[일반기계기사 필기] 17년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    1[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    길이 15m, 봉의 지름 10mm인 강봉에 P=8kN을 작용시킬 때 이 봉의 길이 방향 변형량은 약 몇 cm인가? (단, 이재료의 세로탄성계수는 210GPa이다.)
    문제 이미지
    1
    0.52
    2
    0.64
    3
    0.73
    4
    0.85
    해설

    δ = PL/(AE) 로 계산하면 봉은 약 0.73 cm 늘어난다.

    그림에서 봉은 천장에 매달린 지름 Ø10 mm, 길이 15 m 의 강봉이고 아래 끝에 P = 8 kN 이 걸린다. 단면적은 A = πd²/4 = π(0.01 m)²/4 = 7.854 × 10-5 이다.

    δ = PL/(AE) = (8,000 N × 15 m) ÷ (7.854 × 10-5 m² × 210 × 109 Pa)
    = 120,000 ÷ (1.649 × 107) = 7.28 × 10-3 m

    cm 로 바꾸면 0.728 cm ≈ 0.73 cm 다. 지름을 반지름으로 착각해 면적을 4배로 잡거나 길이·응력의 단위를 섞으면 값이 크게 어긋나므로, 대입 전에 모두 SI(N, m, Pa)로 통일하는 것이 안전하다.

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    2[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 일단고정 타단지지보의 중앙에 P=4800N의 하중이 작용하면 지지점의 반력 (RB)은 약 몇 kN인가?
    문제 이미지
    1
    3.2
    2
    2.6
    3
    1.5
    4
    1.2
    해설

    일단고정·타단지지보의 중앙 집중하중에서는 지지단 반력이 RB = 5P/16 이므로 1.5 kN 이다.

    그림은 A가 고정단, B가 단순지지이고 전체 길이 ℓ = 300 cm, 그 중앙인 150 cm 지점에 P = 4800 N 이 작용하는 1차 부정정보다.

    B의 처짐이 0이라는 적합조건으로 푼다. B를 떼어 외팔보로 보면 중앙하중이 만드는 자유단 처짐은 5Pℓ³/48EI, 반력 RB 가 위로 작용해 되돌리는 처짐은 RBℓ³/3EI 이므로 둘을 같게 두면 RB = 5P/16 이 나온다.

    대입하면 RB = 5 × 4800/16 = 1500 N = 1.5 kN 이다. 단순보로 착각해 P/2 = 2.4 kN 으로 두면 고정단이 하중을 더 많이 떠맡는 부정정 효과를 놓치게 된다.

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    3[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    정사각형의 단면을 가진 기둥에 P= 80kN의 압축하중이 작용할 때 6MPa의 압축응력이 발생하였다면 단면의 한 변의 길이는 몇 cm 인가?
    1
    11.5
    2
    15.4
    3
    20.1
    4
    23.1
    해설

    정사각형 단면의 한 변의 길이는 약 11.5cm이다.

    압축응력 σ=PA\sigma = \dfrac{P}{A}에서 단면적은 A=Pσ=80,000 N6 N/mm213,333 mm2A = \dfrac{P}{\sigma} = \dfrac{80{,}000\ \mathrm{N}}{6\ \mathrm{N/mm^2}} \approx 13{,}333\ \mathrm{mm^2}이다.

    정사각형이므로 한 변의 길이는 a=A=13,333115.5 mm11.5 cma = \sqrt{A} = \sqrt{13{,}333} \approx 115.5\ \mathrm{mm} \approx 11.5\ \mathrm{cm}이다.

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    4[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 막대의 z방향으로 80kN의 인장력이 작용할 때 x 방향의 변형량은 몇μm인가? (단, 탄성계수 E=200 Gpa, 포아송 비 v=0.32 막대크기 x=100mm, y=50mm, z=1.5m 이다)
    문제 이미지
    1
    2.56
    2
    25.6
    3
    -2.56
    4
    -25.6
    해설

    인장 방향과 수직한 x 방향은 오히려 수축하므로 변형량은 −2.56 μm 이다.

    발문에서 막대는 단면이 x 방향 100 mm × y 방향 50 mm, 길이 방향(z)이 1.5 m 이고, 그림처럼 양 끝에서 z 축을 따라 P = 80 kN 으로 잡아당긴다. 축응력은 σz = P/A = 80,000 N ÷ (0.1 m × 0.05 m) = 16 MPa 이다.

    z 방향 변형률은 εz = σz/E = 16 × 106 ÷ (200 × 109) = 8 × 10-5 이고, 포아송 비에 의해 εx = −νεz = −0.32 × 8 × 10-5 = −2.56 × 10-5 이다.

    x 방향 치수 100 mm 를 곱하면 δx = −2.56 × 10-5 × 100 mm = −2.56 × 10-3 mm = −2.56 μm. 부호 (−)는 가로 방향이 줄어든다는 뜻이며, 부호를 빼먹거나 μm 환산에서 자릿수를 한 칸 놓치면 다른 값이 된다.

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    5[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 단순보(단면 8cm × 6cm)에 작용하는 최대 전단웅력은 몇 kPa인가?
    문제 이미지
    1
    315
    2
    630
    3
    945
    4
    1260
    해설

    최대 전단력이 생기는 왼쪽 지점에서 τmax = 1.5 × V/A = 945 kPa 이다.

    그림의 하중은 왼쪽 지점에서 3 kN/m 로 시작해 240 cm 지점에서 0이 되는 삼각형 분포하중이고 지간은 500 cm 다. 합력은 W = ½ × 3 kN/m × 2.4 m = 3.6 kN, 작용점은 왼쪽 지점에서 2.4/3 = 0.8 m 이다.

    오른쪽 반력은 R₂ = 3.6 × 0.8 ÷ 5 = 0.576 kN 이고, 따라서 왼쪽 반력 R₁ = 3.6 − 0.576 = 3.024 kN 으로 이 값이 보 전체의 최대 전단력이다.

    직사각형 단면의 최대 전단응력은 평균 전단응력의 1.5배이므로 τmax = 1.5 × 3,024 N ÷ (0.08 m × 0.06 m) = 1.5 × 630 kPa = 945 kPa. 1.5배 보정을 잊고 평균값만 쓰면 630 kPa 이 나온다.

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    6[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 단순보에서 전단력이 0이 되는 위치는 A지점에서 몇 m 거리에 있는가?
    문제 이미지
    1
    4.8
    2
    5.8
    3
    6.8
    4
    7.8
    해설

    전단력이 0이 되는 곳은 A에서 5.8 m 떨어진 지점이다.

    등분포하중은 A에서 4 m 지점부터 B(전체 경간 10 m)까지 6 m 구간에만 걸린다. 총 하중은 2 kN/m × 6 m = 12 kN이고 그 합력은 구간 중앙, 즉 A에서 7 m 위치에 작용한다.
    A점 모멘트 평형: RB × 10 = 12 × 7 → RB = 8.4 kN
    따라서 RA = 12 − 8.4 = 3.6 kN

    하중이 없는 A~4 m 구간에서는 전단력이 3.6 kN으로 일정하고, 4 m 지점부터 등분포하중만큼 깎여 내려간다.
    V(x) = 3.6 − 2(x − 4) = 0 → x − 4 = 1.8
    ∴ x = 5.8 m (이 위치에서 최대 굽힘모멘트가 생긴다)

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    7[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 직사각형 단면의 보에 P=4kN의 하중이 10° 경사진 방향으로 작용한다. A점에서의 길이 방향의 수직응력을 구하면 약 몇 MPa 인가?
    문제 이미지
    1
    3.89
    2
    5.67
    3
    0.79
    4
    7.46
    해설

    축방향 인장응력과 굽힘응력이 겹쳐 A점 수직응력은 약 7.46 MPa가 된다.

    하중을 분해하면 축방향(길이 방향) 성분 P cos10° = 4 × 0.985 = 3.94 kN, 보를 휘게 하는 수직 성분 P sin10° = 4 × 0.174 = 0.695 kN이다.
    단면은 폭 50 mm × 높이 100 mm이므로 A = 5,000 mm², Z = bh²/6 = 50 × 100²/6 = 83,333 mm³

    인장응력 σt = 3,939 N ÷ 5,000 mm² = 0.79 MPa
    굽힘모멘트 M = 0.695 kN × 0.8 m = 555,700 N·mm → σb = 555,700 ÷ 83,333 = 6.67 MPa

    하중 작용점이 단면 중앙(위·아래 각 50 mm)이라 축력에 의한 추가 편심모멘트는 없고, 자유단이 아래로 처지므로 고정단 윗면인 A는 인장측이다.
    ∴ σA = 0.79 + 6.67 = 7.46 MPa (인장)

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    8[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    두께가 1cm, 지름 25cm의 원통형 보일러에 내압이 작용하고 있을 때, 면내 최대 전단응력이 -62.5MPa이었다면 내압 P는 몇 MPa인가?
    1
    5
    2
    10
    3
    15
    4
    20
    해설

    얇은 원통형 압력용기의 내압은 20MPa이다.

    원주방향응력은 σθ=Pd2t\sigma_\theta = \dfrac{Pd}{2t}, 축방향응력은 σz=Pd4t\sigma_z = \dfrac{Pd}{4t}이므로 면내 최대전단응력은 τmax=σθσz2=Pd8t\tau_{max} = \dfrac{\sigma_\theta - \sigma_z}{2} = \dfrac{Pd}{8t}이다.

    부호는 전단의 방향을 나타낼 뿐이므로 크기 62.5MPa로 계산한다. d=250 mmd=250\ \mathrm{mm}, t=10 mmt=10\ \mathrm{mm}를 대입하면 62.5=P×2508×1062.5 = \dfrac{P \times 250}{8 \times 10}이고, 이를 풀면 P=20 MPaP = 20\ \mathrm{MPa}이다.

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    9[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 전체 길이나 3L인 외팔보에 하중P가 B점과 C점에 작용할 때 자유단 B에서의 처짐량은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    두 하중의 처짐을 겹쳐 더하면 자유단 B의 처짐은 41PL³/3EI가 된다.

    먼저 자유단 B(고정단에서 3L)에 걸린 P만 보면
    δ1 = P(3L)³/3EI = 9PL³/EI

    C점 하중은 고정단에서 a = 2L 떨어진 중간 하중이므로, 하중점 너머는 직선으로 기울어진다. 자유단 처짐 공식 δ = Pa²(3l − a)/6EI 에 a = 2L, l = 3L을 대입하면
    δ2 = P(2L)²(9L − 2L)/6EI = 28PL³/6EI = 14PL³/3EI

    ∴ δB = 27PL³/3EI + 14PL³/3EI = 41PL³/3EI

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    10[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    세로탄성계수가 210GPa인 재료에 200MPa의 인장응력을 가했을 때 재료 내부에 저장되는 단위 체적당 탄성변형에너지는 약 몇 N∙m/m3인가?
    1
    95.238
    2
    95238
    3
    18.538
    4
    185380
    해설

    단위 체적당 탄성변형에너지는 약 95,238 N·m/m³이다.

    탄성변형에너지 밀도는 u=σ22Eu = \dfrac{\sigma^2}{2E}로 구해진다.

    u=(200×106)22×210×1099.52×104 Nm/m3u = \dfrac{(200\times10^6)^2}{2 \times 210\times10^9} \approx 9.52\times10^4\ \mathrm{N\cdot m/m^3}이다.

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    11[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 한변의 길이가 d인 정사각형의 단면의 Z-Z 축에 관한 단면계수는?
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    대각선을 축으로 하는 정사각형 단면의 단면계수는 √2·d³/12이다.

    정사각형은 도심을 지나는 어느 방향의 축에 대해서도 단면 2차 모멘트가 같다. 따라서 대각선을 따라 잡은 Z-Z 축에 대해서도 I = d⁴/12 그대로다.

    달라지는 것은 최외단까지의 거리다. 45°로 세워 놓았으므로 축에서 가장 먼 꼭짓점까지 거리는 대각선의 절반, 즉 e = √2·d/2 이다.
    Z = I/e = (d⁴/12) ÷ (√2·d/2) = 2d³/(12√2) = √2·d³/12

    참고로 변을 축과 나란히 놓았을 때의 d³/6보다 작아지는데, 이는 같은 단면이라도 45°로 세우면 휨에 불리하다는 뜻이다.

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    12[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    J를 극단면 2차 모멘트, G를 전단탄성계수, L을 축의 길이, T를 비틀림모멘트라 할 때 비틀림각을 나타내는 식은?
    1
    2
    3
    4
    해설

    비틀림각은 θ = Tℓ/(GJ)로 나타낸다.

    비틀림에서 표면 전단응력은 τ = Tr/J, 후크의 법칙은 τ = Gγ이다. 두 식을 연결하고 γ = rθ/ℓ 관계를 대입하면 Tr/J = G·rθ/ℓ 이 되어 r이 소거된다.

    정리하면 θ = Tℓ/(GJ)로, 분자에는 비틀림모멘트 T와 축 길이 ℓ, 분모에는 비틀림강성 GJ가 온다. 토크가 크고 축이 길수록 많이 비틀리고, 재료가 단단하거나(G가 크거나) 단면이 굵을수록(J가 클수록) 덜 비틀린다는 물리와도 맞는다.

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    13[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    직경 d, 길이 ℓ 인 봉의 양단을 고정하고 단면 m-n의 위치에 비틀림모멘트 T를 작용시킬 때 봉의 A부분에 작용하는 비틀림모멘트는?
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    A쪽 구간이 분담하는 비틀림모멘트는 TA = bT/(a+b)이다.

    양단이 고정되어 반력토크가 두 개인 부정정 문제이므로 평형식만으로는 풀리지 않는다.
    평형: TA + TB = T

    비틀림모멘트가 걸리는 m-n 단면은 하나뿐이므로, 그 단면의 회전각을 좌·우 어느 쪽으로 계산하든 같아야 한다(변형의 적합조건).
    TA·a/(GJ) = TB·b/(GJ) → TA·a = TB·b

    두 식을 연립하면 TA = bT/(a+b), TB = aT/(a+b)가 된다. 즉 길이가 짧은 쪽 구간이 더 큰 토크를 분담하며, 길이 a인 A쪽 몫에는 반대편 길이 b가 분자로 올라간다.

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    14[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 직사각형 단면을 갖는 단순지지보에 3kN/m의 균일 분포하중과 축방향으로 50kN의 인장력이 작용할 때 단면에 발생하는 최대 인장 응력은 약 몇 MPa인가?
    문제 이미지
    1
    0.67
    2
    3.33
    3
    4
    4
    7.33
    해설

    굽힘응력과 축방향 인장응력을 더하면 최대 인장응력은 약 7.33 MPa가 된다.

    단면은 폭 10 cm × 높이 15 cm이므로
    A = 0.1 × 0.15 = 0.015 m², Z = bh²/6 = 0.1 × 0.15²/6 = 3.75 × 10⁻⁴ m³

    경간 2 m에 3 kN/m가 꽉 차게 걸린 단순보의 최대 굽힘모멘트는 중앙에서
    M = wL²/8 = 3 × 2²/8 = 1.5 kN·m → σb = 1,500 ÷ (3.75 × 10⁻⁴) = 4 MPa

    축방향 인장응력은 σt = 50,000 ÷ 0.015 = 3.33 MPa이며 단면 전체에 균일하게 작용한다. 중앙 단면 하면은 굽힘으로도 인장이므로 두 값을 더한다.
    ∴ σmax = 4 + 3.33 = 7.33 MPa

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    15[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    공칭응력(nominal stress: σn)과 진응력(true stress : σt)사이의 관계식으로 옳은 것은? (단, σn은 공칭변형율(nominal strain), σt는 진변형율(true strain)이다.)
    1
    σtn(1+εt)
    2
    σtn(1+εn)
    3
    σt=1n(1+σn)
    4
    σt=1n(σnn)
    해설

    진응력과 공칭응력 사이에는 σt=σn(1+εn)\sigma_t = \sigma_n(1+\varepsilon_n)의 관계가 성립한다.

    진응력은 변형이 진행되며 실제로 변하는 단면적을 기준으로 한 응력이고, 공칭응력은 처음 단면적을 기준으로 한 응력이다.

    체적 일정 가정 하에 인장 시 실제 단면적은 A=A01+εnA = \dfrac{A_0}{1+\varepsilon_n}로 줄어들므로, 하중이 같을 때 σt=FA=σn(1+εn)\sigma_t = \dfrac{F}{A} = \sigma_n(1+\varepsilon_n)이 성립한다.

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    16[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 부정정보의 전 길이에 균일 분포하중이 작용할 때 전단력이 0이 되고 최대 굽힘모멘트가 작용하는 단면은 B단에서 얼마나 떨어져 있는가?
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    일단고정·타단지지 보에 등분포하중이 걸리면 지지단 반력은 RB=3wl8R_B = \dfrac{3wl}{8}이다. 전단력이 0이 되는 곳은 RB=wxR_B = wx인 지점이므로 B단에서 x=3l8x = \dfrac{3l}{8} 떨어진 단면에서 최대 굽힘모멘트가 생긴다.

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    17[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    동일한 전단력이 작용할 때 원형 단면 보의 지름을 d에서 3d로 하면 최대 전단응력의 크기는? (단 Tmax는지름이 d일 때의 최대전단응력이다.)
    1
    2
    3
    4
    해설

    지름을 d에서 3d로 키우면 최대 전단응력은 1/9로 줄어든다.

    원형 단면 보의 최대 전단응력은 중립축에서 생기며 τmax = (4/3)·(F/A) 이다. 전단력 F가 같다면 최대 전단응력은 단면적에 반비례한다.

    A = πd²/4 이므로 지름이 3배가 되면 단면적은 9배가 된다.
    τ′ = (4/3)·(F/9A) = τmax/9

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    18[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    오일러의좌굴 응력에 대한 설명으로 틀린 것은?
    1
    단면의 회전반경의 제곱에 비례한다.
    2
    길이의 제곱에 반비례한다.
    3
    세장비의 제곱에 비례한다,
    4
    탄성계수에 비레한다.
    해설

    오일러 좌굴응력은 세장비의 제곱에 반비례하므로 "세장비의 제곱에 비례한다"는 설명은 틀렸다.

    좌굴응력은 σcr=π2Eλ2\sigma_{cr} = \dfrac{\pi^2 E}{\lambda^2}로 나타나며, 여기서 λ=lk\lambda = \dfrac{l}{k}는 세장비(길이/회전반경)이다.

    따라서 좌굴응력은 회전반경의 제곱과 탄성계수에는 비례하고, 길이의 제곱과 세장비의 제곱에는 반비례한다.

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    19[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 단순화한 길이 1m의 자축 중심에 집중하증 100kN이 작용학고, 100rpm으로 400kW의 동력을 전달할 때 필요한 자축의 지름은 최소 cm인가? (단, 축의 허용 굽힘응력은 85MPa로 한다.
    문제 이미지
    1
    4.1
    2
    8.1
    3
    12.3
    4
    16.3
    해설

    굽힘과 비틀림을 함께 받는 축이므로 상당굽힘모멘트로 환산하면 필요한 지름은 약 16.3 cm다.

    하중이 경간 1 m의 중앙(0.5 m)에 걸린 단순보이므로 최대 굽힘모멘트는
    M = PL/4 = 100 × 1/4 = 25 kN·m

    전달 토크는 동력과 회전수로부터
    T = 60H/(2πN) = 60 × 400/(2π × 100) = 38.2 kN·m

    상당굽힘모멘트 Me = (M + √(M² + T²))/2 = (25 + 45.7)/2 = 35.3 kN·m
    σ = 32Me/(πd³) = 85 MPa 로 두면
    d³ = 32 × 35.3 × 10³ ÷ (π × 85 × 10⁶) = 4.23 × 10⁻³ m³
    ∴ d ≒ 0.162 m, 즉 약 16.2 cm 이상이어야 하므로 보기 중 16.3 cm가 답이다.

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    20[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 강선이 천정에 매달려 100kN의 무게를 지탱하고 있을 때, AC 강선이 받고 있는 힘은 약 몇 kN인가?
    문제 이미지
    1
    30
    2
    40
    3
    50
    4
    60
    해설

    C점에서 AC, BC, 하중 100kN이 평형을 이룬다. AC는 천장과 30°, BC는 천장과 60°를 이루므로 AC와 BC는 서로 90°를 이루는 직각 관계다. 라미의 정리를 적용하면 TACsin60°=TBCsin30°=100sin90°\frac{T_{AC}}{\sin 60°} = \frac{T_{BC}}{\sin 30°} = \frac{100}{\sin 90°}이므로 TAC=100×sin60°T_{AC} = 100 \times \sin 60°가 아니라, AC가 하중과 이루는 각을 고려하면 TAC=100sin30°=50T_{AC}=100\sin30°=50 kN이 된다. 따라서 AC 강선의 장력은 50 kN이다.

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    21[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    역 Carnot cycle로 300K 와 240K 사이에서 작동하고 있는 냉동기가 있다. 이 냉동기의 성능계수는?
    1
    3
    2
    4
    3
    5
    4
    6
    해설

    이 냉동기의 성능계수는 4이다.

    냉동기의 성능계수는 εR=TLTHTL\varepsilon_R = \dfrac{T_L}{T_H - T_L}로 구해진다.

    εR=240300240=24060=4\varepsilon_R = \dfrac{240}{300-240} = \dfrac{240}{60} = 4이다.

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    22[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림의 랭킨 사이클(온도(T)-엔트로피(s)선도)에서 각각의 지점에서 엔탈피는 표와 같을 때 이 사이클의 효율은 약 몇 % 인가?
    문제 이미지
    1
    33.7%
    2
    28.4%
    3
    25.2%
    4
    22.9%
    해설

    그림의 T-s 선도는 1→2 급수펌프(단열압축), 2→3 보일러(정압가열), 3→4 터빈(단열팽창), 4→1 응축기(정압방열) 로 이루어진 랭킨 사이클이다. 표에서 읽은 각 지점의 엔탈피는 h1=185h_1=185, h2=210h_2=210, h3=3100h_3=3100, h4=2100 kJ/kgh_4=2100\ \mathrm{kJ/kg} 이다.

    터빈이 낸 일은 wT=h3h4=31002100=1000 kJ/kgw_T=h_3-h_4=3100-2100=1000\ \mathrm{kJ/kg}, 펌프가 소비한 일은 wP=h2h1=210185=25 kJ/kgw_P=h_2-h_1=210-185=25\ \mathrm{kJ/kg}, 보일러 공급열량은 qB=h3h2=3100210=2890 kJ/kgq_B=h_3-h_2=3100-210=2890\ \mathrm{kJ/kg} 이다.

    사이클 효율은 순일을 공급열로 나눈 값이므로 η=(h3h4)(h2h1)h3h2=1000252890=0.337\eta=\dfrac{(h_3-h_4)-(h_2-h_1)}{h_3-h_2}=\dfrac{1000-25}{2890}=0.337, 즉 약 33.7 % 이다.

    펌프일을 빼지 않고 wT/qB=1000/2890=34.6%w_T/q_B=1000/2890=34.6\% 로 계산하면 보기에 없는 값이 나온다. 표에 h1h_1h2h_2가 따로 주어졌다는 것은 펌프일을 반드시 빼라는 뜻으로 읽어야 한다.

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    23[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    보일러 입구의 압력이 9800kN/m2이고, 응축기의 압력이 4900N/m2일 떄 펌프가 수행한 일은 약 kJ/kg인가? (단, 물의 비체적은 0.001m3/kg이다.)
    1
    9.79
    2
    15.17
    3
    87.25
    4
    180.2
    해설

    펌프가 수행한 일은 압력차에 비체적을 곱한 값으로 구한다. 주어진 조건: 보일러 입구 압력 P1=9800 kN/m2P_1 = 9800 \text{ kN/m}^2, 응축기 압력 P2=4.9 kN/m2P_2 = 4.9 \text{ kN/m}^2(4900 N/m² = 4.9 kN/m²), 비체적 v=0.001 m3/kgv = 0.001 \text{ m}^3/\text{kg}. 펌프 일 공식: Wp=v(P1P2)W_p = v(P_1 - P_2). 대입하면 Wp=0.001×(98004.9)=0.001×9795.1=9.7951 kJ/kg9.79 kJ/kgW_p = 0.001 \times (9800 - 4.9) = 0.001 \times 9795.1 = 9.7951 \text{ kJ/kg} \approx 9.79 \text{ kJ/kg}. 따라서 펌프가 수행한 일은 약 9.79 kJ/kg이다.

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    24[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 중 정확하게 표기된 SI 기본단위(7가지)의 개수가 가장 많은 것은? (단, SI 유도단위 및 그 외 단위는 제외한다.)
    1
    A, Cd, C, kg, m, Mol, N, s
    2
    cd, J, K, kg, m, Mol, Pa, s
    3
    A, J, C, ,kg, km, mol, S, W
    4
    K, kg, km, mol, N, Pa, S, W
    해설

    SI 기본단위 7가지는 m(길이), kg(질량), s(시간), A(전류), K(온도), mol(물질량), cd(광도)이며, 이 기본단위 기호를 정확한 표기로 가장 많이 포함한 조합이 정답이다.

    cd, J, K, kg, m, Mol, Pa, s로 이루어진 조합이 cd, K, kg, m, s의 5개를 정확한 기본단위 표기로 담고 있어 가장 많다.

    • N, J, Pa, W, C, S(지멘스)는 모두 SI 유도단위이지 기본단위가 아니다.
    • km은 미터의 배수 단위일 뿐 기본단위 기호 그 자체가 아니다.
    • mol과 cd는 반드시 소문자로 써야 하며 Mol, Cd처럼 대문자를 섞으면 정확한 기본단위 표기로 인정되지 않는다.

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    25[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    압력이 106N/m2, 체적이 1m3인 공기가 압력이 일정한 상태에서 400kJ의 일을 하였다. 변화후의 체적은 약 m3인가?
    1
    1.4
    2
    1.0
    3
    0.6
    4
    0.4
    해설

    등압과정 후의 체적은 약 1.4m³이다.

    등압과정의 일은 W=P(V2V1)W = P(V_2-V_1)이므로 V2=V1+WP=1+400,0001,000,000V_2 = V_1 + \dfrac{W}{P} = 1 + \dfrac{400{,}000}{1{,}000{,}000}이다.

    계산하면 V2=1+0.4=1.4 m3V_2 = 1 + 0.4 = 1.4\ \mathrm{m^3}이다.

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    26[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    8℃의 이상기체를 가역단열 압축하여 그 제척을 1/5로 하였을 때 기체의 온도는 약 몇 ℃인가? (이 기체의 비열비는 1.4이다.)
    1
    -125℃
    2
    294℃
    3
    222℃
    4
    262℃
    해설

    가역단열압축 후 기체의 온도는 약 262℃이다.

    가역단열과정에서는 T2T1=(V1V2)k1\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}이 성립한다.

    T1=8+273=281 KT_1 = 8+273=281\ \mathrm{K}, V1V2=5\dfrac{V_1}{V_2}=5, k=1.4k=1.4를 대입하면 T2=281×50.4281×1.90535 KT_2 = 281 \times 5^{0.4} \approx 281 \times 1.90 \approx 535\ \mathrm{K}이다.

    섭씨로 환산하면 T2535273=262T_2 \approx 535-273 = 262℃이다.

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    27[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 상태 1, 2사이에서 계가 1→A→2→B→1과 같은 사이클을 이루고 있을 때, 열역학 제1법칙에 가장 적합한 표현은? (단, 여기가 Q는 열량, W는 계가 하는일, U는 내부에너지를 나타낸다.)
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    사이클을 한 바퀴 돌면 처음 상태로 되돌아와 내부에너지 변화가 0이 되므로, 한 사이클 동안 받은 열의 총합과 계가 한 일의 총합이 같아진다 — 즉 δQ=δW\oint \delta Q = \oint \delta W가 이 사이클에 가장 적합한 표현이다.

    그림은 상태 1에서 경로 A를 따라 상태 2로 갔다가, 경로 B를 따라 다시 상태 1로 되돌아오는 닫힌 곡선(1→A→2→B→1)이다. 내부에너지는 경로에 무관한 상태량이므로 닫힌 경로 적분은 dU=0\oint dU = 0이다.

    열역학 제1법칙 dU=δQδWdU = \delta Q - \delta W(W는 계가 하는 일)를 사이클 전체에 대해 적분하면
    0=δQδW0 = \oint \delta Q - \oint \delta W
    따라서 δQ=δW\oint \delta Q = \oint \delta W가 된다.

    나머지 표현이 부적합한 이유는 다음과 같다.

    • ΔU=QW\Delta U = Q - W는 1→2 같은 하나의 과정에 대한 식이라, 되돌아오는 사이클이라는 조건을 담지 못한다.
    • dU=δQ+δWdU = \delta Q + \delta W는 W를 계가 하는 일로 정의한 이 문제의 부호 규약과 어긋난다.
    • δQ=δU\oint \delta Q = \oint \delta U는 우변이 항상 0이므로 열의 순환적분까지 0이라는 잘못된 결론이 된다.

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    28[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    열교환기를 흐름 배열(flow arrangrmrnt)에 따라 분류할 때 그림과 같은 형식은?
    문제 이미지
    1
    평행류
    2
    대향류
    3
    병행류
    4
    직교류
    해설

    고온유체는 좌→우 수평으로, 저온유체는 위→아래 수직으로 흘러 두 유체의 유로가 서로 직각으로 교차하므로 직교류(cross flow) 배열이다.

    그림에서 왼쪽 '고온입구' 화살표 세 개가 사각형 열교환부로 들어가 오른쪽 '고온출구'로 빠져나가고, 위쪽 '저온입구' 화살표 세 개가 아래로 지나 '저온출구'로 나간다. 두 흐름이 90°로 만나는 이 배열이 직교류의 정의다.

    다른 흐름 배열과 구별하면 다음과 같다.

    • 평행류(=병행류)는 두 유체가 같은 방향으로 나란히 흐르며, 입구에서 온도차가 가장 크고 출구로 갈수록 좁아진다.
    • 대향류는 두 유체가 서로 반대 방향으로 마주 보고 흘러 관 전 구간에서 비교적 균일한 온도차를 유지한다.

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    29[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    100kPa, 25℃ 상태의 공기가 있다. 이 공기의 엔탈피가 298.615kJ/kg 이라면 내부에너지는 약 몇 kJ/kg인가? (단, 공기는 분자량 28.97인 이상기체로 가정한다.)
    1
    213.05kJ/kg
    2
    241.07kJ/kg
    3
    298.15kJ/kg
    4
    383.72kJ/kg
    해설

    이 공기의 내부에너지는 약 213.05kJ/kg이다.

    이상기체에서 엔탈피와 내부에너지 사이에는 h=u+RTh = u + RT의 관계가 성립하므로 u=hRTu = h - RT이다.

    기체상수는 R=8.31428.970.287 kJ/(kgK)R = \dfrac{8.314}{28.97} \approx 0.287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}이고 T=298.15KT=298.15\mathrm{K}이므로 RT85.56 kJ/kgRT \approx 85.56\ \mathrm{kJ/kg}이다.

    따라서 u=298.61585.56213.05 kJ/kgu = 298.615 - 85.56 \approx 213.05\ \mathrm{kJ/kg}이다.

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    30[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 중 비가역 과정으로 볼 수 없는 것은?
    1
    마찰 현상
    2
    낮은 압력으로의 자유팽창
    3
    등온 열전달
    4
    상이한 조성물질의 혼합
    해설

    등온 열전달은 비가역 과정으로 볼 수 없는 경우에 해당한다.

    온도차가 무한히 작은 상태로 서서히(준정적) 진행되는 등온 열전달은 이론적으로 가역과정으로 근사할 수 있다.

    • 마찰 현상은 에너지가 열로 소산되므로 비가역 과정이다.
    • 낮은 압력으로의 자유팽창은 되돌릴 수 없는 대표적 비가역 과정이다.
    • 서로 다른 조성의 물질이 섞이는 혼합 과정도 자발적으로 역행하지 않는 비가역 과정이다.

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    31[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    열역학 제2법칙과 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?
    1
    열효율이 100%인 열기관은 없다.
    2
    저온 물체에서 고온 물체로 열은 자연적으로 전달되지 않는다.
    3
    폐쇄계와 주변계가 열교환이 일어날 경우 폐쇄계와 주변계 각각의 엔트로피는 모두 상승한다.
    4
    동일한 온도 범위애서 작동되는 가역 열기관은 비가역 열기관보다 열효율이 높다.
    해설

    "폐쇄계와 주변계가 열교환할 때 양쪽 엔트로피가 모두 상승한다"는 설명은 옳지 않다.

    계에서 열이 빠져나가면 그 계의 엔트로피는 오히려 감소할 수 있으며, 열역학 제2법칙이 보장하는 것은 계와 주변을 합한 전체(고립계)의 엔트로피가 감소하지 않는다는 것이다.

    즉 개별 계의 엔트로피 증감이 아니라 전체 엔트로피의 총합이 증가하거나 최소한 일정하다는 점이 핵심이다.

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    32[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    온도 15℃, 압력이 100kPa 상태의 체적이 일정한 용기 안에 어떤 이상 기체 5kg이 들어있다. 이 기체가 50℃가 될 떄까지 가열되는 동안의 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K 인가? (단, 이 기체의 정압비열과 정적비열은 각각 1.001kJ/(kg∙K), 0.7171 kJ/(kg∙K)이다.
    1
    0.411
    2
    0.486
    3
    0.575
    4
    0.732
    해설

    이 정적과정에서 엔트로피 증가량은 약 0.411kJ/K이다.

    정적과정의 엔트로피 변화는 ΔS=mCvlnT2T1\Delta S = m C_v \ln\dfrac{T_2}{T_1}로 구해진다.

    T1=288KT_1=288\mathrm{K}, T2=323KT_2=323\mathrm{K}를 대입하면 ΔS=5×0.7171×ln3232885×0.7171×0.11470.411 kJ/K\Delta S = 5 \times 0.7171 \times \ln\dfrac{323}{288} \approx 5 \times 0.7171 \times 0.1147 \approx 0.411\ \mathrm{kJ/K}이다.

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    33[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    저열원 20℃와 고열원 700℃ 사이에서 작동하는 카르노 열기관의 열효율은 약 몇 % 인가?
    1
    30.1%
    2
    69.9%
    3
    52.9%
    4
    74.1%
    해설

    이 카르노 열기관의 열효율은 약 69.9%이다.

    카르노 효율은 η=1TLTH\eta = 1-\dfrac{T_L}{T_H}로 구해지며, 절대온도로 환산하면 TL=293KT_L=293\mathrm{K}, TH=973KT_H=973\mathrm{K}이다.

    η=129397310.301=0.699\eta = 1-\dfrac{293}{973} \approx 1-0.301 = 0.699, 즉 약 69.9%이다.

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    34[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    어느 중기터빈에 0.4kg/s로 증기가 공급되어 260kW의 출력을 낸다. 입구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 3000kJ/kg, 720m/s, 출구가 증기엔탈피 및 속도는 각각 2500kJ/kg, 120m/s이면. 이 터빈의 열손실은 약 몇 kW가 되는가?
    1
    15.9
    2
    40.8
    3
    20.0
    4
    104
    해설

    이 터빈에서 발생하는 열손실은 약 40.8kW이다.

    정상유동 에너지식은 Q˙=W˙+m˙[(h2h1)+V22V122]\dot{Q} = \dot{W} + \dot{m}\left[(h_2-h_1)+\dfrac{V_2^2-V_1^2}{2}\right]이다.

    엔탈피 감소분 500 kJ/kg-500\ \mathrm{kJ/kg}과 속도수두 감소분 120272022=252 kJ/kg\dfrac{120^2-720^2}{2} = -252\ \mathrm{kJ/kg}을 더하면 m˙×(752)=0.4×(752)=300.8 kW\dot{m}\times(-752) = 0.4\times(-752) = -300.8\ \mathrm{kW}이다.

    따라서 Q˙=260300.840.8 kW\dot{Q} = 260-300.8 \approx -40.8\ \mathrm{kW}로, 터빈에서 약 40.8kW의 열이 빠져나간다.

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    35[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    압력이 일정할 때 공기 5kg을 0℃에서 100℃까지 가열하는데 필요한 열량은 약 몇 kJ인가? (단, 비열(Cp)은 온도 T(℃)에 관계한 함수로 Cp(kJ/(kg∙℃))= 1.01+0.000079×T이다.)
    1
    365
    2
    436
    3
    480
    4
    507
    해설

    압력이 일정할 때 필요한 열량은 Q=mT1T2CpdTQ = m \int_{T_1}^{T_2} C_p \, dT로 구한다. 주어진 비열 함수 Cp=1.01+0.000079TC_p = 1.01 + 0.000079T를 0℃에서 100℃까지 적분하면: Q=50100(1.01+0.000079T)dT=5[1.01T+0.0000395T2]0100Q = 5 \int_{0}^{100} (1.01 + 0.000079T) \, dT = 5 \left[ 1.01T + 0.0000395T^2 \right]_{0}^{100} 이를 계산하면 Q=5(1.01×100+0.0000395×10000)=5(101+0.395)=5×101.395=506.975kJQ = 5(1.01 \times 100 + 0.0000395 \times 10000) = 5(101 + 0.395) = 5 \times 101.395 = 506.975 \, \text{kJ}로, 약 507 kJ이다.

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    36[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 온도에 관한 설명 중 틀린 것은?
    1
    온도는 뜨겁거나 차가운 정도를 나타낸다.
    2
    열역학 제0법칙은 온도 측정과 관계된 법칙이다.
    3
    섭씨온도는 표준 기압하에서 물의 어는 점과 끊는 점을 각각 0과 100으로 부여한 온도 척도이다.
    4
    화씨온도 F와 절대온도 K 사이에는 K=F+273.15의 관계가 성립한다.
    해설

    "화씨온도 F와 절대온도 K 사이에 K=F+273.15가 성립한다"는 설명은 틀렸다.

    절대온도는 섭씨온도에서 K=+273.15K = ℃+273.15로 환산되며, 화씨온도는 =95+32℉ = \dfrac{9}{5}℃+32의 관계를 갖는 별개의 척도다.

    따라서 화씨온도를 절대온도로 바꾸려면 먼저 섭씨로 환산한 뒤 273.15를 더해야 하며, 화씨값에 곧바로 273.15를 더하는 식은 성립하지 않는다.

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    37[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    오토(Otto) 사이클에 관한 일반적인 설명 중 틀린 것은?
    1
    불꽃 점화 기관의 공기 표준 사이클이다.
    2
    연소과정을 정적 가열과정으로 간주한다.
    3
    압축비가 클수록 효율이 높다.
    4
    효율은 작업기체의 종류와 무관하다.
    해설

    "오토 사이클의 효율은 작업기체의 종류와 무관하다"는 설명은 틀렸다.

    오토 사이클의 이론효율은 η=1(1r)k1\eta = 1-\left(\dfrac{1}{r}\right)^{k-1}로 나타나며, 여기서 압축비 rr뿐 아니라 비열비 kk에도 좌우된다.

    비열비는 작업기체의 종류에 따라 달라지므로 효율 역시 작업기체 종류에 영향을 받는다.

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    38[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    출력 10000kW의 터빈 플랜트의 시간당 연료소비량이 5000kg/h이다. 이 플랜트의 열효율은 약 % 인가? (단, 연료의 발열량은 33440kJ/kg이다.)
    1
    25.4%
    2
    21.5%
    3
    10.9%
    4
    40.8%
    해설

    이 플랜트의 열효율은 약 21.5%이다.

    연료의 시간당 발열량은 5,000 kg/h×33,440 kJ/kg=167,200,000 kJ/h46,444 kW5{,}000\ \mathrm{kg/h} \times 33{,}440\ \mathrm{kJ/kg} = 167{,}200{,}000\ \mathrm{kJ/h} \approx 46{,}444\ \mathrm{kW}이다.

    열효율은 η=10,00046,4440.215\eta = \dfrac{10{,}000}{46{,}444} \approx 0.215, 즉 약 21.5%이다.

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    39[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    밀폐계에서 기체의 압력이 100kPa으로 일정하게 유지되면서 체적이 1m3에서 2m3으로 중가되었을 때 옳은 설명은?
    1
    밀폐계의 에너지 변화는 없다.
    2
    외부로 행한 일은 100kJ이다.
    3
    기체가 이상기체라면 온도가 일정하다.
    4
    기체가 받은 열은 100kJ이다.
    해설

    압력 일정(등압) 과정에서 기체가 외부에 행한 일은 W=PΔV=100 kPa×(21) m3=100 kJW = P\Delta V = 100 \text{ kPa} \times (2-1) \text{ m}^3 = 100 \text{ kJ}이므로 2번이 정답이다. 1번은 틀렸는데, 체적이 증가하면서 기체는 외부에 일을 하므로 내부에너지가 감소한다. 3번도 틀렸는데, 압력이 일정하면서 체적이 증가하려면 PV=nRTPV = nRT에서 온도가 증가해야 한다(등압 가열). 4번은 열역학 제1법칙 Q=ΔU+WQ = \Delta U + W에서 내부에너지 증가량과 외부 일 100kJ의 합이므로 100kJ보다 크며, 주어진 정보만으로는 정확한 열의 값을 알 수 없다.

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    40[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    10kg의 증기가 온도 50℃, 압력 38kPa, 체적 7.5m3일 때 총 내부에너지는 6700kJ이다. 이와 같은 상태의 증기가 가지고 있는 엔탈피는 약 몇 kJ인가?
    1
    606
    2
    1794
    3
    3305
    4
    6985
    해설

    이 증기가 가지는 엔탈피는 약 6985kJ이다.

    엔탈피는 H=U+PVH = U + PV로 정의된다.

    PV=38 kPa×7.5 m3=285 kJPV = 38\ \mathrm{kPa} \times 7.5\ \mathrm{m^3} = 285\ \mathrm{kJ}이므로 H=6700+285=6985 kJH = 6700+285 = 6985\ \mathrm{kJ}이다.

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    41[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    압력 용기에 정착된 게이지 압력계의 눈금이 400kPa를 나타내고 있다. 이 때 실험실에 놓여진 수은 기압계에서 수은의 높이는 750mm 이었다면 압력 용기의 절대압력은 약 몇 kPa인가? (단, 수은의 비중은 13.6이다.)
    1
    300
    2
    500
    3
    410
    4
    620
    해설

    압력용기의 절대압력은 약 500kPa이다.

    수은주 750mm가 나타내는 대기압은 Patm=ρgh=(13.6×1000)×9.8×0.75100,000 Pa=100 kPaP_{atm} = \rho g h = (13.6\times1000)\times9.8\times0.75 \approx 100{,}000\ \mathrm{Pa} = 100\ \mathrm{kPa}이다.

    절대압력은 게이지압력과 대기압의 합이므로 Pabs=400+100=500 kPaP_{abs} = 400+100 = 500\ \mathrm{kPa}이다.

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    42[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    나란히 놓인 두개의 무한한 평판 사이의 층류 유동에서 속도 분포는 포물선 형태를 보인다. 이 때 유동의 평균 속도(Vav)와 중심에서의 최대 속도(Vmax)의 관계는?
    1
    2
    3
    4
    해설

    무한히 넓은 두 평판 사이의 층류(포물선 속도분포)에서는 평균속도가 최대속도의 2/3이다.

    중심을 y=0, 중심에서 벽까지 거리를 h로 두면 속도분포는 u=Vmax[1(yh)2]u = V_{\max}\left[1-\left(\dfrac{y}{h}\right)^{2}\right]이다.

    평균속도는 단면 전체를 적분해 폭으로 나눈 값이므로
    Vav=1h0hVmax[1(yh)2]dy=Vmax(113)V_{av}=\dfrac{1}{h}\int_{0}^{h}V_{\max}\left[1-\left(\dfrac{y}{h}\right)^{2}\right]dy=V_{\max}\left(1-\dfrac{1}{3}\right)
    Vav=23VmaxV_{av}=\dfrac{2}{3}V_{\max}이다.

    같은 포물선 분포라도 원관 층류(하겐-푸아죄유)에서는 면적요소가 2πrdr2\pi r\,dr로 달라 Vav=12VmaxV_{av}=\dfrac{1}{2}V_{\max}가 되므로, 평판 사이 유동과 혼동하지 않아야 한다.

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    43[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    점성계수의 차원으로 옳은 것은? (단, F는 힘, L은 길이, T는 시간의 차원이다.)
    1
    FLT-2
    2
    FL2T
    3
    FL-1T-1
    4
    FL-2T
    해설

    점성계수의 차원은 FL2TFL^{-2}T이다.

    점성계수는 μ=τdu/dy\mu = \dfrac{\tau}{du/dy}로, 응력(압력) 단위에 시간을 곱한 형태를 가지며 압력의 차원은 FL2FL^{-2}이다.

    따라서 점성계수의 차원은 FL2×T=FL2TFL^{-2} \times T = FL^{-2}T가 된다.

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    44[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    무게가 1000N인 물체를 지름 5m 인 낙하산에 매달아 낙하할 때 종속도는 몇 m/s가 되는가? (단, 낙하산의 항력계수는 0.8, 공기의 밀도는 1.2kg/m3이다.)
    1
    5.3
    2
    10.3
    3
    18.3
    4
    32.2
    해설

    종속도(terminal velocity)는 중력과 항력이 평형을 이루는 상태에서의 속도이므로 W=FDW = F_D를 만족한다. 항력 공식 FD=12ρv2CDAF_D = \frac{1}{2}\rho v^2 C_D A를 적용하면, W=12ρv2CDAW = \frac{1}{2}\rho v^2 C_D A에서 v=2WρCDAv = \sqrt{\frac{2W}{\rho C_D A}}이다. 낙하산의 면적은 A=πd24=π×524=25π419.63 m2A = \frac{\pi d^2}{4} = \frac{\pi \times 5^2}{4} = \frac{25\pi}{4} \approx 19.63 \text{ m}^2이고, 주어진 값들을 대입하면 v=2×10001.2×0.8×19.63=200018.83=106.210.3 m/sv = \sqrt{\frac{2 \times 1000}{1.2 \times 0.8 \times 19.63}} = \sqrt{\frac{2000}{18.83}} = \sqrt{106.2} \approx 10.3 \text{ m/s}이다. 따라서 종속도는 10.3 m/s이다.

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    45[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    2m/s의 속도로 물이 흘를 때 파토관 수두 높이 h는?
    문제 이미지
    1
    0.053m
    2
    0.102m
    3
    0.20m
    4
    0.412m
    해설

    피토관이 잰 수두는 속도수두 V²/2g이므로 h는 약 0.20 m이다.

    그림은 유속 V = 2 m/s로 흐르는 물에 관 끝을 흐름 방향으로 마주 세운 피토관으로, h는 자유수면(정압 수위)보다 피토관 안의 수위가 더 올라간 높이를 가리킨다.

    정체점에서 속도가 0이 되며 운동에너지가 그대로 압력수두로 바뀌므로
    h=V22g=222×9.8=419.60.204 mh=\dfrac{V^{2}}{2g}=\dfrac{2^{2}}{2\times 9.8}=\dfrac{4}{19.6}\approx 0.204\ \mathrm{m}
    따라서 약 0.20 m이다.

    0.102 m는 2g 대신 4g로 나눈 값, 0.412 m는 2g 대신 g로 나눈 값(V2/g0.41 mV^{2}/g\approx 0.41\ \mathrm{m})에 가까워 모두 속도수두 식을 잘못 적용한 결과다.

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    46[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    안지름 10cm인 파이프에 물이 평균속도 1.5cm/s로 흐를 때 (경우 ⓐ)와 비중이 0.6이고 점성계수가 물의 1/5인 유체 A가 물과 같은 평균속도로 동일한 관에 흐를 때 (경우ⓑ), 파이프 중심에서 최고속도는 어느 경우가 더 빠른가? (단, 물의 점섬계수는 0.001kg/m∙s)이다.)
    1
    경우ⓐ
    2
    경우ⓑ
    3
    두 경우 모두 최고속도가 같다.
    4
    어느 경우가 더 빠른지 알 수 없다.
    해설

    파이프 중심에서의 최고속도는 물이 흐르는 경우(경우ⓐ)가 더 빠르다.

    레이놀즈수를 각각 계산하면 물의 경우 Rea=ρVDμ=1000×0.015×0.10.001=1500Re_a = \dfrac{\rho V D}{\mu} = \dfrac{1000\times0.015\times0.1}{0.001} = 1500으로 층류이고, 유체 A는 밀도 600kg/m³·점성계수 0.0002kg/(m·s)이므로 Reb=600×0.015×0.10.0002=4500Re_b = \dfrac{600\times0.015\times0.1}{0.0002} = 4500으로 난류가 된다.

    층류에서는 최고속도가 평균속도의 2배(Vmax=2VˉV_{max}=2\bar{V})이지만, 난류에서는 속도분포가 상대적으로 평탄해 최고속도가 평균속도의 약 1.2배에 그친다.

    두 경우의 평균속도가 같으므로 층류인 물의 경우가 중심 최고속도가 더 크다.

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    47[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 중 2차원 비압축성 유동이 가능한 유동은 어떤 것인가? (단, u는 x방향 속도 성분이고, v는 y방향 속도 성분이다.)
    1
    u=x2-y2, v=-2xy
    2
    u=2x2-y2, v=4xy
    3
    u=x2+y2, v=3x2-2y2
    4
    u=2x+3xy, v=-4xy+3y
    해설

    2차원 비압축성 유동이 되려면 연속방정식 ux+vy=0\dfrac{\partial u}{\partial x}+\dfrac{\partial v}{\partial y}=0을 만족해야 하며, 이를 만족하는 것은 u=x2y2, v=2xyu=x^2-y^2,\ v=-2xy인 경우다.

    이 식은 ux=2x\dfrac{\partial u}{\partial x}=2x, vy=2x\dfrac{\partial v}{\partial y}=-2x로 합이 00이 되어 연속조건을 만족한다.

    나머지 조합들은 두 편미분의 합이 xxyy에 대한 항으로 남아 00이 되지 않으므로 비압축성 유동 조건을 만족하지 못한다.

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    48[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    유량 측정 장치 중 관의 단면에 축소부분이 있어서 유체를 그 단면에서 가속시킴으로써 생기는 압력강하를 이용하여 측정하는 것이 있다. 다음 중 이러한 방식을 사용한 측정 장치가 아닌 것은?
    1
    노즐
    2
    오리피스
    3
    로터미터
    4
    벤투리미터
    해설

    단면 축소에 따른 압력강하를 이용하지 않는 유량계는 로터미터이다.

    로터미터는 관 내부의 부표(플로트)가 유량에 비례해 위로 떠오르는 위치를 읽어 유량을 측정하는 면적식 유량계로, 압력강하 방식과는 원리가 다르다.

    • 노즐은 단면을 좁혀 유속을 높이고 그에 따른 압력차로 유량을 구한다.
    • 오리피스도 축소된 구멍 전후의 압력차를 이용한다.
    • 벤투리미터 역시 목 부분의 단면 축소로 생긴 압력강하를 이용한다.

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    49[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 폭이 2m, 길이가 3m인 평판이 물속에 수직으로 잠겨있다. 이 평판의 한쪽 면에 작용하는 전체 압력에 의한 힘은 약 얼마인가?
    문제 이미지
    1
    88kN
    2
    176kN
    3
    265kN
    4
    353kN
    해설

    도심 깊이 4.5 m, 면적 6 m²로 계산하면 평판 한쪽 면에 작용하는 전압력은 약 265 kN이다.

    그림에서 수면부터 평판 윗변까지 3 m, 평판 자체 높이가 3 m이고 폭이 2 m이므로, 면적 A = 2 × 3 = 6 m², 도심 깊이 hc=3+32=4.5 mh_{c}=3+\dfrac{3}{2}=4.5\ \mathrm{m}이다.

    수직 평판에 작용하는 전압력은 도심 압력 × 면적이므로
    F=ρghcA=1000×9.8×4.5×62.65×105 NF=\rho g h_{c} A = 1000\times 9.8\times 4.5\times 6 \approx 2.65\times10^{5}\ \mathrm{N}
    약 265 kN이다.

    176 kN은 도심 깊이를 3 m로 잘못 본 값이고, 353 kN은 평판 아랫변 깊이 6 m를 도심으로 쓴 값이다. 전압력 계산의 기준 깊이는 도심이라는 점이 핵심이다.

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    50[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    정상 2차원 속도장 V=2xi2yj\vec{V} = 2x\vec{i} - 2y\vec{j} 내의 한 점 (2, 3)에서 유선의 기울기 dy/dx는?
    1
    -3/2
    2
    -2/3
    3
    2/3
    4
    3/2
    해설

    유선의 기울기는 그 점에서의 속도 성분의 비 v/u이므로 −3/2이다.

    주어진 속도장 V=2xi2yj\vec{V}=2x\vec{i}-2y\vec{j}에서 x방향 성분 u = 2x, y방향 성분 v = −2y이다.

    유선은 속도벡터에 접하는 선이므로 dxu=dyv\dfrac{dx}{u}=\dfrac{dy}{v}, 즉
    dydx=vu=2y2x=yx\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{v}{u}=\dfrac{-2y}{2x}=-\dfrac{y}{x}

    점 (2, 3)을 대입하면 dydx=32\dfrac{dy}{dx}=-\dfrac{3}{2}−3/2. 부호를 놓치면 3/2, x와 y를 바꿔 대입하면 −2/3이 나오므로 대입 순서에 주의한다.

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    51[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    동점성계수가 0.1×10-5m2/s인 유체가 안지름 10cm인 원관 내에 1m/s로 흐르고 있다. 관마찰계수가 0.022이며, 관의 길이가 200m 알 때의 손실수두는 약 몇 m인가? (단, 유체의 비중량은 9800N/m3이다.)
    1
    22.2
    2
    11.0
    3
    6.58
    4
    2.24
    해설

    이 관의 손실수두는 약 2.24m이다.

    Darcy-Weisbach 식 hf=fLDV22gh_f = f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}에 값을 대입한다.

    hf=0.022×2000.1×122×9.80.022×2000×0.0512.24 mh_f = 0.022 \times \dfrac{200}{0.1} \times \dfrac{1^2}{2\times9.8} \approx 0.022\times2000\times0.051 \approx 2.24\ \mathrm{m}이다.

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    52[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    평판 위의 경계층 내에서의 속도분포(u)가 uU=(yδ)1/7\dfrac{u}{U}=\left(\dfrac{y}{\delta}\right)^{1/7} 일 때 경계층 배제분포(boundary layer dislacement thickness)는 얼마인가? (단, y는 평판에서 수직한 방향으로의 거리이며, U는 자유유동의 속도, δ는 경계층의 두께이다.)
    1
    2
    3
    4
    해설

    1/7 승 속도분포에서 배제두께는 δ/8이다.

    배제두께는 경계층 때문에 줄어든 유량만큼 자유유동 경계를 바깥으로 밀어낸 거리로 정의된다.
    δ=0δ(1uU)dy\delta^{*}=\int_{0}^{\delta}\left(1-\dfrac{u}{U}\right)dy

    주어진 uU=(yδ)1/7\dfrac{u}{U}=\left(\dfrac{y}{\delta}\right)^{1/7}을 대입하면
    0δ(yδ)1/7dy=78δ\int_{0}^{\delta}\left(\dfrac{y}{\delta}\right)^{1/7}dy=\dfrac{7}{8}\delta
    따라서 δ=δ78δ=δ8\delta^{*}=\delta-\dfrac{7}{8}\delta=\dfrac{\delta}{8}δ/8.

    혼동하기 쉬운 값들은 다음과 같다.

    • 78δ\dfrac{7}{8}\delta는 적분해 얻은 유량항 자체로, 1에서 빼기 전의 중간값이다.
    • δ7\dfrac{\delta}{7}·67δ\dfrac{6}{7}\delta는 지수 1/7을 적분하지 않고 그대로 분모에 옮겨 쓴 잘못된 계산이다.

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    53[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 변수 중에서 무차원 수는 어느 것인가?
    1
    가속도
    2
    동점성계수
    3
    비중
    4
    비중량
    해설

    주어진 물리량 중 무차원 수는 비중이다.

    비중은 어떤 물질의 밀도를 표준물질(물)의 밀도로 나눈 값이라 단위가 서로 상쇄되어 차원을 갖지 않는다.

    • 가속도는 m/s2\mathrm{m/s^2}의 차원을 가진다.
    • 동점성계수는 m2/s\mathrm{m^2/s}의 차원을 가진다.
    • 비중량은 N/m3\mathrm{N/m^3}의 차원을 가진다.

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    54[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 반지름 R인 원추와 평판으로 구성된 점도측정기(cone and plate viscometer)를 사용하여 액체시료의 원추는 아래쪽 원판과의 각도를 0.5° 미만으로 유지하고 일정한 각속도 w로 회전하고 있으며 갭 사이를 채운 유체의 점도를 위 평판을 정상적으로 돌리는데 필요한 토크를 측정하여 계산한다. 여기서 갭 사이의 속도 분포가 반지름 방향 길이에 선형적일 때, 원추의 밑면에 작용하는 전단응력의 크기에 관한 설명으로 옳은 것은?
    문제 이미지
    1
    전단응력의 크기는 반지름 방향 길이에 관계없이 일정하다.
    2
    전단응력의 크기는 반지름 방향 길이에 비례하여 중가한다.
    3
    전단응력의 크기는 반지름 방향길이의 제곱에 비례하여 증가한다.
    4
    전단응력의크기는 반지름 방향 길이의 1/2승에 비례하여 증가한다.
    해설

    간극 높이가 반지름에 비례해 커지는 덕분에 전단변형률이 어디서나 같아져, 전단응력의 크기는 반지름 방향 길이에 관계없이 일정하다.

    그림처럼 반지름 R인 원추가 아래 평판과 각 θ(0.5° 미만)를 이루고 각속도 ω로 돌 때, 중심에서 거리 r인 지점의 원주속도는 u=rωu=r\omega이고 그 지점의 갭 높이는 h=rtanθrθh=r\tan\theta \approx r\theta이다.

    갭 내부 속도분포가 선형이므로 전단변형률은
    γ˙=uh=rωrθ=ωθ\dot{\gamma}=\dfrac{u}{h}=\dfrac{r\omega}{r\theta}=\dfrac{\omega}{\theta}
    여기서 r이 소거되어 τ=μωθ\tau=\mu\dfrac{\omega}{\theta}는 상수가 된다.

    시료 전체가 균일한 전단을 받기 때문에 토크 한 번만 측정해도 점도를 바로 계산할 수 있는 것이 이 점도계의 장점이다. 반지름에 비례·제곱에 비례·1/2승에 비례한다는 설명은 모두 속도와 갭이 함께 r에 비례해 서로 상쇄된다는 점을 놓친 것이다.

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    55[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    5℃ 물(밀도 1000kg/m3, 점성계수 1.5×10-3kg/(m∙s)) 안지름 3mm, 길이 9m인 수평파이프 내부를 평균속도 0.9m/s로 흐르게 하는데 필요한 동력은 약 몇 W인가?
    1
    0.14
    2
    0.28
    3
    0.42
    4
    0.56
    해설

    이 파이프 흐름을 유지하는 데 필요한 동력은 약 0.28W이다.

    레이놀즈수는 Re=ρVDμ=1000×0.9×0.0031.5×103=1800Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1000\times0.9\times0.003}{1.5\times10^{-3}}=1800으로 층류이다.

    층류이므로 압력손실은 하겐-푸아죄유식으로 ΔP=32μLVD2=43,200 Pa\Delta P=\dfrac{32\mu LV}{D^2}=43{,}200\ \mathrm{Pa}이고, 유량은 Q=π4D2V6.36×106 m3/sQ=\dfrac{\pi}{4}D^2V\approx6.36\times10^{-6}\ \mathrm{m^3/s}이다.

    동력은 Pw=ΔP×Q43,200×6.36×1060.275 W0.28 WP_w=\Delta P \times Q \approx 43{,}200\times6.36\times10^{-6}\approx0.275\ \mathrm{W} \approx 0.28\ \mathrm{W}이다.

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    56[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    유효 낙차가 100m인 댐의 유량이 10m3/s일 때 효율 90%인 수쳑터빈의 출력은 약 몇 MW인가?
    1
    8.83
    2
    9.81
    3
    10.9
    4
    12.4
    해설

    수력발전의 출력은 P=ρgQHηP = \rho g Q H \eta 공식으로 계산된다. 여기서 ρ=1000 kg/m3\rho = 1000 \text{ kg/m}^3(물의 밀도), g=9.81 m/s2g = 9.81 \text{ m/s}^2, Q=10 m3/sQ = 10 \text{ m}^3\text{/s}(유량), H=100 mH = 100 \text{ m}(유효 낙차), η=0.9\eta = 0.9(효율)를 대입하면 P=1000×9.81×10×100×0.9=8,829,000 W=8.829 MW8.83 MWP = 1000 \times 9.81 \times 10 \times 100 \times 0.9 = 8{,}829{,}000 \text{ W} = 8.829 \text{ MW} \approx 8.83 \text{ MW}이다. 따라서 출력은 약 8.83 MW이다.

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    57[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 수압기에서 피스톤의 지름이 d1=300mm, 이것과 연결된 램(ram)의 지름이 d2=200mm이다. 압력 P1이 1MPa의 압력을 피스톤에 작용시킬 때 주램의 지름이 d3=400mm이면 주램에서 발생하는 힘(W)은 약 몇 kN인가?
    문제 이미지
    1
    226
    2
    284
    3
    334
    4
    438
    해설

    피스톤·램 조립체의 힘 평형에서 P2 = 1.8 MPa를 구해 주램에 곱하면 약 226 kN이다.

    그림에서 P1은 지름 d1 = 300 mm인 피스톤 윗면 전체를 누르고, 그 반력은 램(d2 = 200 mm)이 차지한 부분을 뺀 고리 모양 단면에 압력 P2로 작용한다.

    따라서
    P1π4d12=P2π4(d12d22)P_{1}\cdot\dfrac{\pi}{4}d_{1}^{2}=P_{2}\cdot\dfrac{\pi}{4}\left(d_{1}^{2}-d_{2}^{2}\right)
    P2=1×300230022002=1×9000050000=1.8 MPaP_{2}=1\times\dfrac{300^{2}}{300^{2}-200^{2}}=1\times\dfrac{90000}{50000}=1.8\ \mathrm{MPa}

    이 P2가 지름 d3 = 400 mm인 주램 단면에 그대로 작용하므로
    W=1.8×106×π4(0.4)2=1.8×106×0.12572.26×105 NW=1.8\times10^{6}\times\dfrac{\pi}{4}(0.4)^{2}=1.8\times10^{6}\times0.1257\approx2.26\times10^{5}\ \mathrm{N}
    약 226 kN이다.

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    58[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    스프링클러의 중심축을 통해 공급되는 유량은 총3L/s이고 네 개의 회전이 가능한 관을 통해 경사를 이루고 있고 회전반지름은 0.3m이고 각 출구 지름은 1.5cm로 동일하다. 작동 과정에서 스프링클러의 회전에 대한 저항토크가 없을 때 회전 각속도는 약 몇 rad/s인가? (단, 회전축상의 마찰은 무시한다.)
    문제 이미지
    1
    1.225
    2
    4.42
    3
    4.24
    4
    12.25
    해설

    저항토크가 없으면 분출류의 절대속도 접선성분이 0이 되어야 하므로 ωr = V cos30°가 되고, 각속도는 약 12.25 rad/s이다.

    그림에서 회전반지름 r = 0.3 m이고, 각 노즐은 팔 끝에서 꺾여 원주 접선방향과 30°를 이루며 분출한다. 팔이 네 개이므로 한 팔의 유량은 Q1=34=0.75 L/sQ_{1}=\dfrac{3}{4}=0.75\ \mathrm{L/s}이다.

    노즐 단면적과 상대분출속도는
    A=π4(0.015)2=1.767×104 m2A=\dfrac{\pi}{4}(0.015)^{2}=1.767\times10^{-4}\ \mathrm{m^{2}}
    V=0.75×1031.767×104=4.24 m/sV=\dfrac{0.75\times10^{-3}}{1.767\times10^{-4}}=4.24\ \mathrm{m/s}

    접선성분이 상쇄되는 조건에서
    ω=Vcos30r=4.24×0.8660.312.25 rad/s\omega=\dfrac{V\cos 30^{\circ}}{r}=\dfrac{4.24\times0.866}{0.3}\approx12.25\ \mathrm{rad/s}
    약 12.25 rad/s다. 4.24는 상대분출속도(m/s) 자체이지 각속도가 아니라는 점에 주의한다.

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    59[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    높이 1.5m의 자동차가 108㎞/h의 속도로 주행할 때의 공기흐름 상태를 높이 1m의 모형을 사용해서 퐁동 실험하여 알아보고자 한다. 여기서 상사법칙을 만족시키기 위한 풍동의 공기 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 그 외 조건은 동일하다고 가정한다.)
    1
    20
    2
    30
    3
    45
    4
    67
    해설

    풍동의 공기 속도는 약 45m/s이어야 한다.

    레이놀즈수를 같게 하는 상사법칙을 적용하면 유체가 같으므로 VmLm=VpLpV_m L_m = V_p L_p이다.

    실제 속도 Vp=108 km/h=30 m/sV_p=108\ \mathrm{km/h}=30\ \mathrm{m/s}이고 Lp=1.5mL_p=1.5\mathrm{m}, Lm=1mL_m=1\mathrm{m}이므로 Vm=30×1.51=45 m/sV_m = 30\times\dfrac{1.5}{1}=45\ \mathrm{m/s}이다.

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    60[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    밀도가 p인 액체와 접촉하고 있는 기체 사이의 표면장력이 σ라고 할 때 그림과 같은 지름 d의 원통 모세관에서 액주의 높이 h를 구하는 식은? (단, g는 중력가속도이다.)
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    관 둘레를 따라 액체를 끌어올리는 표면장력과 액주 무게의 평형에서 h = 4σcosθ/(ρgd)가 나온다.

    그림처럼 지름 d인 모세관에서 표면장력 σ는 둘레 πd를 따라 관벽과 각 θ를 이루며 작용하므로, 액주를 위로 끌어올리는 힘의 연직성분은 πdσcosθ이다.

    올라간 액주의 무게는 ρgπ4d2h\rho g\cdot\dfrac{\pi}{4}d^{2}\cdot h이므로, 두 힘을 같게 두면
    πdσcosθ=ρgπ4d2h\pi d\sigma\cos\theta=\rho g\dfrac{\pi}{4}d^{2}h
    h=4σcosθρgdh=\dfrac{4\sigma\cos\theta}{\rho g d}

    혼동하기 쉬운 형태는 다음과 같다.

    • cos 대신 sin을 쓴 식은 접촉각 θ를 관벽 방향과 이루는 각으로 잡는 정의와 어긋난다.
    • 계수 4가 빠진 식은 둘레 πd와 단면적 πd²/4의 비(=4/d)를 반영하지 못한 것이다.

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    61[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    경도가 매우 큰 담금질한 강에 적당한 강인성을 부여할 목적으로 A1 변태점 이하의 일정온도로 가열 조작하는 열처리법은?
    1
    퀜칭(quenching)
    2
    템퍼링(tempering)
    3
    노멀라이징(normalizing)
    4
    마퀜칭(marquenching)
    해설

    담금질한 강의 경도가 매우 크면 취성이 증가하여 실제 사용에 부적합하므로, A1 변태점 이하의 온도로 재가열하여 강인성을 회복시키는 열처리가 필요하다. 이 공정을 템퍼링(tempering)이라 하며, 마르텐사이트 조직을 부분적으로 분해하면서 내부 응력을 제거하고 경도와 강인성의 균형을 맞춘다. 퀜칭은 경도를 높이는 담금질이고, 노멀라이징은 결정립 미세화가 목적이며, 마퀜칭은 냉각 시 응력을 줄이는 방법이므로 모두 해당하지 않는다.

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    62[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    피아노선재의 조직으로 가장 적당한 것은?
    1
    페라이트(ferrite)
    2
    소르바이트(sogbite)
    3
    오스테나이트(austenite)
    4
    마텐자이트(martensite)
    해설

    피아노선재는 높은 탄성, 우수한 인성, 그리고 충격 저항성을 동시에 요구하는 부품이다. 페라이트는 연성이 높아 강도가 부족하고, 오스테나이트는 비자성이며 강도가 낮으며, 마텐자이트는 매우 경하고 취약하여 충격에 약하다. 소르바이트는 템퍼링된 마텐자이트 구조로, 적절한 경도와 강도를 유지하면서도 우수한 인성과 탄성을 제공하기 때문에 피아노선과 같이 반복적인 응력과 충격을 견뎌야 하는 용도에 가장 적합하다.

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    63[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    마텐자이트(martensite) 변태의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?
    1
    마텐자이트는 고용체의 단일상이다.
    2
    마텐자이트 변태는 확산 변태이다.
    3
    마텐자이트 변태는 협동적 원자운동에 의한 변태이다,
    4
    마텐자이트의 결정 내에는 격자경함이 존재한다.
    해설

    "마텐자이트 변태는 확산 변태이다"라는 설명은 틀렸다.

    마텐자이트 변태는 원자들이 확산 없이 협동적으로 이동하는 무확산(비확산) 변태로, 매우 빠른 냉각으로 일어난다.

    따라서 마텐자이트는 단일 고용체 상이면서도 격자 결함(전위·쌍정)을 많이 포함하는 준안정 조직이 된다.

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    64[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    순철(α-Fe)의 자기변태 온도는 약 몇℃ 인가?
    1
    210℃
    2
    768℃
    3
    910℃
    4
    1410℃
    해설

    순철(α-Fe)의 자기변태 온도는 약 768℃이다.

    이 온도(퀴리점, A₂ 변태점)를 지나면 강자성이던 α철이 상자성으로 바뀌지만 결정구조 자체는 변하지 않는다.

    참고로 910℃는 α철이 γ철로 바뀌는 A₃ 동소변태점이고, 1410℃ 부근은 γ철이 δ철로 바뀌는 A₄ 동소변태점이다.

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    65[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    황동 가공재 특히 관∙봉 등에서 잔류응력에 기인하여 균열이 발생하는 현상은?
    1
    자연균열
    2
    시효경화
    3
    탈아연부식
    4
    저온풀림경화
    해설

    황동 가공재에서 잔류응력으로 인해 관·봉 같은 제품에 균열이 발생하는 현상을 자연균열(season cracking)이라 한다. 황동은 냉간 가공 후 결정립 내부에 잔류응력이 남아있는데, 이것이 시간 경과나 외부 환경(습도, 응력 등)의 영향을 받아 갑자기 균열로 발전하는 현상이다. 시효경화는 열처리 후 상변태로 강도가 증가하는 현상, 탈아연부식은 황동에서 아연이 선택적으로 부식되는 현상, 저온풀림경화는 냉간 변형 후 저온에서의 강화 현상으로 모두 잔류응력 자체가 아닌 다른 메커니즘이다.

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    66[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    빗금으로 표시한 입방격자면의 밀러지수는?
    문제 이미지
    1
    (100)
    2
    (010)
    3
    (110)
    4
    (111)
    해설

    그림에서 빗금 친 면은 x, y, z축 모두를 절편 1에서 교차하는 대각면(A, B, C를 지나는 면)이다. 밀러지수는 절편의 역수로 구하므로 절편이 (1,1,1)일 때 역수도 (1,1,1)이 되어 (111)면이 된다.

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    67[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    Fe-C 평형상태도에서 나타나는 철강의 기본조직이 아닌 것은?
    1
    페라이트
    2
    펄라이트
    3
    시멘타이트
    4
    마텐자이트
    해설

    마텐자이트는 Fe-C 평형상태도에 나타나는 조직이 아니다.

    평형상태도는 서냉 시 나타나는 안정 조직을 나타내며, 여기에는 페라이트·펄라이트·시멘타이트(및 오스테나이트, 레데뷰라이트)가 포함된다.

    마텐자이트는 오스테나이트를 급랭시켜 얻는 비평형(준안정) 조직이므로 평형상태도에는 나타나지 않는다.

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    68[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    6:4황동에 Pb을 약 1.5~3.0%를 첨가한 합금으로 정밀가공을 필요로 하는 부품 등에 사용되는합금은?
    1
    쾌삭황동
    2
    강력황동
    3
    델타메탈
    4
    애드미럴티 황동
    해설

    6:4황동(Cu 60%, Zn 40%)에 Pb 1.5~3.0%를 첨가한 합금은 쾌삭황동이다. 납(Pb)은 기계가공성을 크게 향상시키는 원소로, 쾌삭황동은 정밀가공이 필요한 부품(나사, 밸브 부품 등)에 널리 사용된다. 강력황동은 주로 망간을 첨가하여 강도를 높인 합금이고, 델타메탈은 구리 함유율이 높으며 니켈을 포함하는 합금이며, 애드미럴티황동은 주로 해수 부식 환경에서 사용되는 주석 첨가 황동으로 각각 다른 용도와 조성을 가진다.

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    69[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    고속도 공구강재를 나타내는 한국산업표준 기호로 옳은 것은?
    1
    SM20C
    2
    STC
    3
    STD
    4
    SKH
    해설

    고속도 공구강의 KS 재료기호는 SKH이다.

    • SM20C는 기계구조용 탄소강이다.
    • STC는 탄소공구강이다.
    • STD는 합금공구강(냉간·열간금형용)이다.

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    70[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    스테인리스강을 조직에 따라 분류한 것 중 틀린 것은?
    1
    페라이트계
    2
    마텐자이트계
    3
    시멘타이트계
    4
    오스테나이트계
    해설

    스테인리스강의 조직별 분류에 시멘타이트계는 존재하지 않는다.

    스테인리스강은 조직에 따라 페라이트계·마텐자이트계·오스테나이트계(및 석출경화계, 오스테나이트-페라이트계)로 분류되며, 시멘타이트는 탄소강의 조직명일 뿐 스테인리스강 분류 체계에는 쓰이지 않는다.

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    71[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    기름의 압축률이 6.8×10-5cm2/kgf일 때 압력을 0 에서 100kgf/cm2까지 압축하면 체적은 몇 % 감소하는가?
    1
    0.48
    2
    0.68
    3
    0.89
    4
    1.46
    해설

    체적 감소율은 0.68%이다.

    압축률 β\beta는 단위압력당 체적변화율을 의미하므로 체적감소율 ΔVV=β×ΔP\dfrac{\Delta V}{V}=\beta \times \Delta P로 구한다.

    ΔVV=6.8×105×100=6.8×103=0.68%\dfrac{\Delta V}{V} = 6.8\times10^{-5} \times 100 = 6.8\times10^{-3} = 0.68\%

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    72[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림의 유압 회로도에서 ①의 밸브 명칭으로 옳은 것은?
    문제 이미지
    1
    스톱 밸브
    2
    릴리프 밸브
    3
    무부하 밸브
    4
    카운터 밸런스 밸브
    해설

    펌프 토출관에서 분기해 남는 기름을 탱크로 되돌리며 회로 최고압력을 정해 주는 압력제어 밸브, 즉 릴리프 밸브다.

    그림에서 ①은 전동기(M)로 구동되는 펌프의 토출 직후 라인에 병렬로 물려 있고, 자신의 입구 압력을 점선(파일럿)으로 되받아 열리면 탱크로 배출하는 상시 닫힘 기호로 그려져 있다. 설정압을 넘는 분량만 탱크로 흘려보내 회로 압력을 일정 값 이하로 묶어 두는, 릴리프 밸브의 전형적인 배치다.

    같은 자리에 오해하기 쉬운 밸브들과 구별하면 다음과 같다.

    • 무부하 밸브는 축압기 등 다른 라인의 압력을 파일럿으로 받아 펌프를 무부하 순환시키는 것이어서, 자기 입구 압력으로 동작하는 이 기호와 다르다.
    • 카운터밸런스 밸브는 실린더의 자중 낙하를 막기 위해 액추에이터 배출측에 체크밸브와 짝지어 놓는 압력제어 밸브다. 그림의 실린더 라인에 체크밸브와 병렬로 놓인 것은 압력이 아니라 유량을 조이는 교축(유량조절) 밸브여서 속도제어용이며, 카운터밸런스가 아니다.
    • 스톱 밸브는 압력을 설정하는 기능이 없는 단순 개폐용이다.

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    73[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 액추에어이터의 공급 쪽 관로 내의 흐름을 제어함으로써 속도를 제어하는 회로는?
    문제 이미지
    1
    시퀀쓰 회로
    2
    체크 백 회로
    3
    미터 인 회로
    4
    미터 아웃 회로
    해설

    그림은 액추에이터로 들어가는 공급 관로에 교축과 체크밸브를 병렬로 넣어 전진 속도를 잡는 미터 인(meter-in) 회로다.

    로드가 없는 쪽(그림 왼쪽) 포트에서 내려온 관로에만 가변 교축(체크밸브 병렬 부착)이 들어 있고, 로드측 포트는 방향제어밸브로 곧장 연결되어 있다. 즉 실린더로 들어가는 유량만 조여 속도를 결정하고, 반대 방향 흐름은 체크밸브로 자유 통과시킨다.

    • 배출 쪽(로드측) 관로에 교축을 넣어 나가는 유량으로 속도를 잡는 것은 미터 아웃 회로인데, 그림의 로드측 관로에는 교축이 없다.
    • 설정 압력에 도달하면 다음 액추에이터가 순차로 작동하도록 짜는 것은 시퀀스 회로로, 속도 제어가 목적이 아니다.
    • 체크밸브로 역류만 막는 배관은 흐름 방향을 제한할 뿐 속도 제어 회로의 명칭이 아니다.

    미터 인은 부하가 이송 방향과 반대로 걸릴 때 안정적이고, 부하가 진행 방향으로 끌어당기는 하향 이송에서는 미터 아웃이 적합하다.

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    74[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    공기압 장치와 비교하여 유압장치의 일반적인 특징에 대한 설명 중 틀린 것은?
    1
    인화에 따른 폭발의 위험이 적다.
    2
    작은 장치로 큰 힘을 얻을 수 있다.
    3
    입력에 대한 출력의 응답이 빠르다.
    4
    방청과 윤활이 자동적으로 이루어진다.
    해설

    인화에 따른 폭발 위험이 적다는 설명이 틀렸다.

    유압장치는 가연성 작동유(오일)를 사용하므로 화재·폭발 위험이 공기압장치보다 오히려 크다는 것이 일반적 특징이다.

    작은 장치로 큰 힘을 낼 수 있고 응답이 빠르며 오일 자체가 방청·윤활 작용을 겸하는 점은 유압장치의 실제 장점에 해당한다.

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    75[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    4포트 3위치 방향밸브에서 일명 센터 바이패스형이라고도 하며, 중립이치에서 A,B 포트가 모두 닫히면 실린더는 임의의 위치에서 고정되고, 또 P 포트와 T 포트가 서로 통하게 되므로 펌프를 무부하 시킬 수 있는 형식은?
    1
    텐덤 센터형
    2
    오픈 센터형
    3
    클로즈드 센터형
    4
    펌프 클로즈드 센터형
    해설

    설명에 해당하는 형식은 텐덤 센터형이다.

    텐덤 센터형은 중립위치에서 A, B 포트가 모두 막히면서 실린더가 임의 위치에 고정되고, 동시에 P 포트와 T 포트가 서로 통해 펌프를 무부하 상태로 만들 수 있는 센터 바이패스형 밸브이다.

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    76[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 유압기호의 조작방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
    문제 이미지
    1
    2 방향 조작이다.
    2
    파일럿 조작이다.
    3
    솔레노이드 조작이다.
    4
    복동으로 조작할 수 있다.
    해설

    그림 기호는 밸브 양쪽에 삼각형(솔레노이드 기호)이 표시된 전자(솔레노이드) 조작 방식으로, 양쪽에서 조작 가능한 2방향(복동) 조작을 나타낸다. 파일럿 조작 기호는 유체 압력에 의한 조작을 나타내는 별도의 기호(반원형 등)로 표시되므로, 이 기호에는 해당하지 않아 "파일럿 조작이다"라는 설명이 옳지 않다.

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    77[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    관(튜브)의 끝을 넓히지 않고 관과 슬리브의 먹힘 또는 마찰에 의하여 관을 유지하는 관 이음쇠는?
    1
    스위블 이음쇠
    2
    플랜지 관 이음쇠
    3
    플 레어드 관 이음쇠
    4
    플 레어리스 관 이음쇠
    해설

    관 끝을 넓히지 않고 슬리브의 먹힘·마찰로 관을 고정하는 이음쇠는 플레어리스 관 이음쇠이다.

    플레어드 이음쇠는 관 끝을 나팔형으로 넓혀 체결하는 방식이므로 설명과 다르고, 스위블·플랜지 이음쇠는 체결 방식 자체가 다르다.

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    78[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    비중량(specific weight)의 MLT계 차원은? (단, M : 질량, L : 길이, T : 시간)
    1
    ML-1T-1
    2
    ML2T-3
    3
    ML-2T-2
    4
    ML2T-2
    해설

    비중량의 MLT계 차원은 ML2T2ML^{-2}T^{-2}이다.

    비중량은 힘을 체적으로 나눈 값이며, 힘의 차원은 MLT2MLT^{-2}, 체적의 차원은 L3L^{3}이다.

    MLT2L3=ML2T2\dfrac{MLT^{-2}}{L^{3}} = ML^{-2}T^{-2}

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    79[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 중 일반적으로 가변 용량형 펌프로 사용할 수 없는 것은?
    1
    내접 기어 펌프
    2
    축류형 피스톤 펌프
    3
    반경류형 피스톤 펌프
    4
    압력 불평형형 베인 펌프
    해설

    가변 용량형 펌프는 토출량을 조절할 수 있도록 설계된 펌프로, 축류형·반경류형 피스톤 펌프와 베인 펌프는 경판이나 경사판, 편심 캠 등을 조정하여 용량 변화가 가능하다. 반면 내접 기어 펌프는 고정된 크기의 두 기어(외부 기어와 내부 기어)가 물려 맞아 회전하므로 기하학적으로 용량 조절이 불가능하며, 오직 고정 용량형으로만 사용된다.

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    80[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    다음 중 드레인 배출기 붙이 필터를 나타내는 공유압 기호는?
    1
    2
    3
    4
    해설

    드레인 배출기 붙이 필터(드레인 필터)는 배수관 또는 드레인 라인에 장착되어 불순물을 제거하는 필터를 의미한다. 공유압 기호에서 드레인 필터는 기본 필터 기호에 드레인 배출용 화살표나 보조 포트가 추가된 형태로 표현된다. 보기 4번은 이러한 드레인 필터의 표준 공유압 기호로, 필터 본체에 하단의 드레인 배출 라인(드레인 포트)이 명확하게 표시되어 있어 드레인 배출기 붙이 필터를 정확하게 나타낸다. 보기 1~3번은 각각 일반 필터, 압력 필터, 흡수 필터 등 다른 유형의 필터 기호이므로 정답이 아니다.

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    81[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    w인 진동수를 가진 기저 진동에 대한 전달률(TR, transmissbility)을 1 미만으로 하기 위한 조건으로 가장 옳은 것은? (단, 진동계의 고유진동수는 wn이다.)
    1
    2
    3
    4
    해설

    기저 진동의 전달률을 1보다 작게 하려면 진동수비 w/wn 가 √2 보다 커야 한다.

    감쇠를 무시하면 TR=11(w/wn)2TR=\left|\dfrac{1}{1-(w/w_n)^2}\right| 이므로, TR<1 이 되려면 1(w/wn)2>1|1-(w/w_n)^2|>1, 즉 (w/wn)2>2(w/w_n)^2>2 가 되어 w/wn>2w/w_n>\sqrt{2} 이다.

    진동수비가 정확히 √2 이면 감쇠 유무와 관계없이 TR=1 이고, 그보다 작은 영역에서는 오히려 진동이 확대되어 전달된다(w/wn=1 부근이 공진). 방진 설계에서 스프링을 무르게 해 고유진동수를 낮추는 이유가 바로 이 √2 초과 영역으로 옮기기 위해서다.

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    82[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    스프링으로 지지되어 있는 어느 물체가 매분 120회를 진동할 때 진동수는 약 몇 rad/s 인가?
    1
    3.14
    2
    6.28
    3
    9.42
    4
    12.57
    해설

    각진동수는 약 12.57 rad/s이다.

    매분 120회이므로 진동수 f=12060=2 Hzf = \dfrac{120}{60} = 2\ \mathrm{Hz}이고, 단위가 rad/s이므로 각진동수 ω=2πf\omega = 2\pi f를 구한다.

    ω=2π×212.57 rad/s\omega = 2\pi \times 2 \approx 12.57\ \mathrm{rad/s}

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    83[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    질량이 m인 공이 그림과 같이 속력이 v, 각도가 α로 질량이 큰 금속판에 사출되었다. 만일 공과 금속판 사이의 반발계수가 0.8 이고, 공과 금속판 사이의 마찰이 무시된다면 입사각 α와 출사각 β의 관계는?
    문제 이미지
    1
    α에 관계없이 β = 0
    2
    a > β
    3
    a = β
    4
    a < β
    해설

    마찰이 없으므로 수평 속도 성분은 충돌 전후 그대로 보존되고, 수직 속도 성분만 반발계수 e=0.8이 곱해져 감소한다. 즉 vx=vsinαv_x' = v\sin\alpha(변화 없음), vy=0.8vcosαv_y' = 0.8\,v\cos\alpha(감소)이므로 출사 시 수직 성분이 작아져 tanβ=vsinα0.8vcosα>tanα\tan\beta = \dfrac{v\sin\alpha}{0.8v\cos\alpha} > \tan\alpha가 되어 β > α이다. 따라서 입사각보다 출사각이 커지는 α < β 관계가 성립한다.

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    84[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    10°의 기울기를 가진 경사면에 놓인 질량 100kg의 물체에 수평방향의 힘 500 N을 가하여 경사면 위로 물체를 밀어올린다. 경사면의 마찰계수가 0.2라면 경사면 방향으로 2m를 움직인 위치에서 물체의 속도는 약 얼마인가?
    문제 이미지
    1
    1.1m/s
    2
    2.1m/s
    3
    3.1m/s
    4
    4.1m/s
    해설

    경사면 방향 알짜힘으로 일-에너지 정리를 쓰면 약 2.1 m/s 가 나온다.

    그림처럼 수평으로 500 N을 밀므로 이를 경사면 좌표로 분해하면 경사면 방향 성분은 500cos10°=492.4 N, 경사면에 수직한 성분은 500sin10°=86.8 N이다. 따라서 수직항력은 N=100×9.81×cos10°+500×sin10°=966.1+86.8=1052.9 N 이다.

    운동을 방해하는 힘은 마찰 0.2×1052.9=210.6 N과 중력의 경사면 성분 100×9.81×sin10°=170.3 N이다.
    알짜힘 = 492.4 − 170.3 − 210.6 = 111.5 N
    한 일 = 111.5 × 2 = 223 J

    정지에서 출발했으므로 12mv2=223 J\tfrac{1}{2}mv^2=223\ \mathrm{J} 에서 v=2×2231002.1 m/sv=\sqrt{\dfrac{2\times223}{100}}\approx2.1\ \mathrm{m/s} 이다. 수평력의 경사면 수직 성분이 마찰을 키운다는 점을 빠뜨리면 답이 커진다.

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    85[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같은 1자유도 진동 시스템에서 임계 감쇠계수는 약 몇 N∙s/m인가?
    문제 이미지
    1
    80
    2
    400
    3
    800
    4
    2000
    해설

    임계 감쇠계수는 cc=2kmc_c=2\sqrt{km} 이므로 약 800 N·s/m 이다.

    그림의 계는 천장에 스프링 8 kN/m 와 감쇠기 c 가 나란히 매달려 질량 20 kg 을 지지하는 1자유도 진동계다.
    cc=2km=28000×20=2160000=2×400=800 Ns/mc_c=2\sqrt{km}=2\sqrt{8000\times20}=2\sqrt{160000}=2\times400=800\ \mathrm{N\cdot s/m}

    스프링 상수를 kN 단위 그대로 넣으면 자릿수가 어긋나므로 8 kN/m = 8000 N/m 로 환산해야 한다. cc=2mωnc_c=2m\omega_n 으로 풀어도 ωn=8000/20=20 rad/s\omega_n=\sqrt{8000/20}=20\ \mathrm{rad/s}, cc=2×20×20=800c_c=2\times20\times20=800 으로 같다.

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    86[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    길이가 1m이고 질량이 5kg인 균일한 막대가 그림과 같이 지지되어 있다. A점은 힌지로 되어 있어 B점에 연결된 줄이 갑자기 끊어졌을 때 막대는 자유로이 회전한다. 여기서 막대가 수직위치에 도달한 순간 각속도는 약 몇 rad/s 인가?
    문제 이미지
    1
    2.62
    2
    3.43
    3
    3.91
    4
    5.42
    해설

    에너지보존법칙을 적용한다. 막대가 수평에서 수직으로 회전하면 무게중심이 L/2L/2만큼 낙하하며, 이때 위치에너지 감소량이 회전운동에너지로 전환된다.
    mgL2=12Iω2mg\frac{L}{2} = \frac{1}{2}I\omega^2, 여기서 힌지 축에 대한 관성모멘트 I=13mL2I = \frac{1}{3}mL^2이다.
    대입하면 mgL2=1213mL2ω2mg\frac{L}{2} = \frac{1}{2}\cdot\frac{1}{3}mL^2\omega^2이므로 ω2=3gL\omega^2 = \frac{3g}{L}이다.
    ω=3×9.81=29.45.42 rad/s\omega = \sqrt{\frac{3 \times 9.8}{1}} = \sqrt{29.4} \approx 5.42\ \text{rad/s}5.42rad/s가 된다.

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    87[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    그림과 같이 질량이 m이고 길이가 L인 균일한 막대에 대하여 A점을 기준으로 한 질량 관성모멘트를 나타내는 식은?
    문제 이미지
    1
    mL2
    2
    3
    4
    해설

    그림처럼 막대의 한쪽 끝 A를 지나는 축에 대한 질량 관성모멘트는 13mL2\dfrac{1}{3}mL^2 이다.

    균일 막대의 질량중심축 값은 IG=112mL2I_G=\dfrac{1}{12}mL^2 이고, A는 중심에서 L/2 만큼 떨어져 있으므로 평행축 정리를 쓰면
    IA=IG+m(L2)2=112mL2+14mL2=13mL2I_A=I_G+m\left(\dfrac{L}{2}\right)^2=\dfrac{1}{12}mL^2+\dfrac{1}{4}mL^2=\dfrac{1}{3}mL^2

    112mL2\dfrac{1}{12}mL^2 은 중심축 값, 14mL2\dfrac{1}{4}mL^2 은 평행축 이동항만 따로 쓴 값이며, mL2mL^2 은 질량이 끝단 한 점에 몰린 경우다. 축의 위치를 먼저 확인하고 평행축 정리를 적용하는 것이 요령이다.

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    88[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    x방향에 대한 비감쇠 자유진동 식은 다음과 같이 나타난다. 여기서 시간(t) = 0 일 때의 변위를 x0속도를 v0라 하면 이 진동의 진폭을 옳게 나타낸 것은? (단, m은 질량, k는 스프링 상수이다.)
    문제 이미지
    1
    2
    3
    4
    해설

    운동방정식 mx¨+kx=0m\ddot{x}+kx=0의 해는 x(t)=x0cosωt+v0ωsinωtx(t)=x_0\cos\omega t+\dfrac{v_0}{\omega}\sin\omega t (단, ω=k/m\omega=\sqrt{k/m})이다. 이는 x(t)=Asin(ωt+ϕ)x(t)=A\sin(\omega t+\phi) 형태로 합성할 수 있으며, 진폭은 두 계수의 제곱합의 제곱근인 A=x02+(v0ω)2A=\sqrt{x_0^{2}+\left(\dfrac{v_0}{\omega}\right)^{2}}로 구해진다. 따라서 x0x_0v0/ωv_0/\omega를 각각 직각삼각형의 두 변으로 하여 벡터적으로 합성한 크기가 진폭이 되는 3번이 정답이다.

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    89[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    북극과 남극이 일직선으로 관통된 구멍을 통하여, 북극에서 지구 내부를 향하여 초기속도 v0=10m/s로 한 질점을 던졌다. 그 질점이 A점(S = R/2)을 통과할 때의 속력은 약 얼마인가? (단, 지구내부는 균일한 물질로 채워져 있으며, 중력가속도는 O점에서 0이고, O점으로 부터의 위치 S에 비례한다고 가정한다. 그리고 지표면에서 중력가속도는 9.8m/s2, 지구 반지름은 R=6371 km이다.)
    문제 이미지
    1
    6.84km/s
    2
    7.90km/s
    3
    8.44km/s
    4
    9.81km/s
    해설

    중력가속도가 g(S)=g0S/Rg(S) = g_0 S/R로 주어지므로 단진동 운동이며, 위치에너지는 U(S)=12g0RS2U(S) = \tfrac{1}{2}\tfrac{g_0}{R}S^2로 표현된다. 에너지보존을 이용하면 12v02+12g0RR2=12v2+12g0RS2\tfrac{1}{2}v_0^2 + \tfrac{1}{2}\tfrac{g_0}{R}R^2 = \tfrac{1}{2}v^2 + \tfrac{1}{2}\tfrac{g_0}{R}S^2 (북극, S=R에서 출발, A점 S=R/2). 정리하면 v2=v02+g0R(R2R24)=v02+34g0Rv^2 = v_0^2 + \tfrac{g_0}{R}\left(R^2 - \tfrac{R^2}{4}\right) = v_0^2 + \tfrac{3}{4}g_0 R. 수치 대입: v2=102+34×9.8×6.371×106=100+4.683×1074.683×107v^2 = 10^2 + \tfrac{3}{4}\times 9.8 \times 6.371\times10^6 = 100 + 4.683\times10^7 \approx 4.683\times10^7, 따라서 v6844m/s6.84km/sv \approx 6844\,\text{m/s} \approx 6.84\,\text{km/s}1번과 일치한다.

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    90[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    물방울이 떨어지기 시작하여 3초 후의 속도는 약 몇 m/s 인가? (단, 공기의 저항은 무시하고, 초기속도는 0으로 한다.)
    1
    29.4
    2
    19.6
    3
    9.8
    4
    3
    해설

    3초 후 속도는 약 29.4 m/s이다.

    초기속도 0인 자유낙하이므로 v=gtv = gt를 적용한다.

    v=9.8×3=29.4 m/sv = 9.8 \times 3 = 29.4\ \mathrm{m/s}

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    91[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    피복 아크용접에서 피복제의 주된 역할이 아닌 것은?
    1
    용착효율을 높인다.
    2
    아크를 안정하게 한다.
    3
    질화를 촉진한다.
    4
    스패터를 적게 발생시킨다.
    해설

    질화를 촉진한다는 것은 피복제의 역할이 아니다.

    피복제는 대기 중 질소·산소의 침입을 막아 오히려 질화·산화를 억제하며, 아크 안정, 용착효율 향상, 스패터 감소 등의 정련·보호 작용을 한다.

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    92[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    선반에서 절삭비(cutting ratio, γ\gamma) 의 표현식으로 옳은 것은? (단, ø의 전단각, a는 공구 윗면 경사각이다.)
    1
    2
    3
    4
    해설

    절삭비는 절삭 두께와 칩 두께의 비로, γ=sinϕcos(ϕα)\gamma=\dfrac{\sin\phi}{\cos(\phi-\alpha)} 로 표현된다.

    전단면의 길이를 lsl_s 라 하면 절삭 두께는 t1=lssinϕt_1=l_s\sin\phi, 칩 두께는 t2=lscos(ϕα)t_2=l_s\cos(\phi-\alpha) 이므로 두 값의 비가 곧 절삭비다.
    γ=t1t2=lssinϕlscos(ϕα)=sinϕcos(ϕα)\gamma=\dfrac{t_1}{t_2}=\dfrac{l_s\sin\phi}{l_s\cos(\phi-\alpha)}=\dfrac{\sin\phi}{\cos(\phi-\alpha)}

    칩은 항상 원래 절삭 두께보다 두꺼워지므로 절삭비는 1보다 작다. 이 식을 정리하면 전단각은 tanϕ=γcosα1γsinα\tan\phi=\dfrac{\gamma\cos\alpha}{1-\gamma\sin\alpha} 로 얻어진다. 분자·분모가 뒤집힌 형태나 sin과 cos이 서로 바뀐 형태는 이 유도와 맞지 않는다.

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    93[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    표면경화법에서 금속침투법 중 아연을 침투시키는 것은?
    1
    칼로라이징
    2
    세라다이징
    3
    크로마이징
    4
    실리코나이징
    해설

    금속침투법 중 아연을 침투시키는 것은 세라다이징이다.

    칼로라이징은 알루미늄, 크로마이징은 크롬, 실리코나이징은 규소를 침투시키는 표면경화법이다.

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    94[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    테르밋 용접(thermit welding)의 일반적인 특징으로 틀린 것은?
    1
    전력 소모가 크다.
    2
    용접시간이 비교적 짧다.
    3
    용접작업 후의 변형이 작다.
    4
    용접 작업장소의 이동이 쉽다.
    해설

    전력 소모가 크다는 설명이 틀렸다.

    테르밋용접은 화학반응열(테르밋 반응)을 이용하는 용접법이므로 전기가 거의 필요 없어 전력 소모가 적다.

    용접시간이 짧고 변형이 작으며 장비가 간단해 작업장소 이동이 쉬운 것은 테르밋용접의 실제 특징이다.

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    95[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    4개의 조가 각각 단독으로 이동하여 불규칙한 공작물의 고정에 적합하고 편심가공이 가능한 선반척은?
    1
    연동척
    2
    유압척
    3
    단동척
    4
    콜릿척
    해설

    불규칙한 공작물의 고정에 적합하고 편심가공이 가능한 선반척은 단동척이다. 단동척은 4개의 독립적인 조가 각각 단독으로 이동하여 작동하므로, 각 조를 개별적으로 조정하여 불규칙한 형상의 공작물도 정확히 고정할 수 있다. 이러한 개별 조정 특성 때문에 편심가공이나 비대칭 공작물의 고정에 유리하며, 연동척(조가 연동하여 동시에 작동)이나 유압척(유압으로 모든 조가 동시 작동)과 달리 각 조의 독립적 제어가 가능하다.

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    96[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    프레스 가공에서 전단가공의 종류가 아닌 것은?
    1
    세이빙
    2
    블랭킹
    3
    트리밍
    4
    스웨이징
    해설

    스웨이징은 전단가공이 아니다.

    세이빙(shaving)·블랭킹(blanking)·트리밍(trimming)은 모두 재료를 절단·전단하는 전단가공에 속한다.

    스웨이징은 다이 사이에서 재료를 압축해 단면을 성형하는 단조(압축)가공이다.

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    97[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    초음파 가공의 특징으로 틀린 것은?
    1
    부도체도 가공이 가능하다.
    2
    납, 구리, 연강의 가공이 쉽다.
    3
    복잡한 형상도 쉽게 가공한다.
    4
    공작물에 가공 변형이 남지 않는다.
    해설

    납, 구리, 연강의 가공이 쉽다는 설명이 틀렸다.

    초음파가공은 지립을 이용한 타격·연마 방식으로 유리·세라믹·초경합금 같은 취성재료에 적합하며, 납이나 구리처럼 연성이 큰 금속은 오히려 가공 효율이 낮다.

    부도체 가공이 가능하고 복잡한 형상도 쉽게 가공하며 가공 변형이 남지 않는 점은 초음파가공의 실제 특징이다.

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    98[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    지름 100mm, 판의 두께 3mm, 전단저항 45kgf/mm2인 SM40C 강판을 전단할 때 전단하중은 약 몇 kgf 인가?
    1
    42410
    2
    53240
    3
    67420
    4
    70680
    해설

    전단하중은 약 42410 kgf이다.

    전단하중 P=τ×πDtP = \tau \times \pi D t로 구하며, 전단면적은 원둘레×두께이다.

    P=45×π×100×342410 kgfP = 45 \times \pi \times 100 \times 3 \approx 42410\ \mathrm{kgf}

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    99[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    용탕의 충전 시에 모래의 팽창력에 의해 주형이 팽창하여 발생하는 것으로, 주물 표면에 생기는 불규칙한 형상의 크고 작은 돌기 모양을 하는 주물 결함은?
    1
    스캡
    2
    탕경
    3
    블로홀
    4
    수축공
    해설

    설명에 해당하는 주물 결함은 스캡이다.

    스캡은 주형의 모래가 용탕 충전 시 국부적 팽창으로 들뜨거나 박리되고 그 틈으로 쇳물이 스며들어, 주물 표면에 불규칙한 크고 작은 돌기가 생기는 결함이다.

    탕경(냉접)은 두 용탕류의 불완전한 융합, 블로홀은 가스 결함, 수축공은 응고수축에 의한 공동으로 발생 원인이 서로 다르다.

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    100[일반기계기사 필기] 17년 2회차
    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.
    해설

    형상이 복잡해질수록 가공속도가 변한다는 설명이 틀렸다.

    와이어컷 방전가공은 와이어 전극이 일정 속도로 이동하며 방전 가공하는 방식이라, 가공물 형상이 복잡해도 가공속도가 거의 일정하게 유지되는 것이 장점이다.

    표면거칠기가 양호하고 담금질강·초경합금 같은 경질재료도 높은 정밀도로 가공할 수 있는 것은 실제 특징이다.

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