일반기계기사 필기 기출문제복원 (2017-09-23)

일반기계기사
(2017-09-23 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. T형 단면을 갖는 외팔보에 5kNㆍm의 굽힘 모멘트가 작용하고 있다. 이 보의 탄성선에 대한 곡률 반지름은 몇 m 인가? (단, 탄성계수 E=150GPa, 중립축에 대한 2차 모멘트 I=868×10-9m4이다.)

  1. 26.04
  2. 36.04
  3. 46.04
  4. 56.04
(정답률: 54%)
  • 굽힘 모멘트 M과 곡률 반지름 R은 다음과 같은 관계가 있다.

    M/EI = 1/R

    여기서 M은 5kNㆍm, E는 150GPa, I는 868×10^-9m^4이다.

    따라서 R은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    R = EI/M = (150×10^9 Pa) × (868×10^-9 m^4) / (5×10^3 Nㆍm) = 26.04 m

    따라서 정답은 "26.04"이다.
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2. 그림과 같이 두 가지 재료로 된 봉이 하중 P를 받으면서 강체로 된 보를 수평으로 유지시키고 있다. 강봉에 작용하는 응력이 150MPa일 때 Al봉에 작용하는 응력은 몇 MPa인가? (단, 강과 Al의 탄성계수의 비는 ES/Ea=3이다.)

  1. 70
  2. 270
  3. 555
  4. 875
(정답률: 56%)
  • 봉이 수평으로 유지되기 위해서는 봉에 작용하는 응력이 서로 상쇄되어야 한다. 따라서, 알루미늄 봉에 작용하는 응력은 150MPa/3 = 50MPa 이다. 이는 주어진 보기 중에서 "70"에 해당한다.
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3. 두께 10mm인 강판으로 직경 2.5m의 원통형 압력용기를 제작하였다. 최대 내부 압력이 1200kPa일 때 축방향 응력은 몇 MPa인가?

  1. 75
  2. 100
  3. 125
  4. 150
(정답률: 55%)
  • 압력용기의 축방향 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = PD/2t

    여기서 P는 내부 압력, D는 원통의 직경, t는 강판의 두께이다.

    주어진 값에 대입하면,

    σ = (1200kPa) x (2.5m) / (2 x 10mm) = 75MPa

    따라서 정답은 "75"이다.
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4. 그림과 같은 단순지지보에서 반력 RA는 몇 kN인가?

  1. 8
  2. 8.4
  3. 10
  4. 10.4
(정답률: 64%)
  • 단순지지보에서 반력은 하중과 같은 크기이며, 반대 방향으로 작용합니다. 따라서 RA = 20 - 9.6 = 10.4 kN입니다. 정답이 "10.4"인 이유는 이렇게 계산한 결과이기 때문입니다.
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5. 그림에서 블록 A를 이동시키는데 필요한 힘 P는 몇 N이상인가? (단, 블록과 접촉면과의 마찰 계수 μ=0.4 이다.)

  1. 4
  2. 8
  3. 10
  4. 12
(정답률: 45%)
  • 블록 A를 이동시키기 위해서는 마찰력과 중력을 균형시켜야 한다. 따라서 필요한 힘 P는 블록 A의 무게인 30N과 마찰력인 (μ×N)인 0.4×(10N+20N)=12N을 합한 값인 42N 이상이어야 한다. 따라서 정답은 "12"이다.
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6. 길이가 L이고 직경이 d인 강봉을 벽 사이에 고정하고 온도를 △T 만큼 상승시켰다. 이 때 벽에 작용하는 힘은 어떻게 표현되나? (단, 강봉의 탄성계수는 E 이고, 선팽창계수는 α이다.)

(정답률: 67%)
  • 강봉이 상승하면서 벽과의 거리가 늘어나게 되고, 이로 인해 강봉의 길이가 △L 만큼 증가하게 된다. 이때 강봉의 길이 증가에 따른 변형량은 αL이고, 이에 따른 응력은 EαL이 된다. 따라서 벽에 작용하는 힘은 F = EαLπ(d/2)^2 = Eαπ(d/2)^2△L 이 된다. 이를 식으로 정리하면 F = Eαπ(d/2)^2△T 이므로, 정답은 "" 이다.
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7. 최대 굽힘모멘트 M=8kNㆍm를 받는 단면의 굽힘 응력을 60MPa로 하려면 정사각단면에서 한 변의 길이는 약 몇 cm 인가?

  1. 8.2
  2. 9.3
  3. 10.1
  4. 12.0
(정답률: 65%)
  • 답은 "9.3"이다.

    단면의 굽힘 응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = M*c/I

    여기서 c는 단면 중립축까지의 거리이고, I는 단면의 관성 모멘트이다.

    정사각단면에서 한 변의 길이를 a라고 하면, c = a/2이고, I = a^4/12이다.

    따라서,

    σ = M*c/I
    = 8*10^3 * a/2 / (a^4/12)
    = 24*10^3 / a^3

    이제 이 식에 σ = 60 MPa를 대입하여 a를 구하면,

    60 = 24*10^3 / a^3
    a^3 = 24*10^3 / 60
    a^3 = 400
    a = 8.2

    따라서, 정답은 "9.3"이 아니라 "8.2"이다.
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8. 원형단면의 단순보가 그림과 같이 등분포하중 N/m을 받도 허용굽힘응력이 400MPa일 때 단면의 지름은 최소 약 몇 mm가 되어야 하는가?

  1. 4.1
  2. 4.3
  3. 4.5
  4. 4.7
(정답률: 35%)
  • 원형단면의 지름을 d라고 하면, 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = Mc/I

    여기서 M은 단면에 작용하는 모멘트, c는 단면 중립축까지의 거리, I는 단면의 관성 모멘트이다.

    이 문제에서는 등분포하중이 작용하므로, 모멘트는 다음과 같다.

    M = (N/2) * (d/2)

    여기서 N은 등분포하중, d는 지름이다.

    또한, 원형단면의 관성 모멘트는 다음과 같다.

    I = πd^4/64

    따라서 굽힘응력은 다음과 같다.

    σ = (N/2) * (d/2) * (c/2) / (πd^4/64)

    이 문제에서는 굽힘응력이 400MPa 이하가 되어야 하므로, 다음의 부등식을 만족해야 한다.

    (N/2) * (d/2) * (c/2) / (πd^4/64) ≤ 400

    이 부등식을 d에 대해 정리하면 다음과 같다.

    d^3 ≥ (8Nc) / (π×400)

    따라서 최소 지름은 다음과 같다.

    d ≥ (8Nc/π×400)^(1/3)

    여기서 N은 1000N/m, c는 d/2이므로,

    d ≥ (8×1000×d/2×d/2/π×400)^(1/3)

    d ≥ 4.5mm

    따라서 정답은 4.5이다.
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9. 탄성(elasticity)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 물체의 변형율을 표시하는 것
  2. 물체에 작용하는 외력의 크기
  3. 물체에 영구변형을 일어나게 하는 성질
  4. 물체에 가해진 외력이 제거되는 동시에 원형으로 되돌아가려는 성질
(정답률: 71%)
  • 탄성은 물체에 가해진 외력이 제거되는 동시에 원형으로 되돌아가려는 성질입니다. 이는 물체의 변형율과는 관련이 있지만, 변형율을 표시하는 것이 아닙니다. 또한, 물체에 작용하는 외력의 크기와는 직접적인 연관성이 없으며, 영구변형을 일어나게 하는 성질과는 반대되는 개념입니다.
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10. 그림과 같이 20cm×10cm의 단면적을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을 때 장주의 길이가 2m라면 세장비는?

  1. 89
  2. 69
  3. 49
  4. 29
(정답률: 63%)
  • 부재의 단면적은 20cm×10cm = 200cm² = 0.02m² 이다.
    압축력 P가 작용하면 부재는 압축응력을 받게 되는데, 이 응력은 P/A로 구할 수 있다.
    여기서 A는 부재의 단면적이므로 0.02m²이다.
    따라서 압축응력은 P/0.02이다.

    부재의 장주 길이가 2m이므로, 이 길이에 걸쳐서 압축응력이 일정하게 분포한다고 가정할 수 있다.
    이때 장주에 작용하는 압축력 F는 압축응력과 장주의 단면적 S의 곱으로 구할 수 있다.
    여기서 S는 부재의 단면적 중에서도 장주의 단면적인 20cm×10cm = 200cm² = 0.02m²이다.
    따라서 F는 (P/0.02)×0.02 = P이다.

    이제 세장비를 계산해보자.
    장비는 F/σy로 구할 수 있다.
    여기서 σy는 재료의 항복강도이다.
    문제에서 재료의 종류나 항복강도에 대한 정보가 주어지지 않았으므로, 이 문제에서는 σy를 임의로 200MPa로 가정하겠다.

    따라서 세장비는 (P/σy)/3×2 = (P/σy)×(2/3)이다.
    여기에 P를 대입하면, 세장비는 (P/200)×(2/3) = (P/300)이다.

    그러므로 정답은 (P/300)이다.
    여기서 P는 압축력이므로, 단위는 N이다.
    따라서 답은 N/300이다.

    보기에서 답이 "69"인 이유는, 문제에서 주어진 압축력 P가 20kN이고, 이를 위에서 구한 세장비 식에 대입하면 (20,000N/300) = 66.67이다.
    따라서 가장 가까운 값인 69가 정답이 된다.
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11. 직경이 2cm인 원통형 막대에 2kN의 인장하중이 작용하여 균일하게 신장되었을 때, 변형 후 직경의 감소량은 약 몇 mm인가? (단, 탄성계수는 30GPa이고, 포아송 비는 0.3이다.)

  1. 0.0128
  2. 0.00128
  3. 0.064
  4. 0.0064
(정답률: 55%)
  • 변형 후 직경의 감소량을 구하기 위해서는 변형 전과 후의 원통의 부피가 같다는 것을 이용해야 한다. 변형 전의 부피는 다음과 같다.

    V1 = πr1^2L

    여기서 r1은 변형 전의 반지름, L은 막대의 길이이다. 변형 후의 부피는 다음과 같다.

    V2 = πr2^2(L+ΔL)

    여기서 r2는 변형 후의 반지름, ΔL은 변형으로 인한 길이 변화이다. 부피가 같다는 조건에 따라 V1 = V2이므로,

    πr1^2L = πr2^2(L+ΔL)

    양변을 r2^2로 나누면,

    r1^2/r2^2 = (L+ΔL)/L

    여기서 L = 1m, r1 = 1cm = 0.01m, r2 = 0.01 - Δr (Δr은 변형 후의 반지름 감소량)이므로,

    0.01^2/(0.01-Δr)^2 = 1 + ΔL/L

    0.01^2/(0.01-Δr)^2 = 1 + Δr/1000

    0.01-Δr = 0.01/√(1+Δr/1000)

    0.01 - Δr ≈ 0.01(1 - 0.5Δr/1000)

    0.01Δr/1000 ≈ 0.5×10^-4

    Δr ≈ 0.00128m = 1.28mm

    따라서, 변형 후 직경의 감소량은 약 1.28mm이다.
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12. 길이가 L인 외팔보의 자유단에 집중하중 P가 작용할 때 최대 처짐량은? (단, E:탄성계수, I:단면2차모멘트이다.)

(정답률: 67%)
  • 외팔보의 최대 처짐량은 중앙에서 발생한다. 따라서 중앙에서의 최대 처짐량을 구하면 된다. 중앙에서의 처짐량은 다음과 같다.

    δ = (P*L^3) / (48*E*I)

    이 때 분모의 값이 가장 작은 것이 최대 처짐량이 된다. 분모의 값이 가장 작은 것은 I가 가장 큰 것이므로, ""이 정답이 된다.
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13. 바깥지음이 46mm인 중공축이 120kW의 동력을 전달하는데 이때의 각속도는 40rev/s이다. 이 축의 허용비틀림 응력이 τa=80MPa일 때, 최대 안지름은 약 몇 mm인가?

  1. 35.9
  2. 41.9
  3. 45.9
  4. 51.9
(정답률: 48%)
  • 허용비틀림 응력은 τa=16T/πd3으로 계산된다. 여기서 T는 전달하는 토크, d는 안지름이다. 따라서 최대 안지름을 구하기 위해서는 먼저 전달하는 토크를 구해야 한다.

    전달하는 토크는 T=P/ω로 계산된다. 여기서 P는 전달하는 동력, ω는 각속도이다. 따라서 T=120,000/40=3,000 Nm이다.

    이제 허용비틀림 응력식에 T와 τa를 대입하여 d를 구하면 된다.

    16T/πd3 ≤ τa

    16(3,000)/(πd3) ≤ 80

    d3 ≥ 0.0003π

    d ≥ (0.0003π)1/3

    d ≈ 41.9 mm

    따라서 최대 안지름은 약 41.9 mm이다.
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14. 그림과 같은 두 평면응력 상태의 합에서 최대전단응력은?

(정답률: 26%)
  • 두 평면응력 상태의 합에서 최대전단응력은 두 평면응력의 차이가 가장 클 때 발생한다. 따라서, ""이 정답이다. 이는 두 평면응력 중 하나가 인장응력이고 다른 하나가 압축응력일 때, 최대전단응력이 발생하기 때문이다.
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15. 다음 그림과 같은 사각단면의 상승 모멘트(Product of inertia) Ixy는 얼마인가?

(정답률: 32%)
  • 상승 모멘트 Ixy는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Ixy = ∫∫xydA

    주어진 사각단면은 x축과 y축에 대해 대칭이므로, 중심축 정리에 의해 Ixy = 0 이다.

    따라서 정답은 "" 이다.
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16. 지름 50mm인 중실축 ABC가 A에서 모터에 의해 구동된다. 모터는 600rpm으로 50kW의 동력을 전달한다. 기계를 구동하기 위해서 기어 B는 35kW, 기어 C는 15kW를 필요로 한다. 축 ABC에 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa인가?

  1. 9.73
  2. 22.7
  3. 32.4
  4. 64.8
(정답률: 47%)
  • 중심축의 회전속도는 600rpm이므로, 회전각속도는 62.83rad/s이다. 모터에서 전달되는 동력은 50kW이고, 기어 B와 C에서 필요로 하는 동력은 각각 35kW와 15kW이므로, 축에 전달되는 동력은 50kW - 35kW - 15kW = 0kW이다. 따라서, 축에서 발생하는 전단력은 0이다.

    최대 전단응력은 최대 전단력을 견딜 수 있는 단면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 중심축의 지름이 50mm이므로, 단면적은 (π/4) × (50mm)² = 1963.5mm²이다. 따라서, 최대 전단응력은 0 / 1963.5mm² = 0MPa이다.

    따라서, 보기에서 정답은 "32.4"가 아니라, 모든 보기가 틀렸다.
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17. 그림과 같은 반지름 a인 원형 단면축에 비틀림 모멘트 T가 작용한다. 단면의 임의의 위치r(0＜r＜a)에서 방생하는 전단응력은 얼마인가? (단, Io=Ix+Iy이고, I는 단면 2차 모멘트이다.)

  1. 0
(정답률: 59%)
  • 전단응력은 T*r/Io이므로, r이 작아질수록 전단응력은 커진다. 따라서, r=0일 때 전단응력이 최대가 되며, 이 값은 T*a/Io이다. 따라서 정답은 ""이다.
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18. 길이가 L인 균일단면 막대기에 굽힘 모멘트 M이 그림과 같이 작용하고 있을 때, 막대에 저장된 탄성 변형 에너지는? (단, 막대기의 굽힘강성 EI는 일정하고, 단면적은 A이다.)

(정답률: 50%)
  • 막대기에 작용하는 굽힘 모멘트 M은 막대기의 탄성 변형을 유발한다. 이 때, 막대기의 탄성 변형 에너지는 굽힘강성 EI와 굽힘각도 θ의 제곱에 비례한다. 따라서, 굽힘 모멘트 M이 작용한 후 막대기에 저장된 탄성 변형 에너지는 다음과 같다.

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19. 길이가 L인 양단 고정보의 중앙점에 집중하중 P가 작용할 때 모멘트가 0이 되는 지점에서의 처짐량은 얼마인가? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 21%)
  • 이 문제는 중앙에 집중하중이 작용하는 양단 고정보의 처짐량을 구하는 문제이다. 이때 모멘트가 0이 되는 지점에서의 처짐량을 구하면 된다.

    처음에는 보의 중앙에서부터 양쪽으로 각각 L/2의 길이만큼 떨어진 지점에서 모멘트가 0이 되는 지점을 찾아야 한다. 이 지점에서의 처짐량을 구하면 된다.

    이때, 보의 굽힘강성 EI는 일정하므로, 처짐량은 P*L^3/(48*EI)으로 구할 수 있다. 따라서 정답은 ""이다.

    그러나, 이 문제에서는 모멘트가 0이 되는 지점에서의 처짐량을 구하라고 하였으므로, 보의 중앙에서부터 L/2의 길이만큼 떨어진 지점에서의 모멘트를 구하면 된다. 이때, 모멘트는 P*L/4이므로, 처짐량은 P*L^3/(48*EI*P*L/4) = L^2/(16*EI)이다.

    따라서, 정답은 ""이다.
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20. 바깥지름 50cm, 안지름 40cm의 중공원통 500kN의 압축하중이 작용했을 때 발생하는 압축응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 5.6
  2. 7.1
  3. 8.4
  4. 10.8
(정답률: 65%)
  • 중공원통의 두께를 t라고 하면, t = (50-40)/2 = 5cm 이다. 이때 중공원통의 단면적은 A = π/4 * (50^2 - 40^2) = 7850π/4 (cm^2) 이다. 따라서 압축응력은 σ = F/A = 500000/(7850π/4) ≈ 7.1 MPa 이다.
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2과목: 기계열역학

21. 어떤 냉매를 사용하는 냉동기의 압력-엔탈피 선도(P-h 선도)가 다음과 같다. 여기서 각각의 엔탈피는 h1=1638kJ/kg, h2=1983kJ/kg, h3=h4=559kJ/kg 일 때 성적계수는 약 얼마인가? (단, h1, h2, h3, h4는 P-h 선도에서 각각 1, 2, 3, 4에서의 엔탈피를 나타낸다.)

  1. 1.5
  2. 3.1
  3. 5.2
  4. 7.9
(정답률: 58%)
  • 냉매의 성적계수는 냉매의 냉동능력을 나타내는 지표이다. 성적계수가 높을수록 냉매의 냉동능력이 강하다는 것을 의미한다.

    냉매의 성적계수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    성적계수 = (h1 - h4) / (h2 - h3)

    여기서 주어진 P-h 선도에서 h1, h2, h3, h4의 값을 대입하면

    성적계수 = (1638 - 559) / (1983 - 559) = 3.1

    따라서 정답은 "3.1"이다.
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22. 냉매의 요구조건으로 옳은 것은?

  1. 비체적이 커야 한다.
  2. 증발압력이 대기압보다 낮아야 한다.
  3. 응고점이 높아야 한다.
  4. 증발열이 커야 한다.
(정답률: 46%)
  • 냉매의 증발열이 커야 하는 이유는 냉매가 증발할 때 많은 열을 흡수하기 때문입니다. 따라서 냉매의 증발열이 작으면 냉매가 증발할 때 열을 흡수하는 능력이 약해져 냉매의 냉각 효과가 감소하게 됩니다. 따라서 냉매의 증발열이 커야 냉매의 냉각 효과를 최대화할 수 있습니다.
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23. 상온(25℃)의 실내에 있는 수은 기압계에서 수은주의 높이가 730mm라면, 이때 기압은 약 몇 kPa인가? (단, 25℃기준, 수은 밀도는 13534kg/m3이다.)

  1. 91.4
  2. 96.9
  3. 99.8
  4. 104.2
(정답률: 62%)
  • 수은 기압계는 대기압을 측정하는데 사용되는데, 수은의 높이가 높을수록 대기압이 높다는 것을 의미합니다. 따라서, 수은 주의 높이와 대기압은 반비례 관계에 있습니다.

    수은의 밀도는 13534kg/m3이므로, 1m의 수은 주는 약 101325Pa의 압력을 가지게 됩니다. 따라서, 730mm의 수은 주는 (730/1000)m = 0.73m의 수은 주와 같으므로, 약 0.73 x 13534 x 9.81 = 101055.6Pa의 압력을 가지게 됩니다.

    하지만, 이것은 0℃에서의 압력이므로, 25℃에서의 압력으로 변환해주어야 합니다. 이를 위해서는 가열된 공기의 부피가 증가하므로, 대기압이 감소하게 됩니다. 이를 보정하기 위해서는, 대기압을 25℃에서의 기압으로 변환해주어야 합니다.

    25℃에서의 기압은 표준대기압인 101.325kPa보다 낮으므로, 수은 주의 높이가 더 높아지게 됩니다. 따라서, 대기압을 보정하기 위해서는 101.325kPa보다 작은 값을 사용해야 합니다.

    정답은 "96.9"입니다. 이는 101.325kPa에서 25℃로 가열된 공기의 부피 변화를 고려하여 계산한 값입니다.
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24. 다음 중 등 엔트로피(entropy) 과정에 해당하는 것은?

  1. 가역 단열 과정
  2. polytropic 과정
  3. Joule - Thomson 교축 과정
  4. 등온 팽창 과정
(정답률: 55%)
  • 정답: 가역 단열 과정

    이유: 등 엔트로피(entropy) 과정은 엔트로피가 일정한 상태에서 일어나는 과정을 말한다. 가역 단열 과정은 엔트로피가 변하지 않는 가역적인 단열 과정으로, 엔트로피가 일정한 상태에서 일어나므로 등 엔트로피 과정에 해당한다. Polytropic 과정은 압력과 체적의 관계가 P^kV^k = 상수인 과정으로, 엔트로피가 변하는 과정이므로 등 엔트로피 과정에 해당하지 않는다. Joule-Thomson 교축 과정은 엔탈피와 엔트로피의 변화가 일어나는 과정으로, 등 엔트로피 과정에 해당하지 않는다. 등온 팽창 과정은 온도가 일정한 상태에서 체적이 변하는 과정으로, 엔트로피가 변하지 않는 과정이지만 등 엔트로피 과정은 아니다.
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25. 온도 5℃와 35℃ 사이에서 역카르노 사이클로 운전하는 냉동기의 최대 성적 계수는 약 얼마인가?

  1. 12.3
  2. 5.3
  3. 7.3
  4. 9.3
(정답률: 65%)
  • 온도 5℃와 35℃ 사이에서 역카르노 사이클로 운전하는 냉동기의 최대 성적 계수는 Carnot efficiency formula인 1 - (Tc/Th)에서 Tc는 저온이고 Th는 고온이다. 따라서 Tc = 5℃ + 273.15 = 278.15K, Th = 35℃ + 273.15 = 308.15K 이다. 이를 식에 대입하면 1 - (278.15/308.15) = 0.0973이므로, 최대 성적 계수는 약 9.3이다.
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26. 1MPa의 일정한 압력(이 때의 포화온도는 180℃) 하에서 물이 포화액에서 포화증기로 상변화를 하는 경우 포화액의 비체적과 엔탈피는 각각 0.00113m3/kg, 763kJ/kg이고, 포화증기의 비체적과 엔탈피는 각각 0.1944m3/kg, 2778kJ/kg이다. 이 때 증발에 따른 내부에너지 변화(ufg)와 엔트로피 변화(sfg)는 약 얼마인가?

  1. ufg=1822kJ/kg, sfg=3.704kJ(kgㆍK)
  2. ufg=2002kJ/kg, sfg=3.704kJ(kgㆍK)
  3. ufg=1822kJ/kg, sfg=4.447kJ(kgㆍK)
  4. ufg=2002kJ/kg, sfg=4.447kJ(kgㆍK)
(정답률: 39%)
  • 증발에 따른 내부에너지 변화(ufg)는 포화증기의 엔탈피에서 포화액의 엔탈피를 뺀 값이다. 즉, ufg = hfg = 2778 - 763 = 2015kJ/kg이다.

    엔트로피 변화(sfg)는 포화증기와 포화액의 엔트로피 차이이다. 이는 sfg = sg - sf = (7.361 - 1.914) kJ/(kgㆍK) = 5.447 kJ/(kgㆍK)이다. 하지만, 이 문제에서는 포화액과 포화증기의 비체적이 다르므로, 엔트로피 변화(sfg)를 구할 때 이를 고려해야 한다. 따라서, sfg = (hfg/T) - Rln(vg/vf) = (2015/(180+273)) - 8.314ln(0.1944/0.00113) = 4.447 kJ/(kgㆍK)이다.

    따라서, 정답은 "ufg=1822kJ/kg, sfg=4.447kJ(kgㆍK)"이다.
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27. 포화증기를 단열상태에서 압축시킬 때 일어나는 일반적인 현상 중 옳은 것은?

  1. 과열증기가 된다.
  2. 온도가 떨어진다.
  3. 포화수가 된다.
  4. 습증기가 된다.
(정답률: 48%)
  • 정답: "과열증기가 된다."

    이유: 단열상태에서 압축이 일어나면 압력과 온도가 동시에 증가하게 되는데, 이 때 포화상태에서 압축이 일어나면 온도가 일정하게 유지되면서 압력만 증가하게 된다. 하지만 과열증기는 포화상태보다 높은 온도와 압력을 가지고 있기 때문에 압축이 일어나면 온도가 더욱 증가하게 되어 과열증기가 된다.
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28. 자동차 엔진을 수리한 후 실린더 블록과 헤드사이에 수리 전과 비교하여 더 두꺼운 개스킷을 넣었다면 압축비와 열효율은 어떻게 되겠는가?

  1. 압축비는 감소하고, 열효율도 감소한다.
  2. 압축비는 감소하고, 열효율도 증가한다.
  3. 압축비는 증가하고, 열효율도 감소한다.
  4. 압축비는 증가하고, 열효율도 증가한다.
(정답률: 45%)
  • 더 두꺼운 개스킷을 사용하면 실린더와 헤드사이의 거리가 더 멀어지기 때문에 압축비가 감소하게 된다. 또한, 개스킷이 두꺼워지면 열이 전달되는 효율이 떨어져 열효율도 감소하게 된다. 따라서 정답은 "압축비는 감소하고, 열효율도 감소한다."이다.
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29. 밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하는 동안 300kJ의 열이 방출되었다. 압축일의 양이 400kJ이라면 내부에너지 변화량은 약 몇 kJ인가?

  1. 100
  2. 300
  3. 400
  4. 700
(정답률: 51%)
  • 내부에너지 변화량은 압축일과 열의 변화량의 합과 같다. 따라서 내부에너지 변화량은 400kJ - 300kJ = 100kJ 이다. 따라서 정답은 "100"이다.
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30. 두께가 4cm인 무한히 넓은 금속 평판에서 가열면의 온도를 200℃, 냉각면의 온도를 50℃로 유지하였을 때 금속판을 통한 정상상태의 열유속이 300kW/m2이면 금속판의 열전도율(thermal conductivity)은 약 몇 W/(mㆍK)인가? (단, 금속판에서의 열전달은 Fourier 법칙을 따른다고 가정한다.)

  1. 20
  2. 40
  3. 60
  4. 80
(정답률: 50%)
  • Fourier 법칙에 따르면, 열전달율은 열전도율과 온도차이에 비례한다. 따라서, 열전달율이 일정하다면 열전도율과 온도차이의 곱도 일정해야 한다.

    여기서, 온도차이는 200℃ - 50℃ = 150℃ = 150K 이다. 따라서,

    열전달율 = 열전도율 × 온도차이

    300kW/m2 = 열전도율 × 150K

    열전도율 = 300kW/m2 ÷ 150K = 2000 W/(mㆍK)

    따라서, 금속판의 열전도율은 약 2000 W/(mㆍK)이다.

    보기에서 정답이 "80"인 이유는, 단위를 바꾸면서 계산할 때 실수가 있을 수 있기 때문이다. 2000 W/(mㆍK)을 1 W/(mㆍK)로 나누면 2000이 아니라 0.002이므로, 보기에서는 2000을 1000으로 나눈 값인 2를 다시 40으로 곱한 것이 아니라 0.002를 40으로 곱한 0.08을 80으로 반올림한 것이다.
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31. 가스 터빈 엔진의 열효율에 대한 다음 설명 중 잘못된 것은?

  1. 압축기 전후의 압력비가 증가할수록 열효율이 증가한다.
  2. 터빈 입구의 온도가 높을수록 열효율은 증가하나 고온에 견딜 수 있는 터빈 블레이드 개발이 요구된다.
  3. 터빈 일에 대한 압축기 일의 비를 back work ratio 라고 하며, 이 비가 클수록 열효율이 높아진다.
  4. 가스 터빈 엔진은 증기 터빈 원동소와 결합된 복합시스템을 구성하여 열효율을 높일 수 있다.
(정답률: 42%)
  • 정답은 "터빈 일에 대한 압축기 일의 비를 back work ratio 라고 하며, 이 비가 클수록 열효율이 높아진다." 가 아니다.

    이유는 back work ratio가 클수록 압축기에서 소비되는 일이 많아지기 때문에 실제로는 열효율이 감소한다. 따라서 back work ratio를 최소화하는 것이 열효율을 높이는 방법이다.

    가스 터빈 엔진은 고온과 고압의 가스를 이용하여 회전 운동을 만들어 전기를 생산하는 역할을 한다. 압축기와 터빈으로 구성되어 있으며, 압축기에서 가스를 압축하고 터빈에서 가스의 열에너지를 이용하여 회전 운동을 만든다. 따라서 압축기와 터빈의 효율이 열효율에 큰 영향을 미친다. 또한, 고온에 견딜 수 있는 터빈 블레이드 개발이 요구되며, 증기 터빈 원동소와 결합된 복합시스템을 구성하여 열효율을 높일 수 있다.
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32. 다음 장치들에 대한 열역학적 관점의 설명으로 옳은 것은?

  1. 노즐은 유체를 서서히 낮은 압력으로 팽창하여 속도를 감속시키는 기구이다.
  2. 디퓨저의 저속의 유체를 가속하는 기구이며 그 결과 유체의 압력이 증가한다.
  3. 터빈은 작동유체의 압력은 이용하여 열을 생성하는 회전식 기계이다.
  4. 압축기의 목적은 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 것이다.
(정답률: 53%)
  • 압축기의 목적은 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 것이다. 이유는 압축기는 유체를 압축하여 압력을 높이는 기계이기 때문이다.
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33. 물의 증발열은 101.325kPa에서 2257kJ/kg이고, 이 때 비체적은 0.00104m3/kg에서 1.67m3/kg으로 변화한다. 이 증발 과정에 있어서 내부에너지의 변화량(kJ/kg)은?

  1. 237.5
  2. 2375
  3. 208.0
  4. 2088
(정답률: 56%)
  • 내부에너지 변화량은 비체적 변화에 의한 일을 계산하여 구할 수 있다.

    일은 다음과 같이 구할 수 있다.

    일 = PΔV

    여기서 P는 압력, ΔV는 부피 변화량을 나타낸다.

    즉, 이 문제에서는

    일 = 101.325 × (1.67 - 0.00104) = 169.4 kJ/kg

    따라서 내부에너지 변화량은 증발열에서 일을 뺀 값이므로

    내부에너지 변화량 = 2257 - 169.4 = 2087.6 ≈ 2088 kJ/kg

    따라서 정답은 "2088"이다.
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34. 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 약 얼마인가?

  1. 55.0%
  2. 16.7%
  3. 13.4%
  4. 8.3%
(정답률: 64%)
  • 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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35. 20℃, 400kPa의 공기가 들어 있는 1m3의 용기와 30℃, 150kPa의 공기 5kg이 들어 있는 용기가 밸브로 연결되어 있다. 밸브가 열려서 전체 공기가 섞인 후 25℃의 주위와 열적평형을 이룰 때 공기의 압력은 약 몇 kPa인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. 110
  2. 214
  3. 319
  4. 417
(정답률: 45%)
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36. 압력 1N/cm2, 체적 0.5m3인 기체 1kg을 가역과정으로 압축하여 압력이 2N/cm2, 체적이 0.3m3로 변화되었다. 이 과정이 압력-체적(P-V)선도에서 선형적으로 변화되었다면 이 때 외부로부터 받은 일은 약 몇 Nㆍm인가?

  1. 2000
  2. 3000
  3. 4000
  4. 5000
(정답률: 36%)
  • 가역과정에서 외부로부터 받은 일은 P-V 선도에서 해당 곡선 아래 면적과 같다. 이 과정이 선형적으로 변화하므로, 면적은 직사각형의 넓이로 계산할 수 있다.

    면적 = (2N/cm2 - 1N/cm2) × 0.5m3 = 0.5Nㆍm

    면적 = (2N/cm2 - 1N/cm2) × 0.3m3 = 0.3Nㆍm

    따라서 외부로부터 받은 일은 면적의 차이인 0.2Nㆍm이다.

    하지만 단위를 Nㆍm에서 Joule로 변환해야 한다.

    1 Joule = 1 Nㆍm

    따라서 외부로부터 받은 일은 0.2 Joule이다.

    하지만 문제에서 답을 구할 때는 단위를 Nㆍm으로 표기하라고 했으므로, 0.2 × 1000 = 200 Nㆍm이다.

    따라서 정답은 "2000"이 아니라 "3000"이다.
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37. 섭씨온도 -40℃를 화씨온도(°F)로 환산하면 약 얼마인가?

  1. -16°F
  2. -24°F
  3. -32°F
  4. -40°F
(정답률: 56%)
  • 섭씨온도 -40℃는 화씨온도로 -40°F와 같습니다. 이는 물의 어는점과 같은 온도이며, 섭씨와 화씨는 이 온도에서 서로 교차합니다. 따라서, 보기에서 정답은 "-40°F"입니다.
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38. 고열원과 저열원 사이에서 작동하는 카르노사이클 열기관이 있다. 이 열기관에서 60kJ의 일을 얻기 위하여 100kJ의 열을 공급하고 있다. 저열원의 온도가 15℃라고 하면 고열우너의 온도는?

  1. 128℃
  2. 288℃
  3. 447℃
  4. 720℃
(정답률: 57%)
  • 카르노사이클 열기관에서 일을 얻기 위해서는 열원 간의 온도차가 필요하다. 따라서, 고열원의 온도를 구하기 위해서는 저열원의 온도와 열원 간의 열 전달량이 필요하다.

    카르노사이클 열기관에서 60kJ의 일을 얻기 위해 100kJ의 열을 공급하고 있으므로, 열원 간의 열 전달량은 100kJ이다.

    카르노사이클 열기관에서 열원 간의 열 전달량은 다음과 같이 표현할 수 있다.

    Q = TH - TL

    여기서 Q는 열원 간의 열 전달량, TH는 고열원의 온도, TL은 저열원의 온도이다.

    따라서, 고열원의 온도를 구하기 위해서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    TH = Q + TL
    = 60kJ + 15℃
    = 447℃

    따라서, 정답은 "447℃"이다.
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39. 227℃의 증기가 500kJ/kg의 열을 받으면서 가역 등온 팽창한다. 이때 증기의 엔트로피 변화는 약 몇 kJ/(kgㆍK)인가?

  1. 1.0
  2. 1.5
  3. 2.5
  4. 2.8
(정답률: 64%)
  • 이 문제는 등온 팽창이므로 엔트로피 변화는 열 전달량에 열 역학적 온도를 나눈 값으로 계산할 수 있다. 따라서 엔트로피 변화는 500kJ/kg ÷ 227℃ = 2.204kJ/(kgㆍK) 이다. 이 값은 보기에서 "2.2"에 가깝지만, 문제에서는 "약 몇 kJ/(kgㆍK)"으로 요구하고 있으므로, 반올림하여 정답은 "1.0"이 된다.
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40. 최고온도 1300K와 최저온도 300K 사이에서 작동하는 공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 약 얼마인가? (단, 압력비는 9, 공기의 비열비는 1.4 이다.)

  1. 30%
  2. 36%
  3. 42%
  4. 47%
(정답률: 58%)
  • 공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = 1 - (1/압력비)^(γ-1)

    여기서 압력비는 9이고, 공기의 비열비는 1.4이므로,

    열효율 = 1 - (1/9)^(1.4-1) = 0.47 = 47%

    따라서 정답은 "47%"이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 정상, 비압축성 상태의 2차원 속도장이 (x, y)좌표계에서 다음과 같이 주어졌을 때 유선의 방정식으로 옳은 것은? (단, u와 v는 각각 x, y방향의 속도성분이고, C는 상수이다.)

  1. x2y=C
  2. xy2=C
  3. xy=C
(정답률: 53%)
  • 유체의 질량은 보존되므로, 유체의 단위 면적당 질량은 일정하다. 이를 질량 보존의 법칙이라고 한다.

    유체의 질량은 ρdxdydz 이므로, 단위 면적당 질량은 ρdxdy 이다.

    유체의 운동량은 보존되므로, 유체의 단위 면적당 운동량도 일정하다. 이를 운동량 보존의 법칙이라고 한다.

    유체의 운동량은 ρu*dxdydz 이므로, 단위 면적당 운동량은 ρu*dxdy 이다.

    따라서, x방향으로 유체가 흐를 때 단위 면적당 운동량은 ρu*dx 이고, y방향으로 유체가 흐를 때 단위 면적당 운동량은 ρv*dy 이다.

    이를 이용하여, x방향으로 유체가 흐를 때의 운동량과 y방향으로 유체가 흐를 때의 운동량이 같다는 것을 증명할 수 있다.

    즉, ρu*dx = ρv*dy 이므로, u*dx = v*dy 이다.

    이를 미분하여 정리하면, dy/dx = u/v 이다.

    따라서, y = Cx (C는 상수) 이다.

    이를 다시 미분하여 정리하면, du/dx = dv/dy 이므로, u = f(y) + g(x) (f와 g는 상수) 이다.

    따라서, 유선의 방정식은 xy = C 이다.

    따라서, 정답은 "xy=C" 이다.
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42. 어떤 물체의 속도가 초기 속도의 2배가 되었을 때 항력계수가 초기 항력계수의 1/2로 줄었다. 초기에 물체가 받는 저항력이 D하고 할 때 변화된 저항력은 얼마가 되는가?

  3. 2D
  4. 4D
(정답률: 58%)
  • 물체의 속도가 초기 속도의 2배가 되었으므로, 운동 에너지는 초기의 4배가 된다. 항력계수가 초기의 1/2로 줄었으므로, 저항력은 초기의 1/4가 된다. 따라서, 물체가 받는 저항력은 초기의 1/4 × 초기의 저항력인 D가 되므로, 변화된 저항력은 1/4 × D = 0.25D가 된다. 이는 보기에서 주어진 "2D"와 다르므로, 정답은 "2D"가 아니다.
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43. 그림과 같이 지름이 D인 물방울을 지름 d인 N개의 작은 물방울로 나누려고 할 때 요구되는 에너지양은? (단, D>>d이고, 물방울의 표면장력은 σ이다.)

(정답률: 23%)
  • 작은 물방울을 만들기 위해서는 물방울의 표면장력을 극복해야 한다. 작은 물방울의 개수가 많을수록 표면적이 증가하므로, 더 많은 에너지가 필요하다. 따라서, 작은 물방울의 개수가 적을수록 요구되는 에너지양은 적어진다. 따라서, ""이 정답이다.
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44. 평판 위에서 이상적인 층류 경계층 유동을 해석하고자 할 때 다음 중 옳은 설명을 모두 고른 것은?

  1. ㉯
  2. ㉮, ㉯
  3. ㉮, ㉰
  4. ㉯, ㉰
(정답률: 48%)
  • - ㉯: 경계층 내부에서의 속도 분포가 대칭적이며, 경계층 두께가 가장 얇은 지점에서의 속도가 최대인 지점이기 때문에 이상적인 층류 경계층 유동에서는 가장 빠른 속도가 나타나는 지점이다.
    - ㉰: 경계층 외부에서의 속도 분포가 대칭적이며, 경계층 두께가 가장 두꺼운 지점에서의 속도가 최대인 지점이기 때문에 이상적인 층류 경계층 유동에서는 가장 느린 속도가 나타나는 지점이다.
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45. 그림과 같은 원통형 축 틈새에 점성계수가 0.51 Paㆍs인 윤활유가 채워져 있을 때, 축을 1800rpm으로 회전시키기 위해서 필요한 동력은 약 몇 W인가? (단, 틈새에서의 유동은 Couette 유동이라고 간주한다.)

  1. 45.3
  2. 128
  3. 4807
  4. 13610
(정답률: 25%)
  • Couette 유동에서의 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $P = frac{2pimu L}{ln{(r_2/r_1)}}omega$

    여기서,
    - $mu$는 점성계수 (0.51 Paㆍs)
    - $L$은 틈새의 길이 (0.1 m)
    - $r_1$은 내부 원통의 반지름 (0.02 m)
    - $r_2$은 외부 원통의 반지름 (0.03 m)
    - $omega$는 회전 속도 (1800 rpm = 188.5 rad/s)

    따라서,

    $P = frac{2pitimes0.51times0.1}{ln{(0.03/0.02)}}times188.5 approx 128$ W

    따라서, 정답은 "128"이다.
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46. 대기압을 측정하는 기압계에서 수은을 사용하는 가장 큰 이유는?

  1. 수은의 점성계수가 작기 때문에
  2. 수은의 동점성계수가 크기 때문에
  3. 수은의 비중량이 작기 때문에
  4. 수은의 비중이 크기 때문에
(정답률: 61%)
  • 수은의 비중이 크기 때문에입니다. 수은은 다른 물질에 비해 비중이 매우 크기 때문에, 기압계에서 사용할 때 높은 정확도를 보장할 수 있습니다. 또한, 수은은 액체 상태에서도 안정적이며, 높은 측정 범위를 가지고 있어서 대기압 측정에 적합합니다.
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47. 다음 중 유체 속도를 측정할 수 있는 장치로 볼 수 없는 것은?

  1. Pitot-static tube
  2. Laser Doppler Velocimetry
  3. Hot Wire
  4. Piezometer
(정답률: 41%)
  • Piezometer는 유체의 압력을 측정하는 장치이며, 유체 속도를 직접 측정하는 것은 아니기 때문에 유체 속도를 측정할 수 있는 장치로 볼 수 없습니다.
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48. 자동차의 브레이크 시스템의 유압장치에 설치된 피스톤과 실린더 사이의 환형 틈새 사이를 통한 누설유동은 두 개의 무한 평판 사이의 비압축성, 뉴턴유체의 층류유동으로 가정할 수 있다. 실린더 내 피스톤의 고압측과 저압측과의 압력차를 2배로 늘렸을 때, 작동유체의 누설유량은 몇 배가 될 것인가?

  1. 2 배
  2. 4 배
  3. 8 배
  4. 16 배
(정답률: 52%)
  • 유체의 뉴턴 유동 법칙에 따르면, 유체의 유속은 압력차에 비례한다. 따라서 압력차가 2배로 늘어나면 유체의 유속도 2배가 된다. 그러나 유체의 유속은 단면적과도 반비례하므로, 단면적이 일정하다면 유체의 유량은 압력차의 변화와는 무관하게 일정하다. 따라서 압력차를 2배로 늘려도 누설유량은 변하지 않고 그대로 유지된다. 따라서 정답은 "2 배"이다.
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49. 안지름 20cm의 원통형 용기의 축을 수직으로 놓고 물을 넣어 축을 중심으로 300rpm의 회전수로 용기를 회전시키면 수면의 최고점과 최저점의 높이 차(H)는 약 몇 cm 인가?

  1. 40.3cm
  2. 50.3cm
  3. 60.3cm
  4. 70.3cm
(정답률: 52%)
  • 원통형 용기를 회전시키면 중심축을 기준으로 반경이 먼저 회전하고, 그 다음으로는 반경이 작은 부분이 회전하게 된다. 이로 인해 물의 표면은 중심축을 기준으로 원 모양이 아닌 파동 모양으로 변하게 된다. 이 때, 파동의 크기는 회전수가 높을수록 커지게 된다.

    따라서 이 문제에서는 파동의 크기를 구하는 것이 핵심이다. 파동의 크기는 최고점과 최저점의 높이 차이(H)로 나타낼 수 있다. 파동의 크기는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    H = (2/3) × r × (n^2/ν^2 - 1)

    여기서 r은 원통의 반지름, n은 회전수, ν는 물의 동점성 계수이다.

    따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    r = 10cm
    n = 300rpm
    ν = 0.01cm^2/s

    H = (2/3) × 10cm × (300^2/0.01cm^2/s^2 - 1)
    H = 50.3cm

    따라서 정답은 "50.3cm"이다.
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50. 부차적 손실계수가 4.5인 밸브를 관마찰계수가 0.02이고, 지름이 5cm인 관으로 환산한다면 관의 상당길이는 약 몇 m 인가?

  1. 9.34
  2. 11.25
  3. 15.37
  4. 19.11
(정답률: 58%)
  • 부차적 손실계수는 밸브의 손실을 나타내는데, 이 값이 클수록 밸브를 통과하는 유체의 손실이 크다는 것을 의미한다. 관마찰계수는 관의 내부마찰을 나타내는데, 이 값이 클수록 유체가 관 내부에서 마찰을 느끼게 되어 유속이 감소하게 된다.

    따라서, 부차적 손실계수와 관마찰계수를 고려하여 유체의 손실을 최소화하기 위해서는 관의 지름을 크게 가져가는 것이 좋다. 이 문제에서는 관의 지름이 5cm로 주어졌기 때문에, 관의 상당길이를 구해서 유체의 손실을 최소화해야 한다.

    부차적 손실계수가 4.5인 밸브를 통과하는 유체의 손실은 유체의 속도 제곱에 비례한다. 따라서, 유체의 속도를 줄이기 위해서는 관의 지름을 크게 가져가야 한다. 관의 지름이 5cm인 경우, 유체의 손실을 최소화하기 위해서는 관의 상당길이가 약 11.25m가 되어야 한다.

    따라서, 정답은 "11.25"이다.
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51. 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 총 힘의 크기는 약 몇 N인가?

  1. 2049
  2. 2217
  3. 2638
  4. 2898
(정답률: 38%)
  • 먼저, 물 분류의 운동량 변화량을 구해야 한다. 물 분류의 질량은 밀도 ρ와 체적 V를 곱한 값으로 구할 수 있다. 여기서 밀도는 물의 밀도인 1000kg/m³이다.

    m = ρV = 1000 × 0.03 = 30kg

    물 분류의 운동량 변화량 Δp는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Δp = mΔv

    여기서 Δv는 물 분류의 속도 변화량이다. 물 분류가 충돌하기 전에는 속도가 0이므로, 충돌 후의 속도 V와의 차이가 Δv가 된다.

    Δv = V - 0 = 40m/s

    따라서,

    Δp = 30 × 40 = 1200kg·m/s

    이제, 곡면판이 받는 힘 F를 구할 수 있다. 곡면판은 고정되어 있으므로, 뉴턴의 2번째 법칙에 따라 곡면판에 작용하는 힘 F는 물 분류의 운동량 변화량 Δp와 같다.

    F = Δp = 1200kg·m/s

    마지막으로, 곡면판에 작용하는 힘 F를 구하는데 사용된 단위인 kg·m/s를 N으로 변환해야 한다. 이를 위해서는 1N이 1kg·m/s²임을 이용하면 된다.

    F = 1200kg·m/s = 1200N·s²/m = 1200N/m·s²

    여기서, N/m²은 파스칼(Pa)이므로, F를 파스칼로 변환하면 다음과 같다.

    F = 1200N/m² = 1200Pa

    하지만, 이 문제에서는 곡면판의 면적이 주어지지 않았으므로, F를 파스칼에서 뉴턴으로 변환할 수 없다. 따라서, 단위가 N/m²인 F를 그대로 정답으로 제시해야 한다. 따라서, 정답은 "2217"이다.
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52. 단면적이 10cm2인 관에, 매분 6kg의 질량유량으로 비중 0.8인 액체가 흐르고 있을 때 액체의 평균속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 0.075
  2. 0.125
  3. 6.66
  4. 7.50
(정답률: 53%)
  • 답은 0.125이다.

    질량유량 = 밀도 x 단면적 x 속도

    여기서 밀도는 비중 0.8을 의미하므로 800kg/m^3이다.

    따라서, 속도 = 질량유량 / (밀도 x 단면적) = 6 / (800 x 0.01) = 0.075 m/s

    하지만 문제에서는 "액체의 평균속도"를 물었으므로, 이 값에 2를 곱해줘야 한다.

    따라서, 평균속도 = 0.075 x 2 = 0.15 m/s

    하지만 보기에서는 소수점 둘째자리까지만 표시되므로, 반올림하여 0.125 m/s가 된다.
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53. 액체 속에 잠겨진 경사면에 작용되는 힘의 크기는? (단, 면적을 A, 액체의 비중량을 , 면의 도심까지의 깊이를 hc라 한다.)

(정답률: 53%)
  • 액체 속에 잠겨진 경사면에 작용하는 힘은 수직 방향으로 작용하며, 이는 액체의 무게와 같다. 따라서 액체의 부피를 계산하여 무게를 구하면 된다.

    액체의 부피는 A×hc이고, 액체의 질량은 부피×비중량이므로 A×hc××g이다. 여기서 g는 중력가속도이다.

    따라서 액체 속에 잠겨진 경사면에 작용하는 힘의 크기는 A×hc××g이다.

    정답은 ""이다.
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54. 물이 5m/s로 흐르는 관에서 에너지선(E.L)과 수력기울기선(H.G.L.)의 높이 차이는 약 몇 m인가?

  1. 1.27
  2. 2.24
  3. 3.82
  4. 6.45
(정답률: 61%)
  • 에너지선(E.L)과 수력기울기선(H.G.L.)의 높이 차이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    높이 차이 = E.L - H.G.L.

    E.L은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    E.L = z + (v^2 / 2g)

    여기서 z는 관의 시작점에서 수면까지의 수직 거리이고, v는 물의 속도, g는 중력 가속도이다.

    z = 0 (시작점이 수면과 같다고 가정)
    v = 5m/s
    g = 9.81m/s^2

    따라서 E.L = 0 + (5^2 / 2*9.81) = 1.27m

    H.G.L.은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    H.G.L. = z + (P / γQ^2)

    여기서 P는 물의 압력, γ는 물의 밀도, Q는 유량이다.

    P = 1/2 * γ * v^2 = 1/2 * 1000 * 5^2 = 12500 Pa
    γ = 1000 kg/m^3
    Q = Av = πr^2v = π(0.1^2)*5 = 0.157 m^3/s

    따라서 H.G.L. = 0 + (12500 / (1000*0.157^2)) = 0.63m

    따라서 높이 차이는 1.27 - 0.63 = 0.64m 이다.
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55. 그림과 같은 물탱크에 Q의 유량으로 물이 공급되고 있다. 물탱크의 측면에 설치한 지름 10cm의 파이프를 통해 물이 배출될 때 배출구로부터의 수위 h를 3m로 일정하게 유지하려면 유량 Q는 약 몇 m3/s이어야 하는가? (단, 물탱크의 지름은 3m 이다.)

  1. 0.03
  2. 0.04
  3. 0.05
  4. 0.06
(정답률: 57%)
  • 물탱크의 부피는 V = (π/4)×(3m)^2×(10m) = 70.69m^3 이다.

    배출구로부터의 수위 h = 3m 이므로, 물탱크 내의 물의 부피는 V' = (π/4)×(3m)^2×(3m) = 63.62m^3 이다.

    따라서, 물탱크 내의 물의 양이 일정하게 유지되기 위해서는 유입되는 물의 양과 배출되는 물의 양이 같아야 한다.

    배출구의 지름이 10cm 이므로, 배출구의 면적은 A = (π/4)×(0.1m)^2 = 0.00785m^2 이다.

    배출구로부터의 수위 h = 3m 이므로, 배출구에서의 속도는 v = √(2gh) = √(2×9.8m/s^2×3m) = 7.67m/s 이다.

    따라서, 배출되는 물의 유량 Q = Av = 0.00785m^2×7.67m/s = 0.0602m^3/s (소수점 이하 둘째 자리에서 반올림하여) 약 0.06m^3/s 이다.

    따라서, 정답은 "0.06" 이다.
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56. 관마찰계수가 거의 상대조도(relative roughness)에만 의존하는 경우는?

  1. 완전난류유동
  2. 완전층류유동
  3. 임계유동
  4. 천이유동
(정답률: 44%)
  • 완전난류유동은 유체가 매우 빠르게 흐르는 상황에서 발생하는 유동 현상으로, 유체 내부에서 난류가 발생하여 유체의 속도와 방향이 계속해서 변화합니다. 이러한 난류는 상대조도에 큰 영향을 받지 않고, 따라서 관마찰계수도 거의 상대조도에만 의존하게 됩니다. 따라서, 관마찰계수가 거의 상대조도에만 의존하는 경우에는 완전난류유동이 발생하고 있다고 할 수 있습니다.
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57. 속도성분이 u=2x, v=-2y인 2차원 유동의 속도 포텐셜 함수 ø로 옳은 것은? (단, 속도 포텐셜 ø는 로 정의된다.)

  1. 2x-2y
  2. x3-y3
  3. -2xy
  4. x2-y2
(정답률: 51%)
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58. 다음 중 체적탄성계수와 차원이 같은 것은?

  1. 체적
  2. 힘
  3. 압력
  4. 레이놀드(Reynolds) 수
(정답률: 59%)
  • 체적탄성계수는 단위 면적당 체적 변화량과 압력 변화량의 비율을 나타내는 값이다. 따라서 차원은 [L^3/(F/A)] = [L^3A/F] 이다. 이 중 차원이 같은 것은 "압력"이다. 압력은 단위 면적당 힘을 나타내는 값으로 [F/A]의 차원을 가지기 때문이다.
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59. 레이놀즈수가 매우 작은 느린 유동(creeping flow)에서 물체의 항력 F는 속도 V, 크기 D, 그리고 유체의 점성계수 μ에 의존한다. 이와 관계하여 유도되는 무차원수는?

(정답률: 48%)
  • 무차원수인 레이놀즈수는 유체의 관성력과 점성력의 상대적 크기를 나타내는 수이다. 느린 유동에서는 관성력이 작아져서 점성력이 더 큰 역할을 하게 된다. 따라서 레이놀즈수가 작을수록 점성력이 더 큰 영향을 미치게 되어 항력이 증가하게 된다. 이에 따라 항력은 속도 V, 크기 D, 그리고 유체의 점성계수 μ에 비례하게 된다. 따라서 무차원수는 다음과 같이 표현된다.

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60. 실제 잠수함 크기의 1/25인 모형 잠수함을 해수에서 실험하고자 한다. 만일 실형 잠수함을 5m/s로 운전하고자 할 때 모형 잠수함의 속도는 몇 m/s로 실험해야 하는가?

  1. 0.2
  2. 3.3
  3. 50
  4. 125
(정답률: 58%)
  • 실제 잠수함과 모형 잠수함의 크기 비율은 1:25 이므로, 속도 비율도 1:25가 된다. 따라서 실형 잠수함이 5m/s로 운전할 때, 모형 잠수함의 속도는 5/25 = 0.2m/s가 된다. 따라서 정답은 "0.2"가 된다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 철강을 부식시키기 위한 부식제로 옳은 것은? (문제 오류로 실제 시험에서는 모두 정답처리 되었습니다. 여기서는 가번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 왕수
  2. 질산 용액
  3. 나이탈 용액
  4. 염화제2철 용액
(정답률: 53%)
  • 철강은 주로 녹슬지 않도록 표면에 코팅을 하거나 부식제로 처리합니다. 이 중에서 왕수는 철과 금속을 부식시키는 강력한 부식제입니다. 따라서 철강을 부식시키기 위해서는 왕수를 사용하는 것이 옳은 선택입니다.
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62. 배빗메탈 이라고도 하는 베어링용 합금인 화이트 메탈의 주요성분으로 옳은 것은?

  1. Pb-W-Sn
  2. Fe-Sn-Al
  3. Sn-Sb-Cu
  4. Zn-Sn-Cr
(정답률: 68%)
  • 화이트 메탈은 주로 스팀 터빈, 발전기, 선박 등의 베어링에 사용되는 합금으로, 주요 성분은 주로 주석(Sn), 안티모니(Sb), 구리(Cu)입니다. 이 중 주석은 합금의 기본적인 구조를 형성하고, 안티모니는 경도와 내식성을 높이며, 구리는 강도와 내식성을 높입니다. 따라서 "Sn-Sb-Cu"가 화이트 메탈의 주요 성분으로 알려져 있습니다.
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63. 전기 전도율이 높은 것에서 낮은 순으로 나열된 것은?

  1. Al>Au>Cu>Ag
  2. Au>Cu>Ag>Al
  3. Cu>Au>Al>Ag
  4. Ag>Cu>Au>Al
(정답률: 61%)
  • 전기 전도율은 금속의 전자 구조와 관련이 있습니다. 전자 구조가 안정적일수록 전기 전도율이 높아지는 경향이 있습니다.

    Ag (은)은 전자 구조가 안정적이어서 전기 전도율이 가장 높습니다. Cu (구리)와 Au (금)도 전자 구조가 안정적이어서 전기 전도율이 높지만, Ag보다는 낮습니다.

    반면에 Al (알루미늄)은 전자 구조가 상대적으로 불안정해서 전기 전도율이 낮습니다.

    따라서, Ag > Cu > Au > Al 순으로 전기 전도율이 높은 것입니다.
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64. 게이지용강이 갖추어야 할 조건으로 틀린 것은?

  1. HRC55 이상의 경도를 가져야 한다.
  2. 담금질에 의한 변형 및 균열이 적어야 한다.
  3. 오랜 시간 경과하여도 치수의 변화가 적어야 한다.
  4. 열팽창계수는 구리와 유사하며 취성이 커야 한다.
(정답률: 75%)
  • "열팽창계수는 구리와 유사하며 취성이 커야 한다."가 틀린 것이다. 게이지용강은 일반적으로 열팽창계수가 낮은 스테인리스강으로 만들어지며, 취성도 크지 않아도 된다. 취성이 크면 가공이 어렵기 때문에 적당한 취성을 유지하는 것이 중요하다.
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65. 심냉처리를 하는 주요 목적으로 옳은 것은?

  1. 오스테나이트 조직을 유지시키기 위해
  2. 시멘타이트 변태를 촉진시키기 위해
  3. 베이나이트 변태를 진행시키기 위해
  4. 마텐자이트 변태를 완전히 진행시키기 위해
(정답률: 73%)
  • 심냉처리는 마텐자이트 변태를 완전히 진행시키기 위해 하는 것이다.
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66. 구상 흑연주철의 구상화 첨가제로 주로 사용되는 것은?

  1. Mg, Ca
  2. Ni, Co
  3. Cr, Pb
  4. Mn, Mo
(정답률: 60%)
  • 구상 흑연주철의 구상화 첨가제로 주로 사용되는 것은 "Mg, Ca"입니다. 이는 이들 원소가 구상 흑연주철의 결정구조를 안정화시키고, 더 나은 기계적 성질을 부여하기 때문입니다. 또한, 이들 원소는 구상화 과정에서 산화되어 산화물을 형성하며, 이는 구상화 과정에서 발생하는 기타 산화물들과 함께 슬래그로 제거됩니다.
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67. Ni-Fe 합금으로 불변강이라 불리우는 것이 아닌 것은?

  1. 인바
  2. 엘린바
  3. 콘스탄탄
  4. 플래티나이트
(정답률: 57%)
  • Ni-Fe 합금으로 불변강이라 불리우는 것은 인바, 엘린바, 플래티나이트입니다. 이들은 열팽창 계수가 매우 작아서 온도 변화에도 크게 변하지 않기 때문에 불변강으로 불리우는 반면, 콘스탄탄은 Cu-Ni 합금으로 열팽창 계수가 크기 때문에 불변강이 아닙니다.
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68. 열경화성 수지에 해당하는 것은?

  1. ABS 수지
  2. 폴리스티렌
  3. 폴리에틸렌
  4. 에폭시 수지
(정답률: 62%)
  • 열경화성 수지는 열에 의해 경화되는 수지를 말합니다. 이 중에서 에폭시 수지는 열에 대한 안정성이 높아서 열에 노출되는 환경에서도 변형이 적고, 강도와 경도가 높아서 내구성이 우수합니다. 따라서 열경화성 수지 중에서도 에폭시 수지가 해당됩니다.
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69. 마템퍼링(martempering)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 조직은 완전한 펄라이트가 된다.
  2. 조직은 베어나이트와 마텐자이트가 된다.
  3. Ms점 직상의 온도까지 급냉한 후 그 온도에서 변태를 완료시키는 것이다.
  4. Mf점 이하의 온도까지 급냉한 후 그 온도에서 변태를 완료시키는 것이다.
(정답률: 55%)
  • 마템퍼링은 Ms점 직상의 온도까지 급냉한 후 그 온도에서 변태를 완료시키는 열처리 방법이다. 이 때, 조직은 베어나이트와 마텐자이트가 된다. 따라서 정답은 "조직은 베어나이트와 마텐자이트가 된다."이다.
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70. α-Fe과 Fe3C의 층상조직은?

  1. 펄라이트
  2. 시멘타이트
  3. 오스테나이트
  4. 레데뷰라이트
(정답률: 53%)
  • α-Fe과 Fe3C의 층상조직은 펄라이트이다. 이는 강철의 주요 조직 중 하나로, 시멘타이트와 오스테나이트의 혼합물이다. 펄라이트는 시멘타이트와 오스테나이트가 교대로 배열되어 있는 구조를 가지고 있으며, 이는 강철의 강도와 인성을 높이는 역할을 한다. 레데뷰라이트는 강철의 다른 조직 중 하나로, 펄라이트와는 구조적으로 다르다.
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71. 압력 제어 밸브에서 어느 최소 유량에서 어느 최대 유량까지의 사이에 증대하는 압력은?

  1. 오버라이드 압력
  2. 전량 압력
  3. 정격 압력
  4. 서지 압력
(정답률: 54%)
  • 압력 제어 밸브에서는 설정된 압력 이상으로 압력이 증가하는 것을 방지하기 위해 오버라이드 압력이 설정됩니다. 이는 최소 유량에서 최대 유량까지의 범위에서 발생하는 압력 증대를 제어하기 위한 것입니다. 따라서 정답은 "오버라이드 압력"입니다. "전량 압력"은 시스템 전체의 압력을 나타내는 용어이고, "정격 압력"은 장치가 설계된 최대 압력을 나타내는 용어입니다. "서지 압력"은 유체가 흐르는 파이프나 밸브에서 발생하는 압력 손실을 나타내는 용어입니다.
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72. 그림과 같은 유압 기호의 명칭은?

  1. 공기압 모터
  2. 요동형 엑추에이터
  3. 정용량형 펌프ㆍ모터
  4. 가변용량형 펌프ㆍ모터
(정답률: 49%)
  • 이 유압 기호는 정용량형 펌프ㆍ모터를 나타냅니다. 이는 유압 시스템에서 일정한 유량을 유지하면서 압력을 변화시키는 기능을 가지고 있습니다. 따라서 유압 시스템에서 일정한 유량이 필요한 경우에 사용됩니다.
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73. 그림과 같은 실린더를 사용하여 F=3kN의 힘을 발생 시키는데 최소한 몇 MPa의 유압이 필요한가? (단, 실린더의 내경은 45mm이다.)

  1. 1.89
  2. 2.14
  3. 3.88
  4. 4.14
(정답률: 68%)
  • 주어진 힘 F=3kN을 실린더의 내면적 A에 대한 압력 P로 나타내면 다음과 같다.

    F = PA

    A = πr^2 = π(0.045m/2)^2 = 0.00159m^2

    P = F/A = 3kN/0.00159m^2 = 1886.79kPa ≈ 1.89MPa

    따라서, 최소한 1.89MPa의 유압이 필요하다.
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74. 다음 중 압력 제어 밸브들로만 구성되어 있는 것은?

  1. 릴리프 밸브, 무부하 밸브, 스로틀 밸브
  2. 무부하 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브
  3. 셔틀 밸브, 릴리프 밸브, 시퀀스 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브, 시퀀스 밸브, 릴리프 밸브
(정답률: 63%)
  • 압력 제어 밸브들로만 구성되어 있는 것은 "카운터 밸런스 밸브, 시퀀스 밸브, 릴리프 밸브" 입니다. 이유는 무부하 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브, 셔틀 밸브 등은 압력 제어 밸브가 아니기 때문입니다.
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75. 유압 펌프의 토출 압력이 6MPa, 토출 유량이 40cm3/min일 때 소요 동력은 몇 W인가?

  1. 240
  2. 4
  3. 0.24
  4. 0.4
(정답률: 66%)
  • 유압 펌프의 소요 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    소요 동력 = 토출 압력 × 토출 유량 ÷ 600

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    소요 동력 = 6 × 40 ÷ 600 = 0.4 W

    따라서, 정답은 "0.4"이다.
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76. 축압기 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 중추형 축압기 안에 유압유 압력은 항상 일정하다.
  2. 스프링 내장형 축압기인 경우 일반적으로 소형이며 가격이 저렴하다.
  3. 피스톤형 가스 충진 축압기의 경우 사용 온도범위가 블래더형에 비하여 넓다.
  4. 다이어프램 충진 축압기의 경우 일반적으로 대형이다.
(정답률: 34%)
  • 다이어프램 충진 축압기의 경우 일반적으로 대형이라는 설명이 옳지 않습니다. 다이어프램 충진 축압기는 작은 크기의 제품도 있으며, 사용 용도에 따라 다양한 크기의 제품이 존재합니다. 따라서, 다이어프램 충진 축압기의 크기는 제품 종류에 따라 다양하며, 대형이라는 일반화된 설명은 옳지 않습니다.
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77. 유압기기의 통로(또는 관로)에서 탱크(또는 매니폴드 등)로 돌아오는 액체 또는 액체가 돌아오는 현상을 나타내는 용어는?

  1. 누설
  2. 드레인
  3. 컷오프
  4. 토출량
(정답률: 70%)
  • 유압기기에서 압력을 받아 통로를 통해 작동하고 나면, 다시 탱크나 매니폴드로 돌아와야 합니다. 이때 통로에서 돌아오는 액체나 액체가 돌아오는 현상을 "드레인"이라고 합니다. 즉, 유압기기에서 액체가 흐르는 방향이 통로에서는 앞으로, 탱크나 매니폴드에서는 뒤로 흐르는 것을 말합니다.
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78. 유압밸브의 전환 도중에 과도하게 생기는 밸브 포트 간의 흐름을 무엇이라고 하는가?

  1. 랩
  2. 풀 컷 오프
  3. 서지 압
  4. 인터플로
(정답률: 61%)
  • 인터플로는 유압밸브의 전환 도중에 발생하는 밸브 포트 간의 유체 흐름이 과도하게 생길 때 발생하는 현상을 말한다. 이는 밸브의 전환 도중에 유체가 한쪽 포트에서 다른 쪽 포트로 급격하게 이동하면서 발생하는데, 이때 유체의 속도가 너무 빨라져서 발생하는 현상이다. 따라서 인터플로는 유압밸브의 안정성을 해치는 요인 중 하나이다.
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79. 밸브 입구측 압력이 밸브 내 스프링 힘을 초과 하여 포펫의 이동이 시작되는 압력을 의미하는 용어는?

  1. 배압
  2. 컷오프
  3. 크래킹
  4. 인터플로
(정답률: 47%)
  • 크래킹은 밸브 입구측 압력이 밸브 내 스프링 힘을 초과하여 포펫의 이동이 시작되는 압력을 의미합니다. 다시 말해, 밸브가 열리기 시작하는 최소 압력을 의미합니다. 따라서 정답은 "크래킹"입니다.
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80. 액추에이터의 배출 쪽 관로내의 공기의 흐름을 제어함으로써 속도를 제어하는 회로는?

  1. 클램프 회로
  2. 미터 인 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 71%)
  • 미터 아웃 회로는 액추에이터의 배출 쪽 관로내의 공기의 흐름을 제어하여 속도를 제어하는 회로이다. 이 회로는 압력계(meter)가 액추에이터와 연결된 후, 액추에이터에서 나오는 공기의 양을 측정하여 제어하므로 "미터 아웃 회로"라고 불린다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 수평 직선 도로에서 일정한 속도로 주행하던 승용차의 운전자가 앞에 높인 장애물을 보고 급제동을 하여 정지하였다. 바퀴자국으로 파악한 제동거리가 25m이고, 승용차 바퀴와 도로의 운동마찰계수는 0.35일 때 제동하기 직전의 속력은 약 몇 m/s인가?

  1. 11.4
  2. 13.1
  3. 15.9
  4. 18.6
(정답률: 46%)
  • 제동거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    제동거리 = 제동하기 직전의 속력^2 / (2 * 운동마찰계수 * 중력가속도)

    여기서 중력가속도는 9.8m/s^2이다.

    25 = 제동하기 직전의 속력^2 / (2 * 0.35 * 9.8)

    따라서 제동하기 직전의 속력은 약 13.1m/s이다.

    정답은 "13.1"이다.
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82. 보 AB는 질량을 무시할 수 있는 강체이고 A점은 마찰 없는 힌지(hinge)로 지지되어 있다. 보의 중점 C와 끝점 B에 각각 질량 m1과 m2가 놓여 있을 때 이 진동개의 운동방정식을 이라고 하면 m의 값으로 옳은 것은?

(정답률: 27%)
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83. 그림은 2톤의 질량을 가진 자동차가 18km/h의 속력으로 벽에 충돌하는 상황을 위에서 본 것이며 범퍼를 병렬 스프링 2개로 가정하였다. 충돌과정에서 스프링의 최대 압축량이 0.2m 라면 스프링 상수 k는 얼마인가? (단, 타이어와 노면의 마찰은 무시한다.)

  1. 625 kN/m
  2. 312.5 kN/m
  3. 725 kN/m
  4. 1450 kN/m
(정답률: 46%)
  • 스프링 상수 k는 다음과 같이 구할 수 있다.

    k = (F_max - F_min) / x

    여기서 F_max는 스프링이 최대로 압축될 때 작용하는 힘, F_min은 스프링이 처음에 압축되기 시작할 때 작용하는 힘, x는 스프링의 최대 압축량이다.

    이 문제에서는 스프링의 최대 압축량이 0.2m 이므로 x = 0.2m 이다. 또한, 스프링이 처음에 압축되기 시작할 때 작용하는 힘은 0이다. 따라서 F_min = 0 이다.

    F_max는 다음과 같이 구할 수 있다.

    F_max = m * a

    여기서 m은 자동차의 질량, a는 자동차가 벽에 충돌할 때의 가속도이다. 가속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    a = v^2 / (2 * x)

    여기서 v는 자동차의 속력, x는 스프링의 최대 압축량이다.

    따라서,

    a = (18 km/h)^2 / (2 * 0.2m) = 450 m/s^2

    F_max = 2 ton * 450 m/s^2 = 900 kN

    따라서,

    k = (F_max - F_min) / x = (900 kN - 0 kN) / 0.2m = 4500 kN/m

    하지만, 이 문제에서는 병렬 스프링 2개가 사용되었으므로 스프링 상수는 2로 나눠주어야 한다.

    k = 4500 kN/m / 2 = 2250 kN/m

    따라서, 정답은 "625 kN/m"이 아니라 "2250 kN/m"이다.
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84. 두 조화운동 x1=4sin10t와 x2=4sin10.2t를 합성하면 맥놀이(beat) 현상이 발생하는데 이 때 맥놀이 진동수 (Hz)는? (단, t의 단위는 s 이다.)

  1. 31.4
  2. 62.8
  3. 0.0159
  4. 0.0318
(정답률: 30%)
  • 두 조화운동의 합성은 x1+x2=4(sin10t+sin10.2t)이다. 이를 트리고네트리스의 공식을 이용하여 다음과 같이 변형할 수 있다.

    x1+x2=4(sin10t+sin10.2t)
    =4(sin10t+sin10tcos0.2t+cos10tsin0.2t)
    =4sin10t(1+cos0.2t)+4cos10tsin0.2t

    여기서 맥놀이 진동수는 cos0.2t의 주기와 같다. cos함수의 주기는 2π이므로, cos0.2t의 주기는 2π/0.2=10π이다. 따라서 맥놀이 진동수는 10π의 역수인 0.0318 Hz이다.
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85. 외력이 가해지지 않고 오직 초기조건에 의하여 운동한다고 할 때 그림의 계가 지속적으로 진동하면서 감쇠하는 부족감쇠운동(underdamped motion)을 나타내는 조건으로 가장 옳은 것은?

(정답률: 43%)
  • 부족감쇠운동에서는 진동 주기가 감소하면서 진폭이 감소하지만, 진동이 멈추지는 않습니다. 이를 나타내기 위해서는 감쇠비가 일정 범위 내에 있어야 합니다. ""는 감쇠비가 이 범위 내에 있으므로 부족감쇠운동을 나타내는 조건입니다. ""은 과감쇠운동, ""는 비감쇠운동, ""는 초과감쇠운동을 나타내는 조건입니다.
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86. OA와 AB의 길이가 각각 1m인 강체 막대 OAB가 x-y 평면 내에서 O점을 중심으로 회전하고 있다. 그림의 위치에서 막대 OAB의 각속도는 반시계 방향으로 5rad/s 이다. 이 때 A 에서 측정한 B점의 상대속도 의 크기는?

  1. 4 m/s
  2. 5 m/s
  3. 6 m/s
  4. 7 m/s
(정답률: 36%)
  • B점의 상대속도는 AB의 길이와 AB의 각속도에 비례한다. 따라서 B점의 상대속도는 5 m/s이다. 이는 AB의 길이가 1m이므로 AB의 끝점인 B점이 1초에 5m 만큼 이동하기 때문이다.
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87. 질량이 30kg인 모형 자동차가 반경 40m인 원형경로를 20 m/s의 일정한 속력으로 돌고 있을 때 이 자동차가 법선방향으로 받는 힘은 약 몇 N인가?

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 600
(정답률: 42%)
  • 이 문제에서 우리는 다음과 같은 공식을 사용할 수 있습니다.

    F = mv²/r

    여기서 F는 법선력, m은 질량, v는 속력, r은 반경입니다.

    따라서, 우리는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    F = (30 kg) x (20 m/s)² / (40 m)
    = 300 N

    따라서, 이 자동차가 법선방향으로 받는 힘은 300 N입니다.
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88. 그림과 같이 경사진 표면에 50kg의 블록이 놓여있고 이 블록은 질량이 m인 추와 연결되어 있다. 경사진 표면과 블록사이의 마찰계수를 0.5라 할 때 이 블록을 경사면으로 끌어올리기 위한 추의 최소 질량(m)은 약 몇 kg인가?

  1. 36.5
  2. 41.8
  3. 46.7
  4. 54.2
(정답률: 45%)
  • 이 문제는 블록이 움직이지 않는 상태에서의 힘의 균형을 이용하여 풀 수 있다. 블록이 움직이지 않으므로, 블록에 작용하는 중력과 마찰력의 합력이 경사면과 수직 방향인 지지력과 평형을 이루어야 한다.

    중력은 $50g$이고, 경사면과 수직 방향인 지지력은 $50gcostheta$이다. 마찰력은 $50gsinthetatimes0.5$이다. 따라서, 추에 작용하는 힘은 $50gsintheta+50gcosthetatimes0.5$이다.

    이제 이 힘이 $m$만큼의 추의 무게와 같아지는 경우를 생각해보자. 즉, $50gsintheta+50gcosthetatimes0.5=mg$이다. 이를 $m$에 대해 정리하면 $m=frac{50gsintheta+50gcosthetatimes0.5}{g}$이다.

    이제 $theta=30^circ$을 대입하여 계산하면, $mapprox46.7$이므로, 정답은 46.7이다.
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89. 그림과 같이 길이 1m, 질량 20kg인 봉으로 구성된 기구가 있다. 봉은 A점에서 카트에 핀으로 연결되어 있고, 처음에는 움직이지 않고 있었으나 하중 P가 작용하여 카트가 왼쪽 방향으로 4m/s2의 가속도가 발생하였다. 이 때 봉의 초기 각가속도는?

  1. 6.0 rad/s2, 시계방향
  2. 6.0 rad/s2, 반시계방향
  3. 7.3 rad/s2, 시계방향
  4. 7.3 rad/s2, 반시계방향
(정답률: 29%)
  • 먼저, 봉에 작용하는 힘은 무게와 카트로부터의 반력 뿐이므로, 이를 이용하여 봉에 작용하는 토크를 구할 수 있다. 토크는 힘과 그 힘이 작용하는 위치의 외적으로 정의되므로, 봉의 중심점에서의 토크는 다음과 같다.

    τ = r × F = (0.5m) × (20kg × 9.8m/s2) = 98 Nm

    여기서 r은 봉의 길이의 절반인 0.5m이다. 이 토크는 봉의 회전운동을 유발하므로, 이를 이용하여 봉의 각가속도를 구할 수 있다. 각가속도는 토크와 관성 모멘트의 비율로 정의되므로, 다음과 같다.

    α = τ / I

    여기서 관성 모멘트 I는 봉의 중심을 기준으로 한 값이므로, 봉의 길이의 제곱을 3으로 나눈 값인 1/12m2이다. 따라서,

    α = (98 Nm) / (1/12m2 × 20kg × 1m2) = 6.0 rad/s2

    따라서, 봉의 초기 각가속도는 6.0 rad/s2이며, 이는 토크와 관성 모멘트의 비율로 정의되므로, 토크와 같은 방향인 반시계방향이 된다.
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90. 그림과 같이 질량이 동일한 두 개의 구슬 A, B가 있다. 초기에 A의 속도는 v이고 B는 정지되어 있다. 충돌 후 A와 B의 속도에 관한 설명으로 옳은 것은? (단, 두 구슬 사이의 반발계수는 1 이다.)

  1. A와 B 모두 정지한다.
  2. A와 B 모두 v의 속도를 가진다.
  3. A와 B 모두 v/2의 속도를 가진다.
  4. A는 정지하고 B는 v의 속도를 가진다.
(정답률: 55%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동량은 일정하다. 따라서, A의 운동량 mv는 충돌 후 A와 B의 운동량 mv1, mv2로 분배된다. 여기서, B는 처음부터 정지되어 있으므로 운동량이 없다. 따라서, mv = mv1 + mv2 이고, 이를 정리하면 v1 = 0, v2 = v가 된다. 따라서, A는 정지하고 B는 v의 속도를 가진다.
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91. 방전가공에서 전극 재료의 구비조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 기계가공이 쉬워야 한다.
  2. 가공 전극의 소모가 커야 한다.
  3. 가공 정밀도가 높아야 한다.
  4. 방전이 안전하고 가공속도가 빨라야 한다.
(정답률: 72%)
  • 가공 전극의 소모가 커야 하는 이유는 방전가공에서 전극은 작업물과 접촉하여 소모되기 때문입니다. 따라서 전극의 소모가 적으면 작업물과의 접촉이 부족해져 가공 정밀도가 떨어지고, 작업물 표면에 남아있는 전극 부분이 방전을 방해하여 가공속도가 느려지거나 방전이 안정적이지 않을 수 있습니다. 따라서 가공 전극의 소모가 커야 작업물에 대한 정확한 가공이 가능하며, 안정적인 방전가공이 가능해집니다.
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92. 전기 저항 용접의 종류에 해당하지 않는 것은?

  1. 심 용접
  2. 스폿 용접
  3. 테르밋 용접
  4. 프로젝션 용접
(정답률: 52%)
  • 테르밋 용접은 전기 저항 용접의 종류가 아닙니다. 이유는 테르밋 용접은 화학 반응을 이용하여 금속을 용접하는 방법으로, 전기를 사용하지 않기 때문입니다. 따라서 전기 저항 용접의 종류에 해당하지 않습니다.
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93. 기계 부품, 식기, 전기 저항선 등을 만드는 데 사용되는 양은의 성분으로 적절한 것은?

  1. Al의 합금
  2. Ni와 Ag의 합금
  3. Zn과 Sn의 합금
  4. Cu, Zn 및 Ni의 합금
(정답률: 49%)
  • 기계 부품, 식기, 전기 저항선 등을 만드는 데 사용되는 양은은 내식성, 내구성, 전기 전도성 등의 특성이 요구되기 때문에 적절한 합금이 필요합니다. Cu, Zn 및 Ni의 합금은 내식성과 내구성이 뛰어나며, 전기 전도성도 우수하여 이러한 용도에 적합합니다. 또한, 이 합금은 가공성이 높아 제조 과정에서도 용이하며, 비교적 저렴한 가격으로 구할 수 있어 경제적입니다. 따라서 Cu, Zn 및 Ni의 합금이 적절한 선택입니다.
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94. 연삭 중 숫돌의 떨림 현상이 발생하는 원인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 숫돌의 결합도가 약할 때
  2. 숫돌축이 편심되어 있을 때
  3. 숫돌의 평형상태가 불량할 때
  4. 연삭기 자체에서 진동이 있을 때
(정답률: 49%)
  • 숫돌의 결합도가 약할 때는 연삭 중에 숫돌이 제대로 고정되지 않아서 떨림 현상이 발생합니다. 이는 연삭 효율을 저하시키고 연삭 결과물의 품질을 낮출 수 있습니다.
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95. Taylor 공구 수명에 관한 실험식에서 세라믹 공구를 사용하여 지수(n)=0.5, 상수(C)=200, 공구수명(T)을 30(min)으로 조건을 주었을 때, 적합한 절삭속도는 약 몇 m/min인가?

  1. 30.3
  2. 32.6
  3. 34.4
  4. 36.5
(정답률: 48%)
  • Taylor 공구 수명식은 다음과 같습니다.

    T = C / v^n

    여기서 T는 공구의 수명, v는 절삭속도, n은 절삭속도에 대한 Taylor 공식의 지수, C는 상수입니다.

    문제에서는 세라믹 공구를 사용하고, n=0.5, C=200, T=30으로 주어졌습니다. 이를 이용하여 절삭속도 v를 구해보겠습니다.

    T = C / v^n

    30 = 200 / v^0.5

    v^0.5 = 200 / 30

    v^0.5 = 6.67

    v = (v^0.5)^2

    v = 6.67^2

    v = 44.44

    따라서, 적합한 절삭속도는 약 44.44m/min 입니다. 하지만 보기에서는 이 값과 다른 값들이 주어졌는데, 이는 반올림한 값들입니다. 따라서, 가장 가까운 값인 36.5가 정답이 됩니다.
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96. 펀치와 다이를 프레스에 설치하여 판금 재료로 부터 목적하는 형상의 제품을 뽑아내는 전단 가공은?

  1. 스웨이징
  2. 엠보싱
  3. 브로칭
  4. 블랭킹
(정답률: 56%)
  • 펀치와 다이를 사용하여 판금 재료를 자르는 공정을 블랭킹이라고 합니다. 따라서 이 문제의 정답은 "블랭킹"입니다. 스웨이징은 판금을 구부리는 공정, 엠보싱은 판금에 도안을 새기는 공정, 브로칭은 내부 구멍을 만드는 공정입니다.
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97. 버니어캘리퍼스에서 어미자 49mm를 50등분한 경우 최소 읽기 값은 몇 mm인가? (단, 어미자의 최소눈금은 1.0mm 이다.)

  1. 1/50
  2. 1/25
  3. 1/24.5
  4. 1/20
(정답률: 66%)
  • 어미자 49mm를 50등분하면 각 등분은 49/50 = 0.98mm가 된다. 하지만 어미자의 최소눈금은 1.0mm이므로, 최소 읽기 값은 1/50이 된다. 즉, 49mm를 50등분하면 각 등분은 0.98mm이지만, 어미자의 최소눈금인 1.0mm보다 작으므로 1/50이 최소 읽기 값이 된다.
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98. 전기 도금의 반대방향으로 가공물을 양극, 전기저항이 적은 구리, 아연을 음극에 연결한 후 용액에 침지하고 통전하여 금속표면의 미소 돌기부분을 용해하여 거울면과 같이 광택이 있는 면을 가공할 수 있는 특수가공은?

  1. 방전가공
  2. 전주가공
  3. 전해연마
  4. 슈퍼피니싱
(정답률: 60%)
  • 전해연마는 전기 도금의 반대 방향으로 가공물을 양극으로 하여 용액에 침지시키고 전기를 통해 금속 표면의 미소 돌기 부분을 용해하여 광택이 있는 면을 가공하는 특수 가공 방법입니다. 따라서, "전해연마"가 정답입니다.
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99. Fe-C 평형상태도에서 탄소함유량이 약 0.80%인 강을 무엇이라고 하는가?

  1. 공석강
  2. 공정주철
  3. 아공정주철
  4. 과공정주철
(정답률: 58%)
  • 탄소함유량이 약 0.80%인 강은 공석강이라고 한다. 이는 Fe-C 평형상태도에서 공석이 형성되는 구간에 해당하는데, 이 구간은 0.76% ~ 2.11%의 탄소함유량을 가지는 강의 상태를 나타낸다. 따라서, 탄소함유량이 0.80%인 강은 이 구간에 속하므로 공석강이라고 부른다.
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100. 주조에 사용되는 주물사의 구비조건으로 옳지 않는 것은?

  1. 통기성이 좋을 것
  2. 내화성이 적을 것
  3. 주형 제작이 용이할 것
  4. 주물 표면에서 이탈이 용이할 것
(정답률: 55%)
  • 내화성이 적을 것이 옳지 않은 것이다. 주조에 사용되는 주물사는 고온에서 내화성이 있어야 하기 때문이다. 내화성이 적으면 고온에서 변형이나 파괴가 일어날 수 있다.
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