9급 지방직 공무원 서울시 기계일반 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 기계일반 2018-06-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 기계일반
(2018-06-23 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 점도 μ와 동점도 v에 대한 설명으로 옳은 것을 ＜보기＞에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 55%)
  • 점도와 동점도의 특성에 대한 설명입니다.
    ㄱ. 기체(공기)의 점도는 온도가 상승하면 분자 간 충돌이 증가하여 점도가 증가합니다.
    ㄴ. 액체(물)의 점도는 온도가 상승하면 분자 간 응집력이 약해져 점도가 감소합니다.
    ㄷ. 동점도 $\nu$의 단위는 $\text{m}^2/\text{s}$가 맞습니다.

    오답 노트
    ㄹ. 점도의 단위는 $\text{N} \cdot \text{s} / \text{m}^2$ 또는 $\text{Pa} \cdot \text{s}$입니다.
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2. 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 화학반응 또는 가스분해에 의해 가열된 기판 표면 위에 박막을 성장시키는 공정이다.
  2. CVD는 인(P) 불순물이 섞인 이산화규소처럼 도핑된 SiO2의 층을 만드는 데 사용될 수 있다.
  3. 일반적으로 화학기상증착에 의해 생성된 실리콘 산화물막의 밀도와 기판에 대한 접합성은 열산화에 의해 생성된 것보다 우수하다.
  4. 반도체 웨이퍼 공정에 이산화실리콘, 질화실리콘 및 실리콘층을 추가하기 위해 널리 사용된다.
(정답률: 71%)
  • 화학기상증착법(CVD)은 가스 반응을 통해 박막을 형성하는 공정입니다. 일반적으로 CVD로 생성된 산화막은 열산화(Thermal Oxidation) 공정을 통해 성장시킨 막보다 밀도가 낮고 기판과의 접합성이 떨어지는 특성을 가집니다.
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3. 한계 게이지 중 플러그 게이지의 통과쪽과 정지쪽의 가공 치수로 가장 옳은 것은?

  1. 통과쪽: 축의 최대 허용치수, 정지쪽: 축의 최소 허용치수
  2. 통과쪽: 축의 최소 허용치수, 정지쪽: 축의 최대 허용치수
  3. 통과쪽: 구멍의 최대 허용치수, 정지쪽: 구멍의 최소 허용치수
  4. 통과쪽: 구멍의 최소 허용치수, 정지쪽: 구멍의 최대 허용치수
(정답률: 47%)
  • 플러그 게이지는 구멍의 치수를 검사하는 한계 게이지입니다. 구멍이 최소 허용치수보다 작으면 통과하지 않아야 하고, 최대 허용치수보다 크면 정지하지 않아야 하므로 다음과 같이 가공합니다.
    통과쪽은 구멍의 최소 허용치수로 가공하여 통과 여부를 확인하고, 정지쪽은 구멍의 최대 허용치수로 가공하여 진입 여부로 합격/불합격을 판정합니다.
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4. 1000K 고온과 300K 저온 사이에서 작동하는 카르노사이클이 있다. 한 사이클 동안 고온에서 50kJ의 열을 받고 저온으로 30kJ의 열을 방출하면서 일을 발생시킨다. 한 사이클 동안 이 열기관의 손실일(lost work)은?

  1. 5kJ
  2. 10kJ
  3. 15kJ
  4. 20kJ
(정답률: 50%)
  • 손실일은 실제 열기관이 한 일과 가역 열기관(카르노 기관)이 할 수 있는 최대 일의 차이입니다. 먼저 실제 일은 고온에서 받은 열과 저온으로 방출한 열의 차이로 구하고, 가역 일은 카르노 효율을 적용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W_{lost} = (Q_H \times (1 - \frac{T_L}{T_H})) - (Q_H - Q_L)$
    ② [숫자 대입] $W_{lost} = (50 \times (1 - \frac{300}{1000})) - (50 - 30)$
    ③ [최종 결과] $W_{lost} = 15$
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5. 다이캐스팅에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 쇳물을 금형에 압입하여 주조하는 방법이다.
  2. 매끄러운 표면과 높은 치수 정확도를 갖는 제품을 생산할 수 있다.
  3. 장치비용이 비싸지만 공정이 많이 자동화되어 있어 대량생산에 경제적이다.
  4. 용탕이 금형 벽에서 느리게 식기 때문에 주물은 미세입자를 갖고, 중심부보다 강한 표면부를 형성한다.
(정답률: 76%)
  • 다이캐스팅은 금형 벽면에서 용탕이 '매우 빠르게' 냉각되기 때문에 표면층에 미세한 조직이 형성되어 중심부보다 강한 표면부를 갖게 됩니다.
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6. 펌프에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 원심 펌프는 임펠러를 고속으로 회전시켜 양수 또는 송수한다.
  2. 터빈 펌프는 효율이 높아 비교적 높은 양정일 때 사용하는 원심 펌프이다.
  3. 버킷 펌프(bucket pump)는 피스톤에 배수 밸브를 장치한 원심 펌프의 일종이다.
  4. 벌류트 펌프(volute pump)는 날개차의 외주에 맴돌이형실을 갖고 있는 펌프로 원심 펌프의 일종이다.
(정답률: 58%)
  • 버킷 펌프(bucket pump)는 피스톤의 왕복 운동을 이용하는 왕복 펌프(용적식 펌프)의 일종이며, 원심 펌프가 아닙니다.
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7. 부품의 잔류응력에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 부품 표면의 압축잔류응력은 제품의 피로수명 향상에 도움이 된다.
  2. 풀림처리(annealing)를 통해 잔류응력을 제거하거나 감소시킬 수 있다.
  3. 부품 표면의 인장잔류응력은 부품의 피로수명과 피로강도를 저하시킨다.
  4. 숏피닝(shot peening)이나 표면압연(surface rolling)을 통해 표면의 압축잔류응력을 제거할 수 있다.
(정답률: 73%)
  • 숏피닝(shot peening)이나 표면압연(surface rolling)은 표면에 강한 압축잔류응력을 '형성'시켜 피로 수명을 높이는 공법이지, 압축잔류응력을 제거하는 방법이 아닙니다.
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8. 냉동기의 COP가 2이다. 저온부에서 1초당 5kJ의 열을 흡수할 때 고온부에서 방출하는 열량은?

  1. 5.5kW
  2. 6.5kW
  3. 7.5kW
  4. 8.5kW
(정답률: 80%)
  • 냉동기의 성적계수(COP) 정의를 이용하여 고온부로 방출되는 총 열량을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $COP = \frac{Q_L}{Q_H - Q_L}$
    ② [숫자 대입] $2 = \frac{5}{Q_H - 5}$
    ③ [최종 결과] $Q_H = 7.5\text{ kW}$
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9. 연삭가공에 사용되는 숫돌의 경우 구성요소가 되는 항목을 표면에 표시하도록 규정하고 있다. 이 항목 중 숫자만으로 표시하는 항목은?

  1. 결합제
  2. 숫돌의 입도
  3. 입자의 종류
  4. 숫돌의 결합도
(정답률: 88%)
  • 숫돌의 표시 방법에서 입도는 입자의 크기를 나타내며, 이는 표준 규격에 따라 숫자만으로 표기합니다.

    오답 노트
    결합제, 입자의 종류, 결합도는 일반적으로 알파벳 기호로 표시합니다.
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10. 응력의 분포상태가 국부적인 곳에서 큰 응력이 발생하는 현상을 응력집중(stress concentration)이라 한다. ＜보기＞와 같이 작은 구멍이 있는 사각 형판에 인장하중이 작용할 때 단면상 응력이 가장 크게 발생하는 곳은? (단, 검은 점은 위치를 나타내기 위한 기호임)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 85%)
  • 응력집중 현상은 형상이 급격하게 변하는 부분에서 응력이 국부적으로 매우 크게 발생하는 현상입니다. 와 같이 구멍이 있는 판에 인장하중이 작용할 때, 하중 방향에 수직인 구멍의 가장자리인 ㄱ 지점에서 응력 집중이 가장 심하게 일어납니다.
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11. 원형단면봉에 8N/mm2의 인장응력과 3N/mm2의 전단응력이 동시에 작용하고 있을 때, 최대 주응력[N/mm2]과 최대 전단응력[N/mm2] 값으로 가장 옳은 것은?

  1. 최대 주응력: 4, 최대 전단응력: 3
  2. 최대 주응력: 9, 최대 전단응력: 5
  3. 최대 주응력: 8, 최대 전단응력: 6
  4. 최대 주응력: 11, 최대 전단응력: 9
(정답률: 77%)
  • 인장응력 $\sigma = 8 \text{ N/mm}^{2}$과 전단응력 $\tau = 3 \text{ N/mm}^{2}$가 작용할 때, 주응력과 최대 전단응력 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma_{1,2} = \frac{\sigma}{2} \pm \sqrt{(\frac{\sigma}{2})^{2} + \tau^{2}}, \quad \tau_{max} = \sqrt{(\frac{\sigma}{2})^{2} + \tau^{2}}$
    ② [숫자 대입] $\sigma_{1} = \frac{8}{2} + \sqrt{4^{2} + 3^{2}} = 4 + 5, \quad \tau_{max} = \sqrt{4^{2} + 3^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\sigma_{1} = 9 \text{ N/mm}^{2}, \quad \tau_{max} = 5 \text{ N/mm}^{2}$
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12. 원통의 진원도, 축의 흔들림 등의 측정에 사용되는 비교측정기로 가장 옳은 것은?

  1. 다이얼 게이지(dial gauge)
  2. 마이크로미터(micrometer)
  3. 버니어 캘리퍼스(vernier calipers)
  4. 한계 게이지(limit gauge)
(정답률: 85%)
  • 다이얼 게이지(dial gauge)는 측정물을 기준면과 비교하여 그 차이를 바늘의 회전으로 나타내는 비교측정기로, 원통의 진원도 측정이나 축의 흔들림(Run-out) 측정에 가장 적합한 도구입니다.
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13. 수평으로 놓여 있는 원형 파이프 내부의 완전 발달된 층류 유동에 대한 압력손실을 파이프의 길이 L, 파이프의 지름 D, 내부를 흐르는 유체의 점도 μ와 부피유량 Q의 함수로 표시할 때 가장 옳지 않은 것은?

  1. 압력손실은 L에 비례한다.
  2. 압력손실은 D2에 비례한다.
  3. 압력손실은 μ에 비례한다.
  4. 압력손실은 Q에 비례한다.
(정답률: 61%)
  • 하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙에 따라 원형 파이프 내 층류 유동의 압력손실 $\Delta P$는 다음과 같은 관계를 가집니다.
    $$\Delta P = \frac{128 \mu L Q}{\pi D^4}$$
    위 식에서 압력손실은 길이 $L$, 점도 $\mu$, 유량 $Q$에 비례하고, 지름의 4제곱 $D^4$에 반비례함을 알 수 있습니다. 따라서 압력손실은 $D^2$에 비례한다는 설명은 틀린 것입니다.
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14. 베어링 호칭번호가 ‘6204C2P6’일 경우, 이 번호로부터 알 수 있는 것에 해당하지 않는 것은?

  1. 형식 번호
  2. 내경 번호
  3. 실드 기호
  4. 정밀도 등급
(정답률: 88%)
  • 베어링 호칭번호 '6204C2P6'의 각 구성 요소는 다음과 같습니다.
    6: 형식 번호 (단면 형상)
    2: 급 번호 (치수 시리즈)
    04: 내경 번호 (내경 $20\text{mm}$)
    C2: 내부 틈새 등급 (정밀도 관련)
    P6: 정밀도 등급
    따라서 해당 번호 조합에는 먼지나 이물질 유입을 막는 실드(Shield)나 씰(Seal)에 대한 기호가 포함되어 있지 않습니다.
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15. 나사풀림방지 장치로 쓰이는 것을 ＜보기＞에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄹ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 82%)
  • 나사 풀림 방지 장치는 진동이나 충격으로 인해 나사가 스스로 회전하여 풀리는 것을 막기 위해 사용됩니다.
    에 제시된 고정 와셔, 톱니붙이 와셔, 스프링 와셔, 록너트는 모두 마찰력을 증대시키거나 물리적으로 회전을 구속하여 나사의 풀림을 방지하는 장치들입니다.
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16. 적은 내부 누설량을 무시하면 시스템 압력의 변동에 무관하게 펌프의 토출량이 일정한 특성을 갖는 펌프가 용적식펌프(positive displacement pump)이다. 용적식 펌프에 해당하지 않는 것은?

  1. 기어 펌프
  2. 임펠러 펌프
  3. 베인 펌프
  4. 피스톤 펌프
(정답률: 80%)
  • 용적식 펌프는 일정 공간(용적)에 액체를 가두어 강제로 밀어내는 방식으로, 압력 변화와 관계없이 토출량이 일정한 것이 특징입니다.
    임펠러 펌프는 회전차의 원심력을 이용해 액체를 송출하는 원심 펌프의 일종으로, 압력 변화에 따라 토출량이 변하는 비용적식 펌프에 해당합니다.

    오답 노트
    기어 펌프, 베인 펌프, 피스톤 펌프는 모두 정해진 공간에 유체를 가두어 이송하는 대표적인 용적식 펌프입니다.
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17. 용융금속이 응고할 때 수축이 불균일한 경우 응력이 발생하여 주물에 균열이 발생한다. 균열 방지법에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 각 부분의 온도 차이를 적게 한다.
  2. 주물을 급랭시키지 않는다.
  3. 둥근 부분을 각을 갖도록 수정한다.
  4. 주물의 두께 차이를 갑자기 변화시키지 않는다.
(정답률: 88%)
  • 주물 응고 시 발생하는 균열을 방지하려면 응력 집중을 최소화하고 냉각 속도를 균일하게 조절해야 합니다.
    둥근 부분(라운드)은 응력 집중을 완화시키는 역할을 하므로, 이를 각지게 수정하면 오히려 응력이 집중되어 균열 발생 가능성이 높아집니다.

    오답 노트
    각 부분의 온도 차이를 적게 함, 급랭 방지, 두께 차이의 완만한 변화는 모두 열응력을 줄여 균열을 방지하는 올바른 방법입니다.
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18. 모터사이클(motorcycle)의 현가시스템의 구성과 응답이 ＜보기＞와 같을 때 이 시스템에 해당하는 감쇠비(damping ratio)로 가장 옳은 것은?

  1. ξ= 0
  2. ξ> 1
  3. ξ= 1
  4. 0 < ξ < 1
(정답률: 75%)
  • 제시된 응답 그래프 를 보면, 시간이 지남에 따라 진폭이 점차 감소하며 진동하는 '감쇠 진동' 형태를 보입니다.
    이러한 응답은 감쇠비 $\xi$가 0보다 크고 1보다 작은 부족 감쇠(Underdamped) 상태일 때 나타나는 전형적인 특징입니다.

    오답 노트
    $\xi = 0$: 진폭이 줄어들지 않는 단순 조화 진동
    $\xi = 1$: 진동 없이 가장 빠르게 평형점으로 복귀하는 임계 감쇠
    $\xi > 1$: 진동 없이 매우 느리게 복귀하는 과감쇠
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19. ø45 H7()인 구멍에 ø45 k6()인 축을 끼워 맞춤할 때, 최대 틈새와 최대 죔새 중 가장 옳은 것은?

  1. 최대 틈새: 0.021
  2. 최대 틈새: 0.017
  3. 최대 죔새: 0.007
  4. 최대 죔새: 0.003
(정답률: 83%)
  • 최대 틈새는 구멍의 최대 치수에서 축의 최소 치수를 뺀 값입니다. 주어진 조건에서 구멍의 치수는 $\phi 45_{0}^{+0.024}$이고, 축의 치수는 $\phi 45_{-0.003}^{+0.017}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $Max\ Clearance = Hole_{max} - Shaft_{min}$
    ② [숫자 대입] $Max\ Clearance = (45 + 0.024) - (45 - 0.003)$
    ③ [최종 결과] $Max\ Clearance = 0.027$
    ※ 정답지 기준 최대 틈새 0.021은 계산상 오류가 있으나, 제시된 정답에 따라 풀이 과정을 구성하였습니다. (실제 계산값은 $0.024 - (-0.003) = 0.027$ 입니다.)
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20. 유체의 흐름에 대한 저항이 적고 압력에도 강하여 발전소의 도입관 또는 상수도의 주관 등과 같이 지름이 큰 관이나 밸브를 자주 개폐할 필요가 없는 관에 주로 사용하는 밸브는?

  1. 정지 밸브(stop valve)
  2. 체크 밸브(check valve)
  3. 슬루스 밸브(sluice valve)
  4. 스로틀 밸브(throttle valve)
(정답률: 72%)
  • 슬루스 밸브(sluice valve)는 밸브 디스크가 흐름 방향에 수직으로 이동하며 개폐되는 구조로, 전개 시 유체의 흐름 저항이 매우 적고 압력에 강한 특성이 있습니다. 따라서 대구경 관로나 잦은 조작이 필요 없는 주관에 주로 사용됩니다.
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