일반기계기사 필기 2015년 2회 기출문제 정답 및 해설

1번

그림과 같이 단순보의 지점 B에 M0의 모멘트가 작용할 때 최대 굽힘 모멘트가 발생되는 A단에서부터 거리 x 는?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. B점에 모멘트 M0만 작용하는 단순보는 굽힘모멘트가 A단(0)에서 B단(M0)까지 직선적으로 변하므로 최댓값은 B단, 즉 x=L(보기 ②에 해당하는 지점)에서 발생합니다.

2번

그림과 같은 단면에서 가로방향 중립축에 대한 단면 2차모멘트는?

1. 10.67 x 106 mm4

2. 13.67 x 106 mm4

3. 20.67 x 106 mm4

4. 23.67 x 106 mm4

정답 2번

해설. 단면을 여러 사각형으로 분할한 뒤 각 부분의 자체 단면2차모멘트(bh³/12)에 평행축정리(Ad²)를 더해 합산하면 약 13.67×10⁶ mm⁴가 됩니다.

3번

왼쪽이 고정단인 길이 ℓ의 외팔보가 ω의 균일분포하중을 받을 때, 굽힘모멘트 선도(BMD)의 모양은?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 등분포하중을 받는 외팔보의 굽힘모멘트는 자유단에서 0이고 고정단에서 최대가 되며, M(x)=-ωx²/2 형태의 2차곡선(포물선)으로 고정단에서 가장 크게 나타납니다.

4번

그림과 같은 트러스가 점 B에서 그림과 같은 방향으로 5kN의 힘을 받을 때 트러스에 저장되는 탄성에너지는 몇 kJ인가? (단, 트러스의 단면적은 1.2 ㎠, 탄성계수는 106 Pa이다.)

1. 52.1

2. 106.7

3. 159.0

4. 267.7

정답 3번

해설. 트러스 부재력을 구한 뒤 각 부재의 변형에너지 U=ΣN²L/(2AE)를 합산하면 저장 탄성에너지는 약 159.0 kJ입니다.

5번

두께 8 ㎜의 강판으로 만든 안지름 40 ㎝의 얇은 원통에 1 MPa의 내압이 작용할 때 강판에 발생하는 후프 응력(원주 응력)은 몇 MPa인가?

1. 25

2. 37.5

3. 12.5

4. 50

정답 1번

해설. 얇은 원통의 후프(원주)응력 σ=pd/2t = (1×400)/(2×8) = 25 MPa 입니다.

6번

지름 3 ㎜의 철사로 평균지름 75 ㎜의 압축코일 스프링을 만들고 하중 10N에 대하여 3 ㎝의 처짐량을 생기게 하려면 감은 회수(n)는 대략 얼마로 해야 하는가? (단, 전단 탄성계수 G=88 GPa이다.)

1. n = 8.9

2. n = 8.5

3. n = 5.2

4. n = 6.3

정답 4번

해설. 코일스프링 처짐 δ=8FD³n/(Gd⁴)에서 n=δGd⁴/(8FD³)=30×88000×3⁴/(8×10×75³)≈6.3회 입니다.

7번

σx = 400 MPa, σy = 300 MPa, τxy = 200 MPa가 작용하는 재료 내에 발생하는 최대 주응력의 크기는?

1. 206 MPa

2. 556 MPa

3. 350 MPa

4. 753 MPa

정답 2번

해설. 최대주응력 σ1=(σx+σy)/2+√{((σx-σy)/2)²+τxy²}=350+√(50²+200²)=350+206.2≈556 MPa 입니다.

8번

원형막대의 비틀림을 이용한 토션바(torsion bar) 스프링에서 길이와 지름을 모두 10%씩 증가시킨다면 토션바의 비틀림 스프링상수

는 몇 배로 되겠는가?

1. 1.1-2배

2. 1.12배

3. 1.13배

4. 1.14배

정답 3번

해설. 토션바 스프링상수 k=Gπd⁴/(32L)이므로 지름·길이를 각각 10%씩 늘리면 k'/k=(1.1)⁴/1.1=(1.1)³≈1.33배가 되어, 제시된 보기 중 이에 가장 가까운 값이 정답입니다.

9번

단면이 가로 100 ㎜, 세로 150 ㎜인 사각 단면보가 그림과 같이 하중(P)을 받고 있다. 전단응력에 의한 설계에서 P는 각각 100 kN 씩 작용할 때 안전계수를 2로 설계하였다고 하면, 이 재료의 허용전단응력은 약 몇 MPa인가?

1. 10

2. 15

3. 18

4. 20

정답 4번

해설. 주어진 하중 배치에서 전단력 V=P=100kN이고 사각단면 최대전단응력 τmax=1.5V/A=1.5×100000/(100×150)=10 MPa이며, 안전계수 2를 적용하면 허용전단응력은 2×10=20 MPa 입니다.

10번

재료가 전단 변형을 일으켰을 때, 이 재료의 단위 체적당 저장된 탄성에너지는? (단, r는 전단응력, G는 전단 탄성계수이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 전단변형에 의한 단위체적당 탄성에너지는 u=τ²/(2G) 형태로 표현되며, 이는 수직응력에서의 u=σ²/2E와 대응되는 관계입니다.

11번

강체로 된 봉 CD가 그림과 같이 같은 단면적과 재료가 같은 케이블 ①, ②와 C점에서 힌지로 지지되어 있다. 힘 P에 의해 케이블 ①에 발생되는 응력(σ)은 어떻게 표현되는가? (단, A는 케이블의 단면적이며 자중은 무시하고, a는 각 지점간의 거리이고 케이블 ①, ②의 길이 ℓ은 같다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 강체봉 CD의 모멘트 평형과 케이블 변형 적합조건을 함께 적용하면 케이블 ①의 응력은 하중 P와 기하학적 거리비로 표현되는 보기 ④의 식과 일치합니다.

12번

길이가 2 m인 환봉에 인장하중을 가하여 변화된 길이가 0.14 ㎝일 때 변형률은?

1. 70 × 10-6

2. 700 × 10-6

3. 70 × 10-3

4. 700 × 10-3

정답 2번

해설. 변형률 ε=ΔL/L=0.14 cm/200 cm=0.0007=700×10⁻⁶ 입니다.

13번

바깥지름 50 ㎝, 안지름 40 ㎝의 중공원통에 500 kN의 압축하중이 작용했을 때 발생하는 압축응력은 약 몇 MPa인가?

1. 5.6

2. 7.1

3. 8.4

4. 10.8

정답 2번

해설. 압축응력 σ=P/A, A=(π/4)(0.5²-0.4²)=0.0707 m², σ=500000/0.0707≈7.1 MPa 입니다.

14번

길이가 L(m)이고, 일단 고정에 타단 지지인 그림과 같은 보에 자중에 의한 분포하중 ω(N/m)가 보의 전체에 가해질 때 점 B에서의 반력의 크기는?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 일단 고정 타단 지지보에서 등분포하중에 의한 지지점(B) 반력은 3중정정 부정정보의 표준해로 구해지며, 제시된 보기 ②의 식이 이에 해당합니다.

15번

그림과 같은 외팔보가 집중 하중 P를 받고 있을 때, 자유단에서의 처짐 δA는? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 자유단 집중하중을 받는 외팔보의 처짐 공식 δA=PL³/3EI이며, 이를 나타낸 보기 ④가 정답입니다.

16번

무게가 각각 300N, 100N인 물체 A, B가 경사면 위에 놓여있다. 물체 B와 경사면과는 마찰이 없다고 할 때 미끄러지지 않을 물체 A와 경사면과의 최소 마찰 계수는 얼마인가?

1. 0.19

2. 0.58

3. 0.77

4. 0.94

정답 3번

해설. 경사면 위 두 물체의 힘 평형(마찰이 없는 B, 마찰이 있는 A)을 세워 풀면 A와 경사면 사이 최소마찰계수는 약 0.77입니다.

17번

그림과 같은 가는 곡선보가 1/4 원 형태로 있다. 이 보의 B단에 M0의 모멘트를 받을 때, 자유단의 기울기는? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 1/4 원호 곡선보에 B단에서 모멘트 M0가 작용할 때 카스틸리아노 정리로 자유단 기울기를 구하면 보기 ①의 식과 일치합니다.

18번

그림과 같은 직사각형 단면의 단순보 AB에 하중이 작용할 때, A단에서 20 ㎝ 떨어진 곳의 굽힘 응력은 몇 MPa인가? (단, 보의 폭은 6 ㎝이고, 높이는 12 ㎝이다.)

1. 2.3

2. 1.9

3. 3.7

4. 2.9

정답 1번

해설. 굽힘응력 σ=M·c/I를 A단에서 20cm 지점의 굽힘모멘트와 단면(6×12cm) 성질로 계산하면 약 2.3 MPa 입니다.

19번

그림과 같은 계단 단면의 중실 원형축의 양단을 고정하고 계단 단면부에 비틀림 모멘트 T가 작용할 경우 지름 D1과 D2의 축에 작용하는 비틀림 모멘트의 비 T1/T2 은? (단, D1 = 8 ㎝, D2 = 4 ㎝, ℓ1 = 40 ㎝, ℓ2 = 10 ㎝ 이다.)

1. 2

2. 4

3. 8

4. 16

정답 2번

해설. 양단 고정 계단축에서 각 구간의 비틀림각이 같다는 적합조건(T1L1/GJ1=T2L2/GJ2)을 적용하면 T1/T2=(L2/L1)(D1/D2)⁴=(10/40)×(8/4)⁴=0.25×16=4 입니다.

20번

양단이 힌지인 기둥의 길이가 2 m이고, 단면이 직사각형 (30 ㎜ × 20 ㎜) 인 압축 부재의 좌굴하중을 오일러 공식으로 구하면 몇 kN인가? (단, 부재의 탄성 계수는 200 GPa이다.)

1. 9.9 kN

2. 11.1 kN

3. 19.7 kN

4. 22.2 kN

정답 1번

해설. 양단 힌지(k=1) 오일러 좌굴하중 Pcr=π²EI/L², I=bh³/12=30×20³/12=2×10⁴mm⁴로 계산하면 Pcr≈9.9 kN 입니다.

21번

이상기체의 등온과정에 관한 설명 중 옳은 것은?

1. 엔트로피 변화가 없다.

2. 엔탈피 변화가 없다.

3. 열 이동이 없다.

4. 일이 없다.

정답 2번

해설. 이상기체 등온과정에서는 온도가 일정하므로 내부에너지와 엔탈피(H=U+PV=U+mRT) 모두 변화가 없습니다. 다만 일과 열은 존재하므로 정답은 '엔탈피 변화가 없다'입니다.

22번

실린더에 밀폐된 8 ㎏ 의 공기가 그림과 같이 P1 = 800 kPa, 체적 V1 = 0.27 ㎥에서 P2 = 350 kPa, 체적 V2 = 0.80 ㎥으로 직선 변화하였다. 이 과정에서 공기가 한 일은 약 몇 kJ인가?

1. 254

2. 305

3. 382

4. 390

정답 2번

해설. P-V선도 상 직선변화의 일은 사다리꼴 면적으로 W=(P1+P2)/2×(V2-V1)=(800+350)/2×(0.80-0.27)≈305 kJ 입니다.

23번

용기에 부착된 압력계에 읽힌 계기압력이 150 kPa이고 국소대기압이 100 kPa일 때 용기 안의 절대 압력은?

1. 250 kPa

2. 150 kPa

3. 100 kPa

4. 50 kPa

정답 1번

해설. 절대압력=계기압력+대기압=150+100=250 kPa 입니다.

24번

해수면 아래 20 m에 있는 수중다이버에게 작용하는 절대압력은 약 얼마인가? (단, 대기압은 101 kPa이고, 해수의 비중은 1.03 이다.)

1. 101 kPa

2. 202 kPa

3. 303 kPa

4. 504 kPa

정답 3번

해설. 절대압력=대기압+ρgh=101+ (1030×9.81×20)/1000≈101+202=303 kPa 입니다.

25번

상태와 상태량과의 관계에 대한 설명 중 틀린 것은?

1. 순수물질 단순 압축성 시스템의 상태는 2개의 독립적 강도성 상태량에 의해 완전하게 결정된다.

2. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력과 온도에 의해 완전하게 결정된다.

3. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 온도와 비체적에 의해 완전하게 결정된다.

4. 상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력와 비체적에 의해 완전하게 결정된다.

정답 2번

해설. 상변화 구간에서는 압력과 온도가 서로 종속(포화상태에서 일대일 대응)되어 독립 상태량이 될 수 없으므로 '압력과 온도로 완전히 결정된다'는 설명이 틀립니다.

26번

압축기 입구 온도가 -10 ℃, 압축기 출구 온도가 100 ℃, 팽창기 입구 온도가 5 ℃, 팽창기 출구 온도가 -75 ℃로 작동되는 공기 냉동기의 성능계수는? (단, 공기의 Cp는 1.0035 kJ/㎏·℃ 로서 일정하다.)

1. 0.56

2. 2.17

3. 2.34

4. 3.17

정답 2번

해설. 공기 냉동사이클 COP=(T1-T4)/[(T2-T1)-(T3-T4)]=(263-198)/[(373-263)-(278-198)]=65/30≈2.17 입니다.

27번

자연계의 비가역 변화와 관련 있는 법칙은?

1. 제 0법칙

2. 제 1법칙

3. 제 2법칙

4. 제 3법칙

정답 3번

해설. 자연계의 비가역 변화(엔트로피 증가 방향성)는 열역학 제2법칙과 관련됩니다.

28번

공기 2 ㎏이 300 K, 600 kPa 상태에서 500 K, 400 kPa 상태로 가열된다. 이 과정 동안의 엔트로피 변화량은 약 얼마인가? (단, 공기의 정적비열과 정압비열은 각각 0.717 kJ/㎏·K과 1.004 kJ/㎏·K로 일정하다.)

1. 0.73 kJ/K

2. 1.83 kJ/K

3. 1.02 kJ/K

4. 1.26 kJ/K

정답 4번

해설. ΔS=m[Cp·ln(T2/T1)-R·ln(P2/P1)], R=Cp-Cv=0.287 kJ/kg·K로 계산하면 ΔS=2×[1.004×ln(500/300)-0.287×ln(400/600)]≈1.26 kJ/K 입니다.

29번

기본 Rankine 사이클의 터빈 출구 엔탈피 hte = 1200 kJ/㎏, 응축기 방열량 qL = 1000 kJ/㎏, 펌프 출구 엔탈피 hpe = 210 kJ/㎏, 보일러 가열량 qH = 1210 kJ/㎏이다. 이 사이클의 출력일은?

1. 210 kJ/kg

2. 220 kJ/kg

3. 230 kJ/kg

4. 420 kJ/kg

정답 1번

해설. 랭킨사이클 출력일 wnet=qH-qL=1210-1000=210 kJ/kg 입니다.

30번

오토사이클 (Otto cycle)의 압축비 ε = 8 이라고 하면 이론 열효율은 약 몇 % 인가? (단, k = 1.4이다.)

1. 36.8%

2. 46.7%

3. 56.5%

4. 66.6%

정답 3번

해설. 오토사이클 효율 η=1-(1/ε)^(k-1)=1-(1/8)^0.4≈0.565=56.5% 입니다.

31번

역 카르노사이클로 작동하는 증기압축 냉동 사이클에서 고열원의 절대온도를 TH, 저열원의 절대온도를 TL이라 할 때,

=1.6이다. 이 냉동사이클이 저열원으로부터 2.0 kW의 열을 흡수한다면 소요 동력은?

1. 0.7 ㎾

2. 1.2 ㎾

3. 2.3 ㎾

4. 3.9 ㎾

정답 2번

해설. 역카르노 냉동사이클에서 TH/TL=1.6이므로 COP=TL/(TH-TL)=1/0.6≈1.67이고, 소요동력=qL/COP=2.0/1.67≈1.2 kW 입니다.

32번

펌프를 사용하여 150 kPa, 26 ℃의 물을 가역 단열과정으로 650 kPa로 올리려고 한다. 26 ℃의 포화액의 비체적이 0.001 ㎥/㎏이면 펌프일은?

1. 0.4 kJ/㎏

2. 0.5 kJ/㎏

3. 0.6 kJ/㎏

4. 0.7 kJ/㎏

정답 2번

해설. 가역단열 펌프일 wp=v·ΔP=0.001×(650-150)=0.5 kJ/kg 입니다.

33번

출력이 50 ㎾인 동력 기관이 한 시간에 13 ㎏의 연료를 소모한다. 연료의 발열량이 45000 kJ/㎏이라면, 이 기관의 열효율은 약 얼마인가?

1. 25%

2. 28%

3. 31%

4. 36%

정답 3번

해설. 연료 공급열=13kg/hr×45000kJ/kg÷3600s=162.5kW이고 열효율η=50/162.5≈31% 입니다.

34번

배기체적이 1200 cc, 간극체적이 200 cc의 가솔린 기관의 압축비는 얼마인가?

1. 5

2. 6

3. 7

4. 8

정답 3번

해설. 압축비 ε=(Vs+Vc)/Vc=(1200+200)/200=7 입니다.

35번

분자량이 30인 C2H6(에탄)의 기체상수는 몇 kJ/㎏·K인가?

1. 0.277

2. 2.013

3. 19.33

4. 265.43

정답 1번

해설. 기체상수 R=R̄/M=8.314/30≈0.277 kJ/kg·K 입니다.

36번

절대 온도가 0에 접근할수록 순수 물질의 엔트로피는 0에 접근한다는 절대 엔트로피 값의 기준을 규정한 법칙은?

1. 열역학 제 0법칙 이다.

2. 열역학 제 1법칙 이다.

3. 열역학 제 2법칙 이다.

4. 열역학 제 3법칙 이다.

정답 4번

해설. 절대온도 0에서 순수물질의 엔트로피가 0에 수렴한다는 것은 열역학 제3법칙의 내용입니다.

37번

어떤 냉장고에서 엔탈피 17 kJ/㎏의 냉매가 질량 유량 80 ㎏/hr로 증발기에 들어가 엔탈피 36 kJ/㎏가 되어 나온다. 이 냉장고의 냉동능력은?

1. 1220 kJ/hr

2. 1800 kJ/hr

3. 1520 kJ/hr

4. 2000 kJ/hr

정답 3번

해설. 냉동능력=질량유량×엔탈피차=80×(36-17)=1520 kJ/hr 입니다.

38번

대기압 하에서 물을 20 ℃에서 90 ℃로 가열하는 동안의 엔트로피 변화량은 약 얼마인가? (단, 물의 비열은 4.184 kJ/㎏·K로 일정하다.)

1. 0.8 kJ/㎏·K

2. 0.9 kJ/㎏·K

3. 1.0 kJ/㎏·K

4. 1.2 kJ/㎏·K

정답 2번

해설. 물을 정압가열할 때 엔트로피 변화 ΔS=c·ln(T2/T1)=4.184×ln(363/293)≈0.9 kJ/kg·K 입니다.

39번

클라우지우스(Clausius) 부등식을 표현한 것으로 옳은 것은? (단, T는 절대 온도, Q는 열량을 표시한다.)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 클라우지우스 부등식은 ∮(δQ/T)≤0으로 표현되며, 등호는 가역, 부등호는 비가역 사이클에 해당합니다.

40번

두께 1 ㎝, 면적 0.5 ㎡의 석고판의 뒤에 가열판이 부착되어 1000 W의 열을 전달한다. 가열판의 뒤는 완전히 단열되어 열은 앞면으로만 전달된다. 석고판 앞면의 온도는 100 ℃이다. 석고의 열전도율이 k = 0.79 W/m·K일 때 가열판에 접하는 석고면의 온도는 약 몇 ℃인가?

1. 110

2. 125

3. 150

4. 212

정답 2번

해설. 정상상태 전도 Q=kAΔT/L에서 ΔT=QL/(kA)=1000×0.01/(0.79×0.5)≈25.3℃이므로 가열판 접촉면 온도는 100+25.3≈125℃ 입니다.

41번

정상, 균일유동장 속에 유동 방향과 평행하게 놓여진 평판 위에 발생하는 층류 경계층의 두께 δ는 x를 평판 선단으로부터의 거리라 할 때, 비례값은?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 평판 위 층류 경계층 두께는 δ=5x/√Rex 형태로 x^(1/2)에 비례하며, 이를 나타낸 관계식이 정답입니다.

42번

다음 중 유체에 대한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

1. 점성은 유체의 운동을 방해하는 저항의 척도로서 유속에 비례한다.

2. 비점성유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다.

3. 정지유체 내에서는 전단응력이 작용하지 않는다.

4. 점성이 클수록 전단응력이 크다.

정답 1번

해설. 점성은 유속에 비례하는 값이 아니라 유체 고유의 물성치이므로(전단응력이 속도구배에 비례) '유속에 비례한다'는 설명이 틀립니다.

43번

안지름 0.1 m인 파이프 내를 평균 유속 5 m/s로 어떤 액체가 흐르고 있다. 길이 100 m 사이의 손실수두는 약 몇 m인가? (단, 관내의 흐름으로 레이놀즈수는 1000이다.)

1. 81.6

2. 50

3. 40

4. 16.32

정답 1번

해설. Re=1000<2300이므로 층류이며 f=64/Re=0.064, 손실수두 hL=f(L/D)(V²/2g)=0.064×(100/0.1)×(25/19.62)≈81.6 m 입니다.

44번

중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는? (단, ρ : 밀도, V : 속도, l : 특성 길이, μ : 점성계수, P : 압력, g : 중력가속도, c : 소리의 속도)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 중력과 관성력의 비로 정의되는 무차원수는 프루드수 Fr=V/√(gl)이며, 이를 나타낸 식이 정답입니다.

45번

다음 중 체적 탄성 계수와 차원이 같은 것은?

1. 힘

2. 체적

3. 속도

4. 전단응력

정답 4번

해설. 체적탄성계수 K=-VdP/dV는 압력(응력)과 같은 차원(힘/면적)을 가지므로 전단응력과 같은 차원입니다.

46번

압력구배가 영인 평판위의 경계층 유동과 관련된 설명 중 틀린 것은?

1. 표면조도가 천이에 영향을 미친다.

2. 경계층 외부유동에서의 교란정도가 천이에 영향을 미친다.

3. 층류에서 난류로의 천이는 거리를 기준으로 하는 Reynolds 수의 영향을 받는다.

4. 난류의 속도 분포는 층류보다 덜 평평하고 층류경계층보다 다소 얇은 경계층을 형성한다.

정답 4번

해설. 난류 경계층의 속도분포는 층류보다 더 평평(균일)하고, 경계층 두께도 층류보다 더 두꺼워지는 경향이 있으므로 '덜 평평하고 얇다'는 설명이 틀립니다.

47번

한 변이 1 m인 정육면체 나무토막의 아랫면에 1080 N의 납을 매달아 물속에 넣었을 때, 물 위로 떠오르는 나무토막의 높이는 몇 ㎝인가? (단, 나무토막의 비중은 0.45, 납의 비중은 11이고 나무토막의 밑면은 수평을 유지한다.)

1. 55

2. 48

3. 45

4. 42

정답 3번

해설. 나무·납 전체 무게와 부력을 평형시키면(나무 SG=0.45, 납 SG=11, 납무게 1080N) 물 위로 뜬 높이는 약 45 cm 입니다.

48번

유선(streamline)에 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 유선으로 만들어지는 관을 유관(streamtube)이라 부르며, 두께가 없는 관벽을 형성한다.

2. 유선 위에 있는 유체의 속도 벡터는 유선의 접선방향이다.

3. 비정상 유동에서 속도는 유선에 따라 시간적으로 변화할 수 있으나, 유선 자체는 움직일 수 없다.

4. 정상유동일 때 유선은 유체의 입자가 움직이는 궤적이다.

정답 3번

해설. 비정상유동에서는 유선 자체도 시간에 따라 변화(이동)할 수 있으므로 '유선 자체는 움직일 수 없다'는 설명이 틀립니다.

49번

속도 15 m/s 로 항해하는 길이 80 m의 화물선의 조파 저항에 관한 성능을 조사하기 위하여 수조에서 길이 3.2 m의 모형 배로 실험을 할 때 필요한 모형 배의 속도는 몇 m/s 인가?

1. 9.0

2. 3.0

3. 0.33

4. 0.11

정답 2번

해설. 프루드 상사법칙에 따라 모형 속도 Vm=Vp√(Lm/Lp)=15×√(3.2/80)=15×0.2=3 m/s 입니다.

50번

길이 20 m의 매끈한 원관에 비중 0.8의 유체가 평균속도 0.3 m/s로 흐를 때, 압력손실은 약 얼마인가? (단, 원관의 안지름은 50 ㎜, 점성계수는 8 ×10-3 Pa·s이다.)

1. 614 Pa

2. 734 Pa

3. 1235 Pa

4. 1440 Pa

정답 1번

해설. Re=ρVD/μ=800×0.3×0.05/0.008=1500(층류), f=64/Re≈0.0427, ΔP=f(L/D)(ρV²/2)≈614 Pa 입니다.

51번

관로내 물(밀도 1000 ㎏/㎥)이 30 m/s로 흐르고 있으며 그 지점의 정압이 100 kPa일 때, 정체압은 몇 kPa인가?

1. 0.45

2. 100

3. 450

4. 550

정답 4번

해설. 정체압=정압+동압=P+ρV²/2=100000+1000×30²/2=550 kPa 입니다.

52번

원관에서 난류로 흐르는 어떤 유체의 속도가 2배가 되었을 때, 마찰계수가

배로 줄었다. 이때 압력손실은 몇 배인가?

1.

배

2.

배

3. 2배

4. 4배

정답 2번

해설. 압력손실은 ΔP∝f·V²이므로 마찰계수 감소분과 속도 2배(V²→4배)를 곱한 비율로 정해지며, 제시된 보기 ②의 배수가 정답입니다.

53번

아래 그림과 같이 직경이 2 m, 길이가 1 m인 관에 비중량 9800 N/㎥인 물이 반 차있다. 이 관의 아래쪽 사분면 AB 부분에 작용하는 정수력의 크기는?

1. 4900 N

2. 7700 N

3. 9120 N

4. 12600 N

정답 3번

해설. 반원통 하부 사분면에 작용하는 정수력은 수평분력(γ·h̄·A)과 수직분력(곡면 위 가상수체의 무게)의 합력으로 계산되며 그 크기는 약 9120 N 입니다.

54번

항력에 관한 일반적인 설명 중 틀린 것은?

1. 난류는 항상 항력을 증가시킨다.

2. 거친 표면은 항력을 감소시킬 수 있다.

3. 항력은 압력과 마찰력에 의해서 발생한다.

4. 레이놀즈수가 아주 작은 유동에서 구의 항력은 유체의 점성계수에 비례한다.

정답 1번

해설. 난류가 항상 항력을 증가시키는 것은 아니며(딤플 등으로 박리 지연시 오히려 항력 감소) '항상 증가시킨다'는 설명은 틀립니다.

55번

다음 중 질량 보존을 표현한 것으로 가장 거리가 먼 것은? (단, ρ는 유체의 밀도, A은 관의 단면적, V는 유체의 속도이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 질량보존(연속) 방정식은 ρAV=일정 형태이며, 이를 만족하지 않는 식이 정답에 해당합니다.

56번

유속 3 m/s로 흐르는 물속에 흐름방향의 직각으로 피토관을 세웠을 때, 유속에 의해 올라가는 수주의 높이는 약 몇 m인가?

1. 0.46

2. 0.92

3. 4.6

4. 9.2

정답 1번

해설. 피토관 수주 높이 h=V²/2g=3²/(2×9.81)≈0.46 m 입니다.

57번

공기가 기압 200 kPa 일 때, 20 ℃에서 공기의 밀도는 약 몇 ㎏/㎥인가? (단, 이상기체이며, 공기의 기체상수 R = 287 J/㎏·K이다.)

1. 1.2

2. 2.38

3. 1.0

4. 999

정답 2번

해설. 이상기체 상태방정식 ρ=P/RT=200000/(287×293)≈2.38 kg/m³ 입니다.

58번

그림과 같이 경사관 마노미터의 직경 D = 10d이고 경사관은 수평면에 대해 θ만큼 기울여져 있으며 대기 중에 노출되어 있다. 대기압보다 Δp의 큰 압력이 작용할 때, L과 Δp와 관계로 옳은 것은? (단, 점선은 압력이 가해지기 전 액체의 높이이고, 액체의 밀도는 ρ, θ = 30˚이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 경사관 마노미터에서 압력차 Δp와 경사거리 L의 관계는 면적비(D/d)²와 sinθ를 반영한 식으로 표현되며 제시된 보기 ②가 이에 해당합니다.

59번

비점성, 비압축성 유체가 그림과 같이 작은 구멍을 향해 쐐기모양의 벽면 사이를 흐른다. 이 유동을 근사적으로 표현하는 무차원 속도 포텐셜이 Ø = -2ln r 로 주어질 때 r = 1인 지점에서의 유속 V는 몇 m/s인가? (단, 로 정의한다.)

1. 0

2. 1

3. 2

4. π

정답 3번

해설. 속도포텐셜 Φ=-2ln r에서 유속 V=|dΦ/dr|=2/r이므로 r=1에서 V=2 m/s 입니다.

60번

그림과 같은 노즐을 통하여 유량 Q만큼의 유체가 대기로 분출될 때, 노즐에 미치는 유체의 힘 F는? (단, A1, A2는 노즐의 단면 1, 2에서의 단면적이고 ρ는 유체의 밀도이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 운동량 방정식을 노즐 출구·입구 단면에 적용하면 노즐에 작용하는 힘 F는 유량·밀도·단면적 항으로 구성된 보기 ④의 식과 일치합니다.

61번

배빗메탈 이라고도 하는 베어링용 합금인 화이트 메탈의 주요성분으로 옳은 것은?

1. Pb-W-Sn

2. Fe-Sn-Cu

3. Sn-Sb-Cu

4. Zn-Sn-Cr

정답 3번

해설. 화이트메탈(배빗메탈)의 주성분은 Sn-Sb-Cu 계열입니다.

62번

고속도강의 특성을 설명한 것 중 틀린 것은?

1. 열처리에 의하여 경화하는 성질이 있다.

2. 내마모성이 크다.

3. 마텐자이트(martensite)가 안정되어, 600 ℃까지는 고속으로 절삭이 가능하다.

4. 고Mn강, 칠드주철, 경질유리 등의 절삭에 적합하다.

정답 4번

해설. 고속도강은 고Mn강·칠드주철·경질유리 등 초고경도 재료의 절삭에는 부적합하며(초경합금 등이 필요) 이 설명이 틀립니다.

63번

충격에는 약하나 압축강도는 크므로 공작기계의 베드, 프레임, 기계 구조물의 몸체 등에 가장 적합한 재질은?

1. 합금공구강

2. 탄소강

3. 고속도강

4. 주철

정답 4번

해설. 주철은 압축강도가 크고 충격에 약한 특성이 있어 공작기계 베드·프레임 등 구조물에 적합합니다.

64번

탄소강을 경화 열처리 할 때 균열을 일으키지 않게 하는 가장 안전한 방법은?

1. Ms점까지는 급냉하고 Ms, Mf사이는 서냉한다.

2. Mf점 이하까지 급냉한 후 저온도로 뜨임한다.

3. Ms점까지 서냉하여 내외부가 동일온도가 된 후 급냉한다.

4. Ms, Mf 사이의 온도까지 서냉한 후 급냉한다.

정답 1번

해설. Ms점까지 급냉한 후 Ms~Mf 구간을 서냉하는 마템퍼링(martempering) 방식이 균열 없이 경화시키는 가장 안전한 방법입니다.

65번

오일리스 베어링과 관계가 없는 것은?

1. 구리와 납의 합금이다.

2. 기름보급이 곤란한 곳에 적당하다.

3. 너무 큰 하중이나 고속회전부에는 부적당하다.

4. 구리, 주석, 흑연의 분말을 혼합 성형한 것이다.

정답 1번

해설. 오일리스 베어링은 구리-주석-흑연 등의 분말을 소결 성형한 것으로, '구리와 납의 합금'이라는 설명은 오일리스 베어링과 관계가 없습니다.

66번

백주철을 열처리로에서 가열한 후 탈탄시켜, 인성을 증가시킨 주철은?

1. 가단주철

2. 희주철

3. 보통주철

4. 구상흑연주철

정답 1번

해설. 백주철을 탈탄 열처리하여 인성을 높인 것이 가단주철입니다.

67번

탄소강에 함유되어 있는 원소 중 많이 함유되면 적열 취성의 원인이 되는 것은?

1. 인

2. 규소

3. 구리

4. 황

정답 4번

해설. 황(S)이 많이 함유되면 적열취성(고온에서 균열이 발생하는 성질)의 원인이 됩니다.

68번

쾌삭강 (Free cutting steel)에 절삭속도를 크게하기 위하여 첨가하는 주된 원소는?

1. Ni

2. Mn

3. W

4. S

정답 4번

해설. 쾌삭강에서 절삭속도를 높이기 위해 첨가하는 주된 원소는 황(S)입니다.

69번

특수강인 Elinvar의 성질은 어느 것인가?

1. 열팽창계수가 크다.

2. 온도에 따른 탄성률의 변화가 적다.

3. 소결합금이다.

4. 전기전도도가 아주 좋다.

정답 2번

해설. 엘린바(Elinvar)는 온도 변화에 따른 탄성률 변화가 매우 작은 정밀기기·스프링용 특수강입니다.

70번

철강재료의 열처리에서 많이 이용되는 S곡선이란 어떤 것을 의미하는가?

1. T.T.L 곡선

2. S.C.C 곡선

3. T.T.T 곡선

4. S.T.S 곡선

정답 3번

해설. 철강 열처리에서 온도-시간-변태 관계를 나타낸 곡선은 TTT곡선(S곡선)입니다.

71번

그림과 같은 유압 잭에서 지름이 D2 = 2D1 일 때 누르는 힘 F1 과 F2 의 관계를 나타낸 식으로 옳은 것은?

1. F2 = F1

2. F2 = 2F1

3. F2 = 4F1

4. F2 = 8F1

정답 3번

해설. 파스칼의 원리 F2=F1(A2/A1)=F1(D2/D1)²이고 D2=2D1이므로 F2=4F1 입니다.

72번

다음 중 작동유의 방청제로서 가장 적당한 것은?

1. 실리콘유

2. 이온화합물

3. 에나멜화합물

4. 유기산 에스테르

정답 4번

해설. 작동유의 방청제로는 부식을 억제하는 유기산 에스테르가 주로 사용됩니다.

73번

그림과 같은 회로도는 크기가 같은 실린더로 동조하는 회로이다. 이 동조회로의 명칭으로 가장 적합한 것은?

1. 래크와 피니언을 사용한 동조회로

2. 2개의 유압모터를 사용한 동조회로

3. 2개의 릴리프 밸브를 사용한 동조회로

4. 2개의 유량제어 밸브를 사용한 동조회로

정답 2번

해설. 동일 크기 실린더 2개를 동조시키는 회로로는 2개의 유압모터를 이용해 유량을 동기화하는 방식이 대표적입니다.

74번

펌프의 무부하 운전에 대한 장점이 아닌 것은?

1. 작업시간 단축

2. 구동동력 경감

3. 유압유의 열화 방지

4. 고장방지 및 펌프의 수명 연장

정답 1번

해설. 무부하 운전은 동력 절감·유온 상승 방지·펌프 수명 연장에 도움이 되지만 작업시간 단축과는 관계가 없어 이 항목이 장점이 아닙니다.

75번

그림과 같은 압력제어 밸브의 기호가 의미하는 것은?

1. 정압 밸브

2. 2-way 감압 밸브

3. 릴리프 밸브

4. 3-way 감압 밸브

정답 3번

해설. 제시된 기호는 설정압력 이상에서 유체를 배출시켜 회로압을 제한하는 릴리프 밸브를 나타냅니다.

76번

유압펌프에 있어서 체적효율이 90%이고 기계 효율이 80%일 때 유압펌프의 전효율은?

1. 23.7%

2. 72%

3. 88.8%

4. 90%

정답 2번

해설. 펌프 전효율=체적효율×기계효율=0.9×0.8=0.72=72% 입니다.

77번

베인모터의 장점에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

1. 베어링 하중이 작다.

2. 정·역회전이 가능하다.

3. 토크 변동이 비교적 작다.

4. 기동시나 저속 운전시 효율이 높다.

정답 4번

해설. 베인모터는 기동 시나 저속 운전 시 누설로 인해 오히려 효율이 낮아지므로 '저속에서 효율이 높다'는 설명은 옳지 않습니다.

78번

램이 수직으로 설치된 유압 프레스에서 램의 자중에 의한 하강을 막기 위해 배압을 주고자 설치하는 밸브로 적절한 것은?

1. 로터리 베인 밸브

2. 파일럿 체크 밸브

3. 블리드 오프 밸브

4. 카운터 밸런스 밸브

정답 4번

해설. 수직 램의 자중 낙하를 막기 위해 배압을 걸어주는 밸브는 카운터밸런스 밸브입니다.

79번

유압기기와 관련된 유체의 동역학에 관한 설명으로 옳은 것은?

1. 유체의 속도는 단면적이 큰 곳에서는 빠르다.

2. 유속이 작고 가는 관을 통과할 때 난류가 발생한다.

3. 유속이 크고 굵은 관을 통과할 때 층류가 발생한다.

4. 점성이 없는 비압축성의 액체가 수평관을 흐를 때, 압력수두와 위치수두 및 속도수두의 합은 일정하다.

정답 4번

해설. 비압축성·비점성 유체가 수평관을 흐를 때 압력수두+위치수두+속도수두의 합이 일정하다는 것은 베르누이 정리로, 옳은 설명입니다.

80번

유압 배관 중 석유계 작동유에 대하여 산화작용을 조장하는 촉매역할을 하기 때문에 내부에 카드뮴 또는 니켈을 도금하여 사용하여야 하는 것은?

1. 동관

2. PPC관

3. 엑셀관

4. 고무관

정답 1번

해설. 동관은 광물성 작동유의 산화를 촉진하는 촉매작용을 하므로 내부에 카드뮴이나 니켈 도금을 하여 사용합니다.

81번

조립형 프레임이 주조 프레임과 비교할 때 장점이 아닌 것은?

1. 무게가 1/4정도 감소된다.

2. 파손된 프레임의 수리가 비교적 용이하다.

3. 기계가공이나 설계 후 오차 수정이 용이하다.

4. 프레임이 복잡하거나 무게가 비교적 큰 경우에 적합하다.

정답 4번

해설. 조립형 프레임은 크고 복잡한 구조물보다는 오히려 소형·단순 구조나 수리가 잦은 경우에 유리하며, '복잡하거나 무게가 큰 경우 적합'은 주조 프레임의 장점이므로 이 설명은 틀립니다.

82번

고상용접(Solid State Welding) 형식이 아닌 것은?

1. 롤 용접

2. 고온압접

3. 압출용접

4. 전자빔 용접

정답 4번

해설. 전자빔용접은 용융을 동반하는 융접(고에너지빔 용접)이며, 롤용접·고온압접·압출용접과 달리 고상용접에 속하지 않습니다.

83번

판재의 두께 6 ㎜, 원통의 바깥지름 500 ㎜인 원통의 마름질한 판뜨기의 길이 [㎜]는 약 얼마인가?

1. 1532

2. 1542

3. 1552

4. 1562

정답 3번

해설. 판뜨기 전개길이는 중립면 지름을 기준으로 L=π(D-t)=π(500-6)≈1552 mm 입니다.

84번

금속표면에 크롬을 고온에서 확산 침투시키는 것을 크로마이징(cromizing)이라 한다. 이는 주로 어떤 성질을 향상시키기 위함인가?

1. 인성

2. 내식성

3. 전연성

4. 내충격성

정답 2번

해설. 크로마이징은 금속 표면에 크롬을 확산 침투시켜 내식성을 향상시키는 표면처리법입니다.

85번

단조를 위한 재료의 가열법 중 틀린 것은?

1. 너무 과열되지 않게 한다.

2. 될수록 급격히 가열하여야 한다.

3. 너무 장시간 가열하지 않도록 한다.

4. 재료의 내외부를 균일하게 가열한다.

정답 2번

해설. 단조 가열 시 급격한 가열은 재료 표면과 내부의 온도차로 균열을 유발할 수 있어 피해야 하므로 '급격히 가열하여야 한다'는 설명이 틀립니다.

86번

주조에서 열점(hot spot)의 정의로 옳은 것은?

1. 유로의 확대부

2. 응고가 가장 더딘 부분

3. 유로 단면적이 가장 좁은 부분

4. 주조시 가장 고온이 되는 부분

정답 2번

해설. 열점(hot spot)이란 주형 내에서 응고가 가장 늦게 진행되어 마지막까지 액상으로 남는 부분을 말합니다.

87번

방전가공에서 가장 기본적인 회로는?

1. RC 회로

2. 고전압법 회로

3. 트랜지스터 회로

4. 임펄스 발전기회로

정답 1번

해설. 방전가공의 가장 기본적인 회로는 콘덴서 충방전을 이용하는 RC회로입니다.

88번

슈퍼 피니싱에 관한 내용으로 틀린 것은?

1. 숫돌 길이는 일감 길이과 같은 것을 일반적으로 사용한다.

2. 숫돌의 폭은 일감의 지름과 같은 정도의 것이 일반적으로 쓰인다.

3. 원통의 외면, 내면, 평면을 다듬을 수 있으므로 많은 기계 부품의 정밀 다듬질에 응용된다.

4. 접촉면적이 넓으므로 연식작업에서 나타난 이송선, 숫돌이 떨림으로 나타난 자리는 완전히 없앨 수 없다.

정답 2번

해설. 슈퍼피니싱에서 숫돌 폭은 일감 지름보다 작게 사용하는 것이 일반적이므로 '일감 지름과 같은 정도'라는 설명은 틀립니다.

89번

밀링작업에서 분할대를 사용하여 원주를

씩 등분하는 방법으로 옳은 것은?

1. 18구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다.

2. 15구멍짜리에서 18구멍씩 돌린다.

3. 36구멍짜리에서 15구멍씩 돌린다.

4. 36구멍짜리에서 18구멍씩 돌린다.

정답 1번

해설. 분할대 단식분할법에서 특정 등분을 위해서는 분할판의 구멍수와 돌리는 구멍수의 조합(예: 18구멍판에서 15구멍씩)을 계산하여 사용합니다.

90번

측정기의 구조상에서 일어나는 오차로서 눈금 또는 피치의 불균일이나 마찰, 측정압 등의 변화 등에 의해 발생하는 오차는?

1. 개인 오차

2. 기기 오차

3. 우연 오차

4. 불합리 오차

정답 2번

해설. 눈금·피치의 불균일, 마찰, 측정압 변화 등 측정기 자체의 구조적 요인에 의한 오차는 기기오차입니다.

91번

직선운동을 하고 있는 한 질점의 위치가 s = 2t3-24t+6으로 주어졌다. 이 때 t = 0의 초기상태로부터 126 m/s의 속도가 될 때까지의 걸린 시간은 얼마인가? (단, s는 임의의 고정으로부터의 거리이고 단위는 m이며, 시간의 단위는 초(sec)이다.)

1. 2초

2. 4초

3. 5초

4. 6초

정답 3번

해설. v=ds/dt=6t²-24이며 v=126으로 놓으면 6t²=150, t²=25, t=5초 입니다.

92번

직경 600 ㎜인 플라이휠이 z축을 중심으로 회전하고 있다. 플라이휠의 원주상의 점 P의 가속도가 그림과 같은 위치에서 “a = -1.8i - 4.8j”라면 이 순간 플라이휠의 각가속도 a는 얼마인가? (단, i, j는 각각 x, y 방향의 단위벡터이다.)

1. 3 rad/s2

2. 4 rad/s2

3. 5 rad/s2

4. 6 rad/s2

정답 4번

해설. 주어진 가속도 벡터에서 접선가속도 성분(1.8 m/s²)을 반지름(R=0.3m)으로 나누면 각가속도 α=1.8/0.3=6 rad/s² 입니다.

93번

진자형 충격시험장치에 외부 작용력 P가 작용할 때, 물체의 회전축에 있는 베어링에 반작용력이 작용하지 않기 위한 점 A는?

1. 회전반경(radius of gyration)

2. 질량중심(center of mass)

3. 질량관성모멘트(mass moment of inertia)

4. 충격중심(center of percussion)

정답 4번

해설. 회전축 베어링에 충격력에 의한 반작용이 걸리지 않는 타격점을 충격중심(center of percussion)이라 합니다.

94번

다음 그림과 같은 두 개의 질량이 스프링에 연결되어 있다. 이 시스템의 고유진동수는?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 두 질량-스프링 시스템의 고유진동수는 등가강성과 등가질량을 이용한 표준식으로 구해지며 보기 ③의 식이 이에 해당합니다.

95번

질량 2000 ㎏의 자동차가 평평한 길을 시속 90 ㎞/h로 달리다 급제동을 걸었다. 바퀴와 노면사이의 동마찰계수가 0.45일 때 자동차의 정지거리는 몇 m인가?

1. 60

2. 71

3. 81

4. 86

정답 2번

해설. 제동 감속도 a=μg=0.45×9.81≈4.41 m/s², v=90km/h=25m/s이므로 정지거리 d=v²/2a=625/8.83≈71 m 입니다.

96번

1 자유도 진동계에서 다음 수식 중 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 1자유도 진동계의 운동방정식은 mẍ+cẋ+kx=0(또는 외력 포함) 형태이며, 이를 만족하는 보기 ①이 정답입니다.

97번

질량이 m인 쇠공을 높이 A에서 떨어뜨린다. 쇠공과 바닥 사이의 반발계수 e가 “0”이라면 충돌 후 쇠공이 튀어 오르는 높이 B는?

1. B=0

2. B<A

3. B=A

4. B>A

정답 1번

해설. 반발계수 e=√(B/A)에서 e=0이면 B=0, 즉 충돌 후 전혀 튀어 오르지 않습니다.

98번

진폭 2 ㎜, 진동수 250 ㎐로 진동하고 있는 물체의 최대 속도는 몇 m/s인가?

1. 1.57

2. 3.14

3. 4.71

4. 6.28

정답 2번

해설. 최대속도 vmax=Aω=A·2πf=0.002×2π×250≈3.14 m/s 입니다.

99번

질량과 탄성스프링으로 이루어진 시스템이 그림과 같이 자유낙하하고 평면에 도달한 후 스프링의 반력에 의해 다시 튀어 오른다. 질량 “m”의 속도가 최대가 될 때, 탄성스프링의 변형량(x)은? (단, 탄성스프링의 질량은 무시하며, 스프링상수는 k, 스프링의 바닥은 지면과 분리되지 않는다.)

1. 0

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 자유낙하 후 스프링이 눌리는 과정에서 질량의 속도는 가속도(합력)가 0이 되는 지점, 즉 스프링력이 중력과 같아지는 x=mg/k에서 최대가 됩니다.

100번

자동차 운전자가 정지된 차의 속도를 42 ㎞/h로 증가시켰다. 그 후 다른 차를 추월하기 위해 속도를 84 ㎞/h로 높였다. 그렇다면 42 ㎞/h에서 84 ㎞/h의 속도로 증가시킬 때 필요한 에너지는 처음 정지해 있던 차의 속도를 42 ㎞/h로 증가하는데 필요한 에너지의 몇 배인가? (단, 마찰로 인한 모든 에너지 손실은 무시한다.)

1. 1배

2. 2배

3. 3배

4. 4배

정답 3번

해설. 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하므로 (84²-42²):(42²-0²)=(7056-1764):1764=5292:1764=3:1로, 42→84km/h 구간에 필요한 에너지는 처음 구간의 3배입니다.

일반기계기사 필기 2015년 2회 기출문제

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