일반기계기사 필기 2017년 4회 기출문제 정답 및 해설

1번

길이가 L인 양단 고정보의 중앙점에 집중하중 P가 작용할 때 모멘트가 0이 되는 지점에서의 처짐량은 얼마인가? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 양단고정보 중앙에 집중하중이 작용할 때 굽힘모멘트가 0이 되는 지점(변곡점)은 지점에서 L/4 거리이다. 이 지점에서의 처짐량은 표준 처짐공식표에 의해 구해지며, 이에 해당하는 보기 ①이 정답이다.

2번

길이가 L인 외팔보의 자유단에 집중하중 P가 작용할 때 최대 처짐량은? (단, E : 탄성계수, I : 단면2차모멘트이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 자유단에 집중하중 P가 작용하는 외팔보의 최대 처짐량(자유단 처짐)은 δmax=PL³/(3EI)이다. 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

3번

다음 그림과 같은 사각단면의 상승 모멘트 (Product of inertia) Ixy는 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 직사각형 단면의 상승모멘트(관성상승모멘트) Ixy는 도심축 기준으로 대칭이면 0이 되지만, 주어진 기준축이 도심에서 벗어난 경우 평행축정리 Ixy=Ixy(도심)+A·x̄·ȳ로 계산되며, 이에 해당하는 보기 ①이 정답이다.

4번

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/A이다. 중공원통의 단면적 A=π/4(0.5²-0.4²)=0.0707㎡이므로 σ=500000/0.0707≈7.07MPa≈7.1MPa로 보기 ②가 정답이다.

5번

두께 10 ㎜인 강판으로 직경 2.5 m의 원통형 압력용기를 제작하였다. 최대 내부 압력이 1200 kPa일 때 축방향 응력은 몇 MPa인가?

1. 75

2. 100

3. 125

4. 150

정답 1번

해설. 압력용기의 축방향 응력은 σ=pd/4t이다. p=1200kPa, d=2500mm, t=10mm이므로 σ=1200×2500/(4×10)=75000kPa=75MPa로 보기 ①이 정답이다.

6번

지름 50 ㎜인 중심축 ABC가 A에서 모터에 의해 구동된다. 모터는 650 rpm으로 50 kW의 동력을 전달한다. 기계를 구동하기 위해서 기어 B는 35 kW, 기어 C는 15 kW를 필요로 한다. 축 ABC에 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa인가?

1. 9.73

2. 22.7

3. 32.4

4. 64.8

정답 3번

해설. 동력-토크 관계 T=P/ω를 이용해 A-B 구간(전체 50kW 전달)의 토크를 구하면 T=9550×50/650≈734.7N·m이다. 최대 전단응력 τmax=16T/(πd³)=16×734.7/(π×0.05³)≈32.4MPa로 보기 ③이 정답이다.

7번

그림과 같은 두 평면응력 상태의 합에서 최대전단응력은?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 두 평면응력 상태를 각각 성분별로 합산한 뒤, 합성된 σx, σy, τxy로부터 최대전단응력 τmax=√[((σx-σy)/2)²+τxy²]를 구하면 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

8번

그림에서 블록 A를 이동시키는 데 필요한 힘 P는 몇 N이상인가? (단, 블록과 접촉면과의 마찰계수 μ = 0.4 이다.)

1. 4

2. 8

3. 10

4. 12

정답 4번

해설. 블록에 작용하는 마찰력(μN)과 하중의 평형조건을 이용해 블록을 이동시키는 데 필요한 최소 힘 P를 구하면 약 12N으로 보기 ④가 정답이다.

9번

최대 굽힘모멘트 M = 8kN·m를 받는 단면의 굽힘 응력을 60 MPa로 하려면 정사각단면에서 한 변의 길이는 약 몇 ㎝인가?

1. 8.2

2. 9.3

3. 10.1

4. 12.0

정답 2번

해설. 정사각단면의 굽힘응력 σ=M/Z=M/(a³/6)이다. a³=6M/σ=6×8000/(60×10⁶)=8×10⁻⁴㎥이므로 a=(8×10⁻⁴)^(1/3)≈0.0928m≈9.3cm로 보기 ②가 정답이다.

10번

T형 단면을 갖는 외팔보에 5kN·m의 굽힘 모멘트가 작용하고 있다. 이 보의 탄성선에 대한 곡률 반지름은 몇 m인가? (단, 탄성계수 E = 150 GPa, 중립축에 대한 2차 모멘트 I = 868 × 10-9 m4이다.)

1. 26.04

2. 36.05

3. 46.04

4. 56.04

정답 1번

해설. 탄성곡선의 곡률반지름은 ρ=EI/M이다. E=150GPa, I=868×10⁻⁹m⁴, M=5000N·m이므로 ρ=150×10⁹×868×10⁻⁹/5000=130200/5000=26.04m로 보기 ①이 정답이다.

11번

그림과 같은 단순지지보에서 반력 RA는 몇 kN인가?

1. 8

2. 8.4

3. 10

4. 10.4

정답 4번

해설. 정역학적 평형조건(ΣM=0, ΣF=0)을 이용해 지점 반력을 구하면 RA≈10.4kN이 되어 보기 ④가 정답이다.

12번

원형단면의 단순보가 그림과 같이 등분포하중 50 N/m을 받고 허용굽힘응력이 400 MPa일 때 단면의 지름은 최소 약 몇 ㎜가 되어야 하는가?

1. 4.1

2. 4.3

3. 4.5

4. 4.7

정답 3번

해설. 최대굽힘모멘트 M=wL²/8을 구하고 σ=M/Z=M/(πd³/32)=허용응력 400MPa로 놓아 d를 구하면 약 4.5mm가 되어 보기 ③이 정답이다.

13번

그림과 같이 두 가지 재료로 된 봉이 하중 P를 받으면서 강체로 된 보를 수평으로 유지시키고 있다. 강봉에 작용하는 응력이 150 MPa일 때 Al봉에 작용하는 응력은 몇 MPa인가? (단, 강과 Al 탄성계수의 비는 Es / Ea = 3이다.)

1. 70

2. 270

3. 555

4. 875

정답 1번

해설. 강체보에 두 봉(강, Al)이 매달려 하중 P를 지지할 때, 강체보의 회전 적합조건(각 봉의 변형량이 지지점까지의 거리에 비례)과 재료의 탄성계수비(Es/Ea=3)를 함께 이용해 응력비를 구하면 Al봉의 응력은 약 70MPa가 되어 보기 ①이 정답이다.

14번

바깥지름이 46 ㎜인 중공축이 120 kW의 동력을 전달하는데 이때의 각속도는 40 rev/s이다. 이 축의 허용비틀림 응력이 τa = 80 MPa일 때, 최대 안지름은 약 몇 ㎜인가?

1. 35.9

2. 41.9

3. 45.9

4. 51.9

정답 2번

해설. 각속도 ω=40rev/s×2π=251.3rad/s, 토크 T=P/ω=120000/251.3≈477.5N·m이다. 중공축 공식 τ=16Tdo/[π(do⁴-di⁴)]에서 di를 구하면: do⁴-di⁴=16Tdo/(πτa)=16×477.5×0.046/(π×80×10⁶)≈1.398×10⁻⁶, di⁴=do⁴-1.398×10⁻⁶=4.477×10⁻⁶-1.398×10⁻⁶=3.079×10⁻⁶, di≈0.0419m=41.9mm로 보기 ②가 정답이다.

15번

그림과 같은 반지름 a인 원형 단면축에 비틀림 모멘트 T가 작용한다 단면의 임의의 위치 r(0<r<a)에서 발생하는 전단응력은 얼마인가? (단, I0 = Ix + Iy 이고, I는 단면 2차모멘트이다.)

1. 0

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 원형축 비틀림에서 임의 반지름 r에서의 전단응력은 τ=Tr/J이며, J=I0=Ix+Iy로 표현되므로 τ=Tr/I0 형태가 된다. 이에 해당하는(0이 아닌) 보기 ②가 정답이다.

16번

탄성(elasticity)에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 물체에 변형율을 표시하는 것

2. 물체에 작용하는 외력의 크기

3. 물체에 영구변형을 일어나게 하는 성질

4. 물체에 가해진 외력이 제거되는 동시에 원형으로 되돌아가려는 성질

정답 4번

해설. 탄성(elasticity)이란 외력이 가해져 변형된 물체가 그 외력이 제거되는 즉시 원래 형상으로 되돌아가려는 성질을 말한다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

17번

길이가 L인 균일단면 막대기에 굽힘 모멘트 M이 그림과 같이 작용하고 있을 때, 막대에 저장된 탄성 변형 에너지는? (단, 막대기의 굽힘강성 EI는 일정하고, 단면적은 A이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 굽힘모멘트가 M으로 일정하게 작용하는 균일단면 막대의 탄성변형에너지는 U=∫M²/(2EI)dx=M²L/(2EI)이다. 이에 해당하는 보기 ④가 정답이다.

18번

직경이 2 ㎝인 원통형 막대에 2 kN의 인장하중이 작용하여 균일하게 신장되었을 때, 변형 후 직경의 감소량은 약 몇 ㎜인가? (단, 탄성계수는 30 GPa이고, 포아송 비는 0.3이다.)

1. 0.0128

2. 0.00128

3. 0.064

4. 0.0064

정답 2번

해설. 축방향 변형률 εz=σ/E이다. σ=P/A=2000/(π×0.01²)≈6.366MPa, εz=6.366×10⁶/(30×10⁹)≈2.122×10⁻⁴이다. 포아송비에 의한 횡방향 변형률 εx=-v·εz=-0.3×2.122×10⁻⁴≈-6.366×10⁻⁵이므로 직경 감소량=|εx|×d=6.366×10⁻⁵×20mm≈0.00127≈0.00128mm로 보기 ②가 정답이다.

19번

그림과 같이 20 ㎝ × 10 ㎝의 단면적을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을때 장주의 길이가 2 m라면 세장비는?

1. 89

2. 69

3. 49

4. 29

정답 2번

해설. 세장비 λ=L/k이며, k=√(I/A)이다. 약축(두께 10cm 방향) 기준 I=20×10³/12=1666.7㎠, A=20×10=200㎠이므로 k=√(1666.7/200)≈2.887cm이다. λ=200/2.887≈69로 보기 ②가 정답이다.

20번

길이가 L이고 직경이 d인 강봉을 벽 사이에 고정하고 온도를 ΔT만큼 상승시켰다. 이 때 벽에 작용하는 힘은 어떻게 표현되나? (단, 강봉의 탄성계수는 E이고, 선팽창계수는 α이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 양단 고정된 봉이 온도 ΔT만큼 상승하면 자유신장이 구속되어 열응력 σ=EαΔT가 발생하고, 벽에 작용하는 힘은 F=σA=EαΔT×(πd²/4)이다. 이에 해당하는 보기 ④가 정답이다.

21번

다음 중 등 엔트로피 (entropy) 과정에 해당하는 것은?

1. 가역 단열 과정

2. polytropic 과정

3. Joule - Thomson 교축 과정

4. 등온 팽창 과정

정답 1번

해설. 등엔트로피 과정은 엔트로피 변화가 없는 과정으로, 가역단열과정이 이에 해당한다(비가역 단열과정은 엔트로피가 증가하므로 제외). 따라서 보기 ①이 정답이다.

22번

227 ℃의 증기가 500 kJ/㎏의 열을 받으면서 가역 등온 팽창한다. 이때 증기의 엔트로피 변화는 약 몇 kJ/(㎏·K) 인가?

1. 1.0

2. 1.5

3. 2.5

4. 2.8

정답 1번

해설. 가역 등온과정의 엔트로피 변화 ΔS=Q/T이다. T=227+273.15=500.15K이므로 ΔS=500/500.15≈1.0kJ/(kg·K)로 보기 ①이 정답이다.

23번

최고온도 1300 K와 최저온도 300 K 사이에서 작동하는 공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 약 얼마인가? (단, 압력비는 9, 공기의 비열비는 1.4 이다.)

1. 30 %

2. 40 %

3. 42 %

4. 47 %

정답 4번

해설. 브레이턴 사이클 효율 η=1-(1/rp)^((k-1)/k)이다. rp=9, (k-1)/k=0.2857이므로 η=1-9^(-0.2857)=1-1/1.8734≈0.466=47%로 보기 ④가 정답이다.

24번

포화증기를 단열상태에서 압축시킬 때 일어나는 일반적인 현상 중 옳은 것은?

1. 과열증기가 된다.

2. 온도가 떨어진다.

3. 포화수가 된다.

4. 습증기가 된다.

정답 1번

해설. 포화증기를 단열압축하면 엔트로피가 일정하게 유지되며 포화선을 벗어나 과열증기 영역으로 이동하게 된다(온도와 압력이 함께 상승). 따라서 보기 ①이 정답이다.

25번

물의 증발열은 101.325 kPa에서 2257 kJ/㎏이고, 이 때 비체적은 0.00104 ㎥/㎏에서 1.67 ㎥/㎏으로 변화한다. 이 증발 과정에 있어서 내부에너지의 변화량(kJ/㎏)은?

1. 237.5

2. 2375

3. 208.8

4. 2088

정답 4번

해설. 정압 상변화 과정에서 내부에너지 변화 ufg=hfg-pΔv이다. p=101.325kPa, Δv=1.67-0.00104≈1.669㎥/kg이므로 pΔv≈169.1kJ/kg, ufg=2257-169.1≈2088kJ/kg으로 보기 ④가 정답이다.

26번

가스 터빈 엔진의 열효율에 대한 다음 설명 중 잘못된 것은?

1. 압축기 전후의 압력비가 증가할수록 열효율이 증가한다.

2. 터빈 입구의 온도가 높을수록 열효율은 증가하나 고온에 견딜 수 있는 터빈 블레이드 개발이 요구된다.

3. 터빈 일에 대한 압축기 일의 비를 back work ratio 라고 하며, 이 비가 클수록 열효율이 높아진다.

4. 가스 터빈 엔진은 증기 터빈 원동소와 결합된 복합시스템을 구성하여 열효율을 높일 수 있다.

정답 3번

해설. back work ratio(압축일/터빈일)가 클수록 터빈이 생산한 일 중 압축기에 소모되는 비율이 커져 정미 출력이 줄어들므로 오히려 열효율이 낮아진다. 따라서 'back work ratio가 클수록 열효율이 높아진다'는 설명은 틀리며 보기 ③이 정답이다.

27번

1 MPa의 일정한 압력 (이 때의 포화온도는 180 ℃) 하에서 물이 포화액에서 포화증기로 상변화를 하는 경우 포화액의 비체적과 엔탈피는 각각 0.00113 ㎥/㎏, 763 kJ/㎏이고, 포화증기의 비체적과 엔탈피는 각각 0.1944 ㎥/㎏, 2778 kJ/㎏이다. 이 때 증발에 따른 내부에너지 변화 (ufg)와 엔트로피 변화 (sfg)는 약 얼마인가?

1. ufg = 1822 kJ/㎏, sfg = 3.704 kJ/(㎏·K)

2. ufg = 2002 kJ/㎏, sfg = 3.704 kJ/(㎏·K)

3. ufg = 1822 kJ/㎏, sfg = 4.447 kJ/(㎏·K)

4. ufg = 2002 kJ/㎏, sfg = 4.447 kJ/(㎏·K)

정답 3번

해설. ufg=hfg-p·vfg. hfg=2778-763=2015kJ/kg, vfg=0.1944-0.00113≈0.1933㎥/kg, p·vfg=1000×0.1933≈193.3kJ/kg이므로 ufg≈1822kJ/kg이다. sfg=hfg/Tsat=2015/(180+273.15)≈4.447kJ/(kg·K)로 보기 ③이 정답이다.

28번

온도 5 ℃와 35 ℃ 사이에서 역카르노 사이클로 운전하는 냉동기의 최대 성적 계수는 약 얼마인가?

1. 12.3

2. 5.3

3. 7.3

4. 9.3

정답 4번

해설. 역카르노 냉동사이클의 최대 성적계수 COP=TL/(TH-TL)=278.15/(308.15-278.15)=278.15/30≈9.27≈9.3으로 보기 ④가 정답이다.

29번

압력 1 N/㎠, 체적 0.5 ㎥인 기체 1 ㎏을 가역과정으로 압축하여 압력이 2 N/㎠, 체적이 0.3 ㎥로 변화되었다. 이 과정이 압력-체적(P-V)선도에서 선형적으로 변화되었다면, 이 때 외부로부터 받은 일은 약 몇 N·m인가?

1. 2000

2. 3000

3. 4000

4. 5000

정답 2번

해설. P-V선도에서 선형변화이므로 일은 사다리꼴 면적(평균압력×체적변화)으로 구한다. P1=1N/㎠=10kPa, P2=2N/㎠=20kPa, 평균압력=15kPa, ΔV=0.5-0.3=0.2㎥이므로 외부로부터 받은 일=15000×0.2=3000N·m로 보기 ②가 정답이다.

30번

밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하는 동안 300 kJ의 열이 방출되었다. 압축열의 양이 400 kJ이라면 내부에너지 변화량은 약 몇 kJ인가?

1. 100

2. 300

3. 400

4. 700

정답 1번

해설. 열역학 제1법칙 ΔU=Q-W을 적용한다. 방출열이므로 Q=-300kJ, 압축 시 기체가 받은 일 W=-400kJ(기체가 일을 받음)이므로 ΔU=(-300)-(-400)=100kJ로 보기 ①이 정답이다.

31번

두께가 4 ㎝인 무한히 넓은 금속 평판에서 가열면의 온도를 200 ℃, 냉각면의 온도를 50 ℃로 유지하였을 때 금속판을 통한 정상상태의 열유속이 300 ㎾/㎡이면 금속판의 열전도율(thermal conductivity)은 약 몇 W/(m·K)인가? (단, 금속판에서의 열전달은 Fourier 법칙을 따른다고 가정한다.)

1. 20

2. 40

3. 60

4. 80

정답 4번

해설. 푸리에 법칙 q=k·ΔT/L에서 k=q·L/ΔT이다. q=300000W/㎡, L=0.04m, ΔT=150K이므로 k=300000×0.04/150=80W/(m·K)로 보기 ④가 정답이다.

32번

고열원과 저열원 사이에서 작동하는 카르노사이클 열기관이 있다. 이 열기관에서 60 kJ의 일을 얻기 위하여 100 kJ의 열을 공급하고 있다. 저열원의 온도가 15 ℃라고 하면 고열원의 온도는?

1. 128 ℃

2. 288 ℃

3. 447 ℃

4. 720 ℃

정답 3번

해설. 카르노 효율 η=W/Q=60/100=0.6이며, η=1-TL/TH이므로 TH=TL/(1-η)=288.15/0.4=720.4K≈447.2℃로 보기 ③이 정답이다.

33번

20 ℃, 400 kPa의 공기가 들어 있는 1 ㎥의 용기와 30 ℃, 150 kPa의 공기 5 ㎏이 들어 있는 용기가 밸브로 연결되어 있다. 밸브가 열려서 전체 공기가 섞인 후 25 ℃의 주위와 열적 평형을 이룰 때 공기의 압력은 약 몇 kPa인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/(㎏·K)이다.)

1. 110

2. 214

3. 319

4. 417

정답 2번

해설. 이상기체 상태방정식으로 각 용기의 질량과 최종 혼합 체적을 구한다: m1=P1V1/RT1=400×1/(0.287×293.15)≈4.755kg, V2=m2RT2/P2=5×0.287×303.15/150≈2.900㎥. 전체 질량 9.755kg, 전체 체적 3.900㎥, 최종 온도 298.15K을 대입하면 P=mRT/V≈214kPa로 보기 ②가 정답이다.

34번

다음 장치들에 대한 열역학적 관점의 설명으로 옳은 것은?

1. 노즐은 유체를 서서히 낮은 압력으로 팽창하여 속도를 감속시키는 기구이다.

2. 디퓨저는 저속의 유체를 가속하는 기구이며 그 결과 유체의 압력이 증가한다.

3. 터빈은 작동유체의 압력을 이용하여 열을 생성하는 회전식 기계이다.

4. 압축기의 목적은 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 것이다.

정답 4번

해설. 압축기는 외부 동력을 이용해 유체의 압력을 높이는 회전 또는 왕복 기계이다(노즐은 압력강하로 유체를 가속, 디퓨저는 유체를 감속시켜 압력을 높이며, 터빈은 유체의 압력강하를 이용해 일을 생산한다). 따라서 보기 ④가 정답이다.

35번

상온 (25 ℃) 의 실내에 있는 수은 기압계에서 수은주의 높이가 730 ㎜라면, 이때 기압은 약 몇 kPa인가? (단 25 ℃기준, 수은 밀도는 13534 ㎏/㎥이다.)

1. 91.4

2. 96.9

3. 99.8

4. 104.2

정답 2번

해설. 대기압 P=ρgh=13534×9.81×0.730≈96900Pa≈96.9kPa로 보기 ②가 정답이다.

36번

자동차 엔진을 수리한 후 실린더 블록과 헤드 사이에 수리 전과 비교하여 더 두꺼운 개스킷을 넣었다면 압축비와 열효율은 어떻게 되겠는가?

1. 압축비는 감소하고, 열효율은 감소한다.

2. 압축비는 감소하고, 열효율은 증가한다.

3. 압축비는 증가하고, 열효율은 감소한다.

4. 압축비는 증가하고, 열효율은 증가한다.

정답 1번

해설. 두꺼운 개스킷을 넣으면 연소실의 간극체적(Vc)이 커져 압축비 ε=(Vc+Vs)/Vc가 감소한다. 오토사이클 효율 η=1-(1/ε)^(k-1)은 압축비가 작아지면 함께 감소하므로 압축비와 열효율 모두 감소한다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

37번

100 ℃와 50 ℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 약 얼마인가?

1. 55.0 %

2. 16.7 %

3. 13.4 %

4. 8.3 %

정답 3번

해설. 카르노 효율 η=1-TL/TH=1-(323.15/373.15)≈0.134=13.4%로 보기 ③이 정답이다.

38번

냉매의 요구조건으로 옳은 것은?

1. 비체적이 커야 한다.

2. 증발압력이 대기압보다 낮아야 한다.

3. 응고점이 높아야 한다.

4. 증발열이 커야 한다.

정답 4번

해설. 냉매는 증발 시 흡수하는 열량(증발잠열)이 커야 적은 냉매량으로도 큰 냉동효과를 낼 수 있다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

39번

섭씨온도 -40℃를 화씨온도 (℉)로 환산하면 약 얼마인가?

1. -16 ℉

2. -24 ℉

3. -32 ℉

4. -40 ℉

정답 4번

해설. 화씨-섭씨 관계식 F=C×9/5+32를 이용한다. C=-40이므로 F=-40×1.8+32=-72+32=-40℉로(우연히 두 척도가 일치하는 지점) 보기 ④가 정답이다.

40번

어떤 냉매를 사용하는 냉동기의 압력-엔탈피 선도(P-h 선도)가 다음과 같다. 여기서 각각의 엔탈피는 h1 = 1638 kJ/㎏, h2 = 1983 kJ/㎏, h3 = h4 = 559 kJ/㎏ 일 때 성적계수는 약 얼마인가? (단, h1, h2, h3, h4는 P-h 선도에서 각각 1, 2, 3, 4에서의 엔탈피를 나타낸다.)

1. 1.5

2. 3.1

3. 5.2

4. 7.9

정답 2번

해설. 냉동사이클 성적계수 COP=(h1-h4)/(h2-h1)=(1638-559)/(1983-1638)=1079/345≈3.1로 보기 ②가 정답이다.

41번

그림과 같이 유량 Q = 0.03 ㎥/s의 물 분류가 V = 40 m/s의 속도로 곡면판에 충돌하고 있다. 판은 고정되어 있고 휘어진 각도가 135˚일 때 분류로부터 판이 받는 총 힘의 크기는 약 몇 N인가?

1. 2049

2. 2217

3. 2638

4. 2898

정답 2번

해설. 곡면판이 유동방향을 135° 꺾을 때 판이 받는 힘의 크기는 F=ρQV·2sin(θ/2)(θ=135°)로 구해진다. ρQV=1000×0.03×40=1200, F=1200×2×sin67.5°≈1200×1.848≈2217N으로 보기 ②가 정답이다.

42번

대기압을 측정하는 기압계에서 수은을 사용하는 가장 큰 이유는?

1. 수은의 점성계수가 작기 때문에

2. 수은의 동점성계수가 크기 때문에

3. 수은의 비중량이 작기 때문에

4. 수은의 비중이 크기 때문에

정답 4번

해설. 수은은 비중(밀도)이 매우 커서 대기압에 상응하는 액주의 높이가 짧아지므로(약 760mm 수준) 기압계 제작에 유리하다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

43번

단면적이 10 ㎠인 관에, 매분 6 ㎏의 질량유량으로 비중 0.8인 액체가 흐르고 있을 때 액체의 평균속도는 약 몇 m/s인가?

1. 0.075

2. 0.125

3. 6.66

4. 7.50

정답 2번

해설. 평균속도 V=Q/A=(ṁ/ρ)/A이다. ṁ=6kg/min=0.1kg/s, ρ=800kg/㎥(비중 0.8), A=10㎠=1×10⁻³㎡이므로 V=(0.1/800)/0.001=0.125m/s로 보기 ②가 정답이다.

44번

그림과 같이 지름이 D인 물방을을 지름 d인 N개의 작은 물방울로 나누려고 할 때 요구되는 에너지양은? (단, D>>d이고, 물방울의 표면장력은 σ이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 큰 물방울을 여러 개의 작은 물방울로 나눌 때 필요한 에너지는 표면적 증가분에 표면장력을 곱한 값(ΔA·σ)으로 구해지며, 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

45번

그림과 같은 원통형 축 틈새에 점성계수가 0.51 Pa·s인 윤활유가 채워져 있을 때, 축을 1800 rpm으로 회전시키기 위해서 필요한 동력은 약 몇 W인가? (단, 틈새에서의 유동은 Couette 유동이라고 간주한다.)

1. 45.3

2. 128

3. 4807

4. 13610

정답 2번

해설. 쿠에트 유동에서 동력=토크×각속도이며, 토크는 점성계수·각속도·회전반경·틈새 형상으로부터 구해진다. 주어진 값을 대입하면 약 128W로 보기 ②가 정답이다.

46번

관마찰계수가 거의 상대조도 (relative roughness)에만 의존하는 경우는?

1. 완전난류유동

2. 완전층류유동

3. 임계유동

4. 천이유동

정답 1번

해설. 관마찰계수가 레이놀즈수와 거의 무관하고 상대조도에만 의존하는 영역은 완전난류(거친관 완전난류)유동 영역이다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

47번

안지름 20 ㎝의 원통형 용기의 축을 수직으로 놓고 물을 넣어 중심으로 300 rpm의 회전수로 용기를 회전시키면 수면의 최고점과 최저점의 높이 차(H)는 약 몇 ㎝인가?

1. 40.3 ㎝

2. 50.3 ㎝

3. 60.3 ㎝

4. 70.3 ㎝

정답 2번

해설. 강제와류에서 수면 높이차 H=ω²R²/(2g)이다. ω=300rpm=31.42rad/s, R=0.1m이므로 H=(31.42)²×0.1²/(2×9.81)≈0.503m=50.3cm로 보기 ②가 정답이다.

48번

물이 5 m/s로 흐르는 관에서 에너지선(E.L.)과 수력기울기선(H.G.L.)의 높이 차이는 약 몇 m인가?

1. 1.27

2. 2.24

3. 3.82

4. 6.45

정답 1번

해설. 에너지선(E.L.)과 수력기울기선(H.G.L.)의 높이차는 속도수두 V²/2g와 같다. V=5m/s이므로 차이=5²/(2×9.81)≈1.27m로 보기 ①이 정답이다.

49번

그림과 같은 물탱크에 Q의 유량으로 물이 공급되고 있다. 물탱크의 측면에 설치한 지름 10 ㎝의 파이프를 통해 물이 배출될 때, 배출구로부터의 수위 h를 3 m로 일정하게 유지하려면 유량 Q는 약 몇 ㎥/s이어야 하는가? (단, 물탱크의 지름은 3 m이다.)

1. 0.03

2. 0.04

3. 0.05

4. 0.06

정답 4번

해설. 정상상태에서 유입유량과 배출유량이 같아야 한다. 배출구 유속 V=√(2gh)=√(2×9.81×3)≈7.67m/s, 배출구 면적 A=π/4×0.1²≈7.854×10⁻³㎡이므로 Q=AV≈0.06㎥/s로 보기 ④가 정답이다.

50번

다음 중 유체 속도를 측정할 수 있는 장치로 볼 수 없는 것은?

1. Pitot-static tube

2. Laser Doppler Velocimetry

3. Hot Wire

4. Piezometer

정답 4번

해설. 피토정압관, 레이저 도플러 유속계, 열선유속계는 모두 유체 속도를 측정하는 장치이나, 피에조미터(piezometer)는 정압만을 측정하는 장치로 속도 측정에는 사용되지 않는다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

51번

레이놀즈수가 매우 작은 느린 유동(creeping flow)에서 물체의 항력 F는 속도 V, 크기 D, 그리고 유체의 점성계수 μ에 의존한다. 이와 관계하여 유도되는 무차원수는?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 저레이놀즈수 크리핑 유동에서 항력은 F=f(V, D, μ)로 표현되며, 이로부터 유도되는 무차원수는 F/(μVD) 형태이다. 이에 해당하는 보기 ①이 정답이다.

52번

정상, 비압축성 상태의 2차원 속도장이 (x, y) 좌표계에서 다음과 같이 주어졌을 때 유선의 방정식으로 옳은 것은? (단, u와 v는 각각 x, y 방향의 속도성분이고, C는 상수이다.)

u = -2x, v = 2y

1. x2y = C

2. xy2 = C

3. xy = C

4.

정답 3번

해설. u=-2x, v=2y인 유동에서 유선방정식 dx/u=dy/v를 적분하면 -ln x=ln y+const, 즉 xy=C가 되어 보기 ③이 정답이다.

53번

부차적 손실계수가 4.5인 밸브를 관마찰계수가 0.02이고, 지름이 5 ㎝인 관으로 환산한다면 관의 상당길이는 약 몇 m인가?

1. 9.34

2. 11.25

3. 15.37

4. 19.11

정답 2번

해설. 상당길이 Le=K·d/f이다. K=4.5, d=0.05m, f=0.02이므로 Le=4.5×0.05/0.02=11.25m로 보기 ②가 정답이다.

54번

어떤 물체의 속도가 초기 속도의 2배가 되었을 때 항력계수가 초기 항력계수의

로 줄었다. 초기에 물체가 받는 저항력이 D라고 할 때 변화된 저항력은 얼마가 되는가?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 항력 D=½CdρAV²에서 속도가 2배(V→2V)가 되고 항력계수가 1/4로 줄면 D'=½(Cd/4)ρA(2V)²=½CdρAV²=D로 항력이 변하지 않는다. 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

55번

자동차의 브레이크 시스템의 유압장치에 설치된 피스톤과 실린더 사이의 환형 틈새 사이를 통한 누설유동은 두 개의 무한 평판 사이의 비압축성, 뉴턴유체의 층류유동으로 가정할 수 있다. 실린더 내 피스톤의 고압측과 저압측과의 압력차를 2배로 늘렸을 때, 작동유체의 누설유량은 몇 배가 될 것인가?

1. 2 배

2. 4 배

3. 8 배

4. 16 배

정답 1번

해설. 평행 평판 사이의 층류 누설유동에서 유량 Q는 압력차 ΔP에 비례한다(Q=ΔP·h³w/12μL). 따라서 압력차를 2배로 하면 유량도 2배가 되어 보기 ①이 정답이다.

56번

속도성분이 u = 2x, v = -2y 인 2차원 유동의 속도 포텐셜 함수 φ로 옳은 것은? (단, 속도 포텐셜 φ는

로 정의된다.)

1. 2x-2y

2. x3-y3

3. -2xy

4. x2-y2

정답 4번

해설. 속도포텐셜은 u=∂φ/∂x, v=∂φ/∂y 관계이다. u=2x를 적분하면 φ=x²+f(y), v=-2y=f'(y)에서 f(y)=-y²이므로 φ=x²-y²이 되어 보기 ④가 정답이다.

57번

평판 위에서 이상적인 층류 경계층 유동을 해석하고자 할 때 다음중 옳은 설명을 모두 고른 것은?

㉮ 속도가 커질수록 경계층 두께는 커진다.
㉯ 경계층 밖의 외부유동은 비점성유동으로 취급할 수 있다.
㉰ 동일한 속도 및 밀도일 때 점성계수가 커질수록 경계층 두께는 커진다.

1. ㉯

2. ㉮, ㉯

3. ㉮, ㉰

4. ㉯, ㉰

정답 4번

해설. 층류 경계층에 대한 일반적 특성(경계층 두께는 하류로 갈수록 증가, 표면마찰계수는 하류로 갈수록 감소 등)을 검토하면 옳은 설명의 조합은 보기 ④(㉯, ㉰)이다.

58번

다음 중 체적탄성계수와 차원이 같은 것은?

1. 체적

2. 힘

3. 압력

4. 레이놀드(Reynolds) 수

정답 3번

해설. 체적탄성계수 K=-VdP/dV는 압력과 동일한 차원(Pa)을 갖는다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

59번

실제 잠수함 크기의 1/25인 모형 잠수함을 해수에서 실험하고자 한다. 만일 실형 잠수함을 5 m/s로 운전하고자 할 때 모형 잠수함의 속도는 몇 m/s로 실험해야 하는가?

1. 0.2

2. 3.3

3. 50

4. 125

정답 4번

해설. 동일 유체(해수) 내에서 상사실험을 하므로 레이놀즈수를 일치시켜야 한다: V모형·L모형=V실형·L실형. L비=25이므로 V모형=V실형×25=5×25=125m/s로 보기 ④가 정답이다.

60번

액체 속에 잠겨진 경사면에 작용되는 힘의 크기는? (단, 면적을 A, 액체의 비중량을 γ, 면의 도심까지의 깊이를 hc라 한다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 경사면(평면)에 작용하는 전압력은 면의 형상이나 기울기에 관계없이 F=γ·hc·A(도심 깊이 기준)로 구해진다. 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

61번

전기 전도율이 높은 것에서 낮은 순으로 나열된 것은?

1. Al > Au > Cu > Ag

2. Au > Cu > Ag > Al

3. Cu > Au > Al > Ag

4. Ag > Cu > Au > Al

정답 4번

해설. 전기전도율은 은(Ag)이 가장 높고 그 다음 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al) 순이다(Ag>Cu>Au>Al). 따라서 보기 ④가 정답이다.

62번

철강을 부식시키기 위한 부식재로 옳은 것은?

1. 왕수

2. 질산 용액

3. 나이탈 용액

4. 염화제2철 용액

정답 3번

해설. 철강 조직을 관찰하기 위한 금속현미경 부식액으로는 질산과 알코올을 혼합한 나이탈(nital) 용액이 널리 사용된다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

63번

α-Fe 과 Fe3C 의 층상조직은?

1. 펄라이트

2. 시멘타이트

3. 오스테나이트

4. 레데뷰라이트

정답 1번

해설. α-Fe(페라이트)과 Fe3C(시멘타이트)가 층상으로 교대로 나타나는 공석조직을 펄라이트라 한다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

64번

구상 흑연주철의 구상화 첨가제로 주로 사용되는 것은?

1. Mg, Ca

2. Ni, Co

3. Cr, Pb

4. Mn, Mo

정답 1번

해설. 구상흑연주철은 용융 상태의 주철에 Mg, Ca(또는 Ce) 등을 첨가하여 흑연을 구상화한다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

65번

심냉처리를 하는 주요 목적으로 옳은 것은?

1. 오스테나이트 조직을 유지시키기 위해

2. 시멘타이트 변태를 촉진시키기 위해

3. 베이나이트 변태를 진행시키기 위해

4. 마텐자이트 변태를 완전히 진행시키기 위해

정답 4번

해설. 심냉처리(subzero treatment)는 담금질 후 잔류오스테나이트를 완전히 마텐자이트로 변태시키기 위해 상온 이하로 냉각하는 열처리이다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

66번

배빗메탈 이라고도 하는 베어링용 합금인 화이트 메탈의 주요성분으로 옳은 것은?

1. Pb-W-Sn

2. Fe-Sn-Al

3. Sn-Sb-Cu

4. Zn-Sn-Cr

정답 3번

해설. 화이트메탈(배빗메탈)은 주석-안티몬-구리(Sn-Sb-Cu)계 합금으로 미끄럼 베어링 재료로 사용된다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

67번

게이지용강이 갖추어야 할 조건으로 틀린 것은?

1. HRC55 이상의 경도를 가져야 한다.

2. 담금질에 의한 변형 및 균열이 적어야 한다.

3. 오랜 시간 경과하여도 치수의 변화가 적어야 한다.

4. 열팽창계수는 구리와 유사하며 취성이 커야 한다.

정답 4번

해설. 게이지용강은 정밀 측정기준으로 사용되므로 경도가 높고, 담금질 변형·균열이 적으며, 시간에 따른 치수변화가 작아야 한다. 반면 열팽창계수가 크거나 취성이 커야 한다는 것은 정밀도 유지와 내구성 측면에서 바람직하지 않으므로 틀린 설명이며 보기 ④가 정답이다.

68번

마템퍼링(martempering)에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 조직은 완전한 펄라이트가 된다.

2. 조직은 베이나이트와 마텐자이트가 된다.

3. Ms점 직상의 온도까지 급냉한 후 그 온도에서 변태를 완료시키는 것이다.

4. Mr점 이하의 온도까지 급냉한 후 그 온도에서 변태를 완료시키는 것이다.

정답 2번

해설. 마템퍼링은 Ms점보다 약간 높은 온도의 염욕에서 항온유지 후 서랭하는 열처리로, 얻어지는 조직은 베이나이트와 마텐자이트의 혼합조직이다. 따라서 보기 ②가 정답이다.

69번

Ni-Fe 합금으로 불변강이라 불리우는 것이 아닌 것은?

1. 인바

2. 엘린바

3. 콘스탄탄

4. 플래티나이트

정답 3번

해설. 인바, 엘린바, 플래티나이트는 Ni-Fe계 불변강이지만, 콘스탄탄은 Cu-Ni계 합금으로 열전대 등에 사용되는 저항선 재료이다. 따라서 Ni-Fe 불변강이 아닌 보기 ③이 정답이다.

70번

열경화성 수지에 해당하는 것은?

1. ABS 수지

2. 폴리스티렌

3. 폴리에틸렌

4. 에폭시 수지

정답 4번

해설. 에폭시 수지는 가열하면 경화되어 다시 녹지 않는 열경화성 수지이다. ABS, 폴리스티렌, 폴리에틸렌은 모두 열가소성 수지이다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

71번

그림과 같은 실린더를 사용하여 F = 3kN의 힘을 발생 시키는데 최소한 몇 MPa의 유압이 필요한가? (단, 실린더의 내경은 45 ㎜이다.)

1. 1.89

2. 2.14

3. 3.88

4. 4.14

정답 1번

해설. 압력 P=F/A이다. 실린더 내경 45mm이므로 A=π/4×0.045²≈1.590×10⁻³㎡이며, P=3000/1.590×10⁻³≈1887000Pa≈1.89MPa로 보기 ①이 정답이다.

72번

축압기 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1. 중추형 축압기 안에 유압유 압력은 항상 일정하다.

2. 스프링 내장형 축압기인 경우 일반적으로 소형이며 가격이 저렴하다.

3. 피스톤형 가스 충진 축압기의 경우 사용 온도 범위가 블래더형에 비하여 넓다.

4. 다이어프램 충진 축압기의 경우 일반적으로 대형이다.

정답 4번

해설. 다이어프램 충진식 축압기는 격막을 이용한 구조로 일반적으로 소형·저용량에 적합하며 대형으로 제작되지 않는다. 따라서 '일반적으로 대형이다'라는 설명은 틀리며 보기 ④가 정답이다.

73번

그림과 같은 유압 기호의 명칭은?

1. 공기압 모터

2. 요동형 엑추에이터

3. 정용량형 펌프·모터

4. 가변용량형 펌프·모터

정답 3번

해설. 그림의 유압기호는 토출량이 고정된(가변 표시가 없는) 정용량형 펌프·모터를 나타내므로 보기 ③이 정답이다.

74번

유압밸브의 전환 도중에 과도하게 생기는 밸브 포트 간의 흐름을 무엇이라고 하는가?

1. 랩

2. 풀 컷 오프

3. 서지 압

4. 인터플로

정답 4번

해설. 밸브가 전환되는 도중에 포트 사이에서 과도적으로 발생하는 흐름을 인터플로(interflow)라 한다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

75번

유압 펌프의 토출 압력이 6 MPa, 토출 유량이 40 ㎤/min일 때 소요 동력은 몇 W인가?

1. 240

2. 4

3. 0.24

4. 0.4

정답 2번

해설. 동력=압력×유량이다. P=6×10⁶Pa, Q=40㎤/min=6.667×10⁻⁷㎥/s이므로 동력=6×10⁶×6.667×10⁻⁷≈4W로 보기 ②가 정답이다.

76번

압력 제어 밸브에서 어느 최소 유량에서 어느 최대 유량까지의 사이에 증대하는 압력은?

1. 오버라이드 압력

2. 전량 압력

3. 정격 압력

4. 서지 압력

정답 1번

해설. 압력제어밸브에서 최소유량 시와 최대유량 시의 압력 차이(설정압력을 초과해 상승하는 압력)를 오버라이드 압력이라 한다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

77번

밸브 입구측 압력이 밸브 내 스프링 힘을 초과하여 포펫의 이동이 시작되는 압력을 의미하는 용어는?

1. 배압

2. 컷오프

3. 크래킹

4. 인터플로

정답 3번

해설. 밸브 입구압력이 스프링 힘을 초과하여 포펫이 열리기 시작하는 순간의 압력을 크래킹 압력이라 한다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

78번

엑추에이터의 배출 쪽 관로내의 공기의 흐름을 제어함으로써 속도를 제어하는 회로는?

1. 클램프 회로

2. 미터 인 회로

3. 미터 아웃 회로

4. 블리드 오프 회로

정답 3번

해설. 액추에이터의 배출(출구)측 관로에서 공기(유체)의 흐름을 제어하여 속도를 조절하는 회로는 미터 아웃 회로이다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

79번

다음 중 압력 제어 밸브들로만 구성되어 있는 것은?

1. 릴리프 밸브, 무부하 밸브, 스로틀 밸브

2. 무부하 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브

3. 셔틀 밸브, 릴리프 밸브, 시퀀스 밸브

4. 카운터 밸런스 밸브, 시퀀스 밸브, 릴리프 밸브

정답 4번

해설. 카운터밸런스밸브, 시퀀스밸브, 릴리프밸브는 모두 압력을 제어하는 압력제어밸브이다. 반면 체크밸브·셔틀밸브는 방향(로직) 제어, 스로틀밸브는 유량제어 밸브이다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

80번

유압기기의 통로(또는 관로)에서 탱크(또는 매니폴드 등)로 돌아오는 액체 또는 액체가 돌아오는 현상을 나타내는 용어는?

1. 누설

2. 드레인

3. 컷오프

4. 토출량

정답 2번

해설. 유압기기의 관로에서 탱크(또는 매니폴드)로 돌아오는 액체(또는 그 흐름)를 드레인(drain)이라 한다. 따라서 보기 ②가 정답이다.

81번

수평 직선 도로에서 일정한 속도로 주행하던 승용차의 운전자가 앞에 놓인 장애물을 보고 급제동을 하여 정지하였다. 바퀴자국으로 파악한 제동거리가 25 m이고, 승용차 바퀴와 도로의 운동마찰계수는 0.35일 때 제동하기 직전의 속력은 약 몇 m/s인가?

1. 11.4

2. 13.1

3. 15.9

4. 18.6

정답 2번

해설. 제동거리 공식 v=√(2μgd)를 이용한다. μ=0.35, g=9.81, d=25m이므로 v=√(2×0.35×9.81×25)≈13.1m/s로 보기 ②가 정답이다.

82번

그림과 같이 경사진 표면에 50 ㎏의 블록이 놓여있고 이 블록은 질량이 m인 추와 연결되어 있다. 경사진 표면과 블록사이의 마찰계수를 0.5라 할 때 이 블록을 경사면으로 끌어올리기 위한 추의 최소 질량(m)은 약 몇 ㎏인가?

1. 36.5

2. 41.8

3. 46.7

4. 54.2

정답 3번

해설. 경사면 위 블록을 마찰을 이기고 끌어올리는 데 필요한 최소 추 질량은 도르래-경사면 힘 평형식(mg=W(sinθ+μcosθ) 형태)으로 구하며, 주어진 조건을 대입하면 약 46.7kg이 되어 보기 ③이 정답이다.

83번

두 조화운동 x1 = 4sin10t와 x2 = 4sin10.2t를 합성하면 맥놀이 (beat) 현상이 발생하는데 이 때 맥놀이 진동수(㎐)는? (단, t의 단위는 s이다.)

1. 31.4

2. 62.8

3. 0.0159

4. 0.0318

정답 4번

해설. 맥놀이 진동수는 두 각진동수 차이를 2π로 나눈 값이다. fbeat=|ω1-ω2|/(2π)=|10-10.2|/(2π)=0.2/6.2832≈0.0318Hz로 보기 ④가 정답이다.

84번

외력이 가해지지 않고 오직 초기조건에 의하여 운동한다고 할 때 그림의 계가 지속적으로 진동하면서 감쇠하는 부족감쇠운동(underdamped motion)을 나타내는 조건으로 가장 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 1자유도 감쇠 자유진동에서 부족감쇠(진동하며 감쇠)가 되려면 감쇠계수의 제곱이 임계감쇠계수의 제곱보다 작아야 한다(c²<4mk, 즉 c<2√(mk)). 이에 해당하는 보기 ③이 정답이다.

85번

보 AB는 질량을 무시할 수 있는 강체이고 A점은 마찰 없는 힌지(hinge)로 지지되어 있다. 보의 중점 C와 끝점 B에 각각 질량 m1과 m2가 놓여 있을 때 이 진동계의 운동방정식을

이라고 하면 m의 값으로 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 강체보의 각 지점에 놓인 질량들을 라그랑주(에너지법) 방법으로 등가 회전관성으로 환산하여 운동방정식의 계수 m을 구하면, 주어진 형태에 해당하는 보기 ①이 정답이다.

86번

그림은 2톤의 질량을 가진 자동차가 18 ㎞/h의 속력으로 벽에 충돌하는 상황을 위에서 본 것이며 범퍼를 병렬 스프링 2개로 가정하였다. 충돌과정에서 스프링의 최대 압축량이 0.2 m라면 스프링 상수 k는 얼마인가? (단, 타이어와 노면의 마찰은 무시한다.)

1. 625 kN/m

2. 312.5 kN/m

3. 725 kN/m

4. 1450 kN/m

정답 1번

해설. 에너지보존: 자동차의 운동에너지가 스프링(2개 병렬)의 탄성에너지로 전환된다. KE=½mv²=½×2000×5²=25000J. ½(2k)x²=25000에서 k=25000/x²=25000/0.2²=625000N/m=625kN/m로 보기 ①이 정답이다.

87번

그림과 같이 질량이 동일한 두 개의 구슬 A, B가 있다. 초기에 A의 속도는 v이고 B는 정지되어 있다. 충돌 후 A와 B의 속도에 관한 설명으로 옳은 것은? (단, 두 구슬 사이의 반발계수는 1이다.)

1. A와 B 모두 정지한다.

2. A와 B 모두 v의 속도를 가진다.

3. A와 B 모두

의 속도를 가진다.

4. A는 정지하고 B는 v의 속도를 가진다.

정답 4번

해설. 질량이 같고 반발계수 e=1인 완전탄성충돌에서 한 물체(B)가 정지해 있던 경우, 충돌 후 처음 움직이던 물체(A)는 정지하고 정지해 있던 물체(B)가 원래 A의 속도(v)를 그대로 갖게 된다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

88번

그림과 같이 길이 1m, 질량 20 ㎏인 봉으로 구성된 기구가 있다. 봉은 A 점에서 카트에 핀으로 연결되어 있고, 처음에는 움직이지 않고 있었으나 하중 P가 작용하여 카트가 왼쪽 방향으로 4 m/s2의 가속도가 발생하였다. 이 때 봉의 초기 각가속도는?

1. 6.0 rad/s2, 시계방향

2. 6.0 rad/s2, 반시계방향

3. 7.3 rad/s2, 시계방향

4. 7.3 rad/s2, 반시계방향

정답 2번

해설. 카트가 가속될 때 봉(질량중심)에 작용하는 관성력과 힌지 반력, 중력을 고려한 회전운동방정식(ΣM_A=I_Aα)을 세워 풀면 초기 각가속도는 약 6.0rad/s²(반시계방향)가 되어 보기 ②가 정답이다.

89번

질량이 30 ㎏인 모형 자동차가 반경 40 m인 원형경로를 20 m/s의 일정한 속력으로 돌고 있을 때 이 자동차가 법선방향으로 받는 힘은 약 몇 N인가?

1. 100

2. 200

3. 300

4. 600

정답 3번

해설. 등속 원운동의 법선방향(구심) 힘 F=mv²/r이다. m=30kg, v=20m/s, r=40m이므로 F=30×400/40=300N으로 보기 ③이 정답이다.

90번

OA와 AB의 길이가 각각 1 m인 강체 막대 OAB가 x-y 평면 내에서 O점을 중심으로 회전하고 있다. 그림의 위치에서 막대 OAB의 각속도는 반시계 방향으로 5 rad/s이다. 이 때 A에서 측정한 B점의 상대속도

의 크기는?

1. 4 m/s

2. 5 m/s

3. 6 m/s

4. 7 m/s

정답 2번

해설. 강체 막대의 상대속도는 v_B/A=ω×r_AB이다. ω=5rad/s, AB길이=1m이므로 |v_B/A|=5×1=5m/s로 보기 ②가 정답이다.

91번

기계 부품, 식기, 전기 저항선 등을 만드는 데 사용되는 양은의 성분으로 적절한 것은?

1. Al의 합금

2. Ni와 Ag의 합금

3. Zn과 Sn의 합금

4. Cu, Zn 및 Ni의 합금

정답 4번

해설. 양은(nickel silver, 백동)은 구리, 아연, 니켈을 주성분으로 하는 Cu-Zn-Ni계 합금으로 식기, 저항선 등에 사용된다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

92번

버니어캘리퍼스에서 어미자 49 ㎜를 50등분한 경우 최소 읽기 값은 몇 ㎜인가? (단, 어미자의 최소눈금은 1.0 ㎜이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 버니어캘리퍼스의 최소 읽기값(어미자 최소눈금/등분수)=1.0mm/50=0.02mm이며, 이에 해당하는 보기 ①이 정답이다.

93번

Fe-C 평형상태도에서 탄소함유량이 약 0.80%인 강을 무엇이라고 하는가?

1. 공석강

2. 공정주철

3. 아공정주철

4. 과공정주철

정답 1번

해설. Fe-C 평형상태도에서 탄소함유량 약 0.80%는 공석점에 해당하며, 이 조성의 강을 공석강이라 한다. 따라서 보기 ①이 정답이다.

94번

펀치와 다이를 프레스에 설치하여 판금 재료로부터 목적하는 형상의 제품을 뽑아내는 전단 가공은?

1. 스웨이징

2. 엠보싱

3. 브로칭

4. 블랭킹

정답 4번

해설. 펀치와 다이를 이용해 판재로부터 원하는 외형의 제품(또는 소재)을 오려내는 전단가공을 블랭킹이라 한다. 따라서 보기 ④가 정답이다.

95번

방전가공에서 전극 재료의 구비조건으로 가장 거리가 먼것은?

1. 기계가공이 쉬워야 한다.

2. 가공 전극의 소모가 커야 한다.

3. 가공 정밀도가 높아야 한다.

4. 방전이 안전하고 가공속도가 빨라야 한다.

정답 2번

해설. 방전가공 전극재료는 소모가 적어야 정밀한 가공이 가능하다. '전극의 소모가 커야 한다'는 요구조건은 틀린 설명이므로 보기 ②가 정답이다.

96번

연삭 중 숫돌의 떨림 현상이 발생하는 원인으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 숫돌의 결합도가 약할 때

2. 숫돌축이 편심되어 있을 때

3. 숫돌의 평형상태가 불량할 때

4. 연삭기 자체에서 진동이 있을 때

정답 1번

해설. 연삭숫돌의 떨림(chatter)은 주로 숫돌축 편심, 숫돌의 불평형, 연삭기 자체 진동 등에 의해 발생한다. 숫돌의 결합도가 약한 것은 오히려 자생작용이 잘 일어나 떨림과는 거리가 먼 원인이므로 보기 ①이 정답이다.

97번

주조에 사용되는 주물사의 구비조건으로 옳지 않은 것은?

1. 통기성이 좋을 것

2. 내화성이 적을 것

3. 주형 제작이 용이할 것

4. 주물 표면에서 이탈이 용이할 것

정답 2번

해설. 주물사는 용융금속의 열에 견디는 내화성이 커야 하며, 통기성이 좋고 주형 제작 및 탈형(이탈)이 용이해야 한다. '내화성이 적을 것'은 틀린 요구조건이므로 보기 ②가 정답이다.

98번

전기 저항 용접의 종류에 해당하지 않는 것은?

1. 심 용접

2. 스폿 용접

3. 테르밋 용접

4. 프로젝션 용접

정답 3번

해설. 심용접, 스폿용접, 프로젝션용접은 모두 전기저항용접에 속하지만, 테르밋용접은 화학반응열(테르밋반응)을 이용하는 용융용접법으로 저항용접이 아니다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

99번

전기 도금의 반대현상으로 가공물을 양극, 전기저항이 적은 구리, 아연을 음극에 연결한 후 용액에 침지하고 통전하여 금속표면의 미소 돌기부분을 용해하여 거울면과 같이 광택이 잇는 면을 가공할 수 있는 특수가공은?

1. 방전가공

2. 전주가공

3. 전해연마

4. 슈퍼피니싱

정답 3번

해설. 가공물을 양극으로 하고 전기저항이 작은 금속을 음극으로 하여 전해액 속에서 통전, 표면 미소돌기를 용해시켜 광택면을 얻는 가공법을 전해연마라 한다. 따라서 보기 ③이 정답이다.

100번

Taylor의 공구 수명에 관한 실험식에서 세라믹 공구를 사용하여 지수(n) = 0.5, 상수(C) = 200, 공구 수명(T)을 30(min)으로 조건을 주었을 때, 적합한 절삭속도는 약 몇 m/min 인가?

1. 30.3

2. 32.6

3. 34.4

4. 36.5

정답 4번

해설. 테일러 공구수명식 VTⁿ=C에서 V=C/Tⁿ=200/30^0.5=200/5.477≈36.5m/min로 보기 ④가 정답이다.

일반기계기사 필기 2017년 4회 기출문제

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