2012년 국회사무처 9급 기계일반 가책형 기출문제 풀이
2012 9급 국회사무처 기계일반 가책형
관 내부 유체의 흐름이 층류인지 난류인지 판단하기 위한 무차원수와 그 의미를 바르게 나타낸 것은?
① Froude 수 = 중력 / 관성력
오답입니다 프루드 수는 관성력을 중력으로 나눈 값으로 분자·분모가 뒤바뀌었습니다.
② Prandtl 수 = 점성력 / 관성력
오답입니다 프란틀 수는 운동량확산도를 열확산도로 나눈 값(ν/α)입니다.
③ Euler 수 = 관성력 / 중력
오답입니다 오일러 수는 압력력을 관성력으로 나눈 값입니다.
④ Mach 수 = 유속 / 음속
오답입니다 마하 수의 정의는 맞지만 압축성 판단용이라 층류·난류 기준이 아닙니다.
⑤ Reynolds 수 = 관성력 / 점성력
정답입니다 레이놀즈 수 Re = ρVD/μ 는 관성력과 점성력의 비이고 층류·난류를 가릅니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ Reynolds 수 = 관성력 / 점성력
관 내부 유동이 층류인지 난류인지는 레이놀즈 수 Re = ρVD/μ = VD/ν 로 판정하며, 물리적으로 관성력을 점성력으로 나눈 값입니다. 원관에서는 대략 Re < 2,100이면 층류, Re > 4,000이면 난류로 봅니다. 나머지 무차원수는 정의가 틀렸거나(①②③) 층류·난류와 무관합니다(④). 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 유체역학 # 레이놀즈수 # 무차원수 # 층류난류 # 관성력 # 점성력
회전수 300 rpm인 펌프의 1회전 당 토출량이 0.5 리터이고 출구압력과 입구압력의 차이가 10 bar 이다. 이 펌프의 효율이 100 %일 때 이론적 소요동력은?
① 0.1 kW
오답입니다 1회전당 토출량을 0.02 리터로 잡으면 0.1 kW가 됩니다.
② 1 kW
오답입니다 1회전당 토출량을 0.2 리터로 잡으면 1 kW가 됩니다.
③ 2.5 kW
정답입니다 L = Δp·Q = 10⁶ N/m² × 0.0025 m³/s = 2,500 W입니다.
④ 10 kW
오답입니다 1회전당 토출량을 2 리터로 잡으면 10 kW가 됩니다.
⑤ 25 kW
오답입니다 10 bar를 10 MPa로 잘못 환산하면 25 kW가 됩니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 2.5 kW
토출량은 300 rpm × 0.5 L = 150 L/min = 0.15 m³/min = 0.0025 m³/s입니다. 압력차는 10 bar = 10 × 10⁵ N/m² = 10⁶ N/m² (= 1 MPa)입니다. 효율이 100 %이므로 이론동력은 L = Δp·Q = 10⁶ × 0.0025 = 2,500 W = 2.5 kW입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 유체역학 # 펌프동력 # 토출량 # 압력차 # 단위환산
한 쌍의 마찰차에서 원동차의 지름이 100 mm, 종동차의 지름이 160 mm이다. 종동차의 회전수가 500 rpm 일 때 원동차의 회전수는?
① 800 rpm
정답입니다 D₁N₁ = D₂N₂ 이므로 N₁ = 500 × 160/100 = 800 rpm입니다.
② 900 rpm
오답입니다 지름비를 1.6이 아니라 1.8로 잘못 잡으면 900 rpm이 됩니다.
③ 1000 rpm
오답입니다 지름비를 2로 잘못 잡으면 1,000 rpm이 됩니다.
④ 1100 rpm
오답입니다 지름비를 2.2로 잡아야 나오는 값이라 근거가 없습니다.
⑤ 1200 rpm
오답입니다 지름비를 2.4로 잡아야 나오는 값이라 근거가 없습니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 800 rpm
마찰차는 접촉점에서 미끄럼 없이 구르므로 두 바퀴의 원주속도가 같습니다. 즉 πD₁N₁ = πD₂N₂ 이므로 회전수는 지름에 반비례합니다. N₁ = N₂ × D₂/D₁ = 500 × 160/100 = 800 rpm입니다. 원동차가 더 작으므로 회전수는 종동차보다 빨라야 하는데, 그 배수는 1.6배입니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 기계요소설계 # 마찰차 # 속도비 # 원주속도 # 회전수
다음 가공 중 일반적인 선반의 작업이 아닌 것은?
① 원통가공
오답입니다 외경 원통가공은 선반의 가장 기본이 되는 작업입니다.
② 나사가공
오답입니다 나사 바이트와 이송장치를 써서 선반에서 나사를 깎을 수 있습니다.
③ 보링가공
오답입니다 구멍을 뚫은 뒤 보링 바이트로 안지름을 넓히는 보링도 선반 작업입니다.
④ 단면가공
오답입니다 단면(端面)가공은 공작물 끝면을 평평하게 깎는 정면절삭 작업입니다.
⑤ 키홈가공
정답입니다 축의 키홈은 밀링·슬로터·브로칭으로 가공하며 선반의 일반 작업이 아닙니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 키홈가공
선반은 공작물을 회전시키고 바이트를 이송시켜 깎는 기계이므로, 회전체 형상인 원통(외경)가공, 단면가공, 보링, 나사가공, 테이퍼가공, 널링 등이 기본 작업입니다. 반면 키홈은 회전하지 않는 축에 직선 홈을 파는 작업이라 밀링머신, 슬로터, 브로칭머신으로 합니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 기계공작법 # 선반 # 보링 # 나사가공 # 키홈가공
합성수지에 대한 다음 설명 중 옳은 것은?
① 일반적으로 전기전도성이 좋다.
오답입니다 합성수지는 대표적인 절연체로 전기전도성이 나쁩니다.
② 열경화성수지에는 폴리에틸렌, 에폭시 등이 있다.
오답입니다 폴리에틸렌은 열경화성이 아니라 열가소성수지입니다.
③ 열경화성수지는 한번 경화한 후에도 가열을 통하여 연하게 한 후 다시 경화가 가능하다.
오답입니다 한번 경화하면 다시 연화되지 않는 것이 열경화성수지의 특징입니다.
④ 열가소성수지에는 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등이 있다.
정답입니다 폴리프로필렌(PP)과 폴리스티렌(PS)은 모두 대표적인 열가소성수지입니다.
⑤ 일반적으로 열전도성이 좋다.
오답입니다 합성수지는 금속에 비해 열전도율이 매우 낮아 단열재로 쓰입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 열가소성수지에는 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등이 있다.
열가소성수지는 가열하면 연해지고 식으면 굳는 과정을 되풀이할 수 있는 수지로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 나일론 등이 있습니다. 열경화성수지는 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시처럼 한번 굳으면 재가열해도 연화되지 않습니다. 또 합성수지는 전기·열 전도성이 모두 나쁩니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 기계재료 # 합성수지 # 열가소성수지 # 열경화성수지 # 절연체
다음 중 소성가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 재료의 탄성한계를 벗어나도록 변형을 가한다.
오답입니다 탄성한계를 넘겨 영구변형을 주는 것이 소성가공의 정의입니다.
② 가공을 반복할수록 재료의 강도가 저하된다.
정답입니다 냉간에서 가공을 거듭하면 가공경화로 강도와 경도가 오히려 올라갑니다.
③ 단조, 전조가공은 소성가공의 일종이다.
오답입니다 단조와 전조는 대표적인 소성가공입니다.
④ 인발, 압출가공은 소성가공의 일종이다.
오답입니다 인발과 압출도 재료를 소성변형시켜 형상을 만드는 소성가공입니다.
⑤ 절삭가공에 비해 재료의 손실이 적다.
오답입니다 칩이 생기지 않으므로 절삭가공보다 재료 손실이 적습니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 가공을 반복할수록 재료의 강도가 저하된다.
소성가공은 재료에 탄성한계를 넘는 힘을 주어 영구변형을 남기는 가공으로 단조, 압연, 인발, 압출, 전조, 프레스가공 등이 여기에 속합니다. 냉간에서 가공을 반복하면 전위가 쌓여 가공경화가 일어나므로 강도와 경도는 높아지고 연성은 떨어집니다. 강도가 저하된다는 ②가 옳지 않습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 소성가공 # 가공경화 # 단조 # 전조 # 인발 # 압출
(밑변) × (높이) = 5 cm × 4 cm의 직사각형 단면을 가진 길이 3 m인 외팔보의 자유단에 집중하중을 작용시켰더니 8 mm의 처짐이 생겼다. 이 보에 발생하는 최대 굽힘응력은 얼마인가? (단, 탄성계수 = 214 GPa이다.)
① 8.1 MPa
오답입니다 처짐 공식의 계수 3을 다른 값으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 11.4 MPa
정답입니다 σ = 3Eδ(h/2)/L² = 3 × 214 GPa × 8 mm × 20 mm / 9 m² ≒ 11.4 MPa입니다.
③ 14.3 MPa
오답입니다 높이 h = 4 cm 대신 밑변 b = 5 cm를 넣으면 14.3 MPa가 됩니다.
④ 17.6 MPa
오답입니다 보의 길이를 3 m가 아닌 값으로 잘못 대입하면 나오는 값입니다.
⑤ 20.2 MPa
오답입니다 단면계수를 bh²/6이 아닌 다른 식으로 잡으면 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 11.4 MPa
끝단 집중하중 외팔보의 처짐은 δ = PL³/(3EI)이므로 P = 3EIδ/L³이고, 고정단의 최대 굽힘모멘트는 M = PL = 3EIδ/L²입니다. 최대 굽힘응력은 σ = M·(h/2)/I = 3Eδ(h/2)/L² 로 정리되어 단면2차모멘트와 폭 b가 소거됩니다. σ = 3 × 214 × 10⁹ × 0.008 × 0.02 / 3² = 1.14 × 10⁷ N/m² ≒ 11.4 MPa입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 재료역학 # 외팔보 # 처짐 # 굽힘응력 # 단면계수
피치가 5 mm인 세(3) 줄 나사에서 수나사를 고정하고 암나사를 240° 회전시키면 암나사는 몇 mm 이동하는가?
① 2 mm
오답입니다 피치와 줄 수를 모두 잘못 잡아야 나오는 값입니다.
② 3 mm
오답입니다 줄 수를 빼고 피치만으로 240°를 계산하면 3 mm 남짓이 됩니다.
③ 5 mm
오답입니다 한 줄 나사에서 1회전시켰을 때의 이동량이 5 mm입니다.
④ 10 mm
정답입니다 리드 15 mm × (240/360) = 10 mm입니다.
⑤ 15 mm
오답입니다 3줄 나사를 한 바퀴(360°) 돌렸을 때의 이동량이 15 mm입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 10 mm
나사의 1회전당 축방향 이동량인 리드는 L = 줄 수 × 피치 = 3 × 5 = 15 mm입니다. 240°는 한 바퀴의 240/360 = 2/3이므로 이동량은 15 × 2/3 = 10 mm입니다. 수나사를 고정하고 암나사를 돌려도 상대 이동량은 같습니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 기계요소설계 # 나사 # 리드 # 피치 # 줄수
내연기관에 대한 다음 설명 중 옳은 것은?
① 행정체적이란 피스톤이 상사점에 있을 때의 실린더 부피이다.
오답입니다 피스톤이 상사점에 있을 때의 부피는 행정체적이 아니라 간극체적입니다.
② 디젤기관의 압축비는 일반적으로 8 에서 12 정도이다.
오답입니다 압축비 8~12는 가솔린기관이고 디젤기관은 대략 15~22입니다.
③ 일반적으로 가솔린기관의 열효율이 디젤기관의 열효율보다 높다.
오답입니다 압축비가 높은 디젤기관의 열효율이 가솔린기관보다 높습니다.
④ 디젤기관 연료의 착화성을 나타내는 것은 세탄가이다.
정답입니다 세탄가는 디젤 연료의 착화성 지표이고, 가솔린은 옥탄가로 내폭성을 나타냅니다.
⑤ 가솔린기관의 연소실 내 최대압력은 50 bar에 이른다.
오답입니다 가솔린기관의 최고압력은 대략 30~40 bar이고 50 bar 이상은 디젤기관 쪽입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 디젤기관 연료의 착화성을 나타내는 것은 세탄가이다.
행정체적은 피스톤이 상사점에서 하사점까지 움직이며 쓸고 지나가는 부피이고, 상사점일 때 남는 부피는 간극(연소실)체적입니다. 압축비는 가솔린 8~12, 디젤 15~22 정도이며 압축비가 높은 디젤기관의 열효율이 더 높습니다. 디젤 연료의 착화성은 세탄가, 가솔린의 내폭성은 옥탄가로 나타냅니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 열역학 # 내연기관 # 세탄가 # 압축비 # 행정체적
이상기체인 7 kg의 공기가 온도 31 °C, 압력 0.76 MPa 상태로 용기에 들어 있다. 얼마 후 용기 중의 상태가 온도 19 °C, 압력 0.38 MPa로 되었다면 몇 kg의 공기가 새어 나갔는가? (공기의 = 0.287 kJ/kgK)
① 1.30 kg
오답입니다 온도를 절대온도로 바꾸지 않고 섭씨 그대로 넣으면 1.30 kg이 나옵니다.
② 3.12 kg
오답입니다 ⑤와 짝을 이루는 값으로 남은 질량을 3.88 kg으로 잘못 계산했을 때 나옵니다.
③ 3.36 kg
정답입니다 남은 질량 3.64 kg을 처음 7 kg에서 빼면 3.36 kg입니다.
④ 3.64 kg
오답입니다 용기에 남아 있는 공기의 질량으로, 새어 나간 양이 아닙니다.
⑤ 3.88 kg
오답입니다 ②와 짝을 이루는 값으로 남은 질량을 3.12 kg으로 잘못 계산했을 때 나옵니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 3.36 kg
용기의 체적은 변하지 않으므로 처음 상태에서 V = m₁RT₁/p₁ = 7 × 0.287 × 304 / 760 ≒ 0.804 m³입니다. 나중 상태의 질량은 m₂ = p₂V/(RT₂) = 380 × 0.804 / (0.287 × 292) ≒ 3.64 kg입니다. 따라서 새어 나간 공기는 7 - 3.64 = 3.36 kg입니다. 온도는 반드시 절대온도(K)로 바꾸어 대입해야 합니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 열역학 # 이상기체상태방정식 # 정적과정 # 절대온도 # 질량계산
왕복펌프에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 피스톤, 실린더, 흡입밸브, 송출밸브로 구성된다.
오답입니다 실린더·피스톤과 흡입·송출밸브로 이루어진 것이 왕복펌프의 기본 구조입니다.
② 저속운전이 가능하다.
오답입니다 용적형이라 저속에서도 규정 압력을 낼 수 있어 저속운전이 가능합니다.
③ 유량은 적으나 고압이 요구될 때 사용할 수 있다.
오답입니다 유량은 적지만 높은 압력을 낼 수 있어 고압용으로 씁니다.
④ 피스톤 대신 플런저가 사용되는 경우도 있다.
오답입니다 지름이 작고 긴 플런저를 쓰면 플런저펌프가 됩니다.
⑤ 동일유량을 내는 원심펌프에 비해서 소형이다.
정답입니다 같은 유량이라면 왕복펌프가 원심펌프보다 크고 무거워 대형입니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 동일유량을 내는 원심펌프에 비해서 소형이다.
왕복펌프는 실린더 안에서 피스톤(또는 플런저)이 왕복하며 흡입·송출밸브를 여닫아 액체를 밀어내는 용적형 펌프입니다. 저속에서도 높은 압력을 낼 수 있어 소유량 고압용으로 적합하지만, 왕복운동부와 밸브가 있어 같은 유량을 내는 원심펌프보다 구조가 복잡하고 크기·중량이 큽니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 유체역학 # 왕복펌프 # 용적형펌프 # 플런저펌프 # 원심펌프
안지름이 18 cm, 길이 900 m인 수평 직선 원형관 내부를 물이 1.57 m/s의 평균속도로 흐르고 있다. 관마찰계수가 0.06일 때 마찰손실수두는?
① 12.1 m
오답입니다 관 길이나 지름을 잘못 대입했을 때 나오는 값입니다.
② 19.4 m
오답입니다 손실수두를 절반 수준으로 잡았을 때 나오는 크기입니다.
③ 25.8 m
오답입니다 관마찰계수나 지름을 조금씩 다르게 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 37.7 m
정답입니다 = 0.06 × (900/0.18) × (1.57²/19.6) ≒ 37.7 m입니다.
⑤ 46.3 m
오답입니다 안지름 대신 다른 지름을 대입하면 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 37.7 m
원관의 마찰손실수두는 달시-바이스바흐 식 = f (L/d)(v²/2g) 로 구합니다. f = 0.06, L = 900 m, d = 0.18 m이므로 L/d = 5,000이고, 속도수두는 v²/2g = 1.57² / (2 × 9.8) ≒ 0.1257 m입니다. = 0.06 × 5,000 × 0.1257 ≒ 37.7 m입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 유체역학 # 달시바이스바흐식 # 마찰손실수두 # 관마찰계수 # 속도수두
드릴링 머신에 의한 가공으로 거리가 먼 것은?
① 카운터 보링
오답입니다 카운터 보링은 볼트머리가 묻히도록 구멍 입구를 단지게 넓히는 드릴링 작업입니다.
② 리밍
오답입니다 리밍은 뚫은 구멍을 리머로 다듬어 정밀도를 높이는 드릴링 작업입니다.
③ 보링
오답입니다 드릴로 뚫은 구멍을 보링공구로 넓히는 보링도 드릴링 머신에서 합니다.
④ 스폿 페이싱
오답입니다 스폿 페이싱은 구멍 주위 자리면을 평평하게 깎는 드릴링 작업입니다.
⑤ 슬로팅
정답입니다 슬로팅은 슬로터(수직 셰이퍼)로 홈을 파는 작업이라 드릴링 머신과 무관합니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 슬로팅
드릴링 머신의 대표 작업은 드릴링, 리밍, 태핑, 보링, 카운터 보링, 카운터 싱킹, 스폿 페이싱입니다. 모두 회전하는 공구를 축방향으로 밀어 구멍을 뚫거나 다듬는 작업입니다. 반면 슬로팅은 공구가 상하로 직선 왕복하며 키홈 등을 깎는 슬로터의 작업입니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 기계공작법 # 드릴링머신 # 리밍 # 카운터보링 # 스폿페이싱 # 슬로터
절삭가공에 사용되는 절삭유의 역할로 옳지 않은 것은?
① 재료의 가공경화층 형성
정답입니다 절삭유는 마찰과 발열을 줄여 오히려 가공경화층 생성을 억제합니다.
② 공구의 수명 향상
오답입니다 공구날의 온도와 마모를 낮추어 공구수명을 늘립니다.
③ 냉각효과
오답입니다 절삭열을 빼앗아 공작물의 열변형을 막는 냉각작용을 합니다.
④ 재료의 부식 방지
오답입니다 방청제가 들어 있어 공작물과 공작기계의 부식을 막습니다.
⑤ 칩의 제거
오답입니다 절삭부에 흘러들어 칩을 씻어내는 세척작용을 합니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 재료의 가공경화층 형성
절삭유의 주된 역할은 냉각, 윤활, 세척(칩 배출), 방청입니다. 이를 통해 절삭저항과 절삭열이 줄어 공구수명이 늘고 다듬질면이 좋아집니다. 가공경화층은 절삭 중 소성변형으로 표면이 단단해지는 바람직하지 않은 현상이며, 절삭유는 이를 만드는 것이 아니라 줄이는 쪽으로 작용합니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 기계공작법 # 절삭유 # 냉각작용 # 윤활작용 # 가공경화층
다음의 철강재료에 대한 설명 중 틀린 것은?
① 다른 재료에 비해서 강인하고 경도가 높으며 가공성이 좋다.
오답입니다 철강은 다른 재료에 비해 강인하고 경도가 높으면서 가공성도 좋습니다.
② 주성분인 철 이외에 탄소, 규소, 망간, 인, 황 등의 원소를 첨가하기도 한다.
오답입니다 탄소, 규소, 망간, 인, 황은 강의 5대 원소로 함께 들어 있습니다.
③ 용광로에서 선철을 만드는 과정을 제강공정이라 한다.
정답입니다 용광로에서 선철을 만드는 것은 제선공정이고, 제강은 선철의 탄소를 낮추는 공정입니다.
④ 열처리를 하면 성질을 다양하게 변화시킬 수 있다.
오답입니다 담금질·뜨임·풀림·불림 등으로 성질을 폭넓게 바꿀 수 있습니다.
⑤ 용광로에는 철광석 외에도 코크스 및 석회석을 함께 넣어준다.
오답입니다 용광로에는 철광석과 함께 환원제인 코크스, 용제인 석회석을 넣습니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 용광로에서 선철을 만드는 과정을 제강공정이라 한다.
철광석을 용광로(고로)에 넣고 코크스로 환원시켜 선철(pig iron)을 얻는 과정은 제선공정입니다. 제강공정은 그 선철을 전로나 전기로에 넣어 탄소와 불순물을 태워 없애고 강(steel)으로 만드는 과정입니다. 두 공정의 이름이 바뀐 ③이 틀렸습니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 기계재료 # 제선공정 # 제강공정 # 용광로 # 선철 # 코크스
다음 설명 중 맞는 것은?
① 페라이트는 철에 탄소원자가 고용된 형태이다.
정답입니다 페라이트는 체심입방격자인 α철에 탄소가 침입형으로 고용된 조직입니다.
② 철에 탄소가 고용된 형태를 오스테나이트라 한다.
오답입니다 오스테나이트는 β철이 아니라 면심입방격자인 γ철에 탄소가 고용된 조직입니다.
③ 세멘타이트의 화학식은 Fe3CO 이다.
오답입니다 세멘타이트는 탄소 6.67 %의 철탄화물로 화학식은 Fe₃C입니다.
④ 오스테나이트는 상온에서 냉각하면 페라이트와 펄라이트로 분해된다.
오답입니다 냉각 후 조직은 탄소량에 따라 달라져 페라이트+펄라이트로 일반화할 수 없습니다.
⑤ 레데부라이트는 오스테나이트와 페라이트가 혼합된 조직이다.
오답입니다 레데부라이트는 오스테나이트와 세멘타이트가 섞인 공정조직입니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 페라이트는 α철에 탄소원자가 고용된 형태이다.
페라이트는 상온에서 안정한 체심입방격자 α철에 탄소가 극히 적게(최대 0.02 %) 고용된 조직입니다. 오스테나이트는 면심입방격자인 γ철에 탄소가 고용된 조직이고, 세멘타이트는 Fe₃C, 레데부라이트는 오스테나이트와 세멘타이트의 공정조직(탄소 4.3 %)입니다. 또 오스테나이트를 서냉했을 때의 조직은 탄소량에 따라 페라이트+펄라이트, 펄라이트, 펄라이트+세멘타이트로 갈립니다. 따라서 ①입니다.
※ ③의 “Fe3CO”는 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것이며, 세멘타이트의 올바른 화학식은 Fe₃C입니다.
키워드 # 기계재료 # 페라이트 # 오스테나이트 # 세멘타이트 # 레데부라이트 # 펄라이트
지름 0.05 m인 원형축이 굽힘모멘트 을 견디도록 설계되어 있다. 축의 다른 치수 및 설계조건이 모두 동일한 경우, 여덟 배의 굽힘모멘트 (8x)을 견디기 위한 축의 지름은?
① 0.05 m
오답입니다 지름이 그대로면 견딜 수 있는 굽힘모멘트도 그대로입니다.
② 0.10 m
정답입니다 σ = 32M/(πd³)에서 d³이 8배가 되어야 하므로 지름은 2배인 0.10 m입니다.
③ 0.15 m
오답입니다 지름을 3배로 하면 견디는 모멘트가 27배가 되어 지나칩니다.
④ 0.20 m
오답입니다 지름을 4배로 하면 64배의 모멘트를 견디게 되어 과합니다.
⑤ 0.40 m
오답입니다 지름을 8배로 하면 512배가 되어 크게 과합니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 0.10 m
원형축의 굽힘응력은 σ = M/Z이고 단면계수는 Z = πd³/32이므로 σ = 32M/(πd³)입니다. 허용응력 등 설계조건이 같으므로 M ∝ d³ 이 되어야 합니다. 모멘트가 8배가 되려면 d³이 8배, 즉 지름이 2배가 되어야 하므로 d = 2 × 0.05 = 0.10 m입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 재료역학 # 굽힘응력 # 단면계수 # 원형축 # 축설계
원형단면봉이 축방향 압축하중만 받고 있다. 봉의 지름과 길이만 반으로 줄였을 때, 수직응력은 어떻게 변화하겠는가?
① 반으로 줄어든다.
오답입니다 하중은 그대로인데 단면적이 1/4로 줄었으므로 응력이 작아질 수는 없습니다.
② 변화가 없다.
오답입니다 단면적이 1/4로 줄었으므로 응력은 반드시 커집니다.
③ 2배가 된다.
오답입니다 지름에 반비례한다고 보면 2배지만 단면적은 지름의 제곱에 비례합니다.
④ 4배가 된다.
정답입니다 A = πd²/4 이 1/4로 줄므로 σ = P/A 는 4배가 됩니다.
⑤ 8배가 된다.
오답입니다 길이 감소까지 곱해 8배로 본 것이나 길이는 수직응력과 무관합니다.
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정답 ④ 4배가 된다.
축방향 하중을 받는 봉의 수직응력은 σ = P/A 로, 하중과 단면적만으로 정해집니다. 길이는 변형량 δ = PL/(AE)에는 영향을 주지만 응력에는 영향이 없습니다. 지름을 반으로 줄이면 A = πd²/4 이 1/4로 줄어드므로 응력은 4배가 됩니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 재료역학 # 수직응력 # 축하중 # 단면적 # 변형량
이상적인 열기관인 카르노(Carnot) 기관의 고온부 온도가 327 °C, 저온부 온도가 127 °C 일 때 열효율은 얼마인가?
① 33.3 %
정답입니다 η = 1 - 400/600 = 1/3 ≒ 33.3 %입니다.
② 50.0 %
오답입니다 온도차 200 K를 저온부 400 K로 나누면 50 %가 됩니다.
③ 61.2 %
오답입니다 절대온도로 바꾸지 않고 섭씨 그대로 1 - 127/327 로 계산한 값입니다.
④ 66.7 %
오답입니다 효율이 아니라 온도비 / = 400/600 을 그대로 쓴 값입니다.
⑤ 100 %
오답입니다 열효율 100 %는 열역학 제2법칙에 어긋나 불가능합니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 33.3 %
카르노 기관의 열효율은 η = 1 - /이며 온도는 반드시 절대온도로 넣어야 합니다. = 327 + 273 = 600 K, = 127 + 273 = 400 K이므로 η = 1 - 400/600 = 1/3 ≒ 33.3 %입니다. 섭씨온도를 그대로 넣으면 61.2 %라는 엉뚱한 값이 나옵니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 열효율 # 절대온도 # 열역학제2법칙
다음 중 가스터빈 엔진의 가장 기본이 되는 열역학적 사이클은?
① 오토 (Otto) 사이클
오답입니다 오토 사이클은 불꽃점화 가솔린 왕복기관의 기본 사이클입니다.
② 랭킨 (Rankine) 사이클
오답입니다 랭킨 사이클은 보일러와 터빈을 쓰는 증기동력 사이클입니다.
③ 브레이튼 (Brayton) 사이클
정답입니다 단열압축·정압가열·단열팽창·정압방열로 이루어진 가스터빈의 기본 사이클입니다.
④ 사바테 (Sabathe) 사이클
오답입니다 사바테 사이클은 정적·정압에서 나누어 가열하는 고속 디젤기관의 사이클입니다.
⑤ 스털링 (Stirling) 사이클
오답입니다 스털링 사이클은 등온 2개와 정적 2개로 이루어진 외연기관 사이클입니다.
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정답 ③ 브레이튼 (Brayton) 사이클
가스터빈은 압축기에서 공기를 단열압축하고, 연소실에서 압력을 유지한 채 가열한 뒤, 터빈에서 단열팽창시키고 대기로 정압방열합니다. 이 단열압축-정압가열-단열팽창-정압방열의 조합이 브레이튼 사이클이며 정압연소 사이클이라고도 합니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 열역학 # 가스터빈 # 브레이튼사이클 # 정압가열 # 단열팽창
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