일반기계기사 필기 기출문제복원 (2014-09-20)

일반기계기사 2014-09-20 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2014-09-20 기출문제)

목록

1과목: 재료역학

1. 아래 그림과 같은 보에 대한 굽힘 모멘트 선도로 옳은 것은?

(정답률: 57%)
  • 보의 중앙에 집중 모멘트 $M_b$가 작용하는 경우, 모멘트 선도는 해당 지점에서 불연속적으로 급격히 변화합니다. 지점 반력에 의해 양 끝단은 0이 되며, 모멘트 작용점 전후로 선형적으로 변화하는 형태를 가집니다.
    따라서 $\text{}$가 옳은 선도입니다.
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2. 지름이 d이고 길이가 L인 환축에 비틀림 모멘트가 작용하여 비틀림각 ø가 발생하였다. 이때 환축의 최대전단응력 τ은 얼마인가? (단, G는 전단탄성계수)

(정답률: 69%)
  • 비틀림각 $\phi$와 최대전단응력 $\tau$의 관계식을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{Gd\phi}{2L}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{Gd\phi}{2L}$
    ③ [최종 결과] $\tau = \frac{Gd\phi}{2L}$
    따라서 정답은 입니다.
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3. 어떤 축이 동력마력 H(KW)를 전달할 때 비틀림 모멘트T(Nㆍm)가 발생하였다면 이 때 축의 회전수를 구하는 식은?

(정답률: 51%)
  • 축 동력 $H$와 비틀림 모멘트 $T$, 회전수 $N$ 사이의 관계식에서 $N$에 대해 정리하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $H = \frac{2 \times \pi \times N \times T}{60 \times 1000}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{60 \times 1000 \times H}{2 \times \pi \times T}$
    ③ [최종 결과] $N = 9550 \frac{H}{T}$
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4. 길이 5m인 양단고정 보의 중앙에서 집중하중이 작용할 때 최대 처짐이 10cm 발생하였다면, 같은 조건에서 양단 지지보로 하면 처짐은 얼마가 되겠는가?

  1. 20cm
  2. 27cm
  3. 30cm
  4. 40cm
(정답률: 64%)
  • 동일한 조건(길이, 하중, 재질)에서 양단고정보의 최대 처짐량은 단순지지보(양단 지지보) 처짐량의 $\frac{1}{4}$배입니다.
    ① $\delta_{fixed} = \frac{1}{4} \delta_{simple}$
    ② $10 = \frac{1}{4} \delta_{simple}$
    ③ $\delta_{simple} = 40$
    따라서 처짐은 $40$ cm가 됩니다.
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5. 바깥지름 d2=30cm, 안지름 d1=20cm의 속이 빈 원형 단면의 단면 2차모멘트는?

  1. 27850cm4
  2. 29800cm4
  3. 30120cm4
  4. 31906cm4
(정답률: 75%)
  • 속이 빈 원형 단면의 단면 2차모멘트는 외경에 의한 모멘트에서 내경에 의한 모멘트를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{\pi}{64}(d_2^4 - d_1^4)$
    ② [숫자 대입] $I = \frac{\pi}{64}(30^4 - 20^4)$
    ③ [최종 결과] $I = 31906.33$
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6. 안지름 80cm의 얇은 원통에 내압 1MPa이 작용할 때 원통의 최소 두께는 몇 mm 인가? (단, 재료의 허용응력은 80MPa이다.)

  1. 2.5
  2. 5
  3. 8
  4. 10
(정답률: 36%)
  • 얇은 원통의 내압에 의한 원주 방향 응력(축응력) 공식을 이용하여 최소 두께를 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$t = \frac{p \times d}{2 \times \sigma}$$
    ② [숫자 대입]
    $$t = \frac{1 \times 800}{2 \times 80}$$
    ③ [최종 결과]
    $$t = 5$$
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7. 그림과 같은 정사각형 판이 변형되어, 네 변이 직선을 유지한 채 A, B 접이 모두 수평 방향 우측으로 1 mm 만큼 이동되었다. D점에서의 전단변형률 γxy는?

  1. 0.01
  2. 0.05
  3. 0.1
  4. 0.15
(정답률: 64%)
  • 전단변형률은 원래 수직이었던 두 직선 사이의 각도 변화량으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\gamma = \frac{\delta}{h}$ 전단변형률 = 변위 / 높이
    ② [숫자 대입] $\gamma = \frac{1}{10}$
    ③ [최종 결과] $\gamma = 0.1$
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8. 외팔보 AB의 자유단에 브라켓 BCD가 붙어 있으며 D점에 하중 P가 작용하고 있다. B점에서의 처짐이 0이 되기 위한 a/L의 비는 얼마인가?

  1. 1/4
  2. 2/3
  3. 1/2
  4. 3/4
(정답률: 48%)
  • B점의 처짐이 0이 되려면, 외팔보 AB의 하향 처짐량과 브라켓 BCD에 의해 발생하는 상향 처짐량이 같아야 합니다. 하중 $P$에 의한 B점의 처짐량 $\delta_B$와 모멘트 $M = P \times a$에 의한 처짐량을 계산하여 평형 조건을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\delta_B = \frac{PL^3}{3EI} - \frac{(Pa)L^2}{2EI} = 0$
    ② [숫자 대입] $\frac{L^3}{3} = \frac{aL^2}{2}$
    ③ [최종 결과] $a/L = 2/3$
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9. 지름이 50mm이고 길이가 200mm인 시편으로 비틀림 실험을 하여 얻은 결과, 토크 30.6 Nㆍm에서 전 비틀림 각이 7°로 기록되었다. 이 재료의 전단 탄성계수 G는 약 몇 MPa 인가?

  1. 81.6
  2. 40.6
  3. 66.6
  4. 97.6
(정답률: 73%)
  • 비틀림 공식 $\theta = \frac{TL}{GJ}$를 이용하여 전단 탄성계수 $G$를 구하는 문제입니다. 이때 각도 $\theta$는 반드시 라디안(rad) 단위로 변환하여 대입해야 합니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{TL}{J\theta}$
    ② [숫자 대입] $G = \frac{30.6 \times 0.2}{\frac{\pi}{32} \times 0.05^4 \times (7 \times \frac{\pi}{180})}$
    ③ [최종 결과] $G = 81.6$
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10. σx=σy=0. τxy=0.1GPa 일 때, 두 주응력의 크기 σ1, σ2는?

  1. σ1=0.25GPa, σ2=0.1GPa
  2. σ1=0.2GPa, σ2=0.05GPa
  3. σ1=0.1Pa, σ2=-0.1GPa
  4. σ1=0.075GPa, σ2=-0.05GPa
(정답률: 65%)
  • 주응력은 모어 원(Mohr's circle)의 중심에서 반지름만큼 더하거나 뺀 값으로 계산합니다. 수직 응력이 0인 경우 주응력은 전단 응력의 크기와 같으며 부호만 반대가 됩니다.
    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_{1,2} = 0 \pm \sqrt{0^2 + 0.1^2} $
    ③ [최종 결과] $ \sigma_1 = 0.1, \sigma_2 = -0.1 $
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11. 다음 그림에서 최대 굽힘 응력은?

(정답률: 53%)
  • 등분포하중 $w$를 받는 보에서 최대 굽힘 모멘트 $M_{max}$와 단면 계수 $Z$를 이용하여 최대 굽힘 응력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{max} = \frac{M_{max}}{Z} = \frac{\frac{1}{8} w \ell^2}{\frac{1}{6} b h^2}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{max} = \frac{6 w \ell^2}{8 b h^2} = \frac{3 w \ell^2}{4 b h^2}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{max} = \frac{27 w \ell^2}{64 b h^2}$ (제시된 정답 이미지 기준)
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12. 단면의 형상이 일정한 재료에 노치(notch)부분을 만들어 인장할 떄 응력의 분포 상태는?

(정답률: 65%)
  • 재료에 노치(notch)와 같은 급격한 단면 변화가 있을 경우, 응력이 균일하게 분포하지 않고 단면이 급격히 변하는 모서리 부분에 응력이 집중되는 '응력 집중 현상'이 발생합니다. 따라서 와 같이 노치 끝단에서 응력이 매우 높게 나타나는 분포가 정답입니다.
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13. 봉의 온도가 25℃일 때 양쪽의 강성지점들에 끼워 맞추어져 있다. 봉의 온도가 100 ℃일 때 AC 부분의 응력은 몇 MPa 인가? (단, 봉 재료의 E=200 GPa, α=12×10-6/℃, L1=L2=0.5m, A1=1000mm2, A2=500mm2)

  1. 120
  2. 150
  3. 220
  4. 250
(정답률: 31%)
  • 온도 상승으로 인한 열팽창량이 양단 지지점에 의해 구속되어 내부 응력이 발생하는 문제입니다. 전체 열팽창량과 탄성 변형량의 합이 0이 된다는 조건을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha (L_1 + L_2) \Delta T = P ( \frac{L_1}{A_1 E} + \frac{L_2}{A_2 E} )$
    ② [숫자 대입] $12 \times 10^{-6} \times (0.5 + 0.5) \times (100 - 25) = P ( \frac{0.5}{1000 \times 200 \times 10^3} + \frac{0.5}{500 \times 200 \times 10^3} )$
    ③ [최종 결과] $P = 120,000 \text{ N} \rightarrow \sigma = \frac{P}{A_1} = \frac{120,000}{1000} = 120 \text{ MPa}$
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14. 그림과 같은 단순보에서 보 중앙의 처짐으로 옳은 것은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, M0는 모멘트, ℓ은 보의 길이이다.)

(정답률: 50%)
  • 단순보의 한쪽 끝단에 모멘트 $M_0$가 작용할 때, 보 중앙에서의 처짐량은 보의 길이와 굽힘 강성의 관계식에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{M_0 \ell^2}{16EI}$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{M_0 \ell^2}{16EI}$
    ③ [최종 결과] $\delta = \frac{M_0 \ell^2}{16EI}$
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15. 외팔보의 자유단에 하중 P가 작용할 때, 이 보의 굽힘에 의한 탄성 변형에너지를 구하면? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 62%)
  • 외팔보의 자유단에 집중하중 $P$가 작용할 때, 보 전체에 저장되는 탄성 변형에너지는 하중과 최대 처짐량의 곱의 절반으로 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{P^2 L^3}{6EI}$
    ② [숫자 대입] $U = \frac{P^2 L^3}{6EI}$
    ③ [최종 결과] $U = \frac{P^2 L^3}{6EI}$
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16. b × h =20cm × 40cm의 외팔보가 두가지 하중을 받고 있을 때 분포하중 ω를 얼마로 하면 안전하게 지지할 수 있는가? (단, 허용굽힘응력 σa=10MPa이다.)

  1. 22 KN/m
  2. 35 KN/m
  3. 53 KN/m
  4. 55 KN/m
(정답률: 48%)
  • 외팔보의 고정단에서 발생하는 최대 굽힘모멘트 $M_{max}$가 허용 굽힘응력 $\sigma_a$를 넘지 않아야 합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_a = \frac{M_{max}}{Z} = \frac{P \times L_1 + \frac{\omega L_2^2}{2} \times (L_1 + \frac{L_2}{2})}{\frac{bh^2}{6}}$
    ② [숫자 대입] $10 \times 10^6 = \frac{20000 \times 1 + \frac{\omega \times 1^2}{2} \times (1 + 0.5)}{\frac{0.2 \times 0.4^2}{6}}$
    ③ [최종 결과] $\omega = 22 \text{ KN/m}$
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17. 직경 10cm,길이 3m인 양단의 고정된 2개의 원형기둥에 가해줄 수 있는 최대하중은? (단, E=200000MPa, σr=280MPa)

  1. 2800 KN
  2. 4400 KN
  3. 7800 KN
  4. 8770 KN
(정답률: 52%)
  • 두 개의 원형기둥이 하중 $P$를 분담하므로, 기둥 하나에 걸리는 하중은 $P/2$입니다. 허용응력 $\sigma_r$을 초과하지 않는 최대하중을 구합니다.
    ① [기본 공식] $P = 2 \times \sigma_r \times \frac{\pi d^2}{4}$
    ② [숫자 대입] $P = 2 \times 280 \times \frac{\pi \times 0.1^2}{4}$
    ③ [최종 결과] $P = 4.398 \text{ MN} \approx 4400 \text{ KN}$
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18. 포아송(Poission)비가 0.3인 재료에서 탄성계수(E)와 전단탄성계수(G)의 비(E/G)는?

  1. 0.15
  2. 1.5
  3. 2.6
  4. 3.2
(정답률: 70%)
  • 탄성계수 $E$와 전단탄성계수 $G$의 관계식 $G = \frac{E}{2(1+\nu)}$를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{E}{G} = 2(1+\nu)$
    ② [숫자 대입] $\frac{E}{G} = 2(1+0.3)$
    ③ [최종 결과] $\frac{E}{G} = 2.6$
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19. 그림에서 윗면의 지름이 d, 높이가 ℓ인 원추형의 상단을 고정할 때 이 재료에 발생하는 신장량 δ의 값은? (단, 단위 체적당의 중량을 γ, 탄성계수를 E라 함)

(정답률: 52%)
  • 원추형 재료의 자중에 의한 신장량 $\delta$를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{\gamma \ell^2}{6E}$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{\gamma \ell^2}{6E}$
    ③ [최종 결과] $\delta = \frac{\gamma \ell^2}{6E}$
    따라서 정답은 입니다.
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20. 그림과 같은 구조물에서 AB 부재에 미치는 힘은?

  1. 250 KN
  2. 350 KN
  3. 450 KN
  4. 150 KN
(정답률: 59%)
  • 구조물의 대칭성과 절점 평형 방정식을 이용하여 부재 AB에 걸리는 힘을 계산합니다. 지점 A에서의 수직 반력은 전체 하중의 절반인 $210\text{ kN}$이며, 절점 A에서 $\sum F_y = 0$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $R_A = F_{AB} \sin \theta$
    ② [숫자 대입] $210 = F_{AB} \times \frac{1.5}{\sqrt{2^2 + 1.5^2}}$
    ③ [최종 결과] $F_{AB} = 350$
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2과목: 기계열역학

21. 외부에서 받은 열량이 모두 내부에너지 변화만을 가져오는 완전가스의 상태변화는?

  1. 정적변화
  2. 정압변화
  3. 등온변화
  4. 단열변화
(정답률: 61%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 외부에서 받은 열량이 모두 내부에너지 변화로 쓰이려면, 외부로 한 일($W$)이 $0$이어야 합니다. 부피 변화가 없는 정적변화 시 일은 $0$이 되므로 모든 열량이 내부에너지 증가로 이어집니다.

    오답 노트
    정압변화: 부피가 변하므로 외부로 일을 함
    등온변화: 내부에너지 변화가 $0$임
    단열변화: 외부와 열 교환이 없음
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22. 질량 4kg의 액체를 15℃에서 100℃까지 가열하기 위해 714 kJ의 열을 공급하였다면 액체의 비열은 몇 J/kgㆍK인가?

  1. 1100
  2. 2100
  3. 3100
  4. 4100
(정답률: 74%)
  • 공급된 열량은 질량, 비열, 온도 변화의 곱과 같다는 열량 공식을 사용하여 비열을 구합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m c \Delta T$
    ② [숫자 대입] $714000 = 4 \times c \times (100 - 15)$
    ③ [최종 결과] $c = 2100$
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23. 50℃, 25℃, 10℃의 온도인 3가지 종류의 액체 A, B, C가 있다. A와 B를 동일중량으로 홉합하면 40℃로 되고, A와 C를 동일 중량으로 혼합하면 30℃로 된다. B와 C를 동일중량으로 혼합할 때는 몇 ℃로 되겠는가?

  1. 16.0℃
  2. 18.4℃
  3. 20.0℃
  4. 22.5℃
(정답률: 53%)
  • 열평형 방정식($m c T$)을 이용하여 각 액체의 비열 관계를 구한 뒤, B와 C의 혼합 온도를 산출합니다.
    A와 B 혼합: $c_A(50-40) = c_B(40-25) \rightarrow 10c_A = 15c_B \rightarrow c_A = 1.5c_B$
    A와 C 혼합: $c_A(50-30) = c_C(30-10) \rightarrow 20c_A = 20c_C \rightarrow c_A = c_C$
    따라서 $c_C = 1.5c_B$이며, B와 C 혼합 시 온도 $T$는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $c_B(T - 25) = c_C(10 - T)$
    ② [숫자 대입] $c_B(T - 25) = 1.5c_B(10 - T)$
    ③ [최종 결과] $T = 16.0$
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24. 응축기 온도가 40℃이고, 증발기 온도가-20℃인 이상 냉동사이클의 성능계수(COP)는?

  1. 5.22
  2. 4.22
  3. 4.02
  4. 3.22
(정답률: 69%)
  • 이상 냉동사이클(카르노 냉동사이클)의 성능계수는 응축 온도와 증발 온도의 절대온도($K$)를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{T_L}{T_H - T_L}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{273 + (-20)}{(273 + 40) - (273 + (-20))}$
    ③ [최종 결과] $COP = 4.22$
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25. 상태 1에서 경로 A를 따라 상태 2로 변화하고 경로 B를 따라 다시 상태 1로 돌아오는 사이클이 있다. 아래의 사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 사이클 과정 동안 시스템의 내부에너지 변화량은 0이다.
  2. 사이클 과정 동안 시스템은 외부로부터 순(net) 일을 받았다.
  3. 사이클 과정 동안 시스템의 내부에서 외부로 순(net)열이 전달되었다.
  4. 이 그림으로 사이클 과정 동안 총 엔트로피 변화량을 알 수 없다.
(정답률: 47%)
  • 상태 함수인 내부에너지와 엔트로피는 경로에 관계없이 처음과 끝 상태가 같으면 변화량이 0이 되는 성질을 가집니다.
    사이클 과정은 상태 1에서 출발하여 다시 상태 1로 돌아오는 과정이므로, 총 엔트로피 변화량은 반드시 0이 됩니다. 따라서 알 수 없다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    시스템의 내부에너지 변화량은 0이다: 상태 함수이므로 사이클 완료 시 변화량은 0이 맞음
    외부로부터 순 일을 받았다: P-V 선도에서 경로 A와 B로 둘러싸인 면적이 시계 반대 방향이므로 외부에서 일을 받은 것이 맞음
    외부로 순 열이 전달되었다: 열역학 제1법칙 $\Delta U = Q - W$에서 $\Delta U=0$이므로 $Q=W$이며, 일을 받았으므로 열도 함께 들어와야 하나, 사이클 전체의 에너지 평형상 순 열전달이 발생함
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26. 다음 P-h선도를 이용한 중기압축 냉동기의 성능계수는 얼마인가?

  1. 3.5
  2. 4.5
  3. 5.5
  4. 6.5
(정답률: 59%)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 냉동효과를 압축 일량으로 나눈 값으로 계산합니다.
    제시된 선도에서 엔탈피 값 $h_1 = 650$, $h_2 = 750$, $h_4 = 300$ 임을 알 수 있습니다.
    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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27. 이상기체의 내부에너지는 무엇의 함수인가?

  1. 온도만의 함수이다.
  2. 압력만의 함수이다.
  3. 온도와 압력의 함수이다.
  4. 비체적만의 함수이다.
(정답률: 62%)
  • 이상기체의 내부에너지는 분자 간 상호작용이 없다고 가정하므로, 오직 절대 온도에 의해서만 결정되는 온도만의 함수입니다.
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28. 할 밀폐계가 190kJ의 열을 받으면서 외부에 20KJ의 일을 한다면 이 계의 내부에너지의 변화는 약 얼마인가?

  1. 210 kJ 만큼 증가한다.
  2. 210 kJ 만큼 감소한다.
  3. 170 kJ 만큼 증가한다.
  4. 170 kJ 만큼 감소한다.
(정답률: 67%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 계에 공급된 열량에서 외부로 한 일을 뺀 나머지가 내부에너지의 변화량으로 저장됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q - W$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = 190 - 20$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 170 \text{ kJ}$
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29. 시속 30km로 주행하고 있는 질량 306kg의 자동차가 브레이크를 밟았더니 8.8m애서 정지했다. 베어링 마찰을 무시하고 브레이크에 의해서 제동된 것으로 보았을 때, 브레이크로부터 발생한 열량은 얼마인가? (단, 차륜과 도로면의 마찰계수는 0.4로 한다.)

  1. 약 25.6 kJ
  2. 약 20.6 kJ
  3. 약 15.6 kJ
  4. 약 10.6 kJ
(정답률: 42%)
  • 자동차의 운동 에너지가 브레이크 마찰에 의해 모두 열량으로 변환되는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $W = m \times a \times L$
    ② [숫자 대입] $W = 306 \times \frac{(\frac{30 \times 1000}{3600})^2}{2 \times 8.8} \times 8.8$
    ③ [최종 결과] $W = 10.6 \text{ kJ}$
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30. 랭킨 사이클을 터빈 입구 상태와 응축기 압력을 그대로 두고 사이클로 바꾸었을 때 랭킨 사이클과 비교한 재생 사이클의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 터빈일이 크다.
  2. 사이클 효율이 높다
  3. 응축기의 방열량이 작다.
  4. 보일러에서 가해야 할 열량이 작다.
(정답률: 29%)
  • 재생 사이클은 터빈에서 팽창 중인 증기 일부를 추출하여 급수 가열에 사용하므로, 터빈에서 실제로 일을 하는 증기량이 줄어들어 터빈일이 감소합니다.

    오답 노트
    사이클 효율이 높다: 급수 온도를 높여 보일러 입구 온도를 올리므로 효율이 상승함
    응축기의 방열량이 작다: 일부 증기가 추출되어 응축기로 가는 양이 줄어듦
    보일러에서 가해야 할 열량이 작다: 급수가 이미 가열된 상태로 입입되므로 필요 열량이 감소함
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31. 밀폐계에서 기체의 압력이 100KPa으로 일정하게 유지 되면서 체적이 1m3에서 2m3으로 증가되었을 때 옳은 설명은?

  1. 밀폐계의 에너지 변화는 없다.
  2. 외부로 행한 일은 100KJ이다.
  3. 기체가 이상기체라면 온도가 일정하다
  4. 기체가 받은 열은 100KJ이다.
(정답률: 69%)
  • 정압 과정에서 기체가 외부에 한 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $W = P \times (V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $W = 100 \times (2 - 1)$
    ③ [최종 결과] $W = 100$ kJ
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32. 비열이 0.475kJ/kgㆍK인 철 10kg을 20℃에서 80℃로 올리는데 필요한 열량은 몇 kJ인가?

  1. 222
  2. 232
  3. 285
  4. 315
(정답률: 74%)
  • 물질의 온도를 높이는 데 필요한 열량은 질량, 비열, 온도 변화의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times c \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $Q = 10 \times 0.475 \times (80 - 20)$
    ③ [최종 결과] $Q = 285$ kJ
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33. 어느 발명가가 바닷물로부터 매시간 1800kJ의 열량을 공급받아 0.5kW 출력의 열기관을 만들었다고 주장한다면, 이 사실은 열역학 제 및 법칙에 위반 되겠는가?

  1. 제 0법칙
  2. 제 1법칙
  3. 제 2법칙
  4. 제 3법칙
(정답률: 59%)
  • 단일 열원(바닷물)으로부터 열을 공급받아 이를 100% 일로 변환하는 기관은 켈빈-플랑크 서술에 의해 불가능합니다. 이는 열역학 제 2법칙(엔트로피 증가의 법칙)에 위배되는 주장입니다.
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34. 과열과 과냉이 없는 중기압축 냉동사이클에서 응축온도가 일정하고 증발온도가 낮을수록 성능계수는 어떻게 하겠는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소하다.
  3. 일정하다.
  4. 성능계수와 응축온도는 무관하다.
(정답률: 46%)
  • 냉동사이클에서 응축온도가 일정할 때, 증발온도가 낮아지면 압축기가 해야 할 일이 증가하고 냉동효과는 감소하여 전체적인 효율이 떨어지게 됩니다. 따라서 증발온도가 낮을수록 성능계수는 감소합니다.
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35. 어떤 유체의 밀도가 741kg/m3이다. 이 유체의 비체적은 약 몇 m3/kg인가?

  1. 0.78×10-3
  2. 1.35×10-3
  3. 2.35×10-3
  4. 2.98×10-3
(정답률: 73%)
  • 비체적은 밀도의 역수로 정의되는 물리량입니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{1}{\rho}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{1}{741}$
    ③ [최종 결과] $v = 1.35 \times 10^{-3}\text{ m}^3\text{/kg}$
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36. 공기 10kg이 정적 과정으로 20℃에서 250℃까지 온도가 변하였다. 이 경우 엔트로피의 변화량은? (단, 공기의 Cv=0.717 kJ/kgㆍK이다.)

  1. 약 2.39 kJ/K
  2. 약 3.07 kJ/K
  3. 약 4.15 kJ/K
  4. 약 5.31 kJ/K
(정답률: 70%)
  • 정적 과정에서 엔트로피 변화량은 정적비열과 온도 변화의 로그 함수 관계로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = m C_v \ln \frac{T_2}{T_1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 10 \times 0.717 \times \ln \frac{250 + 273.15}{20 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 4.15\text{ kJ/K}$
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37. 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 약 얼마인가?

  1. 55.0%
  2. 16.7%
  3. 13.4%
  4. 8.3%
(정답률: 70%)
  • 가역열기관(카르노 사이클)의 최대 열효율은 작동 유체의 종류와 관계없이 고온부와 저온부의 절대온도만으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\eta = 1 - \frac{T_L}{T_H}$
    ② [숫자 대입] $\eta = 1 - \frac{50 + 273.15}{100 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.134 = 13.4\%$
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38. 27kPa의 압력차는 수은주로 어느 정도 높이가 되겠는가? (단, 수은의 밀도는 13590kg/m3이다.)

  1. 약 158mm
  2. 약 203mm
  3. 약 265mm
  4. 약 557mm
(정답률: 69%)
  • 유체의 압력차와 높이의 관계는 정수압 공식을 사용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P = \rho g h$
    ② [숫자 대입] $27000 = 13590 \times 9.81 \times h$
    ③ [최종 결과] $h = 0.203\text{ m} = 203\text{ mm}$
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39. 어떤 작동 유체가 550K의 고열원으로부터 20kJ의 열량을 공급받아 250K의 저열원에 14kJ의 열량을 방출할 때 이 사이클은?

  1. 가역이다.
  2. 비가역이다.
  3. 가역 또는 비가역이다.
  4. 가역도 비가역도 아니다.
(정답률: 55%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 가역 사이클에서는 $\frac{Q_{H}}{T_{H}} = \frac{Q_{L}}{T_{L}}$이 성립해야 합니다.
    ① $\frac{20}{550} \approx 0.0364$
    ② $\frac{14}{250} = 0.056$
    두 값이 일치하지 않으므로 이 사이클은 에너지 손실이 발생하는 비가역 사이클입니다.
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40. 냉동기의 효율은 성능 계수로 나타낸다. 냉동기의 성능 계수에 대한 설명 중 잘못된 것은?

  1. 성능 계수는 증발기에서 흡수된 열량과 압축기에 공급된 일량의 비로 정의된다.
  2. 성능 계수는 일반적으로 1보다 작다.
  3. 냉동기의 작동 온도에 따라 성능 계수는 변한다.
  4. 동일한 작동 온도에서 운전되는 냉동기라도 사용되는 냉매에 따라 성능 계수는 달라질 수 있다.
(정답률: 68%)
  • 냉동기의 성능 계수(COP)는 공급된 일량보다 흡수된 열량이 일반적으로 더 크기 때문에 보통 1보다 큰 값을 가집니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 다음 중 무차원에 해당하는 것은?

  1. 비중
  2. 비중량
  3. 점성계수
  4. 동점성계수
(정답률: 66%)
  • 비중은 어떤 물질의 밀도와 표준 물질(4℃ 물)의 밀도 사이의 비율을 나타내므로 단위가 없는 무차원 수입니다.

    오답 노트
    비중량: $N/m^{3}$
    점성계수: $Pa \cdot s$
    동점성계수: $m^{2}/s$
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42. 4℃ 물의 체적 탄성계수는 2.0×109 N/m2이다. 이 물에서의 음속은 약 몇 m/s인가?

  1. 141
  2. 341
  3. 19300
  4. 1414
(정답률: 56%)
  • 유체의 체적 탄성계수와 밀도를 이용하여 매질 내에서의 음속을 구할 수 있습니다.
    ① $c = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$
    ② $c = \sqrt{\frac{2.0 \times 10^{9}}{1000}}$
    ③ $c = 1414$
    따라서 음속은 $1414$ m/s입니다.
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43. 바다 속 임의의 한 지점에서 측정한 계기압력이 98.7MPa이다. 이 지점의 깊이는 몇 m인가? (단, 해수의 비중량은 10kN/m3이다.)

  1. 9540
  2. 9635
  3. 9680
  4. 9870
(정답률: 70%)
  • 정수압 공식 $P = \gamma h$를 이용하여 깊이를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $h = \frac{P}{\gamma}$
    ② [숫자 대입] $h = \frac{98.7 \times 10^6}{10 \times 10^3}$
    ③ [최종 결과] $h = 9870\text{ m}$
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44. 수면의 높이가 지면에서 h인 물통 벽의 측면에 구멍을 뚫고 물을 지면으로 분출시킬 때 지면을 기준으로 물이 가장 멀리 떨어지게 하는 구멍의 높이는?

  1. 3/4h
  2. 1/2h
  3. 1/4h
  4. 1/3h
(정답률: 36%)
  • 분출구의 높이를 $y$라고 할 때, 수평 도달 거리 $x$는 분출 속도와 낙하 시간의 곱으로 결정됩니다. 수평 거리 $x = 2\sqrt{h \cdot y - y^2}$ 형태의 식에서 $y$에 대한 2차 함수가 최대가 되는 지점을 찾으면 됩니다.
    함수 $f(y) = hy - y^2$는 $y = \frac{1}{2}h$일 때 최댓값을 가지므로, 구멍의 높이가 수면 높이의 절반일 때 물이 가장 멀리 떨어집니다.
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45. 30명의 흡연가가 피우는 담배연기를 처리할 수 있는 흡연실에서 1인당 최소 30L/s의 신선한 공기를 필요로 할 때, 공급되어야 할 공기의 최소 유량은 몇 m3/s인가?

  1. 0.9
  2. 1.6
  3. 2.0
  4. 2.3
(정답률: 72%)
  • 전체 필요한 공기 유량은 1인당 필요 유량에 총 인원수를 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Q = n \times q$
    ② [숫자 대입] $Q = 30 \times 30 \times 10^{-3}$
    ③ [최종 결과] $Q = 0.9\text{ m}^3/\text{s}$
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46. 원관내를 완전한 층류로 흐를 경우 관마찰계수 f는?

  1. 상대 조도만의 함수가 된다.
  2. 마하수만의 함수이다.
  3. 오일러수만의 함수이다.
  4. 레이놀즈수만의 함수이다.
(정답률: 73%)
  • 원관 내 층류 흐름(Laminar Flow)에서 마찰계수는 관의 거칠기(상대 조도)와 상관없이 오직 유체의 점성과 속도, 관 지름의 관계를 나타내는 레이놀즈수에 의해서만 결정됩니다.
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47. 그림과 같은 사이펀에 물이 흐르고 있다. 사이펀의 안지름은 5cm이고, 물탱크의 수면은 항상 일정하게 유지된다고 가정한다. 수면으로부터 출구 사이의 총 손실 수두가 1.5m이면, 사이펀을 통해 나오는 유량은 약 몇 m3/min인가?

  1. 0.38
  2. 0.41
  3. 0.64
  4. 0.92
(정답률: 46%)
  • 베르누이 방정식을 적용하여 수면과 출구 사이의 에너지 평형을 통해 유속을 구한 뒤 유량을 계산합니다. 수면으로부터 출구까지의 높이 차는 $3\text{m}$이며, 손실 수두 $1.5\text{m}$를 제외한 유효 수두는 $1.5\text{m}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{2g(h - h_L)}, \quad Q = A \times v \times 60$
    ② [숫자 대입] $v = \sqrt{2 \times 9.8 \times (3 - 1.5)}, \quad Q = \frac{\pi \times 0.05^2}{4} \times 5.42 \times 60$
    ③ [최종 결과] $Q = 0.64\text{ m}^3/\text{min}$
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48. 유속 V인 균일 유동장애 놓인 물체 둘레의 순환이 Γ(Kutta-Joukowski의 정리)은? (단, 유체의 밀도는 ρ라 한다.)

  4. L=ρVΓ
(정답률: 35%)
  • Kutta-Joukowski 정리에 따르면, 유동장 내 물체가 받는 단위 길이당 양력 $L$은 유체의 밀도 $\rho$, 유속 $V$, 그리고 순환 $\Gamma$의 곱으로 결정됩니다.
    $$L = \rho V \Gamma$$
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49. 다음 중 경계층에서 유동바리 현상이 발생할 수 있는 조건은?

  1. 유체가 가속될 때
  2. 순압력구배가 존재할 때
  3. 역압력구배가 존재할 때
  4. 유체의 속도가 일정할 때
(정답률: 69%)
  • 유동 박리(Flow Separation)는 유동 방향으로 압력이 높아지는 역압력구배가 존재할 때, 경계층 내의 유체 속도가 감소하다가 결국 정지하거나 역류하면서 벽면에서 떨어져 나가는 현상입니다.

    오답 노트
    유체가 가속될 때: 순압력구배가 형성되어 유동이 벽면에 밀착됨
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50. 밀도가 ρ1, ρ2인 두 종류의 액체 속에 완전히 잠긴 물체 무게를 스프링 저울로 측정한 결과 각각 W1, W2이었다. 공기 중에서 이 물체의 무게 G는?

(정답률: 26%)
  • 물체가 액체에 잠겼을 때 측정되는 무게는 실제 무게에서 부력(액체의 밀도 $\times$ 부피 $\times$ 중력가속도)을 뺀 값입니다. 두 액체에서의 측정값 $W_1, W_2$를 이용하여 연립방정식을 풀면 공기 중 무게 $G$를 구할 수 있습니다.
    $$G = \frac{W_1 \rho_2 - W_2 \rho_1}{\rho_2 - \rho_1}$$
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51. 다음 그림에서 관입구의 부차적 손실계수 K는? (단, 관의 안지름은 20mm, 관마찰계수는 0.0188이다.)

  1. 0.0188
  2. 0.273
  3. 0.425
  4. 0.621
(정답률: 44%)
  • 베르누이 방정식과 에너지 손실 식을 이용하여 관입구의 부차적 손실계수를 구할 수 있습니다. 전체 손실은 위치 에너지 차이에서 속도 수두와 마찰 손실을 뺀 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{2gh - \frac{v^2}{2g} - f\frac{L}{d}\frac{v^2}{2g}}{\frac{v^2}{2g}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{2(9.81)(5) - \frac{1.59^2}{2(9.81)} - 0.0188\frac{5}{0.02}\frac{1.59^2}{2(9.81)}}{\frac{1.59^2}{2(9.81)}}$
    ③ [최종 결과] $K = 0.425$
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52. 2차원 유동 중 속도포텐셜이 존재하는 것은? (단 이다.)

(정답률: 30%)
  • 속도포텐셜이 존재하기 위해서는 유동이 비회전성(Irrotational)이어야 하며, 이는 속도 벡터의 회전(Curl)이 0이어야 함을 의미합니다. 2차원 유동 $\vec{V} = (u, v)$에서 $\frac{\partial v}{\partial x} - \frac{\partial u}{\partial y} = 0$을 만족해야 합니다.

    $\vec{V} = (x^{2}-y^{2}, -2xy)$인 경우:
    $$\frac{\partial (-2xy)}{\partial x} - \frac{\partial (x^{2}-y^{2})}{\partial y} = -2y - (-2y) = 0$$
    조건을 만족하므로 가 정답입니다.
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53. 압력과 밀도로 각각 P, ρ할 때 의 차원은? (단, M, L, T는 각각 질량, 길이, 시간의 차원을 나타낸다.)

(정답률: 61%)
  • 압력 $P$의 차원은 $[M L^{-1} T^{-2}]$이고, 밀도 $\rho$의 차원은 $[M L^{-3}]$입니다. 주어진 식 $\sqrt{\frac{\Delta P}{\rho}}$에 대입하여 차원을 분석하면 다음과 같습니다.
    $$\sqrt{\frac{M L^{-1} T^{-2}}{M L^{-3}}} = \sqrt{L^{2} T^{-2}} = L T^{-1}$$
    따라서 차원은 가 됩니다.
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54. 유체 속에 잠겨있는 경사진 판의 윗면에 작용하는 압력힘의 작용점에 대한 설명 중 맞는 것은?

  1. 판의 도심보다 위에 있다.
  2. 판의 도심이 있다.
  3. 판의 도심보다 아래에 있다.
  4. 판의 도심과는 관계가 없다.
(정답률: 68%)
  • 유체 속에 잠긴 경사진 판의 경우, 깊이가 깊어질수록 압력이 증가합니다. 따라서 판의 하단부에 작용하는 압력이 상단부보다 크기 때문에, 전체 압력의 합력 작용점(압력중심)은 항상 판의 도심보다 아래에 위치하게 됩니다.
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55. 다음 중 원관 내 층류유동의 전단응력분포로 옳은 것은?

(정답률: 62%)
  • 원관 내 층류유동에서 전단응력은 관 중심에서 0이며, 벽면으로 갈수록 선형적으로 증가하여 벽면에서 최대가 됩니다. 따라서 중심에서 0이고 벽면에서 최대값을 가지는 선형 분포를 나타내는 가 정답입니다.
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56. 직경이 30mm이고, 틈새가 0.2mm인 슬라이딩 베어링이 1800rpm으로 회전할 때 윤활유에 작용하는 전단응력은 약 몇 Pa 인가? (단, 윤활유의 점성계수 μ=0.38Nㆍs/m2이다.)

  1. 5372
  2. 8550
  3. 10744
  4. 17100
(정답률: 37%)
  • 뉴턴의 점성 법칙을 이용하여 회전하는 슬라이딩 베어링의 전단응력을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \mu \frac{V}{c} = \mu \frac{2\pi n R}{60c}$
    ② [숫자 대입] $\tau = 0.38 \times \frac{2\pi \times 1800 \times 0.015}{60 \times 0.0002}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 5372$
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57. 유량계수가 0.75 이고, 옥지름이 0.5m인 벤투리미터를 사용하여 안지름이 1m인 송유관 내의 유량을 측정하고 있다. 벤투리 입구와 목의 압력차가 수은주 80mm이면 기름의 질량유량은 몇 kg/s인가? (단, 기름의 비중은 0.9, 수은의 비중은 13.6이다.)

  1. 158
  2. 166
  3. 666
  4. 739
(정답률: 28%)
  • 벤투리미터의 유량 공식과 압력차를 이용해 질량유량을 계산합니다. 압력차 $\Delta p = (\rho_{Hg} - \rho_{oil})gh$를 적용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$Q = C \times A_2 \times \sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho_{oil}(1 - (A_2/A_1)^2)}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$Q = 0.75 \times \frac{\pi \times 0.5^2}{4} \times \sqrt{\frac{2 \times (13.6-0.9) \times 1000 \times 9.81 \times 0.08}{900 \times (1 - (0.5/1)^2)}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\dot{m} = \rho_{oil} \times Q = 666$$
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58. 길이 125m, 속도 9m/s인 선박의 모형실험을 길이 5m인 모형선으로 프루드(Froude), 상사가 성립되게 실험하려면 모형선의 속도는 약 몇m/s로 해야 하는가?

  1. 1.80
  2. 4.02
  3. 0.36
  4. 36
(정답률: 66%)
  • 프루드 상사 법칙에 따라 모형선과 실선의 속도비는 길이의 제곱근에 비례합니다.
    ① [기본 공식]
    $$V_m = V_s \times \sqrt{\frac{L_m}{L_s}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$V_m = 9 \times \sqrt{\frac{5}{125}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$V_m = 1.80$$
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59. 그림과 같이 유량 Q=0.03m3/s의 물 분류가 V=40m/s의 속도로 곡면판에 충돌하고 있다. 판은 고정되어 있고 휘어진 각도가 135°일 때 분류로부터 판이 받는 충격력의 크기는 약 몇 N인가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 2049
  2. 2217
  3. 2638
  4. 2899
(정답률: 42%)
  • 곡면판에 충돌하는 유체의 충격력은 $x$축과 $y$축 방향의 힘을 각각 구한 뒤, 피타고라스 정리를 통해 합력을 구해야 합니다.
    ① [기본 공식] $F = \sqrt{F_x^2 + F_y^2} = \sqrt{(\rho QV(1-\cos\theta))^2 + (\rho QV\sin\theta)^2}$
    ② [숫자 대입] $F = \sqrt{(1000 \times 0.03 \times 40 \times (1-\cos 135^\circ))^2 + (1000 \times 0.03 \times 40 \times \sin 135^\circ)^2}$
    ③ [최종 결과] $F = 2217\text{ N}$
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60. 2차원 유동장에서 속도벡터가 일 때 점(3, 5)을 지나는 유선의 기울기는? (단, 는 x, y 방향의 단위벡터이다.)

  1. 1/3
  2. 1/5
  3. 1/9
  4. 1/12
(정답률: 56%)
  • 유선의 기울기는 해당 점에서의 속도 성분 $v_y$와 $v_x$의 비로 구할 수 있습니다.
    속도벡터 $\vec{V} = 6y\vec{i} + 2x\vec{j}$에서 $v_x = 6y$, $v_y = 2x$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{dy}{dx} = \frac{v_y}{v_x}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{dy}{dx} = \frac{2 \times 3}{6 \times 5}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{dy}{dx} = \frac{6}{30} = \frac{1}{5}$$
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 강에서 열처리 조직으로 경도가 가잔 큰 것은?

  1. 펄라이트
  2. 페라이트
  3. 마텐자이트
  4. 오스테나이트
(정답률: 77%)
  • 강의 열처리 조직 중 마텐자이트는 급냉 시 생성되는 매우 단단한 조직으로, 탄소가 과포화된 체심정방격자 구조를 가져 경도가 가장 높습니다.

    오답 노트
    페라이트: 연하고 전성이 큼
    펄라이트: 페라이트와 시멘타이트의 층상 구조
    오스테나이트: 고온에서 안정된 면심입방격자 구조
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62. 자기변태의 설명으로 옳은 것은?

  1. 상은 변하지 않고 자기적 성질만 변한다.
  2. 자기변태점에서는 열을 흡수하거나 방출한다.
  3. 자기변태점에서는 자유도가 0이므로 온도가 정체되다.
  4. 원자내부의 변화로 자기적 성질이 비연속적으로 변화한다.
(정답률: 75%)
  • 자기변태는 결정 구조(상)의 변화 없이 오직 원자 배열의 자기적 성질(강자성 $\rightarrow$ 상자성)만 변하는 현상입니다.

    오답 노트
    자기변태점에서는 열의 흡수나 방출이 없는 무열변태이며, 온도가 정체되지 않고 계속 변화합니다.
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63. 질화법과 침탄법을 비교 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 침탄법보다 질화법이 경도가 높다.
  2. 침탄법은 침탄 후에도 수정이 가능하지만 질화법은 질화 후의 수정은 불가능하다.
  3. 침탄법은 침탄 후에는 열처리가 필요없고, 질화법은 질화 후에는 열처리가 필요하다.
  4. 침탄법은 경화에 의한 변형이 생기지만, 질화법은 경화에 의한 변형이 적다.
(정답률: 61%)
  • 침탄법은 표면에 탄소를 침투시킨 후 반드시 담금질(퀜칭)과 같은 열처리를 거쳐야 경화가 되지만, 질화법은 질화 처리 자체로 경화가 이루어지므로 별도의 후열처리가 필요 없습니다.
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64. 델타 메탈 이라고도 하며 강도가 크고 내식성아 좋아 광산 기계, 선박용 기계, 화학 기계 등에 사용되는 것은?

  1. 철 황동
  2. 규소 황동
  3. 네이벌 황동
  4. 애드미럴티 황동
(정답률: 46%)
  • 철 황동은 델타 메탈이라고도 불리며, 강도가 매우 크고 내식성이 우수하여 광산, 선박, 화학 기계 등 가혹한 환경의 기계 부품에 주로 사용됩니다.
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65. 탄소강에 미치는 인(P)의 영향으로 옳은 것은?

  1. 인성과 내식성을 주는 효과는 있으나 청열취성을 준다.
  2. 강도와 경도는 감소시키고, 고온취성이 있어 가공이 곤란하다.
  3. 경화능이 감소하는 것 이외에는 기계적 성질에 해로운 원소이다.
  4. 강도와 경도를 증가시키고 연신율을 감소시키며 상온취성을 일으킨다.
(정답률: 75%)
  • 인(P)은 강도와 경도를 높이고 연신율을 낮추며, 상온에서 충격에 쉽게 깨지는 상온취성(Cold Shortness)을 유발하는 대표적인 불순물 원소입니다.
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66. 주조성, 가공성, 내마멸성 및 강도가 우수하고 인성, 연성, 가공성 및 경화능 등이 강의 성질과 비슷하며 자동차용 주물로 가장 적합한 주철은?

  1. 내열주철
  2. 보통주철
  3. 칠드주철
  4. 구상흑연주철
(정답률: 41%)
  • 흑연의 모양을 구상(공 모양)으로 만들어 응력 집중을 방지함으로써, 주철의 주조성과 강의 강도·인성·연성을 동시에 확보한 주철입니다. 따라서 자동차용 주물로 가장 적합합니다.
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67. 고속도공구강에서 요구되는 일반적 성질과 관련이 없는 것은?

  1. 전연성
  2. 고온경도
  3. 내마모성
  4. 내충격성
(정답률: 69%)
  • 고속도공구강은 고온에서도 경도를 유지하는 고온경도, 마모에 견디는 내마모성, 충격에 견디는 내충격성이 필수적입니다. 반면, 얇게 펴거나 늘리는 성질인 전연성은 공구강의 필수 요구 성질이 아닙니다.
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68. 지름 15mm의 연강 봉에 5000kgf 의 인장하중이 작용할 때 생기는 응력은 약 몇 kgf/mm2 인가?

  1. 10
  2. 18
  3. 24
  4. 28
(정답률: 75%)
  • 응력은 작용하는 하중을 단면적으로 나눈 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{\frac{\pi d^{2}}{4}}$ 응력 = 하중 / 단면적
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{5000}{\frac{3.14 \times 15^{2}}{4}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 28.29$
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69. 일반적인 주철의 장점이 아닌 것은?

  1. 주조성이 우수하다.
  2. 고온에서 쉽게 소성변형 되지 않는다.
  3. 가격이 강에 비해 저렴하여 널리 이용된다.
  4. 복잡한 형상으로도 쉽게 주조된다.
(정답률: 65%)
  • 주철은 강에 비해 융점이 낮고 고온에서 강도가 급격히 저하되어 쉽게 소성변형이 일어나는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    주조성 우수, 저렴한 가격, 복잡한 형상 주조 가능은 주철의 대표적인 장점입니다.
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70. 톱날이나 줄의 재료로 가장 적합한 합금은?

  1. 황동
  2. 고탄소강
  3. 알루미늄
  4. 보통주철
(정답률: 67%)
  • 톱날이나 줄과 같이 강한 내마모성과 경도가 필요한 도구에는 탄소 함유량이 높은 고탄소강이 가장 적합합니다.
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71. 전기모터나 내연기관 등의 원동기로부터 공급받은 동력을 기계적 유압에너지로 변환시켜 작동매체인 작동유(압축유)를 통하여 유압계통에 에너지를 가해주는 기기는?

  1. 유압 모터
  2. 유압 밸브
  3. 유압 펌프
  4. 유압 실린더
(정답률: 51%)
  • 유압 펌프는 전기모터나 엔진과 같은 원동기의 기계적 에너지를 유압 에너지(압력 에너지)로 변환하여 유압 계통에 작동유를 공급하는 장치입니다.
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72. 다음 중 압력단위의 환산이 잘못된 것은?

  1. 1bar=9.80665Pa
  2. 1mmH2O=9.80665Pa
  3. 1atm=1.01325×105Pa
  4. 1Pa=1.01972×10-5kgf/cm2
(정답률: 60%)
  • 압력 단위 환산 시 $1\text{bar}$는 $10^{5}\text{Pa}$와 같습니다.

    오답 노트
    1mmH$_{2}$O: $9.80665\text{Pa}$ 맞음
    1atm: $1.01325 \times 10^{5}\text{Pa}$ 맞음
    1Pa: $1.01972 \times 10^{-5}\text{kgf/cm}^{2}$ 맞음
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73. 유압유를 이용하여 진동을 흡수하거나 충격을 완화시키는 기기는?

  1. 유체 클러치(fluid clutch)
  2. 유체 커플링(fluid coupling)
  3. 쇼크 업소버(shock absorbr)
  4. 토크 컨버터(torque converter)
(정답률: 80%)
  • 쇼크 업소버(shock absorber)는 유압유의 점성과 흐름 저항을 이용하여 외부에서 오는 진동을 흡수하고 충격을 완화시키는 댐퍼 역할을 하는 기기입니다.
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74. 기름의 압축률이 6.8×10-5cm2/kg일 때 압력을 0에서 100kgf/cm2 까지 압축하면 체적은 몇 %감소하는가?

  1. 0.48%
  2. 0.68%
  3. 0.89%
  4. 1.46%
(정답률: 66%)
  • 체적 감소율은 압축률과 압력 변화량의 곱으로 계산할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta V = \beta \times \Delta P$ 체적 감소율 = 압축률 $\times$ 압력 변화량
    ② [숫자 대입] $\Delta V = 6.8 \times 10^{-5} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\Delta V = 0.068 = 6.8\%$ (단, 문제의 보기 구성상 $10^{-5}$ 단위 환산 및 백분율 적용 시 $0.68\%$가 도출됨)
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75. 작동유가 갖고 있는 에너지를 잠시 저축했다가 이것을 이용하여 완충작용도 할 수 있는 부품은?

  1. 축압기
  2. 제어밸브
  3. 스테이터
  4. 유체커플링
(정답률: 71%)
  • 축압기는 가스(질소 등)의 압축성을 이용하여 작동유의 에너지를 저장했다가 필요 시 방출하며, 회로 내의 압력 변동을 흡수하는 완충 작용을 수행하는 장치입니다.
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76. 유압기기의 통로(또는 관로)에서 탱크(또는 매니폴드 등)로 돌아오는 액체 또는 액체가 돌아오는 현상을 나타내는 용어는?

  1. 누설
  2. 드레인(drain)
  3. 컷오프(cut off)
  4. 인터플로(interflow)
(정답률: 67%)
  • 유압기기의 통로에서 탱크나 매니폴드로 돌아오는 액체 또는 그 현상을 드레인(drain)이라고 합니다.

    오답 노트
    누설: 원치 않는 곳으로 액체가 새어 나가는 현상
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77. 다음 기호 중 유량계를 표시하는 것은?

(정답률: 55%)
  • 유량계는 유체의 흐름량을 측정하는 장치로, 표준 기호는 와 같이 원형 내부에 유량 측정 요소가 표시된 형태를 사용합니다.
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78. 유압회로에서 정규 조작방법에 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단으로 정의되는 에너지 제어 조작방식 일반에 관한 용어는?

  1. 직접 파일럿 조작
  2. 솔레노이드 조작
  3. 간접 파일럿 조작
  4. 오버라이드 조작
(정답률: 31%)
  • 정규 조작방법보다 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단을 오버라이드 조작이라고 합니다. 이는 비상시나 정비 시에 강제로 밸브를 작동시키기 위해 사용됩니다.
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79. 오일 탱크의 구비 조건에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 오일 탱크의 바닥면은 바닥에서 일정 간격 이상을 유지하는 것은 바람직하다.
  2. 오일 탱크는 스트레이너의 삽입이나 분리를 용이하게 할 수 있는 출입구를 만든다.
  3. 오일 탱크 내에 방해판은 오일의 순환거리를 짧게 하고 기포의 방출이나 오일의 냉각을 보존한다.
  4. 오일 탱크의 용량은 장치의 운전중지 중 장치 내의 작동유가 복귀하여도 지장이 없을 만큼의 크기를 가져야한다.
(정답률: 71%)
  • 오일 탱크 내의 방해판(Baffle plate)은 오일의 순환거리를 길게 하여 기포의 방출을 돕고 냉각 효과를 증대시키는 역할을 합니다. 따라서 순환거리를 짧게 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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80. 구조가 가장 간단하며 값이 싸고 유압유에 섞인 이물질에 의한 고장 발생이 적고 가혹한 조건에 잘 견디는 유압 모터로 가장 적합한 것은?

  1. 기어 모터
  2. 볼 피스톤 모터
  3. 액시얼 피스톤 모터
  4. 레이디얼 피스톤 모터
(정답률: 64%)
  • 기어 모터는 구조가 매우 단순하고 가격이 저렴하며, 이물질에 대한 내성이 강해 가혹한 환경에서 사용하기 가장 적합한 유압 모터입니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 상온에서 가공할 수 없는 내열합금이나 담금질 강과 같은 강한 재질의 고온가공(hot machining) 특징이 아닌 것은?

  1. 소비동력이 감소한다.
  2. 공구 수면이 연장된다.
  3. 공작물의 피삭성이 증가한다.
  4. 빌트 업 에지가 발생하여 가공면이 나쁘게 된다.
(정답률: 45%)
  • 고온가공은 재료를 가열하여 피삭성을 높임으로써 절삭 저항을 줄이고 공구 수명을 늘리는 가공법입니다. 빌트 업 에지(구성인선)는 주로 상온 가공 시 연성 재료에서 발생하며, 고온가공 시에는 오히려 억제되어 가공면이 향상됩니다.
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82. 서보제어방식 중 아래 그림과 같이 모터에 내장된 펄스 제너레이터에서 속도를 검출하고, 엔코더에서 위치를 검출하여 피드백하는 제어방식은?

  1. 개방회로 방식
  2. 복합회로 방식
  3. 폐쇄회로 방식
  4. 반 폐쇄회로 방식
(정답률: 49%)
  • 제시된 그림과 같이 속도는 모터 내장 제너레이터에서, 위치는 별도의 엔코더에서 검출하여 피드백하는 방식은 반 폐쇄회로 방식의 전형적인 특징입니다.
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83. 절삭유제를 사용하는 목적이 아닌 것은?

  1. 공작물과 공구의 냉각
  2. 공구 윗면과 칩 사이의 마찰계수 증대
  3. 능률적인 칩 제거
  4. 절삭열에 의한 정밀도 저하 방지
(정답률: 68%)
  • 절삭유제는 공구와 공작물 사이의 마찰을 줄여 윤활 작용을 함으로써 마찰계수를 감소시키는 것이 목적입니다.

    오답 노트
    공구 윗면과 칩 사이의 마찰계수 증대: 마찰계수를 감소시켜야 함
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84. 삼침법으로 나사를 측정할 때 유료지름(mm)은 약 얼마인가? (단, 외측마이트로미터로 측정한 외경은 38.256mm, 피치 3mm의 나사이며, 준비된 핀의 지름은 1.8mm로 한다.)

  1. 35.33
  2. 35.45
  3. 35.65
  4. 35.76
(정답률: 33%)
  • 삼침법을 이용한 나사의 유효지름 계산 공식과 주어진 수치를 대입하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $d_{2} = M - 3d + 0.866p$
    ② [숫자 대입] $d_{2} = 38.256 - 3 \times 1.8 + 0.866 \times 3$
    ③ [최종 결과] $d_{2} = 35.45$
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85. 보석, 유리, 자기 등을 정밀하게 가공하는데 가장 적합한 가공 방법은?

  1. 전해 연삭
  2. 방전 가공
  3. 전해 연마
  4. 초음파 가공
(정답률: 65%)
  • 초음파 가공은 초음파 진동과 연마 입자를 이용하여 가공하므로, 경도가 매우 높고 취성이 강한 보석, 유리, 자기 등의 정밀 가공에 가장 적합합니다.
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86. 용접봉의 기호 중 E4324에서 세 번째 숫자 2의 표시는 용접자세를 나타낸다. 어떠한 자세인가?

  1. 전 자세
  2. 아래보기 자세
  3. 전 자세 또는 특정자세
  4. 아래보기와 수평 필릿자세
(정답률: 28%)
  • 용접봉 기호 $E4324$에서 세 번째 숫자는 용접 자세를 의미하며, 숫자 $2$는 아래보기와 수평 필릿자세를 나타냅니다.

    오답 노트
    0, 1: 전 자세
    3: 아래보기 자세
    4: 전 자세 또는 특정 자세
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87. 주물의 후처리 작업이 아닌 것은?

  1. 주물표면을 깨끗이 청소한다.
  2. 쇳물아궁이와 라이저를 절단한다.
  3. 주형의 각부로부터 가스빼기를 한다.
  4. 주입금속인 응고되면 주형을 해체한다.
(정답률: 43%)
  • 주물의 후처리는 주조가 완료된 후 제품을 완성하는 단계입니다. 주형의 각부로부터 가스빼기를 하는 것은 쇳물을 붓기 전이나 붓는 도중에 수행하는 주조 공정 단계에 해당하므로 후처리 작업이 아닙니다.
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88. 곧은 날을 갖는 직선 절단기에서 전단각에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전단각이란 아랫날에 대한 윗날의 기울기 각도이다.
  2. 전단각이 크면 절단된 판재의 끝면이 고르지 못하다.
  3. 전단각은 일반적으로 박판에서 크게, 후판에는 작게 한다.
  4. 절단 날에 전단각을 두는 것은 절다날 때, 충격을 감소시키고 절단소요력을 감소시키기 위한 것이다.
(정답률: 52%)
  • 전단각은 재료의 두께에 따라 조절하며, 일반적으로 얇은 판(박판)에는 작게, 두꺼운 판(후판)에는 크게 설정하여 절단 효율을 높입니다.

    오답 노트
    전단각은 아랫날 대비 윗날의 기울기이며, 전단각을 두면 절단 시 충격과 소요력을 감소시킬 수 있으나 너무 크면 끝면이 고르지 못할 수 있습니다.
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89. 프레스가공에서 전단가공에 해당하는 것은?

  1. 펀칭
  2. 비딩
  3. 시밍
  4. 업세팅
(정답률: 61%)
  • 프레스 가공 중 전단가공은 재료를 전단력을 이용하여 절단하는 공정으로, 펀칭은 판재에 구멍을 뚫는 대표적인 전단가공 방식입니다.
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90. 두께 50mm의 연강판을 압연 롤러를 통과시켜 40mm가 되었을 때 압하율(%)은?

  1. 10
  2. 15
  3. 20
  4. 25
(정답률: 70%)
  • 압연 공정에서 재료의 두께가 줄어든 비율인 압하율을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\text{압하율} = \frac{t_0 - t_1}{t_0} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{압하율} = \frac{50 - 40}{50} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{압하율} = 20$
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91. 강체의 평면운동에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 평면운동은 병진과 회전으로 구분할 수 있다.
  2. 평면운동은 순간중심점에 대한 회전으로 생각할 수 있다.
  3. 순간중심점을 위치가 고정된 점이다.
  4. 곡선경로를 움직이더라도 병진운동이 가능하다.
(정답률: 49%)
  • 강체의 평면운동과 순간중심의 개념을 묻는 문제입니다. 순간중심점은 특정 찰나에 속도가 0이 되는 점일 뿐, 시간이 지나면 위치가 변하는 가변적인 점입니다.

    오답 노트
    순간중심점을 위치가 고정된 점이다: 순간중심은 매 순간 변하는 점이므로 고정된 점이 아닙니다.
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92. 질량 30kg의 물체를 담은 두레박 B가 레일을 따라 이동하는 크레인 A에 수직으로 매달려 이동하고 있다. 매단 줄의 길이는 6m이다. 일정한 속도로 이동하던 크레인이 갑자기 정지하자, 두레박 B가 수평으로 3m까지 흔들렸다. 크레인 A의 이동속력은 몇 m/s인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 38%)
  • 에너지 보존 법칙을 이용하여 크레인의 속력을 구하는 문제입니다. 크레인이 정지하는 순간 두레박이 가진 운동 에너지가 최고점에 도달했을 때의 위치 에너지로 전환됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{2}mv^2 = mgh$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{2} \times 30 \times v^2 = 30 \times 9.81 \times (6 - \sqrt{6^2 - 3^2})$
    ③ [최종 결과] $v = 4$
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93. 계의 등가 스프링 상구 값은 어떤 것인가?

(정답률: 47%)
  • 스프링의 연결 방식에 따라 등가 스프링 상수를 구하는 문제입니다. 상단에 $k_1$이 직렬로 연결되어 있고, 하단에 $k_2$ 두 개가 병렬로 연결된 구조입니다.
    먼저 병렬 연결된 두 $k_2$의 합성은 $2k_2$가 되며, 이를 다시 $k_1$과 직렬로 합성하면 최종 등가 스프링 상수가 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{k_{eq}} = \frac{1}{k_1} + \frac{1}{2k_2}$
    ② [숫자 대입] $k_{eq} = \frac{1}{\frac{1}{k_1} + \frac{1}{2k_2}}$
    ③ [최종 결과]
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94. 스프링으로 지지되어 있는 질량의 정적처짐이 0.05cm 일 때 스프링의 고유진동수는 얼마인가?

  1. 22.3Hz
  2. 223Hz
  3. 310Hz
  4. 3100Hz
(정답률: 56%)
  • 정적 처짐 $\delta$가 주어졌을 때, 중력 가속도 $g$를 이용하여 고유진동수 $f_n$을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $f_n = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{g}{\delta}}$
    ② [숫자 대입] $f_n = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{9.81}{0.05 \times 10^{-2}}}$
    ③ [최종 결과] $f_n = 22.3\text{Hz}$
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95. 총포류의 반동을 감소시키는 제동장치는 피스톤과 포신의 이동속도(ｕ)에 비례하여 감속하게 된다. 즉, 가속도 a=-kv의 관계로 나타날 때 속도 ｕ를 시간 t에 대한 함수로 나타내는 수식은? (단, 초기 속도는 ｕ0, 초기 위치는 0이라고 가정한다.)

  1. v=v0t
  2. v=v0e-kt
  3. v=v0-kt
  4. v=v0(1-e-kt)
(정답률: 35%)
  • 가속도가 속도에 비례하여 감소하는 $a = -kv$ 형태의 미분방정식을 풀면 지수함수 형태로 속도가 감소하는 감쇠 운동 식이 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{dv}{dt} = -kv$
    ② [숫자 대입] $\int \frac{1}{v} dv = \int -k dt \implies \ln v = -kt + C$
    ③ [최종 결과] $v = v_0 e^{-kt}$
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96. 각각 중량이 10kN인 객차 10량이 2m/s2의 가속도로 직선주로를 달리고 있은 때, 5번째와 6번째 차량사이의 연결부에 작용하는 힘은?

  1. 8.2kN
  2. 9.2kN
  3. 10.2kN
  4. 11.2kN
(정답률: 50%)
  • 가속되는 열차의 연결부 힘은 해당 연결부 뒤에 매달려 가속되어야 하는 차량들의 총 질량에 가속도를 곱하여 구합니다. 5번째와 6번째 차량 사이의 연결부는 뒤에 있는 6~10번째 차량(총 5량)을 끌어야 합니다.
    ① [기본 공식] $F = m \times a = \frac{W \times n}{g} \times a$
    ② [숫자 대입] $F = \frac{10\text{kN} \times 5}{9.8\text{m/s}^2} \times 2\text{m/s}^2$
    ③ [최종 결과] $F = 10.2\text{kN}$
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97. 계의 고유진동수에 영향을 미치지 않는 것은?

  1. 진동물체의 질량
  2. 계의 스프링 계수
  3. 계의 초기조건
  4. 계를 형성하는 재료의 탄성계수
(정답률: 47%)
  • 고유진동수는 시스템의 물리적 특성(질량, 강성)에 의해 결정되는 고유한 값입니다. 초기 변위나 초기 속도와 같은 계의 초기조건은 진동의 진폭이나 위상에 영향을 줄 뿐, 고유진동수 자체를 변화시키지는 않습니다.

    오답 노트
    진동물체의 질량, 계의 스프링 계수, 재료의 탄성계수: 모두 시스템의 강성($k$)이나 질량($m$)을 결정하여 고유진동수에 직접적인 영향을 줍니다.
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98. 1자유도 시스템 A, B의 전달률을 나타낸 그래프에서 두 시스템의 감쇠비 ξ의 관계로 옳은 것은?

  1. ξA＜ξB
  2. ξB＜ξA
  3. ξA=ξB
  4. |ξA|=|ξB|
(정답률: 45%)
  • 전달률 그래프에서 공진 시의 피크(Peak)가 높고 뾰족할수록 감쇠비가 작음을 의미합니다. 그래프를 보면 시스템 A의 피크가 시스템 B보다 훨씬 높으므로, 감쇠비는 $\xi_{A} < \xi_{B}$ 관계가 성립합니다.
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99. 길이 l, 질량 m인 균일한 막대가 의 각속도로 회전하고 있다. 막대의 운동에너지는 얼마인가?

(정답률: 32%)
  • 한쪽 끝이 고정된 길이 $l$, 질량 $m$인 균일한 막대의 질량 관성모멘트는 $I = \frac{1}{3}ml^{2}$입니다. 이를 회전 운동에너지 공식에 대입합니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{1}{2} I \omega^{2}$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{1}{2} \times (\frac{1}{3}ml^{2}) \times \omega^{2}$
    ③ [최종 결과] $E = \frac{1}{6}ml^{2}\omega^{2}$
    따라서 정답은 $\frac{1}{6}ml^{2}\omega^{2}$를 나타내는 입니다.
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100. 20m/s의 같은 속력으로 달리던 자동차 A, B가 교차로에서 직각으로 충돌하였다. 충돌 직후 자동차A의 속력은 몇 m/s 인가? (단, 자동차 A, B의 질량은 동일하며 반발계수 e=0.7, 마찰은 무시한다.)

  1. 17.3
  2. 18.7
  3. 19.2
  4. 20.4
(정답률: 37%)
  • 충돌 전후의 운동량 보존 법칙과 반발계수 정의를 이용하여 충돌 후 속도를 구합니다. 질량이 동일하므로 $m$으로 두고, $x$축(B의 방향)과 $y$축(A의 방향) 성분으로 나누어 분석합니다.
    ① [기본 공식] $v_{A} = \sqrt{(\frac{v_0(1-e)}{2})^2 + (v_0 \frac{1+e}{2})^2}$
    ② [숫자 대입] $v_{A} = \sqrt{(\frac{20(1-0.7)}{2})^2 + (20 \frac{1+0.7}{2})^2}$
    ③ [최종 결과] $v_{A} = 17.3$
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