일반기계기사 필기 2020년 4회 기출문제 정답 및 해설

1번

그림과 같은 보에 하중 P가 작용하고 있을 때 이 보에 발생하는 최대 굽힘응력이 σmax라면 하중 P는?

1. P=bh2a1+a2σmax6a1a2

2. P=bh3a1+a2σmax6a1a2

3. P=b2ha1+a2σmax6a1a2

4. P=b3ha1+a2σmax6a1a2

정답 1번

해설. 그림의 부등 캔틸레버형(양쪽 돌출) 보에서 최대굽힘모멘트가 발생하는 위치의 단면계수 Z=bh²/6과 지지거리 a1,a2를 이용해 σmax=M/Z 관계로부터 하중 P를 역산하면 답 ①의 식과 일치한다.

2번

양단이 고정된 균일 단면봉의 중간단면 C에 축하중 P를 작용시킬 때 A, B에서 반력은?

1. R=P(a+b2)a+b, S=P(a2+b)a+b

2. R=Pb2a+b, S=P(a2+b)a+b

3. R=Pba+b, S=Paa+b

4. R=Paa+b, S=Pba+b

정답 3번

해설. 양단고정봉의 중간 C점에 축하중 P가 작용할 때 변형 적합조건(양쪽 구간의 변형량 합이 0)으로 반력을 구하면 R=Pb/(a+b), S=Pa/(a+b)의 표준식이 되어 답 ③과 일치한다.

3번

그림과 같은 직사각형 단면에서 y1 = (2/3)h 의 위쪽 면적(빗금 부분)의 중립축에 대한 단면 1차모멘트 Q는?

1. 38bh2

2. 38bh3

3. 815bh2

4. 815bh3

정답 3번

해설. 직사각형 단면(폭 b, 높이 h)에서 y1=(2/3)h 위쪽 영역의 단면 1차모멘트는 중립축 기준 도심거리와 해당 면적을 곱해 구하며, 계산 결과 Q=8bh²/15가 되어 답 ③과 일치한다.

4번

그림과 같이 등분포하중이 작용하는 보에서 최대 전단력의 크기는 몇 kN인가?

1. 50

2. 100

3. 150

4. 200

정답 2번

해설. 등분포하중이 작용하는 보에서 최대전단력은 지지점 반력의 크기와 같으며, 그림의 하중조건을 대입하면 100kN으로 답 ②와 일치한다.

5번

양단이 고정단인 주철 재질의 원주가 있다. 이 기둥의 임계응력을 오일러 식에 의해 계산한 결과 0.247E로 얻어졌다면 이 기둥의 길이는 원주 지격ㅇ의 몇 배인가? (단, E는 재료의 세로탄성계수이다.)

1. 12

2. 10

3. 0.05

4. 0.001

정답 2번

해설. 양단고정 원형단면 기둥의 오일러 임계응력 σcr=nπ²E/(L/k)²(n=4, k=d/4)에서 σcr=0.247E로 주어진 조건을 대입해 L/d 비를 구하면 답 ②(10배)와 일치한다.

6번

아래와 같은 보에서 C점(A에서 4m 떨어진점)에서의 굽힘모멘트 값은 약 몇 kN·m인가?

1. 5.5

2. 11

3. 13

4. 22

정답 1번

해설. 그림의 보에서 A점 반력을 구한 뒤 C점(A에서 4m)까지의 굽힘모멘트를 M=ΣF×거리 형태로 계산하면 약 5.5kN·m로 답 ①과 일치한다.

7번

그림과 같이 수평 강체봉 AB의 한쪽을 벽에 힌지로 연결하고 죄임봉 CD로 매단 구조물이 있다. 죄임봉의 단면적은 1㎠, 허용인장응력은 100MPa일 때 B단의 최대 안전하중 P는 몇 kN인가?

1. 3

2. 3.75

3. 6

4. 8.33

정답 1번

해설. 죄임봉(단면적 1㎠, 허용응력 100MPa)의 최대허용인장력은 100×100=10000N=10kN이다. 강체봉 AB의 힌지(A)에 대한 모멘트평형(ΣMA=0)으로 B단 하중 P와 죄임봉 장력의 관계를 구하면 P=3kN로 답 ①과 일치한다.

8번

자유단에 집중하중 P를 받는 외팔보의 최대 처짐 δ1와 W=ωL이 되게 균일분포하중(ω)이 작용하는 외팔보의 자유단 처짐 δ2가 동일하다면 두 하중들의 비 W/P는 얼마인가? (단, 보의 굽힘 강성은 EI로 일정하다.)

1. 83

2. 38

3. 58

4. 85

정답 1번

해설. 집중하중 P인 외팔보의 최대처짐 δ1=PL³/3EI, 등분포하중(총하중 W=ωL)인 외팔보의 자유단 처짐 δ2=WL³/8EI이다. δ1=δ2로 놓으면 P/3=W/8 → W/P=8/3로 답 ①과 일치한다.

9번

그림과 같은 외팔보에 저장된 굽힘 변형에너지는? (단, 세로탄성계수는 E이고, 단면의 관성모멘트는 I이다.)

1. P2L38EI

2. P2L312EI

3. P2L324EI

4. P2L348EI

정답 4번

해설. 그림과 같이 하중 P가 자유단이 아닌 중간(L/2)에 작용하는 외팔보의 굽힘 변형에너지는 U=P²(L/2)³/6EI=P²L³/48EI로 계산되어 답 ④와 일치한다.

10번

지금 7mm, 길이 250mm인 연강 시험편으로 비틀림 시험을 하여 얻은 결과, 토크 4.08N·m에서 비틀림 각이 8˚로 기록되었다. 이 재료의 전단탄성계수는 약 몇 GPa 인가?

1. 64

2. 53

3. 41

4. 31

정답 4번

해설. d=7mm, L=250mm, T=4.08N·m, θ=8°=0.1396rad. Ip=πd⁴/32=π×7⁴/32≈235.7㎜⁴. G=TL/(θIp)=4.08×10³×250/(0.1396×235.7)≈31,000MPa=31GPa로 답 ④와 일치한다.

11번

지름 35cm 의 차축이 0.2˚만큼 비틀렸다. 이 때 최대 전단응력이 49MPa이라고 하면 이 차축의 길이는 약 몇 m 인가? (단, 재료의 전단탄성계수는 80GPa이다.)

1. 2.5

2. 2.0

3. 1.5

4. 1

정답 4번

해설. θ=0.2°=0.003491rad, τmax=Gθr/L에서 L=Gθr/τmax=80000×0.003491×175/49≈997mm≈1m로 답 ④와 일치한다.

12번

그림과 같은 단면의 축이 전달할 토크가 동일하다면 각 축의 재료 선정에 있어서 허용 전단응력의 비 τA/τB의 값은 얼마인가?

1. 1516

2. 916

3. 1615

4. 169

정답 1번

해설. 동일 토크를 전달하는 두 축의 단면형상(그림)에 따라 τ=16T/(πd³) 또는 변형된 단면계수식으로 각각의 최대전단응력을 구하고 그 비를 계산하면 답 ①(15/16)과 일치한다.

13번

높이가 L이고 저면의 지름이 D, 단위 체적당 중량 γ의 그림과 같은 원추형 재료가 자중에 의해 변형될 때 저장된 변형에너지 값은? (단, 세로탄성계수는 E 이다.)

1. πγD2L324E

2. πγ2π2D3272E

3. πγDL296E

4. γ2πD2L3360E

정답 4번

해설. 자중을 받는 원추형 부재의 변형에너지는 단면적과 응력이 위치에 따라 변하는 것을 고려해 적분하면 U=γ²πD²L³/360E의 표준식이 되어 답 ④와 일치한다.

14번

공칭응력(nominal stress:σn)과 진응력(true stress : σt)사이의 관계식으로 옳은 것은? (단, εn은 공칭변형률(nominal strain), εt는 진변형률(true strain)이다.)

1. σt=σn(1+εt)

2. σt=σn(1+εn)

3. σt=ln(1+σn)

4. σt=ln(σn+εn)

정답 2번

해설. 체적일정 가정 하에 공칭응력·변형률과 진응력의 관계는 σt=σn(1+εn)로 유도되며(진변형률은 εt=ln(1+εn)), 답 ②와 일치한다.

15번

안지름이 2m이고 1000kPa의 내압이 작용하는 원통형 압력 용기의 최대 사용응력이 200MPa이다. 용기의 두께는 약 몇mm 인가? (단, 안전계수는 2이다.)

1. 5

2. 7.5

3. 10

4. 12.5

정답 3번

해설. 얇은 원통형 압력용기의 원주(후프)응력 공식 σ=pd/(2t)에서, 안전계수 2를 고려한 허용응력=200/2=100MPa를 사용하면 t=pd/(2σ)=1×2000/(2×100)=10mm로 답 ③과 일치한다.

16번

원형단면의 단순보가 그림과 같이 등분포하중 ω=10N/m를 받고 허용응력이 800Pa일 때 단면의 지름은 최소 몇 mm가 되어야 하는가?

1. 330

2. 430

3. 550

4. 650

정답 1번

해설. 단순보에 등분포하중 ω=10N/m가 작용할 때 최대굽힘모멘트를 구하고 σ=M/Z(Z=πd³/32)와 허용응력 800Pa 조건으로 d를 풀면 약 330mm로 답 ①과 일치한다.

17번

σx = 700MPa, σy = -300MPa 이 작용하는 평면응력 상태에서 최대 수직응력(σmax)과 최대 전단응력(τmax)은 각각 몇 MPa 인가?

1. σmax=700, τmax=300

2. σmax=700, τmax=500

3. σmax=600, τmax=400

4. σmax=500, τmax=700

정답 2번

해설. σx=700MPa, σy=-300MPa(전단응력 없음)인 상태에서 최대수직응력은 σmax=σx=700MPa, 최대전단응력은 τmax=(σx-σy)/2=(700-(-300))/2=500MPa로 답 ②와 일치한다.

18번

단면 지름이 3cm인 환봉이 25kN의 전단하중을 받아서 0.00075rad 의 전단변형률을 발생시켰다. 이때 ㅈ료의 세로탄성계수는 약 몇 GPa인가? (단, 이 재료의 포아송 비는 0.3이다.)

1. 75.5

2. 94.4

3. 122.6

4. 157.2

정답 3번

해설. τ=F/A=25000/(π/4×30²)≈35.37MPa. 전단탄성계수 G=τ/γ=35.37/0.00075≈47,160MPa. 세로탄성계수 E=2G(1+ν)=2×47.16×1.3≈122.6GPa로 답 ③과 일치한다.

19번

다음 부정정보에서 고정단의 모멘트 M0 는?

1. PL3

2. PL4

3. PL6

4. 3PL16

정답 4번

해설. 중앙 집중하중을 받는 일단고정 타단지지(부정정)보의 고정단 모멘트는 표준해로 M0=3PL/16이며, 답 ④와 일치한다.

20번

그림과 같이 지름 d인 강철봉이 안지름 d, 바깥지름 D인 동관에 끼워져서 두 강체 평판사이에서 압축되고 있다. 강철봉 및 동관에 생기는 응력을 각각 σs, σc 라고 하면 응력의 비( σs/σc)의 값은? (단, 강철(Es) 및 동(Ec)의 탄성계수는 각각 Es = 200GPa, Ec = 120GPa이다.)

1. 35

2. 45

3. 54

4. 53

정답 4번

해설. 강철봉과 동관이 평행하게 압축되어 변형량(변형률)이 같으므로 σs/Es=σc/Ec → σs/σc=Es/Ec=200/120=5/3으로 답 ④와 일치한다.

21번

최고온도 1300K와 최저온도 300K 사이에서 작동하는 공기표준 Brayton 사이클의 열효율(%)은?

(단, 압력비는 9, 공기의 비열비는 1.4이다.)

1. 30.4

2. 36.5

3. 42.1

4. 46.6

정답 4번

해설. 브레이튼사이클 효율 η=1-(1/rp)^((k-1)/k)=1-(1/9)^0.2857≈1-0.5338≈0.4662=46.6%로 답 ④와 일치한다.

22번

다음 중 경로함수(path Function)는?

1. 엔탈피

2. 엔트로피

3. 내부에너지

4. 일

정답 4번

해설. 엔탈피·엔트로피·내부에너지는 경로에 무관한 상태함수(점함수)이나, 일(W)은 경로에 따라 값이 달라지는 경로함수이므로 답 ④와 일치한다.

23번

랭킨사이클에서 25℃, 0.01MPa 압력의 물 1kg을 5MPa 압력의 보일러로 공급한다. 이때 펌프가 가역단열과정으로 작용한다고 가정할 경우 펌프가 한 일(kJ)은?

(단, 물의 비체적은 0.001㎥/kg이다.)

1. 2.58

2. 4.99

3. 20.12

4. 40.24

정답 2번

해설. 가역단열 펌프일 wp=v·ΔP=0.001㎥/kg×(5000-10)kPa=0.001×4990=4.99kJ/kg로 답 ②와 일치한다.

24번

냉매로서 갖추어야 될 요구 조건으로 적합하지 않은 것은?

1. 불활성이고 안정하며 비가연성 이어야 한다.

2. 비체적이 커야 한다.

3. 증발 온도에서 높은 잠열을 가져야 한다.

4. 열전도율이 커야한다.

정답 2번

해설. 냉매는 안정성·비가연성, 높은 잠열, 큰 열전도율 등의 요건이 필요하나, 압축기 크기를 줄이려면 비체적이 작아야 하므로 '비체적이 커야 한다'는 조건은 적합하지 않아 답 ②와 일치한다.

25번

처음 압력이 500kPa이고, 체적이 2㎥인 기체가 “PV=일정” 인 과정으로 압력이 100kPa까지 팽창할 때 밀폐계가 하는 일(kJ)을 나타내는 계산식으로 옳은 것은?

1. 1000ln25

2. 1000ln52

3. 1000ln5

4. 1000ln15

정답 3번

해설. 등온과정(PV=일정)의 일 W=P1V1ln(V1/V2)=P1V1ln(P1/P2)=500×2×ln(500/100)=1000ln5로 답 ③과 일치한다.

26번

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

1. 밀폐계의 에너지 변화는 없다.

2. 외부로 행한 일은 100kJ이다.

3. 기체가 이상기체라면 온도가 일정하다.

4. 기체가 받은 열은 100kJ이다.

정답 2번

해설. 정압과정에서 외부에 한 일 W=PΔV=100kPa×(2-1)㎥=100kJ이다(온도는 이상기체라면 오히려 증가, 열량은 W와 다를 수 있음). 답 ②와 일치한다.

27번

랭킨사이클의 각 점에서의 엔탈피가 아래와 같을 때 사이클의 이론 열효율(%)은?

보일러 입구 : 58kJ/kg
보일러 출구 : 810.3kJ/kg
응축기 입구 : 614.2kJ/kg
응축기 출구 : 57.4kJ/kg

1. 32

2. 30

3. 28

4. 26

정답 4번

해설. wnet=(810.3-614.2)-(58-57.4)=196.1-0.6=195.5kJ/kg, qin=810.3-58=752.3kJ/kg. η=195.5/752.3≈0.260=26%로 답 ④와 일치한다.

28번

고온 열원의 온도가 700℃이고, 저온 열원의 온도가 50℃인 카르노 열기관의 열효율(%)은?

1. 33.4

2. 50.1

3. 66.8

4. 78.9

정답 3번

해설. 카르노효율 η=1-Tc/Th=1-(273+50)/(273+700)=1-323/973≈0.668=66.8%로 답 ③과 일치한다.

29번

이상적인 가역과정에서 열량 ΔQ가 전달될 때, 온도 T가 일정하면 엔트로피 변화 ΔS를 구하는 계산식으로 옳은 것은?

1. ΔS=1-ΔQT

2. ΔS=1-TΔQ

3. ΔS=ΔQT

4. ΔS=TΔQ

정답 3번

해설. 가역과정에서 등온 열전달 시 엔트로피 변화 ΔS=ΔQ/T로 정의되어 답 ③과 일치한다.

30번

엔트로피(s) 변화 등과 같은 직접 측정할 수 없는 양들을 압력(P), 비체적(v), 온도(T)와 같은 측정 가능한 상태량으로 나타내는 Maxwell 관계식과 관련하여 다음 중 틀린 것은?

1. (∂T∂P)s = (∂v∂s)P

2. (∂T∂v)s = -(∂P∂s)v

3. (∂v∂T)P =-(∂s∂P)T

4. (∂P∂v)T = (∂s∂T)v

정답 4번

해설. 표준 맥스웰 관계식은 (∂T/∂v)s=-(∂P/∂s)v, (∂T/∂P)s=(∂v/∂s)P, (∂v/∂T)P=-(∂s/∂P)T, (∂P/∂T)v=(∂s/∂v)T이다. ④는 변수쌍이 뒤바뀌어(∂P/∂v)T=(∂s/∂T)v로 잘못 표기되어 틀리므로 답 ④와 일치한다.

31번

풍선에 공기 2kg이 들어 있다. 일정 압력 500kPa 하에서 가열 팽창하여 체적이 1.2배가 되었다. 공기의 초기온도가 20℃일 때 최종온도(℃)는 얼마인가?

1. 32.4

2. 53.7

3. 78.6

4. 92.3

정답 3번

해설. 정압과정에서 PV=mRT → V∝T이므로 T2=1.2×T1=1.2×293K=351.6K=78.6℃로 답 ③과 일치한다.

32번

비가역 단열변화에 있어서 엔트로피 변화량은 어떻게 되는가?

1. 증가한다.

2. 감소한다.

3. 변화량은 없다.

4. 증가할 수도 감소할 수도 있다.

정답 1번

해설. 비가역 단열과정은 Q=0이지만 비가역성으로 인해 엔트로피가 항상 증가하므로(ΔS>0) 답 ①과 일치한다.

33번

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

1. 압축비는 감소하고, 열효율도 감소한다.

2. 압축비는 감소하고, 열효율은 증가한다.

3. 압축비는 증가하고, 열효율은 감소한다.

4. 압축비는 증가하고, 열효율도 증가한다.

정답 1번

해설. 개스킷이 두꺼워지면 연소실(간극) 체적이 커져 압축비가 감소하고, 압축비 감소는 열효율 저하(η=1-(1/r)^(k-1))로 이어져 답 ①과 일치한다.

34번

어떤 가스의 비내부에너지 u(kJ/kg), 온도 t(℃), 압력 P(kPa), 비체적 v(㎥/kg) 사이에는 아래의 관계식이 성립한다면, 이 가스의 정압비열(kJ/kg·℃)은 얼마인가?

u=0.28t+532
Pv=0.560(t+380)

1. 0.84

2. 0.68

3. 0.50

4. 0.28

정답 1번

해설. u=0.28t+532에서 정적비열 Cv=du/dt=0.28kJ/kg·℃. Pv=0.560(t+380)에서 기체상수 R=d(Pv)/dt=0.560kJ/kg·K. 정압비열 Cp=Cv+R=0.28+0.56=0.84kJ/kg·℃로 답 ①과 일치한다.

35번

그림과 같이 A, B 두 종류의 기체가 한 용기 안에서 박막으로 분리되어 있다. A의 체적은 0.1㎥, 질량은 2kg이고, B의 체적은 0.4㎥, 밀도는 1kg/㎥이다. 박막이 파열되고 난 후에 평형에 도달하였을 때 기체 혼합물의 밀도(kg/㎥)는 얼마인가?

1. 4.8

2. 6.0

3. 7.2

4. 8.4

정답 1번

해설. A의 밀도=2kg/0.1㎥=20kg/㎥, B의 질량=1kg/㎥×0.4㎥=0.4kg. 혼합 후 밀도=(2+0.4)/(0.1+0.4)=2.4/0.5=4.8kg/㎥로 답 ①과 일치한다.

36번

어떤 이상기체 1kg 이 압력 100kPa, 온도 30℃의 상태에서 체적 0.8㎥을 점유한다면 기체상수(kJ/kg·K)는 얼마인가?

1. 0.251

2. 0.264

3. 0.275

4. 0.293

정답 2번

해설. 이상기체 상태식 R=PV/(mT)=100×0.8/(1×303)≈0.264kJ/(kg·K)로 답 ②와 일치한다.

37번

내부 에너지가 30kJ인 물체에 열을 가하여 내부 에너지가 50kJ이 되는 동안에 외부에 대하여 10kJ의 일을 하였다. 이 물체에 가해진 열량(kJ)은?

1. 10

2. 20

3. 30

4. 60

정답 3번

해설. ΔU=50-30=20kJ, 외부에 한 일 W=10kJ. 열역학 제1법칙 Q=ΔU+W=20+10=30kJ로 답 ③과 일치한다.

38번

원형 실린더를 마찰 없는 피스톤이 덮고 있다. 피스톤에 비선형 스프링이 연결되고 실린더내의 기체가 팽창하면서 스프링이 압축된다. 스프링의 압축 길이가 Xm 일 때 피스톤에는 kX1.5N의 힘이 걸린다. 스프링의 압축 길이가 0m에서 0.1m로 변하는 동안에 피스톤이 하는 일이 Wa이고, 0.1m에서 0.2m로 변하는 동안에 하는 일이 Wb라면 Wa/Wb는 얼마인가?

1. 0.083

2. 0.158

3. 0.214

4. 0.333

정답 3번

해설. F=kX^1.5에서 일 W=∫FdX=(k/2.5)X^2.5. Wa=(k/2.5)(0.1^2.5-0)≈0.0012649k, Wb=(k/2.5)(0.2^2.5-0.1^2.5)≈0.0058907k. Wa/Wb≈0.2147로 답 ③과 일치한다.

39번

성능계수가 3.2인 냉동기가 시간당 20MJ의 열을 흡수한다면 이 냉동기의 소비동력(kW)은?

1. 2.25

2. 1.74

3. 2.85

4. 1.45

정답 2번

해설. 흡수열량=20MJ/h=5.556kW, COP=3.2이므로 소비동력=흡수열량/COP=5.556/3.2≈1.74kW로 답 ②와 일치한다.

40번

이상적인 디젤 기관의 압축비가 16일 때 압축 전의 공기 온도가 90℃ 라면 압축 후의 공기 온도(℃)는 얼마인가?

(단, 공기의 비열비는 1.4이다.)

1. 1101.9

2. 718.7

3. 808.2

4. 827.4

정답 4번

해설. 디젤사이클 압축 후 온도 T2=T1×r^(k-1)=363×16^0.4≈363×3.031≈1100.4K=827.3℃로 답 ④와 일치한다.

41번

액체 제트가 깃(vane)에 수평방향으로 분사되어 θ만큼 방향을 바꾸어 진행할 때 깃을 고정시키는 데 필요한 힘의 합력의 크기를 F(θ)라고 한다. F(π)Fπ2는 얼마인가?

(단, 중력과 마찰은 무시한다.)

1. 12

2. 1

3. 2

4. 2

정답 3번

해설. 직선 성분 F(θ)=ρQV(1-cosθ)로 두면 F(π)=ρQV(1-(-1))=2ρQV, F(π/2)=ρQV(1-0)=ρQV이므로 그 비 F(π)/F(π/2)=2로 답 ③과 일치한다.

42번

피토정압관을 이용하여 흐르는 물의 속도를 측정하려고 한다. 액주계에는 비중 13.6인 수은이 들어있고 액주계에서 수은의 높이 차이가 20cm일 때 흐르는 물의 속도는 몇 m/s인가?

(단, 피토정압관의 보정계수는 C=0.96이다.)

1. 6.75

2. 6.87

3. 7.54

4. 7.84

정답 1번

해설. 피토정압관 속도식 V=C√[2gΔh(SGHg/SGwater-1)]=0.96×√[2×9.81×0.2×(13.6-1)]=0.96×√49.45≈0.96×7.03≈6.75m/s로 답 ①과 일치한다.

43번

표준공기 중에서 속도 V로 낙하하는 구형의 작은 빗방울이 받는 항력은 FD=3πμVD로 표시할 수 있다. 여기에서 μ는 공기의 점성계수이며, D는 빗방울의 지름이다. 정지상태에서 빗방울 입자가 떨어지기 시작했다고 가정할 때, 이 빗방울의 최대속도(종속도, terminal velocity)는 지름 D의 몇 제곱에 비례하는가?

1. 3

2. 2

3. 1

4. 0.5

정답 2번

해설. 종속도에서 항력과 중력이 평형: (π/6)D³ρg=3πμVD → V=D²ρg/(18μ)로, 종속도는 지름 D의 2제곱에 비례하여 답 ②와 일치한다.

44번

지름이 10cm 인 원 관에서 유체가 층류로 흐를 수 있는 임계 레이놀즈수를 2100으로 할 때 층류로 흐를 수 있는 최대 평균속도는 몇 m/s인가?

(단, 흐르는 유체의 동점성계수는 1.8×10-6㎡/s이다.)

1. 1.89×10-3

2. 3.78×10-2

3. 1.89

4. 3.78

정답 2번

해설. V=Re·ν/d=2100×1.8×10^-6/0.1=3.78×10^-2m/s로 답 ②와 일치한다.

45번

그림에서 입구 A에서 공기의 압력은 3×105Pa, 온도 20℃, 속도 5m/s이다. 그리고 출구 B에서 공기의 압력은 2×105Pa, 온도 20℃ 이면 출구 B에서의 속도는 몇 m/s 인가?

(단, 압력 값은 모두 절대압력이며, 공기는 이상기체로 가정한다.)

1. 10

2. 25

3. 30

4. 36

정답 3번

해설. 동일 온도에서 밀도비 ρA/ρB=PA/PB=3/2. 연속방정식과 그림의 단면적비를 이용해 질량보존식을 풀면 출구 B의 속도는 약 30m/s로 답 ③과 일치한다.

46번

관내의 부차적 손실에 관한 설명 중 틀린 것은?

1. 부차적 손실에 의한 수두는 손실계수에 속도수도를 곱해서 계산한다.

2. 부차적 손실은 배관 요소에서 발생한다.

3. 배관의 크기 변화가 심하면 배관 요소의 부차적 손실이 커진다.

4. 일반적으로 짧은 배관게에서 부차적 손실은 마찰손실에 비해 상대적으로 작다.

정답 4번

해설. 짧은 배관계에서는 마찰손실(길이에 비례)이 작아지는 반면 부차적손실은 배관 요소 수에 의해 결정되므로 상대적으로 부차적손실의 비중이 커진다. '상대적으로 작다'는 설명이 틀려 답 ④와 일치한다.

47번

공기 중을 20m/s로 움직이는 소형 비행선의 항력을 구하려고 14축척의 모형을 물속에서 실험하려고 할 때 모형의 속도는 몇 m/s로 해야 하는가?

	물	공기
밀도(kg/㎥)	1000	1
점성계수(N·s/㎡)	1.8×10-3	1×10-5

1. 4.9

2. 9.8

3. 14.4

4. 20

정답 3번

해설. 레이놀즈수 상사: Vmodel=Vproto×(Lproto/Lmodel)×(ρair/ρwater)×(μwater/μair)=20×4×(1/1000)×(1.8×10^-3/1×10^-5)=20×4×0.001×180≈14.4m/s로 답 ③과 일치한다.

48번

점성·비압축성 유체가 수평방향으로 균일속도로 흘러와서 두께가 얇은 수평 평판 위를 흘러 갈 때 Blasius의 해석에 따라 평판에서의 층류 경계층의 두께에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

ㄱ. 상류의 유속이 클수록 경계층의 두께가 커진다.
ㄴ. 유체의 동점성계수가 클수록 경계층의 두께가 커진다.
ㄷ. 평판의 상단으로부터 멀어질수록 경계층의 두께가 커진다.

1. ㄱ, ㄴ

2. ㄱ, ㄷ

3. ㄴ, ㄷ

4. ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 3번

해설. 블라시우스 해석에서 경계층 두께 δ∝√(νx/U)이므로 상류속도 U가 클수록 δ는 오히려 작아진다(ㄱ 틀림). 동점성계수 ν가 클수록(ㄴ), 선단으로부터 거리 x가 멀수록(ㄷ) δ는 커지므로 옳은 것은 ㄴ,ㄷ이며 답 ③과 일치한다.

49번

정상 2차원 포텐셜 유동의 속도장이 u=-6y, v=-4x 일 때, 이 유동의 유동함수가 될 수 있는 것은?

(단, C는 상수이다.)

1. -2x2-3y2+C

2. 2x2-3y2+C

3. -2x2+3y2+C

4. 2x2+3y2+C

정답 2번

해설. u=∂ψ/∂y=-6y, v=-∂ψ/∂x=-4x에서 ψ를 적분하면 ψ=2x²-3y²+C가 되어 답 ②와 일치한다.

50번

다음 U자관 압력계에서 A와 B의 압력차는 몇 kPa인가?

(단, H1=250mm, H2=200mm, H3=600mm 이고 수은의 비중은 13.6이다.)

1. 3.50

2. 23.2

3. 35.0

4. 232

정답 2번

해설. 다중 U자관 압력계의 압력차는 각 구간의 비중과 높이차(H1,H2,H3)를 이용한 정역학적 관계식으로 계산하며, 결과는 약 23.2kPa로 답 ②와 일치한다.

51번

지름이 8mm인 물방울의 내부 압력(게이지 압력)은 몇 Pa 인가?

(단, 물의 표면 장력은 0.075N/m이다.)

1. 0.037

2. 0.075

3. 37.5

4. 75

정답 3번

해설. 물방울(자유표면 1개)의 내부 초과압력 ΔP=4σ/d=4×0.075/0.008=37.5Pa로 답 ③과 일치한다.

52번

효율 80%인 펌프를 이용하여 저수지에서 유량 0.05㎥/s으로 물을 5m 위에 있는 논으로 올리기 위하여 효율 95%의 전기모터를 사용한다. 전기모터의 최소동력은 몇 kW인가?

1. 2.45

2. 2.91

3. 3.06

4. 3.22

정답 4번

해설. 수동력=ρgQh=1000×9.81×0.05×5≈2452.5W. 펌프입력=2452.5/0.8≈3065.6W. 모터입력(최소동력)=3065.6/0.95≈3227W≈3.22kW로 답 ④와 일치한다.

53번

물(μ=1.519×10-3kg/m·s)이 직경 0.3cm, 길이 9m인 수평 파이프 내부를 평균속도 0.9m/s로 흐를 때, 어떤 유동이 되는가?

1. 난류유동

2. 층류유동

3. 등류유동

4. 천이유동

정답 2번

해설. Re=ρVd/μ=1000×0.9×0.003/1.519×10^-3≈1777.5<2300이므로 층류유동이 되어 답 ②와 일치한다.

54번

점성게수 μ=0.98N·s/㎡인 뉴턴 유체가 수평벽면 위를 평행하게 흐른다. 벽면(y=0) 근방에서의 속도 분포가 u=0.5-150(0.1-y)2이라고 할 때 벽면에서의 전단응력은 몇 Pa 인가?

(단, y[m]는 벽면에 수직한 방향의 좌표를 나타내며, u는 벽면 근방에서의 접선속도[m/s]이다.)

1. 0

2. 0.306

3. 3.12

4. 29.4

정답 4번

해설. u=0.5-150(0.1-y)²에서 du/dy=300(0.1-y), y=0에서 du/dy=30. τ=μ(du/dy)=0.98×30=29.4Pa로 답 ④와 일치한다.

55번

계기압 10kPa의 공기로 채워진 탱크에서 지름 0.02m인 수평관을 통해 출구 지름 0.01m인 노즐로 대기(101kPa) 중으로 분사된다. 공기 밀도가 1.2kg/㎥으로 일정할 때 0.02m인 관내부 계기압력은 약 몇 kPa인가?

(단, 위치에너지는 무시한다.)

1. 9.4

2. 9.0

3. 8.6

4. 8.2

정답 1번

해설. 탱크(정체점)에서 노즐출구까지 베르누이식으로 V2=√(2×10000/1.2)≈129.1m/s. 연속방정식으로 0.02m 관 내 V1=(0.01/0.02)²×V2≈32.28m/s. 탱크에서 0.02m 지점까지 베르누이식: P1=10000-1.2×32.28²/2≈9374.6Pa≈9.4kPa로 답 ①과 일치한다.

56번

그림과 같은 수문(ABC)에서 A점은 힌지로 연결되어 있다. 수문을 그림과 같은 닫은 상태로 유지하기 위해 필요한 힘 F는 몇 kN인가?

1. 78.4

2. 58.8

3. 52.3

4. 39.2

정답 3번

해설. 힌지(A)에 대한 모멘트평형(ΣMA=0)으로 정수압 합력의 모멘트와 힘 F의 모멘트를 같게 놓고 풀면 F≈52.3kN으로 답 ③과 일치한다.

57번

2차원 직각좌표계(x, y)에서 속도장이 다음과 같은 유동이 있다. 유동장 내의 점 (L, L)에서 유속의 크기는?

(단, i→,j→는 각각 x, y 방향의 단위벡터를 나타낸다.)

V⇀(x, y)=UL(-xi→+yj→)

1. 0

2. U

3. 2U

4. 2U

정답 4번

해설. V(x,y)=(U/L)(-xi+yj)에서 (L,L) 대입 시 u=-U, v=U이므로 속도크기=√(u²+v²)=√2·U로 답 ④와 일치한다.

58번

온도증가에 따른 일반적인 점성계수 변화에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 액체와 기체 모두 증가한다.

2. 액체와 기체 모두 감소한다.

3. 액체는 증가하고 기체는 감소한다.

4. 액체는 감소하고 기체는 증가한다.

정답 4번

해설. 온도가 오르면 액체는 분자간 응집력이 약해져 점성계수가 감소하고, 기체는 분자운동(충돌) 활발해져 점성계수가 증가하므로 답 ④와 일치한다.

59번

그림과 같이 지름 D와 깊이 H의 원통 용기내에 액체가 가득 차 있다. 수평방향으로의 등가속도(가속도=a) 운동을 하여 내부의 물의 35%가 흘러 넘쳤다면 가속도 a와 중력가속도 g의 관계로 옳은 것은?

(단, D=1.2H이다.)

1. a=0.58g

2. a=0.85g

3. a=1.35g

4. a=1.42g

정답 1번

해설. 수평 등가속도 운동을 하는 원통 내 액체의 자유표면은 기울어진 평면이 되며, D=1.2H 조건에서 35% 유출 조건을 만족하는 기울기로부터 tanθ=a/g 관계를 풀면 a≈0.58g로 답 ①과 일치한다.

60번

세 변의 길이가 a, 2a, 3a인 작은 직육면체가 점도 μ인 유체속에서 매우 느린 속도 V로 움직일 때, 항력 F는 F=F(a, μ, V)로 가정할 수 있다. 차원해석을 통하여 얻을 수 있는 F에 대한 표현식으로 옳은 것은?

1. FμVa= 상수

2. FμV2a= 상수

3. FV2a=fVa

4. FμVa=faμV

정답 1번

해설. F=F(a,μ,V), 변수 4개(F,a,μ,V)에 기본차원 M,L,T 3개이므로 독립 무차원수는 1개, F/(μVa)=상수 형태가 되어 답 ①과 일치한다.

61번

베어링에 사용되는 구리합금인 켈밋의 주성분은?

1. Cu - Sn

2. Cu - Pb

3. Cu - Al

4. Cu - Ni

정답 2번

해설. 베어링용 구리합금인 켈밋(Kelmet)은 Cu-Pb(구리-납)계 합금으로 고속·고하중 베어링에 사용되어 답 ②와 일치한다.

62번

다음 중 용융점이 가장 낮은 것은?

1. Ai

2. Sn

3. Ni

4. Mo

정답 2번

해설. 융점을 비교하면 Al≈660℃, Sn≈232℃, Ni≈1455℃, Mo≈2623℃로 Sn(주석)이 가장 낮다. DB에 저장된 정답(④Mo)은 오히려 융점이 가장 높은 금속 중 하나이므로 명백한 오류이며, 올바른 정답은 ②(Sn)이다.

63번

열경화성 수지에 해당하는 것은?

1. ABS수지

2. 폴리스티렌

3. 폴리에틸렌

4. 에폭시 수지

정답 4번

해설. ABS수지·폴리스티렌·폴리에틸렌은 열가소성 수지이나, 에폭시수지는 가열 시 경화되어 재용융되지 않는 대표적 열경화성 수지이므로 답 ④와 일치한다.

64번

체심입방격자(BCC)의 인접 원자수(배위수)는 몇 개인가?

1. 6개

2. 8개

3. 10개

4. 12개

정답 2번

해설. 체심입방격자(BCC)의 배위수(인접 원자수)는 8개로 답 ②와 일치한다.

65번

표면은 단단하고 내부는 인성을 가지는 주철로 압연용 롤, 분쇄기 롤, 철도차량 등 내마멸성이 필요한 기계부품에 사용되는 것은?

1. 회주철

2. 칠드주철

3. 구상흑연주철

4. 펄라이트주철

정답 2번

해설. 표면은 급랭시켜 단단한 시멘타이트(칠드층)로, 내부는 서서히 냉각되어 인성이 있는 흑연조직으로 만든 주철은 칠드주철로, 압연롤·분쇄롤·차륜 등에 사용되어 답 ②와 일치한다.

66번

금속 재료의 파괴 형태를 설명한 것 중 다른 하나는?

1. 외부 힘에 의해 국부수축 없이 갑자기 발생되는 단계로 취성 파단이 나타난다.

2. 균열의 전파 전 또는 전파 중에 상당한 소성변형을 유발한다.

3. 인장시험 시 컵-콘(원뿔) 형태로 파괴된다.

4. 미세한 공공 형태의 딤플 현상이 나타난다.

정답 1번

해설. ②③④는 모두 소성변형을 동반하는 연성파괴(컵-콘 파단, 딤플 현상)의 특징이나, ①은 소성변형(국부수축) 없이 갑자기 발생하는 취성파단을 설명하여 다른 파괴형태이므로 답 ①과 일치한다.

67번

Fe-Fe3C 평형상태도에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. A0는 철의 자기변태점이다.

2. A1 변태선을 공석선이라 한다.

3. A2는 시멘타이트의 자기변태점이다.

4. A3는 약 1400℃ 이며, 탄소의 함유량이 약 4.3%C 이다.

정답 2번

해설. Fe-Fe3C 평형상태도에서 A1 변태선(723℃)은 공석반응이 일어나는 공석선으로 답 ②와 일치한다.

68번

탄소강이 950℃ 전후의 고온에서 적열메짐(red brittleness)을 일으키는 원인이 되는 것은?

1. Si

2. P

3. Cu

4. S

정답 4번

해설. 탄소강이 약 950℃ 부근 고온에서 적열메짐을 일으키는 원인 원소는 황(S)으로(FeS 생성, 결정립계 취약화), 답 ④와 일치한다.

69번

오스테나이트형 스테인리스강에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 내식성이 우수하다.

2. 공식을 방지하기 위해 할로겐 이온의 고농도를 피한다.

3. 자성을 띠고 있으며, 18%Co와 8%Cr을 하유한 합금이다.

4. 입계부식 방지를 위하여 공요화처리를 하거나, Nb 또는 Ti을 첨가한다.

정답 3번

해설. 오스테나이트계 스테인리스강(18%Cr-8%Ni)은 FCC 구조로 비자성(또는 약자성)이며, '자성을 띠고 18%Co와 8%Cr을 함유'라는 설명은 조성·자성 모두 틀려 답 ③과 일치한다.

70번

알루미늄 및 그 합금의 질별 기호 중 H 가 의미하는 것은?

1. 어닐링한 것

2. 용체화처리한 것

3. 기공 경화한 것

4. 제조한 그대로의 것

정답 3번

해설. 알루미늄 합금의 질별기호 중 H는 가공경화(strain hardened, 냉간가공에 의한 경화)를 의미하여 답 ③과 일치한다.

71번

그림과 같은 전환 밸브의 포트수와 위치에 대한 명칭으로 옳은 것은?

1. 2/2 - way 밸브

2. 2/4 - way 밸브

3. 4/2 - way 밸브

4. 4/4 - way 밸브

정답 1번

해설. 그림의 포트수와 전환위치를 나타내는 밸브 기호는 2포트-2위치(2/2-way) 밸브에 해당하여 답 ①과 일치한다.

72번

유압장치의 각 구성요소에 대한 기능의 설명으로 적절하지 않은 것은?

1. 오일 탱크는 유압 작동유의 저장기능, 유압 부품의 설치 공간을 제공한다.

2. 유압제어밸브에는 압력제어밸브, 유량제어밸브, 방향제어밸브 등이 있다.

3. 유압 작동체(유압 구동기)는 유압 장치 내에서 요구된 일을 하며 유체동력을 기계적 동력으로 바꾸는 역할을 한다.

4. 유압 작동체(유압 구동기)에는 고무호스, 이음쇠, 필터, 열교환기 등이 있다.

정답 4번

해설. 유압 작동체(구동기)는 유체동력을 기계적 동력으로 바꾸는 실린더·모터를 말하며, 고무호스·이음쇠·필터·열교환기는 부속기기이지 작동체가 아니므로 답 ④와 일치한다.

73번

유압펌프에서 실제 토출량과 이론 토출량의 비를 나타내는 용어는?

1. 펌프의 토크 효율

2. 펌프의 전 효율

3. 펌프의 입력 효율

4. 펌프의 용적 효율

정답 4번

해설. 실제토출량과 이론토출량의 비는 펌프의 용적효율로 정의되어 답 ④와 일치한다.

74번

속도 제어 회로의 종류가 아닌 것은?

1. 미터 인 회로

2. 미터 아웃 회로

3. 로킹 회로

4. 블리드 오프 회로

정답 3번

해설. 속도제어회로에는 미터인·미터아웃·블리드오프 회로가 있으며, 로킹회로는 정지위치 유지를 위한 회로로 속도제어회로가 아니어서 답 ③과 일치한다.

75번

작동유 속의 불순물을 제거하기 위하여 사용하는 부품은?

1. 패킹

2. 스트레이너

3. 어큐뮬레이터

4. 유체 커플링

정답 2번

해설. 작동유 속 불순물(이물질)을 여과·제거하는 부품은 스트레이너이며, 답 ②와 일치한다.

76번

KS 규격에 따른 유면계의 기호로 옳은 것은?

1.

2.

3.

4.

정답 2번

해설. KS 규격에 따른 유면계(오일레벨게이지)의 간략 기호는 그림 ②에 해당하여 답 ②와 일치한다.

77번

유압 회로 중 미터 인 회로에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 유량제어 밸브는 실린더에서 유압작동유의 출그 측에 설치한다.

2. 유량제어 밸브는 탱크로 바이패스 되는 관로 쪽에 설치한다.

3. 릴리프밸브를 통하여 분기되는 유량으로 인한 동력손실이 있다.

4. 압력설정 회로로 체크밸브에 의하여 양방향만의 속도가 제어된다.

정답 3번

해설. 미터인 회로는 실린더 입구측에 유량제어밸브를 설치해 펌프의 여분 유량이 릴리프밸브를 통해 탱크로 분기되며, 이때 동력손실이 발생하므로 답 ③과 일치한다.

78번

난연성 작동유의 종류가 아닌 것은?

1. R&O형 작동유

2. 수중 유형 유화유

3. 물-글리콜형 작동유

4. 인산 에스테르형 작동유

정답 1번

해설. R&O형 작동유는 방청·산화방지제가 첨가된 일반 석유계(광유) 작동유로 가연성이며, 물-글리콜형·인산에스테르형·수중유형 유화유가 대표적 난연성(fire-resistant) 작동유이므로 답 ①과 일치한다.

79번

유압장치의 운동부분에 사용되는 실(seal)의 일반적인 명칭은?

1. 심레스(seamless)

2. 개스킷(gasket)

3. 패킹(packing)

4. 필터(filter)

정답 3번

해설. 유압장치의 운동부(왕복·회전부)에 사용하는 실은 패킹(packing)이라 하며(정지부는 개스킷), 답 ③과 일치한다.

80번

어큐뮬레이터 종류인 피스톤 형의 특징에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

1. 대형도 제작이 용이하다.

2. 축 유량을 크게 잡을 수 있다.

3. 형상이 간단하고 구성품이 적다.

4. 유실에 가스 침입의 염려가 없다.

정답 4번

해설. 피스톤형 어큐뮬레이터는 대형 제작이 용이하고 유량을 크게 잡을 수 있으며 구조가 간단하나, 피스톤 실(seal)의 마모로 인해 가스가 유실측으로 침입할 우려가 있으므로 '가스침입 염려가 없다'는 설명이 틀려 답 ④와 일치한다.

81번

질량 30kg 의 물체를 담은 두레박 B가 레일을 따라 이동하는 크레인 A에 6m 길이의 줄에 의해 수직으로 매달려 이동하고 있다. 일정한 속도로 이동하던 크레이인이 갑자기 정지하자, 두레박 B가 수평으로 3m까지 흔들렸다. 크레인 A의 이동 속력은 약 몇 m/s 인가?

1. 1

2. 2

3. 3

4. 4

정답 4번

해설. 크레인이 정지하는 순간 두레박은 수평속도 v로 진자운동을 시작한다고 보고, L=6m, 수평변위 x=3m에서 상승높이 h=L-√(L²-x²)=6-√27≈0.804m. 에너지보존 v=√(2gh)=√(2×9.81×0.804)≈3.97≈4m/s로 답 ④와 일치한다.

82번

등가속도 운동에 관한 설명으로 옳은 것은?

1. 속도는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소한다.

2. 변위는 시간에 대하여 선형적으로 증가하거나 감소한다.

3. 속도는 시간의 제곱에 비례하여 증가하거나 감소한다.

4. 변위는 속도의 세제곱에 비례하여 증가하거나 감소한다.

정답 1번

해설. 등가속도 운동에서 속도는 시간에 대해 선형적으로 증가·감소(v=v0+at)하고 변위는 시간의 제곱에 비례하므로 답 ①과 일치한다.

83번

두 질점이 정면 중심으로 완전탄성충돌할 경우에 관한 설명으로 틀린 것은?

1. 반발계수 값은 1이다.

2. 전체 에너지는 보존되지 않는다.

3. 두 질점의 전체 운동량이 보존된다.

4. 충돌 후 두 질점의 상대속도는 충돌 전 두질점의 상대속도와 같은 크기이다.

정답 2번

해설. 완전탄성충돌(e=1)에서는 운동량뿐 아니라 운동에너지(전체 에너지)도 보존되므로 '보존되지 않는다'는 설명이 틀려 답 ②와 일치한다.

84번

다음 단순조화운동 식에서 진폭을 나타내는 것은?

x=Asin(ωt+Φ)

1. A

2. ω

3. ωt+Φ

4. Asin(ωt+Φ)

정답 1번

해설. x=Asin(ωt+Φ)에서 진폭은 A이므로 답 ①과 일치한다.

85번

다음 그림과 같이 진동계에 가진력 F(t)가 작용할 때, 바닥으로 전달되는 힘의 최대 크기가 F1 보다 작기 위한 조건은?

(단, ωn=km이다.)

1. ωωn<1

2. ωωn>1

3. ωωn>2

4. ωωn<2

정답 3번

해설. 가진력에 의한 힘 전달률 TR<1이 되려면 진동수비 ω/ωn>√2가 되어야 하므로 답 ③과 일치한다.

86번

그림과 같이 원판에서 원주에 있는 점 A의 속도가 12m/s일 때 원판의 각속도는 약 몇 rad/s 인가?

(단, 원판의 반지름 r 은 0.3m 이다.)

1. 10

2. 20

3. 30

4. 40

정답 4번

해설. 원판 원주점의 속도 V=ωr에서 ω=V/r=12/0.3=40rad/s로 답 ④와 일치한다.

87번

균질한 원통(cylinder)이 그림과 같이 물에 떠있다. 평형상태에 있을 때 손으로 눌렀다가 놓아주면 상하 진동을 하게 되는데 이때 진동주기(τ)에 대한 식으로 옳은 것은?

(단, 원통질량은 m, 원통단면적은 A, 물의 밀도는 ρ이고, g는 중력가속도이다.)

1. τ=2πρgmA

2. τ=2πmAρg

3. τ=2πmρgA

4. τ=2πρgAm

정답 1번

해설. 부력을 복원력으로 하는 원통의 상하진동은 등가스프링상수 k=ρgA를 갖는 단순조화운동으로, 주기 τ=2π√(m/(ρgA))가 되어 답 ①과 일치한다.

88번

질량이 18kg, 스프링 상수가 50N/cm, 감쇠계수 0.6N·s/cm인 1자유도 점성감쇠계에서 진동계의 감쇠비는?

1. 0.10

2. 0.20

3. 0.33

4. 0.50

정답 1번

해설. 임계감쇠계수 cc=2√(km)=2√(5000×18)=2×300=600N·s/m. 감쇠비 ζ=c/cc=60/600=0.1로 답 ①과 일치한다.

89번

길이 1.0m, 질량 10kg의 막대가 A점에 핀으로 연결되어 정지하고 있다. 1kg의 공이 수평속도 10m/s로 막대의 중심을 때릴 때, 충돌 직후 막대의 각속도는 약 몇 rad/s 인가?

(단, 공과 막대 사이의 반발계수는 0.4이다.)

1. 1.95

2. 0.86

3. 0.68

4. 1.23

정답 1번

해설. 핀 A에 대한 각운동량 보존과 반발계수 조건을 연립하여 풀면(I_A=(1/3)ML²=3.333kg·m²) 충돌 직후 막대의 각속도는 약 1.95rad/s로 답 ①과 일치한다.

90번

같은 길이의 두 줄에 질량 20kg의 물체가 매달려 있다. 이 중 하나의 줄을 자르는 순간의 남는 줄의 장력은 약 몇 N인가?

(단, 줄의 질량 및 강성은 무시한다.)

1. 98

2. 170

3. 196

4. 250

정답 2번

해설. 대칭 두 줄(연직에서 30° 기울어진 배치)로 지지된 물체에서 한 줄을 자르는 순간, 남은 줄은 회전 시작점이라 구심가속도가 0이므로 장력 T=mg cos30°=20×9.81×0.866≈170N으로 답 ②와 일치한다.

91번

경화된 작은 강철 볼(ball)을 공작물 표면에 분사하여 표면을 매끈하게 하는 동시에 피로강도와 그 밖의 기계적 성질을 향상시키는데 사용하는 가공방법은?

1. 숏 피닝

2. 액체 호닝

3. 슈퍼피니싱

4. 래핑

정답 1번

해설. 경화된 강구를 고속 분사하여 표면을 다듬고 압축잔류응력으로 피로강도를 향상시키는 가공법은 숏피닝이며, 답 ①과 일치한다.

92번

와이어 컷(wire cut) 방전가공의 특징으로 틀린 것은?

1. 표면거칠기가 양호하다.

2. 담금질강과 초경합금의 가공이 가능하다.

3. 복잡한 형상의 가공물을 높은 정밀도로 가공할 수 있다.

4. 가공물의 형상이 복잡함에 따라 가공속도가 변한다.

정답 4번

해설. 와이어컷 방전가공은 표면거칠기가 양호하고 담금질강·초경합금도 가공 가능하며 복잡형상도 높은 정밀도로 가공되나, 가공속도는 형상 복잡도와 무관하게 대체로 일정하므로 답 ④와 일치한다.

93번

어미나사의 피치가 6mm 인 선반에서 1인치당 4산의 나사를 가공할 때, A와 D의 기어의 잇수는 각각 얼마인가?

(단, A는 주축 기어의 잇수이고, D는 어미나사 기어의 잇수이다.)

1. A=60, D=40

2. A=40, D=60

3. A=127, D=120

4. A=120, D=127

정답 3번

해설. 리드스크류(6mm 피치, 미터식)로 인치계 나사(1인치당 4산)를 절삭할 때는 1인치=25.4mm를 127/5 비율로 근사하는 127 변환기어를 사용하는 표준 기어열 구성이 필요해 A=127, D=120으로 답 ③과 일치한다.

94번

Al을 강의 표면에 침투시켜 내스케일성을 증가시키는 금속 침투 방법은?

1. 파커라이징(parkerizing)

2. 칼로라이징(calorizing)

3. 크로마이징(chromizing)

4. 금속사용사법(metal spraying)

정답 2번

해설. Al을 강 표면에 침투시켜 내스케일성(내산화성)을 높이는 금속침투법은 칼로라이징이며, 답 ②와 일치한다.

95번

다음 중 소성가공에 속하지 않는 것은?

1. 코이닝(coining)

2. 스웨이징(swaging)

3. 호닝(honing)

4. 딥 드로잉(deep drawing)

정답 3번

해설. 코이닝, 스웨이징, 딥드로잉은 모두 소성가공(성형)이나, 호닝은 연삭입자를 이용한 정밀 다듬질(절삭)가공으로 소성가공에 속하지 않아 답 ③과 일치한다.

96번

용접 피복제의 역할로 틀린 것은?

1. 아크를 안정시킨다.

2. 용접에 필요한 원소를 보충한다.

3. 전기 절연작용을 한다.

4. 모재 표면의 산화물을 생성해 준다.

정답 4번

해설. 피복제는 아크안정, 합금원소 보충, 절연작용, 산화물 제거(탈산) 등의 역할을 하나 '모재 표면에 산화물을 생성해 준다'는 설명은 반대이므로 틀려 답 ④와 일치한다.

97번

노즈 반지름이 있는 바이트로 선삭 할 때 가공 면의 이론적 표면 거칠기를 나타내는 식은?

(단, f는 이송, R은 공구의 날 끝 반지름이다.)

1. f28R

2. f8R2

3. f8R

4. f4R

정답 1번

해설. 노즈 반지름이 있는 바이트의 이론적 표면거칠기(최대높이)는 Rmax=f²/(8R)로 계산되어 답 ①과 일치한다.

98번

주물의 결함 중 기공(blow hole)의 방지대책으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 주형 내의 수분을 적게 할 것

2. 주형의 통기성을 향상시킬 것

3. 용탕에 가스함유량을 높게 할 것

4. 쉿물의 주입온도를 필요이상으로 높게 하지 말 것

정답 3번

해설. 기공(블로우홀) 방지책은 주형 수분 감소, 통기성 향상, 과도한 주입온도 회피 등이며, '용탕 가스함유량을 높게' 하는 것은 오히려 기공을 유발하는 원인이므로 답 ③과 일치한다.

99번

방전가공에서 전극 재료의 구비조건으로 가장 거리가 먼 것은?

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 전극 재료는 기계가공성이 좋고 소모(마모)가 적으며 가공정밀도와 가공속도가 우수해야 하므로 '전극 소모가 커야 한다'는 것은 부적합한 조건이어서 답 ②와 일치한다.

100번

다음 중 자유단조에 속하지 않는 것은?

1. 업세팅(up-setting)

2. 블랭킹(blanking)

3. 늘리기(drawing)

4. 굽히기(bending)

정답 2번

해설. 업세팅, 늘리기(드로잉), 굽히기는 자유단조 작업이나, 블랭킹은 프레스 전단가공에 해당하여 자유단조가 아니므로 답 ②와 일치한다.

일반기계기사 필기 2020년 4회 기출문제

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