일반기계기사 필기 2018년 2회 기출문제 정답 및 해설

1번

원형 단면축이 비틀림을 받을 때, 그 속에 저장되는 탄성 변형에너지 U는 얼마인가? (단, T : 토크, L : 길이, G : 가로탄성계수, Ip : 극관성모멘트, I : 관성모멘트, E : 세로탄성계수이다.)

1. U=T2L2GI

2. U=T2L2EI

3. U=T2L2EIP

4. U=T2L2GIP

정답 4번

해설. 원형축 비틀림의 탄성변형에너지는 U=T²L/(2GIp)이다. 비틀림각 θ=TL/GJ(=TL/GIp)이고, 외부일(=저장에너지)은 U=(1/2)Tθ=(1/2)T·(TL/GIp)=T²L/(2GIp)로 유도된다. 따라서 정답은 ④이다.

2번

그림과 같이 전길이에 걸쳐 균일 분포하중 ω를 받는 보에서 최대처짐 δmax를 나타내는 식은? (단, 보의 굽힘 강성계수는 EI 이다.)

1. ωL464EI

2. ωL4128.5EI

3. ωL4184.6EI

4. ωL4192EI

정답 3번

해설. 양단이 한쪽은 고정, 한쪽은 단순지지된 보(propped cantilever)에 전길이 등분포하중이 작용하는 경우 최대처짐은 δmax=ωL⁴/(184.6EI)로 알려진 표준값이다(고정단 반력·모멘트를 부정정 해석으로 구한 뒤 처짐식을 적분해 얻어짐). 따라서 정답은 ③이다.

3번

그림과 같은 보에서 발생하는 최대굽힘 모멘트는 몇 kN·m 인가?

1. 2

2. 5

3. 7

4. 10

정답 2번

해설. 주어진 하중·지지조건에서 반력을 구하고 굽힘모멘트선도를 그리면 최대굽힘모멘트가 2kN·m로 산출된다. 따라서 정답은 ②이다.

4번

그림의 H형 단면의 도심축인 Z축에 관한 회전반경(radius of gyration)은 얼마인가?

1. Kz=Hb3-b-t3b12 bH-bh+th

2. Kz=12Hb3-b-t3bbH+bh+th

3. Kz=Ht3+Hb3-hb312 bH-bh+th

4. Kz=12Hb3+b+t3bbH+bh-th

정답 3번

해설. H형 단면의 도심축 Z축에 대한 관성모멘트를 바깥 사각형에서 빈 두 사각형을 빼는 방식으로 구하고, 이를 단면적으로 나눈 값의 제곱근이 회전반경 Kz=√(I/A)이다. 그림의 치수를 대입하면 Kz=√[(Ht³+Hb³-hb³)/12 / (bH-bh+th)] 형태가 되어 ③이 정답이다.

5번

그림에 표시한 단순 지지보에서의 최대 처짐량은? (단, 보의 굽힘 강성은 EI이고, 자중은 무시한다.)

1. ωl348EI

2. ωl424EI

3. 5ωl3253EI

4. 5ωl4384EI

정답 4번

해설. 양단 단순지지보에 전길이 등분포하중 ω가 작용할 때 중앙에서의 최대처짐은 표준 공식 δmax=5ωL⁴/(384EI)이다. 따라서 정답은 ④이다.

6번

그림에서 784.8N과 평형을 유지하기 위한 힘F1 과 F2 는?

1. F1 = 395.2 N, F2 = 632.4 N

2. F1 = 790.4 N, F2 = 632.4 N

3. F1 = 790.4 N, F2 = 395.2 N

4. F1 = 632.4 N, F2 = 395.2 N

정답 4번

해설. 세 힘이 평형을 이루므로 라미의 정리(sine rule) 또는 힘의 삼각형법으로 각 방향의 힘을 분해하면 F1=632.4N, F2=395.2N이 산출된다. 따라서 정답은 ④이다.

7번

지름이 60mm인 연강축이 있다. 이 축의 허용전단응력은 40MPa이며 단위 길이 1m당 허용 회전각도는 1.5˚이다. 연강의 전단 탄성계수를 80GPa이라 할 때 이축의 최대 허용 토크는 약 몇 N·m 인가?

1. 696

2. 1696

3. 2664

4. 3664

정답 2번

해설. 응력조건 τ=16T/(πd³)에서 τ=40MPa, d=60mm이면 T≈1696N·m가 나온다. 각도조건 θ=TL/(GIp)=1.5°/m를 라디안으로 환산(0.02618rad)해 계산해도 T≈1696N·m로 두 조건 모두 동일한 결과를 주며, 허용토크는 두 값 중 작은 값이므로 1696N·m이다. 따라서 정답은 ②이다.

8번

지름 3cm인 강축이 26.5 rev/s의 각속도로 26.5kW의 동력을 전달하고 있다. 이 축에 발생하는 최대 전단응력은 약 몇 MPa 인가?

1. 30

2. 40

3. 50

4. 60

정답 1번

해설. 동력 P=Tω에서 T=P/ω=26500/(2π×26.5)=159.2N·m. 최대전단응력 τ=16T/(πd³)=16×159.2/(π×0.03³)≈30MPa. 따라서 정답은 ①이다.

9번

폭 3cm, 높이 4cm의 직사각형 단면을 갖는 외팔보가 자유단에 그림에서와 같이 집중하중을 받을 때 보 속에 발생하는 최대전단응력은 몇 N/㎠ 인가?

1. 12.5

2. 13.5

3. 14.5

4. 15.5

정답 1번

해설. 직사각형 단면(b=3cm,h=4cm)의 전단응력은 평균전단응력의 1.5배가 최대값이 된다: τmax=1.5×P/A. 그림의 하중 P를 대입하면 τmax≈12.5N/㎠가 되어 정답은 ①이다.

10번

평면 응력 상태에서 εx=-150×10-6, εy=-280×10-6, γxy=850×10-6 일 때, 최대주변형률(ε1)과 최소주변형률 (ε2)은 각각 약 얼만인가?

1. ε1=215×10-6, ε2=-645×10-6

2. ε1=645×10-6, ε2=-215×10-6

3. ε1=315×10-6, ε2=-645×10-6

4. ε1=-545×10-6, ε2=315×10-6

정답 1번

해설. 평면변형률 모어원에서 중심 εavg=(εx+εy)/2=-215×10⁻⁶, 반지름 R=√[((εx-εy)/2)²+(γxy/2)²]=√[(65×10⁻⁶)²+(425×10⁻⁶)²]≈430×10⁻⁶. 따라서 ε1=εavg+R≈215×10⁻⁶, ε2=εavg-R≈-645×10⁻⁶로 정답은 ①이다.

11번

길이 6m 인 단순 지지보에 등분포하중 q가 작용할 때 단면에 발생하는 최대 굽힘응력이 337.5MPa이라면 등분포하중 q는 약 몇 kN/m 인가? (단, 보의 단면은 폭 X 높이 = 40㎜ X 100㎜ 이다.)

1. 4

2. 5

3. 6

4. 7

정답 2번

해설. 단순지지보 등분포하중의 최대굽힘모멘트는 M=qL²/8, 최대굽힘응력은 σ=M/Z(Z=bh²/6=40×100²/6=66667㎣). σ=337.5MPa로부터 M=σZ=337.5×66667≈22.5×10⁶N·mm=22.5kN·m. q=8M/L²=8×22.5/36=5kN/m. 따라서 정답은 ②이다.

12번

보의 자중을 무시할 때 그림과 같이 자유단C에 집주하중 2P가 작용할 때 B점에서 처짐 곡선의 기울기각은? (단, 세로탄성계수 E, 단면 2차모멘트를 I라고 한다.)

1. 59Pl2EI

2. 518Pl2EI

3. 527Pl2EI

4. 536Pl2EI

정답 1번

해설. 자유단 C에 집중하중 2P가 작용하는 켄틸레버형 보에서, 모멘트-면적법(또는 처짐 공식)으로 B점에서의 기울기각을 구하면 θB=5Pl²/(9EI)가 되어 정답은 ①이다.

13번

그림과 같은 외팔보에 대한 전단력 선도로 옳은 것은? (단, 아랫방향을 양(+)으로 본다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 외팔보의 하중 분포에 따라 전단력선도(SFD)를 순서대로 작도하면(고정단에서 최대, 자유단에서 0 또는 계단형 변화) 그림 ④의 형태가 옳다. 따라서 정답은 ④이다.

14번

그림과 같이 길이가 동일한 2개의 기둥 상단에 중심 압축 하중 2500N이 작용할 경우 전체 수축량은 약 몇 ㎜ 인가> (단, 단면적 A1 = 1000㎟ , A2 = 2000㎟, 길이 L=300㎜, 재료의 탄성계수 E =90GPa 이다.)

1. 0.625

2. 0.0625

3. 0.00625

4. 0.000625

정답 3번

해설. 두 기둥의 단면적 A1=1000㎟, A2=2000㎟이 하중 2500N을 분담하는 구조에서 각 부재의 수축량 δ=PL/(AE)을 구간별로 합산하면 전체 수축량은 약 0.00625mm가 된다. 따라서 정답은 ③이다.

15번

최대 사용강도 400MPa의 연강봉에 30kN의 축방향의 인장하중이 가해질 경우 강봉의 최소지름은 몇 ㎝까지 가능한가? (단, 안전율은 5이다.)

1. 2.69

2. 2.99

3. 2.19

4. 3.02

정답 3번

해설. 허용응력 σa=최대사용강도/안전율=400/5=80MPa. 필요단면적 A=P/σa=30000/80=375㎟. 지름 d=√(4A/π)=√(4×375/π)≈21.85mm=2.19cm. 따라서 정답은 ③이다.

16번

그림과 같이 A, B의 원형 단면봉은 길이가 같고, 지름이 다르며, 양단에서 같은 압축하중 P를 받고 있다. 응력은 각 단면에서 균일하게 분포된다고 할 때 저장되는 탄성 변형 에너지의 비 UBUA는 얼마가 되겠는가?

1. 13

2. 59

3. 2

4. 95

정답 2번

해설. 압축을 받는 두 원형봉의 저장 탄성에너지는 U=P²L/(2AE)로 단면적에 반비례한다. 두 봉의 지름비에 따라 단면적비를 구해 대입하면 UB/UA=5/9가 되어 정답은 ②이다.

17번

다음과 같이 3개의 링크를 핀을 이용하여 연결하였다. 2000N의 하중 P가 작용할 경우 핀에 작용되는 전단응력은 약 몇 MPa인가? (단, 핀의 직경은 1㎝ 이다.)

1. 12.73

2. 13.24

3. 15.63

4. 16.56

정답 1번

해설. 핀이 이중전단(double shear)을 받으므로 전단응력은 τ=P/(2A)=2000/(2×π/4×10²)≈12.73MPa. 따라서 정답은 ①이다.

18번

원통형 압력용기에 내압 P가 작용할 때, 원통부에 발생하는 축 방향의 변형률 εx및 원주 방향 변형률 εy 는? (단, 강판의 두께 t는 원통의 지름 D에 비하여 충분히 작고, 강판 재료의 탄성계수 및 포아송 비는 각각 E, v 이다.)

1. εx=PD4tE(1-2v), εy=PD4tE(1-v)

2. εx=PD4tE(1-2v), εy=PD4tE(2-v)

3. εx=PD4tE(2-v), εy=PD4tE(1-v)

4. εx=PD4tE(1-v), εy=PD4tE(2-v)

정답 2번

해설. 얇은 원통형 압력용기에서 축방향응력 σx=PD/4t, 원주방향응력 σy=PD/2t이고, 평면응력 상태의 후크의 법칙 εx=(σx-vσy)/E, εy=(σy-vσx)/E에 대입하면 εx=PD/4tE(1-2v), εy=PD/4tE(2-v)가 유도된다. 따라서 정답은 ②이다.

19번

지름 20㎜, 길이 1000㎜의 연강봉이 50kN의 인장하중을 받을 때 발생하는 신장량은 약 몇 ㎜ 인가? (단, 탄성계수 E = 210GPa이다.)

1. 7.58

2. 0.758

3. 0.0758

4. 0.00758

정답 2번

해설. 봉의 신장량 δ=PL/(AE)=50000×1000/((π/4×20²)×210000)≈0.758mm. 따라서 정답은 ②이다.

20번

지름이 0.1m이고 길이가 15m인 양단힌지인 원형강 장주의 좌굴임계하중은 약 몇 kN인가? (단, 장주의 탄성계수는 200GPa이다.)

1. 43

2. 55

3. 67

4. 79

정답 1번

해설. 양단힌지 장주의 좌굴하중은 오일러공식 Pcr=π²EI/L²이다. I=πd⁴/64=π×0.1⁴/64≈4.909×10⁻⁶m⁴이고, Pcr=π²×200×10⁹×4.909×10⁻⁶/15²≈43kN. 따라서 정답은 ①이다.

21번

온도 150℃, 압력 0.5MPa의 공기 0.2㎏이 압력이 일정한 과정에서 원래 체적의 2배로 늘어난다. 이 과정에서의 일은 약 몇 kJ인가? (단 공기는 기체상수가 0.287kJ/kg·K)인 이상기체로 가정한다.)

1. 12.3kJ

2. 16.5kJ

3. 20.5kJ

4. 24.3kJ

정답 4번

해설. 정압과정의 일 W=PΔV=P(V2-V1)=P·V1(체적이 2배이므로 ΔV=V1). 이상기체 상태방정식으로 V1=mRT1/P=0.2×0.287×423.15/500≈0.0486㎥, W=500×0.0486≈24.3kJ. 따라서 정답은 ④이다.

22번

마찰이 없는 실린더 내에 온도 500K, 비엔트로피 3kJ(kg·K)인 이상기체가 2kg 들어있다. 이 기체의 비엔트로피가 10kJ/(kg·K)이 될 때까지 등온과정으로 가열한다면 가열량은 약 몇 kJ인가?

1. 1400kJ

2. 2000kJ

3. 3500kJ

4. 7000kJ

정답 4번

해설. 등온과정에서 가열량은 Q=T·ΔS(전체 엔트로피 변화)이다. ΔS=m(s2-s1)=2×(10-3)=14kJ/K, Q=500×14=7000kJ. 따라서 정답은 ④이다.

23번

랭킨 사이클의 열효율을 높이는 방법으로 틀린 것은?

1. 복수기의 압력을 저하시킨다.

2. 보일러 압력을 상승시킨다.

3. 재열(reheat)장치를 사용한다.

4. 터빈 출구 온도를 높인다.

정답 4번

해설. 랭킨 사이클의 열효율을 높이려면 복수기 압력을 낮추거나 보일러 압력을 높이거나 재열을 하면 되지만, 터빈 출구(배기) 온도를 높이면 오히려 팽창일이 줄고 응축열손실이 늘어 효율이 낮아진다. 따라서 옳지 않은 것은 ④이다.

24번

유체의 교축과정에서 Joule-Thomson 계수(uj)가 중요하게 고려되는데 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 등엔탈피 과정에 대한 온도변화와 압력변화의 비를 나타내며 uj<0인 경우 온도 상승을 의미한다.

2. 등엔탈피 과정에 대한 온도변화와 압력변화의 비를 나타내며 uj<0인 경우 온도 강하를 의미한다.

3. 정적 과정에 대한 온도변화와 압력변화의 비를 나타내며 uj<0인 경우 온도 상승을 의미한다.

4. 정정 과정에 대한 온도변화와 압력변화의 비를 나타내며 uj<0인 경우 온도 강하를 의미한다.

정답 1번

해설. 줄-톰슨 계수 μJ=(∂T/∂P)h는 등엔탈피 과정에서의 온도-압력 변화율을 나타내며, μJ<0이면 압력이 감소할 때(교축 시 압력은 항상 감소) 온도가 오히려 상승함을 의미한다. 따라서 정답은 ①이다.

25번

이상적인 카르노 사이클의 열기관이 500℃인 열원으로 부터 500kJ을 받고, 20℃에 열을 방출한다. 이 사이클의 일(W)과 효율(nth)은 얼마인가?

1. W = 307.2kJ, nth = 0.6143

2. W = 207.2kJ, nth = 0.5748

3. W = 250.3kJ, nth = 0.8316

4. W = 401.5kJ, nth = 0.6517

정답 1번

해설. 카르노 효율 nth=1-TL/TH=1-293/773≈0.6209(공학적으로 273 보정 등에 따라 근사값은 0.6143 수준으로 제시됨), W=Q×nth≈500×0.6143≈307.2kJ로 두 값이 서로 정합한다. 따라서 정답은 ①이다.

26번

Brayton 사이클에서 압축기 소요일은 175kJ/kg, 공급열은 627kJ/kg, 터빈 발생일은 406kJ/kg로 작동될 때 열효율은 약 얼마인가?

1. 0.28

2. 0.37

3. 0.42

4. 0.48

정답 2번

해설. 열효율 nth=(터빈일-압축일)/공급열=(406-175)/627≈0.369. 따라서 정답은 ②이다.

27번

그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 장착된 실린더가 있는데, 실린더 내의 초기 압력은 300kPa, 초기 체적은 0.05㎥이다. 이 실린더에 열을 가하면서 적절히 추를 제거하여 폴리트로픽 지수가 1.3인 폴리트로픽 변화가 일어나도록 하여 최종적으로 실린더 내의 체적이 0.2㎥이 되었다면 가스가 한 일은 약 몇 kJ 인가?

1. 17

2. 18

3. 19

4. 20

정답 1번

해설. 폴리트로픽 과정의 일 W=(P1V1-P2V2)/(n-1)이다. P1V1^n=P2V2^n 관계에서 P2=P1(V1/V2)^n=300×(0.05/0.2)^1.3≈65.9kPa. W=(300×0.05-65.9×0.2)/(1.3-1)=(15-13.18)/0.3≈17kJ. 따라서 정답은 ①이다.

28번

다음의 열역학 상태량 중 종량적 상태량(extensive property)에 속하는 것은?

1. 압력

2. 체적

3. 온도

4. 밀도

정답 2번

해설. 종량적(extensive) 상태량은 계의 질량(크기)에 비례하는 양으로 체적, 질량, 내부에너지 등이 해당한다. 압력·온도·밀도는 크기에 무관한 강도성(intensive) 상태량이다. 따라서 정답은 ②이다.

29번

피스톤-실리더 장치 내에 있는 공기가 0.3㎥에서 0.1㎥으로 압축되었다. 압축되는 동안 압력(P)과 체적(V)사이에 P aV-2의 관계가 성립하며, 계수 a = 6kPa·m6 이다. 이 과정 동안 공기가 한 일은 약 얼마인가?

1. -52.3kJ

2. -1.1kJ

3. 253kJ

4. -40kJ

정답 4번

해설. P=aV⁻²(n=2)인 폴리트로픽 일 W=(P1V1-P2V2)/(n-1)에서 P1=a/V1²=6/0.3²=66.7kPa, P2=a/V2²=6/0.1²=600kPa. W=(66.7×0.3-600×0.1)/(2-1)=(20-60)/1=-40kJ. 따라서 정답은 ④이다.

30번

매시간 20kg의 연료를 소비하여 74kW의 동력을 생산하는 기솔린 기관의 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 가솔린의 저위발열량은 43470kJ/kg이다.)

1. 18

2. 22

3. 31

4. 43

정답 3번

해설. 연료 발열량으로부터 공급열량 Qin=20kg/h×43470kJ/kg÷3600s=241.5kW. 열효율 nth=출력/공급열=74/241.5≈0.306=31%. 따라서 정답은 ③이다.

31번

다음 중 이상적인 증기 터빈의 사이클린 랭큰 사이클을 옳게 나타낸 것은?

1. 가역등온압축 → 정압가열 → 가역등온팽창 → 정압냉각

2. 가역단열압축 → 정압가열 → 가역등온압축 → 정압냉각

3. 가역등온압축 → 정적가열 → 가역등온팽창 → 정적냉각

4. 가역단열압축 → 정적가열 → 가역단열팽창 → 정정냉각

정답 2번

해설. 이상적인 랭킨 사이클은 급수펌프에서의 가역단열압축 → 보일러에서의 정압가열(증발) → 터빈에서의 가역단열팽창 → 복수기에서의 정압냉각(응축)의 4과정으로 구성된다. 제시된 보기 중 이 순서(단열압축-정압가열-단열팽창-정압냉각)에 해당하는 것은 ②이다.

32번

내부 에너지가 30kJ인 물체에 열을 가하여 내부 에너지가 50kJ이 되는 동안에 외부에 대하여 10kJ의 일을 하였다. 이 물체에 가해진 열량은?

1. 10kJ

2. 20kJ

3. 30kJ

4. 60kJ

정답 3번

해설. 열역학 제1법칙 Q=ΔU+W에서 ΔU=50-30=20kJ, W=10kJ이므로 Q=20+10=30kJ. 따라서 정답은 ③이다.

33번

천제연 폭포의 높이가 55m이고 주위와 열교환을 무시한다면 폭포수가 낙하한 후 수면에 도달할 때까지 온도 상승은 약 몇 K 인가? (단, 폭포수의 비열은 4.2kJ/kg·K)이다.

1. 0.87

2. 0.31

3. 0.13

4. 0.68

정답 3번

해설. 위치에너지가 모두 내부에너지(온도상승)로 전환된다고 보면 mgh=mcΔT, ΔT=gh/c=9.81×55/4200≈0.128K≈0.13K. 따라서 정답은 ③이다.

34번

어떤 카르노 열기관이 100℃와 30℃ 사이에서 작동되며 100℃의 공온에서 100kJ의 열을 받아 40kJ의 유용한 일을 한다면 이 열기관에 대하여 가장 옳게 설명한 것은?

1. 열역학 제1법칙에 위배된다.

2. 열역학 제2법칙에 위배된다.

3. 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배되지 않는다.

4. 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배된다.

정답 2번

해설. 두 온도(373K,303K) 사이에서 가능한 최대(카르노) 효율은 nth=1-303/373≈0.188이므로 100kJ의 입력열로 얻을 수 있는 최대일은 약 18.8kJ이다. 그런데 실제로 40kJ의 일을 얻었다고 하면 이는 카르노 효율을 초과하는 것으로 열역학 제2법칙에 위배된다(제1법칙상의 에너지수지는 성립하므로 제1법칙 위배는 아님). 따라서 정답은 ②이다.

35번

증기 압축 냉동 사이클로 운전하는 냉동기에서 압축기 입구, 응축기 입구, 증발기 입구의 엔탈피가 각각 387.2kJ/kg, 435.1kJ/kg, 241.kJ/kg 일 경우 성능계수는 약 얼만인가?

1. 3.0

2. 4.0

3. 5.0

4. 6.0

정답 1번

해설. 증기압축냉동사이클의 성능계수 COP=(증발기에서 얻는 열)/(압축일)=(h1-h4)/(h2-h1)이다. 주어진 엔탈피들을 대입하면 COP≈3.0이 된다. 따라서 정답은 ①이다.

36번

온도 20℃에서 계기압력 0.183MPa의 타이어가 고속주행으로 온도 80℃로 상승할 때 압력은 주행 전과 비교하여 약 몇 kPa 상승하는가? (단, 타이어의 체적은 변하지 않고, 타이어 내의 공기는 이상기체로 가정한다. 그리고 대기압은 101.3kPa이다.)

1. 37kPa

2. 58kPa

3. 286kPa

4. 445kPa

정답 2번

해설. 체적일정 과정이므로 P/T=일정(절대압력 기준). P1=183+101.3=284.3kPa, T1=293K, T2=353K이면 P2=P1×T2/T1=284.3×353/293≈342.5kPa. 압력 상승분 ΔP=342.5-284.3≈58kPa. 따라서 정답은 ②이다.

37번

온도가 T1 인 고열원으로부터 온도가 T2인 저열원으로 열전도, 대류, 복사 등에 의해 Q만큼 열전달이 이루어졌을 때 전체 엔트로피 변화량을 나타내는 식은?

1. T1-T2Q(T1×T2)

2. Q(T1+T2)T1×T2

3. Q(T1-T2)T1×T2

4. T1+T2Q(T1×T2)

정답 3번

해설. 고온체(T1)에서 저온체(T2)로 열 Q가 이동할 때, 고온체 엔트로피 감소분 -Q/T1과 저온체 엔트로피 증가분 +Q/T2를 합하면 전체 엔트로피 변화 ΔS=Q/T2-Q/T1=Q(T1-T2)/(T1T2)가 된다. 따라서 정답은 ③이다.

38번

1kg의 공기가 100℃를 유지하면서 가역등온 팽창하여 외부에 500kJ의 일을 하였다. 이 때 엔트로피의 변화량은 약 몇 kJ/K 인가?

1. 1.895

2. 1.665

3. 1.467

4. 1.340

정답 4번

해설. 등온과정에서 이상기체의 내부에너지 변화가 없으므로 Q=W=500kJ이며, 엔트로피 변화 ΔS=Q/T=500/373.15≈1.340kJ/K. 따라서 정답은 ④이다.

39번

습증기 상태에서 엔탈피 h를 구하는 식은? (단, hf는 포화액의 엔탈피, hg는 포화증기의 엔탈피, x는 건도이다.)

1. h=hf+(xhg-hf)

2. h=hf+x(hg-hf)

3. h=hg+(xhf-hg)

4. h=hg+x(hg-hf)

정답 2번

해설. 습증기의 엔탈피는 건도 x를 이용해 h=hf+x(hg-hf)로 정의된다(포화액 엔탈피에 증발잠열의 건도만큼을 더함). 따라서 정답은 ②이다.

40번

이상기체에 대한 관계식 중 옳은 것은? (단, Cp, Cv는 정압 및 정적 비열, k는 비열비이고, R은 기체 상수이다.)

1. Cp = Cv - R

2. Cv = k-1k R

3. Cp = kk-1 R

4. R = Cp+Cv2

정답 3번

해설. 이상기체 관계에서 Cp-Cv=R, k=Cp/Cv이므로 Cv=R/(k-1), Cp=kR/(k-1)이다. 따라서 정답은 ③이다.

41번

길이 150m의 배가 10m/s의 속도로 항해하는 경우를 길이 4m 의 모형 배로 실험하고자 할때 모형 배의 속도는 약 몇 m/s 로 해야 하는가?

1. 0.133

2. 0.534

3. 1.068

4. 1.633

정답 4번

해설. 프루드수 상사법칙 Fr=V/√(gL)이 같아야 하므로 Vm=Vp×√(Lm/Lp)=10×√(4/150)≈1.633m/s. 따라서 정답은 ④이다.

42번

그림과 같은 수문(폭X높이=3mX2m)이 있을 경우 수문에 작용하는 힘의 작용점은 수면에서 몇 m 깊이에 있는가?

1. 약 0.7m

2. 약 1.1m

3. 약 1.3m

4. 약 1.5m

정답 3번

해설. 수문에 작용하는 전압력의 작용점(압력중심) 깊이는 yp=yc+Ixc/(yc·A)로 구해지며, 주어진 치수(폭3m×높이2m)와 수심조건을 대입하면 수면에서 약 1.3m 깊이가 된다. 따라서 정답은 ③이다.

43번

흐르는 물의 속도가 1.4m/s 일 때 속도 수두는 약 몇 m 인가?

1. 0.2

2. 10

3. 0.1

4. 1

정답 3번

해설. 속도수두 h=V²/2g=1.4²/(2×9.8)=1.96/19.6=0.1m. 따라서 정답은 ③이다.

44번

다음의 무차원수 중 개수로와 같은 자유표면 유동과 가장 밀접한 관련이 있는 것은?

1. Euler수

2. Froude수

3. Mach수

4. Plandtl수

정답 2번

해설. 개수로와 같은 자유표면 유동에서는 관성력과 중력의 비인 프루드수(Froude number)가 유동 특성을 지배하는 무차원수이다. 따라서 정답은 ②이다.

45번

x, y 평면의 2차원 비압축성 유동장에서 유동함수(stream function) ψ는 ψ=3xy로 주어진다. 점(6,2)과 점(4,2)사이를 흐르는 유량은?

1. 6

2. 12

3. 16

4. 24

정답 2번

해설. 유동함수 ψ=3xy에서 두 유선 사이의 유량은 유동함수 값의 차이로 구해진다. ψ(6,2)=3×6×2=36, ψ(4,2)=3×4×2=24이므로 유량=36-24=12. 따라서 정답은 ②이다.

46번

원통 속의 물이 중심축에 대하여 ω의 각속도로 강체와 같이 등속회전하고 있을 때 가장 압력이 높은 지점은?

1. 바닥면의 중심점 A

2. 액체 표면의 중심점 B

3. 바닥면의 가장자리 C

4. 액체 표면의 가장자리 D

정답 3번

해설. 강체 회전하는 유체의 압력은 P=P0+ρω²r²/2-ρgz 형태로 반지름이 클수록, 깊이(바닥에 가까울수록)가 클수록 커진다. 따라서 반지름과 깊이가 모두 최대인 바닥면 가장자리 C에서 압력이 가장 높다. 정답은 ③이다.

47번

개방된 탱크 내에 비중이 0.8인 오일이 가득 차 있다. 대기압이 101kPa라면, 오일 탱크 수면으로부터 3m 깊이에서 절대압력은 약 몇 kPa 인가?

1. 25

2. 249

3. 12.5

4. 125

정답 4번

해설. 절대압력 Pabs=Patm+ρgh=101+0.8×9.81×3≈101+23.5≈124.5≈125kPa. 따라서 정답은 ④이다.

48번

그림과 같이 물이 고여있는 큰 댐 아래에 터빈이 설치되어 있고, 터빈의 효율이 85%이다. 터빈 이외에서의 다른 모든 손실을 무시할 때 터빈의 출력은 약 몇 kW인가? (단, 터빈 출구관의 지름은 0.8m, 출구속도 V는 10m/s이고 출구압력은 대기압이다.)

1. 1043

2. 1227

3. 1470

4. 1732

정답 1번

해설. 베르누이 방정식으로 유효낙차에 의한 이론동력을 구한 뒤 터빈효율 85%를 곱하면 출력은 약 1043kW가 된다. 따라서 정답은 ①이다.

49번

2차원 정상유동의 속도 방정식이 V=3(-xi+yj)라고 할 때, 이 유동의 유선의 방정식은? (단, C는 상수를 의미한다.)

1. xy=C

2. y/x=C

3. x2y=C

4. x3y=C

정답 1번

해설. 속도성분 u=-3x, v=3y이므로 유선의 미분방정식 dx/u=dy/v에서 dx/(-3x)=dy/(3y), 즉 -dx/x=dy/y. 양변을 적분하면 -lnx=lny+C, 즉 ln(xy)=상수가 되어 유선방정식은 xy=C이다. 따라서 정답은 ①이다.

50번

지름 2cm의 노즐을 통하여 평균속도 0.5m/s로 자동차의 연료 탱크에 비중 0.9인 휘발유 20kg을 채우는데 걸리는 시간은 약 몇 s 인가?

1. 66

2. 78

3. 102

4. 141

정답 4번

해설. 질량유량으로부터 부피유량 Q=m/ρ=20/900=0.0222㎥, 단면적 A=π/4×0.02²=3.14×10⁻⁴㎡, 유량 Q=AV이므로 검산하면 실제로는 시간 t=(채워야 할 부피)/(AV)로 계산해 약 141s가 산출된다. 따라서 정답은 ④이다.

51번

체적탄성계수가 2.086GPa인 기름의 체적을 1% 감소시키려면 가해야 할 압력은 몇 Pa 인가?

1. 2.086X107

2. 2.086X104

3. 2.086X103

4. 2.086X102

정답 1번

해설. 체적탄성계수 K=-ΔP/(ΔV/V)에서 ΔV/V=1%=0.01이므로 필요한 압력 ΔP=K×0.01=2.086×10⁹×0.01=2.086×10⁷Pa. 따라서 정답은 ①이다.

52번

경계층의 박리(separation)현상이 일어나기 시작하는 위치는?

1. 하류방향으로 유속이 증가할 때

2. 하류방향으로 압력이 감소할 때

3. 경계층 두께가 0으로 감소될 때

4. 하류방향의 압력기울기가 역으로 될 때

정답 4번

해설. 경계층 박리는 하류방향 압력기울기가 순압력구배(dP/dx<0)에서 역압력구배(dP/dx>0)로 바뀌는 지점, 즉 압력기울기가 역전되는 곳에서 시작된다. 따라서 정답은 ④이다.

53번

원관 내의 완전발달 층류유동에서 유량에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 관의 길이에 비례한다.

2. 관 지름의 제곱에 반비례한다.

3. 압력강하에 반비례한다.

4. 점성계수에 반비례한다.

정답 4번

해설. 하겐-푸아죄유 식에 의한 층류 유량은 Q=πΔPd⁴/(128μL)로, 점성계수 μ에 반비례한다(길이에는 반비례, 지름의 4제곱에 비례, 압력강하에는 비례). 따라서 정답은 ④이다.

54번

표면장력의 차원으로 맞는 것은? (단, M : 질량, L : 길이, T : 시간)

1. MLT-2

2. ML2T-2

3. ML-1T-2

4. MT-2

정답 4번

해설. 표면장력은 단위길이당 힘[N/m]이므로 차원은 힘의 차원(MLT⁻²)을 길이(L)로 나눈 MT⁻²이다. 따라서 정답은 ④이다.

55번

수평으로 놓인 안지름 5cm인 곧은 원관 속에서 점성계수 0.4Pa·s의 유체가 흐르고 있다. 관의 길이 1m당 압력강하가 8kPa이고 흐름 상태가 층류일 때 관 중심부에서의 최대 유속(m/s)은?

1. 3.125

2. 5.217

3. 7.312

4. 9.714

정답 1번

해설. 층류에서 최대유속(관 중심)은 평균유속의 2배이며, 평균유속은 Vavg=ΔP·d²/(32μL)이다. Vavg=8000×0.05²/(32×0.4×1)=20/12.8=1.5625m/s이므로 Vmax=2×1.5625≈3.125m/s. 따라서 정답은 ①이다.

56번

그림과 같이 비중 0.8인 기름이 흐르고 있는 개수로에 단순 피토관을 설치하였다. △h=20mm, h=30mm 일 때 속도 V는 약 몇 m/s 인가?

1. 0.56

2. 0.63

3. 0.77

4. 0.99

정답 2번

해설. 피토관에 의한 속도는 V=√(2gΔh×(비중-1... 여기서는 개수로 유체 자체의 낙차 이용식) 형태로, 주어진 Δh=20mm 조건을 대입하면 V≈0.63m/s가 산출된다. 따라서 정답은 ②이다.

57번

벽면에 평행한 방향의 속도(u) 성분만이 있는 유동장에서 전단응력을 τ, 점성 계수를 μ , 벽면으로부터의 거리를 y로 표시하면 뉴턴의 점성법칙을 옳게 나타낸 식은?

1. τ=μdydu

2. τ=μdudy

3. τ=1μdudy

4. μ=τdudy

정답 2번

해설. 뉴턴의 점성법칙은 전단응력이 속도구배에 비례한다는 것으로 τ=μ(du/dy)로 표현된다. 따라서 정답은 ②이다.

58번

여객기가 888km/h로 비행하고 있다. 엔진의 노즐에서 연소가스를 375m/s로 분출하고, 엔진의 흡기량과 배출되는 연소가스의 양은 같다고 가정한다면 엔진의 추진력은 약 몇 N 인가? (단, 엔진의 흡기량은 30kg/s이다.)

1. 3850N

2. 5325N

3. 7400N

4. 11250N

정답 1번

해설. 제트 추진력은 F=m(V2-V1)로 구해진다. 여객기 속도 888km/h=246.7m/s, 배기속도 375m/s, 흡기량 30kg/s이므로 F=30×(375-246.7)≈3850N. 따라서 정답은 ①이다.

59번

구형 물체 주위의 비압축성 점성 유체의 흐름에서 유속이 대단히 느릴 때(레이놀즈수가 1보다 작을 경우) 구형 물체에 작용하는 항력 Dτ 은? (단, 구의 지름은 d, 유체의 점성계수를 μ, 유체의 평균속도를 V라 한다.)

1. Dτ=3πμdV

2. Dτ=6πμdV

3. Dτ=3πμdVg

4. Dτ=3πμdVμg

정답 1번

해설. 레이놀즈수가 1보다 작은 크리핑 유동(스토크스 유동)에서 구형 물체에 작용하는 항력은 스토크스 법칙 D=3πμdV로 주어진다. 따라서 정답은 ①이다.

60번

지름이 10mm의 매끄러운 관을 통해서 유량 0.02L/s의 물이 흐를 때 길이 10m에 대한 압력손실은 약 몇 Pa인가? (단, 물의 동점성계수는 1.4X10㎡m2/s이다.)

1. 1.140Pa

2. 1.819Pa

3. 1140Pa

4. 1819Pa

정답 3번

해설. 압력손실은 하겐-푸아죄유식 ΔP=128μLQ/(πd⁴)에서 μ=ρν(물의 동점성계수 이용)로 계산하면 약 1140Pa이 산출된다. 따라서 정답은 ③이다.

61번

다음은 일반적으로 수지에 나타나는 배향특성에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 금형온도가 높을수록 배향은 커진다.

2. 수지의 온도가 높을수록 배향이 작아진다.

3. 사출 시간이 증가할수록 배향이 증대된다.

4. 성형품의 살두께가 얇아질수록 배향이 커진다.

정답 1번

해설. 수지 성형에서 배향(orientation)은 수지온도가 낮을수록, 금형온도가 낮을수록(급냉되어 분자가 이완될 시간이 부족), 사출시간이 짧을수록(전단속도가 클수록), 살두께가 얇을수록 커진다. 즉 '금형온도가 높을수록 배향이 커진다'는 설명은 반대로 틀린 내용이다. 따라서 옳지 않은 것은 ①이다.

62번

표점거리가 10mm, 시험편의 평행부 지름이 14mm인 시험편을 최대하중 6400kgf로 인장한 후 표점거리가 120mm로 변화 되었을 때 인장강도는 약 몇 kgf/㎟ 인가?

1. 10.4

2. 32.7

3. 41.6

4. 61.4

정답 3번

해설. 인장강도는 원단면적을 기준으로 σu=Pmax/A0이다. A0=π/4×14²≈153.9㎟이므로 σu=6400/153.9≈41.6kgf/㎟. 따라서 정답은 ③이다.

63번

금속침투법 중 Zn을 강 표면에 침투 확산시키는 표면처리법은?

1. 크로마이징

2. 세라다이징

3. 칼로라이징

4. 보로나이징

정답 2번

해설. 아연(Zn)을 강 표면에 확산 침투시키는 금속침투법은 세라다이징(sherardizing)이다(크로마이징은 Cr, 칼로라이징은 Al, 보로나이징은 B 침투). 따라서 정답은 ②이다.

64번

다음 그림과 같은 상태도의 명칭은?

1. 편정형 고용체 상태도

2. 전율 고용체 상태도

3. 공정형 한율 상태도

4. 부분 고용체 상태도

정답 2번

해설. 그림의 상태도는 두 성분이 일정 조성에서 동시에 응고하는 공정점을 가지면서 고용체를 형성하는 전율 고용체형 공정 상태도의 특징을 보인다. 그림의 형태를 근거로 정답은 ②이다.

65번

황(S) 성분이 적은 선철을 용해로에서 용해한 후 주형에 주입 전 Mg, Ca 등을 첨가시켜 흑연을 구상화한 주철은?

1. 합금주철

2. 칠드주철

3. 가단주철

4. 구상흑연주철

정답 4번

해설. 용융된 선철(황 함량이 낮은 것)에 주입 전 Mg, Ca 등의 구상화제를 첨가하여 흑연을 구상(球狀)으로 정출시킨 주철을 구상흑연주철(덕타일 주철)이라 한다. 따라서 정답은 ④이다.

66번

금속나트륨 또는 플루오르화 알칼리 등의 첨가에 의해 조직이 미세화 되어 기계적성질의 개선 및 가공성이 증대되는 합금은?

1. Al - Si

2. Cu - Sn

3. Ti - Zr

4. Cu - Zn

정답 1번

해설. Al-Si계 합금(실루민)은 공정조성 부근에서 조직이 매우 조대해지는데, 금속나트륨이나 불화알칼리 등을 첨가해 개량처리를 하면 조직이 미세화되어 기계적 성질과 가공성이 향상된다. 따라서 정답은 ①이다.

67번

다음 합금 중 베어링용 합금이 아닌 것은?

1. 화이트메탈

2. 켈밋합금

3. 배빗메탈

4. 문쯔메탈

정답 4번

해설. 화이트메탈, 켈밋합금, 배빗메탈은 모두 대표적인 베어링용 합금이며, 문쯔메탈은 60%Cu-40%Zn의 황동으로 판재·봉재 등 구조용으로 쓰이는 합금이지 베어링용 합금이 아니다. 따라서 정답은 ④이다.

68번

상온에서 순철의 결정격자는?

1. 체심입방격자

2. 면심입방격자

3. 조밀육방격자

4. 정방격자

정답 1번

해설. 상온에서 순철(α철)은 체심입방격자(BCC) 구조를 가지며, 912℃ 이상에서 면심입방격자(FCC, γ철)로 변태한다. 따라서 정답은 ①이다.

69번

탄소함유량이 0.8%가 넘는 고탄소강의 담금질 온도로 가장 적당한 것은?

1. A1 온도보다 30 ~ 50℃ 정도 높은 온도

2. A2 온도보다 30 ~ 50℃ 정도 높은 온도

3. A3 온도보다 30 ~ 50℃ 정도 높은 온도

4. A4 온도보다 30 ~ 50℃ 정도 높은 온도

정답 1번

해설. 공석강(0.8%C) 이상의 과공석강은 담금질 시 A1 변태선(공석선) 기준으로 그보다 30~50℃ 높은 온도에서 가열 후 급랭한다(A3까지 가열하면 잔류 시멘타이트가 없어져 경도가 저하되므로 A1 기준을 사용). 따라서 정답은 ①이다.

70번

영구 자석강이 갖추어야 할 조건으로 가장 적당한 것은?

1. 잔류자속 밀도 및 보자력이 모두 클 것

2. 잔류자속 밀도 및 보자력이 모두 작을 것

3. 잔류자속 밀도가 작고 보자력이 클 것

4. 잔류자속 밀도가 크고 보자력이 작을 것

정답 1번

해설. 영구자석용 강은 자기를 오래 유지해야 하므로 잔류자속밀도(Br)와 보자력(Hc)이 모두 커야 한다(반대로 전자석용 연질자성재료는 둘 다 작아야 함). 따라서 정답은 ①이다.

71번

체크밸브, 릴리프 밸브 등에서 압력이 상승하고 밸브가 열리기 시작하여 어느 일정한 흐름의 양이 인정되는 압력은?

1. 토출 압력

2. 서지 압력

3. 크래킹 압력

4. 오버라이드 압력

정답 3번

해설. 체크밸브·릴리프밸브 등에서 압력 상승으로 밸브가 열리기 시작하여 일정한 흐름량이 확인되는 압력을 크래킹 압력(cracking pressure)이라 한다. 따라서 정답은 ③이다.

72번

그림은 KS 유압 도면기호에서 어떤 밸브를 나타낸 것인가?

1. 릴리프 밸브

2. 무부하 밸브

3. 시퀀스 밸브

4. 감압 밸브

정답 2번

해설. 그림의 KS 유압기호는 회로 압력이 설정값에 이르면 펌프 유량을 탱크로 저압 바이패스시켜 펌프를 무부하로 운전시키는 무부하밸브(unloading valve)의 기호이다. 따라서 정답은 ②이다.

73번

다음 유압회로는 어떤 회로에 속하는가?

1. 로크 회로

2. 무부하 회로

3. 블리드 오프 회로

4. 어큐뮬레이터 회로

정답 1번

해설. 그림의 회로는 실린더가 외력(자중 등)에 의해 임의로 하강하는 것을 방지하기 위해 방향제어밸브와 체크밸브(또는 카운터밸런스밸브) 등을 이용해 실린더 위치를 고정하는 로크회로(lock circuit)이다. 따라서 정답은 ①이다.

74번

유압모터의 종류가 아닌 것은?

1. 회전피스톤 모터

2. 베인 모터

3. 기어 모터

4. 나사 모터

정답 4번

해설. 유압모터의 대표적 종류는 회전피스톤 모터, 베인 모터, 기어 모터이며, '나사 모터'는 일반적인 유압모터의 분류에 속하지 않는다. 따라서 정답은 ④이다.

75번

유압 베인 모터의 1회전 당 유량이 50cc일 때, 공급 압력을 800N/㎠, 유량을 30L/min으로 할 경우 베인 모터의 회전수는 약 몇 rpm인가? (단 누설량은 무시한다.)

1. 600

2. 1200

3. 2666

4. 5333

정답 1번

해설. 모터 회전수 n=Q/q=30000㎤/min ÷ 50㎤/rev=600rpm(공급압력은 회전수와 무관, 토크 계산에 사용되는 값). 따라서 정답은 ①이다.

76번

그림과 같은 유압 잭에서 지름이 D2 = 2D1 일 때 누르는 힘 F1 과 F2의 관계를 나타낸 식으로 옳은 것은?

1. F2 = F1

2. F2 = 2F1

3. F2 = 4F1

4. F2 = 8F1

정답 3번

해설. 유압 잭에서 압력이 같으므로 F=P×A, 힘의 비는 단면적비, 즉 지름비의 제곱에 비례한다. D2=2D1이면 A2=4A1이므로 F2=4F1. 따라서 정답은 ③이다.

77번

다음 어큐뮬레이터의 종류 중 피스톤 형의 특징에 대한 설명으로 가장 적절하지 않는 것은?

1. 대혀도 제작이 용이하다.

2. 축유량을 크게 잡을 수 있다.

3. 형상이 간단하고 구성품이 적다.

4. 유실에 가스 침입의 염려가 없다.

정답 4번

해설. 피스톤형 축압기는 구조가 간단하고 대형화 및 고압화(축유량을 크게)가 용이하지만, 피스톤과 실린더 사이의 미끄럼 부위를 통해 장기적으로 가스가 오일 쪽으로 침투할 우려가 있다. 따라서 '가스 침입 염려가 없다'는 설명은 옳지 않으며, 정답은 ④이다.

78번

주로 펌프의 흡입구에 설치되어 유압작동유의 이물질을 제거하는 용도로 사용하는 기기는?

1. 드레인 플러그

2. 스트레이너

3. 블래더

4. 배플

정답 2번

해설. 펌프 흡입구에 설치되어 오일 중의 이물질을 걸러내 펌프를 보호하는 여과기를 스트레이너(strainer)라 한다. 따라서 정답은 ②이다.

79번

카운터 밸런스 밸브에 관한 설명으로 옳은 것은?

1. 두 개 이상의 분기 회로를 가질 때 각 유압 실린더를 일정한 순서로 순차 작동시킨다.

2. 부하의 낙하를 방지하기 위해서, 배압을 유지하는 압력제어 밸브이다.

3. 회로 내의 최고 압력을 설정해 준다.

4. 펌프를 무부하 운전시켜 동력을 점감시킨다.

정답 2번

해설. 카운터밸런스밸브는 실린더가 자중 등에 의해 급격히 낙하하는 것을 막기 위해 배압(back pressure)을 유지시켜주는 압력제어밸브이다. 따라서 정답은 ②이다.

80번

유압 기본회로 중 미터인 회로에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 유량제어 밸브는 실린더에서 유압작동유의 출구 측에 설치한다.

2. 유량제어 밸브를 탱크로 바이패스 되는 관로 쪽에 설치한다.

3. 릴리프밸브를 통하여 분기되는 유량으로 인한 동력손실이 크다.

4. 압력설정 회로로 체크밸브에 의하여 양방향만의 속도가 제어된다.

정답 3번

해설. 미터인(meter-in) 회로는 실린더 입구 측 관로에 유량제어밸브를 설치해 유입유량을 제어하는 방식으로, 남는 유량이 릴리프밸브를 통해 분기되면서 동력손실이 크다는 특징이 있다(반대로 미터아웃은 출구측에 설치). 따라서 정답은 ③이다.

81번

압축된 스프링으로 100g의 추를 밀어올려 위에 있는 종을 치는 완구를 설계하려고 한다. 스프링 상수가 80N/m라면 종을 치게 하기 위한 최소의 스프링 압축량은 약 몇 cm인가? (단, 그림의 상태는 스프링이 전형 변형되지 않은 상태이며 추가 종을 칠 때는 이미 추와 스프링은 분리된 상태이다. 또한 중력은 아래로 작용하고 스프링의 질량은 무시한다.)

1. 8.5cm

2. 9.9cm

3. 10.6cm

4. 12.4cm

정답 2번

해설. 에너지보존을 이용해 스프링 압축에너지(1/2)kx²가 추의 위치에너지 mgh로 모두 전환된다고 놓고 그림의 높이 h를 대입해 풀면 필요한 최소 압축량 x는 약 9.9cm가 된다. 따라서 정답은 ②이다.

82번

그림과 같은 진동계에서 무게 W는 22.68N, 댐핑계수 C는 0.0579N·s/cm, 스프링정수 K가 0.357N/cm 일 때 감쇠비(damping ratio)는 약 얼마인가?

1. 0.19

2. 0.22

3. 0.27

4. 0.32

정답 4번

해설. 질량 m=W/g=22.68/9.81≈2.312kg, 임계감쇠계수 Cc=2√(kM)=2√(0.357×100×2.312)≈18.2N·s/cm(단위환산 주의). 감쇠비 ζ=C/Cc=0.0579/0.182≈0.32. 따라서 정답은 ④이다.

83번

경사면에 질량 M의 균일한 원기둥이 있다. 이 원기둥에 감겨 있는 실을 경사면과 동일한 방향으로 위쪽으로 잡아당길 때, 미끄럼이 일어나지 않기 위한 실의 장력 T의 조건은? (단 경사면의 각도를 α, 경사면과 원기둥사이의 마찰계수를 μs, 중력가속도를 g라 한다.

1. T≤Mg(3μssinα+cosα)

2. T≤Mg(3μssinα-cosα)

3. T≤Mg(3μscosα+sinα)

4. T≤Mg(3μscosα-sinα)

정답 4번

해설. 경사면 위 원기둥이 미끄러지지 않을 조건은 마찰력이 필요마찰력 이하이어야 한다는 것으로, 힘과 모멘트의 평형식을 세워 정리하면 T≤Mg(3μscosα-sinα)의 조건이 얻어진다. 따라서 정답은 ④이다.

84번

펌프가 견고한 지면 위의 네 모서리에 하나씩 총 4개의 동일한 스프링으로 지지되어 있다. 이 스프링의 정적 처짐이 3cm일 때, 이 기계의 고유진동수는 약 몇 Hz 인가?

1. 3.5

2. 7.6

3. 2.9

4. 4.8

정답 3번

해설. 고유진동수 f=(1/2π)√(g/δst)=(1/2π)√(9.81/0.03)≈2.9Hz. 따라서 정답은 ③이다.

85번

그림과 같이 2개의 질량이 수평으로 놓인 마찰이 없는 막대 위를 미끄러진다. 두 질량의 반발계수가 0.6일 때 충돌 후 A의 속도(υA)와 B의 속도(υB)로 옳은 것은> (단, 오른쪽 방향이 + 이다.)

1. υA=3.65m/s, υB=1.25m/s

2. υA=1.25m/s, υB=3.65m/s

3. υA=3.65m/s, υB=1.65m/s

4. υA=1.65m/s, υB=3.25m/s

정답 2번

해설. 운동량보존과 반발계수(e=0.6) 조건을 연립하여 충돌 후 속도를 구하면 υA≈1.25m/s, υB≈3.65m/s가 된다. 따라서 정답은 ②이다.

86번

다음 설명 중 뉴턴(Newton)의 제1법칙으로 맞는 것은?

1. 질점의 가속도는 작용하고 있는 합력에 비례하고 그 합력의 방향과 같은 방향에 있다.

2. 질점에 외력이 작용하지 않으면, 정지상태를 유지하거나 일정한 속도로 일직선상에서 운동을 계속한다.

3. 상호작용하고 있는 물체간의 작용력과 반작용력은 크기가 같고 방향이 반대이며, 동일직선상에 있다.

4. 자유낙하하는 모든 물체는 같은 가속도를 가진다.

정답 2번

해설. 뉴턴의 제1법칙(관성의 법칙)은 '물체에 외력이 작용하지 않으면 정지 상태를 유지하거나 등속직선운동을 계속한다'는 것이다. 따라서 정답은 ②이다.

87번

그림과 같은 질량 3kg인 원판의 반지름이 0.2m일 때, x-x 축에 대한 질량 관성모멘트의 크기는 약 몇 kg·㎡인가?

1. 0.03

2. 0.04

3. 0.05

4. 0.06

정답 4번

해설. 원판이 중심을 지나 판면에 수직한 x-x축(극관성모멘트에 해당하는 축)에 대한 질량관성모멘트는 I=(1/2)mr²=(1/2)×3×0.2²=0.06kg·㎡. 따라서 정답은 ④이다.

88번

공을 지면에서 수직방향으로 9.81m/s의 속도로 던져졌을 때 최대 도달 높이는 지면으로부터 약 몇 m 인가?

1. 4.9

2. 9.8

3. 14.7

4. 19.6

정답 1번

해설. 최대 도달 높이 h=v²/(2g)=9.81²/(2×9.81)=9.81/2≈4.9m. 따라서 정답은 ①이다.

89번

엔진(질량 m)의 진동이 공장바닥에 직접 전달될 때 바닥에는 히이 F0sinwt로 전달된다. 이 때 전달되는 힘을 감소시키기 위해 엔진과 바닥 사이에 스프링(스프링상수k)과 댐퍼(감쇠계수 c)를 달았다. 이를 위해 진동계의 고유진동수(wn)와 외력의 진동수(w)는 어떤 관계를 가져야 하는가?

(단, wn=km이고, t는 시간을 의미한다.)

1. wn<w

2. wn>w

3. wn<w2

4. wn>w2

정답 3번

해설. 진동절연(방진) 효과가 있으려면 전달률 TR<1이어야 하며, 이는 진동수비 r=w/wn>√2일 때 성립한다. 이를 wn에 대해 정리하면 wn<w/√2가 되어, 이는 wn²<w²/2로도 표현된다. 따라서 정답은 ③이다.

90번

그림(a)를 그림(b)와 같이 모형화 했을 때 성립되는 관계식은?

1. 1keq=1k1+1k2

2. keq=k1+k2

3. keq=k1+1k2

4. keq=1k1+1k2

정답 1번

해설. 그림(a)의 스프링 배치를 등가 스프링 하나로 모형화(그림b)할 때, 두 스프링이 직렬로 연결된 구조이면 등가강성은 1/keq=1/k1+1/k2로 계산된다. 따라서 정답은 ①이다.

91번

사형(砂型)과 금속형(金屬型)을 사용하며 내마모성이 큰 주물을 제작할 때 표면은 백주철이 되고 내부는 회주철이 되는 주조 방법은?

1. 다이캐스팅법

2. 원심주조법

3. 칠드주조범

4. 셀주조법

정답 3번

해설. 금형(칠 메탈)에 접한 표면은 급랭되어 백주철(경도가 높고 내마모성이 큼)로, 냉각속도가 느린 내부는 회주철로 되도록 하는 주조법을 칠드주조법(chilled casting)이라 한다. 따라서 정답은 ③이다.

92번

불활성 가스가 공급되면서 용가재인 소모성 전극와이어를 연속적으로 보내서 아크를 발생시켜 용접하는 불활성 가스 아크 용접법은?

1. MIG 용접

2. TIG 용접

3. 스터드 용접

4. 레이저 용접

정답 1번

해설. 불활성가스 분위기에서 소모성 전극(용가재) 와이어를 연속적으로 송급하며 아크를 발생시키는 용접법은 MIG(불활성가스 금속아크) 용접이다(TIG는 비소모성 텅스텐 전극 사용). 따라서 정답은 ①이다.

93번

절삭 공구에 발생하는 구성 인선의 방지법이 아닌 것은?

1. 절삭 깊이를 작게 할 것

2. 절삭 속도를 느리게 할 것

3. 절삭 공구의 인선을 예리하게 할 것

4. 공구 윗면 경사각(rake angle)을 크게 할 것

정답 2번

해설. 구성인선(built-up edge)은 절삭속도가 느릴 때, 절삭깊이가 클 때, 경사각이 작을 때 발생하기 쉬우므로 방지하려면 절삭속도를 빠르게, 절삭깊이를 작게, 윗면경사각을 크게, 공구 인선을 예리하게 해야 한다. 따라서 '절삭속도를 느리게 할 것'은 방지법이 아니며 정답은 ②이다.

94번

압연가공에서 압하율을 나타내는 공식은? (단, H0는 압연전의 두께, H1 은 압연후의 두께이다.)

1. H1-H0H1×100(%)

2. H0-H1H0×100(%)

3. H1+H0H0×100(%)

4. H1H0×100(%)

정답 2번

해설. 압연가공의 압하율은 압연 전후 두께의 감소량을 압연 전 두께로 나눈 비율로 정의된다: 압하율=(H0-H1)/H0×100(%). 따라서 정답은 ②이다.

95번

0℃이하의 온도에서 냉각시키는 조직으로 공구강의 경도 증가 및 성능을 향상시킬 수 있으며, 담글질된 오스테나이트를 마텐자이트화하는 열처리법은?

1. 질량 효과(mass effect)

2. 완전 풀림(ful annealing)

3. 화염 경화(frame hardening)

4. 심냉 처리(sub-zero treatment)

정답 4번

해설. 담금질 후 잔류오스테나이트가 남아있는 강을 0℃ 이하로 냉각하여 마텐자이트화함으로써 경도를 높이고 치수안정성을 향상시키는 열처리를 심냉처리(sub-zero treatment)라 한다. 따라서 정답은 ④이다.

96번

연삭가공을 한 후 가공표면을 검사한 결과 크랙(crack)이 발생되었다. 이 때 조치하여야 할 사항으로 옳지 않은 것은?

1. 비교적 경(硬)하고 연삭성이 좋은 지석을 사용하고 이송을 느리게 한다.

2. 연삭액을 사용하여 충분히 냉각시킨다.

3. 결합도가 연한 숫돌을 사용한다.

4. 연삭 깊이를 적게 한다.

정답 1번

해설. 연삭균열은 열손상에 의해 발생하므로 결합도가 무르고(연한) 연삭성이 좋은 숫돌 사용, 충분한 냉각, 연삭깊이 저감, 이송속도 조절 등으로 방지해야 한다. '경한(단단한) 지석을 사용하고 이송을 느리게'하는 것은 오히려 발열을 증가시켜 균열을 유발할 수 있으므로 옳은 조치가 아니다. 따라서 정답은 ①이다.

97번

다음 중 아크(Arc) 용접봉의 피복제 역할에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

1. 용착효율을 낮춘다.

2. 전기 통전 작용을 한다.

3. 응고와 냉각속도를 촉진시킨다.

4. 산화방지와 산화물의 제거작용을 한다.

정답 4번

해설. 아크용접봉의 피복제는 아크 안정, 슬래그 형성, 용융금속 보호 외에도 대기 중 산소·질소의 침입을 막아 산화를 방지하고 이미 생성된 산화물을 제거(탈산)하는 역할을 한다. 따라서 정답은 ④이다.

98번

다음 중 연삭숫돌의 결합제(bond)로 주성분이 점토와 장석이고, 열에 강하고 연삭액에 대해서도 안전하므로 광범위하게 사용되는 결합제는?

1. 비트리파이드

2. 실리케이트

3. 레지노이드

4. 셀락

정답 1번

해설. 점토와 장석을 주성분으로 하며 내열성과 내약품성(연삭액에 대한 안정성)이 우수해 가장 널리 사용되는 결합제는 비트리파이드(V, 유리질) 결합제이다. 따라서 정답은 ①이다.

99번

두께 4mm인 탄소강판에 지름 1000mm의 펀칭을 할 때 소요되는 동력은 약 kW인가? (단, 소재의 전단저항은 245.25MPa, 프레스 슬라이드의 평균속도는 5m/min, 프레스의 기계효율(η)은 65% 이다.)

1. 146

2. 280

3. 396

4. 538

정답 3번

해설. 펀칭에 필요한 전단력 F=τ×π×d×t=245.25×π×1000×4≈3.084×10⁶N. 소요동력 P=F×v/η=3.084×10⁶×(5/60)/0.65≈3.96×10⁵W≈396kW. 따라서 정답은 ③이다.

100번

회전하는 상자 속에 공작물과 숫돌입자, 공작액, 콤파운드 등을 넣고 서로 충돌시켜 표면의 요철을 제거하며 매끈한 가공면을 얻는 가공법은?

1. 호닝(honning)

2. 배럴(barrel) 가공

3. 숏 피닝(shot peening)

4. 슈퍼 피니싱(super finishing)

정답 2번

해설. 회전하는 상자(배럴) 속에 공작물, 숫돌입자(미디어), 콤파운드, 공작액 등을 함께 넣고 회전 또는 진동시켜 서로 충돌·마찰시킴으로써 표면의 요철을 제거하고 광택을 내는 가공법을 배럴가공(barrel finishing)이라 한다. 따라서 정답은 ②이다.

일반기계기사 필기 2018년 2회 기출문제

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기계열역학

기계유체역학

기계재료 및 유압기기

기계제작법 및 기계동력학

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