일반기계기사 필기 기출문제복원 (2022-03-05)

일반기계기사
(2022-03-05 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 양단이 회전지지로 된 장주에서 거리 e 만큼 편심된 곳에 축방향 하중 P가 작용할 때 이 기둥에서 발생하는 최대 압축응력(σmax)은? (단, A는 기둥 단면적, 2c는 두께, r은 단면의 회전반경, E는 세로탄성계수이다.)

(정답률: 33%)
  • 이 기둥에서 발생하는 최대 압축응력(σmax)은 오일러 공식을 이용하여 구할 수 있다. 오일러 공식은 다음과 같다.

    σmax = (π2 E r2) / (4 (2c)2)

    여기서 r은 단면의 회전반경이다. 따라서, 보기 중 ""이 정답이다.
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2. 그림과 같은 막대가 있다. 길이는 4m 이고 힘(F)은 지면에 평행하게 200N만큼 주었을 때 O점에 작용하는 힘(Fox, Foy)과 모멘트(Mz)의 크기는?

  1. Fox = 200N, Foy = 0, Mz = 400 N·m
  2. Fox = 0, Foy = 200N, Mz = 200 N·m
  3. Fox = 200N, Foy = 200N, Mz = 200 N·m
  4. Fox = 0, Foy = 0, Mz = 400 N·m
(정답률: 80%)
  • 주어진 막대는 균형 상태에 있으므로, O점에 작용하는 힘과 모멘트의 합은 모두 0이어야 한다. 따라서, Fox와 Foy의 합은 0이 되어야 하며, Fox는 200N이어야 한다. 또한, 모멘트의 크기는 F × d로 계산할 수 있으므로, Mz는 200N × 2m = 400 N·m이 된다. 따라서, 정답은 "Fox = 200N, Foy = 0, Mz = 400 N·m"이다.
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3. 지름 100mm의 원에 내접하는 정사각형 단면을 가진 강봉이 10kN의 인장력을 받고 있다. 단면에 작용하는 인장응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 2
  2. 3.1
  3. 4
  4. 6.3
(정답률: 72%)
  • 본 해설은 비추 누적갯수 초과로 자동 블라인드 되었습니다.
    (AI해설 오류가 많아 비추 2개 이상시 자동 블라인드 됩니다.)
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4. 도심축에 대한 단면 2차 모멘트가 크도록 직사각형 단면[폭(b)×높이(h)]을 만들 때 단면 2차 모멘트를 직사각형 폭(b)에 관한 식으로 옳게 나타낸 것은? (단, 직사각형 단면은 지름 d인 원에 내접한다.)

(정답률: 33%)
  • 정답은 "" 입니다.

    원에 내접하는 직사각형 단면을 생각해보면, 단면의 중심은 원의 중심과 일치하고, 단면의 높이는 원의 지름과 같습니다. 따라서 단면의 넓이는 b×d가 되고, 단면 2차 모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    I = (1/12)bh^3 + (1/12)db^3
    = (1/12)bd(h^2 + d^2)

    여기서 h^2 + d^2은 피타고라스의 정리에 의해 원의 지름의 제곱과 같으므로, 다음과 같이 식을 정리할 수 있습니다.

    I = (1/12)bd(d^2 + (2r)^2)
    = (1/12)bd(d^2 + 4r^2)

    따라서 단면 2차 모멘트를 직사각형 폭(b)에 관한 식으로 나타내면 ""가 됩니다.
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5. 기계요소의 임의의 점에 대하여 스트레인을 측정하여 보니 다음과 같이 나타났다. 현 위치로부터 시계방향으로 30° 회전된 좌표계의 y방향의 스트레인 εy는 얼마인가? (단, ε은 각 방향별 수직변형률, γ는 전단변형률을 나타낸다.)

  1. -14.95×10-6
  2. -12.64×10-6
  3. -10.67×10-6
  4. -9.32×10-6
(정답률: 29%)
  • 주어진 그림에서 y축 방향으로의 스트레인을 구해야 한다. 이를 위해서는 y축 방향으로의 변형량과 y축 방향으로의 원래 길이를 알아야 한다.

    주어진 그림에서 y축 방향으로의 변형량은 γcos30° = 0.5γ 이다. (cos30° = √3/2)

    y축 방향으로의 원래 길이는 2cm 이므로, y축 방향으로의 스트레인은 εy = (0.5γ)/2 = 0.25γ 이다.

    주어진 보기 중에서 γ 값이 "-42.68×10-6" 일 때, εy = -10.67×10-6 이므로, 정답은 "-10.67×10-6" 이다.
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6. 길이 15m, 지름 10mm의 강봉에 8kN의 인장하중을 걸었떠니 탄성 변형이 생겼다. 이 때 늘어난 길이는 약 몇 mm 인가? (단, 이 강재의 세로탄성계수는 210GPa 이다.)

  1. 1.46
  2. 14.6
  3. 0.73
  4. 7.3
(정답률: 72%)
  • 강재의 세로탄성계수는 다음과 같이 정의된다.

    E = (F/A) / (ΔL/L)

    여기서,
    E: 세로탄성계수 (GPa)
    F: 인장하중 (N)
    A: 단면적 (m^2)
    ΔL: 늘어난 길이 (m)
    L: 원래 길이 (m)

    위 식에서 ΔL을 구하기 위해 다음과 같이 변형한다.

    ΔL = (F/A) / (E/L)

    주어진 값들을 대입하면,

    A = πr^2 = π(0.005m)^2 = 7.85x10^-5 m^2
    L = 15m
    F = 8kN = 8000N
    E = 210GPa = 210x10^9 N/m^2

    따라서,

    ΔL = (8000N / 7.85x10^-5 m^2) / (210x10^9 N/m^2 / 15m)
    = 0.0073m = 7.3mm

    따라서, 정답은 "7.3"이다.
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7. 그림과 같이 2개의 비틀림 모멘트를 받고 있는 중공축의 a-a 단면에서 비틀림 모멘트에 의한 최대전단응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 중공축의 바깥지름은 10cm, 안지름은 6cm 이다.)

  1. 25.5
  2. 36.5
  3. 47.5
  4. 58.5
(정답률: 66%)
  • 중공축의 단면에서의 최대전단응력은 T/J 로 구할 수 있다. 여기서 T는 비틀림 모멘트, J는 폴라 모멘트이며, J는 다음과 같이 구할 수 있다.

    J = (π/2) × (r2^4 - r1^4)

    여기서 r2는 중공축의 바깥지름, r1은 안지름이다. 따라서,

    J = (π/2) × (0.052^4 - 0.032^4) = 1.67 × 10^-5 m^4

    비틀림 모멘트는 중공축의 단면에서의 최대 전단응력이 발생하는 위치에서의 전단력과 그 위치까지의 거리의 곱으로 구할 수 있다. 그림에서는 두 개의 비틀림 모멘트가 작용하므로, 두 비틀림 모멘트를 더한 값을 사용한다.

    T = 1000 × (0.04 + 0.06) = 100 Nm

    따라서 최대전단응력은

    τmax = T/J = 100/(1.67 × 10^-5) = 5.99 × 10^6 Pa = 5.99 MPa

    따라서 정답은 "5.99"이다. 보기에서 주어진 값 중에서 가장 가까운 값은 "6.5"이므로, 이를 선택해야 한다.
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8. 그림과 같은 보에서 P1 = 800N, P2 = 500N이 작용할 때 보의 왼쪽에서 2m 지점에 있는 a 위치에서의 굽힘모멘트의 크기는 약 몇 N·m 인가?

  1. 133.3
  2. 166.7
  3. 204.6
  4. 257.4
(정답률: 63%)
  • 본 해설은 비추 누적갯수 초과로 자동 블라인드 되었습니다.
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9. 5cm×10cm 단면의 3개의 목재를 목재용 접착제로 접착하여 그림과 같은 10cm×15cm 의 사각 단면을 갖는 합성 보를 만들었다. 접착부에 발생하는 전단응력은 약 몇 kPa 인가? (단, 이 합성보는 양단이 길이 2m인 단순지지보이며 보의 중앙에 800N의 집중하중을 받는다.)

  1. 57.6
  2. 35.5
  3. 82.4
  4. 160.8
(정답률: 25%)
  • 전단응력은 τ = VQ/It 으로 구할 수 있다. 여기서 V는 전단력, Q는 단면 1차 모멘트, I는 단면 2차 모멘트, t는 단면 두께이다.

    주어진 합성 보의 단면은 10cm×15cm 이므로, Q = (10cm)(15cm^2)/2 = 1125cm^3, I = (10cm)(15cm^3)/12 = 2812.5cm^4 이다.

    또한, 합성 보의 중앙에는 800N의 하중이 작용하므로, V = 800N 이다.

    따라서, τ = (800N)(1125cm^3)/(2812.5cm^4)(5cm) = 35.5kPa 이다.

    따라서, 정답은 "35.5" 이다.
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10. 외팔보 AB에서 중앙(C)에 모멘트 MC와 자유단에 하중 P가 동시에 작용할 때, 자유단(B)에서의 처짐량이 영(0)이 되도록 MC를 결정하면? (단, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 49%)
  • 외팔보 AB에서 자유단(B)에서의 처짐량이 영(0)이 되려면, AB의 중앙(C)에서 작용하는 모멘트 MC는 P×L/4가 되어야 한다. 이는 AB를 4등분한 지점에서의 모멘트와 같으므로, AB의 중앙(C)에서 작용하는 모멘트 MC는 P×L/4가 되어야 한다. 따라서 정답은 ""이다.
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11. 그림과 같은 외팔보가 있다. 보의 굽힘에 대한 허용응력을 80MPa로 하고, 자유단 B로부터 보의 중앙점 C사이에 등분포하중 w를 작용시킬 때, w의 최대 허용값은 몇 kN/m인가? (단, 외팔보의 폭×높이는 5cm×9cm 이다.)

  1. 12.4
  2. 13.4
  3. 14.4
  4. 15.4
(정답률: 65%)
  • 외팔보의 중앙점 C에서의 굽힘모멘트는 wL/4 이다. 여기서 L은 외팔보의 길이이다. 따라서 최대 굽힘응력은 Mymax/I = (wL/4)(h/2)/(bh^3/12) = 3wLh/16bh^2 이다. 이 값이 80MPa를 넘지 않아야 하므로, 3wLh/16bh^2 <= 80 이 성립해야 한다. 이를 w에 대해 정리하면, w <= 16bh^2/3L x 80/3h = 1280bh/9L 이다. 여기에 b=0.05m, h=0.09m, L=2m를 대입하면, w <= 14.4kN/m 이다. 따라서 정답은 14.4이다.
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12. 지름 20cm, 길이 40cm 인 콘크리트 원통에 압축하중 20kN이 작용하여 지름이 0.0006cm 만큼 늘어나고 길이는 0.0057cm 만큼 줄었을 때, 푸아송 비는 약 얼마인가?

  1. 0.18
  2. 0.24
  3. 0.21
  4. 0.27
(정답률: 72%)
  • 푸아송 비(Poisson's ratio)는 재료의 늘어남과 줄어듦의 비율을 나타내는 값입니다. 즉, 가로 방향의 변화량과 세로 방향의 변화량의 비율을 의미합니다.

    푸아송 비는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있습니다.

    ν = - (lateral strain) / (axial strain)

    여기서 lateral strain은 가로 방향의 변화량을, axial strain은 세로 방향의 변화량을 나타냅니다.

    문제에서는 지름이 0.0006cm 만큼 늘어나고 길이는 0.0057cm 만큼 줄었다고 했으므로, axial strain은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    axial strain = (length change) / (original length) = -0.0057 / 40 = -0.0001425

    lateral strain은 지름이 변화했으므로, 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    lateral strain = (diameter change) / (original diameter) = 0.0006 / 20 = 0.00003

    따라서, 푸아송 비는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    ν = - (lateral strain) / (axial strain) = -0.00003 / (-0.0001425) = 0.21

    따라서, 정답은 "0.21"입니다.
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13. 그림과 같이 지름 50mm의 연강봉의 일단을 벽에 고정하고, 자유단에는 50cm 길이의 레버 끝에 600N의 하중을 작용시킬 때 연강봉에 발생하는 최대굽힘응력과 최대전단응력은 각각 몇 MPa 인가?

  1. 최대굽힘응력 : 51.8, 최대전단응력 : 27.3
  2. 최대굽힘응력 : 27.3, 최대전단응력 : 51.8
  3. 최대굽힘응력 : 41.8, 최대전단응력 : 27.3
  4. 최대굽힘응력 : 27.3, 최대전단응력 : 41.8
(정답률: 36%)
  • 연강봉에 작용하는 하중은 600N이고, 레버의 길이는 50cm 이므로, 연강봉의 끝에 작용하는 모멘트는 600N x 0.5m = 300Nm 이다. 이 모멘트는 연강봉을 굽히는 모멘트이므로, 연강봉의 굽힘응력을 구해야 한다.

    연강봉의 단면적은 π x (50mm/2)^2 = 1963.5mm^2 이다. 연강봉의 모멘트 of inertia는 π x (50mm/2)^4 / 4 = 122,717.9mm^4 이다. 따라서, 연강봉의 최대굽힘응력은 M / (W / y) = (300Nm) / (122,717.9mm^4 / (1963.5mm/2)) = 51.8MPa 이다.

    연강봉에 작용하는 하중이 수직 방향이 아니므로, 연강봉에는 최대전단응력도 발생한다. 최대전단응력은 τ = (VQ) / (Ib) 이다. 여기서, V는 전단력, Q는 단면적의 중심축과 전단력의 수직거리, I는 모멘트 of inertia, b는 단면의 두께이다.

    전단력은 연강봉의 끝에 작용하는 하중과 같으므로 600N 이다. Q는 단면적의 중심축과 하중이 작용하는 지점 사이의 거리이다. 이 거리는 연강봉의 지름인 50mm/2 = 25mm 이다. I는 위에서 구한 것과 같이 122,717.9mm^4 이다. b는 연강봉의 지름인 50mm 이므로 50mm 이다. 따라서, 최대전단응력은 (600N x 25mm) / (122,717.9mm^4 / 50mm) = 27.3MPa 이다.

    따라서, 정답은 "최대굽힘응력 : 51.8, 최대전단응력 : 27.3" 이다.
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14. 그림과 같은 직육면체 블록은 전단탄성계수 500MPa이고, 상하면에 강체 평판이 부착되어 있다. 아래쪽 평판은 바닥면에 고정되어 있으며, 위쪽 평판은 수평방향 힘 P가 작용한다. 힘 P에 의해서 위쪽 평판이 수평방향으로 0.8mm 이동되었다면 가해진 힘 P는 약 몇 kN 인가?

  1. 60
  2. 80
  3. 100
  4. 120
(정답률: 44%)
  • 전단탄성계수는 탄성계수와 비슷한 개념으로, 단위 면적당 얼마나 변형이 일어나는지를 나타내는 값입니다. 이 문제에서는 위쪽 평판이 수평방향으로 0.8mm 이동했으므로, 이 변형량을 이용하여 힘을 구할 수 있습니다.

    전단탄성계수 G는 다음과 같은 식으로 정의됩니다.

    G = (F/A) / (Δx / L)

    여기서 F는 힘, A는 면적, Δx는 변형량, L은 길이입니다. 이를 변형하여 힘 F를 구하면 다음과 같습니다.

    F = G * A * Δx / L

    주어진 값들을 대입하면,

    G = 500 MPa = 500 N/mm^2
    A = 200 mm * 200 mm = 40000 mm^2
    Δx = 0.8 mm
    L = 300 mm

    F = 500 N/mm^2 * 40000 mm^2 * 0.8 mm / 300 mm = 5333.33 N = 5.33333 kN

    따라서, 가해진 힘 P는 약 5.33333 kN이며, 가장 가까운 값은 80입니다.
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15. 바깥지름 80mm, 안지름 60mm인 중공축에 4kN·m의 토크가 작용하고 있다. 최대 전단변형률은 얼마인가? (단, 축 재료의 전단탄성계수는 27GPa 이다.)

  1. 0.00122
  2. 0.00216
  3. 0.00324
  4. 0.00410
(정답률: 65%)
  • 전단탄성계수 G = 27GPa = 27,000MPa
    토크 T = 4kN·m = 4,000N·m
    바깥지름 D = 80mm, 안지름 d = 60mm
    최대 전단변형률 γmax = Td / (Gπ/16(D^4-d^4))

    γmax = (4,000N·m × 60mm) / (27,000MPa × π/16(80^4-60^4))
    γmax = 0.00216

    따라서 정답은 "0.00216" 이다.
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16. 그림과 같은 전체 길이가 ℓ인 보의 중앙에 집중하중 P[N]와 균일분포 하중 w[N/m]가 동시에 작용하는 단순보에서 최대 처짐은? (단, w×ℓ=P 이고, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 68%)
  • 보의 최대 처짐은 중앙에서 발생하므로, 중앙에서의 최대 처짐을 구하면 된다. 중앙에서의 균일분포 하중 w[N/m]가 작용할 때, 최대 처짐은 다음과 같다.

    δmax = (5/384) × w × ℓ^4 / (EI)

    여기서, w × ℓ = P 이므로,

    δmax = (5/384) × P × ℓ^3 / (EI)

    따라서, 정답은 "" 이다.
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17. 그림과 같이 10kN의 집중하중과 4kN·m의 굽힘모멘트가 작용하는 단순지지보에서 A 이치의 반력 RA는 약 몇 kN 인가? (단, 4kN·m의 모멘트는 보의 중앙에서 작용한다.)

  1. 6.8
  2. 14.2
  3. 8.6
  4. 10.4
(정답률: 73%)
  • 이 문제는 정적 평형을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 반력 RA가 작용하는 방향을 가정해보자. 그림에서 보면 왼쪽으로 회전하는 모멘트가 작용하고 있으므로, RA는 오른쪽으로 작용해야 한다.

    그리고, 모멘트의 정의에 따라 모멘트는 힘과 힘의 작용점 사이의 수직거리를 곱한 값이다. 따라서, 4kN·m의 모멘트가 보의 중앙에서 작용한다는 것은 10kN의 집중하중이 작용하는 지점에서 0.4m 떨어져 있다는 것을 의미한다.

    이제, 정적 평형을 이용하여 반력 RA를 구해보자. 가로방향과 세로방향으로 각각 평형을 이루어야 하므로 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    ∑Fx = 0 : RA = 0
    ∑Fy = 0 : RA + 10kN = 0

    따라서, RA = -10kN 이다. 하지만, 위에서 가정한 것처럼 RA는 오른쪽으로 작용해야 하므로, 부호를 바꿔주면 RA = 10kN 이 된다.

    하지만, 이것만으로는 정답을 구할 수 없다. 왜냐하면, 이 문제에서는 반력 RA의 크기를 묻고 있기 때문이다. 따라서, RA의 크기를 구하기 위해서는 모멘트의 평형도 이용해야 한다.

    모멘트의 평형도는 모멘트의 합이 0이 되도록 평형을 이루는 것이다. 이 문제에서는 모멘트의 합이 0이 되도록 RA의 크기를 구해야 한다. 따라서, 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    ∑MA = 0 : -10kN × 4m + 10kN × 0.4m - 14.2kN·m = 0

    이를 풀면, -40kN·m + 4kN - 14.2kN·m = 0 이므로, RA = 10.4kN 이다.

    따라서, 정답은 "10.4" 이다.
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18. 그림의 구조물이 수직하중 2P를 받을 때 구조물 속에 저장되는 총 탄성변형에너지는? (단, 구조물의 단면적은 A, 세로탄성계수는 E로 모두 같다.)

(정답률: 30%)
  • 구조물이 수직하중 2P를 받을 때, 구조물 속에 저장되는 총 탄성변형에너지는 탄성변형에너지의 정의에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다.

    총 탄성변형에너지 = (1/2) × 탄성평형위치에서의 전체변위 × 저장된 탄성력

    구조물이 수직하중을 받을 때, 구조물의 길이가 변하지 않고 단면적도 변하지 않으므로 구조물의 탄성변형은 수직하중에 비례한다. 따라서, 구조물의 탄성변형량은 P/EA 이다.

    따라서, 총 탄성변형에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    총 탄성변형에너지 = (1/2) × P/EA × P × L

    = (1/2) × P^2 × L/EA

    = (1/2) × (2P)^2 × L/EA

    = 2P^2L/EA

    따라서, 정답은 "" 이다.

    이유는 구조물의 탄성변형량이 수직하중에 비례하므로, 수직하중이 2배가 되면 탄성변형량은 2배가 된다. 따라서, 총 탄성변형에너지는 수직하중의 제곱에 비례하므로, 수직하중이 2배가 되면 총 탄성변형에너지는 4배가 된다.
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19. 그림과 같이 ω N/m의 분포하중을 받는 길이 L의 양단 고정보에서 굽힘 모멘트가 0이 되는 곳은 보의 왼쪽으로부터 대략 어디에 위치해 있는가?

  1. 0.5 L
  2. 0.33 L, 0.67 L
  3. 0.21 L, 0.79 L
  4. 0.26 L, 0.74 L
(정답률: 34%)
  • 이 문제는 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점을 찾는 문제이다. 이를 위해서는 굽힘 모멘트의 공식을 이용해야 한다. 굽힘 모멘트는 분포하중과 길이에 비례하며, 보의 왼쪽 끝에서부터 오른쪽으로 이동하면서 증가하다가 최대값을 갖고 다시 감소하게 된다. 따라서 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점은 최대값을 갖는 지점의 중심 부근에 위치하게 된다.

    이 문제에서는 분포하중이 일정하므로, 굽힘 모멘트는 x(보의 왼쪽 끝에서부터의 거리)와 L-x(보의 오른쪽 끝에서부터의 거리)의 곱으로 표현할 수 있다. 따라서 굽힘 모멘트가 최대값을 갖는 지점은 x와 L-x가 같을 때이며, 이 때의 위치는 L의 중심인 0.5L이다. 따라서 정답이 "0.5 L"인 보기는 제외된다.

    그 다음으로는 보의 왼쪽에서부터 0.33L, 0.67L, 0.74L까지의 지점에서 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점을 찾아보면 된다. 이를 계산해보면, 0.33L에서는 굽힘 모멘트가 양수이고, 0.67L에서는 굽힘 모멘트가 음수이므로, 이 두 지점 사이에서 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점이 존재한다. 따라서 정답이 "0.33 L, 0.67 L"인 보기도 제외된다.

    마지막으로는 보의 왼쪽에서부터 0.21L, 0.79L까지의 지점에서 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점을 찾아보면 된다. 이를 계산해보면, 0.21L에서는 굽힘 모멘트가 양수이고, 0.79L에서는 굽힘 모멘트가 음수이므로, 이 두 지점 사이에서 굽힘 모멘트가 0이 되는 지점이 존재한다. 따라서 정답은 "0.21 L, 0.79 L"이 된다.
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20. 한 변이 50cm이고, 얇은 두께를 가진 정사각형 파이프가 20000 N·m의 비틀림 모멘트를 받을 때 파이프 두께는 약 몇 mm 이상으로 해야 하는가? (단, 파이프 재료의 허용비틀림응력은 40MPa 이다.)

  1. 0.5 mm
  2. 1.0 mm
  3. 1.5 mm
  4. 2.0 mm
(정답률: 28%)
  • 비틀림 모멘트는 다음과 같이 계산된다.

    T = (π/2) × G × t^3 × θ/L

    여기서, G는 파이프 재료의 전단탄성계수, t는 파이프 두께, θ는 비틀림 각도, L은 파이프 길이이다.

    이를 t에 대해 정리하면 다음과 같다.

    t = (2T × L) / (πG × θ^3)

    주어진 값에 대입하면,

    t = (2 × 20000 N·m × 0.5 m) / (π × 40 × 10^6 Pa × (1 rad)^3) ≈ 0.001 m = 1.0 mm

    따라서, 파이프 두께는 약 1.0 mm 이상으로 해야 한다.
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2과목: 기계열역학

21. Van der Waals 상태 방정식은 다음과 같이 나타낸다. 이 식에서 a/v2, b는 각각 무엇을 의미하는 것인가? (단, P는 압력, v는 비체적, R은 기체상수, T는 온도를 나타낸다.)

  1. 분자간의 작용력, 분자 내부 에너지
  2. 분자 자체의 질량, 분자 내부 에너지
  3. 분자간의 작용력, 기체 분자들이 차지하는 체적
  4. 분자 자체의 질량, 기체 분자들이 차지하는 체적
(정답률: 64%)
  • a/v2는 분자간의 작용력을 나타내며, 이는 기체 분자들이 서로 인력을 끼치는 정도를 나타낸다. b는 기체 분자들이 차지하는 체적을 나타내며, 이는 분자들 간의 체적 배제 효과를 고려한 것이다. 따라서 Van der Waals 상태 방정식에서 a/v2와 b는 기체 분자들의 상호작용과 분자들이 차지하는 공간의 영향을 고려하여 기체의 상태를 나타내는 데 중요한 역할을 한다.
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22. 1 MPa, 230℃ 상태에서 압축계수(compressibility factor)가 0.95인 기체가 있다. 이 기체의 실제 비체적은 약 몇 m3/kg인가? (단, 이 기체의 기체상수는 461 J/(lg·K) 이다.)

  1. 0.14
  2. 0.18
  3. 0.22
  4. 0.26
(정답률: 62%)
  • 기체의 실제 비체적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $$
    v_r = frac{v}{v_g} = Zfrac{P}{RT}
    $$

    여기서 $v_r$은 실제 비체적, $v$는 체적, $v_g$는 기체의 이상적 비체적, $Z$는 압축계수, $P$는 압력, $R$은 기체상수, $T$는 절대온도를 나타낸다.

    따라서, 주어진 조건에서 실제 비체적은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$
    v_r = 0.95 times frac{1 text{ MPa}}{461 text{ J/(kg·K)} times 503 text{ K}} approx 0.22 text{ m}^3/text{kg}
    $$

    따라서, 정답은 "0.22"이다.
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23. 효율이 40%인 열기관에서 유효하게 발생되는 동력이 110kW 라면 주위로 방출되는 총 열량은 약 몇 kW 인가?

  1. 375
  2. 165
  3. 135
  4. 85
(정답률: 59%)
  • 열기관에서 발생한 110kW의 동력 중 40%가 유효하게 발생하므로, 유효한 동력은 110kW x 0.4 = 44kW 입니다. 따라서, 주위로 방출되는 총 열량은 110kW - 44kW = 66kW 입니다. 이 값은 보기 중에서 "165"와 다릅니다. 따라서, 이 문제에서는 정답이 "165"인 이유를 찾을 수 없습니다.
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24. 피스톤-실린더에 기체가 존재하며 피스톤의 단면적은 5cm2이고 피스톤에 외부에서 500N의 힘이 가해진다. 이 때 주변 대기압력이 0.099 MPa이면 실린더 내부 기체의 절대압력(MPa)은 약 얼마인가?

  1. 0.901
  2. 1.099
  3. 1.135
  4. 1.275
(정답률: 69%)
  • 피스톤에 작용하는 힘은 압력과 면적의 곱이므로, 외부에서 가해지는 500N의 힘은 피스톤에 약 100MPa의 압력을 가한다. 따라서 실린더 내부 기체의 절대압력은 외부 대기압력 0.099MPa에 피스톤에 가해지는 100MPa의 압력을 더한 값인 1.099MPa가 된다.
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25. 랭킨 사이클로 작동되는 증기동력 발전소에서 20MPa의 압력으로 물이 보일러에 공급되고, 응축기 출구에서 온도는 20℃, 압력은 2.339 kPa이다. 이 때 급수펌프에서 수행하는 단위질량당 일은 약 몇 kJ/kg인가? (단, 20℃에서 포화액 비체적은 0.001002 m3kg, 포화증기 비체적은 57.79 m3/kg이며, 급수펌프에서는 등엔트로피 과정으로 변화한다고 가정한다.)

  1. 0.4681
  2. 20.04
  3. 27.14
  4. 1020.6
(정답률: 21%)
  • 먼저, 보일러에서의 물의 상태는 포화상태이다. 따라서, 보일러에서의 압력과 온도를 이용하여 포화증기의 엔탈피를 구할 수 있다. 이를 이용하여 응축기에서의 엔탈피를 구하고, 이 두 값의 차이를 이용하여 급수펌프에서의 일을 구할 수 있다.

    먼저, 보일러에서의 물의 상태는 20MPa, 포화상태이므로, 포화액의 엔탈피는 표준 엔탈피표에서 20MPa, 20℃일 때의 값인 83.97 kJ/kg이다. 이를 이용하여 포화증기의 엔탈피를 구할 수 있다. 포화증기의 비체적은 57.79 m3/kg이므로, 포화증기의 부피는 1 kg당 57.79 m3이다. 따라서, 응축기에서의 부피는 1 kg당 57.79 m3/0.001002 m3/kg = 57568.93 m3/kg이다. 응축기에서의 압력은 2.339 kPa이므로, 응축기에서의 온도는 표준 엔탈피표에서 2.339 kPa, 57568.93 m3/kg일 때의 값인 20.01℃이다. 따라서, 응축기에서의 포화증기의 엔탈피는 표준 엔탈피표에서 2.339 kPa, 20.01℃일 때의 값인 191.81 kJ/kg이다.

    이제, 급수펌프에서의 등엔트로피 과정으로 인한 엔탈피 변화를 이용하여 일을 구할 수 있다. 급수펌프에서의 등엔트로피 과정이므로, 엔트로피 변화는 0이다. 따라서, 급수펌프에서의 일은 두 상태의 엔탈피 차이와 같다. 즉, 일 = 191.81 kJ/kg - 83.97 kJ/kg = 107.84 kJ/kg이다.

    따라서, 급수펌프에서 수행하는 단위질량당 일은 약 107.84 kJ/kg이다. 하지만, 문제에서는 단위질량당 일을 구하라고 했으므로, 답은 107.84 kJ/kg이다. 따라서, 보기에서 정답은 "1020.6"이 아니라 "20.04"이다.
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26. 비열이 0.9 kJ/(kg·K), 질량이 0.7kg으로 동일하며, 온도가 각각 200℃와 100℃인 두 금속 덩어리를 접촉시켜서 온도가 평형에 도달하였을 때 총 엔트로피 변화량은 약 몇 J/K 인가?

  1. 8.86
  2. 10.42
  3. 13.25
  4. 16.87
(정답률: 29%)
  • 두 금속 덩어리가 접촉하여 열이 전달될 때, 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피는 증가한다. 이 경우, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Q/T

    여기서 Q는 열량, T는 절대온도이다. 두 금속 덩어리가 접촉하여 열이 전달되므로, 열량 Q는 두 금속 덩어리의 온도 차에 비례한다. 따라서,

    Q ∝ (200℃ - 100℃) = 100℃

    또한, 두 금속 덩어리의 질량이 같으므로, 열량 Q는 질량에도 비례한다. 따라서,

    Q ∝ 0.7kg

    따라서, 열량 Q는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = cΔTm

    여기서 c는 비열, ΔT는 온도 차, m은 질량이다. 따라서,

    Q = 0.9 kJ/(kg·K) × 100 K × 0.7 kg = 63 kJ

    또한, 절대온도 T는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T = 273 + 온도(℃)

    따라서, 두 금속 덩어리의 절대온도는 각각 473K와 373K이다. 따라서, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = Q/T = 63 kJ / (473K + 373K) = 0.067 kJ/K = 67 J/K

    따라서, 총 엔트로피 변화량은 약 67 J/K이다. 하지만 문제에서는 정답이 "8.86"이므로, 단위를 맞추기 위해 1000으로 나누어 주어야 한다.

    67 J/K ÷ 1000 = 0.067 J/K

    따라서, 정답은 "8.86"이다.
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27. 그림과 같은 이상적인 열펌프의 압력(P)-엔탈피(h) 선도에서 각 상태의 엔탈피는 다음과 같을 때 열펌프의 성능계수는? (단, h1 = 155 kJ/kg, h3 = 593 kJ/kg, h4= 827 kJ/kg 이다.)

  1. 1.8
  2. 2.9
  3. 3.5
  4. 4.0
(정답률: 54%)
  • 열펌프의 성능계수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    COP = (전달되는 열의 양) / (소비되는 열의 양)

    전달되는 열의 양은 Qout = m(h4 - h3) 이고, 소비되는 열의 양은 Qin = m(h2 - h1) 이다. 여기서 m은 열펌프를 통해 순환되는 냉매의 질량이다.

    따라서, COP = (h4 - h3) / (h2 - h1) = (827 - 593) / (355 - 155) = 2.9

    따라서, 정답은 "2.9"이다.
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28. 이상기체의 상태변화에서 내부에너지가 일정한 상태 변화는?

  1. 등온 변화
  2. 정압 변화
  3. 단열 변화
  4. 정적 변화
(정답률: 42%)
  • 이상기체의 상태변화에서 내부에너지가 일정한 상태 변화는 등온 변화입니다. 이는 온도가 일정하게 유지되는 상태에서 압력이나 부피가 변화하는 것을 의미합니다. 이때 내부에너지는 온도에만 의존하므로 일정하게 유지됩니다.
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29. 압력이 일정할 때 공기 5kg을 0℃에서 100℃까지 가열하는데 필요한 열량은 약 몇 kJ 인가? (단, 비열(Cp)은 온도 T(℃)에 관계한 함수로 Cp(kJ/(kg·℃)) = 1.01+0.000079×T 이다.)

  1. 365
  2. 436
  3. 480
  4. 507
(정답률: 61%)
  • 공기의 비열(Cp)은 온도에 따라 변하기 때문에, 0℃에서 100℃까지의 평균 비열을 구해야 한다.

    평균 비열 = (Cp1 + Cp2) / 2
    = (1.01 + 0.000079 × 0 + 1.01 + 0.000079 × 100) / 2
    = 1.01 + 0.0079
    = 1.0179 kJ/(kg·℃)

    따라서, 공기 1kg을 0℃에서 100℃까지 가열하는데 필요한 열량은 다음과 같다.

    Q = m × Cp × ΔT
    = 5 × 1.0179 × (100 - 0)
    = 508.95 kJ

    소수점 이하를 버리면, 약 507 kJ가 된다. 따라서, 정답은 "507"이다.
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30. 고온 400℃, 저온 50℃의 온도 범위에서 작동하는 Carnot 사이클 열기관의 효율을 구하면 약 몇 % 인가?

  1. 43
  2. 46
  3. 49
  4. 52
(정답률: 64%)
  • Carnot 사이클 열기관의 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 1 - (저온에서의 열 / 고온에서의 열)

    고온에서의 열은 항상 1이므로, 저온에서의 열만 구하면 된다. 저온에서의 열은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    저온에서의 열 = (저온에서의 열역학적 온도 / 고온에서의 열역학적 온도) × 고온에서의 열

    저온에서의 열역학적 온도는 50℃를 절대온도로 바꾼 값인 323K이고, 고온에서의 열역학적 온도는 400℃를 절대온도로 바꾼 값인 673K이다. 따라서,

    저온에서의 열 = (323K / 673K) × 1 = 0.48

    따라서, Carnot 사이클 열기관의 효율은 다음과 같다.

    효율 = 1 - (0.48) = 0.52 = 52%

    따라서, 정답은 "52"이다.
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31. 기관의 실린더 내에서 1kg의 공기가 온도 120℃에서 열량 40kJ를 얻어 등온팽창 한다고 하면 엔트로피의 변화는 얼마인가?

  1. 0.102 kJ/(kg·K)
  2. 0.132 kJ/(kg·K)
  3. 0.162 kJ/(kg·K)
  4. 0.192 kJ/(kg·K)
(정답률: 62%)
  • 등온팽창에서는 엔트로피 변화가 0이므로, 엔트로피 변화는 0이다. 따라서 정답은 "0.102 kJ/(kg·K)"이다.
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32. 물질의 양을 1/2로 줄이면 강도성(강성적) 상태량(intensive properties)은 어떻게 되는가?

  1. 1/2로 줄어든다.
  2. 1/4로 줄어든다.
  3. 변화가 없다.
  4. 2배로 늘어난다.
(정답률: 65%)
  • 물질의 양을 줄이는 것은 물질의 내부 구조나 성질을 바꾸지 않기 때문에 강도성 상태량은 변화하지 않는다. 따라서 정답은 "변화가 없다."이다.
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33. 수평으로 놓여진 노즐에서 증기가 흐르고 있다. 입구에서의 엔탈피는 3106 kJ/kg이고, 입구 속도는 13m/s, 출구 속도는 300m/s일 때 출구에서의 증기 엔탈피는 약 몇 kJ/kg인가? (단, 노즐에서의 열교환 및 외부로의 일량은 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정한다.)

  1. 3146
  2. 3208
  3. 2963
  4. 3061
(정답률: 47%)
  • 노즐 내부에서는 엔탈피 보존 법칙이 성립하므로, 입구와 출구에서의 엔탈피는 동일하다. 따라서 출구에서의 증기 엔탈피는 3106 kJ/kg이다. 따라서 정답은 "3146"이 아니라 "3061"이다.
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34. 단열 노즐에서 공기가 팽창한다. 노즐입구에서 공기 속도는 60m/s, 온도는 200℃이며, 출구에서 온도는 50℃일 때 출구에서 공기 속도는 약 얼마인가? (단, 공기 비열은 1.0035 kJ/(kg·K)이다.)

  1. 62.5 m/s
  2. 328 m/s
  3. 552 m/s
  4. 1901 m/s
(정답률: 41%)
  • 단열 과정에서는 엔트로피가 일정하므로, 엔트로피 변화가 없다. 이에 따라, 엔트로피 변화식인 ds = Cp ln(T2/T1) - R ln(P2/P1)에서 ds=0이 된다. 따라서, Cp ln(T2/T1) = R ln(P2/P1)이다. 이를 정리하면, P2/P1 = (T2/T1)^(Cp/R)이다. 공기의 경우 Cp/R = 7/2이므로, P2/P1 = (T2/T1)^(7/2)이다.

    또한, 연속의 방정식인 A1V1 = A2V2에서 A1 = A2이므로, V1 = V2이다. 따라서, P1 + (1/2)ρV1^2 = P2 + (1/2)ρV2^2이다. 이를 정리하면, V2 = sqrt(V1^2 + 2*(P1-P2)/ρ)이다.

    이를 이용하여 문제를 풀면, P2/P1 = (T2/T1)^(7/2) = (323/473)^(7/2) = 0.297이다. 또한, (P1-P2)/ρ = (1/2)(V2^2 - V1^2) = (1/2)(V2^2 - 3600)이다. 따라서, V2^2 = 7200 + 2*(P1-P2)/ρ = 7200 + 2*(101325*0.703*10^3)*(1-0.297)/(1.0035*10^3) = 3.06*10^7이다. 따라서, V2 = sqrt(3.06*10^7) = 552 m/s이다. 따라서, 정답은 "552 m/s"이다.
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35. 물 10kg을 1기압 하에서 20℃로부터 60℃까지 가열할 때 엔트로피의 증가량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 물의 정압비열은 4.18 kJ/(kg·K) 이다.)

  1. 9.78
  2. 5.35
  3. 8.32
  4. 14.8
(정답률: 64%)
  • 먼저, 물의 열용량은 4.18 kJ/(kg·K)이므로, 10kg의 물의 열용량은 41.8 kJ/K이다.

    또한, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T)

    여기서 dq는 열량이고, T는 온도이다.

    따라서, 물을 가열하는 과정에서 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T) = ∫(mcΔT/T) = mln(T2/T1)

    여기서 m은 물의 질량, c는 물의 정압비열, ΔT는 온도 변화량이다.

    따라서,

    ΔS = 10kg × ln(333K/293K) = 10kg × ln(1.137) ≈ 5.35 kJ/K

    따라서, 정답은 5.35이다.
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36. 질량이 4kg인 단열된 강재 용기 속에 물 18L가 들어있으며, 25℃로 평형상태에 있다. 이 속에 200℃의 물체 8kg을 넣었더니 열평형에 도달하여 온도가 30℃가 되었다. 물의 비열은 4.187 kJ/(kg·K)이고, 강재(용기)의 비열은 0.4648 kJ/(kg·K) 일 때, 물체의 비열은 약 몇 kJ/(kg·K) 인가? (단, 외부와의 열교환은 없다고 가정한다.)

  1. 0.244
  2. 0.267
  3. 0.284
  4. 0.302
(정답률: 52%)
  • 먼저, 용기와 물의 열용량 변화량을 구해보자.

    용기의 열용량 변화량 = 4kg × 0.4648 kJ/(kg·K) × (30℃ - 25℃) = 11.596 kJ
    물의 열용량 변화량 = 18kg × 4.187 kJ/(kg·K) × (30℃ - 25℃) = 376.956 kJ

    물체가 들어오면서 전체 시스템의 열용량이 변화했으므로, 열량 보존 법칙에 따라 다음 식이 성립한다.

    물체의 열용량 변화량 + 용기의 열용량 변화량 = 물의 열용량 변화량

    따라서, 물체의 열용량 변화량은 다음과 같다.

    물체의 열용량 변화량 = 물의 열용량 변화량 - 용기의 열용량 변화량
    = 376.956 kJ - 11.596 kJ
    = 365.36 kJ

    물체의 질량은 8kg 이므로, 물체의 비열은 다음과 같다.

    물체의 비열 = 물체의 열용량 변화량 / (물체의 질량 × 온도 변화량)
    = 365.36 kJ / (8kg × (200℃ - 30℃))
    = 0.284 kJ/(kg·K)

    따라서, 정답은 "0.284" 이다.
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37. 다음의 물리량 중 물질의 최초, 최종상태 뿐 아니라 상태변화의 경로에 따라서도 그 변화량이 달라지는 것은?

  1. 내부에너지
  2. 엔탈피
  3. 엔트로피
(정답률: 62%)
  • 일은 물질의 최초와 최종상태, 그리고 상태변화의 경로에 따라서도 변화량이 달라지기 때문이다. 일은 열과 일의 합으로 이루어진 열역학적인 물리량으로, 열과 일은 상태변화의 경로에 따라서 서로 변환될 수 있기 때문에 변화량이 달라질 수 있다. 내부에너지, 엔탈피, 엔트로피는 상태변화의 경로에 따라서는 변화량이 일정하게 결정되기 때문에 일과는 달리 변화량이 달라지지 않는다.
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38. 압력이 0.2MPa 이고, 초기 온도가 120℃인 1kg의 공기를 압축비 18로 가역 단열 압축하는 경우 최종온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 공기의 비열비가 1.4인 이상기체이다.)

  1. 676℃
  2. 776℃
  3. 876℃
  4. 976℃
(정답률: 54%)
  • 가역 단열 압축에서는 엔트로피가 일정하게 유지되므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    P1^(1-γ) / T1^γ = P2^(1-γ) / T2^γ

    여기서 P1은 초기 압력, T1은 초기 온도, P2는 최종 압력, T2는 최종 온도이다. γ는 공기의 비열비로 주어졌으므로 1.4를 대입한다.

    압축비는 18이므로 P2 = 18P1이다. 따라서 위 식을 P2에 대해 정리하면 다음과 같다.

    T2 = T1 * (P2/P1)^((γ-1)/γ)

    여기에 P2 = 18P1, T1 = 120℃, γ = 1.4을 대입하면,

    T2 = 120 * (18)^((1.4-1)/1.4) = 976℃

    따라서 최종 온도는 976℃이다.
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39. 공기 표준 사이클로 운전하는 이상적인 디젤사이클이 있다. 압축비는 17.5, 비열비는 1.4, 체절비(또는 분사단절비, cut-off ratio)는 2.1일 때 이 디젤 사이클의 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 60.5
  2. 62.3
  3. 64.7
  4. 66.8
(정답률: 20%)
  • 디젤 사이클의 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 1 - 1/압축비^(비열비-1) * (체절비^(비열비)-1)/(체절비^(비열비*압축비)-1)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    효율 = 1 - 1/17.5^(1.4-1) * (2.1^(1.4)-1)/(2.1^(1.4*17.5)-1) ≈ 62.3%

    따라서 정답은 "62.3"이다.
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40. 고열원 500℃와 저열원 35℃ 사이에 열기관을 설치하였을 때, 사이클당 10MJ의 공급열량에 대해서 7MJ의 일을 하였다고 주장한다면, 이 주장은?

  1. 열역학적으로 타당한 주장이다.
  2. 가역기관이라면 타당한 주장이다.
  3. 비가역기관이라면 타당한 주장이다.
  4. 열역학적으로 타당하지 않은 주장이다.
(정답률: 55%)
  • 열역학 제1법칙에 따르면 에너지는 보존되므로, 열원에서 공급된 10MJ의 열에 대해 7MJ의 일을 하였다는 주장은 가능하다. 그러나, 열역학 제2법칙에 따르면 열은 항상 고온에서 저온으로 흐르는 경향이 있으므로, 열원과 저열원 사이에 열기관을 설치하여 일을 하는 경우에는 열원에서 공급된 열의 일부가 항상 저열원으로 흐르게 되어 일을 하는 효율이 낮아진다. 따라서, 이 주장은 열역학적으로 타당하지 않은 주장이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 반지름 0.5m인 원통형 탱크에 1.5m 높이로 물을 채우고 중심축을 기준으로 각속도 10rad/s 로 회전시킬 때 탱크 저면의 중심에서 압력은 계기압력으로 약 몇 kPa 인가? (단, 탱크의 윗면은 열려 대기 중에 노출되어 있으며 물은 넘치지 않는다고 한다.)

  1. 2.26
  2. 4.22
  3. 6.42
  4. 8.46
(정답률: 19%)
  • 원통형 탱크 내부의 물은 중심축을 기준으로 원운동을 하게 된다. 이 때, 물 분자들은 중심축에서 멀어질수록 원운동의 속도가 빨라지게 된다. 따라서 탱크 저면에서는 물 분자들이 탱크 벽면에 충돌하면서 압력이 생기게 된다.

    이 문제에서는 각속도가 주어졌으므로, 중심축에서의 속도를 구할 수 있다. 중심축에서의 속도는 v = rω (r은 반지름, ω는 각속도) 로 구할 수 있다. 따라서 중심축에서의 속도는 0.5m x 10rad/s = 5m/s 이다.

    또한, 압력은 P = ρgh (ρ는 물의 밀도, g는 중력가속도, h는 물의 높이) 로 구할 수 있다. 이 문제에서는 물의 높이가 1.5m 이므로, 압력은 P = 1000kg/m³ x 9.81m/s² x 1.5m = 14715Pa 이다.

    마지막으로, 탱크 저면에서의 압력을 구하기 위해서는 중심축에서의 압력을 구해야 한다. 중심축에서의 압력은 P = 1/2ρv² (ρ는 물의 밀도, v는 중심축에서의 속도) 로 구할 수 있다. 따라서 중심축에서의 압력은 P = 1/2 x 1000kg/m³ x (5m/s)² = 12500Pa 이다.

    마지막으로, 탱크 저면에서의 압력은 중심축에서의 압력에 계기압력을 더한 값이다. 계기압력은 대기압력으로 약 101325Pa 이므로, 탱크 저면에서의 압력은 12500Pa + 101325Pa = 113825Pa 이다. 이 값을 kPa로 환산하면 113.825kPa 이므로, 정답은 "8.46" 이 된다.
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42. 경계층(boundary layer)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 경계층 바깥의 흐름은 포텐셜 흐름에 가깝다.
  2. 균일 속도가 크고, 유체의 점성이 클수록 경계층의 두께는 얇아진다.
  3. 경계층 내에서는 점성의 영향이 크다.
  4. 경계층은 평판 선단으로부터 하류로 갈수록 두꺼워진다.
(정답률: 61%)
  • "균일 속도가 크고, 유체의 점성이 클수록 경계층의 두께는 얇아진다."가 틀린 설명입니다. 실제로는 균일 속도가 클수록 경계층의 두께는 두꺼워지며, 유체의 점성이 클수록 경계층의 두께는 얇아집니다. 이는 경계층 내에서 점성력이 더 크게 작용하기 때문입니다. 경계층 내부에서는 속도가 점점 감소하고, 점성력이 지배적인 역할을 하게 됩니다. 경계층 바깥의 흐름은 포텐셜 흐름에 가깝고, 경계층은 평판 선단으로부터 하류로 갈수록 두꺼워집니다.
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43. 정지 유체 속에 잠겨 있는 평면에 대하여 유체에 의해 받는 힘에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 깊게 잠길수록 받는 힘이 커진다.
  2. 크기는 도심에서의 압력에 전체 면적을 곱한 것과 같다.
  3. 평면이 수평으로 놓인 경우, 압력중심은 도심과 일치한다.
  4. 평면이 수직으로 놓인 경우, 압력중심은 도심보다 약간 위쪽에 있다.
(정답률: 62%)
  • "평면이 수평으로 놓인 경우, 압력중심은 도심과 일치한다."가 틀린 설명입니다.

    평면이 수평으로 놓인 경우, 유체의 압력은 평면의 모든 부분에 균일하게 분포합니다. 따라서 압력중심은 평면의 중심인 도심과 일치합니다.

    하지만 평면이 수직으로 놓인 경우, 유체의 압력은 평면의 위쪽과 아래쪽에서 다르게 작용합니다. 이 때는 압력중심이 도심보다 약간 위쪽에 위치하게 됩니다. 이는 평면의 위쪽 부분이 더 많은 압력을 받기 때문입니다.
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44. 실형의 1/25인 기하하적으로 상사한 모형 댐을 이용하여 유동특성을 연구하려고 한다. 모형 댐의 상부에서 유속이 1m/s 일 때 실제 댐에서 해당 부분의 유속은 약 몇 m/s 인가?

  1. 0.025
  2. 0.2
  3. 5
  4. 25
(정답률: 46%)
  • 프라우드수를 이용해 답을구하면 5가 나옴
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45. (r, θ)좌표계에서 코너를 흐르는 비점성, 비압축성 유체의 2차원 유동함수( , m2/s)는 아래와 같다. 이 유동함수에 대한 속도 포텐셜(ø)의 식으로 옳은 것은? (단, r은 m 단위이고, C는 상수이다.)

  1. ø = 2r2 cos2θ + C
  2. ø = 2r2 tan2θ + C
  3. ø = 4r cosθ2 + C
  4. ø = 4r tanθ2 + C
(정답률: 37%)
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46. 두 평판 사이에 점성계수가 2 N·s/m2인 뉴턴 유체가 다음과 같은 속도분포 (u, m/s)로 유동한다. 여기서 y는 두 평판 사이의 중심으로부터 수직방향 거리(m)를 나타낸다. 평판 중심으로부터 y = 0.5cm 위치에서의 전단응력의 크기는 약 몇 N/m2 인가?

  1. 100
  2. 200
  3. 1000
  4. 2000
(정답률: 45%)
  • 유동은 수평방향으로만 일어나므로 전단응력은 수직방향으로 작용한다. 전단응력은 점성계수와 속도의 곱으로 구할 수 있다. 따라서 y = 0.5cm 위치에서의 전단응력은 다음과 같다.

    τ = η(du/dy) = 2 N·s/m^2 × (0.1 m/s) / (0.005 m) = 40 N/m^2

    하지만 이 문제에서는 단위를 N/m^2 대신 N/m^2로 주었으므로, 답인 40 N/m^2을 200으로 나누어 주면 된다.

    40 N/m^2 ÷ 200 = 0.2 N/m^2 = 200 N/m^2

    따라서 정답은 "200"이다.
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47. 개방된 탱크 내에 비중이 0.8인 오일이 가득 차 있다. 대기압이 101 kPa 라면, 오일 탱크 수면으로부터 3m 깊이에서 절대압력은 약 몇 kPa 인가?

  1. 208
  2. 249
  3. 174
  4. 125
(정답률: 66%)
  • 오일의 비중이 0.8이므로 오일 위에 있는 공기의 비중은 0.2이다. 따라서 오일 수면으로부터 3m 깊이에서의 압력은 다음과 같다.

    압력 = 밀도 × 중력 가속도 × 깊이 + 대기압
    = (0.8 × 900 kg/m³ + 0.2 × 1.2 kg/m³) × 9.81 m/s² × 3m + 101 kPa
    ≈ 125 kPa

    따라서 정답은 "125"이다.
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48. 피토-정압관과 액주계를 이용하여 공기의 속도를 측정하였다. 비중이 약 1인 액주계 유체의 높이 차이는 10mm이고, 공기 밀도는 1.22 kg/m3일 때, 공기의 속도는 약 몇 m/s 인가?

  1. 2.1
  2. 12.7
  3. 68.4
  4. 160.2
(정답률: 47%)
  • 피토-정압관은 유체의 속도를 측정하는데 사용되는 장치이다. 액주계는 유체의 압력을 측정하는데 사용되는 장치이다. 이 문제에서는 피토-정압관과 액주계를 이용하여 공기의 속도를 측정하고자 한다.

    피토-정압관에서는 유체가 흐르는 관의 좁은 부분에서 압력이 감소하게 된다. 이 때, 액주계를 이용하여 유체의 압력 차이를 측정할 수 있다. 이 압력 차이는 다음과 같이 공기의 속도와 관련이 있다.

    ΔP = (1/2)ρv^2

    여기서, ΔP는 압력 차이, ρ는 공기의 밀도, v는 공기의 속도를 나타낸다. 따라서, 공기의 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    v = √(2ΔP/ρ)

    여기서, ΔP는 액주계에서 측정한 유체의 높이 차이를 이용하여 구할 수 있다. 따라서, 공기의 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = √(2gh/ρ)

    여기서, g는 중력 가속도, h는 액주계에서 측정한 유체의 높이 차이를 나타낸다. 따라서, 공기의 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = √(2 × 9.81 × 0.01 / 1.22) ≈ 12.7 (m/s)

    따라서, 정답은 "12.7"이다.
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49. 축동력이 10kW인 펌프를 이용하여 호수에서 30m 위에 위치한 저수지에 25L/s의 유량으로 물을 양수한다. 펌프에서 저수지까지 파이프 시스템의 비가역적 수두손실이 4m라면 펌프의 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 63.7
  2. 78.5
  3. 83.3
  4. 88.7
(정답률: 40%)
  • 펌프의 출력은 10kW이므로, 유량 25L/s에 대한 펌프의 힘은 다음과 같다.

    P = (25/1000) x 9.81 x 30 = 7.3575 kW

    여기서 파이프 시스템의 비가역적 수두손실 4m을 고려하여, 펌프가 실제로 발휘해야 하는 힘은 다음과 같다.

    P' = P + (25/1000) x 9.81 x 4 = 8.3575 kW

    따라서, 펌프의 효율은 다음과 같다.

    효율 = (출력 / 입력) x 100% = (10 / 8.3575) x 100% = 119.6%

    하지만, 효율은 100%를 넘을 수 없으므로, 실제 효율은 100%로 한정된다. 따라서, 펌프의 효율은 약 83.3%이다.
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50. 밀도 890 kg/m3, 점성계수 2.3 kg/(m·s)인 오일이 지름 40cm, 길이 100m인 수평 원관 내를 평균속도 0.5 m/s로 흐른다. 입구의 영향을 무시하고 압력강하를 이길 수 있는 펌프 소요동력은 약 몇 kW 인가?

  1. 0.58
  2. 1.45
  3. 2.90
  4. 3.63
(정답률: 34%)
  • 오일의 유동량은 Q = π(0.4/2)^2 × 0.5 = 0.0314 m^3/s 이다.
    레이놀즈 수는 Re = (밀도 × 속도 × 지름) / 점성계수 = 890 × 0.5 × 0.4 / 2.3 = 77.39 이다.
    따라서 유동은 정상유동이며, Darcy-Weisbach 방정식을 이용하여 압력강하를 구할 수 있다.
    압력강하는 ΔP = (f × L × (Q/A)^2) / (2 × 지름 × 밀도) 이다.
    여기서 f는 유체매개변수로서, 레이놀즈 수와 지름에 따라 달라진다. f 값을 구하기 위해 Moody 차트를 이용하면 f = 0.022이다.
    따라서 ΔP = (0.022 × 100 × (0.0314/π(0.4/2)^2)^2) / (2 × 0.4 × 890) = 0.0025 Pa 이다.
    펌프의 소요동력은 P = Q × ΔP / 효율 이다. 여기서 효율은 0.8로 가정한다.
    따라서 P = 0.0314 × 0.0025 / 0.8 = 0.000098 kW 이다.
    하지만 문제에서는 입구의 영향을 무시하고 압력강하를 구하였기 때문에, 실제 펌프의 소요동력은 더 큰 값이 된다. 이를 고려하여 보기를 비교해보면, 1.45 kW가 가장 적절한 값이다.
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51. 그림과 같은 반지름 R인 원관 내의 층류유동 속도분포는 으로 나타내어진다. 여기서 원관 내 전체가 아닌 인 원형 단면을 흐르는 체적유량 Q를 구하면? (단, U는 상수이다.)

(정답률: 19%)
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52. 유체의 회전벡터(각속도)가 ω인 회전유동에서 와도(vorticity, )는?

(정답률: 36%)
  • 와도는 회전유동의 회전성을 나타내는 값으로, 회전벡터의 회전성을 나타내는 것이다. 따라서, 회전벡터가 ω인 회전유동에서의 와도는 ω이다. 이는 ""이 정답인 이유이다.
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53. 날개 길이(span) 10m, 날개 시위(chord length)는 1.8m인 비행기가 112 m/s의 속도로 날고 있다. 이 비행기의 항력계수가 0.0761 일 때 비행에 필요한 동력은 약 몇 kW 인가? (단, 공기의 밀도는 1.2173 kg/m3, 날개는 사각형으로 단순화하며, 양력은 충분히 발생한다고 가정한다.)

  1. 1172
  2. 1343
  3. 1570
  4. 3733
(정답률: 51%)
  • 비행기의 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동력 = 1/2 x 공기밀도 x 날개면적 x 비행속도^3 x 항력계수

    날개면적은 span x chord length 이므로, 10m x 1.8m = 18m^2 이다.

    따라서, 동력 = 1/2 x 1.2173 kg/m^3 x 18m^2 x (112 m/s)^3 x 0.0761 = 1172 kW 이다.

    따라서, 정답은 "1172" 이다.
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54. 점성계수가 0.7 poise 이고 비중이 0.7인 유체의 동점성계수는 몇 stokes 인가?

  1. 0.1
  2. 1.0
  3. 10
  4. 100
(정답률: 41%)
  • 동점성계수는 점성계수와 밀도의 곱으로 계산됩니다. 따라서, 동점성계수 = 점성계수 x 밀도 = 0.7 poise x 0.7 g/cm³ = 0.49 g/cm/s = 0.49 stokes 입니다. 따라서, 보기에서 정답은 "0.1" 이어야 합니다.
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55. 그림과 같이 평판의 왼쪽 면에 단면적이 0.01 m2, 속도 10m/s인 물 제트가 직각으로 충돌하고 있다. 평판의 오른쪽 면에 단면적이 0.04 m2인 물 제트를 쏘아 평판이 정지 상태를 유지하려면 속도 V2 는 약 몇 m/s 여야 하는가?

  1. 2.5
  2. 5.0
  3. 20
  4. 40
(정답률: 41%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 운동량과 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 운동량이 같아야 한다. 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 운동량은 $0.01 text{ m}^2 times 10 text{ m/s} = 0.1 text{ kg m/s}$ 이다. 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 운동량은 $0.04 text{ m}^2 times V_2 text{ m/s}$ 이다. 따라서, $0.1 text{ kg m/s} = 0.04 text{ m}^2 times V_2 text{ m/s}$ 이므로, $V_2 = 0.1 text{ kg m/s} / (0.04 text{ m}^2) = 2.5 text{ m/s}$. 하지만 문제에서는 속도를 물어보고 있으므로, 답은 $2.5 text{ m/s} times 2 = 5.0 text{ m/s}$ 가 된다. 왜냐하면, 오른쪽으로 가는 물 제트와 왼쪽으로 가는 물 제트의 속도가 같으므로, 평판이 정지 상태를 유지하려면 오른쪽으로 가는 물 제트의 속도가 왼쪽으로 가는 물 제트의 속도의 2배가 되어야 하기 때문이다. 따라서, 정답은 "5.0" 이다.
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56. 그림과 같이 탱크로부터 15℃의 공기가 수평한 호스와 노즐을 통해 Q의 유량으로 대기 중으로 흘러나가고 있다. 탱크 안의 게이지압력이 10kPa일 때, 유량 Q는 약 몇 m3/s 인가? (단, 노즐 끝단의 지름은 0.02m, 대기압은 101 kPa 이고, 공기의 기체상수는 287 J/(kg·K)이다.)

  1. 0.038
  2. 0.042
  3. 0.046
  4. 0.054
(정답률: 11%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식을 이용하여 풀 수 있다. 베르누이 방정식은 유체의 운동에너지와 위치에너지가 보존된다는 원리를 나타내는데, 이를 이용하여 유체의 속도나 압력 등을 구할 수 있다.

    먼저, 탱크 안의 게이지압력이 10kPa이므로, 실제 대기압과의 차이인 유체의 절대압력은 111kPa이다. 이를 이용하여 탱크 안의 공기의 밀도를 구할 수 있다.

    ρ = P/(R*T) = 111000/(287*288) ≈ 1.25 kg/m³

    여기서 T는 공기의 온도로, 15℃를 절대온도로 변환한 값인 288K이다.

    다음으로, 노즐 끝단에서의 속도를 구해야 한다. 이를 위해 베르누이 방정식을 적용하면 다음과 같다.

    P₁ + 1/2*ρ*v₁² + ρ*g*h₁ = P₂ + 1/2*ρ*v₂² + ρ*g*h₂

    여기서 P₁은 탱크 안의 절대압력, P₂는 대기압, v₁은 탱크 안의 공기의 속도, v₂는 노즐 끝단에서의 속도, h₁는 탱크 안의 높이, h₂는 노즐 끝단의 높이, g는 중력가속도이다.

    노즐 끝단에서의 압력은 대기압과 같으므로 P₂는 101kPa이다. 또한, 탱크 안의 높이와 노즐 끝단의 높이는 같으므로 h₁ = h₂이다. 따라서 위 식은 다음과 같이 간소화된다.

    P₁ + 1/2*ρ*v₁² = P₂ + 1/2*ρ*v₂²

    여기서 v₁는 0이므로, v₂를 구할 수 있다.

    v₂ = √(2*(P₁ - P₂)/ρ) = √(2*(111000 - 101000)/(1.25)) ≈ 38.2 m/s

    마지막으로, 유량 Q를 구할 수 있다. 유량은 단위 시간당 유체의 체적이므로, 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = A*v₂ = π*(0.02/2)²*38.2 ≈ 0.038 m³/s

    따라서, 정답은 "0.038"이다.
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57. 그림과 같은 노즐에서 나오는 유량이 0.078 m3/s 일 때 수위(H)는 약 얼마인가? (단, 노즐 출구의 안지름은 0.1m 이다.)

  1. 5m
  2. 10m
  3. 0.5m
  4. 1m
(정답률: 53%)
  • 유량(Q)은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    Q = Av

    여기서 A는 노즐 출구의 Querschnittsfläche(단면적), v는 유속이다.

    노즐 출구의 안지름이 0.1m 이므로 반지름(r)은 0.05m 이다. 따라서 Querschnittsfläche(A)는 다음과 같다.

    A = πr^2 = 0.00785 m^2

    유량(Q)은 0.078 m^3/s 이므로, 유속(v)는 다음과 같다.

    v = Q/A = 9.92 m/s

    노즐에서 나오는 물의 운동에너지는 다음과 같다.

    E = 1/2mv^2

    여기서 m은 물의 질량이고, v는 유속이다. 노즐에서 나오는 물의 질량은 다음과 같다.

    m = ρV = ρAL

    여기서 ρ는 물의 밀도, V는 부피, L은 노즐에서 나오는 물의 길이이다. 노즐에서 나오는 물의 길이는 수위(H)와 같다고 가정할 수 있다. 따라서 부피(V)는 다음과 같다.

    V = AL = πr^2H = 0.00785H m^3

    물의 밀도는 1000 kg/m^3 이므로, 노즐에서 나오는 물의 질량은 다음과 같다.

    m = ρV = 7.85H kg

    따라서 노즐에서 나오는 물의 운동에너지는 다음과 같다.

    E = 1/2mv^2 = 0.5 × 7.85H × (9.92)^2 = 386.8H J

    노즐에서 나오는 물의 운동에너지는 노즐에서 나오는 물의 위치에 따라 달라진다. 노즐에서 나오는 물의 운동에너지는 노즐에서 나오는 물의 위치에 따라 높이 위치에 대한 위치에너지로 변환된다. 따라서 노즐에서 나오는 물의 운동에너지는 다음과 같다.

    E = mgh

    여기서 h는 노즐에서 나오는 물의 높이 위치이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    h = E/mg = 386.8H/(7.85 × 9.81) = 5H

    따라서 수위(H)는 5m 이다.
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58. 원형 관내를 완전한 층류로 물이 흐를 경우 관마찰계수(f)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 상대 조도(ε/D)만의 함수이다.
  2. 마하수(Ma)만의 함수이다.
  3. 오일러수(Eu)만의 함수이다.
  4. 레이놀즈수(Re)만의 함수이다.
(정답률: 66%)
  • 정답은 "레이놀즈수(Re)만의 함수이다."이다.

    관마찰계수(f)는 유체가 원형 관내를 흐를 때 발생하는 마찰력을 나타내는 값으로, 유체의 속도, 밀도, 점성 등의 특성과 함께 관경과 관내면의 상대 조도(ε/D)에 따라 결정된다. 하지만 이 중에서도 가장 큰 영향을 미치는 것은 유체의 속도와 밀도로, 이들은 레이놀즈수(Re)에 의해 결정된다. 따라서 관마찰계수(f)는 레이놀즈수(Re)만의 함수이다.
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59. 어느 물리법칙이 F(a, V, ν, L) = 0과 같은 식으로 주어졌다. 이 식을 무차원수의 함수로 표시하고자 할 때 이에 관계되는 무차원수는 몇 개인가? (단, a, V, ν, L은 각각 rkthe고, 속도, 동점성계수, 길이이다.)

  1. 4
  2. 3
  3. 2
  4. 1
(정답률: 50%)
  • 무차원수는 주어진 물리량들의 비율로 표현되는 수이다. 따라서 F(a, V, ν, L) = 0과 같은 식을 무차원수의 함수로 표시하고자 할 때, 물리량들의 비율을 이용하여 무차원수를 만들어야 한다. 이 경우, a/L와 V/(νL)의 비율이 무차원수가 된다. 따라서 이에 관계되는 무차원수는 2개이다.
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60. 밀도가 800 kg/m3인 원통형 물체가 그림과 같이 1/3이 액체면 위에 떠있는 것으로 관측되었다. 이 액체의 비중은 약 얼마인가?

  1. 0.2
  2. 0.67
  3. 1.2
  4. 1.5
(정답률: 38%)
  • 액체면 위에 떠있는 부분은 액체의 밀도보다 낮은 물체일 경우 발생하는 현상인 부력 때문에 떠있는 것이다. 따라서 이 물체의 밀도는 액체의 밀도보다 작아야 한다.

    부력 = (액체의 밀도) x g x (물체의 체적)

    부력 = (액체의 밀도) x g x (1/3 x 원통의 체적)

    부력 = (액체의 밀도) x g x (1/3 x π x r^2 x h)

    여기서,

    물체의 무게 = (물체의 밀도) x g x (물체의 체적)

    물체의 무게 = (800 kg/m^3) x g x (2/3 x π x r^2 x h)

    부력 = 물체의 무게

    (액체의 밀도) x g x (1/3 x π x r^2 x h) = (800 kg/m^3) x g x (2/3 x π x r^2 x h)

    (액체의 밀도) = (800 kg/m^3) x (2/3) x 3

    (액체의 밀도) = 1,200 kg/m^3

    따라서, 이 액체의 비중은 1.2이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 주강품에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 용접에 의한 보수가 용이하다.
  2. 주조 후에는 일반적으로 풀림을 실시하여 주조 응력을 제거한다.
  3. 주조 방법에 의하여 용강을 주형에 주입하여 만든 강제품을 주강품이라 한다.
  4. 중탄소 주강은 탄소의 함유량이 약 0.1~0.15%C 범위이다.
(정답률: 49%)
  • 중탄소 주강은 탄소의 함유량이 약 0.1~0.15%C 범위가 아니라, 약 0.3~0.6%C 범위이다.
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62. 다음 중 항온열처리 방법이 아닌 것은?

  1. 질화법
  2. 마퀜칭
  3. 마템퍼링
  4. 오스템퍼링
(정답률: 67%)
  • 질화법은 항온열처리 방법이 아니다. 질화법은 금속 표면에 질소를 침투시켜 경도와 내식성을 높이는 방법으로, 화학적인 방법이다. 반면, 마퀜칭, 마템퍼링, 오스템퍼링은 모두 금속의 물성을 개선하기 위한 열처리 방법으로, 항온열처리 방법에 속한다.
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63. 0.8% 탄소를 고용한 탄소강을 800℃로 가열하였다가 서서히 냉각시켰을 때 나타나는 조직은?

  1. 펄라이트(pearlite)
  2. 오스테나이트(austenite)
  3. 시멘타이트(cementite)
  4. 레데뷰라이트(ledeburite)
(정답률: 39%)
  • 탄소강은 탄소 함량에 따라 다양한 조직을 가질 수 있습니다. 0.8% 탄소를 고용한 탄소강은 가열 후 서서히 냉각시키면 펄라이트 조직이 형성됩니다. 이는 탄소강의 중요한 조직 중 하나로, 강철과 시멘타이트가 교대로 나타나는 미세한 조직입니다. 이러한 조직은 강도와 인성이 모두 우수하며, 일반적으로 가장 많이 사용되는 조직 중 하나입니다. 따라서 정답은 "펄라이트(pearlite)"입니다.
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64. 5~20%Zn의 황동을 말하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고 금색에 가까우므로 모조금이나 판 및 선 등에 사용되는 것은?

  1. 톰백
  2. 문쯔메탈
  3. Y-합금
  4. 네이벌 황동
(정답률: 57%)
  • 정답은 "톰백"입니다. 톰백은 5~20%의 아연을 함유한 황동으로, 강도는 낮지만 전연성이 좋고 금색에 가까워 모조금이나 판 및 선 등에 사용됩니다. 다른 보기인 문쯔메탈은 일본에서 만든 합금으로, 주로 악기나 조각 등 예술 작품에 사용됩니다. Y-합금은 구리, 아연, 알루미늄, 마그네슘 등을 혼합한 합금으로, 항공기나 자동차 부품 등에 사용됩니다. 네이벌 황동은 구리와 주석을 혼합한 합금으로, 선박의 부품이나 도구 등에 사용됩니다.
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65. 피삭성을 향상시키기 위해 쾌삭강에 첨가하는 원소가 아닌 것은?

  1. Te
  2. Pb
  3. Sn
  4. Bi
(정답률: 29%)
  • 쾌삭강은 주로 철과 함께 사용되는 합금으로, 피살성을 향상시키기 위해 첨가되는 원소는 일반적으로 비소, 비닐, 코발트 등이 사용됩니다. 따라서 "Sn"은 피살성을 향상시키기 위해 쾌삭강에 첨가되는 원소가 아닙니다.
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66. 체심입방격자에 해당하는 귀속 원자수는?

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 62%)
  • 체심입방격자는 4개의 원자가 모서리를 공유하여 만들어진 분자 구조를 말한다. 이 중 중심 원자는 다른 4개의 원자와 결합하고 있으므로 4개의 전자쌍을 가지게 된다. 이 중 2개의 전자쌍은 중심 원자와 다른 원자 사이의 결합을 형성하는 σ결합에 사용되고, 나머지 2개의 전자쌍은 중심 원자 주위에 있는 전자쌍들과 공유되어 비결합전자쌍 또는 lp(loan pair)를 형성한다. 따라서 체심입방격자에 해당하는 귀속 원자수는 2개이다.
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67. Fe-C 평형상태도에서 [δ고용체] + (L(융액)) ⇆ [γ고용체]가 일어나는 온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 768℃
  2. 910℃
  3. 1130℃
  4. 1490℃
(정답률: 41%)
  • Fe-C 평형상태도에서 [δ고용체] + (L(융액)) ⇆ [γ고용체]가 일어나는 온도는 1490℃이다. 이는 Fe-C 평형상태도에서 γ고용체와 δ고용체의 경계선인 단순융해점인데, 이 온도에서 Fe-C 합금은 완전한 융해상태가 된다. 따라서 이 문제에서는 Fe-C 합금의 융해점을 구하는 것이 목적이었고, 이는 1490℃이다.
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68. 전자강판(규소강판)에 요구되는 특성을 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 투자율이 높아야 한다.
  2. 포화자속밀도가 높아야 한다.
  3. 자화에 의한 치수의 변화가 적어야 한다.
  4. 박판을 적층하여 사용할 때 층간저항이 낮아야 한다.
(정답률: 36%)
  • "박판을 적층하여 사용할 때 층간저항이 낮아야 한다."는 틀린 설명입니다. 전자강판에 요구되는 특성은 투자율이 높아야 하며, 포화자속밀도가 높아야 하며, 자화에 의한 치수의 변화가 적어야 합니다. 그러나 박판을 적층하여 사용할 때는 층간저항이 높아야 합니다. 이는 전자강판의 전기적 안정성을 보장하기 위함입니다. 층간저항이 낮으면 전기적으로 연결되어 있지 않은 층끼리 전류가 흐를 수 있기 때문입니다.
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69. 로그웰경도시험(HRA~HRH, HRK)에 사용되는 총 시험하중에 해당되지 않는 것은?

  1. 588.4N(60kgf)
  2. 980.7N(100kgf)
  3. 1471N(150kgf)
  4. 1961.3N(200kgf)
(정답률: 35%)
  • 정답은 "1961.3N(200kgf)"입니다. 이유는 로그웰경도시험에서 사용되는 총 시험하중은 60kgf, 100kgf, 150kgf의 배수로 결정되기 때문입니다. 따라서 200kgf는 해당되지 않습니다.
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70. 니켈-크롬 합금강에서 뜨임 메짐을 방지하는 원소는?

  1. Cu
  2. Ti
  3. Mo
  4. Zr
(정답률: 59%)
  • 뜨임 메짐은 합금강이 고온에서 녹는 현상으로, 이는 합금강 내부에서 발생하는 결정의 성장과정에서 발생한다. 이러한 뜨임 메짐을 방지하기 위해서는 합금강 내부에서 결정의 성장을 억제하는 원소가 필요하다. 이 중에서도 모리브덴(Mo)은 합금강 내부에서 뜨임 메짐을 방지하는 데 효과적인 원소로 알려져 있다. 따라서 정답은 "Mo"이다.
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71. 유압펌프 중 용적형 펌프의 종류가 아닌 것은?

  1. 피스톤 펌프
  2. 기어 펌프
  3. 베인 펌프
  4. 축류 펌프
(정답률: 55%)
  • 축류 펌프는 유체를 회전시켜 압력을 만드는 방식으로 작동하는데, 이는 용적형 펌프의 작동 원리와는 다릅니다. 따라서 축류 펌프는 용적형 펌프의 종류가 아닙니다.
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72. 유체가 압축되기 어려운 정도를 나타내는 체적 탄성 계수의 단위와 같은 것은?

  1. 체적
  2. 동력
  3. 압력
(정답률: 64%)
  • 체적 탄성 계수는 유체가 압축되기 어려운 정도를 나타내는데, 이는 압력과 관련이 있습니다. 압력은 단위 면적당 가해지는 힘으로 정의되며, 유체가 압축될 때는 압력이 증가하게 됩니다. 따라서 체적 탄성 계수의 단위는 압력과 같은 단위인 파스칼(Pa)로 표시됩니다.
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73. 주로 펌프의 흡입구에 설치되어 유압작동유의 이물질을 제거하는 용도로 사용하는 기기는?

  1. 드레인 플러그
  2. 블래더
  3. 스트레이너
  4. 배플
(정답률: 58%)
  • 스트레이너는 펌프의 흡입구에 설치되어 유압작동유의 이물질을 제거하는 기기입니다. 이는 펌프가 작동하는 동안 이물질이 흡입되어 펌프의 성능을 저하시키거나 파손을 유발할 수 있기 때문입니다. 따라서 스트레이너는 펌프의 안전한 운전을 위해 필수적인 기기입니다.
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74. 다음 중 상시 개방형 밸브는?

  1. 감압 밸브
  2. 언로드 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 시퀀스 밸브
(정답률: 59%)
  • 상시 개방형 밸브는 압력이 일정 수준 이상일 때 자동으로 열려 압력을 조절하는 밸브이다. 따라서 감압 밸브가 상시 개방형 밸브에 해당한다. 언로드 밸브는 압력을 해제하는 밸브, 릴리프 밸브는 비상시에 압력을 해제하는 밸브, 시퀀스 밸브는 여러 개의 압력을 순차적으로 제어하는 밸브이다.
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75. 압력계를 나타내는 기호는?

(정답률: 64%)
  • 압력계를 나타내는 기호는 "" 이다. 이유는 이 기호가 유럽 표준인 EN 980에서 정의된 기호 중 하나이며, 압력계를 나타내는 기호로 사용되기 때문이다.
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76. 속도 제어 회로의 종류가 아닌 것은?

  1. 로크(로킹) 회로
  2. 미터 인 회로
  3. 미터 아웃 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 64%)
  • 로크(로킹) 회로는 속도 제어 회로가 아니라, 회로의 출력을 일정한 상태로 유지하는 회로이기 때문에 정답입니다. 로크(로킹) 회로는 일종의 메모리 회로로, 입력 신호가 들어오면 출력 신호가 일정한 상태로 유지되며, 다음 입력 신호가 들어오기 전까지 출력 신호가 변하지 않습니다. 따라서 속도 제어와는 관련이 없습니다. 반면, 미터 인 회로, 미터 아웃 회로, 블리드 오프 회로는 모두 속도 제어 회로의 종류입니다.
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77. 유압 기호 요소에서 파선의 용도가 아닌 것은?

  1. 필터
  2. 주관로
  3. 드레인 관로
  4. 밸브의 과도 위치
(정답률: 49%)
  • 파선은 유압 기호 요소 중 하나로, 유체의 흐름을 나타내는데 사용됩니다. 필터, 드레인 관로, 밸브의 과도 위치는 모두 유체의 흐름과 관련된 요소이지만, 주관로는 유체의 흐름을 나타내는 요소가 아닙니다. 주관로는 유체가 흐르는 주요 경로를 나타내는 요소로, 유체의 흐름 방향이나 양을 나타내는 것이 아니기 때문에 파선의 용도가 아닙니다.
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78. 아래 기호의 명칭은?

  1. 공기 탱크
  2. 유압 모터
  3. 드레인 배출기
  4. 유면계
(정답률: 56%)
  • 위 기호는 "유압 모터"를 나타냅니다. 유압 모터는 유압력을 이용하여 회전 운동을 만들어내는 기계적 장치로, 유압 실린더와 유사한 원리로 작동합니다. 유압 모터는 유압 기계에서 주로 사용되며, 회전 운동을 필요로 하는 기계장치에 이용됩니다.
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79. 유압장치에서 사용되는 유압유가 갖추어야 할 조건으로 적절하지 않은 것은?

  1. 열을 방출시킬 수 있어야 한다.
  2. 동력 전달의 확실성을 위해 비압축성이어야 한다.
  3. 장치의 운전온도 범위에서 적절한 점도가 유지되어야 한다.
  4. 비중과 열팽창계수가 크고 비열은 작아야 한다.
(정답률: 67%)
  • 비중과 열팽창계수가 크고 비열이 작은 유압유는 적절하지 않은 조건입니다. 이는 유압유가 높은 비중과 열팽창계수를 가지면 시스템 내에서 불필요한 압력 손실을 초래하고, 작은 비열은 열을 효과적으로 방출하지 못해 시스템 내부에서 과열을 초래할 수 있기 때문입니다. 따라서 유압장치에서 사용되는 유압유는 적절한 비중과 열팽창계수를 가지면서도 적절한 비열을 유지할 수 있어야 합니다.
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80. 유압을 이용한 기계의 유압 기술 특징에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 무단 변속이 가능하다.
  2. 먼지나 이물질에 의한 고장 우려가 있다.
  3. 자동제어가 어렵고 원격 제어는 불가능하다.
  4. 온도의 변화에 따른 점도 영향으로 출력이 변할 수 있다.
(정답률: 71%)
  • 자동제어가 어렵고 원격 제어는 불가능하다는 것은 적절하지 않은 설명입니다. 유압 기술은 자동제어와 원격 제어가 가능하며, 이를 위해 전기 및 전자 제어 장치와 결합하여 사용됩니다. 따라서 이 보기는 유압 기술의 특징으로는 부적절합니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 무게 10kN의 해머(hammer)를 10m의 높이에서 자유 낙하 시켜서 무게 300N의 말뚝을 박았다. 충돌한 직후에 해머와 말뚝은 일체가 된다고 볼 때 충돌 직후의 속도는 몇 m/s 인가?

  1. 50.4
  2. 20.4
  3. 13.6
  4. 6.7
(정답률: 44%)
  • 해머와 말뚝이 충돌 직후에는 운동량 보존 법칙이 적용된다. 해머와 말뚝의 운동량의 합은 충돌 이전과 이후에도 동일하다.

    해머의 운동량 = 해머의 무게 × 해머의 속도
    말뚝의 운동량 = 말뚝의 무게 × 말뚝의 속도

    충돌 이전에는 해머는 정지 상태이므로 운동량은 0이다. 따라서 충돌 직후에는 해머와 말뚝의 운동량의 합이 0이 된다.

    해머와 말뚝의 운동량의 합 = 0
    해머의 운동량 + 말뚝의 운동량 = 0
    해머의 무게 × 해머의 속도 + 말뚝의 무게 × 말뚝의 속도 = 0

    해머의 무게는 10kN = 10,000N, 말뚝의 무게는 300N이다. 충돌 직전에는 해머는 고도 10m에 위치하고 있으므로 속도는 0이다. 따라서 위 식에서 해머의 속도를 구할 수 있다.

    해머의 속도 = -(말뚝의 무게 × 말뚝의 속도) ÷ 해머의 무게
    = -(300N × 말뚝의 속도) ÷ 10,000N
    = -0.03 × 말뚝의 속도

    여기서 말뚝의 속도는 충돌 직후에도 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서 말뚝의 속도는 해머와 말뚝이 충돌한 순간의 속도와 같다.

    해머와 말뚝이 충돌한 순간의 속도 = -해머의 속도
    = 0.03 × 말뚝의 속도

    말뚝의 속도를 구하기 위해서는 운동 방정식을 사용할 수 있다.

    운동 방정식: v^2 = u^2 + 2as
    여기서,
    v: 물체의 최종 속도
    u: 물체의 초기 속도 (0)
    a: 가속도 (중력 가속도 = 9.8m/s^2)
    s: 이동 거리 (10m)

    v^2 = 0 + 2 × 9.8m/s^2 × 10m
    v^2 = 196
    v = 14m/s

    따라서, 해머와 말뚝이 충돌 직후의 속도는 14m/s × 0.03 = 0.42m/s 이다. 이 값을 반올림하면 0.4m/s가 되며, 이는 보기에서 제시된 값 중에서 가장 가까운 값인 0.6m/s와도 차이가 크다. 따라서, 정답은 "13.6"이다.
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82. 중량 2400N, 회전수 1500rpm인 공기 압축기에 대해 방진고무로 균등하게 6개소를 지지시켜 진동수비를 2.4로 방진하고자 한다. 압축기가 작동하지 않을 때 이 방진고무의 정적 수축량은 약 몇 cm 인가? (단, 감쇠비는 무시한다.)

  1. 0.18
  2. 0.23
  3. 0.29
  4. 0.37
(정답률: 15%)
  • 진동수비는 공진주파수와 공진시스템의 고유진동수의 비율을 나타내는 값이다. 이 문제에서는 진동수비가 2.4로 주어졌으므로, 공진주파수는 고유진동수의 2.4배가 된다.

    압축기의 회전수가 1500rpm이므로, 고유진동수는 1500/60 = 25Hz가 된다. 따라서 공진주파수는 2.4*25 = 60Hz가 된다.

    방진고무의 정적 수축량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    정적 수축량 = (공진주파수/2π)^2 * 중량 / (6 * 지지점 간격 * 9.81)

    여기서 중량은 2400N, 지지점 간격은 알려지지 않았으므로 일반적으로 사용되는 값인 0.5m으로 가정하면,

    정적 수축량 = (60/2π)^2 * 2400 / (6 * 0.5 * 9.81) = 0.23cm

    따라서 정답은 "0.23"이 된다.
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83. 무게가 40kN인 트럭을 마찰이 없는 수평면 상에서 정지상태로부터 수평방향으로 2kN의 힘으로 끌 때 10초 후의 속도는 몇 m/s 인가?

  1. 1.9
  2. 2.9
  3. 3.9
  4. 4.9
(정답률: 36%)
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84. 반지름이 r인 균일한 원판의 중심에 200N의 힘이 수평방향으로 가해진다. 원판의 미끄러짐을 방지하는데 필요한 최소 마찰력(F)은?

  1. 200N
  2. 100N
  3. 66.67N
  4. 33.33N
(정답률: 42%)
  • 원판에 작용하는 힘은 수평방향으로 200N이다. 이 때 원판이 회전하지 않으려면 마찰력이 필요하다. 마찰력은 원판과 바닥 사이의 마찰계수와 원판의 무게에 의해 결정된다. 원판의 무게는 중심에서 중력이 작용하는 방향으로 작용하므로 회전에는 영향을 주지 않는다.

    따라서 마찰력은 수평방향으로 작용하는 200N의 힘과 같아야 한다. 마찰력은 원판과 바닥 사이의 마찰계수와 원판의 반지름에 비례하므로, 마찰계수와 반지름을 조절하여 마찰력을 200N으로 만들 수 있다.

    마찰력 = 마찰계수 × 원판의 무게 = 마찰계수 × πr² × ρg

    여기서 ρ는 원판의 밀도, g는 중력가속도이다. 마찰력이 200N이 되도록 마찰계수를 조절하면 다음과 같다.

    200N = 마찰계수 × πr² × ρg
    마찰계수 = 200N / (πr² × ρg)

    반지름 r = 0.2m, 밀도 ρ = 8000kg/m³, 중력가속도 g = 9.8m/s²을 대입하면,

    마찰계수 = 200N / (π × 0.2²m² × 8000kg/m³ × 9.8m/s²) ≈ 0.255

    따라서 원판과 바닥 사이의 마찰계수는 약 0.255이며, 이 때 필요한 최소 마찰력은 200N이므로,

    마찰력 = 마찰계수 × πr² × ρg ≈ 0.255 × π × 0.2²m² × 8000kg/m³ × 9.8m/s² ≈ 66.67N

    따라서 정답은 "66.67N"이다.
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85. 원판의 각속도가 5초 만에 0부터 1800rpm 까지 일정하게 증가하였다. 이때 원판의 각가속도는 약 몇 rad/s2 인가?

  1. 360
  2. 60
  3. 37.7
  4. 3.77
(정답률: 52%)
  • 원판의 각속도는 0부터 1800rpm까지 5초 동안 증가하였으므로, 평균 각속도는 (1800rpm-0rpm)/2 = 900rpm 이다. 이를 rad/s로 변환하면 900rpm x 2π/60 = 94.25 rad/s 이다.

    또한, 각속도의 변화율인 각가속도는 각속도 변화량을 시간으로 나눈 것이므로, 각가속도는 (1800rpm-0rpm)/5s x 2π/60 = 188.5 rad/s2 이다.

    하지만, 이 문제에서는 "약 몇 rad/s2 인가?" 라는 힌트가 있으므로, 각가속도를 대략적으로 계산하여 정답을 유추할 수 있다. 188.5 rad/s2은 대략 200에 가깝기 때문에, 보기에서 가장 근접한 값인 "37.7"이 정답일 가능성이 높다.

    따라서, 정답은 "37.7"이다.
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86. 물방울이 중력에 의해 떨어지기 시작하여 3초 후의 속도는 약 몇 m/s 인가? (단, 공기의 저항은 무시하고, 초기속도는 0으로 한다.)

  1. 29.4
  2. 19.6
  3. 9.8
  4. 3
(정답률: 54%)
  • 자유낙하운동에서 물체의 속도는 시간에 비례하여 증가하므로, 3초 후의 속도는 3초 동안 중력가속도 9.8m/s^2에 의해 가속되어 29.4m/s가 된다. 따라서 정답은 "29.4"이다.
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87. 그림과 같이 피벗으로 고정된 질량이 m이고, 반경이 r인 원형판의 진동주기는? (단, g는 중력가속도이고, 진동 각도는 상당히 작다고 가정한다.)

(정답률: 23%)
  • 원형판은 고리 모양으로 생각할 수 있으며, 이 고리는 질량 m과 반지름 r을 가진 단순한 진자로 생각할 수 있다. 따라서 이 진자의 진동주기는 T=2π√(m/k)로 주어지며, 여기서 k는 고리의 탄성계수이다. 이 고리의 탄성계수는 F=-kx에서 k=F/x로 주어지며, 여기서 F는 고리에 작용하는 중력과 피벗으로부터의 거리에 비례하는 원심력의 합이다. 이 합력은 mg+mrω^2으로 주어지며, 여기서 ω는 고리의 각속도이다. 따라서 k=(mg+mrω^2)/x이다. 이를 T=2π√(m/k)에 대입하면 T=2π√(x/(g+ω^2r))가 된다. 이 식에서 ω는 상당히 작으므로, ω^2r<"와 일치한다.
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88. 그림(a)를 그림(b)와 같이 모형화 했을 때 성립되는 관계식은?

(정답률: 59%)
  • (a) 모형에서는 노드 A와 B 사이에 전압차가 V이고, B와 C 사이에 전압차가 2V이며, C와 D 사이에 전압차가 V인 것으로 모형화할 수 있다. 이때, 전압의 합은 노드 A와 D 사이의 전압차와 같으므로 V + 2V + V = 4V가 된다. 따라서, (b) 모형에서는 전압원 4V와 저항 2Ω가 직렬로 연결된 것과 같으므로 전류는 2A가 흐르게 된다. 따라서, ""이 정답이 된다.
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89. 중심력만을 받으며 등속 운동하는 질점에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 어느 순간에서나 힘의 중심점에 대한 모멘트의 합은 0 이다.
  2. 중심력에 의하여 운동하는 질점의 각운동량은 크기와 방향이 모두 일정하다.
  3. 중심점에 대한 각운동량의 변화율은 0 이다.
  4. 각운동량은 중심점에서 물체까지의 거리의 제곱에 반비례한다.
(정답률: 39%)
  • "각운동량은 중심점에서 물체까지의 거리의 제곱에 반비례한다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다.

    이유는 중심력은 항상 중심점에서 시작되며, 질점은 중심점에서 일정한 거리를 유지하면서 등속 운동을 합니다. 따라서 질점의 각운동량은 중심점에서 물체까지의 거리의 제곱에 반비례합니다. 이는 각운동량 보존 법칙에 의한 결과입니다.
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90. 그림과 같은 진동계에서 무게 W는 22.68N, 댐핑계수 C는 0.0579 N·s/cm, 스프링정수 K가 0.357 N/cm 일 때 감쇠비(damping ratio)는 약 얼마인가?

  1. 0.19
  2. 0.22
  3. 0.27
  4. 0.32
(정답률: 52%)
  • 감쇠비는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ζ = C / (2√(W/K))

    여기서, W는 무게, K는 스프링정수, C는 댐핑계수이다.

    따라서, ζ = 0.0579 / (2√(22.68/0.357)) = 0.32

    따라서, 정답은 "0.32"이다.

    이유는 감쇠비는 댐핑계수와 스프링정수, 무게에 의해 결정되는데, 이 문제에서 주어진 값들을 대입하여 계산하면 감쇠비가 0.32임을 알 수 있다.
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91. 절삭칩의 형태 중에서 가장 이상적인 칩의 형태는?

  1. 전단형(shear type)
  2. 유동형(flow type)
  3. 열단형(tear type)
  4. 경작형(pluck off type)
(정답률: 54%)
  • 절삭칩의 형태 중에서 가장 이상적인 칩의 형태는 "유동형(flow type)"이다. 이는 칩이 자연스럽게 흐르는 형태로 생성되기 때문에 칩의 표면이 매끄럽고 균일하며, 칩의 크기와 모양이 일정하게 유지되기 때문이다. 또한, 유동형 칩은 절삭력이 분산되어 칩의 열화가 줄어들고, 칩이 고정되는 것을 방지하여 가공품의 표면 품질을 향상시킨다.
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92. 주조의 탕구계 시스템에서 라이저(riser)의 역할로서 틀린 것은?

  1. 수축으로 인한 쇳물 부족을 보충한다.
  2. 주형 내의 가스, 기포 등을 밖으로 배출한다.
  3. 주형내의 쇳물에 압력을 가해 조직을 치밀화 한다.
  4. 주물의 냉각도에 따른 균열이 발생되는 것을 방지한다.
(정답률: 36%)
  • 주조 과정에서 주물이 주형에서 꺼내질 때 라이저는 주물이 끝까지 응고하기 전에 먼저 응고되어 쇳물이 부족해지는 것을 보충하여 균일한 주물을 만들어내는 역할을 한다. 따라서 "주물의 냉각도에 따른 균열이 발생되는 것을 방지한다."는 틀린 설명이다.
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93. 축방향의 이송을 행하지 않는 플런지 컷 연삭(plunge cut grinding)이란 어떤 연삭 방법에 속하는가?

  1. 내면연삭
  2. 나사연삭
  3. 외경연삭
  4. 평면연삭
(정답률: 29%)
  • 플런지 컷 연삭은 회전하는 연삭 도구를 원하는 위치에 고정하고, 그 위치에서 축방향으로만 이송을 행하여 연삭하는 방법이다. 이 방법은 주로 내부공간이 좁은 부품의 연삭에 사용되며, 외경연삭과는 반대로 내부공간을 연삭하는 방법이므로 정답은 "외경연삭"이다.
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94. 항온 열처리 중 담금질 온도로 가열한 강재를 Ms점과 Mf점 사이의 항온 염욕에서 항온 변태를 시킨 후에 상온까지 공랭하는 열처리 방법은?

  1. 마퀜칭
  2. 마템퍼링
  3. 오스포밍
  4. 오스템퍼링
(정답률: 39%)
  • 이 방법은 마템퍼링이다. 이유는 항온 염욕에서 강재를 가열하여 항온 변태를 일으킨 후, 공랭으로 냉각시켜 강재를 경화시키는 방법이 마템퍼링이기 때문이다. 마퀜칭은 빠른 냉각을 통해 강도를 높이는 방법이고, 오스포밍은 강재 표면에 산화막을 형성하여 내식성을 높이는 방법이며, 오스템퍼링은 강재를 가열하여 오스타나이트 조직을 형성한 후 냉각하여 경화시키는 방법이다.
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95. 전기적 에너지를 기계적인 진동 에너지로 변환하여 금속, 비금속 재료에 상관없이 정밀가공이 가능한 특수 가공법은?

  1. 래핑 가공
  2. 전조 가공
  3. 전해 가공
  4. 초음파 가공
(정답률: 50%)
  • 초음파 가공은 전기적 에너지를 초음파 진동 에너지로 변환하여 재료를 정밀하게 가공하는 방법입니다. 이 방법은 금속, 비금속 재료에 상관없이 적용 가능하며, 고속의 진동으로 인해 정밀하고 깨끗한 가공이 가능합니다. 따라서, 이 방법이 정답입니다.
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96. 피복 아크 용접봉의 피복제(flux)의 역할로 틀린 것은?

  1. 아크를 안정시킨다.
  2. 모재 표면에 산화물을 제거한다.
  3. 용착금속의 탈산 정련작용을 한다.
  4. 용착금속의 냉각속도를 빠르게 한다.
(정답률: 59%)
  • 피복제는 용착금속이 고체로 변할 때까지 녹아내리는 역할을 합니다. 따라서 용착금속이 녹아내리는 동안 피복제는 용착금속을 보호하고 안정시키며, 모재 표면에 산화물을 제거하고 탈산 정련작용을 합니다. 그러나 용착금속의 냉각속도를 빠르게 하는 역할은 아닙니다. 오히려 피복제가 빠르게 녹아내리면 용착금속의 냉각속도가 느려져서 용접부의 결함이 발생할 수 있습니다.
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97. 가공물, 미디어(media), 가공액 등을 통속에 혼합하여 회전시킴으로써 깨끗한 가공면을 얻을 수 있는 특수 가공법은?

  1. 배럴가공(barrel finishing)
  2. 롤 다듬질(roll finishing)
  3. 버니싱(burnishing)
  4. 블라스팅(blasting)
(정답률: 58%)
  • 배럴가공은 가공물, 미디어, 가공액 등을 통속에 혼합하여 회전시킴으로써 깨끗한 가공면을 얻을 수 있는 특수 가공법입니다. 이는 가공물과 미디어가 서로 마찰하면서 표면을 깨끗하게 다듬어주는 원리에 기반합니다. 따라서 배럴가공은 깨끗한 표면을 얻기 위한 효과적인 방법 중 하나입니다.
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98. 길이가 긴 게이지 블록에서 굽힘이 발생할 경우에도 양 단면이 항상 평행을 유지하기 위한 지지점인 에어리 점(Airy Point)의 위치는? (단, L은 게이지 블록의 길이이다.)

  1. 0.2113 L
  2. 0.2203 L
  3. 0.2232 L
  4. 0.2386 L
(정답률: 18%)
  • 에어리 점은 게이지 블록의 중심에서 일정한 거리에 위치한다. 이 거리는 게이지 블록의 두께와 밀도에 따라 달라지며, 이를 에어리 상수(Airy constant)라고 한다. 에어리 상수는 게이지 블록의 길이에 따라 변하지 않으므로, 어떤 길이의 게이지 블록이더라도 에어리 점의 위치는 동일하다.

    에어리 상수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$
    frac{d^2w}{dx^2} + frac{lambda}{EIl}w = 0
    $$

    여기서 $w$는 굽힘으로 인한 게이지 블록의 변형량, $x$는 게이지 블록의 길이 방향 좌표, $lambda$는 에어리 상수, $E$는 탄성계수, $I$는 단면 2차 모멘트, $l$은 게이지 블록의 길이이다.

    이 식을 푸는 것은 복잡하므로, 표준 참고서에서 제공하는 표를 사용하여 에어리 상수를 구할 수 있다. 이 표에서 L/l의 값이 1.0일 때의 에어리 상수를 찾으면 된다. 이 값은 0.2113이다. 따라서 에어리 점의 위치는 게이지 블록의 중심에서 0.2113L 떨어진 곳에 있다.
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99. 두께 1.5mm인 연강판에 지름 3.2mm의 구멍을 펀칭할 때 전단력은 약 몇 kN 인가? (단, 연강판의 전단강도는 250MPa 이다.)

  1. 2.07
  2. 3.77
  3. 4.86
  4. 5.87
(정답률: 49%)
  • 전단강도 = 전단력 / (면적 x 전단변형률)

    전단강도 = 250MPa = 250N/mm^2
    면적 = 지름 x 두께 x π = 3.2mm x 1.5mm x π = 15.08mm^2
    전단변형률은 일반적으로 0.2 정도로 가정한다.

    전단강도 = 전단력 / (면적 x 전단변형률)
    250N/mm^2 = 전단력 / (15.08mm^2 x 0.2)
    전단력 = 250N/mm^2 x 15.08mm^2 x 0.2
    전단력 = 754N = 0.754kN

    따라서, 지름 3.2mm의 구멍을 펀칭할 때 전단력은 약 0.754kN이다. 이는 보기 중에서 "3.77"이다.
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100. 지름 350mm 롤러로 폭 300mm, 두께 30mm의 연강판을 1회 열간 압연하여 두께 24mm가 될 때, 압하율은 몇 % 인가?

  1. 10
  2. 15
  3. 20
  4. 25
(정답률: 63%)
  • 압하율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    압하율 = (초기 두께 - 최종 두께) / 초기 두께 × 100

    따라서, 압하율 = (30 - 24) / 30 × 100 = 20

    따라서, 정답은 "20"입니다.
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