일반기계기사 필기 기출문제복원 (2021-09-12)

일반기계기사 2021-09-12 필기 기출문제 해설

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일반기계기사
(2021-09-12 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 20cm x 10cm의 단면을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을 때 장주의 길이가 2m라면 세장비는 약 얼마인가?

  1. 89
  2. 69
  3. 49
  4. 29
(정답률: 75%)
  • 세장비는 부재의 길이를 회전반경으로 나눈 값이며, 회전반경은 단면 2차 모멘트와 단면적의 비의 제곱근으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{L}{k} = \frac{L}{\sqrt{I/A}} = \frac{L}{\sqrt{\frac{bh^{3}}{12} \div bh}} = \frac{L}{\frac{h}{2}\sqrt{\frac{1}{3}}}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{2000}{\frac{100}{2}\sqrt{\frac{1}{3}}}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 69.28$
  • 세장비=L/K=2루트(3)×2/0.1=4루트(3)/(0.1)=40×1.7↑=68↑
    K=루트(I/A)=루트(bh³/12bh)=h/2루트(3
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2. 그림과 같이 지름 10cm의 원형 단면보 끝단에 3.6kN의 하중을 가하고 동시에 1.8kN·m의 비틀림 모멘트를 작용시킬 때 고정단에 생기는 최대전단응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 10.1
  2. 20.5
  3. 30.3
  4. 40.6
(정답률: 55%)
  • 굽힘 모멘트와 비틀림 모멘트가 동시에 작용할 때, 상당 비틀림 모멘트를 이용하여 최대 전단 응력을 구합니다. 여기서 굽힘 모멘트 $M = 3.6 \text{ kN} \times 1 \text{ m} = 3.6 \text{ kN\cdot m}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $T_e = \sqrt{T^2 + M^2}, \quad \tau_{max} = \frac{T_e \times c}{J}$
    ② [숫자 대입] $T_e = \sqrt{1.8^2 + 3.6^2} = 4.025, \quad \tau_{max} = \frac{4.025 \times 10^3 \times 0.05}{\pi \times 0.05^4 / 2}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{max} = 20.5$
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3. 지름이 25mm이고 길이가 6m인 강봉의 양쪽단에 100kN의 인장력이 작용하여 6mm가 늘어났다. 이때의 응력과 변형률은? (단, 재료는 선형 탄성 거동을 한다.)

  1. 203.7 MPa, 0.01
  2. 203.7 kPa, 0.01
  3. 203.7 MPa, 0.001
  4. 203.7 kPa, 0.001
(정답률: 81%)
  • 응력은 단위 면적당 작용하는 하중이며, 변형률은 원래 길이에 대한 늘어난 길이의 비로 계산합니다.
    ① [응력 공식] $ \sigma = \frac{P}{A} = \frac{100 \times 10^3}{\pi \times 0.0125^2} $
    ② [변형률 공식] $ \epsilon = \frac{\Delta L}{L} = \frac{6 \times 10^{-3}}{6} $
    ③ [최종 결과] $ \sigma = 203.7 \text{ MPa}, \epsilon = 0.001 $
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4. 공학적 변형률(engineering strain) e와 진변형률(true strain) ε사이의 관계식으로 옳은 것은?

  1. ε = In(e+1)
  2. ε = exIn(e)
  3. ε = In(e)
  4. ε = 3e
(정답률: 83%)
  • 공학적 변형률 $e$는 초기 길이를 기준으로 하지만, 진변형률 $\epsilon$은 변형 중인 순간의 길이를 기준으로 적분하여 정의하므로 다음과 같은 로그 관계식을 가집니다.
    $$\epsilon = \ln(e+1)$$
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5. 그림과 같이 전길이에 걸쳐 균일 분포하중 ω를 받는 보에서 최대처짐 δmax를 나타내는 식은? (단, 보의 굽힘 강성계수는 EI이다.)

  1. ωL4/64EI
  2. ωL4/128.5EI
  3. ωL4/184.6EI
  4. ωL4/192EI
(정답률: 67%)
  • 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 지지된 보(1단 고정 1단 지지보)에 균일 분포하중이 작용할 때, 최대 처짐량은 보의 중앙 부근에서 발생하며 공식에 의해 다음과 같이 계산됩니다.
    $$\delta_{max} = \frac{\omega L^4}{184.6EI}$$
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6. 보에서 원형과 정사각형의 단면적이 같을 때, 단면계수의 비Z1/Z2는 약 얼마인가? (단, 여기에서 Z1은 원형 단면의 단면계수, Z2는 정사각형 단면의 단면계수이다.)

  1. 0.531
  2. 0.846
  3. 1.182
  4. 1.258
(정답률: 72%)
  • 원형 단면과 정사각형 단면의 면적이 같다는 조건에서 두 단면의 단면계수 비를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$Z_1 = \frac{\pi d^3}{32}, Z_2 = \frac{a^3}{6}$$
    ② [숫자 대입]
    면적 $A = \frac{\pi d^2}{4} = a^2$에서 $\frac{d}{a} = \sqrt{\frac{4}{\pi}}$이므로
    $$\frac{Z_1}{Z_2} = \frac{\pi d^3 / 32}{a^3 / 6} = \frac{6\pi}{32} ( \frac{d}{a} )^3 = \frac{3\pi}{16} ( \sqrt{\frac{4}{\pi}} )^3$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{Z_1}{Z_2} = 0.846$$
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7. 그림에서 A지점에서의 반력을 구하면 약 몇 N인가?

  1. 118
  2. 127
  3. 132
  4. 139
(정답률: 78%)
  • B지점에서의 모멘트 합이 0임을 이용하여 A지점의 수직 반력을 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\sum M_B = 0$$
    ② [숫자 대입]
    $$R_A \times 18 - (34 \times 4 \times (10 + 4 + 2)) - (40 \times 4 \times 2) = 0$$
    ③ [최종 결과]
    $$R_A = 139\text{ N}$$
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8. 그림과 같은 삼각형 분포하중을 받는 단순보에서 최대 굽힘 모멘트는? (단, 보의 길이는 L이다.)

  1. ωL2/2√2
  2. ωL2/3√3
  3. ωL2/4√2
  4. ωL2/9√3
(정답률: 55%)
  • 삼각형 분포하중을 받는 단순보에서 최대 굽힘 모멘트는 전단력이 0이 되는 지점에서 발생하며, 해당 위치 $x = L/\sqrt{3}$을 모멘트 식에 대입하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $M_{max} = \frac{\omega L^2}{3\sqrt{3}}$
    ② [숫자 대입] $M_{max} = \frac{\omega L^2}{3\sqrt{3}}$
    ③ [최종 결과] $M_{max} = \frac{\omega L^2}{3\sqrt{3}}$
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9. 그림과 같이 단순지지되어 중앙에서 집중하중 P를 받는 직사각형 단면보에서 보의 길이는 L, 폭이 b, 높이가 h일 때, 최대굽힘응력(σmax)과 최대전단응력(τmax)의 비 (σmax/τmax)는?

  1. h/L
  2. (2h)/L
  3. L/h
  4. (2L)/h
(정답률: 54%)
  • 단순지지보 중앙 집중하중에서 최대굽힘응력 $\sigma_{max}$와 최대전단응력 $\tau_{max}$의 비율을 구하는 문제입니다.
    최대굽힘모멘트 $M = \frac{PL}{4}$, 최대전단력 $V = \frac{P}{2}$ 임을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\sigma_{max}}{\tau_{max}} = \frac{\frac{M c}{I}}{\frac{3 V}{2 A}} = \frac{\frac{(PL/4)(h/2)}{bh^{3}/12}}{\frac{3(P/2)}{2bh}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\sigma_{max}}{\tau_{max}} = \frac{\frac{3PL}{4bh^{2}}}{\frac{3P}{4bh}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\sigma_{max}}{\tau_{max}} = \frac{L}{h} \times 2 = \frac{2L}{h}$
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10. 외경이 내경의 2배인 중공축과 재질과 길이가 같고 지름이 중공축의 외경과 같은 중실축이 동일 회전수에 동일 동력을 전달한다면, 이때 중실축에 대한 중공축의 비틀림각의 비 (중공축 비틀림각/중실축 비틀림각)는?

  1. 1.07
  2. 1.57
  3. 2.07
  4. 2.57
(정답률: 71%)
  • 동일 동력과 회전수 조건에서 전달 토크 $T$는 동일합니다. 비틀림각 $\theta$는 토크에 비례하고 극관성모멘트 $J$에 반비례합니다.
    중실축의 지름을 $D$, 중공축의 외경을 $D$, 내경을 $D/2$라고 하면
    ① [기본 공식] $ \frac{\theta_{hollow}}{\theta_{solid}} = \frac{J_{solid}}{J_{hollow}} $
    ② [숫자 대입] $ \frac{J_{solid}}{J_{hollow}} = \frac{\frac{\pi D^{4}}{32}}{\frac{\pi (D^{4} - (D/2)^{4})}{32}} = \frac{D^{4}}{D^{4} - \frac{D^{4}}{16}} = \frac{1}{1 - \frac{1}{16}} = \frac{1}{\frac{15}{16}} = \frac{16}{15} $
    ③ [최종 결과] $ \frac{\theta_{hollow}}{\theta_{solid}} \approx 1.07 $
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11. 동일한 전단력이 작용할 대 원형 단면 보의 지름을 d에서 3d로 하면 최대 전단응력의 크기는? (단, τmax는 지름이 d일 때의 최대전단응력이다.)

  1. 9τmax
  2. 3τmax
(정답률: 77%)
  • 원형 단면 보의 최대 전단응력은 단면적에 반비례합니다.
    단면적 $A$는 지름의 제곱($d^{2}$)에 비례하므로, 지름이 $d$에서 $3d$로 증가하면 면적은 $3^{2} = 9$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $ \tau_{max} = \frac{4V}{3A} $
    ② [숫자 대입] $ \tau_{new} = \frac{4V}{3(9A)} = \frac{1}{9} \cdot \frac{4V}{3A} $
    ③ [최종 결과] $ \tau_{new} = \frac{1}{9}\tau_{max} $
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12. 그림과 같이 반지름이 5cm인 원형 단면을 갖는 ㄱ자 프레임에서 A점 단면의 수직응력(σ)은 약 몇 MPa인가?

  1. 79.1
  2. 89.1
  3. 99.1
  4. 109.1
(정답률: 47%)
  • A점 단면의 수직응력은 하중에 의한 압축응력과 굽힘 모멘트에 의한 인장응력의 합으로 계산합니다.
    반지름 $5\text{cm}$이므로 지름 $d = 0.1\text{m}$이며, 하중 $P = 100\text{kN}$입니다.
    ① [기본 공식] $ \sigma = -\frac{P}{A} + \frac{M}{Z} $
    ② [숫자 대입] $ \sigma = -\frac{100 \times 10^{3}}{\frac{\pi \times 0.1^{2}}{4}} + \frac{100 \times 10^{3} \times 0.1}{\frac{\pi \times 0.1^{3}}{32}} $
    ③ [최종 결과] $ \sigma = 89.1\text{MPa} $
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13. 그림과 같이 재료가 동일한 A, B의 원형 단면봉에서 같은 크기의 압축하중 F를 받고 있다. 응력은 각 단면에서 균일하게 분포된다고 할 때 저장되는 탄성 변형 에너지의 비 UB/UA는 얼마가 되겠는가?

  1. 5/9
  2. 1/3
  3. 9/5
  4. 3
(정답률: 68%)
  • 탄성 변형 에너지는 하중의 제곱에 비례하고 단면적과 탄성계수에 반비례하며 길이에 비례합니다.
    봉 A는 전체 길이 $l$, 지름 $p$이며, 봉 B는 길이 $l/2$인 지름 $3p$ 구간과 길이 $l/2$인 지름 $p$ 구간으로 나뉩니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{F^{2}l}{2AE}$
    ② [숫자 대입] $ \frac{U_{B}}{U_{A}} = \frac{\frac{F^{2}(l/2)}{2(\pi(3p)^{2}/4)E} + \frac{F^{2}(l/2)}{2(\pi p^{2}/4)E}}{\frac{F^{2}l}{2(\pi p^{2}/4)E}} = \frac{\frac{1}{2} \cdot \frac{1}{9} + \frac{1}{2} \cdot 1}{1} = \frac{1}{18} + \frac{1}{2} = \frac{10}{18} $
    ③ [최종 결과] $ \frac{U_{B}}{U_{A}} = \frac{5}{9} $
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14. 정사각형 단면의 짧은 봉에서 축방향(z방향) 압축 응력 40MPa를 받고 있고, x방향과 y방향으로 압축 응력 10MPa씩 받을 때 축방향 길이 감소량은 약 몇 mm인가? (단, 세로탄성계수 100GPa, 포아송 비 0.25, 단면의 한변은 120mm, 축방향 길이는 200mm이다.)

  1. 0.003
  2. 0.03
  3. 0.007
  4. 0.07
(정답률: 33%)
  • 3축 응력 상태에서 특정 방향의 변형률은 해당 방향의 응력과 나머지 두 방향 응력에 의한 포아송 효과를 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\delta = L \times \frac{1}{E} (\sigma_{z} - \nu(\sigma_{x} + \sigma_{y}))$
    ② [숫자 대입] $\delta = 200 \times \frac{1}{100 \times 10^{3}} (40 - 0.25(10 + 10))$
    ③ [최종 결과] $\delta = 0.07$
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15. 그림과 같은 단붙이 봉에 인장하중 P가 작용할 때, 축 지름 비d1:d2=4:3으로 하면 d1부분에 발생하는 응력 σ1과 d2부분에 발생하는 응력 σ2의 비는?

  1. σ1:σ2=9:16
  2. σ1:σ2=16:9
  3. σ1:σ2=4:9
  4. σ1:σ2=9:4
(정답률: 72%)
  • 응력은 하중을 단면적으로 나눈 값이며, 단면적은 지름의 제곱에 비례합니다. 따라서 응력의 비는 지름 비의 역수의 제곱과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\sigma_{1}}{\sigma_{2}} = \frac{P/A_{1}}{P/A_{2}} = \frac{A_{2}}{A_{1}} = \frac{d_{2}^{2}}{d_{1}^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\sigma_{1}}{\sigma_{2}} = \frac{3^{2}}{4^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{1} : \sigma_{2} = 9 : 16$
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16. 높이 30cm, 폭20cm의 직사각형 단면을 가진 길이 3m의 목제 외팔보가 있다. 자유단에 최대 몇kN의 하중을 작용시킬 수 있는가? (단, 외팔보의 허용굽힘응력은 15MPa이다.)

  1. 15
  2. 25
  3. 35
  4. 45
(정답률: 68%)
  • 굽힘 응력 공식 $\sigma = M/Z$를 이용하여 허용 응력 내에서 견딜 수 있는 최대 하중 $P$를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{\sigma bh^2}{6L}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{15 \times 10^3 \times 0.2 \times 0.3^2}{6 \times 3}$
    ③ [최종 결과] $P = 15\text{kN}$
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17. 2축 응력 상태의 재료 내에서 서로 직각 방향으로 400MPa의 인장응력과 300MPa의 압축응력이 작용할 때 재료 내에 생기는 최대 수직응력은 몇MPa인가?

  1. 300
  2. 350
  3. 400
  4. 500
(정답률: 54%)
  • 전단응력이 없는 2축 응력 상태에서 최대 수직응력은 작용하는 주응력 중 절대값이 가장 큰 값입니다. 인장응력 $400\text{MPa}$와 압축응력 $-300\text{MPa}$ 중 최대값은 $400\text{MPa}$입니다.
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18. 그림과 같은 외팔보에 집중하중 P=50kN이 작용할 때 자유단의 처짐은 약 몇 cm인가? (단, 보의 세로탄성계수는 200GPa, 단면 2차 모멘트는 105cm4이다.)

  1. 2.4
  2. 3.6
  3. 4.8
  4. 6.4
(정답률: 57%)
  • 외팔보의 특정 지점에 집중하중이 작용할 때, 하중 작용점으로부터 자유단까지의 처짐은 하중 작용점에서의 처짐과 기울기에 의한 추가 처짐의 합으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $\delta = \frac{Pa^2}{6EI}(3L-a)$
    ② [숫자 대입] $\delta = \frac{50 \times 10^3 \times 6^2}{6 \times 200 \times 10^9 \times 10^5 \times 10^{-8}}(3 \times 10 - 6)$
    ③ [최종 결과] $\delta = 0.036\text{m} = 3.6\text{cm}$
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19. 그림과 같은 보가 분포하중과 집중하중을 받고 있다. 지점 B에서의 반력의 크기를 구하면 몇kN인가?

  1. 28.5
  2. 40.5
  3. 52.5
  4. 55.5
(정답률: 76%)
  • 지점 A에 대한 모멘트 합은 0이라는 평형 조건을 이용하여 지점 B의 반력을 구합니다. 분포하중은 전체 하중으로 변환하여 중심에 작용하는 것으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\sum M_A = 0 \implies R_B \times 2 = (15 \times 2 \times 1) + (25 \times 3)$
    ② [숫자 대입] $R_B \times 2 = 30 + 75$
    ③ [최종 결과] $R_B = 52.5\text{ kN}$
  • 분포하중이니까 15×2=30kN/m
    반력식 (30×1)-2RB＋(25×3)=0
    2RB=105, RB=52.5kN이됨
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20. 회전수 120rpm으로 35kW의 동력을 전달하는 원형 단면축은 길이가 2m이고, 지름이 6cm이다. 이 축에서 발생한 비틀림 각도는 약 몇 rad인가? (단, 이 재료의 가로탄성계수는 83GPa이다.)

  1. 0.019
  2. 0.036
  3. 0.053
  4. 0.078
(정답률: 71%)
  • 전달 동력을 통해 비틀림 모멘트를 구하고, 이를 비틀림 각도 공식에 대입하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{T \times L}{G \times I_p} = \frac{H}{\omega} \times \frac{L}{G \times I_p}$
    ② [숫자 대입] $\Phi = \frac{35 \times 10^3}{120 \times 2\pi / 60} \times \frac{2}{83 \times 10^9 \times \pi \times 0.06^4 / 32}$
    ③ [최종 결과] $\Phi = 0.053$
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2과목: 기계열역학

21. 섭씨온도 -40˚C를 화씨온도(˚F)로 환산하면 약 얼마인가?

  1. -16˚F
  2. -24˚F
  3. -32˚F
  4. -40˚F
(정답률: 79%)
  • 섭씨온도($^{\circ}C$)와 화씨온도($^{\circ}F$)의 환산 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $C = \frac{5}{9}(F - 32)$
    ② [숫자 대입] $-40 = \frac{5}{9}(F - 32)$
    ③ [최종 결과] $F = -40$
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22. 역카르노 사이클로 운전하는 이상적인 냉동사이클에서 응축기 온도가 40˚C, 증발기 온도가 -10˚C이면 성능 계수는 약 얼마인가?

  1. 4.26
  2. 5.26
  3. 3.56
  4. 6.56
(정답률: 77%)
  • 역카르노 사이클의 성능 계수(COP)는 저온부 온도와 고온부 및 저온부의 온도 차이의 비로 계산합니다. 이때 온도는 반드시 절대온도(K)로 변환해야 합니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{T_L}{T_H - T_L}$
    ② [숫자 대입] $COP = \frac{-10 + 273}{(40 + 273) - (-10 + 273)}$
    ③ [최종 결과] $COP = 5.26$
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23. 두께 1cm, 면적 0.5m2의 석고판의 뒤에 가열판이 부착되어 1000W의 열을 전달한다. 가열판의 뒤는 완전히 단열되어 열은 앞면으로만 전달된다. 석고판 앞면의 온도는 100˚C이고 석고의 열전도율은 0.79 W/(m·K)일 때 가열판에 접하는 석고면의 온도는 약 몇 ˚C인가?

  1. 110
  2. 125
  3. 140
  4. 155
(정답률: 59%)
  • 열전도 방정식을 이용하여 가열판과 석고면 사이의 온도 차이를 구합니다.
    ① [기본 공식] $Q = k \times A \times \frac{\Delta T}{dx}$
    ② [숫자 대입] $1000 = 0.79 \times 0.5 \times \frac{T - 100}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $T = 125.32$
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24. 그림과 같은 증기압축 냉동사이클이 있다. 1, 2, 3 상태의 엔탈피가 다음과 같을 때 냉매의 단위 질량당 소요 동력 (WC)과 냉동능력(qL)은 얼마인가? (단, 각 위치에서의 엔탈피(h)값은 각각 h1=178.16kJ/kg, h2=210.38kJ/kg, h3=74.53kJ/kg이고, 그림에서 T는 온도, S는 엔트로피를 나타낸다.)

  1. WC=32.22kJ/kg, qL=103.63kJ/kg
  2. WC=32.22kJ/kg, qL=135.85kJ/kg
  3. WC=103.63kJ/kg, qL=32.22kJ/kg
  4. WC=135.85kJ/kg, qL=32.22kJ/kg
(정답률: 47%)
  • 냉동사이클에서 압축기 소요 동력은 압축 전후의 엔탈피 차이며, 냉동능력은 증발기 입출구의 엔탈피 차로 계산합니다.
    소요 동력 $W_C$ 계산:
    ① [기본 공식] $W_C = h_2 - h_1$
    ② [숫자 대입] $W_C = 210.38 - 178.16$
    ③ [최종 결과] $W_C = 32.22$
    냉동능력 $q_L$ 계산 (단, $h_4 = h_3$):
    ① [기본 공식] $q_L = h_1 - h_3$
    ② [숫자 대입] $q_L = 178.16 - 74.53$
    ③ [최종 결과] $q_L = 103.63$
    따라서 $W_C = 32.22 \text{ kJ/kg}$, $q_L = 103.63 \text{ kJ/kg}$입니다.
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25. 어떤 기체의 정압비열이 2436J/(kg·K)이고, 정적비열이 1943J/(kg·K)일 때 이 기체의 비열비는 약 얼마인가?

  1. 1.15
  2. 1.21
  3. 1.25
  4. 1.31
(정답률: 78%)
  • 비열비는 정압비열을 정적비열로 나눈 값으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{C_p}{C_v}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{2436}{1943}$
    ③ [최종 결과] $K = 1.25$
    따라서 이 기체의 비열비는 약 $1.25$입니다.
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26. 30˚C, 100kPa의 물을 800kPa까지 압축하려고 한다. 물의 비체적이 0.001m3/kg로 일정하다고 할 때, 단위 질량당 소요된 일(공업일)은 약 몇J/kg인가?

  1. 167
  2. 602
  3. 700
  4. 1412
(정답률: 77%)
  • 비체적이 일정할 때, 압축 과정에서 소요되는 단위 질량당 공업일은 압력 변화량과 비체적의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = v(P_2 - P_1)$
    ② [숫자 대입] $W = 0.001 \times (800 - 100)$
    ③ [최종 결과] $W = 0.7$
    단위 변환을 통해 $0.7 \text{ kJ/kg}$을 $\text{J/kg}$으로 환산하면 $700 \text{ J/kg}$이 됩니다.
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27. 다음의 열기관이 열역학 제1법칙과 제2법칙을 만족하면서 출력일(W)이 최대가 될 때, W의 값으로 옳은 것은? (단, T는 온도, Q는 열량을 나타낸다.)

  1. 34 kJ
  2. 29 kJ
  3. 24 kJ
  4. 19 kJ
(정답률: 52%)
  • 각 열원에서 공급된 열량 중 카르노 효율만큼이 일로 변환되며, 나머지는 저온 열원으로 방출됩니다.
    먼저 $T_1$에서 얻는 일은 효율 $1 - \frac{T_3}{T_1} = 1 - \frac{300}{500} = 0.4$를 적용하여 $30 \text{ kJ} \times 0.4 = 12 \text{ kJ}$입니다. 이때 방출되는 열량은 $30 - 12 = 18 \text{ kJ}$입니다.
    전체 방출 열량이 $39 \text{ kJ}$이므로, $T_2$에서 방출되는 열량은 $39 - 18 = 21 \text{ kJ}$입니다. $T_2$의 효율은 $1 - \frac{T_3}{T_2} = 1 - \frac{300}{400} = 0.25$이며, 방출 열량 비율은 $0.75$입니다. 따라서 $T_2$에서 얻는 일은 $\frac{21}{0.75} \times 0.25 = 7 \text{ kJ}$입니다.
    총 출력일은 $W = 12 + 7 = 19 \text{ kJ}$ 입니다.
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28. 10kg의 증기가 온도 50˚C, 압력 38kPa, 체적 7.5m3일 때 총 내부에너지는 6700kJ이다. 이와 같은 상태의 증기가 가지고 있는 엔탈피는 약 몇 kJ인가?

  1. 8346
  2. 7782
  3. 7304
  4. 6985
(정답률: 72%)
  • 엔탈피는 내부 에너지에 압력과 체적의 곱(유동 일)을 더한 값으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $H = U + PV$
    ② [숫자 대입] $H = 6700 + 38 \times 7.5$
    ③ [최종 결과] $H = 6985$
    따라서 엔탈피는 $6985 \text{ kJ}$입니다.
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29. 이상기체인 공기 2kg이 300K, 600kPa상태에서 500K, 400kPa 상태로 변화되었다. 이 과정 동안의 엔트로피 변화량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 공기의 정적비열과 정압비열은 각각 0.717kJ/(kg·K)과 1.004kJ/(kg·K)로 일정하다.)

  1. 0.73
  2. 1.83
  3. 1.02
  4. 1.26
(정답률: 50%)
  • 이상기체의 엔트로피 변화량은 온도 변화와 압력 변화를 모두 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $ \Delta S = m C_p \ln \frac{T_2}{T_1} - m R \ln \frac{P_2}{P_1} $
    ② [숫자 대입] $ \Delta S = 2 \times 1.004 \times \ln \frac{500}{300} - 2 \times 0.287 \times \ln \frac{400}{600} $
    ③ [최종 결과] $ \Delta S = 1.26 \text{ kJ/K} $
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30. 피스톤-실린더로 구성된 용기 안에 300kPa, 100˚C상태의 CO2가 0.2m3들어있다. 이 기체를 "PV1.2=일정"인 관계가 만족되도록 피스톤 위에 추를 더해가며 온도가 200˚C가 될 때까지 압축하였다. 이 과정 동안 기체가 외부로부터 받은 일을 구하면 약 몇 kJ인가? (단, P는 압력, V는 부피이고, CO2의 기체상수는 0.189kJ/(kg·K)이며 CO2는 이상기체처럼 거동한다고 가정한다.)

  1. 20
  2. 60
  3. 80
  4. 120
(정답률: 46%)
  • 폴리트로픽 과정에서 기체가 받은 일의 양을 구하는 문제입니다. 주어진 상태량과 기체 상수를 이용해 질량을 먼저 구한 뒤, 폴리트로픽 일 공식에 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{m R (T_{1} - T_{2})}{n - 1}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{P V}{R T} = \frac{300 \times 0.2}{0.189 \times (273 + 100)} = 0.85$
    $W = \frac{0.85 \times 0.189 \times (373 - 473)}{1.2 - 1}$
    ③ [최종 결과] $W = -80.3 \text{ kJ}$
    계산 결과 일의 양은 약 $80 \text{ kJ}$이며, 부호가 마이너스(-)인 것은 기체가 외부로부터 일을 받았음을 의미합니다.
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31. 어느 가역 상태변화를 표시하는 그림과 같은 온도(T)-엔트로피(S) 선도에서 빗금으로 나타낸 부분의 면적은 무엇을 의미하는가?

  1. 힘
  2. 열량
  3. 압력
  4. 비체적
(정답률: 77%)
  • T-S 선도(온도-엔트로피 선도)에서 곡선 아래의 면적은 가역 과정에서 시스템으로 들어오거나 나가는 열량을 의미합니다.
    핵심 원리는 $Q = \int T dS$로 정의됩니다.
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32. 마찰이 없는 피스톤이 끼워진 실린더가 있다. 이 실린더 내 공기의 초기 압력은 500kPa이며 초기체적은 0.05m3이다. 실린더를 가열하였더니 실린더내 공기가 열손실 없이 체적이 0.1m3으로 증가되었다. 이 과정에서 공기가 행한 일은 몇kJ인가? (단, 압력은 변하지 않았다.)

  1. 10
  2. 25
  3. 40
  4. 100
(정답률: 77%)
  • 압력이 일정한 정압 과정에서 기체가 외부에 한 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $W = P(V_2 - V_1)$
    ② [숫자 대입] $W = 500 \times (0.1 - 0.05)$
    ③ [최종 결과] $W = 25 \text{ kJ}$
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33. 어느 증기터빈에 0.4kg/s로 증기가 공급되어 260kW의 출력을 낸다. 입구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 3000kJ/kg, 720m/s, 출구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 2500kJ/kg, 120m/s이면, 이 터빈의 열손실은 약 몇 kW가 되는가?

  1. 15.9
  2. 40.8
  3. 20.4
  4. 104
(정답률: 61%)
  • 개방계의 정상유동 에너지 방정식에 따라 열손실을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = W + \dot{m} \frac{V_2^2 - V_1^2}{2} + \dot{m}(h_2 - h_1)$
    ② [숫자 대입] $Q = 260 + 0.4 \times \frac{120^2 - 720^2}{2 \times 1000} + 0.4 \times (2500 - 3000)$
    ③ [최종 결과] $Q = 40.8 \text{ kW}$
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34. 다음 중 서로 같은 단위를 사용할 수 없는 것은?

  1. 열량(heat transfer)과 일(work)
  2. 비내부에너지(specific intrnal energy)와 비엔탈피(specific enthalpy)
  3. 비엔탈피(specific enthalpy)와 비엔트로피(specific entropy)
  4. 비열(specific heat)과 비엔트로피(specific entropy)
(정답률: 61%)
  • 비엔탈피는 단위 질량당 에너지 단위인 $\text{kJ/kg}$를 사용하지만, 비엔트로피는 단위 질량당 엔트로피 단위인 $\text{kJ/(kg\cdot K)}$를 사용하므로 서로 단위가 다릅니다.

    오답 노트
    열량과 일: 모두 $\text{kJ}$ 사용
    비내부에너지와 비엔탈피: 모두 $\text{kJ/kg}$ 사용
    비열과 비엔트로피: 모두 $\text{kJ/(kg\cdot K)}$ 사용
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35. 온도 100˚C의 공기 0.2kg이 압력이 일정한 과정을 거쳐 원래 체적의 2배로 늘어났다. 이때 공기에 전달된 열량은 약 몇 kJ인가? (단, 공기는 이상기체이며 기체상수는 0.287kJ/(kg·K), 정적비열은 0.718kJ/(kg·K)이다.)

  1. 75.0kJ
  2. 8.93kJ
  3. 21.4kJ
  4. 34.7kJ
(정답률: 51%)
  • 정압 과정에서 체적이 2배가 되면 온도가 2배로 증가하며, 이때 전달된 열량은 정압비열을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times (C_v + R) \times (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $Q = 0.2 \times (0.718 + 0.287) \times (2 \times 373.15 - 373.15)$
    ③ [최종 결과] $Q = 75.0$
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36. 4kg의 공기를 압축하는데 300kJ의 일을 소비함과 동시에 110kJ의 열량이 방출되었다. 공기온도가 초기에는 20˚C이었을 때 압축 후의 공기온도는 약 몇 ˚C인가? (단, 공기는 정적비열이 0.716kJ/(kg·K)으로 일정한 이상기체로 간주한다.)

  1. 78.4
  2. 71.7
  3. 93.5
  4. 86.3
(정답률: 60%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 계에 가해진 순 에너지는 내부 에너지의 변화량과 같습니다.
    ① [기본 공식] $Q + W = m \times C_v \times (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] $-110 + (-300) = 4 \times 0.716 \times (T_2 - 20)$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 86.3$
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37. 온도가 T1인 고열원으로부터 온도가 T2인 저열원으로 열전도, 대류, 복사 등에 의해 Q만큼 열전달이 이루어졌을 때 전체 엔트로피 변화량을 나타내는 식은?

  1. T1-T2/Q(T1×T2)
  2. Q(T1+T2)/T1×T2
  3. Q(T1-T2)/T1×T2
  4. T1+T2/Q(T1×T2)
(정답률: 66%)
  • 전체 엔트로피 변화량은 저열원으로 들어온 열량에 의한 엔트로피 증가량에서 고열원에서 나간 열량에 의한 엔트로피 감소량을 뺀 값입니다.
    $$\Delta S = \frac{Q}{T_2} - \frac{Q}{T_1} = \frac{Q(T_1 - T_2)}{T_1 \times T_2}$$
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38. 14.33W의 전등을 매일 7시간 사용하는 집이 있다. 30일 동안 약 몇 kJ의 에너지를 사용하는가?

  1. 10830
  2. 15020
  3. 17420
  4. 22840
(정답률: 77%)
  • 에너지 소비량은 전력에 사용 시간과 기간을 곱하여 계산하며, 단위 변환을 통해 kJ로 산출합니다.
    ① [기본 공식] $E = P \times t \times d \times 3600 / 1000$
    ② [숫자 대입] $E = 14.33 \times 7 \times 30 \times 3600 / 1000$
    ③ [최종 결과] $E = 10833.8$
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39. 다음 중 이상적인 증기 터빈의 사이클인 랭킨 사이클을 옳게 나타낸 것은?

  1. 가역단열압축 → 정압가열 → 가역단열팽창 → 정압냉각
  2. 가역단열압축 → 정적가열 → 가역단열팽창 → 정적냉각
  3. 가역등온압축 → 정압가열 → 가역등온팽창 → 정압냉각
  4. 가역등온압축 → 정적가열 → 가역등온팽창 → 정적냉각
(정답률: 63%)
  • 이상적인 랭킨 사이클은 펌프에서의 가역단열압축, 보일러에서의 정압가열, 터빈에서의 가역단열팽창, 복수기에서의 정압냉각의 4가지 과정으로 구성됩니다.
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40. 랭킨 사이클의 열효율 증대 방법에 해당하지 않는 것은?

  1. 복수기(응축기) 압력 저하
  2. 보일러 압력 증가
  3. 터빈 입구 온도 저하
  4. 보일러에서 증기 온도 상승
(정답률: 63%)
  • 랭킨 사이클의 효율을 높이려면 평균 가열 온도를 높이거나 응축 온도를 낮추어야 합니다. 터빈 입구 온도를 저하시키면 증기의 열에너지가 감소하여 전체적인 출력과 열효율이 떨어지게 됩니다.
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3과목: 기계유체역학

41. 평판을 지나는 경계층 유동에서 속도 분포가 경계층 바깥에서는 균일 속도, 경계층 내에서는 다음과 같이 주어질 때 경계층 배제두께(displacement thickness) δ*와 경계층 두께 δ의 관계식으로 옳은 것은? (단, u는 평판으로부터 거리 y에 따른 경계층 내의 속도분포, U는 경계측 밖의 균일 속도이다.)

  1. δ*=δ/4
  2. δ*=δ/3
  3. δ*=δ/2
  4. δ*=2δ/3
(정답률: 48%)
  • 경계층 배제두께 $\delta^*$는 실제 유량과 균일 유동 유량의 차이를 보정하는 두께로, 주어진 속도 분포 $\text{u(g)} = \text{U} \times \frac{y}{\delta}$를 배제두께 공식에 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\delta^* = \int_{0}^{\delta} (1 - \frac{u}{U}) dy$$
    ② [숫자 대입]
    $$\delta^* = \int_{0}^{\delta} (1 - \frac{y}{\delta}) dy = [y - \frac{y^2}{2\delta}]_{0}^{\delta}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\delta^* = \delta - \frac{\delta}{2} = \frac{\delta}{2}$$
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42. 관속에서 유체가 흐를 때 유동이 완전한 난류라면 수두손실은?

  1. 유체 속도에 비례한다.
  2. 유체 속도의 제곱에 비례한다.
  3. 유체 속도에 반비례한다.
  4. 유체 속도의 제곱에 반비례한다.
(정답률: 68%)
  • 완전한 난류 유동에서 관내 마찰로 인한 수두손실은 달시-바이스바흐(Darcy-Weisbach) 식에 의해 결정되며, 유속의 제곱에 비례하는 특성을 가집니다.
    $$h_l = f \frac{l}{d} \frac{V^2}{2g}$$
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43. 원관 내부의 흐름이 층류 정상 유동일 때 유체의 전단응력 분포에 대한 설명으로 알맞은 것은?

  1. 중심축에서 0이고, 반지름 방향 거리에 따라 선형적으로 증가한다.
  2. 관 벽에서 0이고, 중심축까지 선형적으로 증가한다.
  3. 단면에서 중심축을 기준으로 포물선 분포를 가진다.
  4. 단면 전체에서 일정하게 나타난다.
(정답률: 66%)
  • 원관 내 층류 유동에서 전단응력 $\tau$는 관 중심에서 벽면으로 갈수록 선형적으로 증가하는 분포를 가집니다.
    중심축에서는 속도 구배가 0이므로 전단응력이 0이며, 벽면에서 최대가 됩니다.

    오답 노트
    관 벽에서 0: 벽면에서 전단응력이 최대임
    포물선 분포: 이는 전단응력이 아닌 속도 분포의 특징임
    단면 전체 일정: 유동의 점성으로 인해 위치별로 다름
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44. 2m/s의 속도로 물이 흐를 때 피토관 수두높이 h는?

  1. 0.053m
  2. 0.102m
  3. 0.204m
  4. 0.412m
(정답률: 74%)
  • 피토관에서 유속과 수두 높이 사이의 관계식(베르누이 방정식 응용)을 사용하여 높이 $h$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$h = \frac{V^2}{2g}$$
    ② [숫자 대입]
    $$h = \frac{2^2}{2 \times 9.81}$$
    ③ [최종 결과]
    $$h = 0.204 \text{ m}$$
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45. 그림과 같이 매우 큰 두 저수지 사이에 터빈이 설치되어 동력을 발생시키고 있다. 물이 흐르는 유량은 50m3/min이고, 배관의 마찰손실수두는 5m, 터빈의 작동효율이 90%일 때 터빈에서 얻을 수 있는 동력은 약 몇 kW인가?

  1. 318
  2. 286
  3. 184
  4. 204
(정답률: 49%)
  • 유동함수 $\psi$와 속도 포텐셜 $\phi$의 관계식(Cauchy-Riemann 방정식)을 극좌표계에서 적용합니다. $\psi = 2r^2\sin 2\theta$일 때, $v_r = \frac{1}{r}\frac{\partial \psi}{\partial \theta} = \frac{\partial \phi}{\partial r}$ 및 $v_{\theta} = -\frac{\partial \psi}{\partial r} = \frac{1}{r}\frac{\partial \phi}{\partial \theta}$를 만족해야 합니다.
    $\frac{\partial \phi}{\partial r} = \frac{1}{r}(4r^2\cos 2\theta) = 4r\cos 2\theta$를 적분하면 $\phi = 2r^2\cos 2\theta + C$가 됩니다.
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46. 체적이 1m3인 물체의 무게를 물 속에서 측정하였을 때4000N이다. 이 물체의 비중은?

  1. 2.11
  2. 1.85
  3. 1.62
  4. 1.41
(정답률: 55%)
  • 물속에서 측정한 무게는 실제 무게에서 부력을 뺀 값입니다. 비중 $S$와 물의 밀도를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$W_{sub} = (S - 1) \rho_{water} g V$$
    ② [숫자 대입]
    $$4000 = (S - 1) \times 1000 \times 9.81 \times 1$$
    ③ [최종 결과]
    $$S = 1.41$$
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47. 어떤 액체 기둥 높이 25cm와 수은 기둥 높이 4cm에 의한 압력이 같다면 이 액체의 비중은 약 얼마인가? (단, 수은의 비중은 13.6이다.)

  1. 7.35
  2. 6.36
  3. 4.04
  4. 2.18
(정답률: 70%)
  • 두 액체 기둥이 나타내는 압력이 동일하다는 정수압 원리를 이용하여 액체의 비중을 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$S_1 h_1 = S_2 h_2$$
    ② [숫자 대입]
    $$S \times 25 = 13.6 \times 4$$
    ③ [최종 결과]
    $$S = 2.18$$
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48. 해수 내에서 잠수함이 2.5m/s로 끌며 움직이고 있는 지름이 280mm인 구형의 음파 탐지기에 작용하는 항력을 풍동실험을 통해 예측하려고 한다. 지름이 140mm인 구형 모형을 사용한 풍동실험에서 Reynolds수를 같게 하여 실험하였을 때, 풍동에서 측정한 항력에 몇 배를 곱해야 해수 내 음파탐지기의 항력을 구할 수 있는가? (단, 바닷물의 평균 밀도는 1025kg/m3, 동점성계수는 1.4×10-6m2/s이며, 공기의 밀도는 1.23kg/m3, 동점성계수는 1.4×10-5m2/s로 한다. 또한, 이 항력 연구는 다음 식이 성립한다.)

  1. 1.67배
  2. 3.33배
  3. 6.67배
  4. 8.33배
(정답률: 44%)
  • 레이놀즈 수($Re$)가 동일할 때 항력 계수가 같다는 원리를 이용하여, 풍동 실험 모델과 실제 음파 탐지기 사이의 항력 비를 계산합니다.
    먼저 레이놀즈 수 동일 조건($Re_m = Re_p$)을 통해 풍동 내 모형의 속도 $V_m$을 구합니다.
    $$\frac{V_m D_m}{\nu_m} = \frac{V_p D_p}{\nu_p}$$
    $$\frac{V_m \times 0.14}{1.4 \times 10^{-5}} = \frac{2.5 \times 0.28}{1.4 \times 10^{-6}}$$
    $$V_m = 50 \text{ m/s}$$
    이제 주어진 항력 식 $\frac{F}{\rho V^2 D^2} = f(Re)$를 이용하여 항력 비 $\frac{F_p}{F_m}$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{F_p}{F_m} = \frac{\rho_p V_p^2 D_p^2}{\rho_m V_m^2 D_m^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{F_p}{F_m} = \frac{1025 \times 2.5^2 \times 0.28^2}{1.23 \times 50^2 \times 0.14^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{F_p}{F_m} = 8.33$$
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49. 실온에서 엔진오일은 절대점성계수 0.12kg/(m·s), 밀도 800kg/m3이고, 공기는 절대점성계수 1.8×10-5kg/(m·s), 밀도 1.2kg/m3이다. 엔진오일의 동점성계수는 공기의 동점성계수의 약 몇 배인가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 71%)
  • 동점성계수는 절대점성계수를 밀도로 나눈 값입니다. 엔진오일과 공기의 동점성계수를 각각 구하여 비율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\nu = \frac{\mu}{\rho}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\nu_{oil}}{\nu_{air}} = \frac{0.12 / 800}{1.8 \times 10^{-5} / 1.2}$
    ③ [최종 결과] $10$
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50. Buckingham의 파이(pi)정리를 바르게 설명한 것은? (단, k는 변수의 개수, r은 변수를 표현하는데 필요한 최소한의 기준차원의 개수이다.)

  1. (k-r)개의 독립적인 무차원수의 관계식으로 만들 수 있다.
  2. (k+r)개의 독립적인 무차원수의 관계식으로 만들 수 있다.
  3. (k-r+1)개의 독립적인 무차원수의 관계식으로 만들 수 있다.
  4. (k+r+1)개의 독립적인 무차원수의 관계식으로 만들 수 있다.
(정답률: 65%)
  • Buckingham의 파이 정리에 따르면, $k$개의 변수와 $r$개의 기본 차원이 있을 때, 물리적 관계식은 $(k-r)$개의 독립적인 무차원수들의 관계로 나타낼 수 있습니다.
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51. 그림과 같이 단면적 A1은 0.4m2, 단면적 A2는 0.1m2인 동일 평면상의 관로에서 물의 유량이 1000L/s일 때 관을 고정시키는 데 필요한 x방향의 힘Fx의 크기는 약 몇 N인가? (단, 단면 1과 2의 높이차는 1.5m이고, 단면 2에서 물은 대기로 방출되며, 곡관의 자체 중량, 곡관 내부 물의 중량 및 곡관에서의 마찰손실은 무시한다.)

  1. 10159
  2. 15358
  3. 20370
  4. 24018
(정답률: 33%)
  • 베르누이 방정식을 통해 입구 압력을 구한 뒤, 운동량 방정식을 적용하여 x방향의 힘을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$P_{1} = \rho g h + \frac{1}{2} \rho (v_{2}^{2} - v_{1}^{2})$$
    $$F_{x} = P_{1} A_{1} \cos \theta_{1} + \rho Q (v_{1} \cos \theta_{1} - v_{2} \cos \theta_{2})$$
    ② [숫자 대입]
    $$v_{1} = \frac{1}{0.4} = 2.5, v_{2} = \frac{1}{0.1} = 10$$
    $$P_{1} = 1000 \times 9.81 \times 1.5 + \frac{1}{2} \times 1000 \times (10^{2} - 2.5^{2}) = 61537.5$$
    $$F_{x} = 61537.5 \times 0.4 \times \cos 0^{\circ} + 1000 \times 1 \times (2.5 \times \cos 0^{\circ} - 10 \times \cos 60^{\circ})$$
    ③ [최종 결과]
    $$F_{x} = 20370$$
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52. 다음 중 점성계수를 측정하는 데 적합한 것은?

  1. 피토관(pitot tube)
  2. 슈리렌법(schlieren method)
  3. 벤투리미터(venturi meter)
  4. 세이볼트법(saybolt method)
(정답률: 55%)
  • 세이볼트법은 하겐-포아젤 방정식을 이용하여 유체의 점성계수를 측정하는 대표적인 방법입니다.

    오답 노트
    피토관: 유속 측정
    슈리렌법: 유체 내 밀도차 촬영
    벤투리미터: 관로 유량 측정
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53. 다음 중 밀도가 가장 큰 액체는?

  1. 1g/cm3
  2. 비중 1.5
  3. 1200kg/m3
  4. 비중량 8000N/m3
(정답률: 67%)
  • 모든 액체의 밀도를 표준 단위인 $\text{kg/m}^{3}$로 환산하여 비교합니다.
    비중 1.5는 $1.5 \times 1000 = 1500 \text{kg/m}^{3}$로 가장 큰 값을 가집니다.

    오답 노트
    $1\text{g/cm}^{3}$: $1000 \text{kg/m}^{3}$
    $1200\text{kg/m}^{3}$: $1200 \text{kg/m}^{3}$
    비중량 $8000\text{N/m}^{3}$: $\frac{8000}{9.81} \approx 815 \text{kg/m}^{3}$
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54. 점성을 지닌 액체가 지름 4mm의 수평으로 놓인 원통형 튜브를 12×10-6m3/s의 유량으로 흐르고 있다. 길이 1m에서의 압력손실은 약 몇 kPa인가? (단, 튜브의 입구로부터 충분히 멀리 떨어져 있어서 유체는 축방향으로만 흐르며 유체의 밀도는 1180kg/m3, 점성계수는 0.0045N·s/m2이다.)

  1. 7.59
  2. 8.59
  3. 9.59
  4. 10.59
(정답률: 59%)
  • 층류 유동이 흐르는 원관에서의 압력 손실은 하겐-포아젤(Hagen-Poiseuille) 방정식을 사용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = \frac{128\mu l Q}{\pi d^{4}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = \frac{128 \times 0.0045 \times 1 \times 12 \times 10^{-6}}{\pi \times (0.004)^{4}}$
    ③ [최종 결과] $\Delta P = 8.59$
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55. 그림과 같은 원통 주위의 포텐셜 유동이 있다. 원통 표면상에서 상류 유속(v)과 동일한 크기의 유속이 나타나는 위치(θ)는?

  1. 90˚
  2. 30˚
  3. 45˚
  4. 60˚
(정답률: 43%)
  • 원통 주위의 포텐셜 유동에서 원통 표면의 접선 속도는 상류 유속의 2배에 $\sin(\theta)$를 곱한 값으로 나타납니다.
    상류 유속 $v$와 동일한 속도가 나타나려면 $v = 2v \sin(\theta)$가 되어야 하므로, $\sin(\theta) = 0.5$인 지점인 $30^{\circ}$가 정답입니다.
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56. 지름 0.1mm, 비중 2.3인 작은 모래알이 호수 바닥으로 가라앉을 때, 잔잔한 물 속에서 가라앉는 속도는 약 몇 mm/s인가? (단, 물의 점성계수는 1.12×10-3N·s/m2이다.)

  1. 6.32
  2. 4.96
  3. 3.17
  4. 2.24
(정답률: 29%)
  • 종단 속도 상태에서는 물체의 무게와 부력의 합이 유체로부터 받는 항력과 평형을 이룹니다. 스토크스 법칙을 적용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{gd^{2}(\rho_{s} - \rho_{f})}{18\mu}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{9.81 \times (0.0001)^{2} \times (2.3 \times 1000 - 1000)}{18 \times 1.12 \times 10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $v = 6.32$
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57. 어떤 액체의 밀도는 890kg/m3, 체적 탄성계수는 2200MPa이다. 이 액체 속에서 전파되는 소리의 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 1572
  2. 1483
  3. 981
  4. 345
(정답률: 62%)
  • 액체 내에서 소리의 전파 속도는 체적 탄성계수와 밀도의 비에 루트를 씌워 계산합니다.
    ① [기본 공식] $c = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$
    ② [숫자 대입] $c = \sqrt{\frac{2200 \times 10^{6}}{890}}$
    ③ [최종 결과] $c = 1572$
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58. 다음 중 옳은 설명을 모두 고른 것은?

  1. ㉮,㉯
  2. ㉮,㉰
  3. ㉯,㉰
  4. ㉮,㉯,㉰
(정답률: 48%)
  • 유동의 가시화 선들에 대한 정의를 묻는 문제입니다.
    정상 유동일 때 유맥선, 유적선, 유선은 모두 일치하며, 유선은 유체 속도벡터와 접하는 선이라는 설명은 옳습니다.

    오답 노트
    공간상의 한 공통점을 지나온 모든 유체 입자로 이루어진 선: 이는 유적선이 아니라 유맥선(streak line)에 대한 설명입니다.
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59. 그림과 같이 폭 2m, 높이가 3m인 평판이 물 속에 수직으로 잠겨있다. 이 평판의 한쪽 면에 작용하는 전체 압력에 의한 힘은 약 몇 kN인가?

  1. 88
  2. 175
  3. 233
  4. 265
(정답률: 61%)
  • 수직 평판에 작용하는 전체 힘은 평판의 도심에서의 압력에 전체 면적을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$F = \rho g h_c A$$
    ② [숫자 대입]
    물 밀도 $\rho = 1000 \text{ kg/m}^3$, 중력가속도 $g = 9.81 \text{ m/s}^2$, 도심 깊이 $h_c = 3 + \frac{3}{2} = 4.5 \text{ m}$, 면적 $A = 2 \times 3 = 6 \text{ m}^2$
    $$F = 1000 \times 9.81 \times 4.5 \times 6$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = 264885 \text{ N} \approx 265 \text{ kN}$$
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60. 2차원 (r, θ) 평면에서 연속방정식은 다음과 같이 주어진다. 비압축성 유동이고 반지름 방향의 속도 Vr은 반지름방향의 거리 r만의 함수이며, 접선방향의 속도 Vθ=0일 때, Vr은 어떤 함수가 되는가?

  1. r에 비례하는 함수
  2. r2에 비례하는 함수
  3. r에 반비례하는 함수
  4. r2에 반비례하는 함수
(정답률: 41%)
  • 비압축성 유동( $\rho$ 일정)이고 정상 상태($$\frac{\partial \rho}{\partial t} = 0$$)이며, 접선방향 속도 $V_{\theta} = 0$일 때, 주어진 연속방정식은 다음과 같이 단순화됩니다.
    $$\frac{1}{r} \frac{\partial (r \rho V_r)}{\partial r} = 0$$
    밀도 $\rho$는 상수이므로 식을 정리하면 $r V_r = \text{constant}$가 됩니다. 따라서 반지름 방향 속도 $V_r$은 $r$에 반비례하는 함수가 됩니다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 일정한 높이에서 낙하시킨 추(해머)의 반발한 높이로 경도를 측정하는 시험법은?

  1. 브리넬 경도시험
  2. 로크웰 경도시험
  3. 비커스 경도시험
  4. 쇼어 경도시험
(정답률: 67%)
  • 쇼어 경도시험은 압입체를 사용하지 않고, 낙하체를 일정한 높이에서 추락시켰을 때 반발하여 올라가는 높이로 경도를 측정하는 방식입니다.

    오답 노트
    브리넬 경도시험: 강구를 압입하여 볼자국의 표면적으로 측정
    로크웰 경도시험: 강구 또는 다이아몬드 원뿔을 압입하여 측정
    비커스 경도시험: 다이아몬드 피라미드를 압입하여 측정
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62. 침탄, 질화와 같이 Fe중에 탄소 또는 질소의 원자를 침입시켜 한쪽으로만 확산하는 것은?

  1. 자기확산
  2. 상호확산
  3. 단일확산
  4. 격자확산
(정답률: 73%)
  • 침탄이나 질화처럼 한 종류의 원소가 다른 물질 내부로 일방향으로 이동하는 현상을 단일확산이라고 합니다.

    오답 노트
    자기확산: 동일 물질 내 같은 원소끼리 이동
    상호확산: 서로 다른 두 원소가 동시에 상호 이동
    격자확산: 결정 격자 내에서 원자가 이동하는 메커니즘
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63. 알루미늄, 마그네슘 및 그 합금의 질별 기호중 가공 경화한 것을 나타내는 기호로 옳은 것은?

  1. O
  2. H
  3. W
  4. F
(정답률: 64%)
  • 알루미늄 및 마그네슘 합금의 질별 기호 중 H는 가공 경화(Strain Hardening)에 의해 강도가 증가된 상태를 나타냅니다.

    오답 노트
    F: 제조된 그대로의 상태
    O: 어닐링 처리된 연한 상태
    W: 열처리 합금의 용액화 처리 상태
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64. 다이캐스팅용 Al합금에 Si원소를 첨가하는 이유가 아닌 것은?

  1. 유동성이 증가한다.
  2. 열간취성이 감소한다.
  3. 용탕보급성이 양호해진다.
  4. 금형에 점착성이 증가한다.
(정답률: 49%)
  • Al 합금에 Si(규소)를 첨가했을 때의 효과를 묻는 문제입니다. Si를 첨가하면 용융 금속의 유동성이 좋아지고, 응고 시 수축률이 감소하여 용탕 보급성이 향상되며, 열간 취성이 감소하는 효과가 있습니다.

    오답 노트
    금형에 대한 점착성은 감소함
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65. 주철에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 흑연이 많을 경우에는 그 파단면이 회색을 띤다.
  2. 600˚C 이상의 온도에서 가열 및 냉각을 반복하면 부피가 감소하여 파열을 저지한다.
  3. 주철 중에 전 탄소량은 흑연과 화합 탄소를 합한 것이다.
  4. C와 Si의 함량에 따른 주철의 조직관계를 나타낸 것을 마우러 조직도라 한다.
(정답률: 62%)
  • 주철의 열적 특성과 조직에 관한 문제입니다. 주철을 $600^{\circ}C$이상의 고온에서 가열과 냉각을 반복하면 흑연이 성장하면서 부피가 팽창하게 되며, 이로 인해 내부 응력이 발생하여 파열이 유도됩니다.

    오답 노트
    부피가 증가하여 파열을 유도함
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66. 결정성 플라스틱 및 비결정성 플라스틱을 비교 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 비결정성에 비해 결정성 플라스틱은 많은 열량이 필요하다.
  2. 비결정성에 비해 결정성 플라스틱은 금형 냉각 시간이 길다.
  3. 결정성 플라스틱에 비해 비결정성 플라스틱은 치수 정밀도가 높다.
  4. 결정성 플라스틱에 비해 비결정성 플라스틱은 특별한 용융온도나 고화 온도를 갖는다.
(정답률: 47%)
  • 플라스틱의 결정 구조에 따른 특성 차이를 묻는 문제입니다. 결정성 플라스틱은 분자 배열이 규칙적이어서 명확한 용융 온도와 고화 온도를 가지지만, 비결정성 플라스틱은 불규칙한 구조로 인해 특정 온도점이 없이 서서히 연화됩니다.

    오답 노트
    비결정성 플라스틱은 특별한 용융온도나 고화 온도를 갖지 않음
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67. 다음 중 자기변태점이 가장 높은 것은?

  1. Fe
  2. Co
  3. Ni
  4. Fe3C
(정답률: 57%)
  • 자기변태점(퀴리 온도)은 강자성이 상실되는 온도로, 제시된 금속 중 Co가 가장 높은 온도를 가집니다.

    오답 노트
    Fe: $768^{\circ}C$
    Ni: $358^{\circ}C$
    $\text{Fe}_3\text{C}$: $210^{\circ}C$
    Co: $1150^{\circ}C$
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68. 황(S)을 많이 함유한 탄소강에서 950˚C 전후의 고온에서 발생하는 취성은?

  1. 저온 취성
  2. 불림 취성
  3. 적열 취성
  4. 뜨임 취성
(정답률: 74%)
  • 황(S) 성분이 많은 탄소강을 $950^{\circ}C$ 전후의 고온으로 가열할 때 발생하는 취성을 적열 취성이라고 합니다.

    오답 노트
    상온취성: 인(P)이 주원인
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69. 서브제로(sub-zero)처리를 하는 주요 목적으로 옳은 것은?

  1. 잔류 오스테나이트 조직을 유지하기 위해
  2. 잔류 오스테나이트를 레데뷰라이트화 하기 위해
  3. 잔류 오스테나이트를 베이나이틀화 하기 위해
  4. 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화 하기 위해
(정답률: 77%)
  • 서브제로 처리는 상온 담금질 후 남아있는 잔류 오스테나이트를 $0^{\circ}C$이하의 저온으로 냉각시켜 마텐자이트로 변태시키는 공정입니다. 이를 통해 경도를 높이고 조직을 안정시켜 치수 변화를 방지할 수 있습니다.
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70. 금속의 응고에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Fe의 결정성장방향은 [0001]이다.
  2. 응고 과정에서 고상과 액상간의 경계가 형성된다.
  3. 응고 과정에서 운동에너지가 열의 형태로 방출되는 것을 응고 잠열이라 한다.
  4. 액체 금속이 응고할 때 용융점보다 낮은 온도에서 응고되는 것을 과냉각이라 한다.
(정답률: 54%)
  • 금속의 결정성장방향은 체심입방격자(BCC)나 면심입방격자(FCC)와 같은 금속의 결정구조에 따라 결정됩니다. Fe의 경우 [0001] 방향으로 성장한다는 설명은 옳지 않습니다.
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71. 유압장치에서 펌프의 무부하 운전 시 특징으로 적절하지 않은 것은?

  1. 펌프의 수명 연장
  2. 유온 상승 방지
  3. 유압유 노화 촉진
  4. 유압장치의 가열 방지
(정답률: 73%)
  • 펌프의 무부하 운전은 시스템 내의 압력을 낮게 유지하여 유온 상승을 방지하고 펌프의 수명을 연장하며 장치의 가열을 막는 효과가 있습니다. 이는 오히려 유압유의 열화를 방지하여 노화를 늦추는 역할을 하므로 유압유 노화 촉진은 적절하지 않은 설명입니다.
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72. 1개의 유압 실린더에서 전진 및 후진 단에 각각의 리밋 스위치를 부착하는 이유로 가장 적합한 것은?

  1. 실린더의 위치를 검출하여 제어에 사용하기 위하여
  2. 실린더 내의 온도를 제어하기 위하여
  3. 실린더의 속도를 제어하기 위하여
  4. 실린더 내의 압력을 계측하고 제어하기 위하여
(정답률: 55%)
  • 리밋 스위치는 실린더의 피스톤이 전진 끝단이나 후진 끝단에 도달했음을 감지하는 센서 역할을 합니다. 따라서 실린더의 위치를 검출하여 다음 동작을 수행하게 하는 제어 목적으로 사용합니다.
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73. 아래 기호의 명칭은?

  1. 체크 밸브
  2. 무부하 밸브
  3. 스톱 밸브
  4. 급속배기 밸브
(정답률: 64%)
  • 기호는 펌프의 토출압을 낮추어 에너지를 절감하는 무부하 밸브를 나타냅니다.
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74. 오일 탱크의 필요조건으로 적절하지 않은 것은?

  1. 오일 탱크의 바닥면은 바닥에 밀착시켜 간격이 없도록 해야 한다.
  2. 오일 탱크에는 스트레이너의 삽입이나 분리를 용이하게 할 수 있는 출입구를 만든다.
  3. 공기빼기 구멍에는 공기청정을 하여 먼지의 혼입을 방지한다.
  4. 먼지, 절삭분 등의 이물질이 혼입되지 않도록 주유구에는 여과망, 캡을 부착한다.
(정답률: 70%)
  • 오일 탱크의 바닥면은 청소 및 유지보수를 위해 바닥과 일정 간격을 띄워 설치하는 것이 원칙입니다. 바닥에 밀착시키면 탱크 하부의 부식 확인이나 오염물 제거가 어렵기 때문에 적절하지 않습니다.
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75. 속도 제어 회로가 아닌 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 로크(로킹) 회로
(정답률: 75%)
  • 미터 인 회로, 미터 아웃 회로, 블리드 오프 회로는 모두 유량 조절을 통해 액추에이터의 속도를 제어하는 회로입니다. 반면 로크(로킹) 회로는 유체를 가두어 실린더의 위치를 고정하는 회로이므로 속도 제어와는 거리가 멉니다.
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76. 아래 회로처럼 A, B 두 실린더가 순차적으로 작동하는 회로는?

  1. 언로더 회로
  2. 디컴프레션 회로
  3. 시퀀스 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 64%)
  • 제시된 회로 처럼 A 실린더가 먼저 작동한 후 그 신호를 통해 B 실린더가 순차적으로 작동하도록 설계된 회로를 시퀀스 회로라고 합니다.
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77. 유압 작동유의 구비조건으로 적절하지 않은 것은?

  1. 비중과 열팽창계수가 적어야 한다.
  2. 열을 방출시킬 수 있어야 한다.
  3. 점도지수가 높아야 한다.
  4. 압축성이어야 한다.
(정답률: 70%)
  • 유압 작동유는 에너지를 효율적으로 전달하기 위해 외부 압력에 의해 부피가 변하지 않는 비압축성 유체여야 합니다.

    오답 노트
    비중과 열팽창계수: 작을수록 온도 변화에 따른 부피 변화가 적어 유리함
    열 방출: 시스템 과열 방지를 위해 필수적임
    점도지수: 높을수록 온도 변화에 따른 점도 변화가 적어 안정적임
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78. 유압 작동유에 1760N/cm2의 압력을 가했더니 체적이 0.19% 감소되었다. 이때 압축률은 얼마인가?

  1. 1.08×10-5cm2/N
  2. 1.08×10-6cm2/N
  3. 1.08×10-7cm2/N
  4. 1.08×10-8cm2/N
(정답률: 61%)
  • 압축률은 체적탄성계수의 역수로, 가해진 압력 변화량에 대한 체적 변화율의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{압축률} = \frac{\Delta V / V}{\Delta P}$
    ② [숫자 대입] $\text{압축률} = \frac{0.19 / 100}{1760}$
    ③ [최종 결과] $\text{압축률} = 1.08 \times 10^{-6} \text{ cm}^2/\text{N}$
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79. 유량 제어 밸브의 종류가 아닌 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 분류 밸브
  2. 디셀러레이션 밸브
  3. 언로드 밸브
  4. 스로틀 밸브
(정답률: 42%)
  • 언로드 밸브는 펌프의 토출압을 낮추어 에너지를 절감하는 압력 제어 밸브의 일종으로, 유량 제어 밸브에 해당하지 않습니다.
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80. 어큐뮬레이터는 고압 용기이므로 장착과 취급에 각별한 주의가 요망되는데 이와 관련된 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 점검 및 보수가 편리한 장소에 설치한다.
  2. 어큐뮬레이터에 용접, 가공, 구멍뚫기 등을 통해 설치에 유연성을 부여한다.
  3. 충격 완충용으로 사용할 경우는 가급적 충격이 발생하는 곳으로부터 가까운 곳에 설치한다.
  4. 펌프와 어큐뮬레이터와의 사이에는 체크 밸브를 설치하여 유압유가 펌프 쪽으로 역류하는 것을 방지한다.
(정답률: 63%)
  • 어큐뮬레이터는 고압의 가스가 충전된 압력 용기입니다. 임의로 용접, 가공, 구멍뚫기를 할 경우 용기 파손으로 인한 폭발 위험이 매우 크므로 절대 금지해야 합니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 지름 1m의 플라이휠(flywheel)이 등속 회전운동을 하고 있다. 플라이휠 외측의 접선속도가 4m/s일 때, 회전수는 약 몇 rpm인가?

  1. 76.4
  2. 86.4
  3. 96.4
  4. 106.4
(정답률: 60%)
  • 접선속도와 각속도의 관계, 그리고 각속도와 회전수(rpm)의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{60V}{2\pi R}$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{60 \times 4}{2 \times \pi \times 0.5}$
    ③ [최종 결과] $N = 76.4$
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82. 자동차가 경사진 30도 비탈길에 주차되어 있다. 미끄러지지 않기 위해서는 노면과 바퀴와의 마찰계수 값이 약 얼마 이상이어야 하는가?

  1. 0.122
  2. 0.366
  3. 0.500
  4. 0.578
(정답률: 50%)
  • 경사면에서 물체가 미끄러지지 않기 위한 최소 마찰계수는 경사각의 탄젠트 값과 같습니다. 즉, 비탈길 아래로 내려가려는 힘과 마찰력이 평형을 이루어야 합니다.
    ① [기본 공식] $\mu = \tan \theta$
    ② [숫자 대입] $\mu = \tan 30^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.578$
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83. 일정한 반경 r인 원을 따라 균일한 각속도 ω로 회전하고 있는 질점의 가속도에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 가속도는 0이다.
  2. 가속도는 법선 방향(radial direction)의 값만 갖는다. (접선 방향은 0이다.)
  3. 가속도는 접선 방향(transverse direction)의 값만 갖는다. (법선 방향은 0이다.)
  4. 가속도는 법선 방향과 접선 방향 값을 모두 갖는다.
(정답률: 49%)
  • 균일한 각속도로 회전하는 등속 원운동에서는 속력은 일정하지만 운동 방향이 계속 변합니다. 속력의 변화가 없으므로 접선 방향 가속도는 $0$이며, 중심 방향으로만 가속도가 발생하는 법선 가속도(구심 가속도)만 존재합니다.
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84. 다음 표는 마찰이 없는 빗면을 따라 내려오는 물체의 속력에 따른 운동에너지와 위치에너지를 나타낸 것이다. 속력이 일 때의 위치에너지(A)는? (단, 에너지 보존 법칙을 만족한다.)

  1. 1400J
  2. 1000J
  3. 800J
  4. 600J
(정답률: 58%)
  • 에너지 보존 법칙에 의해 위치에너지와 운동에너지의 합은 일정합니다. 또한 운동에너지는 속력의 제곱에 비례합니다.
    먼저 속력이 $2v$일 때 운동에너지가 $1600\text{J}$이므로, 속력이 $v$일 때의 운동에너지는 $\frac{1600}{2^2} = 400\text{J}$입니다. 따라서 전체 역학적 에너지는 $1500\text{J} + 400\text{J} = 1900\text{J}$입니다.
    속력이 $\frac{3}{2}v$일 때의 운동에너지는 $400 \times (\frac{3}{2})^2 = 900\text{J}$이 되며, 위치에너지 $A$는 전체 에너지에서 이를 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $A = E_{total} - E_{k(\frac{3}{2}v)}$
    ② [숫자 대입] $A = 1900 - 900$
    ③ [최종 결과] $A = 1000$
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85. 다음 그림과 같이 일부가 천공된 불균형 바퀴가 미끄러짐 없이 굴러가고 있을 때, 각 경우 중 운동에너지의 크기에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 3가지 모두 각속도 ω는 동일하다.)

  1. (a) 경우가 가장 크다.
  2. (b) 경우가 가장 크다.
  3. (c) 경우가 가장 크다.
  4. (a), (b), (c) 모두 같다.
(정답률: 51%)
  • 운동에너지는 병진 운동에너지와 회전 운동에너지의 합으로 결정됩니다. 회전 운동에너지는 관성모멘트 $I$에 비례하며, 관성모멘트는 질량이 회전축(바닥 접점)에서 멀리 떨어져 있을수록 커집니다.
    제시된 그림에서 (a) 경우는 천공된 부분이 바닥 쪽에 위치하여, 상대적으로 많은 질량이 회전축에서 가장 먼 상단에 분포하게 됩니다. 따라서 관성모멘트가 가장 크며, 동일한 각속도 $\omega$일 때 운동에너지의 크기가 가장 큽니다.
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86. 그림과 같이 두 개의 질량이 스프링에 연결되어 있을 때, 이 시스템의 고유진동수에 해당하는 것은?

(정답률: 52%)
  • 두 질량이 하나의 스프링으로 연결된 자유-자유 시스템에서, 질량 중심의 이동을 제외한 상대 운동에 대한 고유진동수를 구하는 문제입니다. 이 경우 환산 질량 $\mu = \frac{m \times m}{m + m} = \frac{m}{2}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\omega = \sqrt{\frac{k}{\mu}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\omega = \sqrt{\frac{k}{m/2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\omega = \sqrt{\frac{2k}{m}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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87. 다음 그림과 같은 1자유도 진동계에서 W가 50N, k가 0.32N/cm이고, 감쇠비가 ξ=0.4 일 때 이 진동계의 점성감쇠 계수 c는 약 몇 N·s/m인가?

  1. 5.48
  2. 54.8
  3. 10.22
  4. 102.2
(정답률: 55%)
  • 감쇠비 $\xi$는 점성감쇠계수 $c$와 임계감쇠계수 $c_c$의 비로 정의됩니다. 질량 $m$은 무게 $W$를 중력가속도 $g$로 나누어 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$c = 2\xi \sqrt{mk}$$
    ② [숫자 대입]
    $$m = \frac{50}{9.81} \approx 5.1, \quad k = 0.32 \times 100 = 32$$
    $$c = 2 \times 0.4 \times \sqrt{5.1 \times 32}$$
    ③ [최종 결과]
    $$c = 10.22$$
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88. 다음 그림과 같이 스프링상수는 400N/m, 질량은 100kg인 1자유도계 시스템이 있다. 초기 변위는 0이고 스프링 변형량도 없는 상태에서 x방향으로 3m/s의 속도로 움직이기 시작한다고 가정할 때 이 질량체의 속도 v를 위치 x에 관한 함수로 나타낸 것은?

  1. ±(3-4x2)
  2. ±(3-9x2)
(정답률: 60%)
  • 에너지 보존 법칙에 따라 초기 운동에너지가 위치 에너지와 운동에너지의 합으로 전환됩니다. 각진동수 $\omega$를 먼저 구한 뒤, 속도 $v$를 위치 $x$에 관한 함수로 유도합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\omega = \sqrt{\frac{k}{m}}, \quad v = \pm \omega \sqrt{A^2 - x^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\omega = \sqrt{\frac{400}{100}} = 2, \quad A = \frac{v_0}{\omega} = \frac{3}{2} = 1.5$$
    $$v = \pm 2 \sqrt{1.5^2 - x^2} = \pm \sqrt{4(2.25 - x^2)}$$
    ③ [최종 결과]
    $$v = \pm \sqrt{9 - 4x^2}$$
    따라서 정답은 입니다.
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89. 조화 진동의 변위 x와 시간 t의 관계를 나타낸 식 x=asin(ωt+ø)에서 ø가 의미하는 것은?

  1. 진폭
  2. 주기
  3. 초기위상
  4. 각진동수
(정답률: 68%)
  • 조화 진동의 변위 식 $x = a \sin(\omega t + \phi)$에서 각 기호는 특정 물리량을 의미합니다.
    $\phi$는 시간이 $t=0$일 때의 위상을 결정하는 초기위상을 의미합니다.

    오답 노트
    진폭: $a$
    주기: $T = \frac{2\pi}{\omega}$
    각진동수: $\omega$
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90. 속도가 각각 v1, v2 (v1 > v2)이고, 질량이 모두 m인 두 물체가 동일한 방향으로 운동하여 충돌 후 하나로 되었을 때의 속도(v)는?

  1. v1-v2
  2. v1+v2
  3. (v1-v2)/2
  4. (v1+v2)/2
(정답률: 59%)
  • 두 물체가 충돌 후 하나로 합쳐지는 완전 비탄성 충돌에서는 운동량 보존 법칙이 적용됩니다.
    ① [기본 공식] $m v_{1} + m v_{2} = (m + m) v$
    ② [숫자 대입] $m (v_{1} + v_{2}) = 2 m v$
    ③ [최종 결과] $v = \frac{v_{1} + v_{2}}{2}$
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91. 방전가공의 특징으로 틀린 것은?

  1. 전극이 필요하다.
  2. 가공 부분에 변질 층이 남는다.
  3. 전극 및 가공물에 큰 힘이 가해진다.
  4. 통전되는 가공물은 경도와 관계없이 가공이 가능하다.
(정답률: 54%)
  • 방전가공은 전극과 가공물 사이의 전기적 스파크를 이용해 재료를 녹여내는 비접촉 가공 방식이므로, 전극 및 가공물에 물리적인 큰 힘이 가해지지 않습니다.
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92. 드로잉률에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 드로잉률이 작을수록 제품의 깊이가 깊은 것이므로 드로이에 필요한 힘도 증가하게 된다.
  2. 드로잉률이 클수록 제품의 깊이가 깊은 것이므로 드로이에 필요한 힘도 증가하게 된다.
  3. 드로잉률이 작을수록 제품의 깊이가 낮은 것이므로 드로이에 필요한 힘도 증가하게 된다.
  4. 드로잉률이 클수록 제품의 깊이가 낮은 것이므로 드로이에 필요한 힘도 증가하게 된다.
(정답률: 40%)
  • 드로잉률이 작다는 것은 블랭크 직경 대비 펀치 직경이 작아 제품의 깊이가 더 깊어진다는 것을 의미하며, 이에 따라 성형에 필요한 힘이 증가하게 됩니다.
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93. 스폿용접과 같은 원리로 접합할 모재의 한쪽 판에 돌기를 만들어 고정전극 위에 겹쳐 놓고 가동전극으로 통전과 동시에 가압하여 저항열로 가열된 돌기를 접합시키는 용접법은?

  1. 플래시 버트 용접
  2. 프로젝션 용접
  3. 업셋 용접
  4. 단접
(정답률: 61%)
  • 모재의 한쪽 판에 돌기(Projection)를 만들어 저항열로 접합시키는 방식은 프로젝션 용접의 핵심 원리입니다.
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94. 밀링에서 브라운 샤프형 분할판으로 지름피치 12, 잇수가 76개인 스퍼기어를 절삭할 때 사용하는 분할판의 구멍열은?

  1. 16구멍
  2. 17구멍
  3. 18구멍
  4. 19구멍
(정답률: 46%)
  • 브라운 샤프형 분할판의 분할비를 계산하여 적절한 구멍열을 찾는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\frac{40}{N} = \frac{D.P}{Z}$ (분할비 = 지름피치 / 잇수)
    ② [숫자 대입] $\frac{40}{N} = \frac{12}{76} = \frac{3}{19}$
    ③ [최종 결과] $N = 19$
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95. 전해연마의 일반적인 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 가공면에는 방향성이 있다.
  2. 내마멸성, 내부식성이 저하된다.
  3. 연마량이 적으므로 깊은 홈이 제거되지 않는다.
  4. 복잡한 형상의 공작물, 선 등의 연마가 불가능하다.
(정답률: 49%)
  • 전해연마는 전해액 속에서 표면을 아주 얇고 균일하게 용해시키는 방식이므로, 연마량이 적어 깊은 홈이나 흠집을 완전히 제거하기 어렵습니다.

    오답 노트
    가공면에는 방향성이 없다.
    내마멸성, 내부식성이 향상된다.
    복잡한 형상이나 선의 연마가 가능하다.
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96. 일반적으로 저탄소강을 초경합금으로 선반가공 할 때, 힘의 크기가 가장 큰 것은?

  1. 이송분력
  2. 배분력
  3. 주분력
  4. 부분력
(정답률: 65%)
  • 선반 가공 시 발생하는 절삭력 중 주분력은 공구의 주진행 방향으로 작용하는 힘으로, 일반적으로 이송분력이나 배분력보다 그 크기가 가장 큽니다.
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97. 가공의 영향으로 생긴 스트레인이나 내부 응력을 제거하고 미세한 표준조직으로 기계적 성질을 향상시키는 열처리법은?

  1. 소프트닝
  2. 보로나이징
  3. 하드 페이싱
  4. 노멀라이징
(정답률: 67%)
  • 노멀라이징은 가공 시 발생한 내부 응력을 제거하고 결정 조직을 미세하고 균일하게 만들어 기계적 성질을 향상시키는 표준화 열처리법입니다.
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98. 롤러 중심거리 200mm인 사인바로 게이지 블록 42mm를 사용하여 피측정물의 경사면이 정반과 평행을 이루었을 때, 피측정물 구배값은 약 몇 도(˚)인가?

  1. 30
  2. 25
  3. 21
  4. 12
(정답률: 44%)
  • 사인바의 원리를 이용하여 경사각을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\sin \theta = \frac{H}{L}$ (높이 / 롤러 중심거리)
    ② [숫자 대입] $\sin \theta = \frac{42}{200}$
    ③ [최종 결과] $\theta = 12.1^{\circ}$
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99. Al합금 등과 같은 용융 금속을 고속, 고압으로 금속주형에 주입하여 정밀 제품을 다량 생산하는 특수주조 방법은?

  1. 다이 캐스팅법
  2. 인베스트먼트 주조법
  3. 칠드 주조법
  4. 원심 주조법
(정답률: 60%)
  • 다이 캐스팅법은 정밀한 치수가 요구되는 제품을 대량 생산하기 위해 용융 금속을 고압으로 금속제 금형(Die)에 주입하는 주조 방식입니다.

    오답 노트
    인베스트먼트 주조법: 정밀 주조의 일종이나 왁스 패턴과 세라믹 쉘을 이용함
    칠드 주조법: 냉각재를 사용하여 조직을 치밀하게 함
    원심 주조법: 원심력을 이용하여 중공 형상을 만듦
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100. 다음 중 소성가공에 속하지 않는 것은?

  1. 압연가공
  2. 선반가공
  3. 인발가공
  4. 단조가공
(정답률: 62%)
  • 소성가공은 재료에 항복점 이상의 힘을 가해 영구적인 변형을 일으켜 모양을 만드는 가공법입니다.
    선반가공은 공구를 사용하여 재료의 표면을 깎아내는 절삭가공에 해당하므로 소성가공이 아닙니다.

    오답 노트
    압연가공, 인발가공, 단조가공: 재료를 누르거나 당겨서 변형시키는 대표적인 소성가공법입니다.
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