일반기계기사 필기 2016년 2회 기출문제 정답 및 해설

1번

그림과 같이 균일분포 하중 w를 받는 보에서 굽힘 모멘트 선도는?

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 등분포하중을 받는 단순보의 굽힘모멘트 선도는 양쪽 지점에서 0이고 중앙으로 갈수록 커지는 2차곡선(포물선) 형태이며, 이를 나타낸 보기 ④가 정답입니다.

2번

일단 고정 타단 롤러 지지된 부정정보의 중앙에 집중하중 P를 받고 있을 때, 롤러 지지점의 반력은 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 일단 고정 타단 롤러 지지보의 중앙에 집중하중 P가 작용할 때 처짐 적합조건을 풀면 롤러 지지점 반력은 5P/16이며, 이를 나타낸 보기 ②가 정답입니다.

3번

지름이 d인 짧은 환봉의 축 중심으로부터 a만큼 떨어진 지점에 편심압축하중이 P가 작용할 때 단면상에서 인장응력이 일어나지 않는 a 범위는?

1.

이내

2.

이내

3.

이내

4.

이내

정답 1번

해설. 편심압축을 받는 원형단면에서 인장응력이 발생하지 않으려면 하중이 단면의 핵심(core) 안, 즉 편심거리 a가 지름의 1/8 이내(a≤d/8)여야 하며, 이를 나타낸 보기 ①이 정답입니다.

4번

바깥지름 30 cm, 안지름 10 cm인 중공 원형 단면의 단면계수는 약 몇 ㎤ 인가?

1. 2618

2. 3927

3. 6584

4. 1309

정답 1번

해설. 중공원형단면 단면계수 Z=(π/32)(Do⁴-Di⁴)/Do=(π/32)(30⁴-10⁴)/30≈2618㎤ 입니다.

5번

그림과 같이 하중을 받는 보에서 전단력의 최대값은 약 몇 kN 인가?

1. 11 kN

2. 25 kN

3. 27 kN

4. 35 kN

정답 3번

해설. 하중 배치에 대한 전단력선도를 그려보면 지점 근처에서 최대전단력은 약 27kN으로 계산됩니다.

6번

그림과 같은 일단 고정 타단 롤러로 지지된 등분포하중을 받는 부정정보의 B단에서 반력은 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 일단 고정 타단 롤러 지지보에 등분포하중이 작용할 때 처짐 적합조건으로 부정정 반력을 구하면 롤러(B)측 반력은 3wL/8이며, 이를 나타낸 보기 ④가 정답입니다.

7번

그림과 같이 단붙이 원형축(Stepped Circular Shaft)의 풀리에 토크가 작용하여 평형상태에 있다. 이 축에 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa 인가?

1. 18.2

2. 22.9

3. 41.3

4. 147.4

정답 3번

해설. 각 구간의 극단면계수와 전달토크를 이용해 전단응력을 구하면 지름이 작은 구간에서 최대전단응력이 나타나며 계산 결과 약 41.3MPa 입니다.

8번

그림의 구조물이 수직하중 2P를 받을 때 구조물 속에 저장되는 탄성변형에너지는?(단, 단면적 A, 탄성계수 E는 모두 같다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 각 부재의 부재력을 구한 뒤 U=ΣN²L/(2AE)로 전체 변형에너지를 합산하면 보기 ③의 식과 일치합니다.

9번

지름이 동일한 봉 위에 위 그림과 같이 하중이 작용할 때 단면에 발생하는 축 하중 선도는 아래 그림과 같다. 단면 C에 작용하는 하중(F)는 얼마인가?

1. 150

2. 250

3. 350

4. 450

정답 3번

해설. 축하중 선도에서 각 구간의 하중차가 그 위치에 작용하는 하중과 같으므로, 축하중 선도의 단차를 읽으면 C단면에 작용하는 하중 F는 350N 입니다.

10번

강재의 인장시험 후 얻어진 응력-변형률 선도로부터 구할 수 없는 것은?

1. 안전계수

2. 탄성계수

3. 인장강도

4. 비례한도

정답 1번

해설. 안전계수는 재료의 허용응력과 사용조건(설계기준)에 따라 별도로 정하는 값으로, 응력-변형률 선도 자체에서 직접 구할 수 없습니다.

11번

두께 1.0 mm의 강판에 한 변의 길이가 25 mm인 정사각형 구멍을 펀칭하려고 한다. 이 강판의 전단 파괴응력이 250 MPa일 때 필요한 압축력은 몇 kN 인가?

1. 6.25

2. 12.5

3. 25.0

4. 156.2

정답 3번

해설. 정사각형 구멍의 전단면적=둘레×두께=(4×25)×1=100㎟이므로 압축력 F=τ×A=250×100=25000N=25kN 입니다.

12번

정육면체 형상의 짧은 기둥에 그림과 같이 측면에 홈이 파여져 있다. 도심에 작용하는 하중 P로 인하여 단면 m-n에 발생하는 최대 압축응력은 홈이 없을 때 압축응력의 몇 배인가?

1. 2

2. 4

3. 8

4. 12

정답 3번

해설. 홈 부분의 유효단면적이 줄어들면서 응력이 집중되어 최대압축응력이 커지며, 단면적 감소비를 고려하면 홈이 없을 때의 약 8배가 됩니다.

13번

길이가 L이고 지름이 d0 인 원통형의 나사를 끼워 넣을 때 나사의 단위 길이 당 t0 의 토크가 필요하다. 나사 재질의 전단탄성계수가 G일 때 나사 끝단 간의 비틀림 회전량(rad)은 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 단위길이당 토크 t0가 전 길이 L에 걸쳐 분포하므로 비틀림 회전량은 적분한 형태(∫t0x dx/GJ 꼴)로 표현되며, 이를 나타낸 보기 ①이 정답입니다.

14번

그림과 같이 순수 전단을 받는 요소에서 발생하는 전단응력 τ = 70 MPa, 재료의 세로탄성계수는 200 GPa, 포아송의 비는 0.25일 때 전단 변형률은 약 몇 rad 인가?

1. 8.75×10-4

2. 8.75×10-3

3. 4.38×10-4

4. 4.38×10-3

정답 1번

해설. 전단탄성계수 G=E/{2(1+ν)}=200/(2×1.25)=80GPa이며, 전단변형률 γ=τ/G=70/80000=8.75×10⁻⁴ rad 입니다.

15번

그림과 같은 단순 지지보의 중앙에 집중하중 P가 작용할 때 단면이 (가)일 경우의 처짐 y1은 단면이 (나)일 경우의 처짐 y2의 몇 배인가?(단, 보의 전체 길이 및 보의 굽힘 강성은 일정하며 자중은 무시한다.)

1. 4

2. 8

3. 16

4. 32

정답 2번

해설. 단순보 중앙처짐 δ=PL³/48EI에서 I=bh³/12이므로 단면(가)와 (나)의 폭·높이 비에 따라 I비가 달라지고, 처짐은 I에 반비례하므로 그 비율을 계산하면 y1은 y2의 8배가 됩니다.

16번

지름 35 cm의 차축이 0.2˚만큼 비틀렸다. 이때 최대 전단응력이 49 MPa이고, 재료의 전단 탄성계수가 80 GPa이라고 하면 이 차축의 길이는 약 몇 m 인가?

1. 2.0

2. 2.5

3. 1.5

4. 1.0

정답 4번

해설. 비틀림각 θ=TL/GJ, τmax=Tr/J 관계를 이용하면 θ=τmax·L/(G·r)이며, 여기서 L=θ·G·r/τmax=0.003491×80×10⁹×0.175/(49×10⁶)≈1.0m 입니다.

17번

그림과 같이 벽돌을 쌓아 올릴 때 최하단 벽돌의 안전계수를 20으로 하면 벽돌의 높이 h를 얼마만큼 높이 쌓을 수 있는가?(단, 벽돌의 비중량은 16 kN/㎥, 파괴 압축응력을 11 MPa로 한다.)

1. 34.3 m

2. 25.5 m

3. 45.0 m

4. 23.8 m

정답 1번

해설. 안전계수 20을 적용한 허용압축응력=11MPa/20=0.55MPa이며, 벽돌 자중에 의한 압축응력 σ=γh 관계에서 h=σallow/γ=550kPa/16kN/㎥≈34.3m까지 쌓을 수 있습니다.

18번

평면 응력상태에서 σx와 σy 만이 작용하는 2축 응력에서 모어원의 반지름이 되는 것은?
(단, σx > σy 이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 2축 응력상태(σx, σy)에서 모어원의 반지름은 두 응력 차의 절반, 즉 (σx-σy)/2이며, 이를 나타낸 보기 ④가 정답입니다.

19번

전단력 10 kN이 작용하는 지름 10 cm인 원형단면의 보에서 그 중립축 위에 발생하는 최대 전단응력은 약 몇 MPa 인가?

1. 1.3

2. 1.7

3. 130

4. 170

정답 2번

해설. 원형단면보의 최대전단응력 τmax=4F/(3πr²)=4×10000/(3π×0.05²)≈1.7MPa 입니다.

20번

지름 100 mm의 양단 지지보의 중앙에 2 kN의 집중하중이 작용할 때 보 속의 최대굽힘응력이 16 MPa일 경우 보의 길이는 약 몇 m 인가?

1. 1.51

2. 3.14

3. 4.22

4. 5.86

정답 2번

해설. 단순보 중앙집중하중의 최대굽힘응력 σ=8PL/(πd³)에서 L=σπd³/(8P)=16×10⁶×π×0.1³/(8×2000)≈3.14m 입니다.

21번

질량 1 kg의 공기가 밀폐계에서 압력과 체적이 100 kPd, 1 ㎥ 이었는데 폴리트로픽 과정(PVn = 일정)을 거쳐 체적이 0.5 ㎥ 이 되었다. 최종 온도(T2)와 내부 에너지의 변화량 (ΔU)은 각각 얼마인가?(단, 공기의 기체상수는 287 J/kg·K, 정적비열은 718 J/kg·K, 정압비열은 1005 J/kg·K, 폴리트로프 지수는 1.3 이다.)

1. T2 = 459.7 K, ΔU = 111.3 kJ

2. T2 = 459.7 K, ΔU = 79.9 kJ

3. T2 = 428.9 K, ΔU = 80.5 kJ

4. T2 = 428.9 K, ΔU = 57.8 kJ

정답 4번

해설. 이상기체 상태식으로 T1=P1V1/(mR)=100000/287≈348.4K, T2=T1(V1/V2)^(n-1)=348.4×2^0.3≈428.9K이며, ΔU=mCv(T2-T1)=718×80.5≈57.8kJ 입니다.

22번

카르노 열기관 사이클 A는 0℃ 와 100℃ 사이에서 작동되며 카르노 열기관 사이클 B는 100℃와 200℃ 사이에서 작동된다. 사이클 A의 효율(ηA)과 사이클 B의 효율(ηB)을 각각 구하면?

1. ηA = 26.80%, ηB = 50.00%

2. ηA = 26.80%, ηB = 21.14%

3. ηA = 38.75%, ηB = 50.00%

4. ηA = 38.75%, ηB = 21.14%

정답 2번

해설. 카르노효율 ηA=1-273/373≈26.80%, ηB=1-373/473≈21.14% 입니다.

23번

대기압 100 kPa에서 용기에 가득 채운 프로판을 일정한 온도에서 진공펌프를 사용하여 2 kPa까지 배기하였다. 용기 내에 남은 프로판의 중량은 처음 중량의 몇 % 정도 되는가?

1. 20%

2. 2%

3. 50%

4. 5%

정답 2번

해설. 등온배기에서 남은 기체의 비율은 압력비와 같으므로 2kPa/100kPa=2% 입니다.

24번

이상기체에서 엔탈피 h와 내부에너지 u, 엔트로피 s 사이에 성립하는 식으로 옳은 것은?(단, T는 온도, v는 체적, P는 압력이다.)

1. Tds = dh+vdP

2. Tds = dh-vdP

3. Tds = du-Pdv

4. Tds = dh+d(Pv)

정답 2번

해설. 엔탈피 정의 h=u+Pv를 미분하고 정리하면 Tds=dh-vdP의 관계식(Gibbs 식)이 성립합니다.

25번

온도 T2인 저온체에서 열량 QA를 흡수해서 온도가 T1인 고온체로 열량 QR를 방출할 때 냉동기의 성능계수(coefficient of performance)는?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 냉동기의 성능계수는 저열원에서 흡수한 열량을 소요일(=방출열-흡수열)로 나눈 값이며, 이를 나타낸 보기 ③이 정답입니다.

26번

비열비가 k인 이상기체로 이루어진 시스템이 정압과정으로 부피가 2배로 팽창할 때 시스템이 한 일이 W, 시스템에 전달된 열이 Q일 때,

는 얼마인가?(단, 비열은 일정하다.)

1. k

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 정압과정에서 W=PΔV=PV1, Q=ΔU+W이며 정리하면 Q/W=Cp/R=k/(k-1) 형태가 되어 보기 ④와 일치합니다.

27번

냉동기 냉매의 일반적인 구비조건으로서 적합하지 않은 사항은?

1. 임계 온도가 높고, 응고 온도가 낮을 것

2. 증발열이 적고, 증기의 비체적이 클 것

3. 증기 및 액체의 점성이 작을 것

4. 부식성이 없고, 안정성이 있을 것

정답 2번

해설. 냉매는 증발열이 크고 증기의 비체적이 작아야 소형·효율적인 장치가 가능하므로, '증발열이 적고 비체적이 클 것'이라는 조건은 적합하지 않습니다.

28번

공기 1 kg을 정적과정으로 40℃에서 120℃까지 가열하고, 다음에 정압과정으로 120℃에서 220℃까지 가열한다면 전체 가열에 필요한 열량은 약 얼마인가?
(단, 정압비열은 1.00 kJ/kg·K, 정적비열은 0.71 kJ/kg·K 이다.)

1. 127.8 kJ/kg

2. 141.5 kJ/kg

3. 156.8 kJ/kg

4. 185.2 kJ/kg

정답 3번

해설. 정적가열량 Q1=Cv×80=0.71×80=56.8kJ/kg, 정압가열량 Q2=Cp×100=1.00×100=100kJ/kg이며, 합계는 약 156.8kJ/kg 입니다.

29번

열역학적 상태량은 일반적으로 강도성 상태량과 용량성 상태량으로 분류할 수 있다. 강도성 상태량에 속하지 않는 것은?

1. 압력

2. 온도

3. 밀도

4. 체적

정답 4번

해설. 체적은 물질의 양에 비례하는 용량성(extensive) 상태량이며, 압력·온도·밀도는 물질의 양과 무관한 강도성(intensive) 상태량입니다.

30번

그림과 같이 중간에 격벽이 설치된 계에서 A에는 이상기체가 충만되어 있고, B는 진공이며, A와 B의 체적은 같다. A와 B사이의 격벽을 제거하면 A의 기체는 단열비가역 자유팽창을 하여 어느 시간 후에 평형에 도달하였다. 이 경우의 엔트로피 변화 Δs는?(단, Cv는 정적비열, Cp는 정압비열, R은 기체상수이다.)

1. Δs = Cv×ln2

2. Δs = Cp×ln2

3. Δs = 0

4. Δs = R×ln2

정답 4번

해설. 단열 자유팽창(비가역)에서 체적이 2배가 될 때 엔트로피 변화는 Δs=R×ln2로 계산되며, 이를 나타낸 보기 ④가 정답입니다.

31번

수소(H2)를 이상기체로 생각하였을 때, 절대압력 1 MPa, 온도 100℃ 에서의 비체적은 약 몇 ㎥/kg인가?
(단, 일반기체상수는 8.3145 kJ/kmol·K 이다.)

1. 0.781

2. 1.26

3. 1.55

4. 3.46

정답 3번

해설. 수소 기체상수 R=8.3145/2.016≈4.124kJ/kg·K이며 비체적 v=RT/P=4.124×373/1000≈1.55㎥/kg 입니다.

32번

그림과 같은 Rankine 사이클의 열효율은 약 몇 % 인가?(단, h1 = 191.8 kJ/kg, h2 = 193.8 kJ/kg, h3 = 2799.5 kJ/kg, h4 = 2007.5 kJ/kg이다.)

1. 30.3%

2. 39.7%

3. 46.9%

4. 54.1%

정답 1번

해설. 랭킨사이클 효율 η=[(h3-h4)-(h2-h1)]/(h3-h2)=[(2799.5-2007.5)-(193.8-191.8)]/(2799.5-193.8)≈30.3% 입니다.

33번

20℃의 공기 5 kg이 정압 과정을 거쳐 체적이 2배가 되었다. 공급한 열량은 약 몇 kJ인가?(단, 정압비열은 1 kJ/kg·K 이다.)

1. 1465

2. 2198

3. 2931

4. 4397

정답 1번

해설. 정압과정에서 체적이 2배가 되면 절대온도도 2배가 되므로 ΔT=293K이며, Q=mCpΔT=5×1×293=1465kJ 입니다.

34번

밀도 1000 kg/㎥인 물이 단면적 0.01 ㎡인 관속을 2 m/s의 속도로 흐를 때, 질량유량은?

1. 20 kg/s

2. 2.0 kg/s

3. 50 kg/s

4. 5.0 kg/s

정답 1번

해설. 질량유량 ṁ=ρAV=1000×0.01×2=20kg/s 입니다.

35번

온도가 150℃인 공기 3 kg이 정압 냉각되어 엔트로피가 1.063 kJ/K만큼 감소되었다. 이때 방출된 열량은 약 몇 kJ인가?
(단, 공기의 정압비열은 1.01 kJ/kg·K이다.)

1. 27

2. 379

3. 538

4. 715

정답 2번

해설. ΔS=mCp·ln(T2/T1)에서 T2를 구한 뒤 Q=mCpΔT를 계산하면 방출된 열량은 약 379kJ 입니다.

36번

밀폐계의 가역 정적변화에서 다음 중 옳은 것은?
(단, U : 내부에너지, Q : 전달된 열, H : 엔탈피, V : 체적, W : 일 이다.)

1. dU = dQ

2. dH = dQ

3. dV = dQ

4. dW = dQ

정답 1번

해설. 가역 정적변화에서는 일이 없으므로(dW=0) 제1법칙에 의해 dU=dQ가 성립합니다.

37번

과열중기를 냉각시켰더니 포화영역 안으로 들어와서 비체적이 0.2327㎥/kg이 되었다. 이때의 포화액과 포화증기의 비체적이 각각 1.079×10-3 ㎥/kg, 0.5243 ㎥/kg이라면 건도는?

1. 0.964

2. 0.772

3. 0.653

4. 0.443

정답 4번

해설. 건도 x=(v-vf)/(vg-vf)=(0.2327-0.001079)/(0.5243-0.001079)≈0.443 입니다.

38번

오토 사이클의 압축비가 6인 경우 이론 열효율은 약 몇 % 인가?
(단, 비열비 = 1.4 이다.)

1. 51

2. 54

3. 59

4. 62

정답 1번

해설. 오토사이클 효율 η=1-(1/ε)^(k-1)=1-(1/6)^0.4≈51% 입니다.

39번

30℃, 100 kPa의 물을 800 kPa까지 압축한다. 물의 비체적이 0.001 ㎥/kg로 일정하다고 할 때, 단위 질량당 소요된 일(공업일)은?

1. 167 J/kg

2. 602 J/kg

3. 700 J/kg

4. 1400 J/kg

정답 3번

해설. 비체적 일정 시 공업일(펌프일) w=vΔP=0.001×(800-100)=0.7kJ/kg=700J/kg 입니다.

40번

냉동실에서의 흡수 열량이 5 냉동통(RT)인 냉동기의 성능계수(COP)가 2, 냉동기를 구동하는 가솔린 엔진의 열효율이 20%, 가솔린의 발열량이 43000 kJ/kg 일 경우, 냉동기 구동에 소요되는 가솔린의 소비율은 약 몇 kg/h인가?
(단, 1 냉동톤(RT)은 약 3.86 kW이다.)

1. 1.28 kg/h

2. 2.54 kg/h

3. 4.04 kg/h

4. 4.85 kg/h

정답 3번

해설. 냉동부하=5RT×3.86=19.3kW, 압축일=19.3/2=9.65kW, 엔진 필요열량=9.65/0.2=48.25kW이며, 연료소비율=48.25/43000×3600≈4.04kg/h 입니다.

41번

무차원수인 스트라홀 수(Strouhal number)와 가장 관계가 먼 항목은?

1. 점도

2. 속도

3. 길이

4. 진동흐름의 주파수

정답 1번

해설. 스트라홀수 St=fL/V는 진동수(f), 특성길이(L), 속도(V)로 정의되며 점성과는 직접적인 관계가 없습니다.

42번

수면의 높이 차이가 H인 두 저수지 사이에 지름 d, 길이 l인 관로가 연결되어 있을 때 관로에서의 평균 유속(V)을 나타내는 식은?(단, f는 관마찰계수이고, g는 중력가속도이며, K1, K2 는 관입구와 출구에서 부차적 손실계수이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 관마찰손실과 입구·출구 부차적 손실을 포함한 에너지방정식 H=(f·l/d+K1+K2)V²/2g에서 V에 대해 정리하면 보기 ④의 식과 일치합니다.

43번

다음 <보기>중 무차원수를 모두 고른 것은?

< 보기 > a. Reynolds 수 b. 관마찰계수
c. 상대조도 d. 일반기체상수

1. a, c

2. a, b

3. a, b, c

4. b, c, d

정답 3번

해설. 레이놀즈수, 관성력비(프루드수 등), 항력계수는 모두 무차원수이며, 나머지 응력계수(차원을 갖는 값)는 무차원수가 아니므로 a, b, c가 정답입니다.

44번

정지된 액체 속에 잠겨있는 평면이 받는 압력에 의해 발생하는 합력에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 크기가 액체의 비중량에 반비례한다.

2. 크기는 도심에서의 압력에 면적을 곱한 것과 같다.

3. 작용점은 평면의 도심과 일치한다.

4. 수직평면의 경우 작용점이 도심보다 위쪽에 있다.

정답 2번

해설. 잠긴 평면에 작용하는 전압력의 크기는 도심에서의 압력에 면적을 곱한 값(F=γh̄A)과 같습니다.

45번

평판으로부터의 거리를 y라고 할 때 평판에 평행한 방향의 속도 분포 (u(y))가 아래와 같은 식으로 주어지는 유동장이 있다. 여기에서 U와 L은 각각 유동장의 특성속도와 특성길이를 나타낸다. 유동장에서는 속도 u(y)만 있고, 유체는 점성계수가 μ인 뉴턴 유체일 때 y = L/8에서의 전단응력은?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 뉴턴유체의 전단응력 τ=μ(du/dy)이며, 주어진 속도분포식을 y=L/8에서 미분해 대입하면 보기 ②의 식과 일치합니다.

46번

다음 중 단위계(System of Unit)가 다른 것은?

1. 항력(Drag)

2. 응력(Stress)

3. 압력(Pressure)

4. 단위 면적 당 작용하는 힘

정답 1번

해설. 항력은 힘(N)의 단위를 가지는 반면 응력·압력·단위면적당 힘은 모두 Pa(=N/㎡)의 단위를 가지므로 항력만 단위계가 다릅니다.

47번

지름비가 1 : 2 : 3 인 모세관의 상승높이 비는 얼마인가?(단, 다른 조건은 모두 동일하다고 가정한다.)

1. 1 : 2 : 3

2. 1 : 4 : 9

3. 3 : 2 : 1

4. 6 : 3 : 2

정답 4번

해설. 모세관 상승높이는 지름에 반비례(h∝1/d)하므로 지름비 1:2:3의 역수를 취해 통분하면 상승높이비는 6:3:2 입니다.

48번

다음 중 유량을 측정하기 위한 장치가 아닌 것은?

1. 위어(weir)

2. 오리피스(orifice)

3. 피에조미터(piezo meter)

4. 벤투리미터(venturi meter)

정답 3번

해설. 피에조미터는 정압(수두)만을 측정하는 기구로 유량을 직접 측정할 수 없으며, 위어·오리피스·벤투리미터는 모두 유량 측정 장치입니다.

49번

국소 대기압이 710 mmHg일 때, 절대압력 50 kPa은 게이지 압력으로 약 얼마인가?

1. 44.7 Pa 진공

2. 44.7 Pa

3. 44.7 kPa 진공

4. 44.7 kPa

정답 3번

해설. 대기압 710mmHg≈94.66kPa이므로 게이지압력=절대압력-대기압=50-94.66≈-44.7kPa, 즉 44.7kPa 진공입니다.

50번

지름은 200 mm에서 지름 100 mm로 단면적이 변하는 원형관 내의 유체 흐름이 있다. 단면적 변화에 따라 유체 밀도가 변경 전 밀도의 106%로 커졌다면, 단면적이 변한 후의 유체 속도는 약 몇 m/s 인가?(단, 지름 200 mm에서 유체의 밀도는 800 kg/㎥, 평균 속도는 20 m/s 이다.)

1. 52

2. 66

3. 75

4. 89

정답 3번

해설. 질량보존 ρ1A1V1=ρ2A2V2에서 V2=ρ1A1V1/(ρ2A2)=(800×0.0314×20)/(848×0.00785)≈75m/s 입니다.

51번

지름이 0.01 m 인 관 내로 점성계수 0.005 N·s/㎡, 밀도 800 kg/㎥인 유체가 1 m/s의 속도로 흐를 때 이 유동의 특성은?

1. 층류 유동

2. 난류 유동

3. 천이 유동

4. 위 조건으로는 알 수 없다.

정답 1번

해설. 레이놀즈수 Re=ρVD/μ=800×1×0.01/0.005=1600으로 임계값(약 2300) 이하이므로 층류 유동입니다.

52번

스프링 상수가 10 N/cm 인 4개의 스프링으로 평판 A를 벽 B에 그림과 같이 장착하였다. 유량 0.01㎥/s, 속도 10 m/s인 물 제트가 평판 A의 중앙에 직각으로 충돌할 때, 평판과 벽 사이에서 줄어드는 거리는 약 몇 cm 인가?

1. 2.5

2. 1.25

3. 10.0

4. 5.0

정답 1번

해설. 제트가 평판에 작용하는 힘 F=ρQV=1000×0.01×10=100N이며, 4개 스프링의 합성강성 k=4×10=40N/cm이므로 이동거리 x=F/k=100/40=2.5cm 입니다.

53번

2차원 속도장이

로 주어질 때 (1,2) 위치에서의 가속도의 크기는 약 얼마인가?

1. 4

2. 6

3. 8

4. 10

정답 4번

해설. 주어진 속도장에서 국소가속도와 대류가속도를 (1,2) 지점에 대입해 합성하면 가속도의 크기는 약 10입니다.

54번

낙차가 100 m이고 유량이 500 ㎥/s인 수력발전소에서 얻을 수 있는 최대 발전용량은?

1. 50 kW

2. 50 MW

3. 490 kW

4. 490 MW

정답 4번

해설. 수력발전 출력 P=ρgQH=1000×9.8×500×100=490,000,000W=490MW 입니다.

55번

노즐을 통하여 풍량 Q = 0.8㎥/s 일 때 마노미터 수두 높이차 h는 약 몇 m 인가?
(단, 공기의 밀도는 1.2kg/㎥, 물의 밀도는 1000 kg/㎥ 이며, 노즐 유량계의 송출계수는 1로 가정한다.)

1. 0.13

2. 0.27

3. 0.48

4. 0.62

정답 2번

해설. 노즐유량계 관계식 Q=Cd·A√(2Δp/ρ)에서 마노미터 수두차로 압력차를 표현해 h에 대해 풀면 약 0.27m 입니다.

56번

Blasius의 해석결과에 따라 평판 주위의 유동에 있어서 경계층 두께에 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 유체 속도가 빠를수록 경계층 두께는 작아진다.

2. 밀도가 클수록 경계층 두께는 작아진다.

3. 평판 길이가 길수록 평판 끝단부의 경계층 두께는 커진다.

4. 점성이 클수록 경계층 두께는 작아진다.

정답 4번

해설. 블라시우스 해에 따르면 층류경계층 두께는 점성계수가 클수록(동점성계수가 클수록) 오히려 두꺼워지므로, '점성이 클수록 경계층 두께는 작아진다'는 설명은 틀립니다.

57번

포텐셜 함수가 Kθ인 선와류 유동이 있다. 중심에서 반지름 1 m인 원주를 따라 계산한 순환(circulation)은?
(단, 이다.)

1. 0

2. K

3. πK

4. 2πK

정답 4번

해설. 선와류의 접선속도 Vθ=K/r이며, 순환 Γ=∮Vθ·r dθ=K×2π=2πK 입니다.

58번

수면에 떠 있는 배의 저항문제에 있어서 모형과 원형 사이에 역학적 상사(相似)를 이루려면 다음 중 어느 것이 중요한 요소가 되는가?

1. Reynolds number, Mach number

2. Reynolds number, Froude number

3. Weber number, Euler number

4. Mach number, Weber number

정답 2번

해설. 선박의 조파저항은 프루드수, 마찰저항은 레이놀즈수에 지배되므로 모형-실선 상사에는 Reynolds수와 Froude수가 모두 중요합니다.

59번

지름 D인 파이프 내에 점성 μ인 유체가 층류로 흐르고 있다. 파이프 길이가 L일 때, 유량과 압력 손실 Δp의 관계로 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 하겐-포아젤 법칙에 따라 층류 원관유동의 유량은 Q=πD⁴Δp/(128μL)로 압력손실에 비례하며, 이를 나타낸 보기 ③이 정답입니다.

60번

조종사가 2000m의 상공을 일정속도로 낙하산으로 강하하고 있다. 조종사의 무게가 1000 N, 낙하산 지름이 7m, 항력계수가 1.3 일때 낙하 속도는 약 몇 m/s인가?(단, 공기 밀도는 1kg/㎥ 이다.)

1. 5.0

2. 6.3

3. 7.5

4. 8.2

정답 2번

해설. 종단속도에서 항력과 무게가 평형(W=Cd·½ρV²A)을 이루므로 V=√(2W/(CdρA))=√(2×1000/(1.3×1×38.48))≈6.3m/s 입니다.

61번

대표적인 주조경질 합금으로 코발트를 주성분으로 한 Co-Cr-W-C계 합금은?

1. 라우탈(lutal)

2. 실루민(silumin)

3. 세라믹(ceramic)

4. 스텔라이트(stellite)

정답 4번

해설. 코발트를 주성분으로 하는 Co-Cr-W-C계 주조경질합금은 스텔라이트(stellite)입니다.

62번

두랄루민의 합금 조성으로 옳은 것은?

1. Al-Cu-Zn-Pb

2. Al-Cu-Mg-Mn

3. Al-Zn-Si-Sn

4. Al-Zn-Ni-Mn

정답 2번

해설. 두랄루민의 합금 조성은 Al-Cu-Mg-Mn 입니다.

63번

강의 열처리 방법 중 표면경화법에 해당하는 것은?

1. 마퀜칭

2. 오스포밍

3. 침탄질화법

4. 오스템퍼링

정답 3번

해설. 침탄질화법은 강 표면에 탄소와 질소를 동시에 침투시켜 경화층을 형성하는 대표적인 표면경화법입니다.

64번

고속도공구강(SKH2)의 표준조성에 해당되지 않는 것은?

1. W

2. V

3. Al

4. Cr

정답 3번

해설. 고속도공구강(SKH2)의 표준조성은 W, Cr, V, C 등이며 Al은 표준조성에 포함되지 않습니다.

65번

다음 중 비중이 가장 큰 금속은?

1. Fe

2. Al

3. Pb

4. Cu

정답 3번

해설. 제시된 금속 중 비중이 가장 큰 것은 납(Pb, 비중≈11.3)입니다.

66번

서브제로(sub-Zero)처리 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 마모성 및 피로성이 향상된다.

2. 잔류오스테나이트를 마텐자이트화 한다.

3. 담금질을 한 강의 조직이 안정화 된다.

4. 시효변화가 적으며 부품의 치수 및 형상이 안정된다.

정답 1번

해설. 서브제로 처리는 잔류오스테나이트를 마텐자이트화하여 조직을 안정화시키고 치수변화를 줄이는 처리로, 마모성·피로성 관련 서술은 이 처리의 대표적 목적을 정확히 설명한 것이 아니므로 틀린 설명에 해당합니다.

67번

고 망간강에 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 오스테나이트 조직을 갖는다.

2. 광석·암석의 파쇄기의 부품 등에 사용된다.

3. 열처리에 수인법(water toughening)이 이용된다.

4. 열전도성이 좋고 팽창계수가 작아 열변형을 일으키지 않는다.

정답 4번

해설. 고망간강은 열전도율이 낮고 열팽창계수가 커서 오히려 열변형을 일으키기 쉬우므로, '열전도성이 좋고 팽창계수가 작다'는 설명은 틀립니다.

68번

강의 5대 원소만을 나열한 것은?

1. Fe, C, Ni, Si, Au

2. Ag, C, Si, Co, P

3. C, Si, Mn, P, S

4. Ni, C, Si, Cu, S

정답 3번

해설. 강의 5대 원소는 C, Si, Mn, P, S 입니다.

69번

C와 Si의 함량에 따른 주철의 조직을 나타낸 조직 분포도는?

1. Gueiner, Klingenstein 조직도

2. 마우러(Maurer) 조직도

3. Fe-C 복평형 상태도

4. Guilet 조직도

정답 2번

해설. C와 Si 함량에 따른 주철의 조직 분포도는 마우러(Maurer) 조직도입니다.

70번

과공석강의 탄소함유량(%)으로 옳은 것은?

1. 약 0.01 ~ 0.02%

2. 약 0.02 ~ 0.80%

3. 약 0.80 ~ 2.0%

4. 약 2,0 ~ 4.3%

정답 3번

해설. 과공석강의 탄소함유량은 공석점(0.80%)을 초과하고 주철의 하한(2.0%) 미만인 약 0.80~2.0% 범위입니다.

71번

그림과 같이 P3의 압력은 실린더에 작용하는 부하의 크기 혹은 방향에 따라 달라질 수 있다. 그러나 중앙의 "A"에 대해 특정 밸브를 연결하면 P3의 압력 변화에 대하여 밸브 내부에서 P2의 압력을 변화시켜 ΔP를 항상 일정하게 유지시킬 수 있는데 "A"에 들어갈 수 있는 밸브는 무엇인가?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 부하압력 변동에 관계없이 밸브 전후 압력차(ΔP)를 일정하게 유지하는 것은 압력보상형 유량제어 밸브의 기능이며, 이를 나타낸 보기 ③이 정답입니다.

72번

유량제어 밸브를 실린더 출구 측에 설치한 회로로서 실린더에서 유출되는 유량을 제어하여 피스톤 속도를 제어하는 회로는?

1. 미터 인 회로

2. 카운터 밸런스 회로

3. 미터 아웃 회로

4. 블리드 오프 회로

정답 3번

해설. 실린더 출구측에서 유출유량을 제어해 속도를 조절하는 회로는 미터아웃(meter-out) 회로입니다.

73번

그림과 같은 방향 제어 밸브의 명칭으로 옳은 것은?

1. 4 ports-4 control position valve

2. 5 ports-4 control position valve

3. 4 ports-2 control position valve

4. 5 ports-2 control position valve

정답 4번

해설. 그림의 밸브 기호를 보면 접속구(포트)가 5개, 전환위치가 2개인 구조이므로 5포트-2위치 밸브에 해당합니다.

74번

다음 유압 작동유 중 난연성 작동유에 해당하지 않는 것은?

1. 몰-글리콜형 작동유

2. 인산 에스테르형 작동유

3. 수중 유형 유화유

4. R&O형 작동유

정답 4번

해설. R&O형 작동유는 산화방지제가 첨가된 일반 광유계 작동유로 난연성이 없으며, 물-글리콜형·인산에스테르형·수중유형 유화유는 모두 난연성 작동유에 해당합니다.

75번

유입관로의 유량이 25 L/min 일 때 내경이 10.9 mm라면 관내 유속은 약 몇 m/s 인가?

1. 4.47

2. 14.62

3. 6.32

4. 10.27

정답 1번

해설. 유속 V=Q/A=(25/60000)/(π/4×0.0109²)≈4.47m/s 입니다.

76번

일반적으로 저점도유를 사용하며 유압시스템의 온도도 60 ~ 80℃ 정도로 높은 상태에서 운전하여 유압시스템 구성기기의 이물질을 제거하는 작업은?

1. 엠보싱

2. 블랭킹

3. 플러싱

4. 커미싱

정답 3번

해설. 저점도유를 사용해 고온(60~80℃)에서 시스템 내 이물질을 씻어내는 작업은 플러싱(flushing)입니다.

77번

실린더 안을 왕복 운동하면서, 유체의 압력과 힘을 주고 받음을 하기 위한 지름에 비하여 길이가 긴 기계 부품은?

1. spool

2. land

3. port

4. plunger

정답 4번

해설. 실린더 내부를 왕복하며 압력과 힘을 전달하는, 지름 대비 길이가 긴 부품은 플런저(plunger)입니다.

78번

한 쪽 방향으로 흐름은 자유로우나 역방향의 흐름을 허용하지 않는 밸브는?

1. 셔틀 밸브

2. 체크 밸브

3. 스로틀 밸브

4. 릴리프 밸브

정답 2번

해설. 한쪽 방향의 흐름만 허용하고 반대방향은 차단하는 밸브는 체크밸브입니다.

79번

유압회로에서 감속회로를 구성할 때 사용되는 밸브로 가장 적합한 것은?

1. 디셀러레이션 밸브

2. 시퀀스 밸브

3. 저압우선형 셔틀 밸브

4. 파일럿 조작형 체크 밸브

정답 1번

해설. 실린더의 감속(감속정지) 회로 구성에 가장 적합한 밸브는 디셀러레이션(deceleration) 밸브입니다.

80번

그림과 같은 유압 회로도에서 릴리프 밸브는?

1. ⓐ

2. ⓑ

3. ⓒ

4. ⓓ

정답 1번

해설. 회로도에서 펌프 토출측에 연결되어 회로 최고압력을 제한하는 밸브가 릴리프 밸브이며, 이는 ⓐ에 해당합니다.

81번

x 방향에 대한 운동 방정식이 다음과 같이 나타날 때 이 진동계에서의 감쇠 고유진동수(damped natural frequency)는 약 몇 rad/s인가?

1. 2.75

2. 1.35

3. 2.25

4. 1.85

정답 4번

해설. 주어진 운동방정식에서 고유각진동수 ωn과 감쇠비 ζ를 구한 뒤 ωd=ωn√(1-ζ²)로 계산하면 감쇠고유진동수는 약 1.85rad/s 입니다.

82번

감쇠비 ζ가 일정할 때 전달률을 1보다 작게 하려면 진동수비는 얼마의 크기를 가지고 있어야 하는가?

1. 1보다 작아야 한다.

2. 1보다 커야 한다.

3.

보다 작아야 한다.

4.

보다 커야 한다.

정답 4번

해설. 전달률이 1보다 작아지려면 진동수비 r=ω/ωn이 √2보다 커야 합니다(r>√2 영역에서 진동절연 효과 발생).

83번

그림과 같이 길이가 서로 같고 평행인 두 개의 부재에 매달려 운동하는 평판의 운동의 형태는?

1. 병진운동

2. 고정축에 대한 회전운동

3. 고정점에 대한 회전운동

4. 일반적인 평면운동(회전운동 및 병진운동이 아닌 평면 운동)

정답 1번

해설. 길이가 같은 두 평행 부재로 매달린 평판은 모든 점이 동일한 속도·가속도로 움직이는 병진운동(곡선병진 포함하되 이 경우 단순 병진)을 합니다.

84번

질량 10 kg인 상자가 정지한 상태에서 경사면을 따라 A 지점에서 B 지점까지 미끄러져 내려왔다. 이 상자의 B 지점에서의 속도는 약 몇 m/s 인가?(단, 상자와 경사면 사이의 동마찰계수(μk)는 0.3이다.)

1. 5.3

2. 3.9

3. 7.2

4. 4.6

정답 1번

해설. 에너지보존과 마찰일(μk·mg·cosθ·거리)을 함께 고려해 A에서 B까지의 속도를 구하면 약 5.3 m/s 입니다.

85번

질량이 100 kg이고 반지름이 1 m인 구의 중심에 420 N의 힘이 그림과 같이 작용하여 수평면 위에서 미끄러짐 없이 구르고있다. 바퀴와 각가속도는 몇 rad/s2인가?

1. 2.2

2. 2.8

3. 3

4. 3.2

정답 2번

해설. 구름 구(I=2/5 mr²)에 힘 F가 중심에 작용할 때 F-f=ma, fr=Iα=I(a/r)를 연립하면 a=5F/7m, 각가속도 α=a/r=5F/(7mr)=5×420/(7×100×1)=3rad/s² 입니다.

86번

주기운동의 변위 x(t)가 x(t) = Asinωt로 주어졌을 때 가속도의 최대값은 얼마인가?

1. A

2. ωA

3. ω2A

4. ω3A

정답 3번

해설. x(t)=Asinωt에서 가속도=ẍ=-Aω²sinωt이므로 최대 가속도의 크기는 ω²A 입니다.

87번

36 km/h의 속력으로 달리던 자동차 A가, 정지하고 있던 자동차 B와 충돌하였다. 충돌 후 자동차 B는 2 m 만큼 미끄러진 후 정지하였다. 두 자동차 사이의 반발계수 e는 약 얼마인가?(단, 자동차 A, B의 질량은 동일하며 타이어와 노면의 동마찰계수는 0.8 이다.)

1. 0.06

2. 0.08

3. 0.10

4. 0.12

정답 4번

해설. B차가 미끄러진 거리로 충돌직후 B의 속도를 구하고(v_B=√(2μgd)), 운동량보존으로 A의 직후속도를 구한 뒤 반발계수 e=(v_B'-v_A')/(v_A-v_B)를 계산하면 약 0.12 입니다.

88번

기중기 줄에 200 N과 160 N의 일정한 힘이 작용하고 있다. 처음에 물체의 속도는 밑으로 2 m/s였는데, 5초 후에 물체 속도의 크기는 약 몇 m/s인가?

1. 0.18 m/s

2. 0.28 m/s

3. 0.38 m/s

4. 0.48 m/s

정답 3번

해설. 두 힘의 합력과 물체 무게를 이용한 운동방정식 F=ma로 가속도를 구하고, 초기속도에 가속도×시간을 더하면 5초 후 속도는 약 0.38 m/s 입니다.

89번

스프링으로 지지되어 있는 질량의 정적 처짐이 0.5 cm일 때 이 진동계의 고유진동수는 몇 Hz 인가?

1. 3.53

2. 7.05

3. 14.09

4. 21.15

정답 2번

해설. 정적처짐 δst=0.5cm=0.005m을 이용한 고유진동수 fn=(1/2π)√(g/δst)=(1/2π)√(9.8/0.005)≈7.05Hz 입니다.

90번

어떤 사람이 정지 상태에서 출발하여 직선 방향으로 등가속도 운동을 하여 5초 만에 10 m/s 의 속도가 되었다. 출발하여 5초 동안 이동한 거리는 몇 m 인가?

1. 5

2. 10

3. 25

4. 50

정답 3번

해설. 등가속도 a=Δv/t=10/5=2m/s²이며, 이동거리 s=(1/2)at²=(1/2)×2×25=25m 입니다.

91번

다음 중 열처리(담금질)에서의 냉각능력이 가장 우수한 냉각제는?

1. 비눗물

2. 글리세린

3. 18℃의 물

4. 10% NaCl액

정답 4번

해설. 담금질 냉각제 중 10% 소금물(NaCl 수용액)은 증기막 형성을 억제해 냉각능이 가장 우수합니다.

92번

경화된 작은 철구(鐵球)를 피가공물에 고압으로 분사하여 표면의 경도를 증가시켜 기계적 성질, 특히 피로강도를 향상시키는 가공법은?

1. 버핑

2. 버니싱

3. 숏 피닝

4. 슈퍼 피니싱

정답 3번

해설. 경화된 작은 강구를 고압으로 분사해 표면을 냉간가공·경화시켜 피로강도를 향상시키는 가공법은 숏피닝(shot peening)입니다.

93번

허용동력이 3.6 kW인 선반의 출력을 최대한으로 이용하기 위하여 취할 수 있는 허용최대 절삭면적은 몇 ㎟인가?(단, 경제적 절삭속도는 120 m/min을 사용하며, 피삭재의 비절삭 저항이 45 kgf/㎟, 선반의 기계 효율이 0.80이다.)

1. 3.26

2. 6.26

3. 9.26

4. 12.26

정답 1번

해설. 유효동력=3.6×0.8=2.88kW, 절삭속도 2m/s에서 절삭력 F=P/V=1440N이며, 절삭면적 A=F/Ks=1440/(45×9.8)≈3.26㎟ 입니다.

94번

용제와 와이어가 분리되어 공급되고 아크가 용제 속에서 발생되므로 불가시 아크 용접이라고 불리는 용접법은?

1. 피복 아크 용접

2. 탄산가스 아크 용접

3. 가스텅스텐 아크 용접

4. 서브머지드 아크 용접

정답 4번

해설. 용제(플럭스) 속에서 와이어와 모재 사이에 아크가 발생해 겉으로 보이지 않는 용접법은 서브머지드 아크 용접입니다.

95번

주조에서 주물의 중심부까지의 응고시간(t), 주물의 체적(V), 표면적(S)과의 관계로 옳은 것은?(단, K는 주형상수이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 주물의 응고시간은 초비니노프(Chvorinov) 법칙 t=K(V/S)²로 표현되며, 이를 나타낸 보기 ②가 정답입니다.

96번

CNC 공작기계의 이동량을 전기적인 신호로 표시하는 회전 피드백 장치는?

1. 리졸버

2. 볼 스크루

3. 리밋 스위치

4. 초음파 센서

정답 1번

해설. CNC 공작기계에서 회전량(이동량)을 전기신호로 검출하는 피드백 장치는 리졸버(resolver)입니다.

97번

소성가공에 포함되지 않는 가공법은?

1. 널링가공

2. 보링가공

3. 압출가공

4. 전조가공

정답 2번

해설. 보링가공은 이미 뚫린 구멍을 절삭공구로 넓히는 절삭(제거)가공으로, 소성변형을 이용하는 널링·압출·전조가공과 달리 소성가공에 속하지 않습니다.

98번

절삭가공 시 절삭유(cutting fluid)의 역할로 틀린 것은?

1. 공구나 칩의 친화력을 돕는다.

2. 공구나 공작물의 냉각을 돕는다.

3. 공작물의 표면조도 향상을 돕는다.

4. 공작물과 공구의 마찰감소를 돕는다.

정답 1번

해설. 절삭유는 공구·칩·공작물 사이의 마찰과 친화력(용착)을 줄여야 하므로, '공구나 칩의 친화력을 돕는다'는 설명은 절삭유의 역할과 반대되어 틀립니다.

99번

판 두께 5 mm인 연강 판에 직경 10 mm의 구멍을 프레스로 블랭킹하려고 할 때, 총 소요동력(Pt)은 약 몇 kW인가?(단, 프레스의 평균속도는 7 m/min, 재료의 전단강도는 300 N/㎟, 기계의 효율은 80%이다.)

1. 5.5

2. 6.9

3. 26.9

4. 68.7

정답 2번

해설. 전단력 F=τ×πd×t=300×π×10×5≈47100N이며, 소요동력 Pt=F×V/η=47100×(7/60)/0.8≈6.9kW 입니다.

100번

래핑 다듬질에 대한 특징 중 틀린 것은?

1. 내식성이 증가된다.

2. 마멸성이 증가된다.

3. 윤활성이 좋게 된다.

4. 마찰계수가 적어진다.

정답 2번

해설. 래핑 다듬질은 표면을 매끄럽게 하여 내식성·윤활성을 높이고 마찰계수를 줄이지만, 오히려 마모(마멸)에 대한 저항성이 향상되므로 '마멸성이 증가된다'는 설명은 틀립니다.

일반기계기사 필기 2016년 2회 기출문제

재료역학

기계열역학

기계유체역학

기계재료 및 유압기기

기계제작법 및 기계동력학

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