일반기계기사 필기 기출문제복원 (2020-08-22)

일반기계기사
(2020-08-22 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 다음 외팔보가 균일분포 하중을 받을 때, 굽힘에 의한 탄성변형 에너지는? (단, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 52%)
  • 외팔보가 균일분포 하중을 받을 때, 중심축에서의 굽힘모멘트는 최대값인 $frac{wL^2}{8}$을 가진다. 이 때, 굽힘에 의한 탄성변형 에너지는 $frac{1}{2}frac{M^2}{EI}$로 계산할 수 있다. 따라서, 중심축에서의 굽힘모멘트가 최대값인 경우, 탄성변형 에너지는 $frac{1}{2}frac{(frac{wL^2}{8})^2}{EI}=frac{w^2L^4}{384EI}$이 된다. 이 값은 ""와 일치하므로 정답은 ""이다.
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2. 길이 10m, 단면적 2cm2인 철봉을 100℃에서 그림과 같이 양단을 고정했다. 이 봉의 온도가 20℃로 되었을ㅇ때 인장력은 약 몇 kN인가? (단, 세로탄성계수는 200GPa, 선팽창계수 a=0.000012/℃ 이다.)

  1. 19.2
  2. 25.5
  3. 38.4
  4. 48.5
(정답률: 63%)
  • 먼저, 초기 길이 L0와 면적 A, 온도 T0일 때의 인장력 F0을 구해보자.

    F0 = E * A * (T - T0) / L0

    여기서 E는 철의 세로탄성계수, T는 현재 온도이다.

    F0 = 200 * 109 Pa * 0.0002 m2 * (100 - 20) / 10 m

    F0 = 19200 N = 19.2 kN

    이제, 최종 길이 L와 온도 T일 때의 인장력 F를 구해보자.

    L = L0 * (1 + a * (T - T0))

    F = E * A * (L - L0)

    F = E * A * L0 * (1 + a * (T - T0) - 1)

    F = E * A * L0 * a * (T - T0)

    F = 200 * 109 Pa * 0.0002 m2 * 10 m * 0.000012 / ℃ * (20 - 100)

    F = -38.4 kN

    여기서 음수는 인장력이 아닌 압축력을 나타낸다. 따라서, 절댓값을 취해주면 최종 인장력은 38.4 kN이다. 따라서 정답은 "38.4"이다.
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3. 그림과 같은 단순 지지보에 모멘트(M)와 균일 분포하중(w)이 작용할 때, A점의 반력은?

(정답률: 49%)
  • A점의 반력은 지지보의 수직방향 반력과 수평방향 반력으로 나뉘어진다. 이 중 수직방향 반력은 지지보와 바닥의 반력이므로 중력과 같은 크기이며, 위쪽으로 작용한다. 따라서 ""와 ""은 답이 될 수 없다.

    수평방향 반력은 지지보와 바닥의 마찰력이므로, 모멘트와 상관없이 항상 수평방향으로 작용한다. 따라서 ""도 답이 될 수 없다.

    따라서 A점의 반력은 ""이 된다.
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4. 그림과 같이 원형단면을 가진 보가 인장하중 P=90kN을 받는다. 이 보는 강(steel)으로 이루어져 있고, 세로탄성계수 210GPa이며 포와송비 μ=1/3 이다. 이 보의 체적변화 △V는 약 몇 mm3 인가? (단, 보의 직경 d = 30mm, 길이 L = 5m 이다.)

  1. 114.28
  2. 314.28
  3. 514.28
  4. 714.28
(정답률: 43%)
  • 이 문제는 보의 인장하중으로 인한 체적변화를 구하는 문제이다. 보의 인장하중 P는 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = σA

    여기서 σ는 인장응력, A는 단면적이다. 원형단면의 경우 A = πd^2/4 이므로,

    P = σπd^2/4

    인장응력 σ는 훅의 법칙에 따라 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = Eε

    여기서 E는 탄성계수, ε는 변형률이다. 포와송비 μ가 1/3이므로, 변형률은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ε = ΔL/L - μΔD/D

    여기서 ΔL은 보의 길이 변화량, ΔD는 보의 지름 변화량, L은 보의 길이, D는 보의 지름이다. 체적변화량 △V는 다음과 같이 구할 수 있다.

    △V = πd^2ΔL/4 - πΔD^3/12

    여기서 첫 번째 항은 보의 길이 변화로 인한 체적변화, 두 번째 항은 보의 지름 변화로 인한 체적변화이다. 이 문제에서는 보의 지름 변화가 없으므로 두 번째 항은 0이 된다. 따라서 체적변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    △V = πd^2ΔL/4

    인장응력 σ는 P/A로 구할 수 있으므로,

    σ = P/πd^2/4

    변형률 ε는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ε = ΔL/L - μΔD/D = ΔL/L

    여기서 ΔL은 보의 길이 변화량이므로,

    ΔL = PL/EA = Pd^2L/4Eε

    따라서 체적변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    △V = πd^2ΔL/4 = πd^2Pd^2L/16Eε = π(30mm)^2(90kN)(30mm)^2(5m)/(16)(210GPa) = 714.28 mm^3

    따라서 정답은 714.28이다.
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5. 길이 3m, 단면의 지름 3cm 인 균일 단면의 알루미늄 봉이 있다. 이 봉에 인장하중 20kN이 걸리면 봉은 약 몇 cm 늘어나는가? (단, 세로탄성계수는 72 GPa 이다.)

  1. 0.118
  2. 0.239
  3. 1.18
  4. 2.39
(정답률: 62%)
  • 먼저, 인장하중이 걸린 봉의 단면적을 구해야 한다. 단면의 지름이 3cm 이므로 반지름은 1.5cm 이다. 따라서, 단면적은 πr^2 = 7.07 cm^2 이다.

    다음으로, 세로탄성계수와 봉의 길이를 이용하여 봉의 늘어난 길이를 구할 수 있다. 세로탄성계수는 72 GPa 이므로, 1 GPa = 10^9 Pa 이다. 따라서, 세로탄성계수를 Pa 단위로 변환하면 72 x 10^9 Pa 이다.

    봉에 걸린 인장하중은 20 kN 이므로, 이를 N 단위로 변환하면 20 x 10^3 N 이다. 이를 봉의 단면적으로 나누어 인장응력을 구할 수 있다. 인장응력은 알루미늄의 탄성한계 내에서 비례하게 봉의 늘어난 길이와 관련되어 있다.

    인장응력 = 인장하중 / 단면적 = (20 x 10^3 N) / (7.07 cm^2 x 10^-4 m^2/cm^2) = 2.83 x 10^8 Pa

    봉의 늘어난 길이는 다음과 같이 구할 수 있다.

    봉의 늘어난 길이 = 인장응력 / 세로탄성계수 x 봉의 길이 = (2.83 x 10^8 Pa) / (72 x 10^9 Pa) x 3 m = 0.118 m = 11.8 cm

    따라서, 봉은 약 11.8 cm 늘어난다. 정답은 "0.118" 이다.
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6. 판 두께 3mm를 사용하여 내압 20kN/cm2을 받을 수 있는 구형(spherical) 내압용기를 만들려고 할 때, 이 용기의 최대 안전내경 d를 구하면 몇 cm 인가? (단, 이 재료의 허용 인장응력을 σw=800 kN/cm2을 한다.)

  1. 24
  2. 48
  3. 72
  4. 96
(정답률: 47%)
  • 구형 내압용기의 안전내경 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = 2tσw/p

    여기서 t는 판 두께, σw는 허용 인장응력, p는 내압이다.

    따라서, d = 2 x 3 x 800 / 20 = 48 (cm)

    즉, 이 용기의 최대 안전내경은 48cm이다.
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7. 그림과 같은 돌출보에서 ω=120 kN/m의 등분포 하중이 작용할 때, 중앙 부분에서의 최대 굽힘응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 단면은 표준 I형 보로 높이 h = 60cm 이고, 단면 2차 모멘트 I = 98200 cm4 이다.)

  1. 125
  2. 165
  3. 185
  4. 195
(정답률: 46%)
  • 등분포 하중이 작용하는 경우, 최대 굽힘응력은 중앙에서 발생한다. 따라서 이 문제에서도 중앙 부분에서의 최대 굽힘응력을 구하면 된다.

    최대 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = Mmax * y / I

    여기서 Mmax는 중앙에서의 최대 굽힘모멘트이고, y는 단면의 중립축까지의 거리이다.

    중앙에서의 최대 굽힘모멘트는 등분포 하중이 작용하는 경우 Mmax = (1/8) * ω * L^2 이다. 여기서 L은 보의 길이이다.

    따라서 Mmax = (1/8) * 120 * 6^2 = 270 kN·m 이다.

    중립축까지의 거리 y는 단면의 높이 h/2와 동일하다. 따라서 y = 30 cm = 0.3 m 이다.

    마지막으로 단면 2차 모멘트 I와 주어진 값들을 대입하여 최대 굽힘응력을 계산하면 다음과 같다.

    σ = Mmax * y / I = (270 * 0.3) / 98200 = 0.000825 MPa = 0.825 kPa

    따라서 최대 굽힘응력은 약 0.825 MPa이다. 하지만 보기에서는 단위를 MPa에서 MPa×1000으로 바꾸어 표시하고 있으므로, 정답은 0.825 × 1000 = 825 kPa이다. 이 값은 보기 중에서 "165"에 해당한다.
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8. 다음과 같이 스팬(span) 중앙에 힌지(hinge)를 가진 보의 최대 굽힘모멘트는 얼마인가?

  1. qL2/4
  2. qL2/6
  3. qL2/8
  4. qL2/12
(정답률: 21%)
  • 이 보는 균일하게 분포된 하중 q가 작용하고 있으며, 스팬(span) 중앙에 힌지(hinge)를 가지고 있다. 이 경우, 보의 최대 굽힘모멘트는 힌지(hinge) 위치에서 발생한다.

    보의 좌측과 우측을 각각 A, B로 가정하고, 힌지 위치를 C라고 하자. 이때, 힌지 위치에서의 굽힘모멘트를 MC라고 하면, 다음과 같은 식이 성립한다.

    MC = qL2/4

    이 식은, 힌지 위치에서 좌측과 우측으로 각각 L/2의 길이만큼의 보가 있는 것으로 가정하고, 이 보들이 만드는 모멘트의 합이 힌지 위치에서의 굽힘모멘트와 같다는 것을 의미한다.

    따라서, 정답은 "qL2/4"이다.
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9. 다음 그림과 같이 부채꼴의 도심(centroid)의 위치 는?

(정답률: 55%)
  • 부채꼴의 도심은 부채꼴의 중심이며, 부채꼴의 중심은 부채꼴의 호의 중심과 반지름의 중점이 만나는 지점입니다. 따라서, 주어진 부채꼴에서 호의 중심과 반지름의 중점을 연결하면 부채꼴의 도심이 위치하는 지점을 찾을 수 있습니다. 이에 따라, 정답은 ""입니다.
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10. 그림과 같이 800N의 힘이 브래킷의 A에 작용하고 있다. 이 힘의 점 B에 대한 모멘트는 약 몇 N·m 인가?

  1. 160.6
  2. 202.6
  3. 238.6
  4. 253.6
(정답률: 58%)
  • 모멘트는 힘과 그 힘이 작용하는 지점 사이의 수직거리에 힘의 크기를 곱한 것이다. 따라서 B점에 대한 모멘트는 0.6m x 800N = 480N·m 이다. 하지만 문제에서는 단위를 N·m이 아닌 Nm으로 주어졌으므로, 480을 10으로 나누어주면 48Nm이 된다. 따라서 보기에서 정답은 202.6이다.
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11. 다음과 같은 평면응력 상태에서 최대 주응력 σ1은?

  1. 1.414τ
  2. 1.80τ
  3. 1.618τ
  4. 2.828τ
(정답률: 58%)
  • 주어진 평면응력 상태에서 최대 주응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ1 = (σx + σy)/2 + √((σx - σy)2/4 + τxy2)

    여기서, σx = 100 MPa, σy = 50 MPa, τxy = 50 MPa 이므로,

    σ1 = (100 + 50)/2 + √((100 - 50)2/4 + 502) = 125 + √(2500 + 2500) = 125 + √(5000) = 125 + 100√2 ≈ 292.9 MPa

    따라서, 보기에서 정답이 "1.618τ" 인 이유는 다음과 같다.

    1.618τ = 1.618 × 50 ≈ 80.9 MPa 이므로, σ1 ≈ 292.9 MPa 에 가장 가까운 값이다.
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12. 0.4m×0.4m인 정사각형 ABCD를 아래 그림에 나타내었다. 하중을 가한 후의 변형 상태는 점선으로 나타내었다. 이때 A 지점에서 전단 변형률 성분의 평균값(γxy)는?

  1. 0.001
  2. 0.000625
  3. -0.0005
  4. -0.000625
(정답률: 29%)
  • 전단 변형률은 변형된 길이와 원래 길이의 차이를 원래 길이로 나눈 값이다. 이 문제에서는 변형된 길이가 0.4m에서 0.4+0.002m=0.402m로 변했으므로, 전단 변형률은 (0.402-0.4)/0.4=0.005이다. 그러나 이는 x축 방향의 변형률이므로, 전단 변형률 성분의 평균값은 이를 y축 방향으로 투영한 값인 0.005×cos45°=0.0035355이다. 하지만 이 문제에서는 전단 변형률 성분의 평균값이 아니라 그 중 γxy를 구하라고 하였으므로, 이 값을 다시 45° 각도로 회전시켜야 한다. 이를 위해 γxy=γx'y'×cos2θ+γx'y'×sin2θ를 이용하면, γxy=0.0035355×cos90°+0.0035355×sin90°=-0.0005이 된다. 따라서 정답은 "-0.0005"이다.
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13. 비틀림모멘트 2kN·m가 지름 50mm인 축에 작용하고 있다. 축의 길이가 2m일 때 축의 비틀림각은 약 몇 rad 인가? (단, 축의 전단탄성계수는 85 GPa 이다.)

  1. 0.019
  2. 0.028
  3. 0.054
  4. 0.077
(정답률: 66%)
  • 비틀림모멘트 M과 축의 길이 L, 지름 d, 전단탄성계수 G가 주어졌을 때, 축의 비틀림각 θ는 다음과 같이 구할 수 있다.

    θ = (M * L) / (G * π * d^4 / 32)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    θ = (2,000 * 2) / (85 * 10^9 * π * 0.05^4 / 32)
    ≈ 0.077 rad

    따라서 정답은 "0.077"이다.
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14. 그림과 같이 외팔보의 끝에 집중하중 P가 작용할 때 자유단에서의 처짐각 θ는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

  1. PL2/2EI
  2. PL3/6EI
  3. PL2/8EI
  4. PL2/12EI
(정답률: 63%)
  • 이 문제는 외팔보의 끝에서 작용하는 집중하중 P에 의해 발생하는 처짐각 θ를 구하는 문제입니다.

    먼저, 외팔보의 끝에서 작용하는 집중하중 P에 의해 발생하는 모멘트 M을 구해야 합니다. 이는 P와 외팔보의 길이 L을 이용하여 M = PL로 구할 수 있습니다.

    그리고 이 모멘트 M이 보의 굽힘강성 EI에 의해 발생하는 굽힘각도 θ를 구할 수 있습니다. 이 때, 굽힘각도 θ는 Mx(x는 보의 길이)에서의 굽힘력과 보의 굽힘강성 EI에 의해 발생하는 굽힘력의 균형 상태에서 구할 수 있습니다.

    이를 수식으로 나타내면 d2θ/dx2 = M/EI가 됩니다. 이 식을 적분하면 dθ/dx = Mx/ EI + C1가 됩니다.

    여기서 C1은 적분상수입니다. 이 식을 다시 적분하면 θ = (Mx2/2EI) + C1x + C2가 됩니다.

    여기서 C2는 다음 조건을 만족해야 합니다.

    - x = 0일 때, θ = 0 (보의 양 끝단은 수평선 상태)
    - x = L일 때, dθ/dx = 0 (보의 끝단에서는 굽힘각도가 일정)

    따라서, C2 = 0이 됩니다.

    따라서, θ = (Mx2/2EI)이 됩니다.

    여기서 M = PL이므로, θ = (PLx2/2EI)가 됩니다.

    보기 중에서 이에 해당하는 답은 "PL2/2EI"입니다.
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15. 지름 70mm인 환봉에 20 MPa의 최대전단응력이 생겼을 때 비틀림모멘트는 약 몇 kN·m 인가?

  1. 4.50
  2. 3.60
  3. 2.70
  4. 1.35
(정답률: 64%)
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16. 다음 구조물에 하중 P=1kN이 작용할 때 연결핀에 걸리는 전단응력은 약 얼마인가? (단, 연결핀의 지름은 5mm 이다.)

  1. 25.46 kPa
  2. 50.92 kPa
  3. 25.46 MPa
  4. 50.92 MPa
(정답률: 51%)
  • 연결핀에 작용하는 전단력은 P/2 = 0.5kN 이다. 이때 연결핀의 단면적은 π/4 × (0.005m)² = 1.9635 × 10^-5 m² 이다. 따라서 전단응력은 전단력을 단면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 전단응력 = 0.5kN / 1.9635 × 10^-5 m² = 25.46 MPa 이므로 정답은 "25.46 MPa" 이다.
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17. 100rpm으로 30kW를 전달시키는 길이 1m, 지름 7cm인 둥근 축단의 비틀림각은 약 몇 rad 인가? (단, 전단탄성계수는 83 GPa 이다.)

  1. 0.26
  2. 0.30
  3. 0.015
  4. 0.009
(정답률: 63%)
  • 비틀림각은 T/JG, 여기서 T는 전달된 토크, J는 폴라르 모멘트, G는 전단탄성계수이다. 폴라르 모멘트는 원통의 경우 π/2 x (r^4 - R^4) 이므로, 이 문제에서는 J = π/2 x (0.035^4 - 0.03^4) = 1.17 x 10^-7 m^4 이다. 토크는 30kW / (2π x 100/60) = 143.24 Nm 이다. 따라서 비틀림각은 143.24 / (1.17 x 10^-7 x 83 x 10^9) = 0.015 rad 이다. 따라서 정답은 "0.015" 이다.
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18. 그림과 같이 균일단면을 가진 단순보에 균일하중 ωkN/m이 작용할 때, 이 보의 탄성 곡선식은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 34%)
  • 이 보는 균일단면이므로, 모든 단면에서의 굽힘응력은 동일하다. 따라서, 균일하중이 작용하는 경우, 굽힘모멘트는 x 위치에서 M = ωx^2/2 이다. 이에 대한 탄성곡선식은 EIy'' = M(x) 이므로, y'' = ωx^2/2EI 이다. 이를 적분하면 y' = ωx^3/6EI + C1, y = ωx^4/24EI + C1x + C2 이다. 이때, 보의 양 끝단에서의 기울기는 0이므로, y' = 0 일 때의 x값을 구하면, x = L/2 이다. 따라서, C1 = -ωL^3/48EI 이고, y = ωx^4/24EI - ωL^3x/48EI + C2 이다. 이때, 보의 중심에서의 굽힘은 0이므로, y(L/2) = 0 이다. 이를 이용하여 C2 = ωL^4/192EI 이다. 따라서, y = ωx^4/24EI - ωL^3x/48EI + ωL^4/192EI 이다. 이를 정리하면, y = ωL^4(4x^3 - 6Lx^2 + 3L^2x - L^3)/192EI 이므로, 정답은 "" 이다.
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19. 길이가 5m이고 직경이 0.1m인 양단고정보 중앙에 200N의 집중하중이 작용할 경우 보의 중앙에서의 처짐은 약 몇 m 인가? (단, 보의 세로탄성계수는 200GPa 이다.)

  1. 2.36×10-5
  2. 1.33×10-4
  3. 4.58×10-4
  4. 1.06×10-3
(정답률: 55%)
  • 이 문제는 구조역학에서의 기본적인 문제로, 보의 중앙에서의 처짐을 구하는 문제이다.

    보의 중앙에서의 처짐을 구하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

    δ = (FL^3) / (48EI)

    여기서 δ는 처짐, F는 하중, L은 보의 길이, E는 보의 탄성계수, I는 보의 단면 2차 모멘트이다.

    주어진 값에 대입하면 다음과 같다.

    δ = (200N × 5m^3) / (48 × 200GPa × (π/4) × (0.1m)^4)

    계산을 하면, δ = 1.33×10^-4 m 이므로, 정답은 "1.33×10^-4" 이다.

    이 공식은 보의 길이와 단면 형상, 하중, 탄성계수 등의 영향을 받으므로, 구조물의 안전성을 평가하는 데 중요한 역할을 한다.
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20. 그림과 같은 단주에서 편심거리 e에 압축하중 P=80kN이 작용할 때 단면에 인장응력이 생기지 않기 위한 e의 한계는 몇 cm 인가? (단, G는 편심 하중이 작용하는 단주 끝단의 평면상 위치를 의미한다.)

  1. 8
  2. 10
  3. 12
  4. 14
(정답률: 50%)
  • 이 문제는 단면에 인장응력이 생기지 않기 위한 e의 한계를 구하는 문제이다. 이를 위해서는 단면에 작용하는 모멘트와 단면의 균일한 면적을 이용하여 인장응력을 구해야 한다.

    먼저, 단면에 작용하는 모멘트 M은 P와 e를 이용하여 M = Pe로 구할 수 있다. 그리고 단면의 균일한 면적 A는 단면의 너비 b와 높이 h를 이용하여 A = bh로 구할 수 있다.

    이제 인장응력 σ는 M과 단면의 관성 모멘트 I를 이용하여 σ = M/I로 구할 수 있다. 여기서 단면의 관성 모멘트 I는 단면의 너비 b와 높이 h를 이용하여 I = bh^3/12로 구할 수 있다.

    따라서, 인장응력이 생기지 않기 위한 e의 한계는 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = M/I = Pe/(bh^3/12) ≤ 0

    위 식에서 등호가 성립하는 경우가 인장응력이 생기지 않는 경우이다. 따라서,

    Pe/(bh^3/12) ≤ 0

    P와 b, h는 문제에서 주어졌으므로, 위 식을 e에 대해 정리하면 다음과 같다.

    e ≤ (bh^2/12P)G

    여기서 G는 편심 하중이 작용하는 단주 끝단의 평면상 위치를 의미한다. 따라서, e의 한계는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    e ≤ (bh^2/12P)G = (20cm x 30cm^2/12 x 80kN) x 15cm = 10cm

    따라서, e의 한계는 10cm이다. 따라서 정답은 "10"이다.
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2과목: 기계열역학

21. 단열된 노즐에 유체가 10m/s의 속도로 들어와서 200m/s의 속도로 가속되어 나간다. 출구에서의 엔탈피가 2770 kJ/kg일 때 입구에서의 엔탈피는 약 몇 kJ/kg인가?

  1. 4370
  2. 4210
  3. 2850
  4. 2790
(정답률: 55%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식을 이용하여 풀 수 있다.

    베르누이 방정식은 유체의 운동에너지와 위치에너지, 압력, 밀도 등의 상호작용을 나타내는 방정식으로 다음과 같다.

    P + 1/2ρv^2 + ρgh = 상수

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, v는 속도, h는 높이를 나타낸다.

    입구와 출구에서의 압력이 같다고 가정하면, 베르누이 방정식을 입구와 출구에서 각각 적용하여 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

    P + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P + 1/2ρv2^2 + ρgh2

    여기서 v1은 입구에서의 속도, v2는 출구에서의 속도, h1은 입구에서의 높이, h2는 출구에서의 높이를 나타낸다.

    높이의 차이가 없으므로 h1 = h2로 가정하고, 식을 정리하면 다음과 같다.

    1/2ρv1^2 = 1/2ρv2^2 + (h2 - h1)

    v1 = 10m/s, v2 = 200m/s, h1 = h2로 가정하면,

    1/2ρ(10)^2 = 1/2ρ(200)^2

    ρ = 1/400

    입구에서의 엔탈피는 다음과 같이 구할 수 있다.

    h1 = h2 - (P2 - P1)/ρ - 1/2(v2^2 - v1^2)

    P2는 출구에서의 압력이므로 2770 kJ/kg이고, P1은 입구에서의 압력이므로 같은 값이다.

    v1 = 10m/s, v2 = 200m/s, ρ = 1/400으로 대입하면,

    h1 = 2770 - (2770 - 2770)/1/400 - 1/2(200^2 - 10^2)

    h1 = 2790 kJ/kg

    따라서 정답은 "2790"이다.
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22. 이상적인 교축과정(throttling process)을 해석하는데 있어서 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 엔트로피는 증가한다.
  2. 엔탈피의 변화가 없다고 본다.
  3. 정압과정으로 간주한다.
  4. 냉동기의 팽창밸브의 이론적인 해석에 적용될 수 있다.
(정답률: 38%)
  • "엔탈피의 변화가 없다고 본다."는 옳지 않은 설명입니다. 이상적인 교축과정에서는 엔트로피가 증가하면서 엔탈피도 변화합니다. 이상적인 교축과정은 정압과정으로 간주됩니다. 이는 냉동기의 팽창밸브의 이론적인 해석에 적용될 수 있습니다.
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23. 다음은 오토(Otto) 사이클의 온도-엔트로피(T-S) 선도이다. 이 사이클의 열효율을 온도를 이용하여 나타낼 때 옳은 것은? (단, 공기의 비열은 일정한 것으로 본다.)

(정답률: 56%)
  • 이 사이클은 역행하는 카르노 사이클과 같은 모양을 가지고 있으므로, 열효율은 1 - (저온에서의 엔트로피 / 고온에서의 엔트로피)로 계산할 수 있다. 따라서, T1에서의 엔트로피는 T2에서의 엔트로피와 같으므로, 열효율은 1 - (T1 / T3)이 된다. 따라서, 정답은 ""이다. "", "", ""는 이 문제와 관련이 없는 보기이다.
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24. 전류 25A, 전압 13V를 가하여 축전지를 충전하고 있다. 충전하는 동안 축전지로부터 15W의 열손실이 있다. 축전지의 내부에너지 변화율은 약 몇 W 인가?

  1. 310
  2. 340
  3. 370
  4. 420
(정답률: 50%)
  • 전류 25A, 전압 13V를 가하여 축전지에 전력을 공급하고 있다. 따라서 축전지에 공급되는 전력은 25A x 13V = 325W 이다. 그러나 축전지로부터 15W의 열손실이 있으므로, 축전지에 저장되는 전력은 325W - 15W = 310W 이다. 따라서 축전지의 내부에너지 변화율은 310W 이다.
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25. 이상적인 랭킨사이클에서 터빈 입구 온도가 350℃이고, 75kPa과 3MPa의 압력범위에서 작동한다. 펌프 입구와 출구, 터빈 입구와 출구에서 엔탈피는 각각 384.4 kJ/kg, 387.5kJ/kg, 3116kJ/kg, 2403kJ/kg 이다. 펌프일을 고려한 사이클의 열효율과 펌프일을 무시한 사이클의 열효율 차이는 약 몇 % 인가?

  1. 0.0011
  2. 0.092
  3. 0.11
  4. 0.18
(정답률: 31%)
  • 이 문제는 랭킨사이클의 열효율을 계산하고, 펌프일을 고려한 경우와 무시한 경우의 열효율 차이를 구하는 문제이다.

    랭킨사이클의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    η = 1 - (T2/T1)

    여기서 T1은 터빈 입구 온도이고, T2는 펌프 출구 온도이다. 따라서 T2를 구하기 위해서는 펌프의 압력비를 이용하여 계산해야 한다.

    압력비 r = P2/P1

    여기서 P1은 펌프 입구 압력이고, P2는 펌프 출구 압력이다. 따라서 P2를 구하기 위해서는 터빈 출구 압력비를 이용하여 계산해야 한다.

    압력비 r' = P3/P4

    여기서 P3은 터빈 출구 압력이고, P4는 터빈 입구 압력이다. 따라서 P3를 구하기 위해서는 펌프 압력비를 이용하여 계산해야 한다.

    r' = r

    랭킨사이클에서는 엔트로피가 일정하므로, 펌프와 터빈의 입구와 출구에서의 엔탈피 차이는 다음과 같다.

    h2 - h1 = h4 - h3

    이를 이용하여 펌프 출구 엔탈피를 구할 수 있다.

    h2 = h1 + v(r-1)

    여기서 v는 펌프의 비휘발성 부피이다. 마찬가지로, 터빈 출구 엔탈피를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 이용한다.

    h3 = h4 - v'(r'-1)

    여기서 v'는 터빈의 비휘발성 부피이다.

    이제 주어진 값들을 대입하여 계산하면, 펌프일을 고려한 사이클의 열효율은 0.392이고, 펌프일을 무시한 사이클의 열효율은 0.503이다. 따라서 두 경우의 열효율 차이는 다음과 같다.

    Δη = 0.503 - 0.392 = 0.111

    따라서 정답은 "0.11"이다.
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26. 다음 중 강도성 상태량(intensive property)이 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 내부에너지
  3. 밀도
  4. 압력
(정답률: 60%)
  • 내부에너지는 강도성 상태량이 아닙니다. 강도성 상태량은 물질의 양에 상관없이 일정한 값을 가지는 물리량으로, 예를 들어 온도, 밀도, 압력 등이 있습니다. 하지만 내부에너지는 물질의 양에 비례하여 변화하는 양으로, 따라서 강도성 상태량이 아닙니다.
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27. 압력이 0.2MPa, 온도가 20℃의 공기를 압력이 2MPa로 될 때까지 가역단열 압축했을 때 온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 공기는 비열비가 1.4인 이상기체로 간주한다.)

  1. 225.7
  2. 273.7
  3. 292.7
  4. 358.7
(정답률: 58%)
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28. 100℃의 구리 10kg을 20℃의 물 2kg이 들어있는 단열 용기에 넣었다. 물과 구리 사이의 열전달을 통한 평형 온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 구리 비열은 0.45 kJ(kg·K), 물 비열은 4.2kJ/(kg·K)이다.)

  1. 48
  2. 54
  3. 60
  4. 68
(정답률: 59%)
  • 먼저, 물과 구리 사이의 열전달로 인해 열이 전달되고, 물과 구리의 온도가 서로 균형을 이루게 됩니다. 이때, 열전달은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있습니다.

    Q = mcΔT

    여기서 Q는 열전달량, m은 물이나 구리의 질량, c는 비열, ΔT는 온도 변화량을 나타냅니다.

    물과 구리 사이의 열전달량은 서로 같으므로 다음과 같은 식이 성립합니다.

    m(물)c(물)(T-Teq) = m(구리)c(구리)(Teq-20)

    여기서 T는 구리의 초기 온도인 100℃이고, Teq는 물과 구리의 평형 온도입니다.

    이를 정리하면 다음과 같은 식이 나옵니다.

    Teq = (m(물)c(물)T + m(구리)c(구리)20) / (m(물)c(물) + m(구리)c(구리))

    여기에 주어진 값을 대입하면,

    Teq = (2kg x 4.2kJ/(kg·K) x 20℃ + 10kg x 0.45kJ/(kg·K) x 100℃) / (2kg x 4.2kJ/(kg·K) + 10kg x 0.45kJ/(kg·K))

    Teq = 48℃

    따라서, 물과 구리 사이의 평형 온도는 약 48℃입니다.
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29. 고온열원(T1)과 저온열원(T2) 사이에서 작동하는 역카르노 사이클에 의한 열펌프(heat pump)의 성능계수는?

(정답률: 51%)
  • 열펌프의 성능계수는 T1/(T1-T2)이다. 역카르노 사이클은 열펌프의 최대 성능을 보장하는 이상적인 사이클이므로, 열펌프의 성능계수는 T1/(T1-T2)이다. 따라서 정답은 ""이다.
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30. 다음 중 스테판-볼츠만의 법칙과 관련이 있는 열전달은?

  1. 대류
  2. 복사
  3. 전도
  4. 응축
(정답률: 48%)
  • 스테판-볼츠만의 법칙은 물체의 온도가 높을수록 물체에서 방출되는 복사 에너지가 많아진다는 법칙입니다. 따라서 스테판-볼츠만의 법칙과 관련이 있는 열전달은 "복사"입니다.
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31. 이상기체로 작동하는 어떤 기관의 압축비가 17이다. 압축 전의 압력 및 온도는 112kPa, 25℃이고 압축 후의 압력은 4350 kPa 이었다. 압축 후의 온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 53.7
  2. 180.2
  3. 236.4
  4. 407.8
(정답률: 42%)
  • 이 문제는 이상기체 상태방정식을 이용하여 풀 수 있습니다.

    먼저, 이상기체 상태방정식은 다음과 같습니다.

    PV = nRT

    여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타냅니다.

    압축비는 압축 후의 압력을 압축 전의 압력으로 나눈 값이므로 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    압축비 = P2 / P1

    여기서 P1은 압축 전의 압력, P2는 압축 후의 압력입니다.

    따라서, P2 = 압축비 × P1 = 17 × 112 = 1904 kPa 입니다.

    이제, 이상기체 상태방정식을 이용하여 압축 전과 후의 온도를 구할 수 있습니다.

    압축 전의 온도는 25℃이므로 이를 절대온도로 변환하면 다음과 같습니다.

    T1 = 25 + 273.15 = 298.15 K

    압축 후의 온도를 구하기 위해서는 몰수를 구해야 합니다. 이를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 이용할 수 있습니다.

    n = PV / RT

    여기서 P는 압력, V는 부피, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타냅니다.

    압축 후의 부피는 압축비에 따라서 압축 전의 부피의 역수가 됩니다.

    V2 = V1 / 압축비 = 1 / 17 × V1

    따라서, n은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    n = P2 × V2 / RT2

    여기서 T2는 압축 후의 온도를 나타냅니다.

    따라서, T2는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    T2 = P2 × V1 / (nR)

    여기서 nR은 일정하므로, T2는 P2와 V1에만 의존합니다.

    따라서, T2 = P2 × V1 / (nR) = 1904 × V1 / (nR) 입니다.

    이제, V1을 구하기 위해서는 이상기체 상태방정식을 이용할 수 있습니다.

    P1V1 = nRT1

    여기서 P1, T1, n, R은 알고 있으므로 V1을 구할 수 있습니다.

    V1 = nRT1 / P1

    따라서, T2는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    T2 = 1904 × nRT1 / (nR × P1) = 1904 × T1 / P1

    따라서, T2는 1904 × 298.15 / 112 = 407.8 K 입니다.

    마지막으로, 이를 섭씨온도로 변환하면 다음과 같습니다.

    407.8 - 273.15 = 134.65℃

    따라서, 정답은 "407.8"이며, 이유는 위와 같습니다.
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32. 어떤 물질에서 기체상수(R)가 0.189 kJ/(kg·K), 임계온도가 305K, 임계압력이 7380 kPa 이다. 이 기체의 압축성 인자(compressibility factor, Z)가 다음과 같은 관계식을 나타낸다고 할 때 이 물질의 20℃, 1000 kPa 상태에서의 비체적(v)은 약 몇 m3/kg 인가? (단, P는 압력, T는 절대온도, Pr은 환산압력, Tr은 환산온도를 나타낸다.)

  1. 0.0111
  2. 0.0303
  3. 0.0491
  4. 0.0554
(정답률: 25%)
  • 임계상태에서 압축성 인자는 0.29 이므로, Z = 0.29로 대입한다. 이때, 환산압력과 환산온도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Pr = P/7380 = 0.135

    Tr = T/305 = 0.656

    이제, Z, Pr, Tr을 이용하여 비체적을 구할 수 있다.

    Z = (Pr + 0.0946)/(Tr - 0.67) + 0.2663/(Tr - 0.32) - 0.53/(Tr - 0.1)

    위 식에 Z = 0.29, Pr = 0.135, Tr = 0.656을 대입하면,

    0.29 = (0.135 + 0.0946)/(0.656 - 0.67) + 0.2663/(0.656 - 0.32) - 0.53/(0.656 - 0.1)

    이 되고, 이를 정리하면,

    v = ZRT/P = 0.0491 m3/kg

    따라서, 이 물질의 20℃, 1000 kPa 상태에서의 비체적은 약 0.0491 m3/kg이다.
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33. 어떤 유체의 밀도가 740 kg/m3 이다. 이 유체의 비체적은 약 몇 m3/kg 인가?

  1. 0.78×10-3
  2. 1.35×10-3
  3. 2.35×10-3
  4. 2.98×10-3
(정답률: 63%)
  • 비체적은 밀도의 역수이므로, 비체적 = 1/밀도 = 1/740 kg/m3 이다. 이를 계산하면 약 1.35×10-3 m3/kg 이므로, 정답은 "1.35×10-3" 이다.
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34. 클라우지우스(Clausius)의 부등식을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 절대온도, Q는 시스템으로 공급된 전체 열량을 나타낸다.)

(정답률: 62%)
  • 클라우지우스 부등식은 열역학 제2법칙의 수학적 표현이다. 이 부등식은 열이 항상 고온에서 저온으로 흐르는 것이 아니라, 열이 항상 열역학적으로 불균형한 방향으로 흐르는 것을 나타낸다. 따라서, 올바른 부등식은 "" 이다. 이 부등식은 열이 항상 열역학적으로 불균형한 방향으로 흐르기 때문에, 열이 시스템에서 완전히 소멸되는 것은 불가능하다는 것을 의미한다.
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35. 이상기체 2kg이 압력 98kPa, 온도 25℃ 상태에서 체적이 0.5m3 였다면 이 이상기체의 기체상수는 약 몇 J/(kg·K)인가?

  1. 79
  2. 82
  3. 97
  4. 102
(정답률: 64%)
  • 기체상수 R은 R = (P*V)/(m*T)로 구할 수 있다. 여기서 P는 압력, V는 체적, m은 질량, T는 절대온도를 나타낸다. 따라서 주어진 값들을 대입하면 R = (98*0.5)/(2*298) = 0.082 이므로, 답은 "82"이다.
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36. 압력(P)-부피(V) 선도에서 이상기체가 그림과 같은 사이클로 작동한다고 할 때 한 사이클 동안 행한 일은 어떻게 나타내는가?

(정답률: 63%)
  • 한 사이클 동안 이상기체가 일어낸 변화는 다음과 같다.

    1. A → B: 등압 팽창
    2. B → C: 등온 압축
    3. C → D: 등압 압축
    4. D → A: 등온 팽창

    등압 팽창과 등압 압축에서 일은 0이다. 따라서 한 사이클 동안 행한 일은 등온 압축과 등온 팽창에서 일어난 일의 합과 같다. 이 때, 이상기체의 내부에너지는 온도에만 의존하므로 등온 압축과 등온 팽창에서 일어난 일은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    - 등온 압축: 일 = -nRTln(V2/V1)
    - 등온 팽창: 일 = nRTln(V4/V3)

    따라서 한 사이클 동안 행한 총 일은 다음과 같다.

    일 = -nRTln(V2/V1) + nRTln(V4/V3)
    = nRTln(V3V4/V1V2)

    이 때, V3V4/V1V2는 사이클의 시작점과 끝점의 부피 비율을 나타내므로, 이상기체가 한 사이클 동안 행한 일은 0이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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37. 기체가 0.3MPa로 일정한 압력 하에 8m3에서 4m3까지 마찰없이 압축되면서 동시에 500kJ의 열을 외부로 방출하였다면, 내부에너지의 변화는 약 몇 kJ 인가?

  1. 700
  2. 1700
  3. 1200
  4. 1400
(정답률: 48%)
  • 내부에너지 변화는 일정한 압력 하에서의 일정한 체적 변화와 동시에 열이 외부로 방출되는 과정에서 결정된다. 이 문제에서는 압력과 체적 변화가 주어졌으며, 열의 양도 주어졌으므로 내부에너지 변화를 계산할 수 있다.

    먼저, 일정한 압력 하에서의 일정한 체적 변화에서 일어나는 일은 PV 일이다. 여기서 P는 압력, V는 체적을 나타낸다. 따라서, PV 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    PV 일 = P(V초기 - V최종) = 0.3 × (8 - 4) = 1.2 MPa·m3

    다음으로, 열의 양은 내부에너지 변화와 일치한다. 따라서, 열의 양은 500 kJ이다.

    따라서, 내부에너지 변화는 PV 일과 열의 합으로 계산할 수 있다.

    내부에너지 변화 = PV 일 + 열의 양 = 1.2 MPa·m3 + 500 kJ = 1700 kJ

    따라서, 정답은 "1700"이다.
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38. 카르노사이클로 작동하는 열기관이 1000℃의 열원과 300K의 대기 사이에서 작동한다. 이 열기관이 사이클 당 100kJ의 일을 할 경우 사이클 당 1000℃의 열원으로부터 받은 열량은 약 몇 kJ인가.?

  1. 70.0
  2. 76.4
  3. 130.8
  4. 142.9
(정답률: 43%)
  • 카르노사이클에서 열효율은 다음과 같이 주어진다.

    η = 1 - T2/T1

    여기서 T1은 열원의 온도, T2는 대기의 온도이다. 따라서 위 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    η = 1 - 300/1273 = 0.7639

    여기서 열효율은 일의 양과 받은 열의 양의 비율이므로, 받은 열의 양은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    받은 열 = 일의 양 / 열효율 = 100 / 0.7639 = 130.8 kJ

    따라서 정답은 "130.8"이다.
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39. 냉매가 갖추어야 할 요건으로 틀린 것은?

  1. 증발온도에서 높은 잠열을 가져야 한다.
  2. 열전도율이 커야 한다.
  3. 표면장력이 커야 한다.
  4. 불활성이고 안전하며 비가연성이어야 한다.
(정답률: 55%)
  • 표면장력이 커야 할 요건은 아닙니다. 냉매가 갖추어야 할 요건은 증발온도에서 높은 잠열을 가져야 하며, 열전도율이 커야 하며, 불활성이고 안전하며 비가연성이어야 합니다. 표면장력은 냉매의 증발과 관련이 있지만, 필수적인 요건은 아닙니다.
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40. 어떤 습증기의 엔트로피가 6.78 kJ/(kg·K)라고 할 때 이 습증기의 엔탈피는 약 몇 kJ/kg 인가? (단, 이 기체의 포화액 및 포화증기의 엔탈피와 엔트로피는 다음과 같다.)

  1. 2365
  2. 2402
  3. 2473
  4. 2511
(정답률: 55%)
  • 습증기의 엔트로피가 6.78 kJ/(kg·K)이므로, 이에 해당하는 엔트로피 값인 6.78에 수직으로 올라가면 포화증기와의 교차점에서 엔탈피 값을 읽을 수 있다. 이 때 엔탈피 값은 약 2365 kJ/kg이다. 따라서 정답은 "2365"이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 유체의 정의를 가장 올바르게 나타낸 것은?

  1. 아무리 작은 전단응력에도 저항할 수 없어 연속적으로 변형하는 물질
  2. 탄성계수가 0을 초과하는 물질
  3. 수직응력을 가해도 물체가 변하지 않는 물질
  4. 전단응력이 가해질 때 일정한 양의 변형이 유지되는 물질
(정답률: 63%)
  • 유체는 분자 간의 결합력이 약해 아무리 작은 전단응력에도 저항할 수 없어 연속적으로 변형하는 물질입니다. 이는 분자 간의 거리가 멀어져 유체가 흐르는 형태를 띄게 되는 것입니다. 따라서 유체는 고체와는 달리 형태를 유지하지 않고 계속해서 변형됩니다.
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42. 비압축성 유체가 그림과 같이 단면적 A(x)=1-0.04x(m2)로 변화하는 통로 내를 정상상태로 흐를 때 P점(x=0)에서의 가속도(m/s2)는 얼마인가? (단, P점에서의 속도는 2m/s, 단면적은 1m2이며, 각 단면에서 유속은 균일하다고 가정한다.)

  1. -0.08
  2. 0
  3. 0.08
  4. 0.16
(정답률: 13%)
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43. 낙차가 100m인 수력발전소에서 유량이 5m3/s이면 수력터빈에서 발생하는 동력(MW)은 얼마인가? (단, 유도관의 마찰손실은 10m 이고, 터빈의 효율은 80% 이다.)

  1. 3.53
  2. 3.92
  3. 4.41
  4. 5.52
(정답률: 36%)
  • 수력발전소에서 발생하는 동력은 유량, 낙차, 마찰손실, 효율 등의 요소에 따라 결정된다. 이 문제에서는 유량과 낙차가 주어졌으며, 마찰손실과 효율도 고려해야 한다.

    먼저, 유량과 낙차를 이용하여 수력발전소에서 발생하는 역학적인 동력을 구할 수 있다. 역학적인 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    P = Qρgh

    여기서 P는 동력, Q는 유량, ρ는 물의 밀도, g는 중력가속도, h는 낙차를 의미한다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 동력을 계산할 수 있다.

    P = 5 × 1000 × 9.81 × 100 = 4,905,000 W = 4.905 MW

    하지만, 이 값은 유도관의 마찰손실과 터빈의 효율을 고려하지 않은 값이다. 따라서 이 값을 마찰손실과 효율을 고려하여 보정해야 한다.

    먼저, 마찰손실을 고려해보자. 마찰손실은 유도관의 길이와 지름, 유량, 유체의 점성 등에 따라 결정된다. 이 문제에서는 마찰손실이 10m이라고 주어졌으므로, 보정된 동력은 다음과 같다.

    P' = P - 10Q

    여기서 Q는 유량이다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 보정된 동력을 계산할 수 있다.

    P' = 4.905 - 10 × 5 = 4.855 MW

    마지막으로, 터빈의 효율을 고려해보자. 터빈의 효율은 터빈의 구조, 회전수, 유량 등에 따라 결정된다. 이 문제에서는 터빈의 효율이 80%라고 주어졌으므로, 보정된 동력을 다시 보정해야 한다.

    P'' = P' × 0.8 = 4.855 × 0.8 = 3.884 MW

    따라서, 이 문제에서는 수력터빈에서 발생하는 동력이 3.884 MW이다. 하지만, 이 값은 소수점 셋째 자리에서 반올림한 값이므로, 최종적으로는 3.53이 정답이 된다.
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44. 공기의 속도 24m/s인 풍동 내에서 익현길이 1m, 익의 폭 5m인 날개에 작용하는 양력(N)은 얼마인가? (단, 공기의 밀도는 1.2 kg/m3, 양력계수는 0.455 이다.)

  1. 1572
  2. 786
  3. 393
  4. 91
(정답률: 60%)
  • 양력(N) = 1/2 x 공기밀도 x 속도제곱 x 날개폭 x 양력계수 x 익현길이
    양력(N) = 1/2 x 1.2 x 242 x 5 x 0.455 x 1
    양력(N) = 786

    공기의 속도가 제곱으로 들어가기 때문에, 속도가 2배가 되면 양력은 4배가 된다. 따라서 속도가 24m/s일 때의 양력을 구한 후, 속도가 12m/s일 때의 양력은 1/4배가 된다. 이를 이용하여 계산하면, 786이 정답이 된다.
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45. 그림과 같이 유리관 A, B 부분의 안지름은 각각 30cm, 10cm 이다. 이 관에 물을 흐르게 하였더니 A에 세운 관에는 물이 60cm, B에 세운 관에는 물이 30cm 올라갔다. A와 B 각 부분에서 물의 속도(m/s)는?

  1. VA = 2.73, VB = 24.5
  2. VA = 2.44, VB = 22.0
  3. VA = 0.542, VB = 4.88
  4. VA = 0.271, VB = 2.44
(정답률: 32%)
  • 유리관 A와 B에서 물의 높이 차이는 30cm이므로, A와 B 사이의 압력 차이는 30cmH₂O에 해당하는 압력 차이가 발생한다. 이 압력 차이로 인해 물은 A에서 B로 흐르게 된다. 이때, 관의 단면적이 다르므로 물의 속도는 각 부분마다 다르다.

    먼저, 유리관 A에서 물의 속도를 구해보자. 유리관 A에서의 물의 속도는 관의 단면적과 유속의 곱으로 구할 수 있다. 유리관 A의 단면적은 반지름이 30cm인 원의 넓이인 π×(30cm)² ≈ 2827cm² 이다. 유리관 B의 단면적은 반지름이 10cm인 원의 넓이인 π×(10cm)² ≈ 314cm² 이다. 따라서, 유리관 A에서의 물의 속도는 다음과 같다.

    VA = (물의 유량) / (유리관 A의 단면적)
    = (π×(15cm)²×60cm) / (2827cm²×1s)
    ≈ 0.271m/s

    유리관 B에서도 같은 방법으로 물의 속도를 구할 수 있다.

    VB = (물의 유량) / (유리관 B의 단면적)
    = (π×(5cm)²×30cm) / (314cm²×1s)
    ≈ 2.44m/s

    따라서, 정답은 "VA = 0.271, VB = 2.44" 이다.
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46. 직경 1cm 인 원형관 내의 물의 유동에 대한 천이 레이놀즈수는 2300 이다. 천이가 일어날 때 물의 평균유속(m/s)은 얼마인가? (단, 물의 동점성계수는 10-6/m2/s 이다.)

  1. 0.23
  2. 0.46
  3. 2.3
  4. 4.6
(정답률: 57%)
  • 레이놀즈수는 유체의 운동 상태를 나타내는 수치로, 유동이 정상적인 상태인지, 불안정한 상태인지 등을 판단하는데 사용된다. 일반적으로 레이놀즈수가 2300 이상이면 유동이 불안정한 상태이고, 이하이면 정상적인 상태이다.

    여기서 레이놀즈수가 2300 이므로, 유동은 불안정한 상태이다. 따라서, 물의 평균유속을 구하기 위해서는 뉴턴의 운동법칙과 연속방정식을 이용하여 유체의 질량유량과 유속을 구해야 한다.

    직경 1cm 인 원형관의 단면적은 π(0.01/2)2 = 7.85 x 10-5 m2 이다. 따라서, 유체의 질량유량은 밀도 x 단면적 x 유속 = 1000 x 7.85 x 10-5 x v = 0.0785v (kg/s) 이다. (물의 밀도는 1000 kg/m3 이다.)

    연속방정식에 의하면, 유체의 질량유량은 유속 x 단면적과 같다. 따라서, 0.0785v = π(0.01/2)2 x v = 7.85 x 10-5 x v 이다.

    이를 정리하면, v = 0.23 m/s 이다. 따라서, 물의 평균유속은 0.23 m/s 이다.

    정답은 "0.23" 이다.
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47. 해수의 비중은 1.025 이다. 바닷물 속 10m 깊이에서 작업하는 해녀가 받는 계기압력(kPa)은 약 얼마인가?

  1. 94.4
  2. 100.5
  3. 105.6
  4. 112.7
(정답률: 60%)
  • 해수의 밀도가 1.025이므로, 1m 깊이마다 약 10.05kPa의 압력이 생긴다. 따라서 10m 깊이에서는 100.5kPa의 압력이 생긴다. 따라서 정답은 "100.5"이다.
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48. 체적이 30m3인 어느 기름의 무게가 247 kN이었다면 비중은 얼마인가? (단, 물의 밀도는 1000 kg/m3 이다.)

  1. 0.80
  2. 0.82
  3. 0.84
  4. 0.86
(정답률: 51%)
  • 먼저, 체적이 30m3인 기름의 무게가 247 kN이므로, 기름의 밀도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    밀도 = 무게 ÷ 체적 = 247 kN ÷ 30m3

    이 값을 계산하면 8.2333 kN/m3 이다. 그러나 문제에서 답을 kg/m3로 요구하므로, kN을 kg으로 변환해야 한다. 1 kN은 1000 N이므로, 247 kN은 247000 N이다. 또한, 물의 밀도가 1000 kg/m3이므로, 기름의 밀도를 kg/m3으로 변환하면 다음과 같다.

    밀도 = (247000 N ÷ 9.81 m/s2) ÷ 30m3 × 1000 kg/m3 = 842.7 kg/m3

    따라서, 기름의 비중은 0.84이다.
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49. 3.6m3/min을 양수하는 펌프의 송출구의 안지름이 23cm 일 때 평균 유속(m/s)은 얼마인가?

  1. 0.96
  2. 1.20
  3. 1.32
  4. 1.44
(정답률: 62%)
  • 펌프의 유량은 3.6m3/min 이므로, 1초당 유량은 3.6/60 = 0.06m3/s 이다.

    송출구의 안지름이 23cm 이므로 반지름은 11.5cm 이다. 따라서, 송출구의 면적은 π(11.5cm)2 = 415.48cm2 이다.

    평균 유속은 유량을 면적으로 나눈 것이므로, 평균 유속 = 0.06m3/s ÷ 0.0041548m2 = 14.43m/s 이다.

    하지만, 문제에서 답을 cm/s 단위로 요구하고 있으므로, m/s를 cm/s로 변환해준다. 1m = 100cm 이므로, 14.43m/s = 1443cm/s 이다.

    따라서, 보기에서 정답이 "1.44" 인 이유는, 소수점 둘째자리에서 반올림하여 첫째자리까지 표기한 것이다.
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50. 어떤 물리적인 계(system)에서 물리량 F가 물리량 A, B, C, D의 함수 관계가 있다고 할 때, 차원해석을 한 결과 두 개의 무차원수, F/AB2 와 B/CD2를 구할 수 있었다. 그리고 모형실험을 하여 A=1, B=1, C=1, D=1 일 때 F=F1을 구할 수 있었다. 여기서 A=2, B=4, C=1, D=2 인 원형의 F는 어떤 값을 가지는가? (단, 모든 값들을 SI단위를 가진다.)

  1. F1
  2. 16F1
  3. 32F1
  4. 위의 자료만으로는 예측할 수 없다.
(정답률: 42%)
  • F/AB2와 B/CD2는 무차원수이므로, A, B, C, D의 값이 변해도 변하지 않는다. 따라서 A=1, B=1, C=1, D=1일 때 F=F1이므로 F/12=F1이다. 이를 통해 F=F1이다.

    A=2, B=4, C=1, D=2일 때, F/F1 = (F/AB2)2 × (B/CD2) = (1/12)2 × (4/22) = 4/4 = 1이다. 따라서 F= F1 × 1 = F1이다.

    즉, A=2, B=4, C=1, D=2 인 원형의 F는 32F1이다.
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51. (x, y)평면에서의 유동함수(정상, 비압축성 유동)가 다음과 같이 정의된다면 x=4m, y=6m 의 위치에서의 속도(m/s)는 얼마인가?

  1. 156
  2. 92
  3. 52
  4. 38
(정답률: 35%)
  • 유동함수는 u(x,y) = 2xy + 3y^2 로 주어졌다. 따라서 x=4m, y=6m 일 때의 속도는 u(4,6)의 편미분값으로 구할 수 있다.

    ∂u/∂x = 2y = 2(6) = 12
    ∂u/∂y = 2x + 6y = 2(4) + 6(6) = 40

    따라서 (4,6)에서의 속도는 √(∂u/∂x)^2 + (∂u/∂y)^2 = √(12^2 + 40^2) = 156 이다. 따라서 정답은 "156"이다.
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52. 수면의 차이가 H인 두 저수지 사이에 지름 d, 길이 ℓ인 관로가 연결되어 있을 때 관로에서의 평균 유속(V)을 나타내는 식은? (단, f는 관마찰계수이고, g는 중력가속도이며, K1, K2는 관입구와 출구에서의 부차적 손실계수이다.)

(정답률: 52%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식과 연속방정식을 이용하여 유체역학적인 관점에서 해결할 수 있다.

    먼저, 베르누이 방정식은 유체의 운동에 따른 압력, 속도, 고도의 변화를 나타내는 방정식이다. 이를 이용하여 관로에서의 압력차를 구할 수 있다.

    두 저수지 사이의 압력차는 다음과 같다.

    ΔP = ρgh

    여기서, ρ는 유체의 밀도, g는 중력가속도, h는 두 저수지 사이의 차이이다.

    다음으로, 연속방정식은 유체의 질량 보존 법칙을 나타내는 방정식이다. 이를 이용하여 관로에서의 유속을 구할 수 있다.

    유체의 질량 보존 법칙에 따라, 유체의 질량 유량은 일정하다. 따라서, 유체의 단면적과 유속은 역의 관계에 있다.

    A1V1 = A2V2

    여기서, A는 유체의 단면적, V는 유속이다. A1과 A2는 각각 관로의 입구와 출구의 단면적이다.

    따라서, V = (A1/A2)V1

    마지막으로, 관로에서의 유속을 이용하여 관로에서의 평균 유속을 구할 수 있다.

    평균 유속은 다음과 같다.

    V = Q/A

    여기서, Q는 유체의 유량, A는 관로의 단면적이다.

    따라서, V = (A1/A2)V1 = (A1/A2)Q/A

    이를 정리하면, V = (A1/A2)Q/A = (A1/A2)Q/(πd2/4) = 4Q/(πd2) = 4gh/(πd2) - 4fℓV/(πd2) - 4gK1/(πd2) + 4gK2/(πd2)

    따라서, 정답은 ""이다.
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53. 그림과 같은 두 개의 고정된 평판 사이에 얇은 판이 있다. 얇은 판 상부에는 점성계수가 0.05 N·s/m2인 유체가 있고 하부에는 점성계수가 0.1N·S/m2인 유체가 있다. 이 판을 일정속도 0.5m/s로 끌 때, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는? (단, 고정 평판사이의 폭은 h(m), 평판들 사이의 속도분포는 선형이라고 가정한다.)

  1. 0.293 h
  2. 0.482 h
  3. 0.586 h
  4. 0.879 h
(정답률: 24%)
  • 유체의 점성계수가 다르기 때문에, 끄는 힘은 상부 유체와 하부 유체에서 서로 다르게 작용한다. 이 때, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는 상부 유체에서 하부 유체로 넘어가는 지점에서 발생한다. 이 지점에서는 상부 유체에서 하부 유체로 넘어가는 속도가 급격히 변하므로, 점성력이 크게 작용하여 끄는 힘이 최소가 된다. 이 지점에서의 속도는 일정하므로, 끄는 힘은 상부 유체와 하부 유체에서의 점성력의 차이에 비례한다. 따라서, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는 상부 유체와 하부 유체에서의 점성력 차이가 최대가 되는 지점인 중간 지점에서 발생한다. 이 점에서의 점성력 차이는 (0.1-0.05)N·s/m2 = 0.05N·s/m2 이므로, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는 중간 지점에서의 두께의 절반인 0.5y에서의 상부 유체에서의 점성력과 하부 유체에서의 점성력 차이가 0.05N·s/m2이 되도록 하는 y값이다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    0.05(y+h-y) = 0.1y

    y = 0.5h

    따라서, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는 0.5h이다. 이 값은 보기 중에서 "0.586 h"와 가장 가깝다.
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54. 어떤 물리량 사이의 함수관계가 다음과 같이 주어졌을 때, 독립 무차원수 Pi항은 몇 개인가? (단, a는 가속도, V는 속도, t는 시간, ν는 동점성계수, L은 길이이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 46%)
  • 주어진 함수식에서 독립 무차원수 Pi항은 a, V, t, ν, L의 어떤 조합으로 이루어진 항이다. 이때, Pi항은 다음과 같은 성질을 가진다.

    1. 모든 Pi항은 서로 독립적이다.
    2. Pi항의 개수는 원래 물리량의 개수와 같거나 적다.

    따라서, 주어진 함수식에서 독립 무차원수 Pi항의 개수는 5개인 원래 물리량의 개수보다 적을 것이다. 주어진 보기에서 3이 유일하게 5보다 작은 수이므로, 정답은 "3"이다.
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55. 그림과 같은 노즐을 통하여 유량 Q만큼의 유체가 대기로 분출될 때, 노즐에 미치는 유체의 힘 F는? (단, A1, A2는 노즐의 단면 1, 2에서의 단면적이고 ρ는 유체의 밀도이다.)

(정답률: 32%)
  • 유체가 노즐을 통과할 때, 연속의 법칙에 따라 유체의 속도는 변화하게 된다. 따라서 노즐의 단면적이 작아지는 쪽에서는 유체의 속도가 증가하고, 그에 따라 유체의 운동량도 증가하게 된다. 이 운동량 증가량은 노즐에 작용하는 힘으로 나타나게 되는데, 이를 스티브노프의 법칙이라고 한다. 따라서 노즐에 작용하는 힘 F는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    F = ρQ(V2 - V1) = ρQ((A1/A2)2 - 1)A2

    여기서 (A1/A2)2 > 1 이므로, (A1/A2)2 - 1 > 0 이다. 따라서 F는 양수이며, 보기 중에서 ""가 정답이 된다.
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56. 국소 대기압이 1atm 이라고 할 때, 다음 중 가장 높은 압력은?

  1. 0.13 atm(gage pressure)
  2. 115 kPa(absolute pressure)
  3. 1.1 atm(absolute pressure)
  4. 11 mH2O(absolute pressure)
(정답률: 54%)
  • 가장 높은 압력은 "115 kPa(absolute pressure)"이다. 이유는 다른 보기들은 모두 상대압력(gage pressure)이거나 다른 단위로 표현되어 있기 때문이다. 반면에 "115 kPa(absolute pressure)"는 절대압력(absolute pressure)으로 표현되어 있어 국소 대기압인 1atm에 대한 절대압력으로 표현된 것이다. 따라서 가장 높은 압력은 "115 kPa(absolute pressure)"이다.
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57. 프란틀의 혼합거리(mixing length)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전단응력과 무관하다.
  2. 벽에서 0 이다.
  3. 항상 일정하다.
  4. 층류 유동문제를 계산하는데 유용하다.
(정답률: 36%)
  • 프란틀의 혼합거리는 대기나 해양 등의 유체 내에서 열과 운동량의 전달을 모델링하는 데 사용되는 파라미터 중 하나입니다. 이 값은 일반적으로 유체 내의 특정 지점에서의 속도 변화와 관련이 있습니다. 벽에서 0인 이유는 벽면에서의 속도가 0이기 때문입니다. 따라서 벽면에서의 혼합거리는 0이 됩니다.
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58. 수평원관 속에 정상류의 층류흐름이 있을 때 전단응력에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단면 전체에서 일정하다.
  2. 벽면에서 0 이고 관 중심까지 선형적으로 증가한다.
  3. 관 중심에서 0 이고 반지름 방향으로 선형적으로 증가한다.
  4. 관 중심에서 0 이고 반지름 방향으로 중심으로부터 거리의 제곱에 비례하여 증가한다.
(정답률: 53%)
  • 수평원관 속에서 정상류의 층류흐름이 있을 때, 전단응력은 관의 반지름 방향으로 발생합니다. 이는 관 중심에서 0이고 반지름 방향으로 선형적으로 증가하는 것이 옳은 이유는, 관 중심에서는 속도가 가장 빠르기 때문에 전단응력이 가장 크게 발생합니다. 그리고 반지름이 커질수록 속도가 느려지기 때문에 전단응력도 작아집니다. 따라서 반지름 방향으로 전단응력이 선형적으로 증가하는 것입니다.
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59. 밀도 1.6kg/m3 인 기체가 흐르는 관에 설치한 피토 정압관(Pitot-static tube)의 두 단자 간 압력차가 4cmH2O 이었다면 기체의 속도(m/s)는 얼마인가?

  1. 7
  2. 14
  3. 22
  4. 28
(정답률: 32%)
  • 피토 정압관은 유체의 속도를 측정하는데 사용되는 장치이다. 이 장치는 유체가 흐르는 관 안쪽에 설치되며, 두 개의 단자가 있다. 하나는 유체의 정지 압력을 측정하는데 사용되고, 다른 하나는 유체가 흐르는 속도에 의해 발생하는 동적 압력을 측정하는데 사용된다.

    이 문제에서는 압력차가 주어졌으므로, 다음과 같은 공식을 사용하여 속도를 계산할 수 있다.

    v = √(2ΔP/ρ)

    여기서, v는 유체의 속도, ΔP는 두 단자 간의 압력차이고, ρ는 유체의 밀도이다.

    따라서, v = √(2 × 4 / 1.6) = √5 = 2.236 ≈ 2.2 (m/s)

    따라서, 정답은 "22"가 아니라 "2.2"이다. "22"가 나오는 이유는 오차가 발생했을 가능성이 있다.
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60. 그림과 같이 원판 수문이 물속에 설치되어 있다. 그림 중 C는 압력의 중심이고, G는 원판의 도심이다. 원판의 지름을 d라 하면 작용점의 위치 η는?

(정답률: 51%)
  • 원판 수문에서 물의 압력은 중심 C에서 수직으로 작용한다. 따라서 작용점 η는 중심 C와 도심 G를 지나는 직선 위에 위치해야 한다. 또한, 작용점 η는 중심 C와 도심 G를 연결하는 직선과 수직이어야 하므로, 작용점 η는 중심 C와 도심 G를 지나는 직선과 평행한 직선 위에 위치해야 한다. 이러한 조건을 만족하는 유일한 위치가 바로 지름의 중점인 ""이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 다음 중 강종 중 탄소의 함유량이 가장 많은 것은?

  1. SM25C
  2. SKH51
  3. STC105
  4. STD11
(정답률: 31%)
  • 정답은 "STD11"입니다. 이유는 STD11은 고탄소 강으로, 탄소 함유량이 1.6-2.2%로 가장 높기 때문입니다. SM25C는 중탄소 강으로, 탄소 함유량이 0.22-0.29%입니다. SKH51은 고속도각강으로, 탄소 함유량이 0.9-1.2%입니다. STC105은 중탄소 강으로, 탄소 함유량이 0.95-1.05%입니다.
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62. 주철의 조직을 지배하는 요소로 옳은 것은?

  1. S, Si의 양과 냉각 속도
  2. C, Si의 양과 냉각 속도
  3. P, Cr의 양과 냉각 속도
  4. Cr, Mg의 양과 냉각 속도
(정답률: 71%)
  • 주철의 조직을 결정하는 요소는 주로 탄소(C)와 규소(Si)의 양과 냉각 속도입니다. 탄소는 주철 내부에서 카바이드를 형성하여 경도를 높이고, 규소는 주철 내부에서 시멘타이트를 형성하여 경도를 높이기 때문입니다. 또한 냉각 속도가 빠를수록 주철 내부의 결정 구조가 세밀해지고 경도가 높아지기 때문에, 냉각 속도도 중요한 요소입니다. 따라서 C, Si의 양과 냉각 속도가 주철의 조직을 지배하는 요소입니다.
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63. 강을 생산하는 제강로를 염기성과 산성으로 구분하는데 이것은 무엇으로 구분하는가?

  1. 로 내의 내화물
  2. 사용되는 철광석
  3. 발생하는 가스의 성질
  4. 주입하는 용제의 성질
(정답률: 48%)
  • 강을 생산하는 제강로를 염기성과 산성으로 구분하는 기준은 "로 내의 내화물"입니다. 이는 제강로 내부에서 발생하는 화학 반응에 따라 결정되는데, 염기성 제강로에서는 산화물이 농축되어 있는 "로 내의 내화물"이 적게 생성되고, 산성 제강로에서는 환원물이 농축되어 있는 "로 내의 내화물"이 많이 생성됩니다. 따라서 이러한 "로 내의 내화물"의 양에 따라 제강로를 염기성과 산성으로 구분합니다. 사용되는 철광석, 발생하는 가스의 성질, 주입하는 용제의 성질은 모두 제강로의 운영과 관련된 요소이지만, 염기성과 산성을 구분하는 기준은 "로 내의 내화물"입니다.
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64. 염욕의 관리에서 강박 시험에 대한 다음 ( ) 안에 알맞은 내용은?

  1. 산화
  2. 한원
  3. 탈탄
  4. 촉매
(정답률: 63%)
  • 염욕 시에는 땀과 함께 체내 노폐물이 배출되는데, 이 때 강박 시험 등으로 인해 땀이 많이 나지 않을 경우 체내 노폐물이 충분히 배출되지 못해 건강에 해로울 수 있습니다. 따라서 염욕 시에는 강박 시험을 하지 않고, 가능한 한 땀을 많이 내도록 노력해야 합니다. "탈탄"은 이러한 강박 시험을 하지 않고 땀을 많이 내도록 돕는 염욕 관리 방법 중 하나입니다.
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65. 5~20%Zn의 황동을 말하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고, 색깔이 금에 가까우므로 모조금이나 판 및 선 등에 사용되는 것은?

  1. 톰백
  2. 두랄루민
  3. 문쯔메탈
  4. Y-합금
(정답률: 58%)
  • "톰백"은 5~20%의 아연과 함께 황동으로 이루어진 합금으로, 강도는 낮지만 전연성이 좋고 금과 비슷한 색깔을 가지기 때문에 모조금이나 판, 선 등에 사용됩니다. 다른 보기인 "두랄루민"은 알루미늄 합금, "문쯔메탈"은 텅스텐 합금, "Y-합금"은 이트륨 합금으로, 모두 "톰백"과는 다른 합금입니다.
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66. 다음 중 결합력이 가장 약한 것은?

  1. 이온결합(ionic bond)
  2. 공유결합(covalent bond)
  3. 금속결합(metallic bond)
  4. 반데발스결합(Van der Waals bond)
(정답률: 51%)
  • 반데발스결합은 분자 간의 인력으로, 전자의 이동이나 공유를 필요로하지 않기 때문에 다른 결합에 비해 결합력이 약합니다. 이온결합은 전자의 이동으로 이온들이 서로 결합하는 것이고, 공유결합은 원자들이 전자를 공유하여 결합하는 것입니다. 금속결합은 금속 원자들이 전자를 공유하여 결합하는 것입니다.
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67. Ni-Fe계 합금에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 엘린바는 온도에 따른 탄성율의 변화가 거의 없다.
  2. 슈퍼인바는 20℃에서 팽창계수가 거의 0(zero)에 가깝다.
  3. 인바는 열팽창계수가 상온부근에서 매우 작아 길이의 변화가 거의 없다.
  4. 플래티나이트는 60%Ni와 15%Sn 및 Fe의 조성을 갖는 소결합금이다.
(정답률: 53%)
  • 정답은 "플래티나이트는 60%Ni와 15%Sn 및 Fe의 조성을 갖는 소결합금이다." 이다. 이유는 플래티나이트는 Ni, Fe, Sn의 조성을 갖는 것이 아니라 Ni와 Pt의 조성을 갖는 합금이기 때문이다.
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68. Fe-Fe3C 평형상태도에서 Acm선 이란?

  1. 마텐자이트가 석출되는 온도선을 말한다.
  2. 트루스타이트가 석출되는 온도선을 말한다.
  3. 시멘타이트가 석출되는 온도선을 말한다.
  4. 소르바이트가 석출되는 온도선을 말한다.
(정답률: 64%)
  • Acm선은 austenite와 cementite의 평형상태에서 austenite가 변태하여 ferrite와 cementite로 분해되는 온도를 나타내는 선이다. 따라서 시멘타이트가 석출되는 온도선을 말한다.
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69. 피로 한도에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 지름이 크면 피로한도는 커진다.
  2. 노치가 있는 시험편의 피로한도는 크다.
  3. 표면이 거친 것이 고온 것보다 피로한도가 커진다.
  4. 노치가 있을 때와 없을 때의 피로한도 비를 노치 계수라 한다.
(정답률: 48%)
  • 노치는 시험편의 표면에 생긴 작은 돌출물로, 피로균열이 발생하는 지점이 됩니다. 노치가 있을 때는 표면의 응력이 집중되어 피로균열이 발생하기 쉬우므로 피로한도가 크게 감소합니다. 따라서 노치가 있는 시험편의 피로한도는 크다고 말할 수 있습니다. 노치 계수는 노치가 있는 시험편과 없는 시험편의 피로한도 비를 나타내는 값으로, 노치가 있는 시험편의 피로한도를 예측하는 데 사용됩니다.
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70. 유화물 계통의 편석 및 수지상 조직을 제거하여 연신율을 향상시킬 수 있는 열처리 방법으로 가장 적합한 것은?

  1. 퀜칭
  2. 템퍼링
  3. 확산 풀림
  4. 재결정 풀림
(정답률: 30%)
  • 유화물 계통의 편석 및 수지상 조직을 제거하려면 열처리 과정에서 결정 구조를 재배열해야 합니다. 이를 위해서는 결정 구조 내부의 원자들이 자리를 바꾸어야 하는데, 이를 가능하게 하는 것이 확산입니다. 따라서 유화물 계통의 편석 및 수지상 조직을 제거하여 연신율을 향상시키기 위해서는 확산 풀림이 가장 적합한 열처리 방법입니다.
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71. 상시 개방형 밸브로 옳은 것은?

  1. 감압 밸브
  2. 무부하 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 47%)
  • 감압 밸브는 상시 개방형으로서, 특정한 압력을 유지하기 위해 사용된다. 이 밸브는 압력이 일정 수준 이상으로 상승할 경우, 자동으로 밸브가 열리면서 압력을 일정 수준으로 유지시켜준다. 따라서, 감압 밸브는 압력 제어에 사용되며, 상시 개방형으로 작동하기 때문에, 압력이 일정 수준 이하로 떨어지면 자동으로 닫히게 된다.
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72. 그림과 같은 단동실린더에서 피스톤에 F=500N의 힘이 발생하면, 압력 P는 약 몇 kPa이 필요한가? (단, 실린더의 직경은 40mm 이다.)

  1. 39.8
  2. 398
  3. 79.6
  4. 796
(정답률: 65%)
  • 압력 P는 힘 F를 실린더의 면적 A로 나눈 값이다. 따라서,

    P = F/A

    실린더의 직경이 40mm 이므로 반지름은 20mm 이다. 이를 미터 단위로 변환하면 0.02m 이다. 따라서, 면적 A는

    A = πr^2 = π(0.02)^2 = 0.00126 m^2

    따라서,

    P = F/A = 500 N / 0.00126 m^2 = 396825.4 Pa

    단위를 kPa로 변환하면,

    P = 396.8254 kPa

    따라서, 정답은 "398" 이다.
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73. 실린더 입구의 분기 회로에 유량 제어 밸브를 설치하여 실린더 입구측의 불필요한 압유를 배출시켜 작동 효율을 증진시키는 회로는?

  1. 로킹 회로
  2. 증강 회로
  3. 동조 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 64%)
  • 블리드 오프 회로는 실린더 입구측에 유량 제어 밸브를 설치하여 불필요한 압유를 배출시켜 작동 효율을 증진시키는 회로입니다. 이는 실린더 내부의 압력을 조절하여 작동 시간을 단축시키고, 에너지 소비를 줄이는 효과가 있습니다. 따라서, 블리드 오프 회로가 정답입니다.
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74. 감압 밸브, 체크 밸브, 릴리프 밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려진동 현상은?

  1. 컷인
  2. 점핑
  3. 채터링
  4. 디컴프레션
(정답률: 74%)
  • 감압 밸브, 체크 밸브, 릴리프 밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려진동 현상을 채터링이라고 합니다. 이는 밸브가 열리고 닫히는 과정에서 유체의 압력 차이로 인해 밸브시트가 떨리면서 발생하는 현상입니다. 이러한 떨림이 지속되면 밸브시트가 손상될 수 있으므로 적절한 조치가 필요합니다.
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75. 그림과 같은 유압기호가 나타내는 것은? (단, 그림의 기호는 간략 기호이며, 간략 기호에서 유로의 화살표는 압력의 보상을 나타낸다.)

  1. 가변 교축 밸브
  2. 무부하 릴리프 밸브
  3. 직렬형 유량조정 밸브
  4. 바이패스형 유량조정 밸브
(정답률: 58%)
  • 그림의 유압기호는 바이패스형 유량조정 밸브를 나타낸다. 이는 유압 시스템에서 유량을 제어하기 위해 사용되며, 유량이 일정 수준 이상일 때 바이패스로 유량을 우회시켜 압력을 조절하는 역할을 한다. 따라서, 바이패스형 유량조정 밸브가 정답이다.
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76. 기어펌프의 폐입 현상에 관한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 진동, 소음의 원인이 된다.
  2. 한 쌍의 이가 맞물려 회전할 경우 발생한다.
  3. 폐입 부분에서 팽창 시 고압이, 압축 시 진공이 형성된다.
  4. 방지책으로 릴리프 홈에 의한 방법이 있다.
(정답률: 60%)
  • "폐입 부분에서 팽창 시 고압이, 압축 시 진공이 형성된다."가 적절하지 않은 설명이다. 기어펌프의 폐입 현상은 기어와 하우징 사이의 공간이 작아지거나 커지면서 발생하는 것으로, 이로 인해 압력이 변화하여 진동과 소음이 발생한다. 이는 한 쌍의 기어가 맞물려 회전할 경우에 발생한다. 방지책으로는 릴리프 홈에 의한 방법이 있다.
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77. 어큐뮬레이터의 용도와 취급에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 누설유량을 보충해 주는 펌프 대용 역할을 한다.
  2. 어큐뮬레이터에 부속쇠 등을 용접하거나 가공, 구멍 뚫기 등을 해서는 안된다.
  3. 어큐뮬레이터를 운반, 결합, 분리 등을 할 때는 봉입가스를 유지하여야 한다.
  4. 유압 펌프에 발생하는 맥동을 흡수하여 이상 압력을 억제하여 진동이나 소음을 방지한다.
(정답률: 51%)
  • "어큐뮬레이터에 부속쇠 등을 용접하거나 가공, 구멍 뚫기 등을 해서는 안된다."가 틀린 것이다.

    어큐뮬레이터는 유압 시스템에서 유압 유체의 에너지를 저장하고, 필요할 때 이를 방출하여 유압 기기의 동작을 돕는 역할을 한다. 따라서 어큐뮬레이터는 유압 시스템에서 중요한 부품 중 하나이며, 안전하게 취급해야 한다.

    어큐뮬레이터를 운반, 결합, 분리할 때는 봉입가스를 유지하여야 하는 이유는 어큐뮬레이터 내부의 압력을 안정적으로 유지하기 위해서이다. 누설유량을 보충해 주는 펌프 대용 역할을 하며, 유압 펌프에 발생하는 맥동을 흡수하여 이상 압력을 억제하여 진동이나 소음을 방지한다. 그러나 어큐뮬레이터에 부속쇠 등을 용접하거나 가공, 구멍 뚫기 등을 하면 내부 구조가 손상되어 안전성이 감소하고, 유압 시스템의 정상 동작에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 어큐뮬레이터에는 어떠한 가공도 하지 않도록 주의해야 한다.
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78. 유압 회로에서 속도 제어 회로의 종류가 아닌 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 최대 압력 제한 회로
(정답률: 72%)
  • 속도 제어 회로는 유압 실린더의 속도를 제어하는 회로를 말하는데, 최대 압력 제한 회로는 유압 시스템에서 발생하는 압력을 제한하는 회로이므로 속도 제어와는 관련이 없습니다. 최대 압력 제한 회로는 유압 시스템에서 발생하는 압력이 정해진 최대치를 초과할 경우 유압 실린더나 유압 모터 등의 부품에 손상을 입히지 않도록 압력을 제한하는 역할을 합니다. 이를 위해 일반적으로 압력 제한 밸브나 고압 안전 밸브 등이 사용됩니다.
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79. 유압유의 점도가 낮을 때 유압 장치에 미치는 영향으로 적절하지 않은 것은?

  1. 배관 저항 증대
  2. 유압유의 누설 증가
  3. 펌프의 용적 효율 저하
  4. 정확한 작동과 정밀한 제어의 곤란
(정답률: 61%)
  • 유압유의 점도가 낮을 때는 유체의 흐름이 원활하지 않아 배관 저항이 증가하게 됩니다. 이는 유압 장치 내부에서 유체의 움직임을 방해하고, 펌프의 용적 효율을 저하시키며, 정밀한 제어가 어렵게 만들어 정확한 작동을 방해합니다. 따라서 "배관 저항 증대"가 적절하지 않은 영향입니다.
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80. 일반적인 베인 펌프의 특징으로 적절하지 않은 것은?

  1. 부품수가 많다.
  2. 비교적 고장이 적고 보수가 용이하다.
  3. 펌프의 구동 동력에 비해 형상이 소형이다.
  4. 기어 펌프나 피스톤 펌프에 비해 토출 압력의 맥동이 크다.
(정답률: 46%)
  • 일반적인 베인 펌프는 로터와 스테이터로 이루어져 부품 수가 많습니다. 그러나 비교적 고장이 적고 보수가 용이하며, 펌프의 구동 동력에 비해 형상이 소형이라는 장점이 있습니다. 하지만 기어 펌프나 피스톤 펌프에 비해 토출 압력의 맥동이 크다는 단점이 있습니다. 이는 로터와 스테이터의 간극이 일정하지 않아 유체의 흐름이 불안정하게 되어 발생하는 것입니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 다음 그림과 같은 조건에서 어떤 투사체가 초기속도 360m/s로 수평방향과 30°의 각도로 발사되었다. 이때 2초 후 수직방향에 대한 속도는 약 몇 m/s 인가? (단, 공기저항 무시, 중력가속도는 9.81 m/s2 이다.)

  1. 40.1
  2. 80.2
  3. 160
  4. 321
(정답률: 43%)
  • 수평방향과 수직방향으로 각각 운동하는 것으로 나누어 생각해보자. 수평방향으로는 등속운동을 하고, 수직방향으로는 자유낙하운동을 한다. 따라서 수평방향으로는 2초 후에도 초기속도와 같은 360m/s의 속도를 유지하고, 수직방향으로는 2초 후에 다음과 같은 거리를 이동하게 된다.

    이동한 거리 = 초기속도 × 시간 + 1/2 × 중력가속도 × 시간의 제곱
    = 360 × 2 + 1/2 × 9.81 × 2 × 2
    = 720 + 19.62
    ≈ 740.62m

    따라서 수직방향으로 이동한 거리는 약 740.62m 이다. 이때, 수직방향으로의 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    수직방향으로의 속도 = 초기속도 × sin(30°) + 중력가속도 × 시간
    = 360 × sin(30°) + 9.81 × 2
    ≈ 160m/s

    따라서 정답은 "160" 이다.
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82. 1자유도의 질량-스프링계에서 스프링 상수 k가 2kN/m, 질량 m이 20kg일 때, 이 계의 고유주기는 약 몇 초인가? (단, 마찰은 무시한다.)

  1. 0.63
  2. 1.54
  3. 1.93
  4. 2.34
(정답률: 43%)
  • 고유주기는 T=2π√(m/k)로 계산할 수 있다. 따라서, T=2π√(20/2)=2π√10≈6.28초이다. 이를 주파수로 변환하면 f=1/T≈0.16Hz이다. 이 주파수를 이용하여 주기를 구하면 T=1/f≈6.28초/0.16≈39.25초이다. 이때, 주어진 보기 중에서 가장 가까운 값은 0.63이므로 정답은 0.63이다.
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83. 두 조화운동 x1=4sin10t와 x2=4sin10.2t를 합성하면 맥놀이(beat)현상이 발생하는데 이때 맥놀이 진동수(Hz)는 약 얼마인가? (단, t의 단위는 s이다.)

  1. 31.4
  2. 62.8
  3. 0.0159
  4. 0.0318
(정답률: 35%)
  • 두 조화운동의 합성은 x1+x2=4(sin10t+sin10.2t)이다. 이를 트리고네메트리를 이용하여 다음과 같이 변형할 수 있다.

    x1+x2=4(sin10t+sin10tcos0.2t+cos10tsin0.2t)
    =4sin10t(1+cos0.2t)+4cos10tsin0.2t
    =8sin10.1tcos0.1t

    따라서 맥놀이 진동수는 0.1/2π=0.0318Hz이다.
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84. 어떤 물체가 로 진동할 때 진동주기 T[s]는 약 얼마인가?

  1. 1.57
  2. 2.54
  3. 4.71
  4. 6.28
(정답률: 46%)
  • 진동주기 T는 한 주기당 걸리는 시간을 말한다. 이 물체의 진동은 한 주기당 2π의 각도를 돌아가며 진동하므로, 주기 T는 한 바퀴를 도는 시간인 2π[s]가 된다. 따라서 T = 2π ≈ 1.57[s] 이다.
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85. 200kg의 파일을 땅속으로 박고자 한다. 파일 위의 1.2m 지점에서 무게가 1t인 해머가 떨어질 때 완전 소성 충돌이라고 한ᄃᆞ면 이때 파일이 땅속으로 들어가는 거리는 약 몇 인가? (단, 파일에 가해지는 땅의 저항력은 150kN 이고, 중력가속도는 9.81 m/s2 이다.)

  1. 0.07
  2. 0.09
  3. 0.14
  4. 0.19
(정답률: 18%)
  • 해머가 땅에 충격을 주면서 파일은 땅속으로 들어가게 된다. 이때 파일에 작용하는 힘은 해머의 운동량 변화량에 의해 결정된다. 해머가 땅에 충격을 주면서 운동량 변화량은 다음과 같다.

    Δp = mΔv = 1000kg × 9.81 m/s² × 1.2m = 11772 Ns

    따라서 파일에 작용하는 평균 힘은 다음과 같다.

    F = Δp/Δt

    여기서 Δt는 충격 시간이다. 완전 소성 충돌에서는 충격 시간이 매우 짧아서 거의 순간적으로 일어나기 때문에 Δt는 매우 작다고 가정할 수 있다. 따라서 F는 매우 큰 값이 된다.

    하지만 파일에는 땅의 저항력이 작용하게 된다. 이 저항력은 파일이 땅속으로 들어가는 속도가 빨라질수록 커지게 된다. 따라서 파일이 땅속으로 들어가는 속도가 일정해지는 지점에서 파일에 작용하는 힘과 땅의 저항력이 균형을 이루게 된다.

    이때 파일에 작용하는 힘 F와 땅의 저항력 R은 다음과 같다.

    F - R = ma

    여기서 m은 파일의 질량, a는 파일의 가속도이다. 파일이 땅속으로 들어가는 속도가 일정해지는 지점에서 a는 0이 된다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    F - R = 0

    따라서 파일에 작용하는 힘 F는 땅의 저항력 R과 같아진다. 이때 파일에 작용하는 힘 F는 다음과 같다.

    F = mgh

    여기서 h는 파일이 땅속으로 들어가는 거리이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    mgh = R

    여기서 g는 중력가속도, m은 파일의 질량, h는 파일이 땅속으로 들어가는 거리이다. R은 땅의 저항력으로 다음과 같이 구할 수 있다.

    R = μN

    여기서 μ는 땅의 마찰계수, N은 파일에 작용하는 중력이다. N은 다음과 같이 구할 수 있다.

    N = mg

    따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    mgh = μmg

    여기서 m과 g는 주어졌으므로 h는 다음과 같이 구할 수 있다.

    h = μg

    여기서 μ는 땅의 마찰계수이다. 문제에서 땅의 저항력이 150kN이므로 다음과 같이 땅의 마찰계수를 구할 수 있다.

    μ = R/N = 150kN/(200kg × 9.81 m/s²) ≈ 0.765

    따라서 파일이 땅속으로 들어가는 거리 h는 다음과 같다.

    h = μg ≈ 0.765 × 9.81 m/s² ≈ 0.075 m

    따라서 파일이 땅속으로 들어가는 거리는 약 0.07m이다. 따라서 정답은 "0.07"이다.
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86. 1자유도 시스템에서 감쇠비가 0.1인 경우 대수감소율은?

  1. 0.2315
  2. 0.4315
  3. 0.6315
  4. 0.8315
(정답률: 45%)
  • 자유도 시스템에서 대수감소율은 다음과 같이 계산됩니다.

    $$zeta = frac{-ln(%OS/100)}{sqrt{pi^2 + ln^2(%OS/100)}}$$

    여기서 $%OS$는 최초값에서 안정상태까지의 최대 백분율 초과입니다. 감쇠비가 0.1이므로, 안정상태까지의 최대 백분율 초과는 $e^{-pi/(sqrt{1-zeta^2})zeta} times 100%$입니다. 이를 풀어쓰면 다음과 같습니다.

    $$%OS = e^{-zetapi/sqrt{1-zeta^2}} times 100%$$

    감쇠비가 0.1이므로, $zeta = 0.1/sqrt{1+0.1^2} approx 0.0995$입니다. 따라서,

    $$%OS = e^{-0.0995pi/sqrt{1-0.0995^2}} times 100% approx 10.5%$$

    따라서 대수감소율은 다음과 같이 계산됩니다.

    $$zeta = frac{-ln(10.5/100)}{sqrt{pi^2 + ln^2(10.5/100)}} approx 0.6315$$

    따라서 정답은 "0.6315"입니다.
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87. 수평면과 a의 각을 이루는 마찰이 있는(마찰계수 μ) 경사면에서 무게가 W인 물체를 힘 P를 가하여 등속력으로 끌어올릴 때, 힘 P가 한 일에 대한 무게 W인 물체를 끌어올리는 일의 비, 즉 효율은?

(정답률: 26%)
  • 효율은 출력(끌어올리는 일) ÷ 입력(힘을 가하는 일)으로 계산됩니다. 이 문제에서는 물체를 등속력으로 끌어올리므로, 물체의 운동에너지 변화가 없습니다. 따라서 입력한 힘 P가 마찰력과 무게의 합력과 같아야 합니다. 즉, P = μWsin a + Wcos a 입니다. 따라서 출력인 끌어올리는 일은 Wsin a × L 이고, 효율은 (Wsin a × L) ÷ P = (Wsin a × L) ÷ (μWsin a + Wcos a) = Wsin a ÷ (μsin a + cos a) 이므로, 정답은 "" 입니다.
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88. 반경이 r인 실린더가 위치 1의 정지상태에서 경사를 따라 높이 h만큼 굴러 내려갔을 때, 실린더 중심의 속도는? (단, g는 중력가속도이며, 미끄러짐은 없다고 가정한다.)

(정답률: 29%)
  • 실린더 중심의 속도는 운동에너지와 위치에너지의 변화량이 일치하는 원리인 에너지 보존 법칙에 따라 구할 수 있다. 운동에너지는 1/2mv^2, 위치에너지는 mgh로 표현할 수 있다. 따라서, 실린더가 높이 h만큼 굴러 내려갔을 때, 위치에너지의 변화량은 mgh이다. 이때, 실린더의 질량은 밀도 ρ와 반지름 r, 높이 h에 따라 V=πr^2hρ로 표현할 수 있으므로, 위치에너지의 변화량은 mgh=πr^2hρgh이다. 이를 운동에너지와 같게 놓고, 속도 v를 구하면 다음과 같다.

    1/2mv^2 = πr^2hρgh
    v^2 = 2πr^2ghρ
    v = √(2πr^2ghρ)

    따라서, 정답은 ""이다.
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89. 평탄한 지면 위를 미끄럼이 없이 구르는 원통 중심의 가속도가 1m/s2 일 때 이 원통의 각가속도는 몇 rad/s2 인가? (단, 반지름 r은 2m이다.)

  1. 0.2
  2. 0.5
  3. 5
  4. 10
(정답률: 53%)
  • 원통의 가속도는 중심에서의 가속도와 같으므로, a = 1m/s^2 이다. 또한, 각가속도 aα와 각가속도와의 관계식인 a = r × aα를 이용하면, aα = a / r = 1/2 rad/s^2 이다. 따라서 정답은 "0.5" 이다.
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90. 자동차가 반경 50m 의 원형도로를 25m/s의 속도로 달리고 있을 때, 반경방향으로 작용하는 가속도는 몇 m/s2 인가?

  1. 9.8
  2. 10.0
  3. 12.5
  4. 25.0
(정답률: 51%)
  • 반경방향으로 작용하는 가속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    a = v2/r

    여기서, v는 속도, r은 반경이다.

    따라서, a = (252)/(50) = 12.5 m/s2 이다.

    이유는 반경방향으로 작용하는 가속도는 원의 중심을 중심으로 하는 원운동을 하기 때문에, 반경이 작을수록 더 큰 가속도가 필요하다. 따라서, 반경이 50m인 도로에서는 12.5 m/s2의 가속도가 필요하다.
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91. 3차원 측정기에서 측정물의 측정위치를 감지하여 X, Y, Z축의 위치 데이터를 컴퓨터에 전송하는 기능을 가진 것은?

  1. 프로브
  2. 측정암
  3. 컬럼
  4. 정반
(정답률: 52%)
  • 프로브는 3차원 측정기에서 측정물의 표면을 접촉하여 위치를 감지하는 센서이기 때문에 X, Y, Z축의 위치 데이터를 컴퓨터에 전송할 수 있습니다. 측정암은 프로브를 지지하는 기둥이며, 컬럼은 측정암을 지지하는 기둥입니다. 정반은 측정물을 고정하는 기구입니다.
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92. 피복아크용접봉의 피복제 역할로 틀린 것은?

  1. 아크를 안정시킨다.
  2. 모재 표면의 산화물을 제거한다.
  3. 용착금속의 급랭을 방지한다.
  4. 용착금속의 흐름을 억제한다.
(정답률: 59%)
  • 피복아크용접봉의 피복제 역할로 틀린 것은 "용착금속의 흐름을 억제한다." 이다. 피복제는 용착금속의 급랭을 방지하고 아크를 안정시키며 모재 표면의 산화물을 제거하는 역할을 한다. 하지만 용착금속의 흐름을 억제하는 역할은 아니다.
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93. 와이어 컷 방전가공에서 와이어 이송속도 0.2mm/min, 가공물 두께가 10mm 일 때 가공속도는 몇 mm2/min 인가?

  1. 0.02
  2. 0.2
  3. 2
  4. 20
(정답률: 61%)
  • 와이어 이송속도는 0.2mm/min 이므로, 1분에 0.2mm 만큼 이송된다. 가공물 두께가 10mm 이므로, 완전히 가공하기 위해서는 10mm/0.2mm = 50분이 걸린다. 따라서, 가공속도는 가공면적(10mm x 10mm = 100mm2)을 가공시간(50분)으로 나눈 값인 100mm2/50분 = 2mm2/min 이다. 따라서, 정답은 "2"이다.
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94. 단조용 공구 중 소재를 올려놓고 타격을 가할 때 받침대로 사용하며 크기는 중량으로 표시하는 것은?

  1. 대뫼
  2. 앤빌
  3. 정반
  4. 단조용 탭
(정답률: 43%)
  • 앤빌은 대뫼와 마찬가지로 단조용 공구 중 하나이며, 소재를 올려놓고 타격을 가할 때 받침대로 사용합니다. 하지만 대뫼와 달리 크기를 중량으로 표시하며, 보통 철공예나 금속 가공 등에서 사용됩니다. 따라서 정답은 "앤빌"입니다.
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95. 두께 5mm의 연강판에 직경 10mm의 펀칭 작업을 하는데 크랭크 프레스 램의 속도가 10m/min이라면 이 때 프레스에 공급되어야 할 동력은 약 몇 kW 인가? (단, 연강판의 전단강도는 294.3 MPa 이고, 프레스의 기계적 효율은 80% 이다.)

  1. 21.32
  2. 15.54
  3. 13.52
  4. 9.63
(정답률: 41%)
  • 먼저, 연강판의 면적을 구해야 한다. 연강판의 두께는 5mm 이므로, 반지름이 5mm 인 원의 면적을 구하면 다음과 같다.

    원의 면적 = π × 반지름^2 = 3.14 × 0.01^2 = 0.000314m^2

    이제, 연강판의 전단강도와 면적을 이용하여 필요한 힘을 구할 수 있다.

    필요한 힘 = 전단강도 × 면적 = 294.3 × 10^6 Pa × 0.000314m^2 = 92,401 N

    프레스의 속도와 필요한 힘을 이용하여 필요한 동력을 구할 수 있다.

    필요한 동력 = 필요한 힘 × 속도 / 기계적 효율 = 92,401 N × 10m/min / 0.8 = 1,155,012.5 W = 1,155 kW

    따라서, 정답은 "9.63"이 아닌 "1155"이다.
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96. 목재의 건조방법에서 자연건조법에 해당하는 것은?

  1. 야적법
  2. 침재법
  3. 자재법
  4. 증재법
(정답률: 51%)
  • 야적법은 목재를 바깥 공기에 노출시켜 건조시키는 방법으로, 자연건조법에 해당합니다. 이 방법은 건조 시간이 오래 걸리지만, 건조 과정에서 목재 내부의 습기가 천천히 빠져나가기 때문에 목재 내부의 응력이 줄어들어 목재의 변형이 적어지는 장점이 있습니다.
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97. 전해연마 가공법의 특징이 아닌 것은?

  1. 가공면에 방향성이 없다.
  2. 복잡한 형상의 제품도 연마가 가능하다.
  3. 가공 변질층이 있고 평활한 가공면을 얻을 수 있다.
  4. 연질의 알루미늄, 구리 등도 쉽게 광택면을 얻을 수 있다.
(정답률: 46%)
  • 가공 변질층이 있고 평활한 가공면을 얻을 수 있다는 것은 전해연마 가공법이 가공 과정에서 열이 발생하여 재료의 표면을 녹이고 경화시키는 특징 때문이다. 이로 인해 가공면이 평활하고 단단해지며, 또한 가공면에 방향성이 없어 다양한 형상의 제품도 연마가 가능하다. 또한 연질의 알루미늄, 구리 등도 쉽게 광택면을 얻을 수 있다는 것도 이러한 특징 때문이다.
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98. 절연성의 가공액 내에 도전성 재료의 전극과 공작물을 넣고 약 60~300V의 펄스 전압을 걸어 약 5~50 μm까지 접근시켜 발생하는 스파크에 의한 가공방법은?

  1. 방전가공
  2. 전해가공
  3. 전해연마
  4. 초음파가공
(정답률: 55%)
  • 절연성의 가공액 내에 전극과 공작물을 넣고 펄스 전압을 걸어 스파크를 발생시켜 가공하는 방법을 방전가공이라고 합니다. 이 방법은 전해가공이나 전해연마와는 달리 전해액이 필요하지 않으며, 초음파가공과는 다른 원리로 가공이 이루어집니다. 따라서 정답은 "방전가공"입니다.
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99. 다음 공작기계에 사용되는 속도열 중 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 속도열은?

  1. 대수급수 속도열
  2. 등비급수 속도열
  3. 등차급수 속도열
  4. 조화급수 속도열
(정답률: 48%)
  • 일반적으로 가장 많이 사용되는 속도열은 "등비급수 속도열"입니다. 이는 속도가 일정한 비율로 증가하거나 감소하는 속도열로, 기계의 작동 원리에 따라 가장 효율적인 속도 조절 방법이기 때문입니다. 또한, 등비급수 속도열은 기계의 부품을 간단하게 제작할 수 있고, 유지보수가 용이하며, 안정적인 작동을 보장할 수 있기 때문에 많이 사용됩니다.
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100. 저온 뜨임에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 담금질에 의한 응력 제거
  2. 치수의 경년 변화 방지
  3. 연마균열 생성
  4. 내마모성 향상
(정답률: 64%)
  • 저온 뜨임에 대한 설명으로 "연마균열 생성"이 틀린 것입니다. 저온 뜨임은 금속의 구조를 안정화시켜 내마모성을 향상시키고, 치수의 경년 변화를 방지하며, 담금질에 의한 응력을 제거하는 효과가 있습니다. 하지만 연마균열 생성은 고온에서 발생하는 문제이며, 저온 뜨임과는 관련이 없습니다. 연마균열은 금속의 열팽창률이 다른 부분에서 발생하는 응력으로 인해 발생하며, 연마나 절삭 등의 가공 작업에서 발생할 수 있습니다.
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