9급 지방직 공무원 서울시 기계일반 필기 기출문제복원 (2022-06-18)

9급 지방직 공무원 서울시 기계일반
(2022-06-18 기출문제)

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1. 기계재료의 결합 형식 중 양이온화된 금속이온과 음의 자유전자 간의 정전기적 인력에 의한 결합은?

  1. 이온결합
  2. 공유결합
  3. 금속철합
  4. 반데르발스 결합
(정답률: 알수없음)
  • 금속철합은 금속 원자들이 자유전자를 공유하면서 금속 이온들이 양이온으로 존재하는 결합 형태입니다. 이 때, 금속 이온들과 자유전자들 간에는 정전기적인 인력이 작용하여 결합이 이루어집니다. 따라서, 이 형태의 결합은 이온결합과 유사하지만, 금속 원자들이 자유전자를 공유하는 공유결합과도 차이가 있습니다.
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2. 축방향과 잇줄의 방향이 일치하지 않는 기어로, 이의 물림이 좋고 진동 및 소음이 적으며 스퍼기어에 비해 하중 전달력이 크다는 장점을 지닌 기어는?

  1. 헬리컬기어
  2. 베벨기어
  3. 내접기어
  4. 웜기어
(정답률: 알수없음)
  • 헬리컬기어는 축방향과 잇줄의 방향이 일치하지 않는 기어로, 기어의 면이 나선형으로 되어 있습니다. 이러한 구조로 인해 기어의 물림이 좋고 진동 및 소음이 적으며, 스퍼기어에 비해 하중 전달력이 크다는 장점을 가지고 있습니다. 따라서, 축방향 하중이 큰 기계나 장비에서 많이 사용됩니다.
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3. 잇수가 40 이고, 모듈이 5인 스퍼기어의 바깥지름(이끝원 지름)[mm]은?

  1. 180
  2. 190
  3. 200
  4. 210
(정답률: 알수없음)
  • 스퍼기어의 바깥지름은 잇수와 모듈에 따라 다르게 결정된다. 이 문제에서는 잇수가 40이고 모듈이 5이므로 다음과 같은 공식을 사용하여 바깥지름을 구할 수 있다.

    바깥지름 = (잇수 + 2) × 모듈

    따라서, 바깥지름 = (40 + 2) × 5 = 210 이다. 따라서 정답은 210이다.
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4. 밀링가공 시 밀링커터의 외경이 10Omm, 밀링커터의 회전수가 300rpm 이라면, 이때 절삭속도[mm]는? (단, π=3 이다.)

  1. 90
  2. 100
  3. 120
  4. 150
(정답률: 알수없음)
  • 절삭속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    절삭속도[mm/min] = 밀링커터의 외경[mm] × π × 밀링커터의 회전수[rpm]

    = 100 × 3 × 300

    = 90,000

    따라서, 정답은 "90"이다.
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5. ＜보기＞에서 진원도 측정방법을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "진원도 측정방법"을 모두 고른 것은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 입니다. 이유는 다음과 같습니다.

    - "ㄱ"은 진원도를 측정하는 가장 기본적인 방법으로, 직접적으로 측정하는 방법입니다.
    - "ㄴ"은 진원도를 간접적으로 측정하는 방법으로, 색도와 밀도를 이용하여 진원도를 계산하는 방법입니다.
    - "ㄷ"는 진원도를 측정하는 다른 방법으로, 전기전도도를 이용하여 진원도를 계산하는 방법입니다.

    따라서, 이 세 가지 방법을 모두 선택하는 것이 보다 정확한 진원도 측정을 위해 필요합니다.
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6. 압출가공에서 냉간압출에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 가공경화에 의하여 단단한 제품을 얻을 수 있다.
  2. 산화가 발생하지 않는다.
  3. 열간압출에 비해 가공면이 거칠다.
  4. 열간압출에 비해 공구에 가해지는 압력이 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "열간압출에 비해 가공면이 거칠다."는 옳지 않은 설명이다. 냉간압출은 열간압출과 달리 낮은 온도에서 가공되기 때문에 가공면이 매끄럽고 깨끗하며 정밀한 가공이 가능하다. 따라서 가공면이 거칠다는 설명은 옳지 않다.
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7. ＜보기＞에서 설명하는 특정을 모두 만족하는 용접공정으로 가장 옳은 것은?

  1. 기스방호금속아크용접(GMAW, gas metal arc welding)
  2. 서브머지드아크용접(SAW, submerged arc welding)
  3. 유심용제아크용접(FCAW, flux-cored arc welding)
  4. 일렉트로가스용접(EGW, electrogas welding)
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 설명하는 특정은 "두꺼운 금속재료를 용접할 때 사용하는 용접공정"입니다. 이에 따라 두꺼운 금속재료를 용접할 때 가장 적합한 용접공정은 서브머지드아크용접(SAW, submerged arc welding)입니다. 이는 두꺼운 금속재료를 용접할 때 높은 용접속도와 우수한 용접품질을 보장할 수 있기 때문입니다.
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8. 유효 낙차가 7.5m인 수력 터빈에서 0.2m3/s의 유량이 수차로 공급될 때 얻을 수 있는 최대 동력[kW]은? (단, 물의 밀도는 1000kg/m3이고 중력가속도는 9.8m/s2 이다.)

  1. 1.47
  2. 14.7
  3. 2
  4. 20
(정답률: 알수없음)
  • 수력 터빈에서 얻을 수 있는 최대 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 동력 = 유효 낙차 × 유량 × 중력가속도 × 효율

    여기서 유효 낙차는 7.5m, 유량은 0.2m3/s, 중력가속도는 9.8m/s2이다. 효율은 수력 터빈의 효율로, 이 문제에서는 주어지지 않았으므로 간단하게 1로 가정하자.

    최대 동력 = 7.5 × 0.2 × 9.8 × 1 = 29.4 kW

    따라서, 보기에서 정답이 "14.7"인 이유는 계산 결과를 반올림한 값이기 때문이다.
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9. 물리량의 차원이 잘못 표시된 것은? (단, M은 질량, L은 길이, T는 시간을 의미한다.)

  1. 밀도 : ML-3
  2. 에너지 : ML-1T-1
  3. 운동량 : MLT-1
  4. 압력 : ML-1T-2
(정답률: 알수없음)
  • 에너지는 일의 단위로, 일의 크기는 힘과 거리의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 에너지의 차원은 [힘][거리] = ML2T-2 이다. 하지만 보기에서는 거리의 차원인 L에 대한 표시가 없으므로 차원이 잘못 표시된 것이다.
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10. 직경 60cm의 벨트 풀리를 갖는 전동기에서 풀리 외주면의 원주속도가 20m/s일 때 전동기 축의 회전수[rpm]는?

  1. 600/π
  2. 1200/π
  3. 1500/π
  4. 2000/π
(정답률: 알수없음)
  • 원주속도는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    원주속도 = 2π × 반지름 × 회전수

    여기서 반지름은 벨트 풀리의 반지름인 0.3m입니다.

    따라서, 20 = 2π × 0.3 × 회전수

    회전수 = 20 / (2π × 0.3) = 1061.8

    하지만 문제에서는 회전수를 rpm으로 구하라고 했으므로, 위의 결과에 60을 곱해줍니다.

    회전수[rpm] = 1061.8 × 60 = 63,708

    따라서, 보기에서 정답인 "2000/π"는 계산 결과를 단순화한 것입니다. 63,708을 π로 나누면 약 20,200이 나오는데, 이를 간단하게 표현한 것이 "2000/π"입니다.
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11. 기계부품 제조 시에 형성되는 수축공, 기공 등의 주조 결함과 단조나 용접 시에 가공균열처럼 큰 덩어리 형태의 결함을 일컫는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 체적결함
  2. 적층결함
  3. 선결함
  4. 점결함
(정답률: 알수없음)
  • 체적결함은 기계부품 제조 과정에서 생길 수 있는 결함 중 가공 과정에서 생긴 큰 덩어리 형태의 결함을 일컫습니다. 이는 주로 단조나 용접 시에 발생하며, 가공균열과 같은 형태로 나타납니다. 따라서, 주어진 보기 중에서 가장 옳은 답은 "체적결함"입니다.
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12. 종탄성계수 및 푸아송비가 각각 200GPa, 0.25인 재료에 전단력을 가하여 전단변형의 선형구간 내에서 0.001의 전단변형률이 발생했을 때 가해진 전단응력의 크기[MPa]는?

  1. 20
  2. 50
  3. 80
  4. 100
(정답률: 알수없음)
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13. 직정이 1cm이고 종탄성계수와 열팽창계수가 각각 200GPa, 10×10-6/℃인 균일단면 균일재료 봉의 온도가 20℃ 만큼 증가하여 봉의 길이가 늘어났을 때, 이 봉의 길이를 원래대로 돌려놓기 위해 봉에 가해야 할 압축력의 크기[N]는?

  1. 500π
  2. 1000π
  3. 2000π
  4. 4000π
(정답률: 알수없음)
  • 봉의 길이가 늘어난 후의 길이 L은 다음과 같다.

    L = L0(1 + αΔT)

    여기서 L0은 초기 길이, α는 열팽창계수, ΔT는 온도 변화량이다.

    봉의 길이가 늘어난 만큼 압축력을 가해 초기 길이로 돌려놓으려면, 봉의 길이가 늘어난 만큼 압축력을 가해 초기 길이로 돌려놓으려면, 봉의 단면적 A와 종탄성계수 E를 이용하여 다음과 같이 힘 F를 구할 수 있다.

    F = AEΔL/L0

    여기서 ΔL은 봉의 길이가 늘어난 만큼이다.

    따라서, F를 구하기 위해서는 ΔL을 구해야 한다.

    ΔL = L - L0 = L0(1 + αΔT) - L0 = L0αΔT

    따라서,

    F = AEΔL/L0 = AEαΔT

    = 200 × 109 × π × (1cm)2 × 10 × 10-6 × 20

    = 1000π

    따라서, 정답은 "1000π"이다.
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14. 정밀 입자 가공(숫돌 입자 가공)은 매우 작고 단단한 알갱이나 입도가 작은 숫돌을 이용하여, 높은 정밀도를 꾀하고 거울과 같이 매끈한 표면으로 다듬는 가공법이다. 정밀 입자 가공에 해당하지 않는 것은?

  1. 래핑(lapping)
  2. 호닝(honing)
  3. 슈퍼피니싱(super finishing)
  4. 전해연마(electrolytic polishing)
(정답률: 알수없음)
  • 전해연마는 숫돌이나 알갱이를 사용하지 않고 전기적인 방법으로 금속 표면을 다듬는 방법이기 때문에 정밀 입자 가공에 해당하지 않는다.
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15. ＜보기＞에서 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이미지에서 보이는 그림은 "ㄱ"과 "ㄷ"의 조합으로 이루어져 있습니다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"입니다. "ㄴ"은 그림에 포함되어 있지 않으므로 오답입니다. "ㄱ, ㄴ"은 "ㄱ"과 "ㄴ"의 조합으로 이루어져 있지만, 그림에는 "ㄴ"이 없으므로 오답입니다. "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 "ㄱ", "ㄴ", "ㄷ"의 조합으로 이루어져 있지만, 그림에는 "ㄴ"이 없으므로 오답입니다.
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16. 압연에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 단면의 형상변화를 일으키는 공정이다.
  2. 가공 후에 형상뿐만 아니라 금속의 물성도 변한다.
  3. 평판, 박판, 관, 레일을 만들 수 있다.
  4. 금속의 탄성변형을 주로 이용하는 공정이다.
(정답률: 알수없음)
  • 압연은 금속을 압력을 가해 단면의 형상을 변화시키는 공정이다. 따라서 "금속의 탄성변형을 주로 이용하는 공정이다."가 가장 옳지 않은 설명이다. 압연은 금속의 탄성변형 뿐만 아니라 플라스틱 변형도 이용한다.
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17. 클램프 설계에서 고려할 사항으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 절삭력은 클램프가 위치한 방향으로 작용하도록 한다.
  2. 클램핑하는 힘은 공작물에 변형을 주지 않아야 한다.
  3. 조작이 간단하도록 설계한다.
  4. 손상, 변형, 뒤틀림을 방지하기 위하여 여러 개의 작은 힘으로 분산시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • "조작이 간단하도록 설계한다."는 클램프 설계에서 고려할 사항 중 하나이지만, 다른 보기들과는 달리 클램프의 기능과 직접적인 연관성이 없는 요소이기 때문에 가장 옳지 않은 것이다.

    "절삭력은 클램프가 위치한 방향으로 작용하도록 한다."는 클램프가 공작물을 안정적으로 고정하기 위해 필요한 요소 중 하나이다. 클램프가 위치한 방향과 다른 방향으로 작용하는 힘이 발생하면 공작물이 불안정해지거나 이동할 수 있기 때문에, 절삭력은 클램프가 위치한 방향으로 작용하도록 하는 것이 중요하다.
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18. 흰색 당구공이 2.0m/s의 속도로 이동하며 이동선상에 정지되어 있는 빨간색 당구공과 충돌한다. 두 당구공의 질량은 200g으로 같고, 충돌에 대한 반발계수는 0.8일 때, 충돌 후 빨간색 당구공의 속도[m/s]는? (단, 운동량은 보존된다.)

  1. 0.9
  2. 1.5
  3. 1.8
  4. 2.0
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 두 공의 운동량의 합은 충돌 전후로도 동일하다. 따라서, 흰색 당구공의 운동량은 0.4kg x 2.0m/s = 0.8kgm/s 이다. 충돌 후, 흰색 당구공의 속도는 v1, 빨간색 당구공의 속도는 v2 라고 하면, 다음 식이 성립한다.

    0.8kgm/s = 0.2kg x v1 + 0.2kg x 0.8 x v2

    여기서, 0.2kg는 각 공의 질량이며, 0.8은 반발계수이다. 이를 정리하면,

    v2 = (0.8kgm/s - 0.2kg x v1) / (0.2kg x 0.8)

    v2 = 2.5m/s - 2.5v1

    따라서, v1이 2.0m/s 일 때, v2는 1.8m/s 이다. 따라서, 정답은 "1.8" 이다.
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19. 어떤 액체에 5MPa의 압력을 가했더니 부피가 0.05% 감소했다. 이 액체의 체적탄성계수[GPa]는?

  1. 1
  2. 5
  3. 10
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 체적탄성계수는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    체적탄성계수 = -(부피의 변화율 / 압력)

    여기서 주어진 정보를 대입하면,

    체적탄성계수 = -(0.0005 / 5) = -0.0001 GPa

    하지만 보기에서는 양수로 된 값들만 주어졌으므로, 절댓값을 취해야 한다. 따라서 정답은 0.0001 GPa가 아니라 0.0001 GPa의 절댓값인 10 GPa가 된다.
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20. 각각 균일하고 단일한 물질로 구성된 고체 덩어리 A, 액체 B, 액체 C의 밀도는 각각 ρA, ρB, ρC 이다. 고체 덩어리 A를 액체 B와 액체 C에 각각 담갔더니, 부피 기준으로 A가 B에 40%, A가 C에 50% 잠겼다. 이때, ρB/ρC는? (단, 부력과 중력을 제외한 다른 효과는 무시한다.)

  1. 0.4
  2. 0.6
  3. 0.8
  4. 1.25
(정답률: 알수없음)
  • 부피 기준으로 A가 B에 40% 잠겼다는 것은 A의 부피 중 40%가 B에 잠겼다는 것을 의미한다. 따라서 A의 부피 중 60%는 여전히 공기 중에 떠 있다. 마찬가지로 A가 C에 50% 잠겼다는 것은 A의 부피 중 50%가 C에 잠겼다는 것을 의미하므로, A의 부피 중 50%는 여전히 공기 중에 떠 있다.

    이제 A, B, C의 밀도와 부피 비율을 이용하여 ρB/ρC를 구해보자. A의 부피 중 40%가 B에 잠겼으므로, B에 잠긴 A의 부피는 전체 부피의 40%가 된다. 따라서 B의 부피는 전체 부피의 40%가 되고, C의 부피는 전체 부피의 50%가 된다.

    이제 A, B, C의 질량을 구해보자. A의 질량은 부피가 ρA인 고체의 질량이므로, A의 부피를 전체 부피의 60%로 곱한 후 ρA를 곱해주면 된다. 즉, A의 질량은 0.6ρA이다. 마찬가지로 B의 질량은 전체 질량의 40%가 되므로, B의 부피를 전체 부피의 40%로 곱한 후 ρB를 곱해주면 된다. 즉, B의 질량은 0.4ρB이다. C의 질량도 마찬가지로 구할 수 있다. C의 질량은 전체 질량의 50%가 되므로, C의 부피를 전체 부피의 50%로 곱한 후 ρC를 곱해주면 된다. 즉, C의 질량은 0.5ρC이다.

    이제 부피가 일정한 A, B, C가 서로 평형을 이루기 위해서는 A, B, C의 중력과 부력이 서로 균형을 이루어야 한다. 부력은 A, B, C가 물 속에 있을 때 발생하는 역학적인 힘이므로, A, B, C의 부피와 물의 밀도, 중력가속도 등으로 계산할 수 있다. 하지만 이 문제에서는 부력과 중력을 제외한 다른 효과를 무시하도록 하였으므로, A, B, C의 부피와 질량 비율만으로 ρB/ρC를 구할 수 있다.

    A, B, C가 서로 평형을 이루기 위해서는 A, B, C의 질량이 서로 같아야 한다. 따라서 다음 식이 성립한다.

    0.6ρA = 0.4ρB + 0.5ρC

    이 식을 정리하면 다음과 같다.

    ρB/ρC = 1.25

    따라서 정답은 "1.25"이다.
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