일반기계기사 필기 2014년 4회 기출문제 정답 및 해설

1번

아래 그림과 같은 보에 대한 굽힘 모멘트 선도로 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 보의 반력과 하중조건으로 구간별 굽힘모멘트를 구해 부호와 형태(직선/포물선)를 그리면 그림의 보기 3번 굽힘모멘트 선도가 된다.

2번

지름이 d 이고 길이가 L 인 환축에 비틀림 모멘트가 작용하여 비틀림각 Ø가 발생하였다. 이때 환축의 최대전단응력 γ은 얼마인가? (단, G는 전단탄성계수)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 비틀림각 Ø=TL/(GJ), 전단응력 τ=Tr/J(r=d/2) 관계를 이용해 Ø를 T 대신 대입하면 최대전단응력은 τ=GØd/(2L)이다(보기 4번).

3번

어떤 축이 동력마력 H(kW)를 전달할 때 비틀림 모멘트 T(N·m)가 발생하였다면 이 때 축의 회전수를 구하는 식은?

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 동력 H=Tω=T×2πN/60 (N: rpm)이므로 N=60H/(2πT)이다(단위환산 포함, 보기 4번).

4번

길이 5m인 양단고정 보의 중앙에서 집중하중이 작용할 때 최대 처짐이 10cm 발생하였다면, 같은 조건에서 양단 지지보로 하면 처짐은 얼마가 되겠는가?

1. 20 cm

2. 27 cm

3. 30 cm

4. 40 cm

정답 4번

해설. 양단고정보 중앙집중하중 처짐 δ_고정=PL³/(192EI), 양단지지보(단순보) 처짐 δ_단순=PL³/(48EI)이다. 비율은 192/48=4배이므로 δ_단순=4×10=40cm이다.

5번

바깥지름 d2= 30 cm, 안지름 d1= 20 cm의 속이 빈 원형 단면의 단면 2차모멘트는?

1. 27850 cm4

2. 29800 cm4

3. 30120 cm4

4. 31906 cm4

정답 4번

해설. 중공원형단면의 2차모멘트 I=π(D2⁴-D1⁴)/64=π(30⁴-20⁴)/64=π×650000/64≈31906㎤이다.

6번

안지름 80 cm의 얇은 원통에 내압 1 MPa이 작용할 때 원통의 최소 두께는 몇 mm인가? (단, 재료의 허용응력은 80 MPa이다.)

1. 2.5

2. 5

3. 8

4. 10

정답 2번

해설. 얇은 원통의 최소두께 t=PD/(2σa)=1×800/(2×80)=5mm이다.

7번

그림과 같은 정사각형 판이 변형되어, 네 변이 직선을 유지한 채 A, B 점이 모두 수평 방향 우측으로 1 mm만큼 이동되었다. D점에서의 전단변형률 γxy는?

1. 0.01

2. 0.05

3. 0.1

4. 0.15

정답 3번

해설. A, B점이 수평으로 1mm 이동한 정사각형 판의 전단변형률은 γxy=이동량/변의 길이로 구한다. 그림의 치수를 대입하면 γxy=0.1이다.

8번

외팔보 AB의 자유단에 브라켓 BCD가 붙어 있으며 D점에 하중 P가 작용하고 있다. B점에서의 처짐이 0이 되기 위한 a/L의 비는 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 외팔보 자유단 처짐과 브라켓 D점 하중에 의한 처짐(굽힘+처짐 중첩)을 합해 B점 처짐이 0이 되는 조건식을 세우면 a/L 비는 보기 2번 형태가 된다.

9번

지름이 50 mm이고 길이가 200 mm인 시편으로 비틀림 실험을 하여 얻은 결과, 토크 30.6 N·m 에서 전 비틀림 각이 7˚로 기록되었다. 이 재료의 전단 탄성계수는 G는 약 몇 MPa 인가?

1. 81.6

2. 40.6

3. 66.6

4. 97.6

정답 1번

해설. 전단탄성계수 G=TL/(Jθ)이다. d=50mm, L=200mm, T=30.6N·m, θ=7°(라디안 환산)를 대입하면 G≈81.6MPa이다.

10번

σx = σy = 0, τxy = 0.1 GPa 일 때 두 주응력의 크기 σ1, σ2는?

1. σ1 = 0.25 GPa, σ2 = 0.1 GPa

2. σ1 = 0.2 GPa, σ2 = 0.05 GPa

3. σ1 = 0.1 GPa, σ2 = -0.1 GPa

4. σ1 = 0.075 GPa, σ2 = -0.05 GPa

정답 3번

해설. 순수전단 상태(σx=σy=0)에서 주응력은 σ1,2=±τxy이다. τxy=0.1GPa이므로 σ1=0.1GPa, σ2=-0.1GPa이다.

11번

다음 그림에서 최대굽힘응력은?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 그림의 하중과 지지조건으로 최대굽힘모멘트를 구한 뒤 σ=M/Z로 최대굽힘응력을 계산하면 보기 1번 형태가 된다.

12번

단면의 형상이 일정한 재료에 노치(notch)부분을 만들어 인장할 때 응력의 분포 상태는?

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 노치가 있는 단면은 노치 부근에서 응력이 집중되어 국부적으로 응력이 급격히 커지는 응력집중 분포를 보인다(보기 4번).

13번

봉의 온도가 25 ℃일 때 양쪽의 강성지점들에 끼워 맞추어져 있다. 봉의 온도가 100℃ 일 때 AC 부분의 응력은 몇 MPa 인가? (단, 봉 재료의 E = 200 GPa, α = 12×10-6/℃, L1 = L2 = 0.5 m, A1 = 1000 ㎟, A2 = 500 ㎟)

1. 120

2. 150

3. 220

4. 250

정답 1번

해설. 양단 고정된 봉이 온도상승(75℃)으로 팽창하려 하나 구속되어 열응력이 발생한다. 두 구간의 힘 평형과 변형 적합조건을 연립하면 AC부분 응력은 120MPa이다.

14번

그림과 같은 단순보에서 보 중앙의 처짐으로 옳은 것은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, M0는 모멘트, ℓ은 보의 길이이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 모멘트 하중이 작용하는 단순보의 처짐은 처짐미분방정식(또는 모멘트-면적법)으로 구한다. 중앙처짐 공식을 대입하면 보기 1번 형태가 된다.

15번

외팔보의 자유단에 하중 P가 작용할 때, 이 보의 굽힘에 의한 탄성 변형에너지를 구하면? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 외팔보 자유단 집중하중에 의한 굽힘 변형에너지는 U=∫M²/(2EI)dx=P²L³/(6EI)이다(보기 3번).

16번

b×h = 20 cm×40 cm의 외팔보가 두 가지 하중을 받고 있을 때 분포하중 ω를 얼마로 하면 안전하게 지지할 수 있는가? (단, 허용굽힘응력 σa = 10 MPa이다.)

1. 22 kN/m

2. 35 kN/m

3. 53 kN/m

4. 55 kN/m

정답 1번

해설. 허용굽힘응력 σa=M/Z 조건에서 최대굽힘모멘트를 구하고, 분포하중과 집중하중에 의한 모멘트식을 세워 ω에 대해 풀면 약 22kN/m이다.

17번

직경 10 cm, 길이 3 m인 양단의 고정된 2개의 원형기둥에 가해줄 수 있는 최대하중은? (단, E = 200000 MPa, σr = 280 MPa, I = 500×10-8 m4)

1. 2800 kN

2. 4400 kN

3. 7800 kN

4. 8770 kN

정답 2번

해설. 양단고정 기둥의 오일러 좌굴하중 Pcr=4π²EI/L²=4π²×200×10⁹×500×10⁻⁸/3²≈4400kN이다.

18번

포아송 (Poission)비가 0.3인 재료에서 탄성계수 (E)와 전단탄성계수 (G)의 비 (E/G)는?

1. 0.15

2. 1.5

3. 2.6

4. 3.2

정답 3번

해설. 등방성 재료에서 E, G, 포아송비 ν의 관계는 E=2G(1+ν)이므로 E/G=2(1+0.3)=2.6이다.

19번

그림에서 윗면의 지름이 d, 높이가 ℓ인 원추형의 상단을 고정할 때 이 재료에 발생하는 신장량 δ의 값은? (단, 단위 체적당의 중량을 γ, 탄성계수를 E라 함)

1. δ = γℓ2/2E

2. δ = γℓ2/3E

3. δ = γℓ2/6E

4. δ = γℓ2/8E

정답 3번

해설. 자중에 의해 매달린 원추형 부재의 신장량은 δ=γl²/(6E)이다(단위체적당 중량 γ, 높이 l).

20번

그림과 같은 구조물에서 AB 부재에 미치는 힘은?

1. 250 kN

2. 350 kN

3. 450 kN

4. 150 kN

정답 2번

해설. 구조물의 절점 평형조건(ΣFx=0, ΣFy=0)을 세워 AB부재의 부재력을 구하면 350kN이다.

21번

외부에서 받은 열량이 모두 내부에너지 변화만을 가져오는 완전가스의 상태변화는?

1. 정적변화

2. 정압변화

3. 등온변화

4. 단열변화

정답 1번

해설. 정적변화(체적 일정)에서는 외부에 대한 일(PdV)이 0이므로 가해진 열은 전부 내부에너지 변화로 나타난다.

22번

질량 4 kg의 액체를 15℃에서 100℃까지 가열하기 위해 714 kJ의 열을 공급하였다면 액체의 비열은 몇 J/kg·K인가?

1. 1100

2. 2100

3. 3100

4. 4100

정답 2번

해설. 비열 c=Q/(mΔT)=714,000J/(4kg×85K)=2100J/(kg·K)이다.

23번

50℃, 25℃, 10℃의 온도인 3가지 종류의 액체 A, B, C가 있다. A와 B를 동일중량으로 혼합하면 40℃로 되고, A와 C를 동일중량으로 혼합하면 30℃로 된다. B와 C를 동일중량으로 혼합하면 30℃로 된다. B와 C를 동일 중량으로 혼합할 때는 몇 ℃로 되겠는가?

1. 16.0℃

2. 18.4℃

3. 20.0℃

4. 22.5℃

정답 1번

해설. 열용량비를 A+B→40℃, A+C→30℃ 결과로 구한 뒤(cA:cB:cC=1.5:1:1.5), B+C 혼합 열평형식을 세우면 최종온도는 약 16.0℃이다.

24번

응축기 온도가 40℃이고, 증발기 온도가 -20℃인 이상 냉동사이클 성능계수(COP)는?

1. 5.22

2. 4.22

3. 4.02

4. 3.22

정답 2번

해설. 이상 냉동사이클의 COP=Tc/(Th-Tc)이다. Tc=253K(-20℃), Th=313K(40℃)이므로 COP=253/60≈4.22이다.

25번

상태 1에서 경로 A를 따라 상태 2로 변화하고 경로 B를 따라 다시 상태 1로 돌아오는 사이클이 있다. 아래의 사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 사이클 과정 동안 시스템의 내부에너지 변화량은 0이다.

2. 사이클 과정 동안 시스템은 외부로부터 순(net) 일을 받았다.

3. 사이클 과정 동안 시스템의 내부에서 외부로 순(net)열이 전달되었다.

4. 이 그림으로 사이클 과정 동안 총 엔트로피 변화량을 알 수 없다.

정답 4번

해설. 엔트로피는 상태함수이므로 한 바퀴 순환하는 사이클에서 총 엔트로피 변화량은 항상 정확히 0이다. 따라서 "변화량을 알 수 없다"는 설명은 틀렸다.

26번

다음 P-h 선도를 이용한 증기압축 냉동기의 성능계수는 얼마인가?

1. 3.5

2. 4.5

3. 5.5

4. 6.5

정답 1번

해설. P-h선도에서 압축기 입구·출구, 증발기 입구 엔탈피를 읽어 COP=(증발기 흡수열)/(압축일)=(h1-h4)/(h2-h1)을 계산하면 약 3.5이다.

27번

이상기체의 내부에너지는 무엇의 함수인가?

1. 온도만의 함수이다.

2. 압력만의 함수이다.

3. 온도와 압력의 함수이다.

4. 비체적만의 함수이다.

정답 1번

해설. 이상기체의 내부에너지는 압력이나 체적에 관계없이 온도만의 함수이다(줄의 법칙).

28번

한 밀폐계가 190 kJ의 열을 받으면서 외부에 20 kJ의 일을 한다면 이 계의 내부에너지의 변화는 약 얼마인가?

1. 210 kJ만큼 증가한다.

2. 210 kJ만큼 감소한다.

3. 170 kJ만큼 증가한다.

4. 170 kJ만큼 감소한다.

정답 3번

해설. 밀폐계 제1법칙 ΔU=Q-W=190-20=170kJ 증가한다.

29번

시속 30 km로 주행하고 있는 질량 306 kg의 자동차가 브레이크를 밟았더니 8.8 m에서 정지했다. 베어링 마찰을 무시하고 브레이크에 의해서 제동된 것으로 보았을 때, 브레이크로부터 발생한 열량은 얼마인가? (단, 차륜과 도로면의 마찰계수는 0.4로 한다.)

1. 약 25.6 kJ

2. 약 20.6 kJ

3. 약 15.6 kJ

4. 약 10.6 kJ

정답 4번

해설. 제동으로 열이 되는 에너지는 초기 운동에너지와 같다. v=30km/h=8.33m/s, KE=½mv²=½×306×8.33²≈10.6kJ이다.

30번

랭킨 사이클을 터빈 입구 상태와 응축기 압력을 그대로 두고 재생 사이클로 바꾸었을 때 랭킨 사이클과 비교한 재생 사이클의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 터빈일이 크다.

2. 사이클 효율이 높다.

3. 응축기의 방열량이 작다.

4. 보일러에서 가해야 할 열량이 작다.

정답 1번

해설. 재생사이클은 추기로 일부 증기를 빼내 급수를 예열하므로, 랭킨사이클과 비교해 터빈을 통과하는 증기량이 줄어 터빈일은 오히려 작아진다. 따라서 "터빈일이 크다"는 설명은 틀렸다.

31번

밀폐계에서 기체의 압력이 100 kPa으로 일정하게 유지 되면서 체적이 1 ㎥에서 2 ㎥으로 증가되었을 때 옳은 설명은?

1. 밀폐계의 에너지 변화는 없다.

2. 외부로 행한 일은 100 kJ이다.

3. 기체가 이상기체라면 온도가 일정하다.

4. 기체가 받은 열은 100 kJ이다.

정답 2번

해설. 정압과정에서 외부에 한 일 W=PΔV=100kPa×(2-1)㎥=100kJ이다.

32번

비열이 0.475 kJ/kg·K인 철 10 kg을 20℃에서 80 ℃로 올리는데 필요한 열량은 몇 kJ인가?

1. 222

2. 232

3. 285

4. 315

정답 3번

해설. Q=mcΔT=10×0.475×(80-20)=285kJ이다.

33번

어느 발명가가 바닷물로부터 매시간 1800 kJ의 열량을 공급받아 0.5 kW 출력의 열기관을 만들었다고 주장한다면, 이 사실은 열역학 제 몇 법칙에 위반 되겠는가?

1. 제 0법칙

2. 제 1법칙

3. 제 2법칙

4. 제 3법칙

정답 3번

해설. 단일 열원(바닷물)에서 열을 받아 전부 일로 바꾸는 것은 열효율 100%의 영구기관(제2종 영구기관)에 해당하므로 열역학 제2법칙에 위반된다.

34번

과열과 과냉이 없는 증기압축 냉동사이클에서 응축온도가 일정하고 증발온도가 낮을수록 성능계수는 어떻게 되겠는가?

1. 증가한다.

2. 감소한다.

3. 일정하다.

4. 성능계수와 응축온도는 무관하다.

정답 2번

해설. 응축온도가 일정할 때 증발온도가 낮아지면 압축비가 커져 압축일이 증가하므로 COP=Qe/W는 감소한다.

35번

어떤 유체의 밀도가 741 kg/㎥이다. 이 유체의 비체적은 약 몇 ㎥/kg인가?

1. 0.78×10-3

2. 1.35×10-3

3. 2.35×10-3

4. 2.98×10-3

정답 2번

해설. 비체적 v=1/ρ=1/741≈1.35×10⁻³㎥/kg이다.

36번

공기 10 kg이 정적 과정으로 20 ℃에서 250 ℃까지 온도가 변하였다. 이 경우 엔트로피의 변화량은? (단, 공기의 Cv= 0.717 kJ/kg·K이다.)

1. 약 2.39 kJ/K

2. 약 3.07 kJ/K

3. 약 4.15 kJ/K

4. 약 5.81 kJ/K

정답 3번

해설. 정적과정의 엔트로피 변화 ΔS=mCv·ln(T2/T1)=10×0.717×ln(523/293)≈4.15kJ/K이다.

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 열효율 η=1-Tc/Th=1-323/373≈13.4%이다(100℃=373K, 50℃=323K).

38번

27 kPa의 압력차는 수은주로 어느 정도 높이가 되겠는가? (단, 수은의 밀도는 13590 kg/㎥ 이다.)

1. 약 158 ㎜

2. 약 203 ㎜

3. 약 265 ㎜

4. 약 557 ㎜

정답 2번

해설. h=P/(ρg)=27,000/(13590×9.8)≈0.203m≈203㎜이다.

39번

어떤 작동 유체가 550 K의 고열원으로부터 20 kJ의 열량을 공급받아 250 K의 저열원에 14 kJ의 열량을 방출할 때 이 사이클은?

1. 가역이다.

2. 비가역이다.

3. 가역 또는 비가역이다.

4. 가역도 비가역도 아니다.

정답 2번

해설. 카르노 효율(1-250/550≈0.545)보다 실제 효율((20-14)/20=0.3)이 낮으므로 가능한 사이클이며, 엔트로피 생성량 ΔS=-20/550+14/250≈0.0196kJ/K>0이므로 비가역 과정이다.

40번

냉동기의 효율은 성능 계수로 나타낸다. 냉동기의 성능 계수에 대한 설명 중 잘못된 것은?

1. 성능 계수는 증발기에서 흡수된 열량과 압축기에 공급된 일량의 비로 정의된다.

2. 성능 계수는 일반적으로 1보다 작다.

3. 냉동기의 작동 온도에 따라 성능 계수는 변한다.

4. 동일한 작동 온도에서 운전되는 냉동기라도 사용되는 냉매에 따라 성능 계수는 달라질 수 있다.

정답 2번

해설. 일반적인 냉동기의 성능계수(COP)는 1보다 큰 경우가 많으므로(보통 2~5 수준), "일반적으로 1보다 작다"는 설명은 틀렸다.

41번

다음 중 무차원에 해당하는 것은?

1. 비중

2. 비중량

3. 점성계수

4. 동점성계수

정답 1번

해설. 비중(specific gravity)은 어떤 물질의 밀도와 기준물질(물) 밀도의 비이므로 단위가 없는 무차원량이다. 비중량, 점성계수, 동점성계수는 모두 차원을 가진다.

42번

4℃ 물의 체적 탄성계수는 2.0×109 N/㎡이다. 이 물에서의 음속은 약 몇 m/s인가?

1. 141

2. 341

3. 19300

4. 1414

정답 4번

해설. 음속 a=√(K/ρ)이다. K=2.0×10⁹N/㎡, 물의 밀도 ρ≈1000kg/㎥이므로 a=√(2×10⁹/1000)≈1414m/s이다.

43번

바다 속 임의의 한 지점에서 측정한 계기압력이 98.7 MPa이다. 이 지점의 깊이는 몇 m인가? (단, 해수의 비중량은 10 kN/㎥이다.)

1. 9540

2. 9635

3. 9680

4. 9870

정답 4번

해설. h=P/γ=98,700kPa/(10kN/㎥)=9870m이다.

44번

수면의 높이가 지면에서 h인 물통 벽의 측면에 구멍을 뚫고 물을 지면으로 분출시킬 때 지면을 기준으로 물이 가장 멀리 떨어지게 하는 구멍의 높이는?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 토리첼리 정리로 분출속도와 낙하시간을 구해 수평도달거리를 h(수면~구멍)의 함수로 표현하면, 도달거리가 최대가 되는 구멍 높이는 수면과 바닥의 중간(전체 수두의 절반)이다(보기 2번).

45번

30명의 흡연가가 피우는 담배연기를 처리할 수 있는 흡연실에서 1인당 최소 30 L/s의 신선한 공기를 필요로 할 때, 공급되어야 할 공기의 최소 유량은 몇 ㎥/s인가?

1. 0.9

2. 1.6

3. 2.0

4. 2.3

정답 1번

해설. 필요 유량 Q=30명×30L/s=900L/s=0.9㎥/s이다.

46번

원관내를 완전한 층류로 흐를 경우 관마찰계수 f는?

1. 상대 조도만의 함수가 된다.

2. 마하수만의 함수이다.

3. 오일러수만의 함수이다.

4. 레이놀즈수만의 함수이다.

정답 4번

해설. 완전발달 층류에서 관마찰계수 f=64/Re이므로 조도와 무관하게 레이놀즈수만의 함수이다.

47번

그림과 같은 사이펀에 물이 흐르고 있다. 사이펀의 안지름은 5 cm이고, 물탱크의 수면은 항상 일정하게 유지된다고 가정한다. 수면으로부터 출구 사이의 총 손실 수두가 1.5 m이면, 사이펀을 통해 나오는 유량은 약 몇 ㎥/min 인가?

1. 0.38

2. 0.41

3. 0.64

4. 0.92

정답 3번

해설. 사이펀의 유속은 V=√(2gH_손실을 뺀 유효낙차)를 이용해 손실수두를 반영한 에너지방정식으로 구하고, 유량 Q=V×A를 계산하면 약 0.64㎥/min이다.

48번

유속 V의 균일 유동장에 놓인 물체 둘레의 순환이 Γ 일 때, 이 물체에 발생하는 양력 L(Kutta-Joukowski의 정리)은? (단, 유체의 밀도는 ρ라 한다.)

1.

2.

3.

4.

정답 4번

해설. 쿠타-주코프스키 정리에 의한 양력은 L=ρVΓ이다(보기 4번).

49번

다음 중 경계층에서 유동박리 현상이 발생할 수 있는 조건은?

1. 유체가 가속될 때

2. 순압력구배가 존재할 때

3. 역압력구배가 존재할 때

4. 유체의 속도가 일정할 때

정답 3번

해설. 유동박리는 경계층 내에서 압력이 유동방향으로 증가하는 역압력구배(dp/dx>0) 조건에서 발생한다.

50번

밀도가 ρ1, ρ2 인 두 종류의 액체 속에 완전히 잠긴 물체의 무게를 스프링 저울로 측정한 결과 각각 W1, W2 이었다. 공기 중에서 이 물체의 무게 G는?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 아르키메데스 원리에서 G-W1=ρ1gV, G-W2=ρ2gV로 놓고 V를 소거해 G에 대해 풀면 보기 2번 형태의 식이 된다.

51번

다음 그림에서 관입구의 부차적 손실계수 K는? (단, 관의 안지름은 20 ㎜, 관마찰계수는 0.0188이다.)

1. 0.0188

2. 0.273

3. 0.425

4. 0.621

정답 3번

해설. 실측 손실수두에서 관마찰(fL/D)에 의한 손실을 뺀 나머지를 입구손실계수 K로 환산하면 약 0.425이다.

52번

2차원 유동 중 속도포텐셜이 존재하는 것은? (단,

= (u, v) 이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 속도포텐셜은 비회전유동(∂v/∂x=∂u/∂y)에서만 존재한다. 그림의 속도장 중 이 조건을 만족하는 것은 보기 2번이다.

53번

압력과 밀도를 각각 P, ρ라 할 때

의 차원은? (단, M, L, T는 각각 질량, 길이, 시간의 차원을 나타낸다.)

1.

2.

3.

4.

정답 3번

해설. 압력 P의 차원은 [ML⁻¹T⁻²], 밀도 ρ의 차원은 [ML⁻³]이므로 P/ρ의 차원은 [L²T⁻²](속도의 제곱)가 되어 보기 3번에 해당한다.

54번

유체 속에 잠겨있는 경사진 판의 윗면에 작용하는 압력힘의 작용점에 대한 설명 중 맞는 것은?

1. 판의 도심보다 위에 있다.

2. 판의 도심에 있다.

3. 판의 도심보다 아래에 있다.

4. 판의 도심과는 관계가 없다.

정답 3번

해설. 유체 속 경사진 평면판에서 압력힘의 작용점(압력중심)은 깊이가 깊을수록 압력이 커지므로 항상 도심보다 아래쪽에 위치한다.

55번

다음 중 원관 내 층류유동의 전단응력분포로 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 원관 내 완전발달 층류의 전단응력은 중심에서 0이고 반지름에 비례해 벽면에서 최대가 되는 선형분포를 보인다(보기 1번).

56번

직경이 30 mm이고, 틈새가 0.2 mm인 슬라이딩 베어링이 1800 rpm으로 회전할 때 윤활유에 작용하는 전단응력은 약 몇 Pa인가? (단, 윤활유의 점성계수 μ = 0.38 N·s/㎡이다.)

1. 5372

2. 8550

3. 10744

4. 17100

정답 1번

해설. 전단응력 τ=μV/h이다. 원주속도 V=πDN=π×0.03×30≈2.827m/s, 틈새 h=0.0002m이므로 τ=0.38×2.827/0.0002≈5372Pa이다.

57번

유량계수가 0.75이고, 목지름이 0.5 m인 벤투리미터를 사용하여 안지름이 1 m인 송유관 내의 유량을 측정하고 있다. 벤투리 입구와 목의 압력차가 수은주 80 mm이면 기름의 질량유량은 몇 kg/s인가? (단, 기름의 비중은 0.9, 수은의 비중은 13.6이다.)

1. 158

2. 166

3. 666

4. 739

정답 3번

해설. 벤투리미터 압력차로 유속을 구하는 공식(Cd, 면적비 β⁴ 반영)에 값을 대입하면 질량유량은 약 666kg/s이다.

58번

길이 125 m, 속도 9 m/s인 선박의 모형실험을 길이 5 m인 모형선으로 프루드 (Froude) 상사가 성립되게 실험하려면 모형선의 속도는 약 몇 m/s로 해야 하는가?

1. 1.80

2. 4.02

3. 0.36

4. 36

정답 1번

해설. 프루드수 상사(Fr=V/√(gL))가 같아야 하므로 V모형=V실선×√(L모형/L실선)=9×√(5/125)=1.80m/s이다.

59번

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 충격력의 크기는 약 몇 N인가?

1. 2049

2. 2217

3. 2638

4. 2898

정답 2번

해설. 곡면판 충격력 F=ρQV√(2(1-cosθ))(θ: 유동 꺾임각)이다. θ=135°를 대입하면 F=1000×0.03×40×√(2(1-cos135°))≈2217N이다.

60번

2차원 유동장에서 속도벡터가

일 때 점 (3, 5)을 지나는 유선의 기울기는? (단,

는 x, y 방향의 단위벡터이다.)

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 유선의 기울기는 dy/dx=v/u이다. 주어진 속도벡터를 점(3,5)에 대입해 v/u를 구하면 보기 2번 형태가 된다.

61번

강에서 열처리 조직으로 경도가 가장 큰 것은?

1. 펄라이트

2. 페라이트

3. 마텐자이트

4. 오스테나이트

정답 3번

해설. 담금질 조직 중 마텐자이트(martensite)가 가장 큰 경도를 가진다.

62번

자기변태의 설명으로 옳은 것은?

1. 상은 변하지 않고 자기적 성질만 변한다.

2. 자기변태점에는 열을 흡수하거나 방출한다.

3. 자기변태점에서는 자유도가 0이므로 온도가 정체된다.

4. 원자내부의 변화로 자기적 성질이 비연속적으로 변화한다.

정답 1번

해설. 자기변태는 결정구조(상)는 변하지 않고 큐리점 등에서 자기적 성질(강자성↔상자성)만 변하는 현상이다.

63번

질화법과 침탄법을 비교 설명한 것으로 틀린 것은?

1. 침탄법보다 질화법이 경도가 높다.

2. 침탄법은 침탄 후에도 수정이 가능하지만, 질화법은 질화 후의 수정은 불가능하다.

3. 침탄법은 침탄 후에는 열처리가 필요없고, 질화법은 질화 후에는 열처리가 필요하다.

4. 침탄법은 경화에 의한 변형이 생기지만, 질화법은 경화에 의한 변형이 적다.

정답 3번

해설. 침탄법은 침탄 후 담금질 등 별도의 열처리가 필요하지만, 질화법은 질화 자체가 최종 경화처리라 추가 열처리가 필요 없다. 따라서 "침탄법은 열처리가 필요없고 질화법은 필요하다"는 설명은 반대로 서술되어 틀렸다.

64번

델타 메탈 이라고도 하며 강도가 크고 내식성이 좋아 광산 기계, 선박용 기계, 화학 기계 등에 사용되는 것은?

1. 철 황동

2. 규소 황동

3. 네이벌 황동

4. 애드미럴티 황동

정답 1번

해설. 델타메탈(철황동)은 강도가 크고 내식성이 좋아 광산기계, 선박용 기계, 화학기계 등에 사용된다.

65번

탄소강에 미치는 인(P)의 영향으로 옳은 것은?

1. 인성과 내식성을 주는 효과는 있으나 청열취성을 준다.

2. 강도와 경도는 감소시키고, 고온취성이 있어 가공이 곤란하다.

3. 경화능이 감소하는 것 이외에는 기계적 성질에 해로운 원소이다.

4. 강도와 경도를 증가시키고 연신율을 감소시키며 상온취성을 일으킨다.

정답 4번

해설. 인(P)은 탄소강의 강도와 경도를 증가시키지만 연신율을 감소시키고 상온(냉간)취성을 일으키는 원소이다.

66번

주조성, 가공성, 내마멸성 및 강도가 우수하고 인성, 연성, 가공성 및 경화능 등이 강의 성질과 비슷하며 자동차용 주물로 가장 적합한 주철은?

1. 내열주철

2. 보통주철

3. 칠드주철

4. 구상흑연주철

정답 4번

해설. 구상흑연주철은 흑연을 구상화하여 강에 가까운 인성·연성·경화능을 가지므로 자동차용 주물로 널리 사용된다.

67번

고속도공구강에서 요구되는 일반적 성질과 관련이 없는 것은?

1. 전연성

2. 고온경도

3. 내마모성

4. 내충격성

정답 1번

해설. 고속도공구강은 고온경도, 내마모성, 내충격성이 요구되며, 전연성(늘어나는 성질)은 절삭공구강에서 중요하게 요구되는 성질이 아니다.

68번

지름 15 mm의 연강 봉에 5000 kgf의 인장하중이 작용할 때 생기는 응력은 약 몇 kgf/㎟인가?

1. 10

2. 18

3. 24

4. 28

정답 4번

해설. 응력 σ=P/A이다. d=15mm, A=π×7.5²≈176.7㎟, P=5000kgf이므로 σ≈28.3kgf/㎟이다.

69번

일반적인 주철의 장점이 아닌 것은?

1. 주조성이 우수하다.

2. 고온에서 쉽게 소성변형 되지 않는다.

3. 가격이 강에 비해 저렴하여 널리 이용된다.

4. 복잡한 형상으로도 쉽게 주조된다.

정답 2번

해설. 주철은 취성이 커서 고온에서도 쉽게 소성변형되지 않는 특성을 가지지만, 이는 일반적으로 주철의 "장점"으로 분류되지 않는다(주조성·저렴한 가격·복잡형상 주조성이 장점).

70번

톱날이나 줄의 재료로 가장 적합한 합금은?

1. 황동

2. 고탄소강

3. 알루미늄

4. 보통주철

정답 2번

해설. 톱날이나 줄은 높은 경도가 필요하므로 고탄소강이 재료로 가장 적합하다.

71번

전기모터나 내연기관 동의 원동기로부터 공급받은 동력을 기계적 유압에너지로 변환시켜 작동매체인 작동유(압축유)를 통하여 유압계통에 에너지를 가해주는 기기는?

1. 유압 모터

2. 유압 밸브

3. 유압 펌프

4. 유압 실린더

정답 3번

해설. 원동기의 동력을 작동유를 통해 유압에너지로 변환해 유압계통에 공급하는 기기는 유압펌프이다.

72번

다음 중 압력단위의 환산이 잘못된 것은?

1. 1 bar = 9.80665 Pa

2. 1 ㎜H2O = 9.80665 Pa

3. 1 atm = 1.01325×105 Pa

4. 1 Pa = 1.01972×10-5 kgf/㎠

정답 1번

해설. 1bar는 정확히 10⁵Pa(100,000Pa)이며, "1bar=9.80665Pa"는 명백히 틀린 환산이다(9.80665는 1kgf 관련 값과 혼동된 것).

73번

유압유를 이용하여 진동을 흡수하거나 충격을 완화시키는 기기는?

1. 유체 클러치 (fluid clutch)

2. 유체 커플링 (fluid coupling)

3. 쇼크 업소버 (shock absorber)

4. 토크 컨버터 (torque converter)

정답 3번

해설. 오일의 점성 저항(감쇠)을 이용해 진동을 흡수하고 충격을 완화하는 기기는 쇼크업소버이다.

74번

기름의 압축률이 6.8×10-5㎠/kg 일 때 압력을 0에서 100 kgf/㎠ 까지 압축하면 체적은 몇 % 감소하는가?

1. 0.48%

2. 0.68%

3. 0.89%

4. 1.46%

정답 2번

해설. 체적감소율=압축률×압력=6.8×10⁻⁵㎠/kgf×100kgf/㎠=0.0068=0.68%이다.

75번

작동유가 갖고 있는 에너지를 잠시 저축했다가 이것을 이용하여 완충작용도 할 수 있는 부품은?

1. 축압기

2. 제어밸브

3. 스테이터

4. 유체커플링

정답 1번

해설. 작동유의 에너지를 저장했다가 필요시 방출해 완충작용도 하는 부품은 축압기(accumulator)이다.

76번

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

1. 누설

2. 드레인 (drain)

3. 컷오프 (cut off)

4. 인터플로 (interflow)

정답 2번

해설. 관로에서 탱크나 매니폴드로 액체가 돌아오는 현상 또는 그 통로를 드레인(drain)이라 한다.

77번

다음 기호 중 유량계를 표시하는 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 그림에서 원 안에 화살표가 있는 기호가 유량계를 나타낸다(보기 2번).

78번

유압회로에서 정규 조작방법에 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단으로 정의되는 에너지 제어·조작방식 일반에 관한 용어는?

1. 직접 파일럿 조작

2. 솔레노이드 조작

3. 간접 파일럿 조작

4. 오버라이드 조작

정답 4번

해설. 정규 조작방법과 별도로 우선하여 조작할 수 있는 대체 조작수단을 오버라이드(override) 조작이라 한다.

79번

오일 탱크의 구비 조건에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

1. 오일 탱크의 바닥면은 바닥에서 일정 간격 이상을 유지하는 것이 바람직하다.

2. 오일 탱크는 스트레이너의 삽입이나 분리를 용이하게 할 수 있는 출입구를 만든다.

3. 오일 탱크 내에 방해판은 오일의 순환거리를 짧게 하고 기포의 방출이나 오일의 냉각을 보존하다.

4. 오일 탱크의 용량은 장치의 운전중지 중 장치 내의 작동유가 복귀하여도 지장이 없을 만큼의 크기를 가져야한다.

정답 3번

해설. 오일탱크 내 방해판(baffle plate)은 오일의 순환거리를 오히려 길게 하여 기포 방출과 냉각효과를 높이는 역할을 한다. 따라서 "순환거리를 짧게 한다"는 설명은 틀렸다.

80번

구조가 가장 간단하며 값이 싸고 유압유에 섞인 이물질에 의한 고장 발생이 적고 가혹한 조건에 잘 견디는 유압 모터로 가장 적합한 것은?

1. 기어 모터

2. 볼 피스톤 모터

3. 액시얼 피스톤 모터

4. 레이디얼 피스톤 모터

정답 1번

해설. 구조가 간단하고 저렴하며 이물질에 의한 고장이 적고 가혹한 조건에 강한 유압모터는 기어모터이다.

81번

상온에서 가공할 수 없는 내열합금이나 담금질 강과 같은 강한 재질의 고온가공 (hot machining) 특징이 아닌 것은?

1. 소비동력이 감소한다.

2. 공구 수명이 연장된다.

3. 공장물의 피삭성이 증가한다.

4. 빌트 업 에지가 발생하여 가공면이 나쁘게 된다.

정답 4번

해설. 고온가공은 재료가 연화되어 절삭저항과 소비동력이 줄고 공구수명이 늘며 피삭성이 향상되는 것이 특징이다. 빌트업에지는 오히려 저속·저온 절삭에서 주로 발생하는 문제이므로 고온가공의 특징이 아니다.

82번

서보제어방식 중 아래 그림과 같이 모터에 내장된 펄스 제너레이터에서 속도를 검출하고 엔코더에서 위치를 검출하여 피드백하는 제어방식은?

1. 개방회로 방식

2. 복합회로 방식

3. 폐쇄회로 방식

4. 반 폐쇄회로 방식

정답 4번

해설. 모터 내장 펄스제너레이터로 속도를, 엔코더로 위치를 검출해 피드백하는(모터축 기준 간접측정) 방식을 반폐쇄회로 방식이라 한다.

83번

절삭유제를 사용하는 목적이 아닌 것은?

1. 공작물과 공구의 냉각

2. 공구 윗면과 칩 사이의 마찰계수 증대

3. 능률적인 칩 제거

4. 절삭열에 의한 정밀도 저하 방지

정답 2번

해설. 절삭유는 냉각, 윤활(마찰계수 감소), 칩 제거, 정밀도 저하 방지를 목적으로 사용된다. "마찰계수 증대"는 절삭유 사용 목적이 아니다(오히려 감소가 목적).

84번

삼침법으로 나사를 측정할 때 유효지름 (mm)은 약 얼마인가? (단, 외측마이크로미터로 측정한 외경은 38.256 mm, 피치 3 mm의 나사이며, 준비된 핀의 지름은 1.8 mm로 한다.)

1. 35.33

2. 35.45

3. 35.65

4. 35.76

정답 2번

해설. 삼침법 유효지름 E=M-3d+0.866025p이다. M=38.256, d=1.8, p=3을 대입하면 E=38.256-5.4+2.598≈35.45㎜이다.

85번

보석, 유리, 자기 등을 정밀 가공하는데 가장 적합한 가공 방법은?

1. 전해 연삭

2. 방전 가공

3. 전해 연마

4. 초음파 가공

정답 4번

해설. 보석, 유리, 자기 등 경질 취성재료의 정밀가공에는 초음파가공이 가장 적합하다.

86번

용접봉의 기호 중 E4324에서 세 번째 숫자 2의 표시는 용접자세를 나타낸다. 어떠한 자세인가?

1. 전 자세

2. 아래보기 자세

3. 전 자세 또는 특점자세

4. 아래보기와 수평 필릿자세

정답 4번

해설. 피복아크 용접봉 기호 E4324에서 세 번째 숫자 2는 아래보기 및 수평필릿자세를 나타낸다.

87번

주물의 후처리 작업이 아닌 것은?

1. 주물표면을 깨끗이 청소한다.

2. 쇳물아궁이와 라이저를 절단한다.

3. 주형의 각부로부터 가스빼기를 한다.

4. 주입금속이 응고되면 주형을 해체한다.

정답 3번

해설. 가스빼기(통기)는 주형을 만들 때(주입 전) 하는 작업이며, 후처리(응고 후)에는 포함되지 않는다.

88번

곧은 날을 갖는 직선 절단기에서 전단각에 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 전단각이란 아랫날에 대한 윗날의 기울기 각도이다.

2. 전단각이 크면 절단된 판재의 끝면이 고르지 못하다.

3. 전단각은 일반적으로 박판에는 크게, 후판에는 작게 한다.

4. 절단 날에 전단각을 두는 것은 절단할 때, 충격을 감소시키고 절단소요력을 감소시키기 위한 것이다.

정답 3번

해설. 전단각은 후판일수록 크게, 박판일수록 작게 주는 것이 일반적이다. "박판에 크게, 후판에 작게"라고 한 설명은 반대로 서술되어 틀렸다.

89번

프레스가공에서 전단가공에 해당하는 것은?

1. 펀칭

2. 비딩

3. 시밍

4. 업세팅

정답 1번

해설. 펀칭은 대표적인 전단가공이며, 비딩·시밍·업세팅은 성형가공에 해당한다.

90번

두께 50 mm의 연강판을 압연 롤러를 통과시켜 40 mm가 되었을 때 입하율(%)은?

1. 10

2. 15

3. 20

4. 25

정답 3번

해설. 압하율=(H0-H1)/H0×100=(50-40)/50×100=20%이다.

91번

강체의 평면운동에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1. 평면운동은 병진과 회전으로 구분할 수 있다.

2. 평면운동은 순간중심점에 대한 회전으로 생각할 수 있다.

3. 순간중심점은 위치가 고정된 점이다.

4. 곡선경로를 움직이더라도 병진운동이 가능하다.

정답 3번

해설. 순간중심(instantaneous center of rotation)은 매 순간 위치가 바뀌는 점이므로, "위치가 고정된 점"이라는 설명은 틀렸다.

92번

질량 30 kg의 물체를 담은 두레박 B가 레일을 따라 이동하는 크레인 A에 수직으로 매달려 이동하고 있다. 매단 줄의 길이는 6 m이다. 일정한 속도로 이동하던 크레인이 갑자기 정지하자, 두레박 B가 수평으로 3 m까지 흔들렸다. 크레인 A의 이동 속력은 몇 m/s 인가?

1. 1

2. 2

3. 3

4. 4

정답 4번

해설. 진자운동 에너지보존으로 상승높이 h=L-√(L²-x²)=6-√(36-9)≈0.804m를 구한 뒤 v=√(2gh)≈4m/s이다.

93번

계의 등가 스프링 상수 값은 어떤 것인가?

1.

2.

3.

4.

정답 1번

해설. 그림의 스프링 연결(직렬/병렬)을 판별해 등가스프링상수 공식을 적용하면 보기 1번 형태가 된다.

94번

스프링으로 지지되어 있는 질량의 정적처짐이 0.05 cm 일때 스프링의 고유진동수는 얼마인가?

1. 22.3 Hz

2. 223 Hz

3. 310 Hz

4. 3100 Hz

정답 1번

해설. 고유진동수 fn=(1/2π)√(g/δst)이다. δst=0.0005m이므로 fn=(1/2π)√(9.8/0.0005)≈22.3Hz이다.

95번

총포류의 반동을 감소시키는 제동장치는 피스톤과 포신의 이동속도(v)에 비례하여 감속하게 된다. 즉, 가속도 a = -kv의 관계로 나타날 때 속도 v를 시간 t에 대한 함수로 나타내는 수식은? (단, 초기속도는 v0 , 초기 위치는 0이라고 가정한다.)

1. v = v0t

2. v = v0e-kt

3. v = v0-kt

4. v = v0(1-e-kt)

정답 2번

해설. a=dv/dt=-kv를 분리적분하면 ln(v/v0)=-kt, 즉 v=v0e^(-kt)이다.

96번

각각 중량이 10 kN인 객차 10량이 2m/s2의 가속도로 직선주로를 달리고 있을 때, 5번째와 6번째 차량사이의 연결부에 작용하는 힘은?

1. 8.2 kN

2. 9.2 kN

3. 10.2 kN

4. 11.2 kN

정답 3번

해설. 5-6번째 사이 연결부 힘은 뒤쪽 5량(6~10번째)을 가속시키는 데 필요한 힘과 같다. F=5m·a=5×(10000/9.8)×2≈10.2kN이다.

97번

계의 고유진동수에 영향을 미치지 않는 것은?

1. 진동물체의 질량

2. 계의 스프링 계수

3. 계의 초기조건

4. 계를 형성하는 재료의 탄성계수

정답 3번

해설. 1자유도계 고유진동수 fn=(1/2π)√(k/m)은 질량과 스프링상수(재료의 탄성계수 포함)로 결정되며, 초기조건(변위·속도)은 진폭과 위상에만 영향을 주고 고유진동수에는 영향을 주지 않는다.

98번

1자유도 시스템 A, B의 전달률을 나타낸 그래프에서 두 시스템의 감쇠비 ζ의 관계로 옳은 것은?

1. ζA < ζB

2. ζB < ζA

3. ζA = ζB

4. │ζA│= │ζB│

정답 1번

해설. 전달률 그래프에서 공진점 부근의 피크가 낮고 완만할수록 감쇠비가 크다. 그림에서 A의 피크가 더 완만하므로 ζA<ζB이다.

99번

길이 l, 질량 m인 균일한 막대가 ω의 각속도로 회전하고 있다. 막대의 운동에너지는 얼마인가?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. 막대의 회전운동에너지는 KE=½Iω²이다. 회전축 위치(한쪽 끝 등)에 따른 관성모멘트를 대입하면 보기 2번 형태가 된다.

100번

20 m/s의 같은 속력으로 달리던 자동차 A, B가 교차로에서 직각으로 충돌하였다. 충돌 직후 자동차 A의 속력은 몇 m/s인가? (단, 자동차 A, B의 질량은 동일하며 반발계수 e = 0.7, 마찰은 무시한다.)

1. 17.3

2. 18.7

3. 19.2

4. 20.4

정답 1번

해설. 동일 속력으로 직각충돌하는 문제는 충돌면(법선방향)을 기준으로 반발계수를 적용하고 접선방향 속도는 보존된다는 조건으로 연립하면 충돌 직후 A의 속력은 약 17.3m/s이다.

일반기계기사 필기 2014년 4회 기출문제

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