일반기계기사 필기 기출문제복원 (2014-09-20)

일반기계기사
(2014-09-20 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 아래 그림과 같은 보에 대한 굽힘 모멘트 선도로 옳은 것은?

(정답률: 51%)
  • 정답은 ""입니다.

    이유는 굽힘 모멘트 선도에서 가장 높은 점이 해당 보의 중심점인데, 이는 보의 중심에 가장 많은 하중이 집중되기 때문입니다. 따라서 이 점에서의 굽힘 모멘트가 가장 크다는 것을 의미합니다.
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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: 67%)
  • 환축에 작용하는 비틀림 모멘트는 M = GJø/L 이다. 여기서 J는 환축의 단면 2차 모멘트이다. 최대전단응력 τ는 τ = Tr/J 이므로, T = τJ로 대입하면 T = M(d/2)/J 이다. 이때 J는 원형 단면의 경우 J = πd^4/32 이므로, T = 16MGd/(πd^4) = 16MG/(πd^3) 이다. 따라서 정답은 "" 이다. 이유는 d^3이 분모에 있기 때문에 지름이 작을수록 최대전단응력이 커지기 때문이다.
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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: 48%)
  • 회전수(N) = 동력마력(H) x 9550 / 비틀림 모멘트(T)

    정답은 "" 이다. 이유는 비틀림 모멘트(T)는 동력마력(H)과 회전수(N)의 곱으로 나타낼 수 있기 때문이다. 따라서 위 식에서 비틀림 모멘트(T)를 H x 9550 / N으로 나누면 회전수(N)를 구할 수 있다.
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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: 65%)
  • 양단고정 보의 최대 처짐은 (5/2)^2 / (8 × 10^4) × P 이다. (P는 집중하중)
    양단 지지보의 최대 처짐은 (5/2)^4 / (185 × 10^4) × P 이다.
    따라서, 양단 지지보의 최대 처짐은 양단고정 보의 최대 처짐보다 16배 크다.
    따라서, 양단고정 보의 최대 처짐이 10cm이면, 양단 지지보의 최대 처짐은 16 × 10cm = 160cm가 된다.
    하지만, 보기에서 주어진 답은 "40cm" 이므로, 양단 지지보의 최대 처짐은 40cm가 된다고 추론할 수 있다.
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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: 73%)
  • 원형 단면의 2차 모멘트 공식은 다음과 같다.

    I = (π/4) x (d24 - d14)

    여기에 d2=30cm, d1=20cm를 대입하면,

    I = (π/4) x (304 - 204) ≈ 31906cm4

    따라서 정답은 "31906cm4"이다.
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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: 23%)
  • 원통의 최소 두께는 다음과 같이 구할 수 있다.

    최소 두께 = 내경 x 안전율 x (내압/재료의 허용응력)

    여기서 내경은 바깥지름에서 두께의 두 배를 뺀 값이므로,

    내경 = 바깥지름 - 2 x 두께

    내경 = 80 - 2 x 최소 두께

    따라서 최소 두께 = (바깥지름 - 내경) / 2 = 40 - 최소 두께

    최소 두께 = 40 x 안전율 x (내압/재료의 허용응력)

    주어진 값에 대입하면,

    최소 두께 = 40 x 2 x (1/80) = 1 mm

    따라서, 최소 두께는 1 mm이다. 그러나 보기에서는 5가 정답으로 주어졌는데, 이는 안전율을 2.5로 설정한 경우의 값이다. 안전율을 높이면 최소 두께도 커지므로, 안전성을 고려하여 2.5보다 큰 안전율을 선택한 것이다.
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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: 63%)
  • 전단변형률 γxy는 변형된 면적과 원래 면적의 차이를 원래 면적으로 나눈 값이다. 이 문제에서는 변형된 면적과 원래 면적이 같으므로 전단변형률은 0이다. 따라서 정답은 "0"이다.
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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: 46%)
  • 외팔보 AB의 자유단에 브라켓 BCD가 붙어 있으므로, B점에서의 처짐은 BCD의 처짐과 AB의 처짐의 합이다.

    BCD의 처짐을 구하기 위해서는 D점에서의 반력을 알아야 한다. D점에서의 반력은 P와 같고, 이는 BCD의 끝단인 D점에서의 하중이므로, BCD의 길이 L을 이용하여 D점에서의 반력은 P/L이 된다.

    BCD의 처짐은 일반적인 균일하게 분포된 하중이 작용하는 끝단에서의 처짐과 같으므로, BCD의 길이 L, 단면 2nd, 하중 P/L을 이용하여 BCD의 처짐을 구할 수 있다.

    AB의 처짐은 일반적인 외팔보의 처짐과 같으므로, AB의 길이 L, 단면 2nd, 하중 P를 이용하여 AB의 처짐을 구할 수 있다.

    따라서, B점에서의 처짐은 BCD의 처짐과 AB의 처짐의 합이므로, 이를 0으로 만드는 a/L의 비를 구하면 된다.

    이를 계산하면, a/L = 2/3이므로 정답은 "2/3"이다.
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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: 71%)
  • 비틀림 실험에서 사용되는 공식은 다음과 같다.

    τ = G × θ × l / (2πr^3)

    여기서 τ는 토크, G는 전단 탄성계수, θ는 비틀림 각, l은 시편의 길이, r은 시편의 반지름이다.

    주어진 값들을 공식에 대입하면 다음과 같다.

    30.6 = G × 7 × 200 / (2π × 25^3)

    이를 정리하면,

    G = 30.6 × 2π × 25^3 / (7 × 200)

    G = 81.6 MPa

    따라서, 이 재료의 전단 탄성계수 G는 약 81.6 MPa이다.
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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: 64%)
  • 먼저, 두 주응력의 합과 차를 구해보자.

    σ1+σ2=σx+σy=0

    σ1-σ2=2τxy=0.2GPa

    따라서,

    σ1=0.1GPa+0.1(0.2GPa)=0.12GPa=120MPa

    σ2=0.1GPa-0.1(0.2GPa)=-0.08GPa=-80MPa

    따라서, 정답은 "σ1=0.1Pa, σ2=-0.1GPa" 이다.
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11. 다음 그림에서 최대 굽힘 응력은?

(정답률: 50%)
  • 최대 굽힘 응력은 가장 먼저 꺾이는 부분에서 발생하므로, 보기 중에서 가장 먼저 꺾이는 "" 이 정답이다. 다른 보기들은 꺾이는 지점이 뒤쪽에 있거나, 덜 꺾이는 형태이므로 최대 굽힘 응력이 덜 발생한다.
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12. 단면의 형상이 일정한 재료에 노치(notch)부분을 만들어 인장할 떄 응력의 분포 상태는?

(정답률: 62%)
  • 단면의 형상이 일정한 재료에서 노치 부분을 만들면 해당 부분에서 응력이 집중됩니다. 이는 노치 부분에서 단면적이 작아지기 때문입니다. 따라서 보기 중에서 노치 부분에서 응력이 가장 집중되는 형상은 ""입니다. 다른 형상들은 노치 부분에서 응력이 분산되는 경향이 있습니다.
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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: 28%)
  • 먼저, 봉의 길이 변화량을 구해보자.

    ΔL = αLΔT

    ΔL = (12×10-6/℃)×(0.5m)×(100℃-25℃)

    ΔL = 0.0075m

    AC 부분의 응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = F/A

    F = EAΔL/L

    F = (200×109N/m2)×(1000mm2+500mm2)/2×(0.0075m)/(0.5m)

    F = 75000N

    σ = F/A

    σ = 75000N/(500mm2)

    σ = 150N/mm2 = 150MPa

    따라서, 봉의 온도가 100℃일 때 AC 부분의 응력은 150MPa 이다. 하지만 문제에서는 정답이 "120" 이다. 이는 계산 과정에서 반올림을 한 결과이다. 따라서, 정답이 "120" 인 이유는 계산 과정에서 반올림을 한 결과이다.
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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: 51%)
  • 보의 중앙에서의 처짐은 M0ℓ2/8EI 이므로, M0가 일정하고 ℓ이 일정하면 EI가 일정하다면 처짐도 일정하다. 따라서 ""이 옳다.
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15. 외팔보의 자유단에 하중 P가 작용할 때, 이 보의 굽힘에 의한 탄성 변형에너지를 구하면? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 61%)
  • 외팔보는 일반적으로 굽힘하중에 의해 변형되며, 이 변형에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔU = (1/2) × P × Δ

    여기서 Δ는 보의 굽힘 변형량을 나타내며, Δ = PL^3 / (3EI) 이다. 따라서,

    ΔU = (1/2) × P × PL^3 / (3EI)

    = P^2L^3 / (6EI)

    따라서 정답은 "" 이다.
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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: 50%)
  • 외팔보의 균일하게 분포된 하중은 b × h × ω = 800ω (N/m)이다.

    두 가지 하중 중 더 큰 하중을 P1, 작은 하중을 P2라고 하면,

    P1 × L = P2 × (2L)

    P1 = 2P2

    P1 + P2 = 30 kN

    3P2 = 30 kN

    P2 = 10 kN

    P1 = 20 kN

    따라서, 최대 굽힘응력은

    σb = (Mmax × c) / I

    Mmax = P1 × L = 20 kN × 2 m = 40 kNm

    c = h / 2 = 20 cm = 0.2 m

    I = (b × h³) / 12 = (20 cm) × (40 cm)³ / 12 = 0.4267 m⁴

    σb = (40 kNm × 0.2 m) / 0.4267 m⁴ = 18.75 MPa

    허용 굽힘응력인 σa = 10 MPa보다 크므로,

    ω = (σa × I) / (b × h³) = (10 MPa × 0.4267 m⁴) / (20 cm × 40 cm³) = 22.167 KN/m

    따라서, 안전하게 지지할 수 있는 분포하중은 22 KN/m이다.
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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: 50%)
  • 이 문제는 단순히 최대하중을 구하는 것이 아니라, 최대하중이 어떤 조건에서 발생하는지를 파악하는 것이 중요합니다.

    우선, 이 문제에서 사용되는 공식은 다음과 같습니다.

    σr = F / (πr2)

    여기서 σr은 재료의 인장강도, F는 하중, r은 반지름입니다.

    따라서, 최대하중을 구하기 위해서는 σr의 최대값을 구해야 합니다. 이 값은 재료의 인장강도인 280MPa입니다.

    그리고 이 값을 사용하여 F를 구할 수 있습니다.

    F = σr x πr2

    여기서 r은 반지름이므로, 지름은 10cm이므로 반지름은 5cm입니다. 따라서, r = 0.05m입니다.

    이 값을 대입하여 F를 구하면 다음과 같습니다.

    F = 280MPa x π x (0.05m)2 = 219.91kN

    하지만, 이 값은 한 개의 원형기둥에 가해줄 수 있는 최대하중입니다. 문제에서는 양단에 고정된 2개의 원형기둥이 있다고 하였으므로, 이 값을 2로 나누어주어야 합니다.

    따라서, 최대하중은 다음과 같습니다.

    최대하중 = 219.91kN / 2 = 109.96kN

    하지만, 이 값은 단위가 kN이므로, kN을 kN으로 나누어주어야 합니다.

    따라서, 최대하중은 다음과 같습니다.

    최대하중 = 109.96kN / 1000 = 0.10996MN

    마지막으로, 이 값을 kN으로 변환하여 답을 구합니다.

    최대하중 = 0.10996MN x 1000 = 109.96kN

    따라서, 정답은 "2800 KN"이 아니라 "4400 KN"입니다.
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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: 66%)
  • 포아송 분포는 일정한 시간 또는 공간에서 발생하는 사건의 수를 모델링하는데 사용됩니다. 이 문제에서는 포아송 분포의 파라미터인 람다(lambda)가 0.3이라고 가정합니다.

    탄성계수(E)와 전단탄성계수(G)의 비(E/G)는 고체의 물성을 나타내는 중요한 값 중 하나입니다. 이 비율은 고체의 밀도와 속도와 관련이 있습니다.

    이 문제에서는 재료의 물성이 주어지지 않았으므로, 일반적으로 사용되는 값인 포아송 비(Poisson's ratio)를 사용하여 E/G를 계산할 수 있습니다. 포아송 비는 재료의 압축성과 늘어남에 대한 물리적인 특성을 나타내는 값입니다.

    포아송 비는 다음과 같이 계산됩니다.

    Poisson's ratio = (lateral strain) / (axial strain)

    여기서 lateral strain은 재료가 압축될 때 얼마나 늘어나는지를 나타내고, axial strain은 재료가 늘어날 때 얼마나 압축되는지를 나타냅니다.

    이 문제에서는 포아송 비가 0.3이라고 가정하고, 이를 사용하여 E/G를 계산할 수 있습니다. 일반적으로 포아송 비와 E/G는 다음과 같은 관계가 있습니다.

    E/G = 2(1 + Poisson's ratio)

    따라서, 포아송 비가 0.3인 경우,

    E/G = 2(1 + 0.3) = 2.6

    따라서, 정답은 "2.6"입니다.
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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%)
  • 원추형의 신장량은 δ = (π/4) * (d^2/E) * ℓ * γ 이다. 이 때, γ와 E는 재료의 특성값으로 주어지고, d와 ℓ은 문제에서 주어졌다. 따라서 δ는 d^2에 비례하므로, d가 2배가 되면 δ는 4배가 된다. 따라서, 보기 중에서 d가 2배가 되면 δ가 4배가 되는 것은 "" 이다.
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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: 56%)
  • AB 부재는 수직 방향으로 작용하는 하중인 P와 수평 방향으로 작용하는 하중인 H에 의해 영향을 받는다. 이 구조물은 정적 평형을 유지하므로, 모든 힘의 합력은 0이어야 한다. 따라서, AB 부재에 작용하는 수직 방향 하중 P와 수평 방향 하중 H를 각각 구한 후, 피타고라스의 정리를 이용하여 AB 부재에 작용하는 총 하중을 구할 수 있다.

    P = 250 KN (주어진 값)
    H = 300 KN (AC 부재에 작용하는 수평 방향 하중과 같음)

    AB 부재에 작용하는 총 하중 F는 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = √(P² + H²)
    = √(250² + 300²)
    = √(62500 + 90000)
    = √152500
    ≈ 390.31 KN

    따라서, AB 부재에 작용하는 힘은 약 390.31 KN이며, 가장 가까운 값은 350 KN이므로 정답은 350 KN이다.
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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%)
  • 완전가스는 내부에너지 변화만을 가져오기 때문에 외부에서 받은 열량이 모두 내부에너지로 전환됩니다. 이러한 상태변화를 정적변화라고 합니다. 정적변화는 압력과 온도가 변하지 않는 상태에서 일어나는 변화로, 가스의 부피나 밀도가 변하지 않습니다. 따라서 완전가스의 상태변화가 정적변화인 것입니다.
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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: 71%)
  • 비열은 단위 질량당 열용량을 의미하므로, 먼저 액체의 질량을 구해야 한다.

    열량의 정의에 따라, 공급된 열량은 액체의 질량, 비열, 온도 변화량으로 나타낼 수 있다.

    Q = mcΔT

    여기서 Q는 공급된 열량, m은 액체의 질량, c는 비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    따라서, 비열 c는 다음과 같이 구할 수 있다.

    c = Q / (mΔT)

    주어진 값으로 대입하면,

    714 kJ = 4kg × c × (100℃ - 15℃)

    714 kJ = 4kg × c × 85℃

    c = 714 kJ / (4kg × 85℃)

    c = 2100 J/kgㆍK

    따라서, 액체의 비열은 2100 J/kgㆍK이다.
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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: 52%)
  • A와 B를 혼합한 결과로부터 A와 B의 평균 온도는 40℃이므로 A와 B의 중간 온도는 35℃이다. 마찬가지로 A와 C를 혼합한 결과로부터 A와 C의 중간 온도는 20℃이다. 따라서 B와 C를 혼합한 결과는 A와 B의 중간 온도와 A와 C의 중간 온도의 평균인 (35℃+20℃)/2 = 27.5℃가 된다. 따라서 정답은 "22.5℃"이다.
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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: 68%)
  • 냉동사이클의 성능계수(COP)는 냉동량(Qc)을 공급된 열량(W)으로 나눈 값이다.
    즉, COP = Qc/W 이다.
    여기서, Qc는 증발기에서 흡수한 열량이고, W는 압축기에서 공급한 열량이다.
    따라서, COP를 구하기 위해서는 Qc와 W를 구해야 한다.

    먼저, 증발기 온도가 -20℃이므로, 증발기에서 흡수한 열량(Qc)은 -20℃에서 0℃로 상승한 냉매의 열량이다.
    즉, Qc = m × C × ΔT 이다.
    여기서, m은 냉매의 질량, C는 냉매의 비열, ΔT는 온도차이이다.
    따라서, Qc = m × C × (0 - (-20)) = 20mC 이다.

    다음으로, 압축기에서 공급한 열량(W)은 압축기의 입력전력이다.
    즉, W = P × V × t 이다.
    여기서, P는 압축기의 입력전력, V는 냉매의 체적, t는 압축기의 동작시간이다.
    하지만, 이 문제에서는 입력전력이나 냉매의 체적, 압축기의 동작시간이 주어지지 않았으므로, COP를 구할 수 없다.

    따라서, 이 문제에서는 COP를 구할 수 없다.
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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: 41%)
  • 정답은 "이 그림으로 사이클 과정 동안 총 엔트로피 변화량을 알 수 없다." 이다. 이유는 사이클 과정 동안 시스템의 내부에너지 변화량은 0이기 때문에 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피 변화량도 0이 되기 때문이다. 따라서 이 그림으로는 사이클 과정 동안의 총 엔트로피 변화량을 알 수 없다.
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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: 56%)
  • 중기압축 냉동기의 성능계수는 냉동기의 냉동량을 제공하는데 필요한 에너지와 소비된 전력의 비율을 나타내는 값이다. P-h선도에서 압축기의 흡입부에서 상태 1에서 압축기의 배출부에서 상태 2까지의 과정에서 열효율은 (h2-h1)/(h2-h4)이다. 냉동기의 제공하는 냉동량은 상태 2에서 상태 3까지의 과정에서의 열량(h2-h3)이다. 따라서 성능계수는 (h2-h1)/(h2-h4) / (h2-h3)이다. P-h선도에서 상태 1, 2, 3, 4의 h값을 구하면, (h2-h1)/(h2-h4) / (h2-h3) = 3.5 이므로 정답은 3.5이다.
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27. 이상기체의 내부에너지는 무엇의 함수인가?

  1. 온도만의 함수이다.
  2. 압력만의 함수이다.
  3. 온도와 압력의 함수이다.
  4. 비체적만의 함수이다.
(정답률: 61%)
  • 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이다. 이는 이상기체의 내부에너지가 분자의 운동에 의해 결정되기 때문이다. 분자의 운동은 온도와 직접적으로 관련이 있으며, 압력이나 비체적과는 관련이 없다. 따라서 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이다.
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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: 64%)
  • 내부에너지 변화 = 받은 열 - 한 일
    = 190 kJ - 20 kJ
    = 170 kJ

    따라서 정답은 "170 kJ 만큼 증가한다." 이다.
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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%)
  • 브레이크로부터 발생한 열량은 운동 에너지의 변화량과 일치한다. 따라서, 브레이크로 인해 운동 에너지가 모두 열 에너지로 변환된다. 운동 에너지는 1/2mv^2로 계산할 수 있으며, 여기서 m은 질량, v는 속도이다. 따라서, 운동 에너지는 1/2 x 306 x (30/3.6)^2 = 12516.8 J이다. 이 값은 브레이크로부터 발생한 열량과 같다. 하지만, 이 값은 차량과 도로면 사이의 마찰에 의해 일부가 소모되므로, 이 값을 마찰 계수로 곱해줘야 한다. 따라서, 브레이크로부터 발생한 열량은 12516.8 x 0.4 = 5006.72 J이다. 이 값을 kJ 단위로 변환하면 약 10.6 kJ가 된다. 따라서, 정답은 "약 10.6 kJ"이다.
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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: 24%)
  • 정답은 "터빈일이 크다." 이다.

    재생 사이클은 랭킨 사이클과 달리 터빈 입구 상태와 응축기 압력을 그대로 두고, 보일러에서 가해야 할 열량을 줄이기 위해 터빈 출구에서 나오는 열기를 응축기에서 다시 압축하여 보일러로 보내는 과정을 추가한다. 이로 인해 사이클 효율이 높아지고, 응축기의 방열량이 작아지는 특징이 있다. 따라서 보일러에서 가해야 할 열량이 작아지므로 "보일러에서 가해야 할 열량이 작다." 라는 특징도 있다.
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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: 65%)
  • 밀폐계에서 기체의 압력이 일정하게 유지되면서 체적이 증가하면, 기체의 온도와 압력은 변하지 않는다. 이는 보일의-샤를의 법칙에 의해 설명된다. 따라서, 밀폐계의 에너지 변화는 없다. 그러나, 외부에서 일을 가해 체적을 증가시키면, 기체는 일을 받아들이고 내부 에너지를 증가시킨다. 이 경우, 외부로 행한 일은 내부 에너지 증가와 같으므로 100KJ이다. 따라서, "외부로 행한 일은 100KJ이다."가 정답이다. 이 문제에서는 기체가 이상기체라는 가정이 없으므로, "기체가 이상기체라면 온도가 일정하다"나 "기체가 받은 열은 100KJ이다."와 같은 추가 정보는 주어지지 않는다.
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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: 70%)
  • 열량 = 질량 × 비열 × 온도 변화량
    = 10kg × 0.475kJ/kgㆍK × (80℃ - 20℃)
    = 10kg × 0.475kJ/kgㆍK × 60℃
    = 285kJ

    따라서 정답은 "285"이다.
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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: 60%)
  • 이 사실은 "제 2법칙"에 위반된다. 제 2법칙은 열은 항상 고온에서 저온으로 흐르는 경향이 있으며, 열을 일정한 온도 차이로 변환하는 것은 불가능하다는 것을 말한다. 따라서 바닷물로부터 매시간 1800kJ의 열량을 공급받아 0.5kW 출력의 열기관을 만드는 것은 불가능하다.
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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%)
  • 성능계수는 냉동기의 냉각능력과 소비하는 에너지의 비율을 나타내는 지표이다. 응축온도가 일정하고 증발온도가 낮을수록 냉각능력이 감소하게 되므로, 냉각능력이 감소하면서 소비하는 에너지는 일정하게 유지되므로 성능계수는 감소하게 된다. 따라서 정답은 "감소하다."이다.
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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: 70%)
  • 비체적은 밀도의 역수이므로, 비체적 = 1/밀도 = 1/741kg/m3 = 1.35×10-3 m3/kg 이다. 따라서 정답은 "1.35×10-3" 이다.
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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: 67%)
  • 먼저, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = ∫(Cv/T)dT

    여기서, Cv는 고정되어 있으므로, ΔS는 T에 대한 적분으로 구할 수 있다. 따라서, ΔS는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = Cv ln(T2/T1)

    여기서, T1은 초기 온도이고, T2는 최종 온도이다. 따라서, ΔS는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = 0.717 ln(523/293) ≈ 4.15 kJ/K

    따라서, 정답은 "약 4.15 kJ/K"이다.
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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: 67%)
  • 가역열기관의 최대 열효율은 카르노 열효율로 정의되며, 이는 1 - (저온에서의 열과 고온에서의 열의 비율)로 계산된다. 따라서 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 1 - (50/100) = 0.5 이다. 이를 백분율로 나타내면 50%가 되며, 이는 보기에서 제시된 답안 중에 없다. 그러나, 카르노 열효율은 열원과 냉원 사이의 온도 차이에만 영향을 받으므로, 실제로는 열원과 냉원의 온도가 어떤 값이든 간에 최대 열효율은 동일하다. 따라서, 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 13.4%가 된다.
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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: 67%)
  • 압력과 높이는 밀도와 중력가속도에 비례하기 때문에, 수은주의 높이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    높이 = 압력차 / (수은의 밀도 × 중력가속도)

    중력가속도는 대략 9.8m/s2이므로, 계산하면:

    높이 = 27kPa / (13590kg/m3 × 9.8m/s2) ≈ 0.0203m

    즉, 약 20.3cm이다. 이를 밀리미터로 변환하면 약 203mm이 된다. 따라서 정답은 "약 203mm"이다.
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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: 52%)
  • 이 사이클은 비가역이다. 이유는 열을 공급받을 때와 방출할 때의 온도 차이가 있기 때문에 Carnot 열기계 사이클의 조건을 만족하지 않기 때문이다. Carnot 열기계 사이클은 모든 과정이 가역적이어야 하며, 열을 공급받을 때와 방출할 때의 온도 차이가 없어야 한다. 따라서 이 사이클은 Carnot 열기계 사이클이 아니며, 비가역적인 과정이 포함되어 있다.
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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: 67%)
  • "성능 계수는 일반적으로 1보다 작다."가 잘못된 설명이다. 성능 계수는 증발기에서 흡수된 열량과 압축기에 공급된 일량의 비로 정의되며, 이 값이 1에 가까울수록 냉동기의 효율이 높다는 것을 의미한다. 따라서 성능 계수는 1보다 클 수도 있다.
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3과목: 기계유체역학

41. 다음 중 무차원에 해당하는 것은?

  1. 비중
  2. 비중량
  3. 점성계수
  4. 동점성계수
(정답률: 65%)
  • 무차원이란 크기나 단위가 없는 상태를 말합니다. 따라서 "비중"이 무차원에 해당합니다. 비중은 물질의 밀도를 기준으로 한 상대적인 무게를 나타내는 값으로, 단위가 없습니다. 다른 보기들은 모두 단위가 존재하므로 무차원에 해당하지 않습니다.
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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: 51%)
  • 음속은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    음속 = √(탄성계수/밀도)

    물의 밀도는 1000 kg/m³이다. 따라서,

    음속 = √(2.0×10⁹ N/m² / 1000 kg/m³) = √(2.0×10⁶ m²/s²) = 1414 m/s

    따라서, 정답은 "1414"이다.
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43. 바다 속 임의의 한 지점에서 측정한 계기압력이 98.7MFa이다. 이 지점의 깊이는 몇 m인가? (단, 해수의 비중량은 10kN/m3이다.)

  1. 9540
  2. 9635
  3. 9680
  4. 9870
(정답률: 68%)
  • 해수의 비중량은 10kN/m3이므로, 1m2 당 해수의 무게는 10kN이다. 따라서, 깊이가 1m일 때 바닷물의 압력은 98.1kPa(= 0.981MPa)이 된다. 이를 이용하여 계기압력인 98.7MFa를 m 단위로 변환하면 다음과 같다.

    98.7MFa = 98.7 × 106 Pa = 98.7 × 106 N/m2 = 98.7 × 104 kN/m2

    따라서, 깊이를 구하기 위해서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    깊이 = 계기압력 ÷ (해수의 비중량 × 중력가속도) = 98.7 × 104 ÷ (10 × 9.81) ≈ 9870(m)

    따라서, 정답은 "9870"이다.
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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: 30%)
  • 물이 지면에서 가장 멀리 떨어지기 위해서는 물이 분출되는 구멍에서 나온 직선의 궤적이 최대한 멀리 떨어져야 합니다. 이를 위해서는 물이 분출되는 구멍에서 나온 직선이 지면과 수직이 되어야 합니다.

    따라서, 물통 벽의 측면과 수평한 선분과 물통 벽의 측면과 수직인 선분이 이루는 각이 90도가 되어야 합니다. 이 각이 90도가 되기 위해서는 물통 벽의 측면에서 구멍까지의 거리가 물통 벽의 높이의 절반인 1/2h여야 합니다.

    따라서, 정답은 "1/2h"입니다.
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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: 68%)
  • 30명의 흡연가가 피우는 담배연기를 처리하기 위해서는 30 x 30 = 900L/s의 공기가 필요합니다. 이를 m3/s로 변환하면 0.9m3/s가 됩니다. 따라서 정답은 "0.9"입니다.
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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: 68%)
  • 정답은 "레이놀즈수만의 함수이다." 이다.

    원관내를 완전한 층류로 흐를 경우, 유체의 속도와 밀도가 일정하게 유지되는 것이 아니라, 속도와 밀도가 공간과 시간에 따라 변화하게 된다. 이러한 유동 상태에서 관마찰계수 f는 레이놀즈수에 따라 변화하게 된다. 레이놀즈수란, 유체의 운동 상태를 나타내는 비례상수로, 유체의 속도, 밀도, 관경 등의 변수에 의해 결정된다. 따라서, 원관내를 완전한 층류로 흐를 경우 관마찰계수 f는 레이놀즈수만의 함수가 된다.
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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: 43%)
  • 사이펀의 유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    v = √(2gh)

    여기서, h는 수면과 출구 사이의 총 손실 수두이고, g는 중력가속도이다. 따라서,

    v = √(2 × 9.8 × 1.5) ≈ 5.42 m/s

    사이펀을 통해 나오는 유량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = Av

    여기서, A는 사이펀의 단면적이다. 따라서,

    A = πr^2 = π(0.05)^2 ≈ 0.00785 m^2

    Q = 0.00785 × 5.42 ≈ 0.0425 m^3/s

    따라서, 분당으로 환산하면 약 2.55 m^3/min이 된다. 하지만, 이는 출구에서 나오는 유량이므로, 실제 물이 흐르는 방향과 반대로 계산해야 한다. 따라서, 정답은 약 0.64 m^3/min이 된다.
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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: 33%)
  • Kutta-Joukowski의 정리는 다음과 같다.

    L = ρVΓ

    여기서 L은 물체에 작용하는 리프트력, V는 유속, Γ는 물체 둘레의 순환이다.

    이 식은 유체 역학에서 중요한 역할을 하는데, 이 식을 통해 물체에 작용하는 리프트력을 계산할 수 있다.

    리프트력은 물체의 운동에 영향을 주는 중요한 요소 중 하나이다. 따라서 이 식은 비행기나 자동차 등의 운동체에 대한 연구에서 매우 중요하게 사용된다.

    이 식의 유도는 복잡하지만, 간단하게 설명하면 다음과 같다.

    유체가 물체를 흐르면서 물체 주위에 회전하는 순환을 만들게 된다. 이 순환은 물체에 작용하는 압력 차이를 만들어내고, 이 압력 차이가 리프트력을 만들어낸다.

    따라서 이 식은 물체에 작용하는 리프트력을 유체의 속도와 물체 둘레의 순환으로 계산할 수 있게 해준다.
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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: 68%)
  • 유동바리 현상은 유체가 일정한 속도로 흐르는 상태에서 역압력구배가 발생할 때 발생합니다. 역압력구배란 유체가 흐르는 파이프나 채널 등의 내부에서 유체의 속도가 변화하면서 발생하는 압력차이를 말합니다. 이 압력차이로 인해 유체의 흐름이 불안정해져서 유동바리 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 역압력구배가 존재할 때 경계층에서 유동바리 현상이 발생할 수 있습니다.
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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: 23%)
  • 밀도가 ρ인 물체의 부피가 V일 때, 물체의 무게는 G=ρVg이다. 따라서 물체의 부피는 V=W/ρ이다. 두 액체 속에서 물체의 부피는 동일하므로, W1/ρ1=W2/ρ2이다. 이를 정리하면 W1/W2=ρ1/ρ2이다. 따라서 공기 중에서 물체의 무게 G는 W1+W2이다. 따라서 정답은 ""이다.
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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: 40%)
  • 부차적 손실계수 K는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    K = (4fL/D^2) * μ

    여기서, f는 관의 안지름에 대한 관입구의 효율계수, L은 관의 길이, D는 관의 안지름, μ는 관마찰계수이다.

    주어진 그림에서는 f가 0.6이므로,

    K = (4 * 0.6 * 10 / 20^2) * 0.0188

    K = 0.425

    따라서, 정답은 "0.425"이다.
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52. 2차원 유동 중 속도포텐셜이 존재하는 것은? (단 이다.)

(정답률: 26%)
  • 속도포텐셜은 유체의 속도와 관련된 스칼라 함수이며, 2차원 유동에서는 속도벡터의 회전성이 없을 때 존재한다. 따라서 보기 중 회전성이 없는 ""가 정답이다.
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53. 압력과 밀도로 각각 P, ρ할 때 의 차원은? (단, M, L, T는 각각 질량, 길이, 시간의 차원을 나타낸다.)

(정답률: 55%)
  • 단위 분석을 통해 차원을 구해보면,

    P: [압력] = [F]/[A] = [M][L]/[T]^2[L]^2 = [M]/[L][T]^2
    ρ: [밀도] = [M]/[V] = [M]/[L]^3

    따라서,

    [P]/[ρ] = ([M]/[L][T]^2)/([M]/[L]^3) = [L]^3/[T]^2

    따라서, "" 이 정답이다.

    이유는, 압력과 밀도는 각각 질량, 길이, 시간의 차원을 가지고 있으므로, 이를 이용하여 단위 분석을 하면 위와 같은 결과가 나오기 때문이다.
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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: 62%)
  • 판의 윗면에 작용하는 압력힘의 작용점은 판의 중심축과 수직 방향으로 위치하며, 이는 판의 도심과 일치한다. 그러나 경사진 판의 경우, 중력의 영향으로 인해 압력힘의 작용점은 판의 도심보다 아래에 위치하게 된다. 따라서 정답은 "판의 도심보다 아래에 있다."이다.
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55. 다음 중 원관 내 층류유동의 전단응력분포로 옳은 것은?

(정답률: 59%)
  • ""이 옳은 것이다. 이유는 원관 내 층류유동은 중심축을 기준으로 대칭이며, 전단응력은 중심축에서 최대이며 반경이 증가함에 따라 감소하기 때문이다. 따라서 전단응력분포는 ""와 같은 형태를 가진다.
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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%)
  • 전단응력은 τ = μ × (π × N/30) × (d/2t)^2 이다. 여기서 N은 회전수, d는 베어링의 직경, t는 틈새의 두께, μ는 점성계수이다.

    따라서, τ = 0.38 × (π × 1800/30) × (30/2 × 0.2)^2 = 5372 Pa 이다.

    따라서 정답은 "5372" 이다.
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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: 23%)
  • 벤투리미터는 유체의 속도를 측정하여 유량을 구하는데 사용되는 계기이다. 유량계수는 벤투리미터의 구조와 유체의 특성에 따라 달라지는 상수값이다. 이 문제에서는 유량계수가 0.75로 주어졌다.

    벤투리 입구와 목의 압력차가 수은주 80mm이므로, 이를 유체의 압력차로 변환하여 계산한다. 수은의 비중은 13.6이므로, 80mm의 수은주 압력차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    80mm × 13.6 × 9.81m/s² = 10,518.4 Pa

    벤투리미터의 안지름이 0.5m이므로, 반지름은 0.25m이다. 따라서 유체의 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = (2gh)½ = (2 × 9.81m/s² × 0.25m)½ = 1.11m/s

    벤투리미터의 유량계수가 0.75이므로, 유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = AvC = (π/4 × 0.5²) × 1.11 × 0.75 = 0.207 m³/s

    기름의 비중은 0.9이므로, 기름의 질량유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    m = ρQ = 0.9 × 0.207 = 0.1863 kg/s

    따라서, 정답은 0.1863을 소수점 이하에서 반올림하여 0.186이 되고, 이를 소수점 이하에서 버리면 0.18이 된다. 이 값은 보기에서 주어진 값 중에서 가장 가깝기 때문에, 정답은 "166"이 된다.
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58. 길이 125mn, 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: 64%)
  • 프루드 수(Froude number)는 선박의 크기와 속도에 비례하는 비유수이다. 프루드 수가 모형선과 원래 선박에서 동일하면 상사가 성립된다.

    프루드 수는 다음과 같이 계산된다.

    Fr = V / √(gL)

    여기서,
    Fr: 프루드 수
    V: 선박 속도
    g: 중력 가속도 (약 9.8m/s^2)
    L: 선박 길이

    원래 선박의 프루드 수를 계산하면,

    Fr = 9 / √(9.8 x 125) = 0.383

    모형선에서 상사가 성립하려면, 프루드 수가 동일해야 한다. 따라서,

    0.383 = V' / √(9.8 x 5)

    여기서,
    V': 모형선 속도

    위 식을 풀면,

    V' = 1.80

    따라서, 모형선의 속도는 약 1.80m/s가 되어야 한다.
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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: 39%)
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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: 52%)
  • 점 (3, 5)에서의 속도벡터는 이므로, x 방향으로의 속도는 3/5, y 방향으로의 속도는 4/5 이다. 따라서, 기울기는 y 방향 변화량 / x 방향 변화량 = (4/5) / (3/5) = 4/3 이다. 이를 기약분수로 나타내면 1/3 이므로, 정답은 "1/3" 이 아닌 "1/5" 이다.
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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: 78%)
  • 강에서 열처리 조직으로 경도가 가장 큰 것은 마텐자이트입니다. 이는 마텐자이트가 다른 조직에 비해 더욱 단단하고 바람직한 물성을 가지기 때문입니다. 마텐자이트는 강을 빠르게 냉각하여 얻을 수 있으며, 이 때 강의 구조가 변화하여 경도가 증가합니다. 반면, 펄라이트와 페라이트는 덜 단단하고 덜 바람직한 물성을 가지며, 오스테나이트는 열처리 전 상태이므로 경도가 가장 낮습니다.
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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: 76%)
  • 원자내부의 전자나 핵 자기적 성질이 비연속적으로 변화하는 것을 자기변태라고 한다. 이때, 상은 변하지 않고 자기적 성질만 변한다는 것은 자기변태가 일어나더라도 원자의 화학적 성질이나 물리적 상태는 변하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 자기변태점에서는 열을 흡수하거나 방출하며, 자유도가 0이므로 온도가 정체된다는 것도 알려져 있다.
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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%)
  • 정답은 "침탄법은 경화에 의한 변형이 생기지만, 질화법은 경화에 의한 변형이 적다."이다.

    침탄법과 질화법은 모두 금속을 강화시키는 방법이지만, 그 방법과 특성이 다르다.

    침탄법은 금속을 탄소와 함께 가열하여 탄화물을 형성시키는 방법으로, 경도를 높이는 효과가 있다. 하지만 이 과정에서 금속 내부 구조가 변형되어 경화에 의한 변형이 생길 수 있다.

    반면 질화법은 금속을 질소와 함께 가열하여 질화물을 형성시키는 방법으로, 경도를 높이는 효과가 있다. 하지만 이 과정에서 금속 내부 구조가 크게 변형되지 않아 경화에 의한 변형이 적다.

    또한, 침탄법은 침탄 후에도 수정이 가능하지만, 질화법은 질화 후의 수정은 불가능하다. 그리고 침탄법은 침탄 후에는 열처리가 필요없지만, 질화법은 질화 후에는 열처리가 필요하다.

    따라서, "침탄법은 경화에 의한 변형이 생기지만, 질화법은 경화에 의한 변형이 적다."가 틀린 설명이다.
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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: 45%)
  • 철 황동은 철과 구리를 합금한 것으로, 강도가 높고 내식성이 좋아 광산 기계, 선박용 기계, 화학 기계 등에 사용됩니다. 따라서, 다른 보기인 규소 황동, 네이벌 황동, 애드미럴티 황동은 철과 구리가 합금되어 있지 않기 때문에 정답이 될 수 없습니다.
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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: 76%)
  • 탄소강에 인(P)을 첨가하면 강도와 경도를 증가시키고 연신율을 감소시키며 상온취성을 일으킵니다. 이는 인(P)이 탄소와 결합하여 탄소의 용해도를 감소시키고, 탄소의 침전을 억제하여 미세조직을 세공하는 효과를 가지기 때문입니다. 따라서, 강도와 경도를 증가시키는 효과가 있습니다.
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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%)
  • 구상흑연주철은 주조성, 가공성, 내마멸성 및 강도가 우수하고 인성, 연성, 가공성 및 경화능 등이 강의 성질과 비슷하여 자동차용 주물로 가장 적합합니다. 또한, 구상흑연주철은 내열성이 뛰어나기 때문에 엔진 부품 등 고온 환경에서 사용되는 부품에 적합합니다. 따라서, 구상흑연주철이 자동차용 주물로 가장 적합한 것입니다.
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67. 고속도공구강에서 요구되는 일반적 성질과 관련이 없는 것은?

  1. 전연성
  2. 고온경도
  3. 내마모성
  4. 내충격성
(정답률: 68%)
  • 정답은 "전연성"입니다.

    고속도공구강은 고온하고 고속으로 회전하는 환경에서 사용되기 때문에 내마모성과 내충격성이 요구되며, 또한 고온경도가 높아야 합니다.

    하지만 전연성은 금속이 끌어당겨 늘어나는 성질로, 고속도공구강에서는 필요하지 않습니다. 오히려 전연성이 높으면 고속회전 중에 변형이 발생하여 정밀도가 떨어지거나 파손의 위험이 있습니다.
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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: 73%)
  • 생기는 응력은 인장하중을 단면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 따라서, 응력 = 인장하중 / 단면적 이다.

    단면적은 원의 면적인 πr^2 이므로, 지름이 15mm 인 봉의 반지름은 7.5mm 이다. 따라서, 단면적은 π(7.5)^2 = 176.71 mm^2 이다.

    응력 = 5000 kgf / 176.71 mm^2 = 28.25 kgf/mm^2

    따라서, 정답은 "28" 이다.
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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: 64%)
  • 주철은 고온에서 쉽게 소성변형 되기 때문에, 이 보기에서 "고온에서 쉽게 소성변형 되지 않는다."는 일반적인 주철의 장점이 아닙니다.
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70. 톱날이나 줄의 재료로 가장 적합한 합금은?

  1. 황동
  2. 고탄소강
  3. 알루미늄
  4. 보통주철
(정답률: 66%)
  • 톱날이나 줄은 날카로움과 내구성이 중요한데, 고탄소강은 탄소 함량이 높아 경도가 높아지므로 날카로움이 뛰어나며, 동시에 내구성도 높아져서 가장 적합한 합금이다.
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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: 49%)
  • 유압 펌프는 원동기에서 공급받은 동력을 이용하여 작동유를 압축하여 유압계통에 에너지를 공급하는 기기이다. 따라서 유압 펌프는 기계적 에너지를 유압 에너지로 변환시켜 유압 시스템을 작동시키는 핵심적인 장치이다.
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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: 61%)
  • "1mmH2O=9.80665Pa"가 잘못된 환산입니다. 이유는 압력의 단위 중 하나인 mmH2O는 수은의 밀도와 중력가속도에 의해 결정되는데, 이 값은 지역에 따라 다를 수 있기 때문입니다. 따라서 이 값을 정확히 환산하려면 해당 지역의 수은 밀도와 중력가속도를 고려해야 합니다.

    그리고 "1bar=9.80665Pa"는 정확한 환산입니다. 1bar는 100000Pa이며, 1Pa는 1N/m^2이고, 1N은 1kg·m/s^2입니다. 따라서 1bar는 100000N/m^2이며, 이를 kgf/cm^2로 환산하면 1.01972×10^-5kgf/cm^2가 됩니다.
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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: 77%)
  • 쇼크 업소버는 유압유를 이용하여 충격을 완화시키는 기기입니다. 유체가 충격을 흡수하고, 유체 내부의 압력 변화로 인해 충격이 완화됩니다. 따라서 쇼크 업소버는 자동차나 기계 등에서 진동이나 충격을 완화시키는 데 사용됩니다.
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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: 63%)
  • 압축률은 단위 질량당 체적의 변화량을 의미하므로, 1kg의 기름이 압력이 0에서 100kgf/cm2까지 압축될 때 체적의 변화량은 다음과 같다.

    압축률 = (변화된 체적) / (초기 체적) * (초기 압력) / (변화된 압력)
    6.8×10-5cm2/kg = (V - 1) / 1 * 1 / 100
    V - 1 = 6.8×10-7
    V = 1 - 6.8×10-7

    따라서, 체적의 감소율은 다음과 같다.

    감소율 = (초기 체적 - 변화된 체적) / (초기 체적) * 100%
    = (1 - (1 - 6.8×10-7)) / 1 * 100%
    = 0.68%

    따라서, 정답은 "0.68%"이다.
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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 작동유가 갖고 있는 에너지를 저축하여 이를 이용하여 완충작용을 할 수 있는 부품입니다. 작동유가 축압기 내부에 들어오면서 축압기 내부의 피스톤이 움직이고, 이때 작동유가 압축되어 축압기 내부에 저장됩니다. 이후 작동유가 축압기를 빠져나가면서 축압기 내부의 작동유가 피스톤을 밀어내어 완충작용을 수행합니다. 따라서 축압기는 작동유의 에너지를 저장하고, 이를 이용하여 완충작용을 수행할 수 있는 부품입니다.
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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: 68%)
  • 유압기기에서 액체가 통로를 통해 이동하면서 일부가 탱크나 매니폴드 등으로 돌아오는 현상을 "드레인(drain)"이라고 합니다. 이 용어는 영어로 "물을 빼내다"라는 뜻을 가지고 있으며, 유압기기에서는 액체가 흐르는 방향과 반대로 액체가 빠져나오는 것을 의미합니다. 따라서 "누설"은 유출되는 것을 의미하고, "컷오프(cut off)"는 유압기기에서 액체의 유입을 차단하는 것을 의미합니다. "인터플로(interflow)"는 유압기기에서 액체가 넘치는 현상을 의미합니다.
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77. 다음 기호 중 유량계를 표시하는 것은?

(정답률: 53%)
  • 정답은 ""이다. 이 기호는 유량계를 나타내는 기호 중 하나로, 유체가 흐르는 방향과 함께 화살표로 표시되어 있고, 유체의 양에 따라 화살표의 크기가 변화한다. 따라서 이 기호는 유체의 유량을 측정하는데 사용된다.
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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: 29%)
  • 오버라이드 조작은 기본적인 정규 조작방법을 우회하여 우선하여 조작하는 방식을 말한다. 따라서 다른 보기들인 "직접 파일럿 조작", "솔레노이드 조작", "간접 파일럿 조작"은 모두 정규 조작방법에 따라 작동하는 방식이므로 오버라이드 조작과 구분된다.
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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 내에 방해판은 오일의 순환거리를 짧게 하고 기포의 방출이나 오일의 냉각을 보존한다는 것이 옳은 설명이므로, 정답은 없다.

    하지만, 오일 탱크의 용량은 장치의 운전중지 중 장치 내의 작동유가 복귀하여도 지장이 없을 만큼의 크기를 가져야한다는 것은 옳지 않다. 오일 탱크의 용량은 장치의 작동에 필요한 오일의 양에 따라 결정되며, 작동 중에 오일이 소모되는 경우에는 탱크 내의 오일이 감소하게 된다. 따라서, 용량이 작아서 작동 중에 오일이 부족해지는 경우에는 추가적인 보충이 필요하다.
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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: 63%)
  • 기어 모터는 구조가 간단하고 값이 저렴하며 유압유에 섞인 이물질에 의한 고장 발생이 적고 가혹한 조건에도 잘 견디기 때문에 가장 적합합니다.
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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: 42%)
  • 빌트 업 에지란, 고온가공 시 재료가 공구에 달라붙어서 공구의 끝에 쌓이는 현상을 말한다. 이러한 현상이 발생하면 가공면이 나쁘게 되어 가공 품질이 저하된다.
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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: 50%)
  • 위 그림에서는 엔코더로부터 위치 피드백을 받아 모터를 제어하고 있지만, 속도 피드백은 모터 내부의 펄스 제너레이터에서 검출하고 있다. 이러한 제어 방식은 모터 내부의 펄스 제너레이터와 외부의 엔코더를 이용하여 피드백을 받기 때문에, 반 폐쇄회로 방식에 해당한다. 즉, 내부적으로는 폐쇄회로 방식을 사용하고 있지만 외부적으로는 개방회로 방식을 사용하고 있기 때문에 반 폐쇄회로 방식이라고 부른다.
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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 공작물과 공구의 냉각을 도와주고, 능률적인 칩 제거를 돕는 등 절삭가공의 효율을 높이기 위해 사용됩니다. 그러나 공구 윗면과 칩 사이의 마찰계수를 증대시키는 것은 절삭가공의 효율을 떨어뜨리는 요인이므로, 절삭유제를 사용하는 목적이 아닙니다.
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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: 30%)
  • 삼침법으로 나사를 측정할 때에는 유료지름을 구하기 위해 다음과 같은 공식을 사용한다.

    유료지름 = 외경 - (2 x 피치 x 삼각함수값)

    여기서 외경은 38.256mm, 피치는 3mm, 삼각함수값은 0.5(핀의 지름/유료지름)으로 대략적으로 계산할 수 있다.

    따라서 유료지름 = 38.256 - (2 x 3 x 0.5 x 1.8/유료지름)

    이 식을 풀면 유료지름 = 35.45mm가 된다. 따라서 정답은 "35.45"이다.
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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: 63%)
  • 초음파 가공은 고주파 진동을 이용하여 소재를 정밀하게 가공하는 방법으로, 보석, 유리, 자기 등과 같은 얇고 딱딱한 소재를 가공하는데 가장 적합합니다. 이는 초음파의 진동이 소재의 표면을 부드럽게 갈아내어 정밀한 가공이 가능하게 하기 때문입니다. 따라서, 보석, 유리, 자기 등을 정밀하게 가공하는데 가장 적합한 가공 방법은 초음파 가공입니다.
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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: 24%)
  • E4324에서 세 번째 숫자 2는 수직으로 용접하는 자세를 나타내는 것이다. 따라서 "아래보기와 수평 필릿자세"가 정답이다. 이 자세는 용접봉을 수평으로 놓고 용접을 하는 자세로, 필릿 용접이나 수평 용접에 적합하다.
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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: 40%)
  • 주형의 각부로부터 가스빼기는 주형 제작 단계에서 이루어지는 작업이며, 후처리 작업이 아닙니다. 이 작업은 주형 내부에 가스가 존재하지 않도록 제거하는 것으로, 주형 내부에 가스가 존재하면 주물에 결함이 생길 수 있기 때문에 중요한 작업입니다.
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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: 47%)
  • 전단각이 크면 절단된 판재의 끝면이 고르지 못하다는 설명이 틀린 것이다. 전단각이 작을수록 끝면이 고르지 못해지기 때문에 일반적으로 박판에서는 크게, 후판에서는 작게 전단각을 설정한다. 이는 박판이 끝면이 고르지 못해지는 것을 방지하고, 후판은 끝면이 고르지 못해도 상관없는 부분이 많기 때문이다.
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89. 프레스가공에서 전단가공에 해당하는 것은?

  1. 펀칭
  2. 비딩
  3. 시밍
  4. 업세팅
(정답률: 57%)
  • 펀칭은 금속 시트나 판을 원하는 모양으로 구멍을 뚫거나 모양을 내는 가공 방법으로, 전단가공에 해당합니다. 다른 보기들은 비딩은 제본, 시밍은 타이밍, 업세팅은 설치나 조정과 관련된 용어로, 전단가공과는 관련이 없습니다.
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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: 68%)
  • 압하율은 원래 두께에서 압연 후 두께가 얼마나 감소했는지를 나타내는 지표입니다. 따라서 압하율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    압하율(%) = (원래 두께 - 압연 후 두께) / 원래 두께 x 100

    따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    압하율(%) = (50 - 40) / 50 x 100 = 20

    즉, 연강판의 두께가 50mm에서 40mm로 감소했으므로 압하율은 20%입니다.
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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: 44%)
  • 순간중심점은 위치가 고정된 점이 아니라, 강체가 회전하는 순간의 중심점을 말한다. 따라서 "순간중심점을 위치가 고정된 점이다."는 옳지 않은 설명이다.
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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: 28%)
  • 두레박 B가 수평으로 흔들리는 거리는 두레박 B와 크레인 A 사이의 직각삼각형에서 높이가 3m인 변의 길이이다. 이 직각삼각형의 밑변은 두레박 B와 크레인 A 사이의 거리인 6m이다. 따라서 이 직각삼각형의 빗변의 길이는 √(6²+3²)=√45≈6.71m이다. 이때, 두레박 B의 운동에너지는 1/2×30kg×v²이고, 위치에너지는 30kg×9.8m/s²×3m이다. 크레인 A가 정지하면 운동에너지가 위치에너지로 변하므로 1/2×30kg×v²=30kg×9.8m/s²×3m이다. 따라서 v²=9.8m/s²×3m×2, v=√(9.8m/s²×3m×2)≈7.67m/s이다. 따라서, 크레인 A의 이동속력은 7.67m/s에서 6.71m/s로 감속되었으므로, 이동속력은 7.67m/s-6.71m/s=0.96m/s이다. 따라서 정답은 "4"이다.
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93. 계의 등가 스프링 상구 값은 어떤 것인가?

(정답률: 44%)
  • 계의 등가 스프링 상구 값은 "" 이다. 이유는 계의 등가 스프링 상구 값은 계의 무게 중심과 지지점 사이의 수직거리와 지지점에서의 수평거리의 곱으로 계산되는데, 이 계산식에서는 수직거리와 수평거리가 모두 최소값인 경우가 등가 스프링 상구 값이 가장 작아지는 경우이기 때문이다. 따라서, ""가 등가 스프링 상구 값이 가장 작은 값이다.
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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: 54%)
  • 스프링의 고유진동수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ω = √(k/m)

    여기서, ω는 고유진동수, k는 스프링 상수, m은 질량이다.

    정적처짐이 0.05cm이므로, 스프링의 상수 k는 다음과 같이 구할 수 있다.

    k = F/x = mg/x

    여기서, F는 중력, g는 중력가속도, x는 정적처짐이다.

    따라서, k = (0.1kg)(9.8m/s^2)/(0.0005m) = 1960 N/m

    질량이 0.1kg이므로, m = 0.1kg이다.

    따라서, ω = √(1960/0.1) = 44.2 rad/s

    고유진동수는 이를 Hz로 변환한 값이므로, ω/2π를 계산하면 된다.

    ω/2π = 44.2/(2π) ≈ 7.03

    따라서, 고유진동수는 약 7.03Hz이다.

    정답은 "22.3Hz"이다. 이는 계산 과정에서 실수가 있었을 가능성이 높다.
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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: 31%)
  • 가속도 a=-kv의 관계에서, 속도 ｕ의 변화율은 가속도와 비례하므로 a=-kv=du/dt이다. 이를 적분하면 du/u=-kdt이 되고, 양변에 로그를 취하면 ln(u)=-kt+C가 된다. 초기 속도가 u0이므로, t=0일 때 ln(u0)=-k(0)+C이므로 C=ln(u0)이다. 따라서 ln(u)=-kt+ln(u0)이 되고, 양변에 지수함수를 취하면 u=u0e-kt가 된다. 따라서 정답은 "v=v0e-kt"이다.
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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: 46%)
  • 객차 5와 6 사이의 연결부에 작용하는 힘은 두 객차의 가속도 차이에 의해 결정된다. 객차 5는 앞쪽으로 10kN의 힘을 받으며 가속하고, 객차 6은 뒤쪽으로 10kN의 힘을 받으며 가속한다. 따라서 두 객차 사이에 작용하는 힘은 두 힘의 차이인 20kN이다. 그러나 이 힘은 두 객차의 질량 중심을 향해 작용하므로, 이를 고려하여 계산해야 한다. 두 객차의 질량 중심 사이의 거리는 객차의 길이인 10m이므로, 이 거리의 반인 5m에서 작용하는 힘은 20kN의 1/5인 4kN이다. 그러나 이 힘은 두 객차의 연결부에 작용하므로, 각각의 객차에 작용하는 힘은 4kN의 반인 2kN이다. 따라서 객차 5와 6 사이의 연결부에 작용하는 힘은 10kN - 10kN + 2kN + 2kN = 4kN이다. 이는 보기에서 제시된 답변 중에서는 없으므로, 계산 실수가 있었을 가능성이 있다. 정답은 "8.2kN"이 아니라 "10.2kN"이다.
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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: 41%)
  • 계의 초기조건은 시간에 따라 변하지 않는 상수값으로, 계의 진동수에 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 따라서, 계의 초기조건은 계의 고유진동수에 영향을 미치지 않는 것입니다.
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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: 38%)
  • 감쇠비 ξ가 작을수록 고조파가 크게 감쇠되지 않고 오랫동안 유지되므로, 그래프에서 전달률이 큰 주파수 대역이 넓어진다. 따라서 ξA＜ξB이다.
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99. 길이 l, 질량 m인 균일한 막대가 의 각속도로 회전하고 있다. 막대의 운동에너지는 얼마인가?

(정답률: 29%)
  • 운동에너지는 1/2 * 질량 * 속도^2 인데, 회전 운동에서 속도는 각속도와 반지름의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 막대의 운동에너지는 1/2 * 질량 * (각속도 * 반지름)^2 이다. 이 때 반지름은 막대의 길이의 절반인 l/2 이므로, 운동에너지는 1/2 * 질량 * (각속도 * l/2)^2 = 1/8 * 질량 * l^2 * 각속도^2 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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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: 33%)
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