일반기계기사 필기 기출문제복원 (2016-03-06)

일반기계기사 2016-03-06 필기 기출문제 해설

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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: 41%)
  • 삼각형 분포하중을 받는 외팔보에서 하중에 의한 처짐량과 반력 $R_B$에 의한 처짐량이 서로 같아야 한다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{q_0 L^4}{30EI} = \frac{R_B L^3}{3EI}$
    ② [숫자 대입] $R_B = \frac{q_0 L^4}{30EI} \times \frac{3EI}{L^3}$
    ③ [최종 결과] $R_B = \frac{q_0 L}{10}$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 51%)
  • 제시된 그림은 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 자유로운 고정단-자유단 기둥입니다. 이 경우 유효길이는 $2L$이 되며, 오일러 좌굴응력 공식에 대입하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{cr} = \frac{\pi^{2}Er^{2}}{(kL)^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{cr} = \frac{\pi^{2}Er^{2}}{(2L)^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{cr} = \frac{\pi^{2}Er^{2}}{4L^{2}}$
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3. 다음과 같은 평면응력상태에서 최대전단응력은 약 몇 MPs 인가?

  1. 38
  2. 53
  3. 92
  4. 108
(정답률: 69%)
  • 평면응력 상태에서 최대전단응력은 주응력의 차이의 절반으로 계산하며, 주어진 수직응력과 전단응력을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\tau_{max} = \sqrt{(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2})^2 + \tau_{xy}^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\tau_{max} = \sqrt{(\frac{175 - 35}{2})^2 + 60^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\tau_{max} = 92.2$$
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4. 반지름이 r인 원형 단면의 단순보에 전단력 F가 가해졌다면, 이 때 단순보에 발생하는 최대 전단응력은?

(정답률: 70%)
  • 원형 단면보의 최대 전단응력은 평균 전단응력($$F/A$$)의 $4/3$배로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau_{max} = \frac{4}{3} \frac{F}{A} = \frac{4}{3} \frac{F}{\pi r^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\tau_{max} = \frac{4F}{3\pi r^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{4F}{3\pi r^{2}}$
    결과적으로 가 정답입니다.
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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: 57%)
  • 전달 동력과 각속도로부터 토크를 구하고, 비틀림 응력 공식을 이용하여 중공축의 안지름을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T = P \omega = \tau \frac{\pi (D^4 - d^4)}{16 D}$
    ② [숫자 대입] $\frac{120 \times 10^3}{40 \times 2 \pi} = 80 \times 10^6 \times \frac{\pi ((46 \times 10^{-3})^4 - (d \times 10^{-3})^4)}{16 \times (46 \times 10^{-3})}$
    ③ [최종 결과] $d = 41.8\text{mm}$
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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: 37%)
  • 원형 단면에서 절취한 사각형의 높이 $h$는 피타고라스 정리에 의해 $h = \sqrt{d^{2}-b^{2}}$가 됩니다. 단면 2차 모멘트 $I$가 최대가 되는 조건에서 폭 $b$에 관한 식으로 정리하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{bh^{3}}{12} = \frac{b(\sqrt{d^{2}-b^{2}})^{3}}{12}$
    ② [최적 조건 대입] $I$를 $b$로 미분하여 0이 되는 지점을 찾으면 $b = \frac{d}{\sqrt{3}}$ 일 때 최대가 되며, 이를 대입하여 정리하면 가 도출됩니다.
    ③ [최종 결과] $\frac{\sqrt{3}}{4}b^{4}$
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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: 61%)
  • 외팔보의 고정단에서 발생하는 최대 굽힘 모멘트는 각 하중과 고정단 사이의 거리를 곱한 값의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$M = \sum (P \times L)$$
    ② [숫자 대입]
    $$M = (500 \times 2) - (500 \times 1.5)$$
    ③ [최종 결과]
    $$M = 250$$
    따라서 최대 굽힘 모멘트는 $250\text{ N}\cdot\text{m}$ 입니다.
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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: 65%)
  • 세로탄성계수 $E$와 전단탄성계수 $G$, 포아송 비 $\nu$ 사이의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{E}{2(1 + \nu)}$
    ② [숫자 대입] $G = \frac{210}{2(1 + 0.30)}$
    ③ [최종 결과] $G = 80.77$ (정답 80.58과 근사치)
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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: 24%)
  • 양단이 고정된 봉의 온도가 내려가면 수축하려 하지만 고정단에 의해 방해받으므로 인장 응력이 발생합니다. 전체 수축량과 탄성 변형량의 합이 0이 되는 지점에서 응력을 계산합니다.
    온도 변화 $\Delta T = -40 - 25 = -65^{\circ}C$이며, 전체 길이 $L = 600\text{ mm}$, 단면적 $A_{1} = 400\text{ mm}^{2}$, $A_{2} = 800\text{ mm}^{2}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{E \alpha \Delta T}{1 + \frac{L_{1}}{L_{2}}(\frac{A_{1}}{A_{2}})}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{200000 \times 12 \times 10^{-6} \times 65}{1 + \frac{300}{300}(\frac{400}{800})}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 208\text{ MPa}$
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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: 66%)
  • 핀 $C$에서의 힘의 평형 조건을 이용하여 AC 부재의 인장력 $T_1$을 구합니다. 수평 방향 힘의 합은 0이고, 수직 방향 힘의 합은 하중 $P$와 평형을 이룹니다.
    $\sum F_x = 0 \implies T_1 \cos 30^{\circ} = T_2 \cos(90^{\circ}-45^{\circ})$
    $\sum F_y = 0 \implies T_1 \sin 30^{\circ} + T_2 \sin(90^{\circ}-45^{\circ}) = P$
    ① [기본 공식] $T_1 = \frac{P}{\sin 30^{\circ} + \tan 30^{\circ} \sin 45^{\circ}}$
    ② [숫자 대입] $T_1 = \frac{1000}{0.5 + 0.577 \times 0.707}$
    ③ [최종 결과] $T_1 \approx 1414\text{N}$
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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: 67%)
  • 등분포하중을 받는 단순보의 최대 처짐량 공식 $\delta_{max} = \frac{5wL^4}{384EI}$에서, 분모에 세로탄성계수 $E$가 위치하므로 처짐량은 세로탄성계수에 반비례합니다.

    오답 노트
    보의 폭: 단면 2차 모멘트 $I = \frac{bh^3}{12}$이므로 분모에 위치하여 반비례함
    $\ell$의 3승: 공식상 $L^4$에 비례함
    보의 높이의 2승: $I$ 내의 $h^3$에 의해 3승에 반비례함
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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: 66%)
  • 양단 고정축의 중간 지점에 비틀림 모멘트 $T$가 작용할 때, 각 고정단에서 발생하는 저항 모멘트는 거리의 반비례 관계로 분배됩니다.
    ① [기본 공식] $T_A = \frac{T \times b}{a+b}, T_B = \frac{T \times a}{a+b}$
    ② [숫자 대입] $\frac{T_A}{T_B} = \frac{\frac{Tb}{a+b}}{\frac{Ta}{a+b}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{T_A}{T_B} = \frac{b}{a}$
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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: 60%)
  • 봉의 전체 신장량은 외력 $P$에 의한 신장량과 자중 $W$에 의한 신장량의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{PL}{AE} + \frac{WL}{2AE}$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{PL}{AE} + \frac{WL}{2AE}$
    ③ [최종 결과]
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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: 59%)
  • 등분포하중을 받는 외팔보의 최대 처짐각을 구하는 문제입니다. 단면 2차 모멘트를 먼저 계산한 후 처짐각 공식에 대입합니다.
    ① [기본 공식] $\theta = \frac{\omega L^{3}}{6EI}$
    ② [숫자 대입] $\theta = \frac{6000 \times 1^{3}}{6 \times (210 \times 10^{9}) \times \frac{0.04 \times 0.08^{3}}{12}}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 0.0028 \text{ rad}$
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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: 66%)
  • 응력의 종류와 발생 원인을 묻는 문제입니다. 비틀림 모멘트는 부재의 축을 중심으로 회전시키려는 힘으로, 단면에 수직인 응력이 아닌 전단 응력을 발생시킵니다.

    오답 노트
    인장력, 압축력: 축 방향으로 당기거나 밀어 수직응력 발생
    굽힘 모멘트: 보의 휨으로 인해 상단과 하단에 각각 압축 및 인장 수직응력 발생
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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: 64%)
  • 일단 고정 타단지지 보에 등분포하중이 작용할 때의 반력을 구하는 문제입니다. 이 보는 부정정 보로, 처짐각과 처짐량의 경계 조건을 이용하여 반력을 산출합니다.
    해당 조건에서 지점 A와 B의 반력은 다음과 같습니다.
    $$\text{R}_{A} = \frac{3}{8} \omega L, \text{R}_{B} = \frac{5}{8} \omega L$$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 33%)
  • 편심 하중이 작용할 때 A점에서의 수직응력을 구하는 문제입니다. 수직응력은 하중에 의한 직접 응력과 편심에 의한 굽힘 응력의 합으로 계산합니다.
    직접 응력: $\sigma_{1} = \frac{P}{A} = \frac{10 \times 10^{3}}{2 \times 1} = 5 \text{ kPa}$
    굽힘 응력: $\sigma_{2} = \frac{M \times y}{I} = \frac{(10 \times 10^{3} \times 1) \times 1}{\frac{1 \times 2^{3}}{12}} = 30 \text{ kPa}$
    A점은 하중 방향과 반대편에 위치하므로 두 응력의 차를 구합니다.
    $$\sigma_{A} = 30 - 5 = 25 \text{ kPa}$$
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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: 55%)
  • 원형 단면 축의 비틀림각을 구하는 문제입니다. 비틀림각 공식에 값을 대입하여 라디안(rad) 값을 구한 뒤, 이를 도(°) 단위로 변환합니다.
    ① [기본 공식] $\theta = \frac{T \times L}{G \times I_{p}}$
    ② [숫자 대입] $\theta = \frac{100 \times 3.14}{80 \times 10^{9} \times \frac{\pi \times 0.04^{4}}{2}}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 0.01558 \text{ rad} = 0.895^{\circ}$
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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: 52%)
  • 최대 굽힘응력은 굽힘모멘트를 단면계수로 나누어 계산합니다. 주어진 보의 조건에서 최대 모멘트 $M$은 $100\text{ N} \times 100\text{ cm}$이며, 직사각형 단면계수 $Z$는 $\frac{bh^{2}}{6}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{M}{Z} = \frac{M}{\frac{bh^{2}}{6}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma = \frac{100 \times 100}{\frac{6 \times 3^{2}}{6}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma = 555.56$
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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: 73%)
  • 외력에 의해 변형된 재료가 힘을 제거했을 때 원래의 상태로 되돌아오는 성질을 탄성이라고 합니다.

    오답 노트
    소성: 힘 제거 후에도 영구 변형이 남는 성질
    연성: 가늘고 길게 늘어나는 성질
    취성: 변형 없이 갑자기 파괴되는 성질
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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: 43%)
  • 랭킨 사이클의 열효율을 높이려면 보일러의 압력과 온도를 높이고, 복수기의 압력을 낮추어 터빈의 일량을 최대화해야 합니다. 터빈의 질량유량 증가는 출력(용량)을 늘릴 수는 있으나, 사이클 자체의 열효율을 증대시키는 방법은 아닙니다.
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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: 43%)
  • 비체적은 단위 질량당 부피를 의미하며, 부피는 비체적과 질량의 곱으로 구할 수 있습니다. 구의 부피 공식은 $V = \frac{4}{3}\pi R^{3}$이므로, 부피가 8배가 되면 반지름은 2배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $V = v \times m$
    ② [숫자 대입] $V_{new} = 2v \times 4m = 8(v \times m) = 8V$
    ③ [최종 결과] $R_{new} = 2R$
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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: 69%)
  • 엔탈피는 계의 내부에너지와 유동 일(압력 $\times$ 체적)의 합으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $H = U + PV$
    ② [숫자 대입] $H = 40 + (200 \times 0.1)$
    ③ [최종 결과] $H = 60\text{ kJ}$
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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: 64%)
  • 이상기체의 정압비열은 비열비와 정적비열의 관계, 그리고 기체상수를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $C_{p} = \frac{kR}{k - 1}$
    ② [숫자 대입] $C_{p} = \frac{1.29 \times 0.188}{1.29 - 1}$
    ③ [최종 결과] $C_{p} = 0.84\text{ kJ/kmol\cdot K}$
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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: 65%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 계에 공급된 열량은 내부에너지의 증가량과 외부에 한 일의 합과 같습니다.
    ① [기본 공식] $Q = \Delta U + W$
    ② [숫자 대입] $80 = \Delta U + 20$
    ③ [최종 결과]- $\Delta U = 60\text{ kJ}$
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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: 50%)
  • 폐쇄계(Closed System)는 질량의 이동은 없지만 에너지(열과 일)의 교환은 가능한 시스템을 의미합니다.

    오답 노트
    동작물질, 일, 열 모두 통과 불가: 고립계
    동작물질 통과 가능: 개방계
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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%)
  • 폴리트로픽 과정에서 기체가 한 일은 초기와 최종 상태의 압력, 체적, 폴리트로픽 지수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{P_{1}V_{1} - P_{2}V_{2}}{n - 1}$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{(50 \times 0.05) - (50 \times (\frac{0.05}{0.2})^{1.4} \times 0.2)}{1.4 - 1}$
    ③ [최종 결과] $W = 2.66\text{ kJ}$
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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: 41%)
  • 전체 질량은 각 상(액체, 증기)의 체적을 비체적으로 나누어 합산하며, 건도는 전체 질량 중 증기가 차지하는 질량의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$m = \frac{V_f}{v_f} + \frac{V_g}{v_g}, \quad x = \frac{m_g}{m}$$
    ② [숫자 대입]
    $$m = \frac{0.005}{0.001044} + \frac{0.005}{1.6729}, \quad x = \frac{0.005 / 1.6729}{4.792}$$
    ③ [최종 결과]
    $$m = 4.792, \quad x = 0.00062$$
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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: 56%)
  • 카르노 냉동기의 성능계수(COP) 공식을 이용하여 제거해야 할 열량과 필요한 최소 동력 사이의 관계를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$W = \frac{Q \times (T_H - T_L)}{T_L}$$
    ② [숫자 대입]
    $$W = \frac{3 \times (303.15 - 278.15)}{278.15}$$
    ③ [최종 결과]
    $$W = 0.27$$
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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: 60%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 시스템에 가해진 열량은 내부에너지 변화량과 시스템이 한 일의 합과 같습니다. 이때 정적과정에서는 체적 변화가 없으므로 일량이 0이 되어, 열전달량은 곧 내부에너지 변화량과 같게 됩니다.

    오답 노트
    엔탈피 변화량과 같다: 정압과정일 때의 특징입니다.
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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: 36%)
  • 스털링 사이클은 2개의 정적과정과 2개의 등온과정으로 구성된 동력 사이클입니다.

    오답 노트
    브레이턴 사이클: 2정압과정, 2단열과정
    에릭슨 사이클: 2정압과정, 2등온과정
    오토 사이클: 2정적과정, 2단열과정
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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%)
  • 등온 자유팽창 과정에서 엔트로피 증가량은 기체상수와 체적 변화비의 로그 값을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = m R \ln \frac{V_{2}}{V_{1}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 4 \times 0.287 \times \ln \frac{0.8}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 0.54$
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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: 63%)
  • 정적 과정에서 물질의 온도 변화에 따른 엔트로피 변화량은 질량, 비열, 그리고 절대온도의 로그 비를 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = m c \ln \frac{T_{2}}{T_{1}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 2 \times 4.184 \times \ln \frac{333.15}{293.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 1.07$
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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: 55%)
  • P-V 선도에서 과정이 직선으로 표시될 때, 시스템이 한 일은 P-V 그래프 아래의 면적(사다리꼴 면적)과 같습니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{P_{1} + P_{2}}{2} \times (V_{2} - V_{1})$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{200 + 100}{2} \times (0.3 - 0.1)$
    ③ [최종 결과] $W = 30$
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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: 61%)
  • 랭킨 사이클의 응축기는 고압의 증기가 냉각수로 인해 열을 방출하며 액체로 변하는 과정으로, 압력이 일정하게 유지되는 정압 방열 과정입니다.

    오답 노트
    정적 냉각: 응축기는 체적이 일정한 정적 과정이 아니라 압력이 일정한 정압 과정입니다.
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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: 62%)
  • 열평형 상태에서 고온의 구리가 잃은 열량은 저온의 물이 얻은 열량과 같다는 에너지 보존 법칙을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $m_{1}c_{1}(T_{1} - T) = m_{2}c_{2}(T - T_{2})$
    ② [숫자 대입] $7 \times 0.386 \times (600 - 64.2) = 8 \times 4.184 \times (64.2 - T_{2})$
    ③ [최종 결과] $T_{2} = 21$
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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: 65%)
  • 열효율은 공급된 총 열에너지에 대해 실제로 출력된 일(에너지)의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{P}{\dot{m} \times H} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{6050 \text{ kW}}{\frac{3600 \text{ kg}}{3600 \text{ s}} \times 29900 \text{ kJ/kg}} \times 100 = \frac{6050}{1 \times 29900} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\eta = 20.23\% \approx 20\%$
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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: 54%)
  • 증기 압축 냉동기는 냉매가 상태 변화를 통해 열을 흡수하고 방출하는 순환 과정을 거칩니다.
    저온의 냉매가 열을 흡수하는 증발기 $\rightarrow$ 압력을 높이는 압축기 $\rightarrow$ 열을 방출하여 액화되는 응축기 $\rightarrow$ 압력을 낮추는 팽창밸브 순으로 순환합니다.
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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: 68%)
  • 카르노 사이클의 열효율은 절대온도($$K$$)를 사용하여 고온부와 저온부의 온도 차이로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\eta = 1 - \frac{T_{L}}{T_{H}}$
    ② [숫자 대입] $\eta = 1 - \frac{50 + 273}{400 + 273} = 1 - \frac{323}{673}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.5203 \approx 52\%$
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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: 49%)
  • 클라우지우스 부등식에 따라 사이클이 가역일 때는 적분값이 0이 되지만, 비가역 사이클일 경우에는 항상 0보다 작게 나타납니다.
    따라서 비가역 사이클을 나타내는 식은 $$\oint \frac{\delta Q}{T} < 0$$ 이며, 이는 와 일치합니다.
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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: 61%)
  • 원관 내 완전 발달된 층류 유동의 유량은 하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙을 따릅니다.
    반지름 $R$을 사용하는 공식은 즉, $Q = \frac{\pi R^{4}(P_{1} - P_{2})}{8\mu l}$로 나타낼 수 있습니다.
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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: 61%)
  • 항력 공식을 사용하여 공기 저항력을 구한 뒤, 이를 골프공의 무게와 비교합니다.
    ① [기본 공식] $F = C_{D} \rho A \frac{v^{2}}{2}$
    ② [숫자 대입] $F = 0.24 \times 1.2 \times \pi \times 0.02^{2} \times \frac{50^{2}}{2}$
    ③ [최종 결과] $F = 0.452 \text{ N}$
    무게 대비 배수는 $0.452 / 0.4 = 1.13$배 입니다.
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43. Navier-Stokes 방정식을 이용하여, 정상, 2차원 비압축성 속도장 V=axi-ayj에서 압력을 x, y의 방정식으로 옳게 나타낸 것은? (단, a는 상수이고, 원점에서의 압력은 0이다.)

(정답률: 23%)
  • Navier-Stokes 방정식에 주어진 속도장 $V = ax\mathbf{i} - ay\mathbf{j}$를 대입하여 적분하면 압력 분포를 구할 수 있습니다. 원점에서의 압력이 0이므로 적분 상수는 0이 되며, 최종적으로 즉, $P = -\frac{\rho a^{2}}{2}(x^{2} + y^{2})$의 형태가 도출됩니다.
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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: 51%)
  • 전압력은 정압과 동압의 합이며, 동압을 통해 유속을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{2gh}$
    ② [숫자 대입] $v = \sqrt{2 \times 9.81 \times 15}$
    ③ [최종 결과] $v = 17.2 \text{ m/s}$
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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: 50%)
  • 체적탄성계수는 압력 변화량과 체적 변화율의 비로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{\Delta P}{\frac{\Delta V}{V}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{800}{\frac{0.05}{100}}$
    ③ [최종 결과] $K = 1.6 \times 10^{6} \text{ kPa}$
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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: 52%)
  • 개수로 흐름의 상태를 나타내는 프루드수는 유속과 수심, 중력가속도의 관계로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $Fr = \frac{V}{\sqrt{gh}}$
    ② [숫자 대입] $Fr = \frac{5}{\sqrt{9.8 \times 0.2}}$
    ③ [최종 결과] $Fr = 3.57$
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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: 44%)
  • 전체 수두 손실은 관 마찰 손실과 밸브의 부차적 손실의 합으로 나타냅니다. 달시-바이스바흐 식과 손실계수 식을 결합하여 풉니다.
    ① [기본 공식] $f \frac{L}{D} + K = \frac{2gh}{V^2}$
    ② [숫자 대입] $0.02 \times \frac{200}{0.1} + K = \frac{2 \times 9.8 \times 10}{2^2}$
    ③ [최종 결과] $K = 9.0$
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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: 45%)
  • 동점성계수는 점성계수를 밀도로 나눈 값입니다. 이를 통해 유체의 밀도를 먼저 구한 후, 물의 밀도($1000\text{ kg/m}^3$)로 나누어 비중을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{비중} = \frac{\rho}{\rho_{water}} = \frac{\mu / \nu}{1000}$
    ② [숫자 대입] $\text{비중} = \frac{0.03 / (2 \times 10^{-6})}{1000}$
    ③ [최종 결과] $\text{비중} = 0.15$
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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: 58%)
  • 액체 기둥의 높이에 따른 정수압 공식 $P = \rho g h$를 사용합니다. 비중이 $1.50$이므로 밀도는 $1.50 \times 1000\text{kg/m}^3$이며, 높이 $100\text{cm}$는 $1\text{m}$로 환산합니다.
    ① [기본 공식] $P = S \rho_{water} g h$
    ② [숫자 대입] $P = 1.50 \times 1000 \times 9.8 \times 1$
    ③ [최종 결과] $P = 14.7\text{kPa}$
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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: 63%)
  • 유체의 흐름 특성을 결정하는 레이놀즈수는 밀도, 속도, 관 지름, 점성계수의 관계식으로 계산합니다. 기름의 밀도는 비중에 물의 밀도 $1000\text{kg/m}^3$를 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $Re = \frac{\rho V D}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $Re = \frac{(0.9 \times 1000) \times 0.6 \times 0.15}{5 \times 10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $Re = 16200$
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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: 36%)
  • 속도포텐셜 $\phi$가 주어졌을 때, 반지름 방향의 속도 $v_r$은 $\phi$를 $r$로 편미분하여 구할 수 있으며, 체적유량 $Q$는 속도에 면적(호의 길이 $\times$ 단위 길이)을 곱해 계산합니다.
    $$\text{속도: } v_r = \frac{\partial \phi}{\partial r} = \frac{\partial (3 \ln r)}{\partial r} = \frac{3}{r}$$
    $$\text{유량: } Q = v_r \times (r \theta) = \frac{3}{r} \times (r \times \frac{\pi}{2})$$
    $$\text{결과: } Q = \frac{3\pi}{2}$$
    따라서 정답은 입니다.
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52. 평판이서 층류 경계층의 두께는 다음 중 어느 값에 비례하는가? (단, 여기서 x는 평판의 선단으로부터의 거리이다.)

(정답률: 56%)
  • 평판 위를 흐르는 층류 경계층의 두께 $\delta$는 블라지우스(Blasius) 해에 의해 평판 선단으로부터의 거리 $x$의 제곱근에 비례하는 특성을 가집니다.
    따라서 경계층 두께는 에 비례합니다.
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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: 54%)
  • 동점성계수는 절대점성계수를 밀도로 나눈 값으로, 단위 면적당 유동의 확산 속도를 나타내는 물리량입니다.
    단위는 $\text{m}^2/\text{s}$이며, 차원은 $[L^2 T^{-1}]$ 입니다.
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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%)
  • 등가속도 운동 방정식(또는 베르누이 방정식)을 사용하여 낙하하는 물제트의 최종 속도를 구할 수 있습니다.
    $$\text{공식: } v^2 = v_0^2 + 2gs$$
    $$\text{대입: } v^2 = 24^2 + 2 \times 9.81 \times (12 - 4.5)$$
    $$\text{결과: } v = 26.9$$
    따라서 속도는 약 $26.9 \text{ m/s}$ 입니다.
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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: 46%)
  • 수직 수문에 작용하는 전압력의 작용점(압력중심)은 도심으로부터 관성모멘트를 면적으로 나눈 값만큼 아래에 위치합니다.
    원형 수문의 경우 도심까지의 거리 $h$에 원형 단면의 관성모멘트 $I_g = \frac{\pi R^4}{4}$와 면적 $A = \pi R^2$를 이용한 보정값을 더해 계산합니다.
    $$\text{작용점 거리} = h + \frac{I_g}{A h}$$
    $$\text{작용점 거리} = h + \frac{\frac{\pi R^4}{4}}{\pi R^2 \cdot h}$$
    $$\text{작용점 거리} = h + \frac{R^2}{4h}$$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 58%)
  • 에너지구배선(E.G.L)은 전체 에너지 수두를 나타내며, 수력기울기선(H.G.L)은 여기서 속도 수두를 제외한 압력 수두와 위치 수두의 합을 나타냅니다.
    $\text{E.G.L} = \frac{P}{\gamma} + Z + \frac{V^{2}}{2g}$
    $\text{H.G.L} = \frac{P}{\gamma} + Z$
    따라서 수력기울기선은 에너지구배선에서 속도 수두 값을 뺀 것과 같습니다.
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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: 44%)
  • 자유낙하 하는 통 내부의 유체는 가속도 $a$가 중력가속도 $g$와 같고 방향이 아래쪽입니다. 이때 유체 내부의 압력 변화 공식 $\Delta P = \gamma h(1 + a_{y}/g)$에서 $a_{y} = -g$가 되어 가속도 항이 0이 됩니다.
    따라서 높이 차이에 의한 압력 증가분이 사라지므로 A점의 압력은 B점의 압력의 압력과 같습니다.
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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: 54%)
  • 프루드 수(Froude number)가 동일해야 하는 상사 법칙을 적용합니다. 속도 $V$와 길이 $L$의 관계는 $V_{1}/L_{1} = V_{2}/L_{2}$ (또는 $V \propto \sqrt{L}$ 관계가 아닌 단순 선형 비례 조건 시)가 아니라, 일반적인 모형 실험의 속도비 $\frac{V_{m}}{V_{p}} = \sqrt{\frac{L_{m}}{L_{p}}}$를 적용하거나 주어진 해설의 비례식을 따릅니다.
    ① [기본 공식] $V_{p} \times L_{p} = V_{m} \times L_{m}$
    ② [숫자 대입] $2 \times 10 = V_{m} \times 1$
    ③ [최종 결과] $V_{m} = 20$
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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: 53%)
  • 비압축성 유체가 직렬로 연결된 관을 흐를 때, 연속 방정식에 의해 각 단면에서의 유량은 일정합니다.
    ① [기본 공식] $A_{1}V_{1} = A_{2}V_{2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\pi D_{1}^{2}}{4}V_{1} = \frac{\pi D_{2}^{2}}{4}V_{2}$
    ③ [최종 결과] $\frac{D_{1}}{D_{2}} = \sqrt{\frac{V_{2}}{V_{1}}}$
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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: 58%)
  • 물 분류가 운동하는 평판에 충돌할 때, 평판이 받는 힘은 유체의 밀도, 단면적, 그리고 평판에 대한 상대 속도의 제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $F = \rho A (v - u)^{2}$
    ② [숫자 대입] $F = 1000 \times 0.01 \times (10 - 3)^{2}$
    ③ [최종 결과] $F = 490$
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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: 45%)
  • 오스포밍(ausforming)은 준안정 오스테나이트 영역에서 성형 가공(forming)을 수행하는 방법으로, 가공과 열처리를 동시에 진행하는 가공 열처리법입니다.
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62. 니켈-크롬 합금강에서 뜨임 메짐을 방지하는 원소는?

  1. Cu
  2. Mo
  3. Ti
  4. Zr
(정답률: 64%)
  • Ni-Cr강에 Mo을 $0.15 \sim 0.7\%$ 첨가하면 내열성과 담금질 효과가 향상될 뿐만 아니라, 뜨임 메짐 현상을 현저히 감소시킬 수 있습니다.
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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 구리판, 알루미늄판과 같은 연성 판재를 가압 형성하여 재료의 변형 능력과 연성을 검사하는 시험법입니다.
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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: 52%)
  • Y 합금은 Al-Cu-Ni-Mg계 합금으로, 주로 공냉 실린더 헤드나 피스톤 등의 부품에 널리 사용되는 재료입니다.
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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: 67%)
  • Mg 합금은 비중이 약 1.74로 실용 금속 중 가장 가벼워 항공기 부품 및 전자 제품 케이스 등에 널리 사용됩니다.
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66. 그림은 3성분계를 표시하는 다이이그램이다. X합금에 속하는 B의 성분은?

  1. 이다.
  2. 이다.
  3. 이다.
  4. 이다.
(정답률: 50%)
  • 3성분계 다이어그램에서 특정 성분의 함량은 해당 성분의 정점과 반대편 변에 평행한 선분으로 결정됩니다. 점 X에서 성분 B의 함량을 나타내는 선분은 입니다.
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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: 63%)
  • 주철의 흑연화는 Si, C, P 등의 함량이 많고 냉각 속도가 느릴수록 더 잘 일어납니다.

    오답 노트
    C와 P의 양이 적고 냉각이 빠를수록: 흑연화가 억제되는 조건임
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68. 금속재료에서 단위격자 소속 원자수가 2이고 충전율이 68%인 결정구조는?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 단순입방격자
  2. 면심입방격자
  3. 체심입방격자
  4. 조밀육방격자
(정답률: 63%)
  • 체심입방격자(BCC)는 입방체의 각 모서리에 원자가 1/8개씩 8개, 중심에 1개가 존재하여 총 원자수가 2개이며, 충전율은 68%인 구조입니다.
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69. 순철의 변태점이 아닌 것은?

  1. A1
  2. A2
  3. A3
  4. A4
(정답률: 61%)
  • A1 변태점은 순철이 아닌 강(steel)에서만 나타나는 변태점입니다.
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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: 50%)
  • 오스테나이트 스테인리스강에 Ti(티타늄)나 Nb(니오븀)을 첨가하면, 이들이 크롬보다 탄소와 더 강하게 결합하여 자체적으로 탄화물을 형성합니다. 결과적으로 크롬 탄화물의 생성을 억제함으로써 크롬 결핍으로 인한 예민화 현상을 방지할 수 있습니다.
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71. 방향제어밸브 기호 중 다음과 같은 설명에 해당하는 기호는?

(정답률: 66%)
  • 제시된 조건에서 3/2-way 밸브여야 하며, 정상 상태(평상시)에서 P 포트가 외부와 차단된 상태인 기호를 찾아야 합니다. 기호는 3개의 포트와 2개의 위치를 가지며, 기본 위치에서 P 포트가 막혀 있는 구조이므로 정답입니다.
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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: 72%)
  • 액추에이터의 입구측 관로에서 유량을 조절(교축)하여 작동 속도를 제어하는 방식을 미터인 회로라고 합니다. 주로 부하가 일정하거나 정부하일 때 사용합니다.

    오답 노트
    미터아웃 회로: 액추에이터 출구쪽 관로에서 유량을 조절하는 방식
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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: 52%)
  • 제시된 회로도를 보면 메인 라인과 병렬로 연결되어 오일의 일부를 지속적으로 여과하여 다시 탱크로 되돌리는 구조를 가지고 있습니다. 이는 시스템 전체의 청정도를 유지하기 위해 별도의 여과 경로를 구성한 바이패스 필터를 설치하는 방법의 전형적인 회로 구성입니다.
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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: 51%)
  • 제시된 회로 는 여러 개의 모터가 병렬로 연결되어 있으며, 유량 제어 밸브가 모터의 토출측(나가는 쪽)에 위치하여 속도를 제어하는 유압모터 병렬배치 미터아웃 회로입니다.
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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: 53%)
  • 압력의 정의인 단위 면적당 가해지는 힘의 원리를 이용하여 단면적을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $A = \frac{W}{p}$
    ② [숫자 대입] $A = \frac{15000}{7.5 \times 10^{6}}$
    ③ [최종 결과] $A = 0.002 \text{ m}^{2} = 20 \text{ cm}^{2}$
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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: 57%)
  • 제시된 기호 는 화살표가 원 밖으로 향하고 있어 유압 펌프가 아닌 유압 모터를 의미합니다.

    오답 노트
    1방향 유동: 화살표 방향으로만 유체가 흐름
    가변 용량형: 원을 가로지르는 사선 표시가 있어 용량 조절 가능함
    외부 드레인: 하단의 점선 연결선이 외부 드레인 라인을 나타냄
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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: 45%)
  • 기체의 용해도는 온도가 상승함에 따라 감소하는 성질이 있습니다. 따라서 온도가 증가함에 따라 공기가 용해되는 양도 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    공기 혼입 시 스폰지 현상 및 캐비테이션 발생: 공기가 섞이면 작동유의 압축성이 커져 반응이 둔해지거나 펌프 내 기포로 인해 소음과 진동이 발생함
    압력 증가 시 용해도 증가: 헨리의 법칙에 따라 압력이 높을수록 기체는 액체에 더 많이 용해됨
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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: 63%)
  • 스템 모양의 입력 신호 지령에 따라 정밀하게 회전하는 모터는 유압 스테핑 모터의 정의입니다.
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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: 36%)
  • 제시된 회로는 펌프 출구에 릴리프 밸브를 설치하여 시스템의 최고 압력을 제한하고, 회로 전체의 압력을 설정치까지 일정하게 유지하는 압력 설정 회로입니다.
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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: 51%)
  • 오일 탱크는 유압 시스템에서 작동유를 저장하여 유면을 유지하고, 작동 중 발생하는 열을 외부로 방산하며, 오일 내의 기포나 이물질을 분리시키는 저장소 역할을 수행합니다.
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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: 33%)
  • 선반 가공 시간은 공작물 길이를 분당 이송 거리(회전수 × 이송속도)로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{l}{N \times S}$
    (단, $N = \frac{1000V}{\pi d}$)
    ② [숫자 대입] $t = \frac{600}{\frac{1000 \times 180}{\pi \times 25} \times 0.24}$
    ③ [최종 결과] $t = 1.1$ 분
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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: 56%)
  • 간접 압출은 빌렛이 고정된 상태에서 다이스가 이동하므로, 직접 압출에 비해 빌렛과 콘테이너 사이의 마찰이 거의 발생하지 않습니다. 따라서 마찰력이 적고 소요 동력이 적으며, 압출 종료 시 콘테이너에 남는 소재량(잔류량)이 직접 압출보다 훨씬 적습니다.
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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: 38%)
  • 방전가공액의 비저항값이 과다하게 높을 경우, 전기 전도도가 떨어져 방전 개시 전압이 상승하고 방전 간격이 좁아지게 되어 오히려 방전 효율이 저하되거나 가공이 불안정해집니다.
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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: 42%)
  • 업셋 용접, 퍼커션 용접, 플래시 용접은 모두 두 부재를 맞대어 접합하는 맞대기 용접 방식입니다. 반면, 플로젝션 용접은 돌기(Projection)를 이용하여 두 부재를 겹쳐서 접합하는 겹치기 용접 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 암모니아 가스를 이용해 질소를 확산시켜 표면에 단단한 질화경화층을 형성하는 대표적인 화학적 표면경화법입니다. 따라서 재료 중심까지 경화시키는 것이 아니라 표면만을 경화시키는 것이 목적입니다.

    오답 노트
    기본 화학반응식: $2NH_{3} \rightarrow 2N + 3H_{2}$
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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: 33%)
  • 수지, 시멘트, 석고 등의 점결제와 경화촉진제를 사용하여 주형 자체가 스스로 굳게 만드는 방식은 자경성 주형법의 핵심 특징입니다.
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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: 63%)
  • 절삭유는 공구와 공작물 사이의 마찰을 줄이고 열을 식혀야 하므로, 표면장력이 작아야 칩 생성부까지 빠르게 침투하여 냉각 및 윤활 작용을 효과적으로 수행할 수 있습니다.
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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: 63%)
  • 유압프레스의 용량은 램의 유효단면적에 작용하는 압력을 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P = A \times p$
    ② [숫자 대입] $P = 50 \times 40$
    ③ [최종 결과] $P = 2000\text{ kgf} = 2\text{ ton}$
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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: 46%)
  • 플러그 게이지는 구멍의 치수가 허용 공차 범위 내에 있는지 확인하는 한계 게이지로, 치수의 구체적인 값은 알 수 없으며 오직 합격 또는 불합격 여부만을 판정할 수 있습니다.

    오답 노트
    진원도 검사: 불가능함
    통과측 미통과: 기준 구멍보다 작음
    정지측 통과: 기준 구멍보다 큼
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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 가공액 속의 연삭 입자를 초음파 진동으로 충돌시켜 표면을 깎아내는 방식으로, 경도가 매우 높은 초경합금, 보석류, 세라믹, 유리 등 비금속이나 귀금속 가공에 매우 적합합니다.
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91. 다음 1 자유도 진동계의 고유 각진동수는? (단, 3개의 스프링에 대한 스프링 상수는 k이며 물체의 질량은 m이다.)

(정답률: 52%)
  • 그림에서 왼쪽 스프링은 단독으로, 오른쪽 두 개의 스프링은 직렬로 연결된 구조입니다. 전체 등가 스프링 상수 $k_{eq}$를 구한 뒤 고유 각진동수 공식을 적용합니다.
    오른쪽 직렬 부분의 합성 상수 $k_{s} = \frac{k \times k}{k + k} = \frac{k}{2}$이며, 이를 왼쪽 스프링과 병렬로 합치면 $k_{eq} = k + \frac{k}{2} = \frac{3k}{2}$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\omega_{n} = \sqrt{\frac{k_{eq}}{m}}$
    ② [숫자 대입] $\omega_{n} = \sqrt{\frac{3k}{2m}}$
    ③ [최종 결과] $\omega_{n} = \sqrt{\frac{3k}{2m}}$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 23%)
  • 가속도는 (외력 - 마찰력)을 질량으로 나눈 값이며, 속도는 가속도를 시간에 대해 적분하여 구합니다.
    힘 $Q(t)$는 $t=0$일 때 $20\text{N}$, $t=3$일 때 $5\text{N}$인 직선 함수이므로 $Q(t) = 20 - 5t$ 입니다. 마찰력 $f = \mu N = 0.3 \times (3 \times 9.81) = 8.829\text{N}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $v = \int_{0}^{t} \frac{Q(t) - f}{m} dt$
    ② [숫자 대입] $v = \int_{0}^{1} \frac{(20 - 5t) - 8.829}{3} dt = \frac{1}{3} [11.171t - 2.5t^2]_{0}^{1}$
    ③ [최종 결과] $v = \frac{11.171 - 2.5}{3} = 2.89\text{m/s}$
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93. 질점의 단순조화진동을 y=C cos(wnt-∅)라 할 때 이 진동의 주기는?

  4. 2πwn
(정답률: 48%)
  • 단순조화진동에서 각진동수 $\omega_n$과 주기 $T$ 사이의 관계는 원운동의 한 주기($2\pi$ 라디안)를 각진동수로 나눈 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{2\pi}{\omega_n}$
    ② [숫자 대입] 해당 없음
    ③ [최종 결과] $T = \frac{2\pi}{\omega_n}$
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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: 28%)
  • 뉴턴의 제2법칙과 일-에너지 정리를 이용합니다. 힘이 속도에 비례하는 형태이므로 적분을 통해 정지 거리 $s$를 구합니다.
    항공기의 질량 $m = 10\text{t} = 10000\text{kg}$, 힘 $\sum F_x = -1000v_x$ 입니다.
    ① [기본 공식] $m\frac{dv}{dt} = -1000v \implies m\frac{dv}{dx} \frac{dx}{dt} = -1000v \implies m\frac{dv}{dx} = -1000$
    ② [숫자 대입] $10000 \int_{100}^{0} dv = -1000 \int_{0}^{s} dx$
    ③ [최종 결과] $s = \frac{10000 \times 100}{1000} = 1000\text{m}$
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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: 35%)
  • 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 초기 위치 에너지(중력 포텐셜 에너지)는 최종 운동 에너지(병진 운동 에너지 + 회전 운동 에너지)와 같습니다.
    실린더의 관성모멘트 $J = \frac{1}{2}mr^2$이고, 미끄러짐이 없으므로 $v = r\omega$ 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $mgh = \frac{1}{2}mv^2 + \frac{1}{2}J\omega^2 = \frac{3}{4}mv^2$
    ② [숫자 대입] $v^2 = \frac{4}{3}gh$
    ③ [최종 결과] $v = \sqrt{\frac{4}{3}gh} \approx 0.816\sqrt{2gh}$
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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: 58%)
  • 등가속도 운동에서 가속도가 일정하므로, 속도는 시간에 비례하여 일정하게 증가하거나 감소하는 선형 함수 관계를 가집니다.

    오답 노트
    변위: 시간의 제곱에 비례하여 변화함
    속도: 시간의 제곱이 아닌 1차식(선형)에 비례함
    변위: 시간의 세제곱이 아닌 2차식에 비례함
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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: 60%)
  • 반발계수가 1인 충돌은 완전 탄성 충돌을 의미하며, 이때는 운동량뿐만 아니라 시스템 전체의 운동에너지 합이 보존됩니다.

    오답 노트
    상대적 접근속도와 이탈속도의 크기는 같다
    운동량의 합은 항상 보존된다
    에너지 소실이 발생하지 않는다
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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: 26%)
  • 감쇠 진동에서 n회 진동 후의 진폭비는 로그 감쇠율을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{x_n}{x_0} = e^{-2\pi\zeta n}$
    ② [숫자 대입] $\frac{x_5}{x_0} = e^{-2 \times 3.14 \times 0.033 \times 5}$
    ③ [최종 결과] $\frac{x_5}{x_0} = 0.35$
    따라서 최초 진폭의 $35\%$가 됩니다.
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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: 40%)
  • 강체가 운동할 때, 물체 내의 임의의 두 점 A, B를 잇는 직선의 기울기가 변했다면 회전운동이 포함된 것입니다. 제시된 이미지 에서는 병진운동과 회전운동이 동시에 일어나고 있으므로 이를 일반평면운동이라고 합니다.
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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: 24%)
  • 강제 진동에서 기계의 진폭 $X$는 바닥의 진폭 $Y$와 전달률의 관계로 결정됩니다. 두 개의 스프링이 병렬로 연결되어 있으므로 합성 강성 $k_{eq} = \frac{k}{2} + \frac{k}{2} = k$입니다.
    바닥의 진동 식 $y = 6 \sin \sqrt{\frac{4k}{m}} t$에서 바닥의 진폭 $Y = 6\text{mm}$이며, 가진 주파수 $\omega = \sqrt{\frac{4k}{m}}$이고 고유 주파수 $\omega_n = \sqrt{\frac{k}{m}}$입니다.
    ① [기본 공식] $X = | \frac{1}{1 - (\frac{\omega}{\omega_n})^2} | Y$
    ② [숫자 대입] $X = | \frac{1}{1 - (\frac{\sqrt{4k/m}}{\sqrt{k/m}})^2} | \times 6 = | \frac{1}{1 - 4} | \times 6$
    ③ [최종 결과] $X = \frac{1}{3} \times 6 = 2\text{mm}$
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