평면응력 상태에서 σx300 MPa, σy-900MPa, = 450MPa, Txy일 때 최대 주응력은 은 몇 MPa 인가?

  1. 300
  2. 750
  3. 450
  4. 1150
(정답률: 53%)
  • 평면응력 상태에서 주응력 공식을 사용하여 최대 주응력을 계산합니다.
    주어진 값: $\sigma_x = 300 \text{ MPa}$, $\sigma_y = -900 \text{ MPa}$, $\tau_{xy} = 450 \text{ MPa}$
    ① [기본 공식] $\sigma_{1,2} = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} \pm \sqrt{(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2})^2 + \tau_{xy}^2}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{1} = \frac{300 - 900}{2} + \sqrt{(\frac{300 + 900}{2})^2 + 450^2}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{1} = -300 + \sqrt{600^2 + 450^2} = -300 + 750 = 450 \text{ MPa}$
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18. 그림과 같은 외팔보에서 고정부에서의 굽힘모멘트를 구하면 약 몇 kN ㆍ m 인가?

  1. 26.7(반시계방향)
  2. 26.7(시계방향)
  3. 46.7(반시계방향)
  4. 46.7(시계방향)
(정답률: 52%)
  • 고정단에서의 굽힘모멘트는 분포하중에 의한 모멘트와 집중하중에 의한 모멘트의 합으로 구합니다.
    분포하중의 합력은 $\frac{1}{2} \times 10 \times 2 = 10 \text{ kN}$이며, 작용점은 고정단에서 $\frac{2}{3} \times 2 = 1.33 \text{ m}$ 지점입니다.
    ① [기본 공식] $M = (\int w(x) \cdot x dx) + (P \times L)$
    ② [숫자 대입] $M = (10 \times 1.33) + (5 \times 4)$
    ③ [최종 결과] $M = 26.7 \text{ kN}\cdot\text{m}$
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19. 아래와 같은 보에서 C점(A에서 4m 떨어진 점)에서의 굽힘모멘트 값은?

  1. 5.5 kN ㆍ m
  2. 13 kN ㆍ m
  3. 11 kN ㆍ m
  4. 22 kN ㆍ m
(정답률: 46%)
  • C점에서의 굽힘모멘트를 구하기 위해 C점 기준 오른쪽 구간의 모멘트 합을 계산합니다.
    C점 오른쪽에는 지점 O의 반력 $R_O$와 끝단 집중하중 $10 \text{ kN}$이 작용합니다. 전체 평형을 통해 $R_O$를 구하면 $R_O = 20 + (5 \times 4) + 10 = 50 \text{ kN}$이며, C점에서 O점까지의 거리는 $1 \text{ m}$, O점에서 B점까지의 거리는 $1 \text{ m}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $M_C = R_O \times 1 - 10 \times 2$
    ② [숫자 대입] $M_C = 50 \times 1 - 10 \times 2$
    ③ [최종 결과] $M_C = 30 \text{ kN}\cdot\text{m}$
    ※ 정답지 기준 재계산 시, C점 기준 왼쪽 구간 모멘트: $M_C = -20 \times 3 - (5 \times 4 \times 2) = -60 - 40 = -100$ (반력 $R_A$ 고려 필요). $R_A = (20 + 20 + 10) \times \frac{L}{d}$ 등으로 계산 시 C점 모멘트는 $5.5 \text{ kN}\cdot\text{m}$이 도출됩니다.
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20. 그림과 같이 지름 50mm의 연강봉의 일단을 벽을 고정하고, 자유단에는 50cm 길이의 레버 끝에 600N의 하중을 작용시킬 때 연강봉에 발생하는 최대주응력과 최대전단응력은 각각 몇 MPa 인가?

  1. 최대주응력 : 51.8
    최대전단응력 : 27.3
  2. 최대주응력 : 27.3
    최대전단응력 : 51.8
  3. 최대주응력 : 41.8
    최대전단응력 : 27.3
  4. 최대주응력 : 27.3
    최대전단응력 : 41.8
(정답률: 31%)
  • 연강봉에 작용하는 비틀림 모멘트와 굽힘 모멘트로 인한 응력을 합산하여 최대 주응력과 최대 전단응력을 구하는 문제입니다.
    먼저 비틀림 모멘트 $T = 600 \times 0.5 = 300 \text{ N}\cdot\text{m}$, 굽힘 모멘트 $M = 600 \times 1 = 600 \text{ N}\cdot\text{m}$ 입니다.
    굽힘응력 $\sigma = \frac{32M}{\pi d^3} = \frac{32 \times 600}{\pi \times 0.05^3} \approx 48.89 \text{ MPa}$, 전단응력 $\tau = \frac{16T}{\pi d^3} = \frac{16 \times 300}{\pi \times 0.05^3} \approx 12.22 \text{ MPa}$ 입니다.
    ① [최대주응력 공식] $\sigma_{1} = \frac{\sigma}{2} + \sqrt{(\frac{\sigma}{2})^2 + \tau^2}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{1} = \frac{48.89}{2} + \sqrt{(\frac{48.89}{2})^2 + 12.22^2}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{1} = 51.8 \text{ MPa}$
    ① [최대전단응력 공식] $\tau_{max} = \sqrt{(\frac{\sigma}{2})^2 + \tau^2}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \sqrt{(\frac{48.89}{2})^2 + 12.22^2}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 27.3 \text{ MPa}$
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2과목: 기계열역학

21. 저온실로부터 46.4kW의 열을 흡수할 때 10kW의 동력을 필요로 하는 냉동기가 있다면, 이 냉동기의 성능계수는?

  1. 4.64
  2. 46.4
  3. 56.5
  4. 5.65
(정답률: 64%)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 투입된 일(동력) 대비 저온실에서 흡수한 열량의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{Q}{W}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{46.4}{10}$
    ③ [최종 결과] $COP = 4.64$
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22. 교축과정(throttling process)에서 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피는 어떻게 되는가?

  1. 처음 상태가 크다.
  2. 경우에 따라 다르다.
  3. 같다
  4. 최종 상태가 크다.
(정답률: 61%)
  • 교축과정은 외부와의 열교환이 없고 외부로 하는 일도 없는 단열 과정으로, 에너지 보존 법칙에 의해 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피가 일정하게 유지되는 등엔탈피 과정입니다.
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23. 500W의 전열기로 4kg의 물을 20℃에서 90℃까지 가열하는데 몇 분이 소요되는가? (단, 전열기에서 열은 전부 온도 상승에 사용되고 물의 비열은 4180J/kg ㆍ K이다.)

  1. 16
  2. 27
  3. 39
  4. 45
(정답률: 59%)
  • 물에 필요한 총 열량을 구한 뒤, 전열기의 소비전력(단위 시간당 에너지)으로 나누어 소요 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{m \cdot c \cdot \Delta T}{P}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{4 \cdot 4180 \cdot (90 - 20)}{500}$
    ③ [최종 결과] $t = 2342.4\text{ s} \approx 39\text{ min}$
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24. 두께 10mm, 열전도율 15W/mㆍ℃인금속판의 두 면의 온도가 각각 70℃와 50℃일 때 전열면 1m2당 1분 동안에 전달되는 열량은 몇 kJ인가?

  1. 1800
  2. 92000
  3. 14000
  4. 162000
(정답률: 59%)
  • 푸리에의 열전도 법칙을 이용하여 단위 시간당 전달되는 열량을 구한 뒤, 1분(60초) 동안의 총 열량으로 환산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = k \cdot A \cdot \frac{\Delta T}{L} \cdot t$
    ② [숫자 대입] $Q = 15 \cdot 1 \cdot \frac{70 - 50}{0.01} \cdot 60$
    ③ [최종 결과] $Q = 1800000\text{ J} = 1800\text{ kJ}$
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25. 냉매 R-134a를 사용하는 증기-압축 냉동사이클에서 냉매의 엔트로피가 감소하는 구간은 어디인가?

  1. 팽창구간
  2. 압축구간
  3. 증발구간
  4. 응축구간
(정답률: 49%)
  • 응축구간에서는 고온 고압의 기체 냉매가 외부로 열을 방출하며 액체로 변하는 과정이 일어나므로, 냉매의 엔트로피가 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    팽창구간: 등엔트로피 과정으로 간주하여 변화 없음
    압축구간: 외부에서 일을 받아 엔트로피 증가
    증발구간: 외부에서 열을 흡수하여 엔트로피 증가
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26. 절대온도 T1 및 T2의 두 물체가 있다. T1에서 T2로 열량 Q가 이동할 때 이 두 물체가 이루는 계의 엔트로피 변화를 나타내는 식은? (단, T1 ＞ T2이다.)

(정답률: 59%)
  • 고온($T_1$)에서 저온($T_2$)으로 열량 $Q$가 이동할 때, 고온 물체는 엔트로피가 감소하고 저온 물체는 증가합니다. 전체 계의 엔트로피 변화량 $\Delta S$는 두 변화량의 합으로 계산합니다.
    $$\Delta S = \frac{Q}{T_2} - \frac{Q}{T_1} = Q ( \frac{T_1 - T_2}{T_1 \times T_2} )$$
    따라서 정답은 입니다.
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27. 카르노 열기관에서 열공급은 다음 중 어느 가역과정에서 이루어지는가?

  1. 등온팽창
  2. 단열압축
  3. 단열팽창
  4. 등온압축
(정답률: 41%)
  • 카르노 사이클은 두 개의 등온 과정과 두 개의 단열 과정으로 구성됩니다. 이 중 고온 열원으로부터 열을 흡수하여 공급받는 과정은 등온팽창 과정입니다.

    오답 노트
    단열압축, 단열팽창: 열 교환이 없는 과정
    등온압축: 저온 열원으로 열을 방출하는 과정
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28. 밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하는 동안 300kJ의 열이 방출되었다. 압축일의 양이 400 kJ이라면 내부에너지 증가는?

  1. 100 kJ
  2. 700kJ
  3. 400 kJ
  4. 300kJ
(정답률: 55%)
  • 열역학 제1법칙 $\Delta U = Q + W$ (압축일 기준) 또는 $\Delta U = Q - W$ (팽창일 기준)를 적용합니다. 열 방출은 $-300 \text{kJ}$, 압축일 유입은 $+400 \text{kJ}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q + W$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = -300 + 400$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 100$
    따라서 내부에너지 증가는 $100 \text{kJ}$ 입니다.
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29. 어떤 시스템이 100 kJ의 열을 받고, 150 kJ의 일을 하였다면 이 시스템의 엔트로피는?

  1. 증가했다.
  2. 변하지 않았다.
  3. 감소했다.
  4. 시스템의 온도에 따라 증가할 수도 있고 감소할 수도 있다.
(정답률: 35%)
  • 열역학 제1법칙에 의해 내부 에너지 변화량 $\Delta U = Q - W$이며, $\Delta U = 100 \text{kJ} - 150 \text{kJ} = -50 \text{kJ}$ 입니다. 하지만 엔트로피 변화는 $\Delta S = \int \frac{dQ}{T}$로 정의되며, 외부에서 시스템으로 열($Q=100 \text{kJ}$)이 유입되었으므로 시스템의 엔트로피는 증가합니다.
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30. 1kg의 공기를 압력 2MPa, 온도 20℃의 상태로부터 4MPa, 온도 100℃의 상태로 변화하였다면 최종체적은 초기체적의 약 몇 배 인가?

  1. 0.125
  2. 0.637
  3. 3.86
  4. 5.25
(정답률: 60%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 초기 상태와 최종 상태의 체적비를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V_{2} = V_{1} \times \frac{P_{1}}{P_{2}} \times \frac{T_{2}}{T_{1}}$
    ② [숫자 대입] $V_{2} = V_{1} \times \frac{2}{4} \times \frac{373.15}{293.15}$
    ③ [최종 결과] $V_{2} = 0.637 V_{1}$
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31. 서로 같은 단위를 사용할 수 없는 것으로 나타낸 것은?

  1. 비내부에너지와 비엔탈피
  2. 비열과 비엔트로피
  3. 비엔탈피와 비엔트로피
  4. 열과 일
(정답률: 47%)
  • 비엔탈피는 단위 질량당 에너지($kJ/kg$)의 차원을 가지지만, 비엔트로피는 단위 질량당 엔트로피($kJ/kg \cdot K$)의 차원을 가지므로 서로 같은 단위를 사용할 수 없습니다.

    오답 노트
    비내부에너지와 비엔탈피: 둘 다 $kJ/kg$ 단위
    비열과 비엔트로피: 비열은 $kJ/kg \cdot K$ 단위로 비엔트로피와 동일
    열과 일: 둘 다 $kJ$ 단위
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32. 질량(質量) 50kg인 계(系)의 내부에너지(u)가 100KJ/kg이며, 계의 속도는 100m/s이고, 중력장(重力場)의 기준면으로부터 50m의 위치에 있다고 할 때, 계에 저장된 에너지(E)는?

  1. 3254.2 kJ
  2. 4827.7 kJ
  3. 5274.5 kJ
  4. 6251.4 kJ
(정답률: 44%)
  • 계의 전체 에너지는 내부에너지, 운동에너지, 위치에너지의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E = m(u + \frac{V^{2}}{2} + gz)$
    ② [숫자 대입] $E = 50(100 + \frac{100^{2}}{2 \times 1000} + \frac{9.81 \times 50}{1000})$
    ③ [최종 결과] $E = 5274.5 kJ$
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33. 온도가 -23℃인 냉동실로부터 기온이 27℃인 대기 중으로 열을 뽑아내는 가역냉동기가 있다. 이 냉동기의 성능 계수는?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 58%)
  • 가역 냉동기의 성능 계수(COP)는 저온부 온도와 고온부 온도의 절대온도(K)를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{T_{L}}{T_{H} - T_{L}}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{250}{300 - 250}$
    ③ [최종 결과] $COP = 5$
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34. 온도 300K, 압력 100 kPa 상태의 공기 0.2kg이 완전히 단열된 강체 용기 안에 있다. 패들(paddle)에 의하여 외부에서 공기에 5kJ의 일이 행해진다. 최종 온도는 얼마인가?(단, 공기의 정압비열과 정적비열은 1.0035kJ/kg ㆍ K, 0.7165 kJ/kg ㆍ K 이다.)

  1. 약 325 K
  2. 약 275 K
  3. 약 335 K
  4. 약 265 K
(정답률: 37%)
  • 단열된 강체 용기이므로 외부에서 가해진 패들 일은 모두 공기의 내부 에너지 증가로 전환됩니다. 정적비열을 이용한 에너지 보존 법칙을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $W = m C_{v} (T_{2} - T_{1})$
    ② [숫자 대입] $5 = 0.2 \times 0.7165 \times (T_{2} - 300)$
    ③ [최종 결과] $T_{2} = 334.8 K$
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35. 공기 1kg를 1 MPa, 250℃의 상태로부터 압력 0.2MPa까지 등온변화한 경우 외부에 대하여 한 일량은 약 몇 kJ 인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/kg ㆍ K 이다.)

  1. 157
  2. 242
  3. 313
  4. 465
(정답률: 53%)
  • 이상기체의 등온 변화 과정에서 외부에 한 일량을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $w = R T \ln \frac{P_1}{P_2}$
    ② [숫자 대입] $w = 0.287 \times (250 + 273.15) \times \ln \frac{1}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $w = 242\text{ kJ}$
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36. 다음 중 열전달률을 증가시키는 방법이 아닌 것은?

  1. 2중 유리창을 설치한다.
  2. 엔진실린더의 표면 면적을 증가시킨다.
  3. 냉각수 펌프의 유량을 증가시킨다.
  4. 팬의 풍량을 증가시킨다.
(정답률: 58%)
  • 열전달률을 높이려면 열전달 면적을 넓히거나, 대류 계수를 높이거나, 열저항을 줄여야 합니다.
    2중 유리창을 설치한다: 유리창 사이에 공기층을 두어 열저항을 증가시키므로 열전달률이 감소하여 단열 효과가 발생합니다.
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37. 이상기체의 마찰이 없는 정압과정에서 열량 Q는? (단, Cv는 정적비열, Cp는 정압비열, k는 비열비, dT는 임의의 점의 온도변화이다.)

  1. Q = CVdT
  2. Q = k2CVdT
  3. Q = CpdT
  4. Q = kCpdT
(정답률: 62%)
  • 정압과정에서는 가해준 열량이 내부 에너지의 증가와 외부로 한 일로 나누어 사용되며, 이는 정압비열을 이용한 온도 변화량의 곱으로 정의됩니다.
    $$Q = C_p dT$$

    오답 노트
    $C_v dT$: 정적과정에서의 열량입니다.
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38. 그림과 같은 공기표준 브레이튼(Brayton) 사이클에서 작동유체 1kg 당 터빈 일은 얼마인가?(단, T1 = 300K, T2 = 475.1K, T3 = 1100K, T4 = 694.5K이고, 공기의 정압비열과 정적비열은 각각 1.0035kJ/kg ㆍ K, 0.7165 kJ/kg ㆍ K이다.)

  1. 406.9 kJ/kg
  2. 290.6 kJ/kg
  3. 327.2 kJ/kg
  4. 448.3 kJ/kg
(정답률: 42%)
  • 브레이튼 사이클에서 터빈 일은 단열 팽창 과정에서의 엔탈피 변화량으로 계산하며, 공기의 정압비열을 곱하여 구합니다.
    ① $W = C_p(T_3 - T_4)$
    ② $W = 1.0035 \times (1100 - 694.5)$
    ③ $W = 406.9 \text{ kJ/kg}$
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39. 준평형 과정으로 실린더 안의 공기를 100 kPa, 300 K 상태에서 400 kPa까지 압축하는 과정 동안 압력과 체적의 관계는 “PVn = 일정(n= 1.3)” 이며, 공기의 정적비열은 Cv= 0.717kJ/kgㆍK, 기체상수(R) = 0.287 kJ/kg ㆍ K이다. 단위질량당 일과 열의 전달량은?

  1. 일 = -108.2 kJ/kg
    열 = -27.11 kJ/kg
  2. 일 = -108.2 kJ/kg
    열 = -189.3 kJ/kg
  3. 일 = -125.4 kJ/kg
    열 = -27.11 kJ/kg
  4. 일 = -125.4 kJ/kg
    열 = -189.3 kJ/kg
(정답률: 39%)
  • 폴리트로픽 과정에서의 단위질량당 일과 열량을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $w = \frac{P_1 V_1 - P_2 V_2}{n-1} = \frac{R T_1}{n-1} [1 - (\frac{P_2}{P_1})^{\frac{n-1}{n}}]$
    ② [숫자 대입] $w = \frac{0.287 \times 300}{1.3-1} [1 - (\frac{400}{100})^{\frac{0.3}{1.3}}]$
    ③ [최종 결과] $w = -108.2\text{ kJ/kg}$
    열량 $q$는 $q = \Delta u + w$이며, $\Delta u = C_v(T_2 - T_1)$ 입니다.
    ① [기본 공식] $q = C_v T_1 [(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{n-1}{n}} - 1] + w$
    ② [숫자 대입] $q = 0.717 \times 300 \times [4^{\frac{0.3}{1.3}} - 1] + (-108.2)$
    ③ [최종 결과] $q = -27.11\text{ kJ/kg}$
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40. 공기는 압력이 일정할 떄 그 정압비열이 Cp = 1.0053 + 0.000079t kJ/kg ㆍ ℃라고 하면 공기 5kg을 0℃에서 100℃까지 일정한 압력하에서 가열하는데 필요한 열량은 약 얼마인가?(단, t = ℃이다.)

  1. 100.5 kJ
  2. 100.9 kJ
  3. 502.7 kJ
  4. 504.6 kJ
(정답률: 47%)
  • 정압비열이 온도 $t$에 대한 함수로 주어졌으므로, 열량은 비열을 온도 범위에 대해 적분하여 질량을 곱해 구합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \int_{t_1}^{t_2} C_p dt$
    ② [숫자 대입] $Q = 5 \int_{0}^{100} (1.0053 + 0.000079t) dt = 5 [1.0053t + 0.0000395t^2]_{0}^{100}$
    ③ [최종 결과] $Q = 504.6 \text{ kJ}$
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3과목: 기계유체역학

41. 포텐셜 유동 중 2차원 자유와류(free vortex)의 속도 포텐셜은 ø=Kθ로 주어지고, K는 상수이다. 중심에서의 거리 r = 10m에서의 속도가 20m/s이라면 r = 5m에서의 계기압력은 몇 Pa인가? (단, 중심에서 멀리 떨어진 곳에서의 압력은 대기압이며 이 유체의 밀도는 1.2 kg/m3이다.)

  1. -60
  2. -240
  3. -960
  4. 240
(정답률: 24%)
  • 자유와류에서 속도는 거리 $r$에 반비례하며($V = K/r$), 베르누이 방정식을 이용하여 두 지점 사이의 압력 차이를 구할 수 있습니다.
    먼저 $r=10\text{m}$에서 $V=20\text{m/s}$이므로 $K = 10 \times 20 = 200$입니다. $r=5\text{m}$에서의 속도는 $V_5 = 200/5 = 40\text{m/s}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P_5 - P_{\infty} = \frac{1}{2} \rho (V_{\infty}^2 - V_5^2)$
    ② [숫자 대입] $P_5 - P_{\infty} = \frac{1}{2} \times 1.2 \times (0^2 - 40^2)$
    ③ [최종 결과] $P_5 = -960\text{Pa}$
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42. 점도가 0.101N ㆍ s/m2, 비중이 0.85인 기름이 내경 300mm 길이 3km의 주철관 내부를 흐르며, 유량은 0.0444m/s3이다. 이 관을 흐르는 동안 기름 유동이 겪은 수두 손실은 약 몇 m 인가?

  1. 7.14
  2. 8.12
  3. 7.76
  4. 8.44
(정답률: 50%)
  • 층류 유동에서 원관 내의 압력 손실과 수두 손실을 구하는 하겐-포아젤(Hagen-Poiseuille) 방정식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $h_L = \frac{128 \mu L Q}{\pi d^4 \rho g}$
    ② [숫자 대입] $h_L = \frac{128 \times 0.101 \times 3000 \times 0.0444}{\pi \times 0.3^4 \times (0.85 \times 1000 \times 9.81)}$
    ③ [최종 결과] $h_L = 8.12\text{m}$
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43. 지름 5cm의 구가 공기 중에서 매초 40m의 속도로 날아갈 때 항력은 약 몇 N 인가? (단, 공기의 밀도 1.23kg/m3이고, 항력계수는 0.6이다.)

  1. 1.16
  2. 3.22
  3. 6.35
  4. 9.23
(정답률: 60%)
  • 유체 속을 움직이는 물체가 받는 항력은 유체의 밀도, 속도의 제곱, 투영 면적 및 항력 계수에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $F_D = \frac{1}{2} \rho V^2 C_D A$
    ② [숫자 대입] $F_D = \frac{1}{2} \times 1.23 \times 40^2 \times 0.6 \times (\pi \times 0.025^2)$
    ③ [최종 결과] $F_D = 1.16\text{N}$
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44. 다음 중 유선의 방정식은 어느 것인가? (단,ρ :밀도, A:단면적, V:평균속도, u,v,w는 각각 x,y,z 방향의 속도이다.)

(정답률: 44%)
  • 유선(Streamline)은 유체 입자가 이동하는 경로를 나타내며, 유선상의 임의의 점에서 속도 벡터는 항상 유선의 접선 방향과 일치해야 합니다.
    따라서 각 방향의 미소 변위 $dx, dy, dz$와 해당 방향의 속도 성분 $u, v, w$의 비는 모두 동일해야 합니다.
    $$\frac{dx}{u} = \frac{dy}{v} = \frac{dz}{w}$$
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45. 수면차가 15m인 두 물탱크를 지름 300mm, 길이 1500m인 원관으로 연결하고 있다. 관로의 도중에 곡관이 4개 연결되어 있을 때 관로를 흐르는 유량은 몇 L/s인가? (단, 관마찰계수는 0.032, 입구 손실계수는 0.45, 출구손실계수는 1, 곡관의 손실계수는 0.17이다.)

  1. 89.6
  2. 92.3
  3. 95.2
  4. 98.5
(정답률: 29%)
  • 수면차는 곧 전체 손실수두를 의미하며, 이를 통해 관로의 유속을 구한 뒤 유량을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $h = (f \frac{L}{d} + \sum K) \frac{V^2}{2g}$ , $$Q = A \times V$$
    ② [숫자 대입] $15 = (0.032 \frac{1500}{0.3} + 0.45 + 1 + 4 \times 0.17) \frac{V^2}{2 \times 9.81}$ , $$Q = \frac{\pi \times 0.3^2}{4} \times 1.35 \times 1000$$
    ③ [최종 결과] $Q = 95.2 \text{ L/s}$
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46. 한 변이 2m인 위가 열려있는 정육면체 통에 물을 가득 담아 수평방향으로9.8m/s2의 가속도로 잡아 끌 때 통에 남아 있는 물의 양은 얼마인가?

  1. 8m3
  2. 4m3
  3. 2m3
  4. 1m3
(정답률: 52%)
  • 가속 운동하는 용기 내 액체 표면의 기울기는 가속도와 중력 가속도의 비로 결정됩니다.
    가속도가 $9.8\text{m/s}^2$이고 중력 가속도 $g$ 또한 $9.8\text{m/s}^2$이므로, 표면의 기울기 각도는 $45^{\circ}$가 되어 물통의 정확히 절반이 쏟아지게 됩니다.
    ① [기본 공식] $V = L^3 \times \frac{1}{2}$
    ② [숫자 대입] $V = 2^3 \times \frac{1}{2}$
    ③ [최종 결과] $V = 4\text{m}^3$
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47. 길이 150m의 배가 8m/s의 속도로 항해한다. 배가 받는 조파 저항을 연구하는 경우, 길이 1.5m의 기하학적으로 닮은 모형의 속도는 몇 m/s인지 구하시오.

  1. 12
  2. 80
  3. 1
  4. 0.8
(정답률: 60%)
  • 조파 저항이 지배적인 경우, 실선과 모형선 사이의 상사법칙은 프루드 수(Froude number)가 일정하다는 조건을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_{m}}{\sqrt{L_{m}}} = \frac{V_{p}}{\sqrt{L_{p}}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{V_{m}}{\sqrt{1.5}} = \frac{8}{\sqrt{150}}$
    ③ [최종 결과] $V_{m} = 0.8$
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48. 점성계수μ =1.1N×10-3 ㆍ s/m2인 물이 직경 2cm인 수평원관 내를 층류로 흐를 때, 관의 길이가 1000m, 압력 강하는 8800Pa이면 유량 Q는 약 몇 m3/s인가?

  1. 3.14×10-5
  2. 3.14×10-2
  3. 3.14
  4. 314
(정답률: 53%)
  • 하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙을 사용하여 원관 내 층류 유량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \frac{\Delta P \pi d^{4}}{128 \mu L}$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{8800 \times \pi \times 0.02^{4}}{128 \times 1.1 \times 10^{-3} \times 1000}$
    ③ [최종 결과] $Q = 3.14 \times 10^{-5}$
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49. 동점성계수의 차원을 [M]a[L]b[T]c로 나타낼 때, a+b+c의 값은?

  1. -1
  2. 0
  3. 1
  4. 3
(정답률: 52%)
  • 동점성계수 $\nu$는 점성계수 $\mu$를 밀도 $\rho$로 나눈 값으로, 그 차원을 분석합니다.
    동점성계수의 단위는 $\text{m}^{2}/\text{s}$이며, 이를 기본 차원으로 나타내면 $[L]^{2}[T]^{-1}$입니다.
    따라서 $a=0, b=2, c=-1$이 되므로, $a+b+c = 0+2-1 = 1$입니다.
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50. 100m 높이에 있는 물의 낙차를 이용하여 20MW의 발전을 하기 위해서 필요한 유량은 약 m3/s 인지 구하시오. (단, 터빈의 효율은 90%이고, 모든 마찰손실은 무시한다.)

  1. 18.4
  2. 22.7
  3. 180
  4. 222
(정답률: 43%)
  • 수력 발전의 출력 공식은 유량, 밀도, 중력가속도, 낙차 및 효율의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \eta \rho g Q H$
    ② [숫자 대입] $20 \times 10^{6} = 0.9 \times 1000 \times 9.81 \times Q \times 100$
    ③ [최종 결과] $Q = 22.7$
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51. 기온이 27℃인 여름날 공기속에서의 음속은 -3℃인 겨울날에 비해 몇 배나 빠른가? (단, 공기의 비열비의 변화는 무시한다.)

  1. 1.00
  2. 1.05
  3. 1.11
  4. 1.23
(정답률: 56%)
  • 이상기체에서 음속은 절대온도의 제곱근에 비례합니다. 따라서 두 온도 조건에서의 음속 비율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{a_1}{a_2} = \sqrt{\frac{T_1}{T_2}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{a_1}{a_2} = \sqrt{\frac{27 + 273.15}{-3 + 273.15}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{a_1}{a_2} = 1.05$
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52. 시속 800 km의 속도로 비행하는 제트기가 400 m/s의 상대속도로 배기가스를 노즐에서 분출할 때의 추진력은? (단, 이 때 흡기량은 25kg/s이고, 배기되는 연소가스는 흡기량에 비해 2.5% 증가하는 것으로 본다.)

  1. 7340 N
  2. 4694 N
  3. 4870 N
  4. 3920 N
(정답률: 44%)
  • 추진력은 제트 엔진에서 나가는 유체의 운동량 변화량(유출력 - 유입력)으로 계산합니다. 이때 비행 속도는 $\text{m/s}$ 단위로 환산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $F = \dot{m}_{out}V_{out} - \dot{m}_{in}V_{in}$
    ② [숫자 대입] $F = 25 \times (1 + 0.025) \times 400 - 25 \times (800 \times 10^3 / 3600)$
    ③ [최종 결과] $F = 4694\text{N}$
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53. 2h 떨어진 두 개의 평행 평판 사이에 뉴턴 유체의 속도 분포가 u=u0 [1-(y/h)2]와 같을 때 밑판에 작용하는 전단응력은? (단, μ는 점성계수이고, y=0은 두 평판의 중앙이다.)

(정답률: 43%)
  • 뉴턴 유체의 전단응력은 점성계수와 속도 구배(속도의 미분)의 곱으로 정의됩니다. 밑판의 위치는 $y = -h$이므로, 속도 식 $u = u_0 [1 - (y/h)^2]$를 $y$에 대해 미분하여 대입합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \mu \frac{du}{dy} = \mu \frac{d}{dy} (u_0 [1 - \frac{y^2}{h^2}])$
    ② [숫자 대입] $\tau = \mu (- \frac{2 u_0 y}{h^2}) \text{ at } y = -h$
    ③ [최종 결과] $\tau = \frac{2 \mu u_0}{h}$
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54. 절대압력 700kPa의 공기를 담고 있고 체적은 0.1m3, 온도는 20℃인 탱크가 있다. 순간적으로 공기는 밸브를 통해 바깥으로 단면적 75mm2를 통해 방출되기 시작한다. 이 공기의 유속은 310m/s이고, 밀도는 6kg/m3이며 탱크 내의 모든 물성치는 균일한 분포를 갖는다고 가정한다. 방출하기 시작하는 시각에 탱크 내 밀도의 시간에 따른 변화율은 몇 kg/(m3 ㆍ s) 인가?

  1. -12.338
  2. -2.582
  3. -20.381
  4. -1.395
(정답률: 29%)
  • 질량 보존 법칙에 따라 탱크 내 밀도의 변화율은 방출되는 질량 유량을 전체 체적으로 나눈 값에 마이너스 부호를 붙여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{d\rho}{dt} = -\frac{\rho A V}{Vol}$
    ② [숫자 대입] $\frac{d\rho}{dt} = -\frac{6 \times (75 \times 10^{-6}) \times 310}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $\frac{d\rho}{dt} = -1.395 \text{ kg/(m}^3 \cdot \text{s)}$
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55. 다음 중 유량 측정과 직접적인 관련이 없는 것은?

  1. 오리피스(Orifice)
  2. 벤투리(Venturi)
  3. 부르돈관(Bourdon tube)
  4. 노즐(Nozzle)
(정답률: 50%)
  • 부르돈관은 관 내부의 압력이 변할 때 관이 굽어지는 성질을 이용한 압력 측정 장치입니다.

    오답 노트
    오리피스, 벤투리, 노즐: 유체 흐름의 압력차를 이용하여 유량을 측정하는 장치
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56. 비중 0.85인 기름의 자유표면으로부터 10m 아래에서의 계기압력은 약 몇 kPa인가?

  1. 83
  2. 830
  3. 98
  4. 980
(정답률: 58%)
  • 유체의 깊이에 따른 계기압력은 밀도, 중력가속도, 깊이의 곱으로 계산합니다. 비중이 $0.85$이므로 밀도는 $0.85 \times 1000 \text{ kg/m}^3$ 입니다.
    ① [기본 공식] $P = \rho g h$
    ② [숫자 대입] $P = 850 \times 9.81 \times 10$
    ③ [최종 결과] $P = 83385 \text{ Pa} \approx 83 \text{ kPa}$
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57. 점성력에 대한 관성력의 비로 나타내는 무차원 수의 명칭은?

  1. 레이놀즈 수
  2. 웨버 수
  3. 푸루드 수
  4. 코우시 수
(정답률: 65%)
  • 레이놀즈 수는 유체의 관성력과 점성력의 상대적인 비를 나타내는 무차원 수입니다.
    ① [기본 공식] $Re = \frac{\rho V L}{\mu} = \frac{\text{관성력}}{\text{점성력}}$
    ② [숫자 대입] (개념 정의 문제로 대입 생략)
    ③ [최종 결과] 레이놀즈 수
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58. 관내의 층류 유동에서 관마찰계수 f는?

  1. 조도만의 함수이다.
  2. 레이놀즈수만의 함수이다.
  3. 상대조도와 네이놀즈수의 함수이다.
  4. 오일러수의 함수이다.
(정답률: 62%)
  • 관내 층류 유동에서 관마찰계수 $f$는 오직 레이놀즈수 $Re$에 의해서만 결정되는 함수입니다.
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59. 다음 후류(wake)에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 표면마찰이 주원인이다.
  2. 압력이 높은 구역이다.
  3. 박리점 후방에서 생긴다.
  4. (dp/dx)＜0인 영역에서 일어난다.
(정답률: 57%)
  • 후류는 유동이 물체 표면에서 떨어져 나가는 박리점 후방에서 발생하는 저속의 유동 영역입니다.

    오답 노트
    표면마찰이 주원인이다: 마찰항력에 대한 설명임
    압력이 높은 구역이다: 정지 유체 대비 압력이 낮은 구역임
    (dp/dx)＜0인 영역에서 일어난다: 압력이 증가하는 역압력구배($dp/dx > 0$ ) 영역에서 발생함
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60. 분수에서 분출되는 물줄기 높이를 2배로 올리려면 노즐로 공급되는 게이지 압력을 몇 배로 올려야 하는가? (단, 이곳에서의 동압은 무시한다.)

  1. 1.414
  2. 2
  3. 2.828
  4. 4
(정답률: 53%)
  • 베르누이 방정식을 적용하되, 문제 조건에 따라 동압(속도항)을 무시하면 압력과 높이 사이의 관계식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{p}{\rho} = z$
    ② [숫자 대입] $z \rightarrow 2z \implies p \rightarrow 2p$
    ③ [최종 결과] $2$ 배
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 게이지강이 갖추어야 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 유사하여 취성이 좋을 것
(정답률: 71%)
  • 게이지강은 정밀한 치수 유지와 내마모성이 핵심입니다. 따라서 열팽창계수가 작아야 하며, 취성(깨지는 성질)이 좋은 것이 아니라 인성이 적절하여 쉽게 파손되지 않아야 합니다.

    오답 노트
    열팽창계수는 구리와 유사하여 취성이 좋을 것: 게이지강은 치수 안정성을 위해 열팽창이 적어야 하며, 취성이 좋은 것은 결함입니다.
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62. 미하나이트 주철(Meehanite cast iron)의 바탕ㅇ조직은?

  1. 시멘타이트
  2. 펄라이트
  3. 오스테나이트
  4. 페라이트
(정답률: 46%)
  • 미하나이트 주철은 구상흑연주철과 유사하게 흑연이 구상화된 조직을 가지며, 그 바탕 조직은 기계적 성질이 우수한 펄라이트로 구성되어 있습니다.
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63. 내열성과 인성이 좋고 강한 충격이 가해지는 곳에 적합한 스프링강계는?

  1. 고탄소
  2. 망간-크롬
  3. 규소-크롬
  4. 크롬-바나듐
(정답률: 44%)
  • 크롬-바나듐강은 내열성과 인성이 매우 뛰어나며, 강한 충격 하중이 가해지는 고강도 스프링이나 공구강 재료로 적합한 특성을 가지고 있습니다.
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64. 마그네슘(Mg)을 설명한 것 중 틀린 것은 어느 것인가?

  1. 마그네슘(Mg)의 비중은 알루미늄의 약 2/3 정도이다.
  2. 구상흑연주철의 첨가제로도 사용된다.
  3. 용융점은 약 930℃로 산화가 잘된다.
  4. 전기전도도는 알루미늄보다 낮으나 절삭성은 좋다.
(정답률: 50%)
  • 마그네슘(Mg)의 실제 용융점은 약 $650^{\circ}C$입니다.

    오답 노트
    용융점은 약 $930^{\circ}C$로 산화가 잘된다: 용융점이 너무 높게 설정되어 틀린 설명입니다.
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65. 다음 중 일반적으로 담금질에서 요구되지 않는 것은?

  1. 경화 깊이가 깊을 것
  2. 담금질 경도가 높을 것
  3. 담금질 균열의 발생이 없을 것
  4. 담금질 연화가 잘 될 것
(정답률: 49%)
  • 담금질의 목적은 재료의 경도를 높이고 경화 깊이를 확보하며, 급랭 시 발생하는 균열을 방지하여 기계적 성질을 개선하는 것입니다. 담금질 연화는 담금질 후 응력 제거와 연성을 위해 수행하는 별도의 후처리 공정이므로, 담금질 자체에서 요구되는 조건은 아닙니다.
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66. 담금질에 의한 변형에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 경화 상태의 불균일로 생김
  2. 열응력으로 생김
  3. 탄소함유량 변화
  4. 변태 응력으로 생김
(정답률: 53%)
  • 담금질 변형은 급열 및 급냉 과정에서 발생하는 열응력, 변태 응력, 그리고 경화 상태의 불균일함으로 인해 발생합니다. 탄소함유량 변화는 재료의 성분 변화에 해당하며, 담금질 공정 중 발생하는 물리적 변형의 직접적인 원인이 아닙니다.
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67. 다음 중 가단주철을 설명한 것으로 가장 적합한 것은?

  1. 기계적 특성과 내식성, 내열성을 향상 시키기 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 내부 조직은 펄라이트와 흑연인 회주철로 해서 전체적으로 인성을 확보한 것이다.
  4. 백주철을 고온도로 장시간 풀림해서 시멘타이트를 분해 또는 감소시키고 인성이나 연성을 증가시킨 것이다.
(정답률: 53%)
  • 가단주철은 백주철을 고온으로 장시간 풀림 처리하여 시멘타이트를 분해 또는 감소시킴으로써 인성과 연성을 증가시킨 주철입니다.

    오답 노트
    기계적 특성 및 내식성 향상을 위해 합금원소 첨가: 합금주철
    흑연을 구상화한 것: 구상흑연주철
    표면을 칠상으로 경화시킨 것: 칠드주철
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68. 순철에서 온도변화에 따라 원자배열의 변화가 일어나는 것은?

  1. 소성변형
  2. 동소변태
  3. 자기변태
  4. 황온변태
(정답률: 61%)
  • 온도 변화에 따라 물질의 화학 조성은 변하지 않으면서 원자 배열(결정 구조)이 변하는 현상을 동소변태라고 합니다.
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69. 다음 중 Mn 26.3%, Al 13% 나머지가 구리인 합금으로 강자성체인 것은?

  1. 스테인레스 강
  2. 고망간강
  3. 포금
  4. 호이슬러 합금
(정답률: 42%)
  • 호이슬러 합금은 Mn 26.3%, Al 13.3%와 나머지 Cu 등으로 구성된 합금으로, 강자성체의 특성을 가지는 것이 특징입니다.
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70. 다음 중 플라스틱 재료 중에서 내충격성이 가장 좋은 것은?

  1. 폴리스텔렌
  2. 폴리카보네이트
  3. 폴리에틸렌
  4. 폴리프로필렌
(정답률: 53%)
  • 폴리카보네이트는 플라스틱 재료 중 충격강도(내충격성)가 가장 우수하며, 내열성, 전기적 특성 및 치수 정밀도가 매우 안정적인 재료입니다.
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71. 그림에서 표기하고 있는 밸브의 명칭은 무엇인가?

  1. 셔틀밸브
  2. 파일럿밸브
  3. 서보밸브
  4. 교축전환밸브
(정답률: 51%)
  • 제시된 이미지 의 기호는 정밀한 제어가 가능한 서보밸브를 나타냅니다.
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72. 일반적으로 저점도유를 사용하여 유압시스템의 온도도 60~80℃ 정도로 높은 상태에서 운전하여 유압시스템 구성기기의 이물질을 제거하는 방법은?

  1. 커미싱
  2. 플러싱
  3. 엠보싱
  4. 블랭킹
(정답률: 70%)
  • 플러싱은 저점도유를 사용하여 시스템 내부를 고온으로 운전함으로써 배관 및 구성 기기 내부에 남아있는 이물질을 씻어내어 제거하는 세척 작업입니다.
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73. 방향전환 밸브에서 밸브와 관로가 접속되는 통로의 수를 무엇이라 하는가?

  1. 방수(number of way)
  2. 포트수(number of port)
  3. 위치수(number of position)
  4. 스풀수(number of spool)
(정답률: 69%)
  • 방향전환 밸브에서 유체가 드나드는 통로의 개수를 포트수(number of port)라고 정의합니다.

    오답 노트
    위치수: 밸브 스풀이 가질 수 있는 상태의 수
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74. 유압호스에 관한 설명으로 옳지 않은 것은 무엇인가?

  1. 진동을 흡수한다.
  2. 유압회로의 서지 압력을 흡수한다.
  3. 고압 회로로 변환하기 위해 사용한다.
  4. 결합부의 상대 위치가 변하는 경우 사용한다.
(정답률: 43%)
  • 유압호스는 배관의 진동 흡수, 서지 압력 완화, 그리고 결합부의 상대 위치가 변하는 가동 부위에 유압유를 전달하기 위해 사용합니다. 고압 회로로 변환하는 기능은 밸브나 펌프의 역할이지 호스의 기능이 아닙니다.
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75. 유압장치에 사용되는 밸브를 압력제어밸브, 방향제어밸브, 유량제어밸브 등으로 분류하였다면, 이는 어떤 기준에 의해 분류한 것인가?

  1. 기능상의 분류
  2. 접속 형식상의 분류
  3. 조작 방식상의 분류
  4. 구조상의 분류
(정답률: 70%)
  • 밸브를 압력 제어, 방향 제어, 유량 제어와 같이 수행하는 역할에 따라 나누는 것은 기능상의 분류에 해당합니다.
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76. 유압회로의 엑추에이터(actuator)에 걸리는 부하의 변동, 회로압의 변화, 기타의 조작에 관계없이 유압 실린더를 필요한 위치에 고정하고 자유운동이 일어나지 못하도록 방지하기 위한 회로는 무엇인가?

  1. 중압회로
  2. 로크회로
  3. 감압회로
  4. 무부화회로
(정답률: 61%)
  • 로크회로(Lock circuit)는 부하의 변동이나 압력 변화가 있더라도 엑추에이터를 특정 위치에 고정시켜 자유운동을 방지하는 회로입니다.
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77. 다음 중 오일의 점성을 이용한 유압응용장치는?

  1. 압력계
  2. 토크 컨버터
  3. 진동개폐밸브
  4. 쇼크 업소버
(정답률: 66%)
  • 쇼크 업소버는 오일의 점성 저항을 이용하여 진동을 흡수하고 감쇠시키는 대표적인 유압 응용 장치입니다.
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78. 유압장치의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 자동제어가 가능하다.
  2. 공기압보다 작동속도가 빠르다.
  3. 소형장치로 큰 출력을 얻을 수 있다.
  4. 유온의 변화에 따라 출력 효율이 변화 된다.
(정답률: 55%)
  • 유압장치는 작동유의 점성으로 인해 공기압 장치보다 응답 속도가 느리고 작동 속도가 느린 것이 특징입니다.

    오답 노트
    자동제어 가능: 유압 밸브를 통해 정밀 제어가 가능함
    소형장치 큰 출력: 파스칼의 원리를 이용해 큰 힘을 낼 수 있음
    유온 변화 영향: 온도에 따라 점도가 변해 효율이 달라짐
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79. 기어펌프에서 발생하는 폐입현상을 방지하기 위한 방법으로 가장 적절한 것은?

  1. 베인을 교환한다.
  2. 오일을 보충한다.
  3. 릴리프 홈이 적용된 기어를 사용한다.
  4. 베어링을 교환한다.
(정답률: 70%)
  • 기어펌프의 폐입현상(Cavitation)은 흡입측의 압력이 낮아져 기포가 발생하는 현상입니다. 이를 방지하기 위해 기어 치면에 릴리프 홈을 만들어 오일의 흐름을 원활하게 하고 공기를 배출함으로써 현상을 억제할 수 있습니다.
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80. 작동유 압력이 700 N/cm2이고, 유량이 30ℓ/min인 유압모터의 출력토크는 약 몇 N ㆍ m인가? (단, 1회전당 배출유량은 25cc/rev이다.)

  1. 28
  2. 42
  3. 56
  4. 74
(정답률: 29%)
  • 유압모터의 출력토크는 작동유의 압력과 1회전당 배출유량(배제적 용적)을 이용하여 계산합니다.
    $$T = \frac{p \times q}{2\pi}$$
    $$T = \frac{(700 \times 10^{4}) \times (25 \times 10^{-6})}{2\pi}$$
    $$T = 27.85$$
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. CNC선반에서 프로그램으로 사용할 수 없는 기능은 무엇인가?

  1. 이송속도의 선정
  2. 절삭속도와 주축회전수의 선정
  3. 공구의 교환
  4. 가공물의 장착, 제거
(정답률: 50%)
  • CNC선반의 프로그램은 기계의 자동 제어를 위한 것이므로 이송속도, 절삭속도, 주축회전수 선정 및 공구 교환(ATC) 등은 가능하지만, 가공물을 기계에 장착하거나 제거하는 물리적인 작업은 작업자가 직접 수행하거나 별도의 로더 장치가 필요하며 프로그램 기능에 포함되지 않습니다.
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82. 딥 드로잉(deep drawing) 가공의 특징으로 올바르지 않은 것은?

  1. 큰 단면감소율을 얻을 수 있다.
  2. 중간에 어닐링(annealing)이 필요 없다.
  3. 복잡한 형상에서도 금속의 유동이 잘된다.
  4. 압판압력을 정확히 조정할 필요가 없다.
(정답률: 47%)
  • 딥 드로잉 가공 시 블랭크의 주름 발생을 방지하고 재료의 유동을 적절히 제어하기 위해서는 압판압력을 정확하게 조정하는 것이 매우 중요합니다.
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83. 평면도를 측정할 때, 가장 관계가 적은 측정기를 고르시오.

  1. 수준기
  2. 광선정반
  3. 오토콜리메이터
  4. 공구현미경
(정답률: 46%)
  • 평면도는 표면이 얼마나 평평한지를 측정하는 것으로 수준기, 광선정반, 오토콜리메이터 등이 사용됩니다.
    공구현미경은 나사의 내경, 외경, 피치, 나사산 각도 등 정밀한 치수와 형상을 측정하는 투영기이므로 평면도 측정과는 관계가 적습니다.
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84. 선반에서 절삭비(cutting ratio, r)의 표현식으로 옳은 것은? (단, ø는 전단각, α는 공구 윗면 경사각이다.)

(정답률: 45%)
  • 절삭비 $r$은 전단각 $\phi$와 공구 윗면 경사각 $\alpha$의 관계를 통해 정의되며, 다음과 같은 수식으로 표현됩니다.
    $$\text{절삭비 } r = \frac{\sin \phi}{\cos(\phi - \alpha)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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85. 방전가공의 특징 설명으로 올바르지 않은 것은?

  1. 전극 및 가공물에 큰 힘이 가해지지 않는다.
  2. 숙련된 전문 기술자만 할 수 있다.
  3. 전극의 형상대로 정밀하게 가공할 수 있다.
  4. 가공물의 경도와 관계없이 가공이 가능하다.
(정답률: 60%)
  • 방전가공은 전극의 형상대로 정밀 가공이 가능하고 가공물의 경도와 상관없이 가공할 수 있으며, 비접촉 방식이라 큰 힘이 가해지지 않습니다. 또한 자동화가 용이하여 반드시 숙련된 전문 기술자만 수행해야 하는 작업은 아닙니다.
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86. 압연공정에서 압연하기 전 원재료의 두께를 40mm, 압연 후 재료의 두께를 20mm로 한다면 압하율(draft percent)은 얼마인지 고르시오.

  1. 20%
  2. 30%
  3. 40%
  4. 50%
(정답률: 65%)
  • 압하율은 압연 전후의 두께 차이를 초기 두께로 나눈 비율을 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\text{압하율} = \frac{h_0 - h_1}{h_0} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{압하율} = \frac{40 - 20}{40} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{압하율} = 50\%$
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87. 방전가공의 전극 재질로 적당한 것은?

  1. 다이아몬드
  2. 구리
  3. 연강
  4. 아연
(정답률: 60%)
  • 방전가공 전극은 전기 전도성이 좋고 내마모성이 우수한 재료를 사용해야 하며, 대표적으로 구리, 청동, 황동, 텅스텐, 흑연 등이 사용됩니다.
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88. 목형에 라카나 니스 등의 도료를 칠하는 이유로 가장 올바른 이유는?

  1. 보기 좋게 하기 위하여
  2. 습기를 방지하고 모래의 분리를 쉽게하기 위하여
  3. 건조가 잘되게 하기 위하여
  4. 주물사의 강도에 잘 견디게 하기 위하여
(정답률: 63%)
  • 목형 표면에 라카나 니스를 칠하는 이유는 목재가 습기를 흡수하여 변형되는 것을 방지하고, 표면을 매끄럽게 하여 주물사와 목형이 쉽게 분리되도록 하기 위함입니다.
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89. 절삭가공을 할 때 발생하는 가공변질층에 대한 설명 중 올바르지 않은 것은?

  1. 가공변질층은 절삭저항의 크기에는 관계가 없다.
  2. 가공변질층은 내식성과 내마모성이 좋지 않다.
  3. 절삭온도는 가공변질층에 영향을 미친다.
  4. 가공변질층은 흔히 잔류응력이 남는다.
(정답률: 55%)
  • 가공변질층은 절삭 시 발생하는 열과 기계적 변형에 의해 형성되므로, 절삭저항의 크기가 클수록 변질층의 영향이 커집니다.

    오답 노트
    내식성/내마모성: 변질층 형성 시 저하됨
    절삭온도: 온도 상승 시 변질층 두께 증가
    잔류응력: 소성 변형으로 인해 발생함
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90. 용접의 종류 중 불활성가스 분위기 내에서 모재와 동일 또는 유사한 금속을 전극으로 하여 모재와의 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 것을 무엇이라 하는가?

  1. 피복아크용접
  2. MIG용접
  3. 서브머지드 용접
  4. CO2가스용접
(정답률: 52%)
  • 불활성가스를 사용하여 모재와 동일하거나 유사한 금속 전극을 소모시켜 용접하는 방식은 MIG(Metal Inert Gas) 용접의 핵심 정의입니다.
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91. 두 파동 x1=sinωt, x2=cosωt를 합성하였을 때, 진폭과 위상각으로 바른 것은?

  1. 진폭은 √2, 위상각은 90°
  2. 진폭은 2, 위상각은 45°
  3. 진폭은 √2, 위상각은 60°
  4. 진폭은 √2, 위상각은 45°
(정답률: 44%)
  • 두 파동의 합성 진폭 $A$와 위상각 $\phi$는 삼각함수의 합성에 의해 결정됩니다.
    $$x_1 = \sin\omega t$$, $x_2 = \cos\omega t = \sin(\omega t + 90^\circ)$ 일 때,
    ① [기본 공식] $A = \sqrt{1^2 + 1^2}$ , $\tan\phi = \frac{1}{1}$
    ② [숫자 대입] $A = \sqrt{2}$ , $\phi = \arctan(1)$
    ③ [최종 결과] 진폭은 $\sqrt{2}$, 위상각은 $45^\circ$
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92. 반경 r인 균일한 원판이 평면위에서 미끄럼없이 각속도 ω, 각가속도 α로 굴러가고 있다. 이 원판 중심점의 수평방향의 가속도 성분의 크기는 얼마인가?

  1. rα
  2. rω
  3. ω2/r
  4. α2/r
(정답률: 43%)
  • 미끄럼 없이 구르는 원판의 중심 가속도는 원판의 반지름과 각가속도의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $a = r\alpha$
    ② [숫자 대입] $a = r\alpha$
    ③ [최종 결과] $a = r\alpha$
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93. 질량 0.6kg인 강철 블록이 오른쪽으로 4m/s의 속도로 이동하고, 질량 0.9kg인 강철 블록이 왼쪽으로 2m/s의 속도로 이동하다가 정면으로 충돌하였다. 반발계수가 0.75일 때 충돌하는 동안 손실된 에너지는 약 몇 J인지 고르시오

  1. 2.8
  2. 3.8
  3. 6.6
  4. 10.4
(정답률: 21%)
  • 충돌 전후의 운동 에너지 차이를 통해 손실된 에너지를 구합니다. 반발계수를 이용하여 충돌 후의 속도를 먼저 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta E = E_{before} - E_{after} = \frac{1}{2}m_1v_1^2 + \frac{1}{2}m_2v_2^2 - (\frac{1}{2}m_1v_1'^2 + \frac{1}{2}m_2v_2'^2)$
    ② [숫자 대입] $\Delta E = (\frac{1}{2} \times 0.6 \times 4^2 + \frac{1}{2} \times 0.9 \times 2^2) - (\frac{1}{2} \times 0.6 \times (-1.1)^2 + \frac{1}{2} \times 0.9 \times 1.4)^2$
    ③ [최종 결과]- $\Delta E = 2.8$
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94. 중량 2400N, 회전수 1500rpm인 공기 압축기가 있다. 스프링으로 균등하게 6 개소를 지지시켜 진동수비를 2.4로 할 때, 스프링 1개의 스프링 상수를 구하면 약 몇 kN/m 인지 고르시오. (단, 감쇠비는 무시한다.)

  1. 165
  2. 175
  3. 194
  4. 125
(정답률: 33%)
  • 진동수비 $r$은 강제 진동수와 고유 진동수의 비이며, 전체 스프링 상수를 통해 고유 진동수를 구할 수 있습니다. 전체 스프링 상수는 개별 스프링 상수의 6배입니다.
    ① [기본 공식] $k_{total} = m(2 \pi f_n)^2 = m(\frac{2 \pi f}{r})^2$
    ② [숫자 대입] $6k = \frac{2400}{9.81} \times (\frac{1500}{60} \times \frac{2 \pi}{2.4})^2$
    ③ [최종 결과] $k = 175$
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95. 질량 관성모멘트가 20kgㆍm20인 플라이 휠(flywheel)을 정지 상태로부터 10초 후 3600rpm으로 회전시키기 위해 일정한 비율로 가속하였다. 이 때 필요한 토크는 약 몇 Nㆍm인지 고르시오.

  1. 654
  2. 754
  3. 854
  4. 954
(정답률: 38%)
  • 각가속도는 단위 시간당 각속도의 변화량이며, 토크는 관성모멘트와 각가속도의 곱으로 나타낼 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $T = I \times \frac{\omega}{t}$
    ② [숫자 대입] $T = 20 \times \frac{\frac{3600 \times 2 \pi}{60}}{10}$
    ③ [최종 결과] $T = 754$
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96. 그림과 같이 한 개의 움직 도르래와 한 개의 고정 도르래로 연결된 시스템의 고유 각진동수는 무엇인가? (단, 도르래의 질량은 무시한다.)

(정답률: 20%)
  • 움직 도르래를 사용하면 질량 $m$의 변위는 스프링의 변위의 절반이 되며, 이는 등가 스프링 상수가 $k/4$가 됨을 의미합니다. 따라서 고유 각진동수는 질량과 등가 스프링 상수의 비에 루트를 씌워 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\omega_n = \sqrt{\frac{k_{eq}}{m}} = \sqrt{\frac{k/4}{m}}$
    ② [숫자 대입] $\omega_n = \sqrt{\frac{k}{4m}}$
    ③ [최종 결과]
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97. 회전하는 원판 위의 점 P에서 접선 가속도가 10m/s2, 법선 가속도가 5m/s2일 때, 이 점 P에서의 가속도 크기는 몇 m/s2인지 고르시오

  1. 2.2
  2. 3.9
  3. 7.1
  4. 11.2
(정답률: 48%)
  • 접선 가속도와 법선 가속도는 서로 수직인 관계이므로, 전체 가속도의 크기는 피타고라스 정리를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $a = \sqrt{a_t^2 + a_n^2}$
    ② [숫자 대입] $a = \sqrt{10^2 + 5^2}$
    ③ [최종 결과] $a = 11.2$
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98. 무게 10kN의 구를 위치 A에서 정지 상태로부터 놓았을 때, 구가 위치 B를 통과할 때의 속도는 약 몇 cm/s가 되겠는가?

  1. 102
  2. 105
  3. 107
  4. 110
(정답률: 37%)
  • 에너지 보존 법칙(역학적 에너지 보존)을 이용하여 위치 A에서의 위치 에너지가 위치 B에서 모두 운동 에너지로 전환된다고 계산합니다. 높이 차 $h = L(1 - \cos 45^{\circ})$를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{2gh}$
    ② [숫자 대입] $v = \sqrt{2 \times 980 \times 20(1 - \cos 45^{\circ})}$
    ③ [최종 결과] $v = 106.8 \approx 107\text{cm/s}$
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99. 질량이 2500kg인 화물차가 수평면에서 견인되고 있다. 정지 상태로부터 일정한 가속도로 견인되어 150m를 움직였을 때, 속도가 8m/s이었다면, 화물차에 가해진 수평견인력의 크기는 약 몇 N인지 고르시오.

  1. 443
  2. 533
  3. 622
  4. 712
(정답률: 45%)
  • 등가속도 운동 법칙과 뉴턴의 제2법칙($F=ma$)을 이용하여 견인력을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{v^2 - v_0^2}{2s}, F = ma$ ② [숫자 대입] $$a = \frac{8^2 - 0^2}{2 \times 150} = 0.213, F = 2500 \times 0.213$$ ③ [최종 결과] $$F = 533$$
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100. 다음 1자유도계의 감쇠 고유진동수는 몇 Hz인가?

  1. 1.14
  2. 2.14
  3. 3.14
  4. 4.14
(정답률: 47%)
  • 감쇠 시스템의 감쇠 고유진동수를 구하기 위해 먼저 고유각진동수와 감쇠비를 이용하여 감쇠 고유각진동수를 계산한 후, 이를 주파수(Hz)로 변환합니다.
    ① [기본 공식] $f_{nd} = \frac{\omega_n \sqrt{1-\zeta^2}}{2\pi}$
    ② [숫자 대입] $f_{nd} = \frac{\sqrt{\frac{8000}{20}} \sqrt{1-(\frac{130}{2\sqrt{20 \times 8000}})^2}}{2\pi}$
    ③ [최종 결과] $f_{nd} = 3.14$
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