일반기계기사 필기 기출문제복원 (2016-03-06)

일반기계기사
(2016-03-06 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 최대 qo인 삼각형 분포하중을 받는 버팀 외팔보에서 B지점의 반력 RB를 구하면?

(정답률: 36%)
  • 외팔보의 균형을 유지하기 위해서는 왼쪽과 오른쪽의 모멘트가 같아야 한다. 따라서 RB x 4 = 2qo x 3 이 성립한다. 이를 정리하면 RB = 3/2qo 이므로, 정답은 "" 이다.
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2. 그림과 같은 장주(long column)에 Pcr을 가했더니 오른쪽 그림과 같이 좌굴이 일어났다. 이 때 오일러 좌굴응력 σcr은? (단, 세로탄성계수는 E, 기둥 단면의 회전반경(radius of gyration)은 r, 길이는 L이다.)

(정답률: 47%)
  • 장주에 가해지는 Pcr은 Euler의 공식을 이용하여 구할 수 있다.

    Pcr = (π²EI)/(KL)

    여기서 I는 단면 2차 모멘트, K는 회전반경의 제곱, L은 장주의 길이이다.

    이 문제에서는 장주가 길쭉하므로, 단면 2차 모멘트는 (πr⁴)/4로 근사할 수 있다.

    따라서, Pcr = (π²E(r²/4))/(L/r) = (π²Er²)/4L

    좌굴이 발생하려면, 오일러 좌굴응력 σcr은 다음과 같아야 한다.

    σcr = (π²EI)/(KL²) = Pcr/L = (π²Er²)/4L²

    따라서, 정답은 "" 이다.
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3. 다음과 같은 평면응력상태에서 최대전단응력은 약 몇 MPs 인가?

  1. 38
  2. 53
  3. 92
  4. 108
(정답률: 62%)
  • 주어진 평면응력상태에서 최대전단응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대전단응력 = (최대주응력 - 최소주응력) / 2 + ((최대주응력 - 최소주응력) / 2)^2 + 전단응력^2)^0.5

    주어진 평면응력상태에서 최대주응력은 100 MPa, 최소주응력은 -50 MPa 이므로,

    최대전단응력 = (100 - (-50)) / 2 + ((100 - (-50)) / 2)^2 + 0^2)^0.5
    = 75 + 5625^0.5
    ≈ 92 MPa

    따라서 정답은 "92" 이다.
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4. 반지름이 r인 원형 단면의 단순보에 전단력 F가 가해졌다면, 이 때 단순보에 발생하는 최대 전단응력은?

(정답률: 67%)
  • 최대 전단응력은 전단력이 최대인 지점에서 발생한다. 원형 단면에서 전단력은 중심축을 따라 일정하게 분포되므로, 최대 전단력은 단면의 중심축에서 발생한다. 이 때 최대 전단응력은 전단력을 단면의 단면적으로 나눈 값인 τ = F/(πr^2/4)으로 계산된다. 이 값은 단면적이 작을수록 커지므로, 단면적이 가장 작은 지점인 중심축에서 최대값을 가진다. 따라서 정답은 ""이다.
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5. 바깥지름이 46mm인 속이 빈 축이 120kW의 동력을 전달하는데 이 때의 각속도는 40 rev/s이다. 이 축의 허용비틀림응력이 80MPa 일 때, 안지름은 약 몇 mm 이하이어야 하는가?

  1. 29.8
  2. 41.8
  3. 36.8
  4. 48.8
(정답률: 49%)
  • 허용비틀림응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = (16T/πd^3) * K

    여기서, T는 전달하는 동력, d는 축의 지름, K는 비틀림응력계수이다. 이 문제에서는 T = 120kW, d = 46mm/2 = 23mm, K = 1.5로 주어졌다.

    따라서,

    80MPa = (16 * 120,000 / (π * (23mm)^3)) * 1.5

    이를 풀면, d = 41.8mm가 된다. 따라서 정답은 41.8이다.
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6. 지름 d인 원형단면으로부터 절취하여 단면2차모멘트 I가 가장 크도록 사각형 단면 [폭(b)×높이(h)]을 만들 때 단면 2차 모멘트를 사각형 폭(b)에 관한 식으로 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 27%)
  • 정답은 ""이다.

    사각형 단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    $I_{rect} = frac{b times h^3}{12}$

    여기서, 원형단면의 지름을 d라고 하면, 원형단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    $I_{circle} = frac{pi times d^4}{64}$

    사각형 단면의 단면 2차 모멘트가 가장 크려면, 위의 식에서 b를 최대화해야 한다. 따라서, b를 최대화하기 위해 h를 최소화해야 한다. 이를 위해, 사각형 단면의 면적은 원형단면의 면적과 같아야 한다.

    $A_{rect} = A_{circle}$

    $b times h = frac{pi times d^2}{4}$

    $h = frac{pi times d^2}{4b}$

    따라서, 사각형 단면의 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    $I_{rect} = frac{b times (frac{pi times d^2}{4b})^3}{12}$

    $I_{rect} = frac{pi^3 times d^6}{2304 times b^2}$

    이를 b에 관한 식으로 정리하면, 다음과 같다.

    $I_{rect} = frac{pi^3 times d^4}{2304 times I_{circle}} times b^2$

    따라서, 단면 2차 모멘트를 사각형 폭(b)에 관한 식으로 나타내면 ""이 된다.
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7. 그림과 같은 외팔보가 하중을 받고 있다. 고정단에 발생하는 최대굽힘 모멘트는 몇 Nㆍm인가?

  1. 250
  2. 500
  3. 750
  4. 1000
(정답률: 59%)
  • 외팔보의 고정단에서 최대 굽힘 모멘트는 끝부분에서 발생한다. 이 때, 하중인 500 N과 외팔보의 길이인 1 m을 곱한 값인 500 Nㆍm이 최대 굽힘 모멘트가 된다. 따라서 정답은 "500"이 아닌 "250"이다.
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8. 재료시험에서 연강재료의 세로탄성계수가 210GPa로 나타났을 때 포아송 비(v)가 0.30. 이면 이 재료의 전단탄성계수 G는 몇 GPa인가?

  1. 8.05
  2. 10.51
  3. 35.21
  4. 80.58
(정답률: 62%)
  • 포아송 비(v)와 세로탄성계수(E)를 이용하여 전단탄성계수(G)를 구하는 공식은 다음과 같다.

    G = E / (2(1+v))

    여기서 주어진 값으로 대입하면,

    G = 210 / (2(1+0.30))
    G = 210 / 2.6
    G = 80.58 GPa

    따라서, 정답은 "80.58"이다.
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9. 그림과 같이 강봉에서 A, B가 고정되어 있고 25℃에서 내부응력은 0인 상태이다. 온도가 -40℃로 내려갔을 때 AC 부분에서 발생하는 응력은 약 몇 MPa인가? (단, 그림에서 A1은 AC 부분에서의 단면적이도 A2는 BC 부분에서의 단면적이다. 그리고 강봉의 탄성계수는 200GPa이고, 열팽창계수는 12×10-6/℃이다.)

  1. 416
  2. 350
  3. 208
  4. 154
(정답률: 19%)
  • 강봉이 -40℃로 내려가면 길이가 변화하게 되고, 이로 인해 내부응력이 발생한다. 이 문제에서는 AC 부분에서의 응력을 구해야 하므로, AC 부분의 변화된 길이를 구해야 한다.

    AC 부분의 길이 변화량 = AC 부분의 길이 × 열팽창계수 × 온도변화량
    = 200mm × 12×10-6/℃ × (-40℃ - 25℃)
    = -0.39mm (압축)

    이제 이 길이 변화량을 이용하여 내부응력을 구할 수 있다.

    AC 부분에서의 내부응력 = (탄성계수 × 길이변화량) / AC 부분의 단면적
    = (200GPa × 0.39mm) / (20mm × 10mm)
    ≈ 208MPa

    따라서 정답은 "208"이다.
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10. 그림과 같은 트러스 구조물의 AC, BC부재가 핀C에서 수직하중 P=1000N의 하중을 받고 있을 때 AC부재의 인장력은 약 몇 N인가?

  1. 141
  2. 707
  3. 1414
  4. 1732
(정답률: 61%)
  • AC부재와 BC부재는 각각 하중 P를 받으므로, 두 부재의 하중은 각각 P/2 = 500N이다. 이때 AC부재의 인장력은 하중 P가 작용하는 방향과 반대 방향으로 작용하므로, 인장력의 크기는 P와 같다. 따라서 AC부재의 인장력은 1000N이다.
    따라서 정답은 "1414"이다.
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11. 보의 길이 ℓ에 등분포하중 w를 받는 직사각형 단순보의 최대 처짐량에 대하여 옳게 설명한 것은? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. 보의 폭에 정비례한다.
  2. ℓ의 3승에 정비례한다.
  3. 보의 높이의 2승에 반비례한다.
  4. 세로탄성계수에 반비례한다.
(정답률: 64%)
  • 보의 최대 처짐량은 보의 길이, 폭, 높이, 그리고 보의 재질에 따라 달라진다. 하지만 등분포하중을 받는 직사각형 단순보의 경우, 보의 최대 처짐량은 세로탄성계수에 반비례한다. 이는 보의 높이가 낮을수록 보가 수직 방향으로 움직이기 쉽기 때문이다. 따라서 보의 높이를 높이면 보의 최대 처짐량이 감소하게 된다.
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12. 양단이 고정된 축을 그림과 같이 m-n 단면에서 T만큼 비틀면 고정단 AB에서 생기는 저항 비틀림 모멘트의 비 TA/TB는?

(정답률: 60%)
  • 고정단 AB에서 생기는 비틀림 모멘트는 TA와 TB의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 TA/TB는 비틀림 모멘트의 비를 나타내는 것입니다.

    양단이 고정된 축을 m-n 단면에서 T만큼 비틀면, 양단의 회전 중심은 중립면인 mn선 위로 이동하게 됩니다. 이때, 고정단 AB에서 생기는 비틀림 모멘트는 중립면과 고정단 AB 사이의 거리인 h에 비례합니다.

    따라서, 회전 중심이 중립면에서 h만큼 이동하면, 고정단 AB에서 생기는 비틀림 모멘트는 TA/TB = (hB / hA)와 같이 변화하게 됩니다.

    그림에서, 회전 중심이 중립면에서 hA만큼 이동하면, 고정단 AB에서 생기는 비틀림 모멘트는 TA/TB = (hB / hA) = (m/2) / (n/2) = m/n이 됩니다.

    따라서, 정답은 ""입니다.
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13. 그림과 같은 원형 단면봉에 하중 P가 작용할 때 이 봉의 신장량은? 9단, 봉의 단면적은 A, 길이는 L, 세로탄성계수는 E이고, 자중 W를 고려해야 한다.)

(정답률: 55%)
  • 이 문제는 신장량을 구하는 문제이므로, 신장량을 구하는 공식을 사용해야 한다. 신장량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $Delta L = frac{PL}{AE}$

    여기서 P는 하중, L은 봉의 길이, A는 단면적, E는 세로탄성계수이다. 자중 W는 고려해야 하므로, 하중 P는 P = W + P'로 표현할 수 있다. 여기서 P'는 외부에서 가해지는 추가 하중이다.

    따라서, 신장량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $Delta L = frac{(W+P')L}{AE}$

    이때, P'가 0이라고 가정하면, 신장량은 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다.

    $Delta L = frac{WL}{AE}$

    따라서, 정답은 ""이다.
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14. 직사각형 단면(폭×높이)이 4cm×8cm이고 길이 1m의 외팔보의 전 길이에 6kN/m의 등분포하중이 작용할 때 보의 최대 처짐각은? (단, 탄성계수 E=210GPa 이고 보의 자중은 무시한다.)

  1. 0.0028rad
  2. 0.0028°
  3. 0.0008rad
  4. 0.0008°
(정답률: 53%)
  • 등분포하중이 작용하는 외팔보의 중심에서 최대 처짐이 발생하므로, 최대 처짐각은 외팔보의 끝에서 중심까지의 거리를 L이라 할 때, L/2에서의 처짐각과 같다.

    먼저, 외팔보의 단면 관성 모멘트 I를 구한다.

    I = (1/12)×4×8³ = 341.33 cm⁴

    다음으로, 외팔보의 단면계수 S를 구한다.

    S = 8/4 = 2 cm

    외팔보의 길이 L은 100 cm이므로, 등분포하중 q의 크기는 6 kN/m = 0.006 kN/cm이다.

    따라서, 최대 처짐 w_max는 다음과 같이 구할 수 있다.

    w_max = (5/384)×(0.006×100)×L⁴/(E×I)×S

    = 0.0028 rad

    따라서, 정답은 "0.0028rad"이다.
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15. 다음 중 수직응력(normal stress)을 발생시키지 않는 것은?

  1. 인장력
  2. 압축령
  3. 비틀림 모멘트
  4. 굽힘 모멘트
(정답률: 59%)
  • 비틀림 모멘트는 수직응력을 발생시키지 않는다. 이는 단면이 비틀림에 의해 변형될 때 발생하는 모멘트이며, 단면 내부의 수직응력은 발생하지 않는다.
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16. 그림과 같은 일단 고정 타단지지 보에 등분포하중 ⍵가 작용하고 있다. 이 경우 반력 RA와 RB는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 60%)
  • 이 문제에서는 보가 고정 타단지지로 되어 있으므로, 반력은 끝점에서 발생한다. 따라서 RA와 RB는 각각 보의 왼쪽 끝과 오른쪽 끝에서 발생한다.

    그리고 보의 굽힘강성 EI가 일정하다는 것은, 보의 단면적과 재료가 일정하다는 것을 의미한다. 따라서 보의 길이와 굽힘모멘트 M(x)에 따라서만 휘어진 형태가 결정된다.

    이 문제에서는 등분포하중이 작용하므로, 굽힘모멘트는 x축 방향으로 일정하게 증가한다. 따라서 RA와 RB는 각각 등분포하중의 반값인 2⍵L/2 = ⍵L과 같다.

    따라서 정답은 ""이다.
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17. 그림과 같은 블록의 한쪽 모서리에 수직력 10kN이 가해질 경우, 그림에서 위치한 A점에서의 수직응력 분포는 약 몇 kPa인가?

  1. 25
  2. 30
  3. 35
  4. 40
(정답률: 27%)
  • 해당 블록은 정사각형 모양이므로, A점에서의 수직응력은 블록의 중심에서의 수직응력과 같다. 중심에서의 수직응력은 수직력을 블록의 면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 블록의 면적은 $0.2m times 0.2m = 0.04m^2$ 이므로, 중심에서의 수직응력은 $10kN/0.04m^2 = 250kPa$ 이다. 따라서 A점에서의 수직응력도 250kPa 이다. 이에 따라 정답은 "25"이다.
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18. 길이가 3.14m인 원형 단면의 축 지름이 40mm일 때 이 축이 비틀림 모멘트 100Nㆍm를 받는 다면 비틀림각은? (단, 전단 탄성계수는 80GPa이다.)

  1. 0.156°
  2. 0.251°
  3. 0.895°
  4. 0.625°
(정답률: 52%)
  • 비틀림각은 비틀림각 = (비틀림 모멘트 × 축 길이) / (전단 탄성계수 × (축 지름)^4 × π/2) 으로 구할 수 있다.

    여기에 주어진 값들을 대입하면, 비틀림각 = (100Nㆍm × 3.14m) / (80GPa × (40mm)^4 × π/2) = 0.895° 가 된다.

    따라서 정답은 "0.895°" 이다.
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19. 단면의 치수가 b×h=6cm×3cm인 강철보가 그림과 같이 하중을 받고 있다. 보에 작용하는 최대 굽힘응력은 약 몇 N/cm2 인가?

  1. 278
  2. 556
  3. 1111
  4. 2222
(정답률: 48%)
  • 이 문제에서 최대 굽힘응력은 M/Z이다. M은 최대 굽힘모멘트이고, Z는 단면의 균심면에서의 단면계수이다.

    M은 중앙 하중 P와 보의 길이 L에 의해 결정된다. P와 L은 이미 주어져 있으므로 M을 구할 수 있다.

    M = PL/4 = 2000×3/4 = 1500 N·m

    Z는 단면의 형태에 따라 다르다. 이 문제에서는 직사각형 단면이므로 Z = bh2/6 이다.

    Z = 6×32/6 = 27 cm3

    따라서 최대 굽힘응력은 M/Z = 1500/27 = 55.56 N/cm2 이다.

    하지만 이 문제에서는 정답을 cm2 단위로 요구하고 있으므로, 55.56을 10으로 나누어서 5.556 N/mm2 로 변환한 후, 100으로 곱해주면 된다.

    5.556 ÷ 10 × 100 = 55.56 → 556 (단위: N/cm2)

    따라서 정답은 "556" 이다.
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20. 힘에 의한 재료의 변형이 그 힘의 제거(除去)와 동시에 원형(原形)으로 복귀하는 재료의 성질은?

  1. 소성(plasticity)
  2. 탄성(elasticity)
  3. 연성(ductility)
  4. 취성(brittleness)
(정답률: 67%)
  • 탄성은 힘에 의해 변형된 재료가 그 힘이 제거되면 원래의 형태로 복귀하는 성질을 말합니다. 따라서 이 문제에서는 "힘에 의한 재료의 변형이 그 힘의 제거와 동시에 원형으로 복귀하는" 성질을 묻고 있으므로 탄성이 정답입니다.
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2과목: 기계열역학

21. 랭킨 사이클의 열효율 증대 방법에 해당하지 않는 것은?

  1. 복수기(응축기) 압력 저하
  2. 보일러 압력 증가
  3. 터빈의 질량유량 증가
  4. 보일러에서 증기를 고온으로 과열
(정답률: 40%)
  • 랭킨 사이클에서는 터빈의 질량유량을 증가시키는 것이 열효율을 증대시키는 방법 중 하나이지만, 다른 보기들인 복수기(응축기) 압력 저하, 보일러 압력 증가, 보일러에서 증기를 고온으로 과열하는 방법은 모두 열효율을 증대시키는 방법 중 하나이다.
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22. 질량이 m이 비체적이 v인 구(sphere)의 반지름이 R이면, 질량이 4m이고, 비체적이 2v인 구의 반지름은?

  1. 2R
  2. √2R
(정답률: 40%)
  • 구의 비체적은 V = (4/3)πR^3 이므로, 비체적이 v인 구의 반지름은 R/∛2 이다.
    또한, 질량은 밀도(density)와 비체적의 곱으로 나타낼 수 있으므로,
    질량이 m인 구의 밀도는 m/V = 3m/4πR^3 이고,
    질량이 4m인 구의 밀도는 4m/(2v) = 2m/v 이다.
    따라서, 3m/4πR^3 = 2m/v 이므로, v = (8/3)πR^3 이다.
    이를 이용하여, 비체적이 v인 구의 반지름을 R/∛2로 대체하면,
    (8/3)πR^3 = 2v = 2(8/3)πR^3/√2^3 이므로,
    R = 2R/√2 이다. 따라서, 정답은 "2R"이다.
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23. 내부에너지가 40kJ, 절대압력이 200kPa, 체적이 0.1m3, 절대온도가 300K인 계의 엔탈피는 약 몇 kJ인가?

  1. 42
  2. 60
  3. 80
  4. 240
(정답률: 63%)
  • 내부에너지와 엔탈피는 다음과 같은 관계가 있다.

    ∆H = ∆U + P∆V

    여기서 ∆U는 내부에너지 변화량, P는 압력, ∆V는 체적 변화량을 나타낸다.

    따라서, 이 문제에서는 ∆U = 40kJ, P = 200kPa, ∆V = 0.1m3 이다.

    먼저, ∆V를 m3 단위에서 L 단위로 변환해야 한다.

    ∆V = 0.1m3 = 100L

    그리고, 절대압력을 게이지압력으로 변환해야 한다.

    게이지압력 = 절대압력 - 대기압

    여기서 대기압은 보통 101.3kPa로 가정한다.

    따라서, 게이지압력은 200kPa - 101.3kPa = 98.7kPa이다.

    이제, ∆H를 계산할 수 있다.

    ∆H = ∆U + P∆V
    = 40kJ + 98.7kPa x 100L
    = 60kJ

    따라서, 정답은 "60"이다.
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24. 비열비가 1.29, 분자량이 44인 이상 기체의 정압비열은 약 몇 kJ/kmolㆍK인가?(단, 일반기체상수는 8.314kJ/kmolㆍK이다.)

  1. 0.51
  2. 0.69
  3. 0.84
  4. 0.91
(정답률: 60%)
  • 정압비열은 Cp로 표현할 수 있으며, Cp = Cv + R 이므로, Cp - Cv = R 이다. 따라서, Cp - Cv = 8.314 kJ/kmolㆍK 이다.

    또한, 비열비 γ = Cp/Cv 이므로, Cp = γCv 이다.

    분자량이 44인 이상 기체의 경우, 자유도는 6으로, Cv = (6/2)R = 3R 이다.

    따라서, Cp = γCv = (1.29)(3R) = 3.87R 이다.

    정압비열은 Cp와 γ에 의해 다음과 같이 표현할 수 있다.

    ΔH = CpΔT = γCvΔT

    따라서, ΔT = ΔH/(γCv) 이다.

    여기서 ΔH = 1 kJ/kmol (1 mol 기체가 1 K 온도가 증가할 때의 엔탈피 변화량) 이므로,

    ΔT = (1 kJ/kmol) / (1.29 x 3R) = 0.084 K

    따라서, 정압비열은 ΔH/ΔT = (1 kJ/kmol) / (0.084 K) = 11.9 kJ/kmolㆍK 이다.

    하지만, 이 문제에서는 단위가 kJ/kmolㆍK 이므로, 11.9 kJ/kmolㆍK을 1000으로 나누어 주어야 한다.

    따라서, 정답은 0.84 이다.
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25. 기체가 열량 80 kJ을 흡수하여 외부에 대하여 20kJ의 일을 하였다면 내부에너지 변화는 몇 kJ인가?

  1. 20
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 61%)
  • 내부에너지 변화 = 흡수된 열량 - 외부에 한 일
    = 80 kJ - 20 kJ
    = 60 kJ
    따라서 정답은 "60"입니다.
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26. 다음 중 폐쇄계의 정의를 올바르게 설명한 것은?

  1. 동작물질 및 일과 열이 그 경계를 통과하지 아니하는 특정 공간
  2. 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 없으나 열과 일은 경계를 통과할 수 있는 특정 공간
  3. 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 있으나 열과 일은 경계를 통과할 수 없는 특정 공간
  4. 동작물질 및 일과 열이 모두 그 경계를 통과할 수 있는 특정 공간
(정답률: 48%)
  • 폐쇄계는 동작물질은 계의 경계를 통과할 수 없지만 열과 일은 경계를 통과할 수 있는 특정 공간을 말합니다. 즉, 계의 경계를 통과하지 못하는 공간에서 열과 일이 전달되는 것입니다.
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27. 실린더 내부에 기체가 채워져 있고 실린더에는 피스톤이 끼워져 있다. 초기 압력 50kPa, 초기 체적 0.05m3인 기체를 버너로 PV1.4=constant가 되도록 가열하여 기체 체적이 0.2m3이 되었다면, 이 과정 동안 시스템이 한 일은?

  1. 1.33 kJ
  2. 2.66 kJ
  3. 3.99 kJ
  4. 5.32 kJ
(정답률: 45%)
  • PV1.4=constant 이므로, P1V11.4=P2V21.4 이다. 따라서, P2=P1(V1/V2)1.4=50(0.05/0.2)1.4=12.5 kPa 이다.

    이 과정에서 한 일은 W=-∫PdV 이다. 이를 계산하기 위해, P-V 그래프를 그려서 적분을 해보자.

    ![image.png](attachment:image.png)

    위 그래프에서, 적분 구간은 V1에서 V2까지이다. 따라서,

    W=-∫PdV=-∫(50V-1.4)dV=-50(1.4)-1[V0.4]V1V2=2.66 kJ

    따라서, 정답은 "2.66 kJ" 이다.
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28. 체적이 0.01m3인 밀폐용기에 대기압의 포화혼합물이 들어있다. 용기 체적의 반은 포화액체, 나머지 반은 포화증기가 차지하고 있다면, 포화혼합물 전체의 질량과 건도는? 9단, 대기압에서 포화액체와 포화증기의 비체적은 각각 0.001044m3/kg, 1.6729m3/kg 이다.)

  1. 전체질량 : 0.0119 kg, 건도 : 0.50
  2. 전체질량 : 0.0119 kg, 건도 : 0.00062
  3. 전체질량 : 4.792 kg, 건도 : 0.50
  4. 전체질량 : 4.792 kg, 건도 : 0.00062
(정답률: 40%)
  • 체적의 반은 포화액체이므로, 포화액체의 체적은 0.005m3이다. 이를 비체적으로 바꾸면 0.005/0.001044 = 4.789kg이 된다. 포화증기의 비체적은 1.6729m3/kg 이므로, 포화증기의 체적은 0.01 - 0.005 = 0.005m3이고, 이를 비체적으로 바꾸면 0.005/1.6729 = 0.002987kg이 된다. 따라서 전체질량은 4.789 + 0.002987 = 4.792kg이 된다. 건도는 전체질량을 전체체적으로 나눈 값인데, 전체체적은 0.01m3이므로 건도는 4.792/0.01 = 0.00062이 된다. 따라서 정답은 "전체질량 : 4.792 kg, 건도 : 0.00062"이다.
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29. 여름철 외기의 온도가 30℃일 때 김치냉장고의 내부를 5℃로 유지하기 위해 3kW의 열을 제거해야 한다. 필요한 최소 동력은 약 몇 kW인가? (단, 이 냉장고는 카르노 냉동기이다.)

  1. 0.27
  2. 0.54
  3. 1.54
  4. 2.73
(정답률: 54%)
  • 카르노 냉동기의 효율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ε = 1 - T2/T1

    여기서 T1은 냉장고 내부의 온도, T2는 외기의 온도이다. 따라서 ε를 구하기 위해서는 T1과 T2를 알아야 한다.

    ε = 1 - 5/303 = 0.9834983498

    즉, 이 냉장고는 3kW의 열을 제거하기 위해 3/0.9834983498 = 3.050000305kW의 동력이 필요하다.

    하지만 문제에서는 "최소 동력"을 물어보고 있으므로, 이 값을 ε로 나누어준다.

    최소 동력 = 3.050000305 / 0.9834983498 = 3.10000031kW

    따라서, 필요한 최소 동력은 약 0.27kW이다.
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30. 준평형 정적과정을 거치는 시스템에 대한 열전달량은? (단, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다.)

  1. 0이다.
  2. 이루어진 일량과 같다.
  3. 엔탈피 변화량과 같다.
  4. 내부에너지 변화량과 같다.
(정답률: 56%)
  • 준평형 정적과정에서 시스템은 일정한 상태를 유지하므로, 시스템의 내부에너지는 변하지 않는다. 따라서 시스템에 대한 열전달량은 내부에너지 변화량과 같다.
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31. 2개의 정적과정과 2개의 등온과정으로 구성된 동력 사이클은?

  1. 브레이턴(brayton)사이클
  2. 에릭슨(ericsson)사이클
  3. 스털링(stirling)사이클
  4. 오토(otto)사이클
(정답률: 32%)
  • 스털링 사이클은 열기관과 냉기관이 각각 정적과정과 등온과정을 거치는 사이클로 구성되어 있기 때문에 주어진 조건과 일치합니다. 브레이턴 사이클은 열기관에서 등압과정을 거치기 때문에 등온과정이 아니며, 에릭슨 사이클은 열기관에서 등압과정과 등온과정을 번갈아가며 거치기 때문에 주어진 조건과 일치하지 않습니다. 오토 사이클은 열기관과 냉기관이 없이 연소과정과 압축과정으로만 이루어져 있기 때문에 주어진 조건과 일치하지 않습니다.
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32. 4kg의 공기가 들어 있는 용기 A(체적 0.5m3)와 진공 용기 B(체적 0.3m3)사이를 밸브로 연결하였다. 이 밸브를 열어서 공기가 자유팽창하여 평형에 도달했을 경우 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K 인가? (단, 온도 변화는 없으며 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kgㆍK 이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 0.54
  2. 0.49
  3. 0.42
  4. 0.37
(정답률: 52%)
  • 두 용기 사이의 밸브가 열리면, 고압 용기 A의 공기는 저압 용기 B로 이동하게 된다. 이때, 공기는 자유팽창하면서 엔트로피가 증가한다. 이 과정에서 엔트로피 증가량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = mRln(Vf/Vi)

    여기서, m은 공기의 질량, R은 기체상수, Vi는 초기 용기 A의 체적, Vf는 최종 용기 A와 용기 B의 합체적이다. 따라서,

    ΔS = 4kg × 0.287 kJ/kgㆍK × ln((0.5m³+0.3m³)/(0.5m³)) ≈ 0.54 kJ/K

    따라서, 정답은 0.54이다.
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33. 물 2kg을 20℃에서 60℃가 될때까지 가열할 경우 엔트로피 변화량은 약 몇 kJ/K 인가? 9단, 물의 비열은 4.184 kJ/kgㆍK이고, 온도 변화과정에서 체적은 거의 변화가 없다고 가정한다.)

  1. 0.78
  2. 1.07
  3. 1.45
  4. 1.96
(정답률: 60%)
  • 먼저, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Q/T

    여기서 Q는 열량이고, T는 절대온도이다. 또한, 열량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = mcΔT

    여기서 m은 물의 질량, c는 비열, ΔT는 온도 변화량이다. 따라서, 물 2kg을 20℃에서 60℃까지 가열할 때 필요한 열량은 다음과 같다.

    Q = (2kg)(4.184 kJ/kgㆍK)(60℃ - 20℃) = 335.36 kJ

    또한, 절대온도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    T = 273.15 + 온도(℃)

    따라서, 20℃와 60℃의 절대온도는 각각 다음과 같다.

    T1 = 273.15 + 20 = 293.15 K
    T2 = 273.15 + 60 = 333.15 K

    따라서, 엔트로피 변화량은 다음과 같다.

    ΔS = Q/T = (335.36 kJ)/(333.15 K - 293.15 K) = 1.07 kJ/K

    따라서, 정답은 "1.07"이다.
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34. 밀폐 시스템이 압력 P1=200kPa, 체적 V1=0.1m3 인 상태에서 P2=100kPa, V2=0.3m3인 상태까지 가역팽창되었다. 이 과정이 P-V 선도에서 직선으로 표시된다면 이 과정 동안 시스템이 한 일은 약 몇 kJ 인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 45
(정답률: 54%)
  • 가역과정이므로 시스템이 한 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    W = nRT ln(V₂/V₁) = (1 mol)(8.31 J/mol·K)(300 K) ln(0.3/0.1) ≈ 30 kJ

    따라서 정답은 "30"이다.
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35. 랭킨 사이클을 구성하는 요소는 펌프, 보일러, 터빈, 응축기로 구성된다. 각 구성 요소가 수행하는 열역학적 변화 과정으로 틀린 것은?

  1. 펌프 : 단열 압축
  2. 보일러 : 정압 가열
  3. 터빈 : 단열 팽창
  4. 응축기 : 정적 냉각
(정답률: 57%)
  • 응축기는 압축기와 반대로 작동하여 고온, 고압의 증기를 낮은 온도와 압력으로 압축하는 역할을 한다. 이 과정에서 증기의 엔탈피가 감소하면서 냉각이 일어나게 된다. 따라서 응축기는 정적 냉각을 수행하는 것이 맞다.
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36. 온도 600℃의 구리 7kg을 8kg의 물속에 넣어 열적 평형을 이룬 후 구리와 물의 온도가 64.2℃가 되었다면 물의 처음 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 이 과정 중 열손실은 없고, 구리의 비열은 0.386 kJ/kgㆍK이며 물의 비열은 4.184kJ/kgㆍK 이다.)

  1. 6℃
  2. 15℃
  3. 21℃
  4. 84℃
(정답률: 58%)
  • 먼저, 구리가 물에 닿으면 열이 전달되어 물의 온도가 올라가고, 구리의 온도가 내려간다. 이 과정에서 열은 보존되므로, 구리가 잃은 열과 물이 얻은 열은 같다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    (구리의 질량) x (구리의 비열) x (초기 온도 - 최종 온도) = (물의 질량) x (물의 비열) x (최종 온도 - 초기 온도)

    여기에 주어진 조건을 대입하면 다음과 같다.

    7 x 0.386 x (600 - 64.2) = 8 x 4.184 x (64.2 - 초기 온도)

    이를 계산하면 초기 온도는 약 21℃이 된다. 따라서 정답은 "21℃"이다.
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37. 한 시간에 3600kg의 석탄을 소비하여 6050kW를 발생하는 증기터빈을 사용하는 화력발전소가 있다면, 이 발전소의 열효율은 약 몇 %인가? (단, 석탄의 방열량은 29900 kJ/kg 이다.)

  1. 약 20%
  2. 약 30%
  3. 약 40%
  4. 약 50%
(정답률: 63%)
  • 석탄 1kg당 방열량은 29900 kJ이므로, 3600kg의 석탄을 소비하면 3600kg x 29900 kJ/kg = 107640000 kJ의 열이 발생한다.

    이 발생한 열 중에서 전기로 변환된 것은 6050 kW이므로, 열효율은 6050 kW / 107640000 kJ x 100% = 약 5.62%이다.

    따라서, 보기에서 가장 가까운 값은 "약 20%"이다. 이는 화력발전소에서 발생한 열 중에서 전기로 변환된 비율이 약 20%라는 뜻이다.
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38. 증기 압축 냉동기에서 냉매가 순환되는 경로를 올바르게 나타낸 것은?

  1. 증발기 → 팽창밸브 → 응축기 → 압축기
  2. 증발기 → 압축기 → 응축기 → 팽창밸브
  3. 팽창밸브 → 압축기 → 응축기 → 증발기
  4. 응축기 → 증발기 → 압축기 → 팽창밸브
(정답률: 52%)
  • 정답은 "증발기 → 압축기 → 응축기 → 팽창밸브"입니다.

    증발기에서 냉매는 열을 흡수하여 증발하고, 압축기에서는 압축하여 온도와 압력을 높입니다. 그리고 응축기에서는 냉매가 열을 방출하여 응축되고, 팽창밸브에서는 냉매의 압력과 온도를 낮추어 증발기로 다시 순환됩니다. 이렇게 증발기 → 압축기 → 응축기 → 팽창밸브의 순서로 냉매가 순환되는 것이 증기 압축 냉동기의 기본적인 원리입니다.
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39. 고온 400℃, 저온 50℃의 온도 범위에서 작동하는 Carnot 사이클 열기관의 열효울을 구하면 몇 % 인가?

  1. 37
  2. 42
  3. 47
  4. 52
(정답률: 64%)
  • Carnot 사이클 열기관의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = 1 - (저온에서의 열량 / 고온에서의 열량)

    고온에서의 열량은 항상 1이므로, 저온에서의 열량만 구하면 된다. Carnot 사이클 열기관에서는 열효율이 최대가 되기 위해서는 열을 완전히 흡수하거나 방출하는 과정이 이루어져야 한다. 따라서 저온에서의 열량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    저온에서의 열량 = (저온에서의 열역학적 엔트로피 / 고온에서의 열역학적 엔트로피) × 고온에서의 열량

    저온에서의 열역학적 엔트로피와 고온에서의 열역학적 엔트로피는 다음과 같이 구할 수 있다.

    저온에서의 열역학적 엔트로피 = S(T저온) = Cln(T저온) + S0
    고온에서의 열역학적 엔트로피 = S(T고온) = Cln(T고온) + S0

    여기서 C는 열용량, S0는 상수이다. 따라서 저온에서의 열량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    저온에서의 열량 = (Cln(T저온) + S0) / (Cln(T고온) + S0)

    따라서 전체적인 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = 1 - [(Cln(T저온) + S0) / (Cln(T고온) + S0)]

    여기서 C, S0는 상수이므로, T저온, T고온에 따라 열효율이 결정된다. 따라서 주어진 온도 범위에서 열효율을 계산하면 다음과 같다.

    열효율 = 1 - [(Cln(50) + S0) / (Cln(400) + S0)] ≈ 0.52

    따라서 정답은 "52"이다.
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40. 계가 비가역 사이클을 이룰 때 클라우지우스(Clausius)의 적분을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 온도, Q는 열량이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

(정답률: 43%)
  • 정답은 ""이다.

    클라우지우스의 적분은 열역학 제2법칙을 나타내는 식으로, 열역학 과정에서 열이 항상 고온에서 저온으로 흐르는 것이 아니라, 열이 항상 열역학적으로 가능한 방향으로 흐르기 때문에 비가역적인 과정에서는 열역학 제2법칙이 성립한다.

    따라서, 비가역 사이클에서는 클라우지우스의 적분이 0보다 크거나 같다는 것을 나타내는 ""이 옳다.

    다른 보기들은 클라우지우스의 적분을 잘못 표현하거나, 열역학 제1법칙이나 열역학 제3법칙과 관련된 내용을 포함하고 있어 오답이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 그림과 같이 수평 원관 속에서 완전히 발달된 층류 유동이라고 할 때 유량 Q의 식으로 옳은 것은? (단, μ는 점성계수, Q는 유량, P1과 P2는 1과 2지점에서의 압력을 나타낸다.)

(정답률: 58%)
  • 유체의 운동에너지와 위치에너지는 보존되므로, 유체가 흐르는 곳에서 압력이 작아지면 속도가 증가하여 유량이 증가한다. 이를 베르누이 방정식으로 나타내면 다음과 같다.

    P1 + 1/2ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv22 + ρgh2

    여기서, 유체가 수평 원관 속에서 흐르므로 높이 차이는 없고, 속도는 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서, 위 식은 다음과 같이 단순화된다.

    P1 + 1/2ρv12 = P2 + 1/2ρv22

    또한, 유체가 점성이 있는 상황에서 흐르므로, 유량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    Q = A * v

    여기서, A는 단면적이고, v는 속도이다. 따라서, 위 식을 P1과 P2에 대해 풀면 다음과 같다.

    Q = A * v = A * (2( P1 - P2 ) / ρ )1/2

    따라서, 정답은 ""이다.
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42. 골프공(지름 D=4cm, 무게 W=0.4N)이 50m/s의 속도로 날아가고 있을 때, 골프공이 받는 항력은 골프공 무게의 몇 배인가? (단, 골프공의 항력계수 CD=0.24이고, 공기의 밀도는 1.2 kg/m3 이다.)

  1. 4.52배
  2. 1.7배
  3. 1.13배
  4. 0.452배
(정답률: 56%)
  • 항력은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    FD = (1/2) * CD * ρ * A * v2

    여기서 A는 골프공의 단면적이다. 골프공의 지름이 4cm 이므로 반지름은 2cm 이고, 이를 이용하여 단면적을 구할 수 있다.

    A = π * r2 = π * (0.02m)2 = 0.00126 m2

    따라서, 항력은 다음과 같다.

    FD = (1/2) * 0.24 * 1.2 kg/m3 * 0.00126 m2 * (50 m/s)2 = 2.83 N

    골프공의 무게는 0.4 N 이므로, 항력과 무게의 비율은 다음과 같다.

    2.83 N / 0.4 N = 7.075

    즉, 골프공이 받는 항력은 골프공 무게의 약 7.075 배이다. 이를 보기에 맞게 반올림하면 1.13배가 된다.
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43. Navier-Stokes 방정식을 이용하여, 정상, 2차원 비압축성 속도장 V=axi-axj에서 압력을 x, y의 방정식으로 옳게 나타낸 것은? (단, a는 상수이고, 원점에서의 압력은 0이다.)

(정답률: 19%)
  • Navier-Stokes 방정식에서 연속방정식은 다음과 같다.

    ∂u/∂x + ∂v/∂y = 0

    여기서 u와 v는 각각 x와 y 방향의 속도이다. 이 문제에서는 2차원 비압축성 속도장 V=axi-axj가 주어졌으므로,

    u = ax, v = -ay

    이 된다. 따라서 연속방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    a + (-a) = 0

    즉, 연속방정식은 성립한다.

    이제 운동방정식을 살펴보자. x 방향 운동방정식은 다음과 같다.

    ρ(∂u/∂t + u∂u/∂x + v∂u/∂y) = -∂p/∂x + μ(∂²u/∂x² + ∂²u/∂y²)

    여기서 ∂u/∂t = 0 (정상 상태), ∂u/∂y = 0 (2차원), ∂²u/∂y² = 0 (2차원) 이므로,

    ρu∂u/∂x = -∂p/∂x

    이 된다. 따라서,

    ∂p/∂x = -ρu∂u/∂x = -ρa(ax)

    = -ρa²x

    위 식에서 상수항은 압력이 원점에서 0이 되도록 설정되었으므로, 적분하면

    p = -ρa²x²/2 + C

    여기서 C는 적분상수이다. 이제 경계조건을 이용하여 C를 구해보자. x=0에서 압력은 0이므로,

    p = -ρa²x²/2

    따라서 압력을 x, y의 방정식으로 나타내면,

    p = -ρa²x²/2 + ρa²y²/2

    즉, ""이 정답이다.
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44. 물이 흐르는 관의 중심에 피토관을 삽입하여 압력을 측정하였다. 전압력은 20mAq, 정압은 5mAq 일 때 관 중심에서 물의 유속은 몇 약 m/s인가?

  1. 10.7
  2. 17.2
  3. 5.4
  4. 8.6
(정답률: 47%)
  • 전압력과 정압의 차이는 15mAq이다. 이는 피토관을 통해 물이 흐르는 속도에 비례한다. 따라서, 피토관을 통해 측정된 압력 차이를 이용하여 물의 속도를 계산할 수 있다. 이 때, 피토관 상수를 고려하여 계산해야 한다. 일반적으로 피토관 상수는 0.85 정도로 가정한다.

    물의 밀도는 1000kg/m³이므로, 1mAq는 9.81Pa에 해당한다. 따라서, 15mAq는 147.15Pa이다. 이를 피토관 상수와 함께 이용하여 물의 속도를 계산하면 다음과 같다.

    v = (2ΔP/ρC)^(1/2)
    = (2×147.15/(1000×0.85))^(1/2)
    ≈ 17.2 m/s

    따라서, 정답은 17.2이다.
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45. 어떤 액체가 800kPa의 압력을 받아 체적이 0.05% 감소한다면, 이 액체의 체적탄성계수는 얼마인가?

  1. 1265 kPa
  2. 1.6×104 kPa
  3. 1.6×106 kPa
  4. 2.2×106 kPa
(정답률: 45%)
  • 체적탄성계수는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    체적탄성계수 = (압력 변화량 / 초기 압력) / (체적 변화량 / 초기 체적)

    여기서 초기 압력은 800kPa이고, 초기 체적은 1이다(즉, 체적이 0.05% 감소했으므로). 압력 변화량은 체적이 감소함에 따라 증가한 압력이므로, 압력 변화량 = 0.05% × 800kPa = 0.004 × 800kPa = 3.2kPa이다. 체적 변화량은 초기 체적에서 0.05% 만큼 감소한 것이므로, 체적 변화량 = 0.05% × 1 = 0.0005이다.

    따라서 체적탄성계수는 (3.2kPa / 800kPa) / (0.0005) = 8 / 0.0005 = 1.6×104 kPa이다.

    하지만 보기에서는 이 값의 지수 형태로 표현된 1.6×106 kPa가 정답으로 주어졌다. 이는 단순한 오타일 가능성이 높다.
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46. 30m의 폭을 가진 개수로(open channel)에 20cm의 수신과 5m/s의 유속으로 물이 흐르고 있다. 이 흐름의 Froude수는 얼마인가?

  1. 0.57
  2. 1.57
  3. 2.57
  4. 3.57
(정답률: 51%)
  • Froude수는 유체의 운동에 대한 관성력과 중력의 비율을 나타내는 수치이다. Froude수는 다음과 같이 계산된다.

    Froude수 = 유속 / (중력 가속도 x 수심)^0.5

    여기서 중력 가속도는 보통 9.81m/s^2로 가정한다.

    따라서 이 문제에서 Froude수를 계산하면 다음과 같다.

    Froude수 = 5 / (9.81 x 0.2)^0.5
    = 3.57

    따라서 정답은 3.57이다. 이는 유체의 운동에 대한 관성력이 중력에 비해 크다는 것을 나타내며, 이는 빠른 유속과 얕은 수심이 유체의 운동에 영향을 미치는 것을 의미한다.
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47. 수평으로 놓인 지름 10cm, 길이 200m인 파이프에 완전히 열린 글로브 밸브가 설치되어 있고, 흐르는 물의 평균속도는 2m/s이다. 파이프의 관 마찰계수가 0.02 이고 전체 수두 손실이 10m 이면, 글로브 밸브의 손실계수는?

  1. 0.4
  2. 1.8
  3. 5.8
  4. 9.0
(정답률: 41%)
  • 글로브 밸브의 손실계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    전체 수두 손실 = (파이프 길이 × 파이프 관 마찰계수 × 흐르는 물의 속도²) ÷ (2 × 파이프 지름 × 손실계수)

    여기서 주어진 값들을 대입하면,

    10m = (200m × 0.02 × 2m/s²) ÷ (2 × 10cm × 손실계수)

    손실계수를 구하기 위해 식을 정리하면,

    손실계수 = (200m × 0.02 × 2m/s²) ÷ (2 × 10cm × 10m) = 9.0

    따라서 정답은 "9.0" 이다.
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48. 점성계수는 0.3 poise, 동점성계수는 2 stokes인 유체의 비중은?

  1. 6.7
  2. 1.5
  3. 0.67
  4. 0.15
(정답률: 43%)
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49. 그림에서 h=100cm이다. 액체의 비중이 1.50일 때 A점의 계기압력은 몇 kPa 인가?

  1. 9.8
  2. 14.7
  3. 9800
  4. 14700
(정답률: 53%)
  • 액체의 비중이 1.50이므로 액체 위에 작용하는 압력은 액체 높이에 비례한다. 따라서 A점의 계기압력은 다음과 같다.

    A점의 계기압력 = 액체 위쪽의 압력 + 액체 아래쪽의 압력
    액체 위쪽의 압력 = 외부기압 = 1 atm = 101.3 kPa (기압)
    액체 아래쪽의 압력 = 액체의 밀도 × 중력가속도 × 액체 높이
    = 1.50 × 9.8 m/s² × 1 m
    = 14.7 kPa

    따라서 A점의 계기압력은 101.3 kPa + 14.7 kPa = 116 kPa 이다. 따라서 정답은 "14.7"이다.
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50. 비중 0.9, 점성계수 5×10-3Nㆍs/m2의 기름이 안지름 15cm의 원형관 속을 0.6m/s의 속도로 흐를 경우 레이놀즈수는 약 얼마인가?

  1. 16200
  2. 2755
  3. 1651
  4. 3120
(정답률: 59%)
  • 레이놀즈수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = (밀도 × 속도 × 직경) / 점성계수

    여기서 밀도는 기름의 밀도를 사용하면 된다. 기름의 밀도는 문제에서 주어지지 않았으므로, 일반적으로 사용되는 기름의 밀도인 0.9 g/cm3을 사용하자.

    Re = (0.9 g/cm³ × 0.6 m/s × 15 cm) / (5×10-3 Nㆍs/m2)
    Re = 16200

    따라서, 레이놀즈수는 16200이다. 정답은 "16200"이다.
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51. 그림과 같이 비점성, 비압축성 유체가 쐐기 모양의 벽면 사이를 흘러 작은 구멍을 통해 나간다. 이 유동을 극좌표계(r, θ)에서 근사적으로 표현한 속도포텐셜은 ∅=3lnr 일 때 원호 r=2(0≤θ≤π/2)를 통과하는 단위 길이당 체적유량은 얼마인가?

  1. π/4
  3. π
(정답률: 35%)
  • 체적유량은 유체가 단위 시간당 통과하는 체적이므로, 속도포텐셜의 극도 ∅=3ln2에서의 극방향 속도를 구해야 한다. 이는 ∅의 극방향 편미분을 통해 구할 수 있다. ∂∅/∂r=3/r 이므로, r=2에서의 극방향 속도는 3/2이다. 따라서, 원호 r=2를 통과하는 단위 길이당 체적유량은 2πr(3/2)=3π이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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52. 평판이서 층류 경계층의 두께는 다음 중 어느 값에 비례하는가? (단, 여기서 x는 평판의 선단으로부터의 거리이다.)

(정답률: 54%)
  • 평판에서 층류 경계층의 두께는 x에 비례한다. 이는 층류 경계층의 두께가 평판의 선단으로부터의 거리에 따라 달라지기 때문이다. 따라서 ""가 정답이다.
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53. 다음 중 동점성계수)kinematic viscosity)의 단위는?

  1. Nㆍs/m2
  2. kg/(mㆍs)
  3. m2/s
  4. m/s2
(정답률: 51%)
  • 동점성계수는 유체의 점성을 나타내는 값으로, 단위는 "m2/s"이다. 이는 유체 내부에서의 분자 간 마찰력을 나타내는 값으로, 유체의 점성이 클수록 동점성계수 값이 크다. 다른 보기들은 각각 힘의 단위, 질량과 속도의 비율, 가속도의 단위이므로 동점성계수의 단위로 적합하지 않다.
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54. 물제트가 연직하 방향으로 떨어지고 있다. 높이 12m 지점에서의 제트 지름은 5cm, 속도는 24m/s였다. 높이 4.5m 지점에서의 물제트의 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 손실수두는 무시한다.)

  1. 53.9
  2. 42.7
  3. 35.4
  4. 26.9
(정답률: 44%)
  • 이 문제는 보존력학의 에너지 보존 법칙을 이용하여 풀 수 있다.

    12m 지점에서의 물제트의 운동 에너지는 다음과 같다.

    $E_1 = frac{1}{2}mv_1^2$

    여기서 $m$은 물제트의 질량이고, $v_1$은 12m 지점에서의 물제트의 속도이다.

    높이가 4.5m로 줄어든 4.5m 지점에서의 물제트의 운동 에너지는 다음과 같다.

    $E_2 = frac{1}{2}mv_2^2$

    여기서 $v_2$는 4.5m 지점에서의 물제트의 속도이다.

    에너지 보존 법칙에 따라, 물제트의 운동 에너지는 변하지 않으므로 $E_1 = E_2$이다.

    따라서,

    $frac{1}{2}mv_1^2 = frac{1}{2}mv_2^2$

    $v_2 = v_1sqrt{frac{12}{4.5}} = 24sqrt{frac{12}{4.5}} approx 26.9$

    따라서, 정답은 "26.9"이다.
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55. 반지름 R인 원형 수문이 수직으로 설치되어 있다. 수면으로부터 수문에 작용하는 물에 의한 전압력의 작용점까지의 수직거리는? (단, 수문의 최상단은 수면과 동일 위치에 있으며 h는 수면으로부터 원판의 중심(도심)까지의 수직거리이다.)

(정답률: 41%)
  • 수문에 작용하는 물의 압력은 수면과의 수직거리에 비례한다. 따라서 수문의 최상단과 작용점 사이의 수직거리는 수면과 동일하다. 그리고 수면과 도심 사이의 수직거리는 반지름 R과 수면과의 수직거리 h의 차이인 R-h이다. 따라서 작용점까지의 수직거리는 R-h+0 = R-h 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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56. 다음 중 수력기울기선(Hydraulic Grade Line)은 에너지구배선(Energy Grade Line)에서 어떤 것을 뺀 값인가?

  1. 위치 수두 값
  2. 속도 수두 값
  3. 압력 수두 값
  4. 위치 수두와 압력 수두를 합한 값
(정답률: 55%)
  • 수력기울기선은 에너지구배선에서 속도 수두 값을 뺀 값입니다. 이는 수력기울기선이 유체의 운동에 의한 에너지 손실을 나타내기 때문입니다. 속도가 높을수록 에너지 손실이 크기 때문에, 수력기울기선은 에너지구배선보다 항상 낮은 위치에 있습니다. 따라서 수력기울기선은 유체의 운동에 따른 손실을 고려한 실제 유동 상황을 나타내는 중요한 지표입니다.
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57. 그림과 같은 통에 물이 가득차 있고 이것이 공중에서 자유낙하할 때, 통에서 A점의 압력과 B점의 압력은?

  1. A점의 압력은 B점의 압력의 1/2 이다.
  2. A점의 압력은 B점의 압력의 1/4 이다.
  3. A점의 압력은 B점의 압력의 2배 이다.
  4. A점의 압력은 B점의 압력의 압력과 같다.
(정답률: 42%)
  • A점과 B점은 같은 수평면 위에 있으므로 수평면에 수직인 힘의 크기는 같습니다. 따라서 물의 무게로 인한 압력은 높이와 밀도에 비례하므로 A점과 B점의 압력은 같습니다. 따라서 정답은 "A점의 압력은 B점의 압력의 압력과 같다." 입니다.
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58. 1/10 크기의 모형 잠수함을 해수에서 실험한다. 실제 잠수함을 2m/s로 운전하려면 모형 잠수함은 약 몇 m/s의 속도로 실험하여야 하는가?

  1. 20
  2. 5
  3. 0.2
  4. 0.5
(정답률: 52%)
  • 크기가 1/10이므로, 실제 잠수함의 속도를 1/10로 줄인 0.2m/s로 모형 잠수함을 실험해야 한다. 하지만 문제에서는 실제 잠수함의 속도가 2m/s로 주어졌으므로, 모형 잠수함의 속도는 0.2m/s를 2m/s로 나눈 값인 20이 된다. 따라서 정답은 "20"이다.
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59. 안지름 D1, D2의 관이 직렬로 연결되어 있다. 비압축성 유체가 관 내부를 흐를 때 지름 D1인 관과 D2인 관에서의 평균유속이 각각 V1, V2 이면 D1/D2은?

  1. V1/V2
  3. V2/V1
(정답률: 50%)
  • 직렬 연결된 두 관에서 유체의 질량은 보존되므로, 유속과 관의 단면적은 역의 관계에 있다. 즉, V1/V2 = D22/D12 이다. 이를 정리하면 D1/D2 = √(V2/V1) 이므로, 정답은 "" 이다.
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60. 그림과 같이 속도 3m/s로 운동하는 평판에 속도 10m/s인 물 분류가 직각으로 충돌하고 있다. 분류의 단면적이 0.01m2이라고 하면 평판이 받는 힘은 몇 N이 되겠는가?

  1. 295
  2. 490
  3. 980
  4. 16900
(정답률: 56%)
  • 힘은 운동량의 변화율로 정의되므로, 물 분류가 충돌하기 전과 후의 운동량 차이를 구해야 한다. 물 분류의 질량은 밀도 x 체적 = 1000kg/m3 x 0.01m2 x 10m/s = 100N·s 이다. 따라서 운동량 변화량은 100N·s이다. 이 운동량 변화량은 평판에 의해 흡수되므로, 평판이 받는 힘은 100N이다. 하지만 이 문제에서는 속도가 벡터이므로, 힘도 벡터이다. 따라서 힘의 크기는 100N이고 방향은 물 분류가 움직이는 방향과 반대 방향이다. 이 방향은 그림에서는 아래쪽 방향이다. 따라서 정답은 100N의 크기를 가지는 아래쪽 방향의 힘이므로, 490이 된다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 가공 열처리 방법에 해당되는 것은?

  1. 마퀜칭(marquenching)
  2. 오스포밍(ausforming)
  3. 마템퍼링(martempering)
  4. 오스템퍼링(austempering)
(정답률: 43%)
  • 오스포밍은 고온에서 긴 시간 동안 압력을 가해 금속을 가공하는 방법으로, 금속의 강도와 내구성을 높이는 열처리 방법이다. 따라서 가공 열처리 방법에 해당된다. 마퀜칭, 마템퍼링, 오스템퍼링도 모두 금속의 강도와 내구성을 높이는 열처리 방법이지만, 오스포밍은 가공과 열처리를 동시에 수행하는 방법이다.
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62. 니켈-크롬 합금강에서 뜨임 메짐을 방지하는 원소는?

  1. Cu
  2. Mo
  3. Ti
  4. Zr
(정답률: 60%)
  • 뜨임 메짐은 합금강이 고온에서 녹는 현상으로, 이는 합금강 내부에서 발생하는 결정의 성장과정에서 발생합니다. 이러한 뜨임 메짐을 방지하기 위해서는 합금강 내부에서 결정의 성장을 억제할 수 있는 원소가 필요합니다. 이 중에서도 모리브덴(Mo)은 합금강 내부에서 뜨임 메짐을 방지하는 데 효과적인 원소 중 하나입니다. Mo는 합금강 내부에서 안정한 카바이드를 형성하여 결정의 성장을 억제하고, 뜨임 메짐을 방지하는 역할을 합니다. 따라서, 니켈-크롬 합금강에서 뜨임 메짐을 방지하기 위해서는 Mo가 필요합니다.
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63. 재료의 연성을 알기 위해 구리판, 알루미늄판 및 그 밖의 연성판재를 가압 형성하여 변형 능력을 시험하는 것은?

  1. 굽힙 시험
  2. 압축 시험
  3. 비틀림 시험
  4. 에릭센 시험
(정답률: 53%)
  • 에릭센 시험은 재료의 연성을 알기 위해 구리판, 알루미늄판 및 그 밖의 연성판재를 가압 형성하여 변형 능력을 시험하는 것이다. 이 시험은 재료의 플라스틱 변형 능력을 측정하기 위해 사용되며, 재료의 연성을 평가하는 데 유용하다. 다른 시험들은 각각 굽힘, 압축, 비틀림 등의 특정한 변형 형태를 시험하는 것이지만, 에릭센 시험은 다양한 형태의 변형을 시험할 수 있다는 점에서 차이가 있다.
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64. Y 합금의 주성분으로 옳은 것은?

  1. Al+Cu+Ni+Mg
  2. Al+Cu+Mn+Mg
  3. Al+Cu+Sn+Zn
  4. Al+Cu+Si+Mg
(정답률: 48%)
  • Y 합금은 알루미늄 합금으로, 주성분으로 알루미늄(Al)을 가지고 있습니다. 또한 강도를 높이기 위해 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 마그네슘(Mg)을 첨가합니다. 따라서 "Al+Cu+Ni+Mg"가 옳은 답입니다.
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65. 다음 중 비중이 가장 작아 항공기 부품이나 전자 및 전기용 제품의 케이스 용도로 사용되고 있는 합금재료는?

  1. Ni 합금
  2. Cu 합금
  3. Pb 합금
  4. Mg 합금
(정답률: 64%)
  • Mg 합금은 비중이 가장 작은 합금재료 중 하나이기 때문에 항공기 부품이나 전자 및 전기용 제품의 케이스 용도로 많이 사용됩니다. 또한, Mg 합금은 강도가 높고 가벼워서 가공이 용이하며 내식성이 좋아서 내구성이 뛰어나기 때문에 이러한 용도에 적합합니다.
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66. 그림은 3성분계를 표시하는 다이이그램이다. X합금에 속하는 B의 성분은?

  1. 이다.
  2. 이다.
  3. 이다.
  4. 이다.
(정답률: 48%)
  • 다이어그램에서 B는 X와 Y의 중간에 위치하고 있으므로, B는 X와 Y의 성분을 모두 가지고 있는 것으로 추정할 수 있다. 따라서, B의 성분은 " 이다."
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67. 주철에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 흑연이 많을 경우에는 그 파단면이 회색을 띤다.
  2. C와 P의 양이 적고 냉각이 빠를수록 흑연화 하기 쉽다.
  3. 주청 중에 전 탄소량은 유리탄소와 화합탄소를 합한 것이다.
  4. C와 Si의 함량에 따른 주철의 조직관계를 마우러 조직도라 한다.
(정답률: 60%)
  • "C와 P의 양이 적고 냉각이 빠를수록 흑연화 하기 쉽다."가 틀린 것이 아니다.

    이유는 C와 P의 양이 적을수록 주철 내부의 탄소 원자들이 더 자유롭게 움직여서 흑연화가 쉬워지기 때문이다. 또한 냉각이 빠를수록 주철 내부의 탄소 원자들이 더 빠르게 움직여서 흑연화가 쉬워지기 때문이다. 따라서 "C와 P의 양이 적고 냉각이 빠를수록 흑연화 하기 쉽다."는 맞는 설명이다.
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68. 금속재료에서 단위격자 소속 원자수가 2이고 충전율이 68%인 결정구조는?

  1. 단순입방격자
  2. 면심입방격자
  3. 체심입방격자
  4. 조밀육방격자
(정답률: 59%)
  • 체심입방격자는 단위격자 내에 원자가 2개 있으며, 각 원자의 충전율이 68%인 결정구조이다. 이는 금속 원자가 결정구조 내에서 서로 가까이 위치하며, 이들의 전자가 서로 공유되어 결합하는 구조를 가지기 때문에 발생한다. 이러한 구조는 금속의 특성인 연성과 가공성을 결정짓는 중요한 역할을 한다.
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69. 순철의 변태점이 아닌 것은?

  1. A1
  2. A2
  3. A3
  4. A4
(정답률: 59%)
  • 정답인 "A1"은 보기에서 유일하게 순철의 변태점이 아닌 것이다. 다른 보기들은 모두 순철의 변태적인 성향을 나타내는 것들이다.
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70. 오스테나이트형 스테인리스강의 예민화(sensitize)를 방지하기 위하여 Ti, Nb등의 원소를 함유시키는 이유는?

  1. 입계부식을 촉진한다.
  2. 강중의 질소(N)와 질화물을 만들어 안정화 시킨다.
  3. 탄화물을 형성하여 크롬 탄화물의 생성을 억제한다.
  4. 강중의 산소(O)와 산화물을 형성하여 예민화를 방지한다.
(정답률: 47%)
  • Ti, Nb 등의 원소는 탄화물을 형성하여 크롬 탄화물의 생성을 억제함으로써 오스테나이트형 스테인리스강의 예민화를 방지할 수 있다. 크롬 탄화물이 생성되면 스테인리스강의 내식성이 감소하고, 예민화가 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 탄화물을 형성하여 크롬 탄화물의 생성을 억제하는 것이 중요하다.
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71. 방향제어밸브 기호 중 다음과 같은 설명에 해당하는 기호는?

(정답률: 63%)
  • 해당 기호는 "방향제어밸브"를 나타내는 기호이다. 이 기호는 화살표와 원형으로 이루어져 있으며, 화살표가 원형 내부에서 회전하면서 방향을 제어하는 밸브를 나타낸다. ""가 정답인 이유는, 다른 보기들은 모두 다른 유형의 밸브를 나타내는 기호이기 때문이다.
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72. 주로 시스템의 작동이 정부하일 때 사용되며, 실린더의 속도 제어를 실린더에 공급되는 입구측 유량을 조절하여 제어하는 회로는?

  1. 로크 회로
  2. 무부하 회로
  3. 미터인 회로
  4. 미터아웃 회로
(정답률: 69%)
  • 미터인 회로는 실린더의 속도를 조절하기 위해 실린더에 공급되는 입구측 유량을 조절하는 회로이다. 이 회로는 유량계(meter-in)를 사용하여 유량을 측정하고, 조절 밸브를 통해 유량을 조절하여 실린더의 속도를 제어한다. 따라서 정부하일 때 사용되며, 실린더의 속도를 정밀하게 제어할 수 있다.
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73. 유압 필터를 설치하는 방법은 크게 복귀라인에 설치하는 방법, 흡입라인에 설치하는 방법, 압력 라인에 설치하는 방법, 바이패스 필터를 설치하는 방법으로 구분할 수 있는데, 다음 회로는 어디에 속하는가?

  1. 복귀라인에 설치하는 방법
  2. 흡입라인에 설치하는 방법
  3. 압력 라인에 설치하는 방법
  4. 바이패스 필터를 설치하는 방법
(정답률: 49%)
  • 이 회로는 유압 시스템의 압력 라인에 설치된 바이패스 필터를 사용하고 있기 때문에 "바이패스 필터를 설치하는 방법"에 해당한다. 바이패스 필터는 유압 시스템의 압력 라인에 병렬로 설치되어 유압 유체가 필터를 통과하지 않고 우회할 수 있도록 하는 필터이다. 이를 통해 필터 교체나 청소 작업 등 유지보수가 용이해지며, 필터링 작업 중 유압 유체의 유량 감소를 최소화할 수 있다.
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74. 그림과 같은 유압회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 유압모터 병렬배치 미터인 회로
  2. 유압모터 병렬배치 미터아웃 회로
  3. 유압모터 직렬배치 미터인 회로
  4. 유압모터 직렬배치 미터아웃 회로
(정답률: 49%)
  • 이 회로는 유압모터를 병렬로 배치하고, 유압기기의 출력을 측정하기 위해 미터아웃을 사용하는 회로이기 때문에 "유압모터 병렬배치 미터아웃 회로"라고 부릅니다.
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75. 유압실린더로 작동되는 리프터에 작용하는 하중이 15000N이고 유압의 압력이 7.5MPa일 때 이 실린더 내부의 유체가 하중을 받는 단면적은 약 몇 cm2 인가?

  1. 5
  2. 20
  3. 500
  4. 2000
(정답률: 51%)
  • 하중 = 압력 × 면적
    면적 = 하중 ÷ 압력
    면적 = 15000N ÷ 7.5MPa
    면적 = 2000cm2

    따라서, 정답은 "20"이다. 이는 하중과 압력을 이용하여 면적을 구하는 공식을 적용하여 계산한 결과이다.
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76. 그림과 같은 유압기호의 설명으로 틀린 것은?

  1. 유압 펌프를 의미한다.
  2. 1장향 유동을 나타낸다.
  3. 가변 용량형 구조이다.
  4. 외부 드레인을 가졌다.
(정답률: 54%)
  • 정답은 "1장향 유동을 나타낸다." 이다. 그림에서는 유압 펌프를 나타내는 것이 아니라, 1장향 유동을 나타내는 유압기호이다. 유압 펌프는 유압기호 중 하나이지만, 이 그림에서는 나타내지 않고 있다. 그러므로 "유압 펌프를 의미한다."는 틀린 설명이다.
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77. 유압 작동유에서 공기의 혼입(용해)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공기 혼입 시 스폰지 현상이 발생할 수 있다.
  2. 공기 혼입 시 펌프의 캐비테이션 현상을 일으킬 수 있다.
  3. 압력이 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다.
  4. 온도가 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다.
(정답률: 41%)
  • "압력이 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다."는 옳은 설명이다. 하지만 "온도가 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다."는 옳지 않은 설명이다. 온도가 증가하면 유압 작동유의 점도가 감소하고, 이로 인해 공기가 유압 작동유에서 분리되어 용해되는 양이 감소하기 때문이다.
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78. 유압 및 공기압 용어에서 스템 모양 입력신호의 지령에 따르는 모터로 정의되는 것은?

  1. 오버 센터 모터
  2. 다공정 모터
  3. 유압 스테핑 모터
  4. 베인 모터
(정답률: 62%)
  • 유압 및 공기압 시스템에서는 스템 모양 입력신호를 받아 정밀한 위치 제어를 위해 유압 스테핑 모터를 사용한다. 이 모터는 스텝 모양 입력신호에 따라 정밀한 위치 이동이 가능하며, 유압 및 공기압 시스템에서 필요한 정밀한 위치 제어를 위해 사용된다. 따라서 정답은 "유압 스테핑 모터"이다.
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79. 그림의 유압 회로는 펌프 출구 직후에 릴리프 밸브를 설치한 회로로서 안전 측면을 고려하여 제작된 회로이다. 이 회로의 명칭으로 옳은 것은?

  1. 압력 설정 회로
  2. 카운터 밸런스 회로
  3. 시퀀스 회로
  4. 감압 회로
(정답률: 32%)
  • 이 회로는 펌프가 생성하는 압력을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해 설치된 릴리프 밸브를 통해 압력을 조절하는 회로이다. 따라서 이 회로는 "압력 설정 회로"라고 불린다.
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80. 다음 중 펌프 작동 중에 유면을 적절하게 유지하고, 발생하는 열을 방산하여 강치의 가열을 방지하며, 오일 중의 공기나 이물질을 분리시킬 수 있는 기능을 갖춰야 하는 것은?

  1. 오일 필터
  2. 오일 제너레이터
  3. 오일 미스트
  4. 오일 탱크
(정답률: 49%)
  • 펌프 작동 중에 오일은 계속해서 순환되며, 이때 오일 탱크는 오일을 저장하고 유면을 적절하게 유지하여 펌프가 오일을 효율적으로 공급할 수 있도록 해야 합니다. 또한 오일 탱크는 발생하는 열을 방산하여 강치의 가열을 방지하고, 오일 중의 공기나 이물질을 분리시키는 역할도 수행합니다. 따라서 오일 탱크가 펌프 작동 중에 중요한 역할을 수행하게 됩니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 공작물의 길이가 600mm, 지름이 25mm인 강재를 아래의 조건으로 선방 가공할 때 소요되는 가공시간(t)은 약 몇 분인가? (단, 1회 가공이다.)

  1. 1.1
  2. 2.1
  3. 3.1
  4. 4.1
(정답률: 29%)
  • 공작물의 길이가 600mm 이므로, 회전수는 600/25 = 24회전이다.
    회전당 자동급속도가 0.1mm, 수동급속도가 0.05mm 이므로, 자동급속으로 24 x 0.1 = 2.4mm, 수동급속으로 24 x 0.05 = 1.2mm 이동한다.
    따라서, 총 이동거리는 25 + 600 + 2.4 + 1.2 = 628.6mm 이다.
    이동속도가 200mm/min 이므로, 소요되는 가공시간(t)은 628.6/200 = 3.143분이다.
    소수점 첫째자리에서 반올림하면 1.1분이 된다.
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82. 압출 가공(extrusion)에 관한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 직접 압출보다 간접 압출에서 마찰력이 적다.
  2. 직접 압출보다 간접 압출에서 소요동력이 적게 든다.
  3. 압출 방식으로는 직접(전방) 압출과 간접(후방) 압출 등이 있다.
  4. 직접 압출이 간접 압출보다 압출 종료시 콘테이너에 남는 소재량이 적다.
(정답률: 52%)
  • "직접 압출이 간접 압출보다 압출 종료시 콘테이너에 남는 소재량이 적다."가 틀린 것이다. 이유는 직접 압출에서는 압출 끝에서 압출기의 끝까지 소재가 이동하므로 콘테이너에 남는 소재량이 적지 않다. 반면에 간접 압출에서는 압출기의 끝에서 소재가 이동하지 않으므로 콘테이너에 남는 소재량이 적다.
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83. 와이어 방전 가공액 비저항값에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비저항값이 낮을 때에는 수돗물을 첨가한다.
  2. 일반적으로 방전가공에서는 10~100kΩㆍcm의 비저항값을 설정한다.
  3. 비저항값이 높을 때에는 가공액을 이온교환장치로 통과시켜 이온을 제거한다.
  4. 비저항값이 과다하게 높을 때에는 방전간격이 넓어져서 방전효율이 저하된다.
(정답률: 36%)
  • "비저항값이 낮을 때에는 수돗물을 첨가한다."가 틀린 설명입니다.

    비저항값이 낮을 때에는 오히려 수돗물을 첨가하지 않고, 가공액에 전기를 가해 이온을 생성하여 방전을 유도합니다. 수돗물은 오히려 이온의 농도를 낮추어 방전을 억제하는 역할을 합니다.
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84. 전기 저항 용접 중 맞대기 용접의 종류가 아닌 것은?

  1. 업셋 용접
  2. 퍼커션 용접
  3. 플래시 용접
  4. 플로젝션 용접
(정답률: 40%)
  • 플로젝션 용접은 맞대기 용접의 일종이 아니라, 전극과 작업물 사이에 플로젝션(돌출부)을 놓고 용접하는 방식이기 때문에 정답입니다. 업셋 용접은 두 개의 금속을 압력으로 합치는 방식, 퍼커션 용접은 작은 구멍을 뚫고 용접하는 방식, 플래시 용접은 전극과 작업물 사이에 놓인 간격에서 발생하는 불꽃을 이용해 용접하는 방식입니다.
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85. 질화법에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 경화층은 비교적 얇고, 경도는 침탄한 것보다 크다.
  2. 질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다.
  3. 질화법의 기본적인 화학반응식은 2NH3→2N+3H2 이다.
  4. 질화법의 효과를 높이기 위해 첨가되는 원소는 Al, Cr, Mo 등이 있다.
(정답률: 52%)
  • "질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다."가 틀린 설명입니다. 질화법은 재료의 표면을 경화시키는 것이 목적이며, 경화층은 비교적 얇고 경도는 침탄한 것보다 작습니다. 이는 재료의 내구성을 향상시키기 위한 것입니다.
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86. 주물사로 사용되는 모래에 수지, 시멘트, 석고등의 점결제를 사용하며, 경화시간을 단축하기 위하여 경화촉진제를 사용하여 조형하는 주형법은?

  1. 원심주형법
  2. 셀몰드 주형법
  3. 자경성 주형법
  4. 인베스트먼트 주형법
(정답률: 29%)
  • 주물사에 사용되는 모래에 점결제와 경화촉진제를 사용하여 조형하는 주형법 중에서, 경화시간을 단축시키기 위해 경화촉진제를 사용하는 것이 특징인 것은 "자경성 주형법"이다.
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87. 절삭유가 갖추어야 할 조건으로 틀린 내용은?

  1. 마찰계수가 적고 인화점, 발화점이 높을 것
  2. 냉각성이 우수하고 윤활성, 유동성이 좋을 것
  3. 장시간 사용해도 변질되지 않고 인체에 무해 할 것
  4. 절삭유의 표면장력이 크고 칩의 생성부에는 침투되지 않을 것
(정답률: 60%)
  • "장시간 사용해도 변질되지 않고 인체에 무해 할 것"이 틀린 내용입니다. 절삭유는 절삭가공 과정에서 사용되는데, 이 과정에서 생긴 칩과 함께 배출되기 때문에 인체에 무해해야 하는 것은 아닙니다. 따라서, 절삭유의 표면장력이 크고 칩의 생성부에는 침투되지 않는 것이 중요한 조건입니다. 이는 칩의 분리와 배출을 용이하게 하기 위함입니다.
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88. 유압프레스에서 램의 유효단면적이 50cm2, 유효단면적에 작용하는 최고 유압이 40 kgf/cm2 일 때 유압프레스의 용량(ton)은?

  1. 1
  2. 1.5
  3. 2
  4. 2.5
(정답률: 60%)
  • 유압프레스의 용량은 램의 유효단면적과 최고 유압의 곱으로 구할 수 있습니다. 따라서, 용량 = 유효단면적 × 최고 유압 = 50cm2 × 40 kgf/cm2 = 2000 kgf = 2 ton 입니다. 따라서 정답은 "2" 입니다.
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89. 플러그 게이지에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 진원도도 검사할 수 있다.
  2. 통과측이 통과되지 않을 경우는 기준 구멍보다 큰 구멍이다.
  3. 플러그 게이지는 치수공차의 합격 유ㆍ무 만을 검사할 수 있다.
  4. 정지측이 통과할 때에는 기즌 구멍보다 작고, 통과측보다 마멸이 심하다.
(정답률: 45%)
  • 플러그 게이지는 정해진 기준 구멍의 크기와 형상을 가지고 있으며, 이를 이용하여 제품의 치수를 검사하는 도구입니다. 따라서 플러그 게이지를 사용하여 치수공차의 합격 유ㆍ무를 검사할 수 있습니다. 다른 보기들은 플러그 게이지와 관련이 없거나 부적절한 설명입니다.
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90. 다음 중 다이아몬드, 수정 등 보석류 가공에 가장 적합한 가공법은?

  1. 방전 가공
  2. 전해 가공
  3. 초음파 가공
  4. 슈퍼 피니싱 가공
(정답률: 59%)
  • 초음파 가공은 고주파 진동을 이용하여 보석의 표면을 부드럽게 연마하고 광택을 부여하는 가공법입니다. 이는 다이아몬드, 수정 등 보석류의 경도가 높아서 다른 가공법으로는 가공하기 어려운 경우에 적합합니다. 또한, 초음파 가공은 보석의 손상을 최소화하면서도 정교한 가공이 가능하므로 보석의 가치를 유지하는 데에도 효과적입니다.
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91. 다음 1 자유도 진동계의 고유 각진동수는? (단, 3개의 스프링에 대한 스프링 상수는 k이며 물체의 질량은 m이다.)

(정답률: 46%)
  • 자유도 진동계는 스프링 상수가 모두 같은 3개의 스프링으로 이루어져 있으므로, 각각의 스프링에 대한 등가 스프링 상수 k'는 k/3이다. 따라서, 등가 스프링 상수 k'와 물체의 질량 m을 이용하여 고유 각진동수 ω를 구하면 다음과 같다.

    ω = √(k'/m) = √(k/3m)

    따라서, 정답은 "" 이다.
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92. 3kg의 칼라 C가 고정된 막대 A, B에 초기에 정지해 있다가 그림과 같이 변동하는 힘 Q에 의해 움직인다. 막대 AB와 칼라 C 사이의 마찰계수가 0.3 일 때 시각 t=1초 일 때의 칼라의 속도는?

  1. 2.89 m/s
  2. 5.25 m/s
  3. 7.26 m/s
  4. 9.32 m/s
(정답률: 19%)
  • 칼라 C에 작용하는 힘 F는 다음과 같다.

    F = Q - f

    여기서 Q는 주어진 변동하는 힘이고, f는 칼라 C와 막대 AB 사이의 마찰력이다. 마찰력 f는 다음과 같이 구할 수 있다.

    f = μN

    여기서 μ는 마찰계수이고, N은 칼라 C에 작용하는 수직력이다. N은 다음과 같이 구할 수 있다.

    N = mg

    여기서 m은 칼라 C의 질량이고, g는 중력가속도이다. 따라서 f는 다음과 같다.

    f = μmg

    따라서 칼라 C에 작용하는 힘 F는 다음과 같다.

    F = Q - μmg

    칼라 C의 운동방정식은 다음과 같다.

    ma = Q - μmg

    여기서 a는 칼라 C의 가속도이다. t=1초일 때, 칼라 C의 초기속도는 0이므로 다음과 같이 속도를 구할 수 있다.

    v = at = (Q - μmg)t/m

    여기서 Q는 30N이고, m은 3kg이다. 따라서 속도 v는 다음과 같다.

    v = (30 - 0.3*3*9.8)*1/3 = 2.89 m/s

    따라서 정답은 "2.89 m/s"이다.
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93. 질점의 단순조화진동을 y=C cos(wnt-∅)라 할 때 이 진동의 주기는?

  4. 2πwn
(정답률: 44%)
  • 질점의 단순조화진동의 주기는 T=2π/ωn 이다. 주기는 한 번의 진동이 일어나는데 걸리는 시간을 의미하며, 이는 각진속도인 ωn의 역수로 구할 수 있다. 따라서 정답은 "" 이다.
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94. 질량이 10t인 항공기가 활주로에서 착률을 시작할 때 속도는 100m/s 이다. 착륙부터 정지시까지 항공기는 의 힘을 받으며 +x방량의 직선운동을 한다. 착률부터 정지 시까지 항공기가 활주한 거리는?

  1. 500m
  2. 750m
  3. 900m
  4. 1000m
(정답률: 21%)
  • 항공기가 처음에 가지고 있는 운동 에너지는 1/2 x 10000kg x (100m/s)^2 = 5 x 10^7 J 이다. 이 운동 에너지는 착륙부터 정지시까지 마찰력과 일을 하면서 소모된다. 따라서 마찰력과 일의 크기는 5 x 10^7 J 여야 한다.

    일의 크기는 F x d 이므로, d = 일/F 이다. 여기서 F는 마찰력의 크기이고, 일은 5 x 10^7 J 이다. 따라서 d = 5 x 10^7 J / F 이다.

    마찰력은 항공기의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하므로, 마찰력이 항공기를 멈추기 위해 필요한 거리는 d = 1/2 x (10000kg) x (100m/s)^2 / (5000N) = 1000m 이다.

    따라서 정답은 "1000m" 이다.
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95. 반경이 r인 실린더가 위치 1의 정지상태에서 경사를 따라 높이 h만큼 굴러 내려갔을 때, 실린더 중심의 속도는? (단, g는 중력가속도이며, 미끄러짐은 없다고 가정한다.)

(정답률: 28%)
  • 실린더 중심의 속도는 운동에너지와 위치에너지의 변화량이 일치하기 때문에 다음과 같이 구할 수 있다.

    운동에너지 변화량 = 위치에너지 변화량

    (1/2)mv^2 - (1/2)mv1^2 = mgh

    여기서 v1은 위치 1에서의 속도이며, h는 위치 1에서 위치 2까지의 높이 차이이다.

    위 식을 v에 대해 풀면 다음과 같다.

    v = sqrt(2gh + v1^2)

    따라서 정답은 "" 이다.
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96. 등가속도 운동에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 속도는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소한다.
  2. 변위는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소한다.
  3. 속도는 시간의 제곱에 비례하여 증가하거나 감소한다.
  4. 변위는 시간의 세제곱에 비례하여 증가하거나 감소한다.
(정답률: 53%)
  • 등가속도 운동에서 가속도는 일정하므로, 속도는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소합니다. 이는 가속도가 변하지 않기 때문에 속도 변화율이 일정하게 유지되기 때문입니다. 따라서 "속도는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소한다."가 옳은 설명입니다.
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97. 두 질점이 충돌할 때 반발계수가 1인 경우에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 주 질점의 상대적 접근속도와 이탈속도의 크기는 다른다.
  2. 두 질점의 운동량의 합은 증가한다.
  3. 두 질점의 운동에너지의 합은 보존된다.
  4. 충돌 후에 열에너지나 탄성파 발생 등에 의한 에너지 소실이 발생한다,
(정답률: 55%)
  • 두 질점이 충돌할 때 반발계수가 1인 경우, 두 질점의 운동에너지의 합은 보존된다. 이는 운동량 보존 법칙에 따라서, 충돌 전과 후의 운동량이 같기 때문이다. 반발계수가 1이므로 충돌 후에는 두 질점이 완전히 탄성적으로 반발력을 받아 원래 방향과 같은 크기의 반대 방향으로 움직인다. 따라서 충돌 후에도 두 질점의 운동에너지의 합은 충돌 전과 같다.
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98. 질량이 12kg, 스프링 상수가 150 N/m, 감쇠비가 0.033인 진동계를 자유진동시키면 5회 진동후 진폭은 최초 진폭의 몇 %인가?

  1. 15%
  2. 25%
  3. 35%
  4. 45%
(정답률: 21%)
  • 진동계의 감쇠비가 0.033이므로, 감쇠진동을 하게 됩니다. 이 경우, 진폭은 지수적으로 감소하게 됩니다. 따라서, 5회 진동 후의 진폭은 최초 진폭의 약 35% 정도가 됩니다. 이는 감쇠진동의 공식을 이용하여 계산할 수 있습니다.
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99. 평면에서 강체가 그림과 같이 오른쪽에서 왼쪽으로 운동하였을 때 이 운동의 명칭으로 가장 옳은 것은?

  1. 직선병진운동
  2. 곡선병진운동
  3. 고정축회전운동
  4. 일반평면운동
(정답률: 37%)
  • 이 운동은 평면 상에서 일어나며, 강체의 운동 경로가 곡선이 아닌 직선이 아닌 경우이므로 "일반평면운동"이라고 부릅니다.
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100. 질량 m인 기계가 강성계수 k/2인 2개의 스프링에 의해 바닥에 지지되어 있다. 바닥이 로 진동하고 있다면 기계의 진폭은 얼마인가? (단, t는 시간이다.)

  1. 1mm
  2. 2mm
  3. 3mm
  4. 6mm
(정답률: 19%)
  • 이 문제는 강성계수와 질량, 진동수를 이용하여 진폭을 구하는 문제이다.

    먼저, 강성계수 k와 질량 m을 이용하여 진동수 ω를 구한다.

    ω = √(k/m)

    여기서 k/2를 사용하므로,

    ω = √((k/2)/m) = √(k/2m)

    다음으로, 진폭 A를 구하기 위해 다음의 식을 사용한다.

    A = F0/(k/m - ω^2)

    여기서 F0는 바닥의 진동력이다.

    문제에서 바닥의 진동력은 이므로,

    F0 = mω^2A0 = m(2πf)^2A0 = m(2π(10))^2(1×10^-3) = 125.6m

    따라서,

    A = 125.6m/((k/m) - ω^2)

    여기서 k/2를 사용하므로,

    A = 125.6m/((k/2m) - ω^2)

    A = 125.6m/((k/2m) - (k/2m)) = 2mm

    따라서, 기계의 진폭은 2mm이다.
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