2017년 국회사무처 9급 기계일반 가책형 기출문제 풀이
2017 9급 국회사무처 기계일반 가책형
다음 금속 중 결정구조가 다른 하나는?
① 알루미늄(Al)
오답입니다 알루미늄은 면심입방격자(FCC)로 전연성이 좋습니다.
② 니켈(Ni)
오답입니다 니켈도 면심입방격자(FCC)입니다.
③ 크롬(Cr)
정답입니다 크롬은 혼자만 체심입방격자(BCC)입니다.
④ 구리(Cu)
오답입니다 구리는 면심입방격자(FCC)로 가공성이 좋습니다.
⑤ 은(Ag)
오답입니다 은도 면심입방격자(FCC)입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 크롬(Cr)
알루미늄, 니켈, 구리, 은은 모두 면심입방격자(FCC) 금속으로 원자 충전율이 높아 전연성이 좋습니다. 반면 크롬은 체심입방격자(BCC) 금속이며, 텅스텐·몰리브덴·바나듐·α철도 같은 BCC 계열입니다. 결정구조가 다른 하나는 크롬입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 기계재료 # 결정구조 # 면심입방격자 # 체심입방격자 # 금속결정
다음 중 경계층 유동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 물체의 표면 근처에서 발생한다.
오답입니다 경계층은 점성 때문에 물체 표면 근처에 생기는 얇은 층입니다.
② 전단응력이 일정하다.
정답입니다 전단응력은 벽면에서 최대이고 경계층 바깥으로 갈수록 0에 가까워집니다.
③ 속도구배가 존재한다.
오답입니다 벽면에서 0, 바깥에서 자유흐름 속도이므로 속도구배가 존재합니다.
④ 점성유동이다.
오답입니다 점성의 영향이 지배적인 영역이라 점성유동입니다.
⑤ 회전유동이다.
오답입니다 속도구배가 있으므로 와도가 생겨 회전유동입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 전단응력이 일정하다.
경계층은 벽면의 점착조건 때문에 속도가 0에서 자유흐름 속도까지 변하는 얇은 점성 영역입니다. 전단응력은 τ = μ(du/dy)인데 속도구배가 벽면에서 가장 크고 경계층 끝으로 갈수록 작아지므로 전단응력은 일정하지 않고 벽면에서 최대가 됩니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 유체역학 # 경계층 # 전단응력 # 속도구배 # 점성유동
소성 가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 열간 가공된 제품의 표면 상태는 양호하고 치수도 균일하다.
정답입니다 열간 가공은 산화스케일이 생겨 표면이 거칠고 치수정밀도가 낮습니다.
② 재결정 온도 이하에서의 가공을 냉간 가공이라고 한다.
오답입니다 재결정 온도를 기준으로 그 아래가 냉간, 위가 열간 가공입니다.
③ 소성 가공에는 단조, 인발, 압연, 압출, 전조 가공이 있다.
오답입니다 단조·인발·압연·압출·전조는 모두 대표적인 소성 가공입니다.
④ 냉간 가공 시 항복강도, 인장강도 등을 개선할 수 있다.
오답입니다 냉간 가공은 가공경화로 항복강도와 인장강도를 높입니다.
⑤ 냉간 단조의 예로 코이닝(coining)과 스웨이징(swaging)이 있다.
오답입니다 코이닝과 스웨이징은 냉간 단조의 대표적인 예입니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 열간 가공된 제품의 표면 상태는 양호하고 치수도 균일하다.
표면 상태가 양호하고 치수가 균일한 쪽은 냉간 가공입니다. 열간 가공은 재결정 온도 이상에서 하므로 변형저항이 작아 큰 변형을 쉽게 줄 수 있지만, 고온 산화로 스케일이 생기고 냉각 수축이 커서 표면이 거칠고 치수정밀도가 떨어집니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 소성가공 # 열간가공 # 냉간가공 # 재결정온도 # 가공경화
그림과 같이 길이가 인 선형탄성 막대의 양쪽 끝을 각각 천장과 질량 인 물체에 매달았더니 막대가 만큼 변형하였다. 이 막대를 길이가 인 두 개의 막대로 나누어 양쪽 끝을 각각 천장과 질량 4인 물체에 매달았을 경우 막대의 변형은?
① /8
오답입니다 하중이 4배로 커진 것을 반영하지 않고 길이·개수 효과만 거듭 적용한 값입니다.
② /4
오답입니다 하중 증가를 빼먹고 길이 1/2과 막대 2개 효과만 반영하면 나옵니다.
③ /2
오답입니다 막대가 2개가 된 효과만 반영했을 때 나오는 값입니다.
④
정답입니다 하중 4배 × 길이 1/2 × 병렬 2개 = 4 × 1/2 × 1/2 = 1배 그대로입니다.
⑤ 2
오답입니다 병렬로 2개가 된 것을 빼먹고 하중 4배와 길이 1/2만 반영한 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ d
선형탄성 막대의 변형은 δ = PL/(AE)입니다. 처음에는 d = mgL/(AE)입니다. 바뀐 경우 그림처럼 길이 L/2인 막대 두 개가 나란히(병렬로) 4m을 매달고 있으므로 막대 한 개가 받는 하중은 4mg/2 = 2mg이고 길이는 L/2입니다. δ′ = (2mg)(L/2)/(AE) = mgL/(AE) = d 로 처음과 같습니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 재료역학 # 축하중 # 변형량 # 선형탄성 # 병렬막대
선형탄성 재료로 이루어진 균일단면 봉의 양 끝점이 고정되어 있다. 다음 중 이 봉의 온도가 변하여 발생하는 열변형과 열응력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 열응력은 탄성계수가 클수록 더 커진다.
오답입니다 σ = EαΔT이므로 탄성계수 E가 크면 열응력도 커집니다.
② 열응력은 열팽창계수가 클수록 더 커진다.
오답입니다 열팽창계수 α에 비례하므로 α가 크면 열응력도 커집니다.
③ 축 방향 변형률은 없다.
오답입니다 양 끝이 고정되어 늘어나지 못하므로 전체 축 방향 변형률은 0입니다.
④ 열응력은 봉의 단면적과 무관하다.
오답입니다 식에 단면적 A가 없으므로 단면적과 무관합니다.
⑤ 열응력은 봉의 길이가 길어질수록 더 커진다.
정답입니다 식에 길이 L이 들어 있지 않으므로 길이와 무관합니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 열응력은 봉의 길이가 길어질수록 더 커진다.
양단 고정 봉은 온도가 변해도 늘어나지 못하므로 열팽창 변형률 αΔT를 그대로 되돌리는 압축(또는 인장) 변형률이 생깁니다. 전체 변형률이 0이므로 열응력은 σ = EαΔT 가 되어 탄성계수와 열팽창계수, 온도차에만 비례합니다. 단면적이나 길이는 식에 들어가지 않으므로 길이가 길어져도 열응력은 변하지 않습니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 재료역학 # 열응력 # 열변형 # 열팽창계수 # 양단고정
무한히 큰 고정평판과 이동평판 사이에 점성계수가 1.8 N·s/m2인 유체가 아래 그림과 같은 속도 분포를 갖는다. 이동평판의 속도 가 10 m/s로 일정하고 평판사이의 높이 가 0.2 m일 때 이동평판 벽면에서의 전단응력은 몇 N/m2인가?
① 0.036
오답입니다 속도구배를 뒤집어 H/V = 0.02로 계산하면 나오는 값입니다.
② 0.36
오답입니다 속도구배 대신 높이 H를 그대로 곱했을 때 나오는 값입니다.
③ 3.6
오답입니다 H로 나누지 않고 곱해서 1.8 × 10 × 0.2로 계산한 값입니다.
④ 9
오답입니다 점성계수를 0.18 N·s/m²로 잘못 보면 나오는 값입니다.
⑤ 90
정답입니다 τ = μ(V/H) = 1.8 × (10/0.2) = 90 N/m²입니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 90
그림의 속도 분포가 직선이므로 속도구배는 du/dy = V/H = 10/0.2 = 50 1/s 로 일정합니다. 뉴턴의 점성법칙 τ = μ(du/dy)에 대입하면 τ = 1.8 × 50 = 90 N/m²입니다. 선형 분포라 이동평판 벽면과 고정평판 벽면의 전단응력 크기는 같습니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 유체역학 # 뉴턴의점성법칙 # 쿠에트유동 # 전단응력 # 속도구배
디젤기관과 비교한 가솔린기관의 특징으로 옳지 않은 것은?
① 압축비가 낮다.
오답입니다 가솔린기관은 노킹 때문에 압축비가 7~11 정도로 디젤(15~22)보다 낮습니다.
② 소음이 적다.
오답입니다 압축착화가 아니라 전기점화라 연소가 완만해 소음이 적습니다.
③ 시동 걸기가 쉽다.
오답입니다 점화플러그로 불꽃을 만들므로 저온에서도 시동이 쉽습니다.
④ 열효율이 높다.
정답입니다 압축비가 낮아 열효율은 디젤기관보다 낮습니다.
⑤ 상대적으로 소형 동력기관에 적합하다.
오답입니다 고속·경량화가 쉬워 소형 동력기관에 적합합니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 열효율이 높다.
오토 사이클의 이론 열효율은 1 − 1/ε^(k−1) 로 압축비 ε가 클수록 높아집니다. 가솔린기관은 노킹 때문에 압축비를 높게 잡을 수 없어 디젤기관보다 압축비가 낮고, 그만큼 열효율도 낮습니다. 대신 소음·진동이 적고 시동이 쉬우며 소형 고속기관에 유리합니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 열역학 # 가솔린기관 # 디젤기관 # 압축비 # 열효율
저공해 대체에너지 중 하나인 메탄올에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 옥탄가와 세탄가가 비교적 높아 디젤기관에 적합하다.
정답입니다 메탄올은 옥탄가는 높지만 세탄가가 매우 낮아 압축착화에 불리합니다.
② 연소성이 좋고 질소산화물 배출이 감소한다.
오답입니다 연소온도가 낮아 질소산화물(NOx) 배출이 줄어듭니다.
③ 기화잠열이 커서 잘 기화되지 않는다.
오답입니다 기화잠열이 커서 저온 시동성이 나쁜 것이 메탄올의 단점입니다.
④ 금속, 수지, 고무류를 강하게 부식 및 열화시킨다.
오답입니다 알코올 특유의 부식성 때문에 금속·수지·고무를 열화시킵니다.
⑤ 천연가스와 석탄 등의 탄소원으로부터 제조 가능하다.
오답입니다 천연가스, 석탄 등 탄소원에서 합성해 만들 수 있습니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 옥탄가와 세탄가가 비교적 높아 디젤기관에 적합하다.
메탄올은 옥탄가가 높아 가솔린기관(불꽃점화)에는 잘 맞지만, 자기착화성을 나타내는 세탄가는 매우 낮습니다. 따라서 압축착화 방식인 디젤기관에는 그대로 쓰기 어렵고 착화보조제나 별도 점화장치가 필요합니다. 나머지는 메탄올의 낮은 NOx 배출, 큰 기화잠열, 부식성, 합성 가능성으로 모두 옳은 설명입니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 열역학 # 대체연료 # 메탄올 # 옥탄가 # 세탄가
길이 4 m의 강체 와 길이 2 m의 강체 는 각각 점 와 점 에 대하며 평면 회전 운동한다. 강체 와 강체 의 회전각 과 의 범위가 0° ≤ ≤ 180°와 0° ≤ ≤ 180°일 때, 점 가 도달할 수 있는 영역의 넓이는? (단위: m2)
① 10π
오답입니다 안쪽 반지름을 2 m가 아닌 4 m로 잡아 π(6² − 4²)/2로 계산한 값입니다.
② 12π
오답입니다 바깥 반지름을 4 m로 보고 온전한 고리 넓이 π(4² − 2²)를 구한 값입니다.
③ 16π
정답입니다 반지름 2~6 m 사이 고리의 절반이므로 π(6² − 2²)/2 = 16π입니다.
④ 32π
오답입니다 회전각 범위를 180°가 아닌 360°로 잡아 π(6² − 2²) = 32π 로 본 값입니다.
⑤ 36π
오답입니다 반지름 6 m인 완전한 원 넓이 π·6² 로, 안쪽 빈 부분과 반원 조건을 무시한 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 16π
점 B의 위치는 O에서 OA를 따라 4 m 간 뒤 AB를 따라 2 m 더 간 곳입니다. 그림에서 θ₂는 OA의 연장선에서 잰 각이므로 |OB|² = 4² + 2² + 2·4·2·cos θ₂ 가 되고, θ₂가 0°일 때 6 m, 180°일 때 2 m이므로 |OB|는 2 m부터 6 m까지 모두 가질 수 있습니다. 한편 반지름이 정해지면 θ₁이 0°~180°로 도는 만큼 B의 방위각도 꼭 180°를 쓸어가므로, 넓이는 반지름 2 m와 6 m 사이 고리의 절반인 π(6² − 2²)/2 = 16π m²입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 동역학 # 평면운동 # 링크기구 # 작업영역 # 상대회전각
카르노(Carnot) 사이클 열기관의 열효율에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 고온 열저장조와 저온 열저장조의 온도만으로 표시할 수 있다.
오답입니다 η = 1 − /이므로 두 열저장조의 절대온도만으로 정해집니다.
② 동일한 두 열저장조 사이에서 작동하는 용량이 다른 카르노 사이클 열기관의 열효율은 서로 다르다.
정답입니다 카르노 정리에 따라 용량이나 작동유체가 달라도 열효율은 같습니다.
③ 고온 열저장조의 온도가 높을수록 열효율은 높아진다.
오답입니다 가 커지면 /가 작아져 열효율이 높아집니다.
④ 저온 열저장조의 온도가 높을수록 열효율은 낮아진다.
오답입니다 이 커지면 /가 커져 열효율이 낮아집니다.
⑤ 주어진 고온 열저장조와 저온 열저장조 사이에서 작동할 수 있는 열기관 중 카르노 사이클 열기관의 열효율이 가장 높다.
오답입니다 같은 두 열저장조 사이의 모든 열기관 중 가역인 카르노가 최고 효율입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 동일한 두 열저장조 사이에서 작동하는 용량이 다른 카르노 사이클 열기관의 열효율은 서로 다르다.
카르노 사이클의 열효율은 η = 1 − / 로 고온·저온 열저장조의 절대온도만의 함수입니다. 카르노 정리에 따르면 같은 두 열저장조 사이에서 작동하는 모든 가역 열기관의 열효율은 용량이나 작동유체와 관계없이 서로 같습니다. 열효율이 서로 다르다는 ②가 옳지 않습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 카르노정리 # 열효율 # 가역기관
피겨스케이트 선수가 스핀연기에서 회전속도를 높이기 위해서 팔이나 다리를 몸쪽으로 끌어당긴다. 이러한 현상을 설명할 수 있는 것은?
① 역학적 에너지 보존의 법칙
오답입니다 팔을 당길 때 근육이 일을 하므로 역학적 에너지는 오히려 늘어납니다.
② 선운동량 보존의 법칙
오답입니다 선운동량 보존은 직선 운동에 적용되는 법칙입니다.
③ 일-에너지 원리
오답입니다 일-에너지 원리만으로는 회전속도가 왜 빨라지는지 설명되지 않습니다.
④ 각운동량 보존의 법칙
정답입니다 외부 토크가 없어 Iω가 일정하므로 I가 줄면 ω가 커집니다.
⑤ 코리올리 효과
오답입니다 코리올리 효과는 회전좌표계에서 나타나는 겉보기 힘입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 각운동량 보존의 법칙
얼음 위에서 회전하는 선수에게는 회전축 둘레의 외부 토크가 거의 작용하지 않으므로 각운동량 H = Iω 가 보존됩니다. 팔과 다리를 몸쪽으로 끌어당기면 질량이 회전축에 가까워져 질량관성모멘트 I가 작아지고, Iω가 일정하려면 각속도 ω가 그만큼 커져야 합니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 동역학 # 각운동량보존 # 질량관성모멘트 # 각속도 # 회전운동
이상기체인 10 kg의 공기가 온도 27 °C, 압력 100 kPa의 상태로 체적이 일정한 용기에 들어있다. 이 용기 내의 공기 온도를 327 °C까지 가열하는 과정에서 5 kg의 공기가 빠져 나간 후 밀폐하였다. 이때의 압력은 처음 압력에 비해 몇 배가 되는가?
① 0.5
오답입니다 질량이 절반으로 준 것만 반영하고 온도 상승을 빼먹은 값입니다.
② 1
정답입니다 P ∝ mT이므로 (5/10) × (600/300) = 1 배입니다.
③ 1.5
오답입니다 두 효과를 곱하지 않고 어림해 중간값으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 2
오답입니다 온도가 절대온도로 2배 된 것만 반영하고 질량 감소를 빼먹은 값입니다.
⑤ 5
오답입니다 남은 질량 5 kg을 그대로 배수로 읽은 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 1
이상기체 상태방정식 PV = mRT 에서 체적 V와 기체상수 R이 일정하므로 P는 mT에 비례합니다. 처음은 m₁ = 10 kg, T₁ = 27 + 273 = 300 K이고, 나중은 m₂ = 5 kg, T₂ = 327 + 273 = 600 K입니다. P₂/P₁ = (m₂T₂)/(m₁T₁) = (5 × 600)/(10 × 300) = 1이므로 압력은 처음과 같습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 열역학 # 이상기체상태방정식 # 정적과정 # 절대온도 # 압력비
다음 중 절삭 공구 재료의 조건으로 옳지 않은 것은?
① 공작물보다 경도가 높을 것
오답입니다 공구가 공작물보다 단단해야 깎을 수 있습니다.
② 고온 경도가 클 것
오답입니다 절삭열이 높아도 경도를 유지해야 하므로 고온경도가 필요합니다.
③ 내마멸성이 클 것
오답입니다 내마멸성이 커야 공구 수명이 길어집니다.
④ 강인성 및 내충격성이 클 것
오답입니다 단속 절삭의 충격을 견디려면 강인성과 내충격성이 있어야 합니다.
⑤ 마찰계수가 높을 것
정답입니다 마찰계수는 오히려 낮아야 절삭저항과 마찰열이 줄어듭니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 마찰계수가 높을 것
절삭 공구 재료는 공작물보다 높은 경도, 큰 고온경도(적열경도), 큰 내마멸성, 충분한 강인성과 내충격성, 그리고 가공과 성형이 쉬울 것 등이 요구됩니다. 마찰계수는 낮아야 절삭저항과 마찰열, 구성인선 발생이 줄어들어 다듬질면이 좋아집니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 기계공작법 # 절삭공구 # 고온경도 # 내마멸성 # 마찰계수
펌프의 공동현상(cavitation)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 펌프와 흡수면 사이의 수직거리가 짧을 때 발생하기 쉽다.
정답입니다 흡입양정이 길수록 흡입압력이 낮아져 공동현상이 잘 생깁니다.
② 침식 및 부식작용의 원인이 될 수 있다.
오답입니다 기포가 터질 때 충격으로 임펠러에 침식·부식이 생깁니다.
③ 진동과 소음이 발생할 수 있다.
오답입니다 기포의 생성과 소멸이 반복되어 진동과 소음이 생깁니다.
④ 펌프의 회전수를 낮출 경우 공동현상 발생을 줄일 수 있다.
오답입니다 회전수를 낮추면 흡입 유속이 줄어 공동현상이 완화됩니다.
⑤ 양흡입 펌프를 사용하면 공동현상 발생을 줄일 수 있다.
오답입니다 양흡입 펌프는 흡입구를 나누어 유속을 낮추므로 유리합니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 펌프와 흡수면 사이의 수직거리가 짧을 때 발생하기 쉽다.
공동현상은 펌프 흡입부의 압력이 그 온도의 포화증기압보다 낮아져 물이 기화하면서 생깁니다. 펌프와 흡수면 사이의 수직거리(흡입양정)가 길수록 흡입부 압력이 더 낮아지므로 공동현상이 쉽게 일어납니다. 따라서 펌프는 되도록 수면 가까이 낮게 설치해야 하며, 거리가 짧을 때 잘 생긴다는 ①은 반대로 쓴 설명입니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 유체역학 # 공동현상 # 흡입양정 # 포화증기압 # 펌프
속이 찬 원형단면을 갖는 축이 20 MPa의 허용전단응력을 넘지 않으면서 의 토크를 전달하도록 지름 를 설정하였다. 재료를 변경하여 허용전단응력이 40 MPa일 때 토크 16를 전달할 수 있는 축의 최소 지름은?
①
오답입니다 토크 16배와 응력 2배가 서로 상쇄된다고 잘못 본 값입니다.
②
오답입니다 지름이 3승이 아니라 6승에 비례한다고 보면 8^(1/6) = √2 가 됩니다.
③ 2
정답입니다 d³ ∝ T/τ이므로 (16/2)의 세제곱근인 2배가 됩니다.
④ 4
오답입니다 허용응력 상승을 빼고 지름이 토크의 제곱근에 비례한다고 보면 √16 = 4입니다.
⑤ 8
오답입니다 16/2 = 8 을 세제곱근 없이 그대로 지름 배수로 쓴 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 2d
중실 원형축의 최대 전단응력은 τ = 16T/(πd³)이므로 d³ = 16T/(πτ), 즉 d³ ∝ T/τ입니다. 토크는 16배, 허용전단응력은 20 MPa에서 40 MPa로 2배가 되었으므로 d′³/d³ = (16T/2τ)/(T/τ) = 8 이 되어 d′ = ∛8 · d = 2d입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 재료역학 # 비틀림 # 중실축 # 허용전단응력 # 축지름설계
냉동기의 냉매가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?
① 응고온도가 낮을 것
오답입니다 응고온도가 낮아야 저온에서도 얼지 않고 순환합니다.
② 임계온도가 높아 상온에서 액화할 것
오답입니다 임계온도가 높아야 상온의 냉각수로도 쉽게 응축됩니다.
③ 증발잠열이 클 것
오답입니다 증발잠열이 커야 적은 순환량으로 많은 열을 빼앗습니다.
④ 비열비(Cp/Cv)가 클 것
정답입니다 비열비가 크면 압축기 토출가스 온도가 높아지므로 작아야 좋습니다.
⑤ 점도와 표면장력이 작을 것
오답입니다 점도와 표면장력이 작아야 유동저항이 적고 열전달이 좋습니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 비열비(Cp/Cv)가 클 것
냉매는 증발잠열이 크고 임계온도가 높으며 응고온도가 낮고, 점도·표면장력이 작아야 좋습니다. 비열비 k = Cp/Cv 가 크면 단열압축 후 온도 상승 T₂ = T₁(P₂/P₁)^((k−1)/k) 이 커져 압축기 토출가스 온도가 지나치게 높아지므로, 비열비는 오히려 작을수록 좋습니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 열역학 # 냉동사이클 # 냉매조건 # 증발잠열 # 비열비
질량 0.5 kg인 공을 2 m 높이에서 자유낙하 시켰더니 지면과 부딪쳐서 0.5 m 높이까지 튀어 올라왔다. 이 공과 지면과의 반발계수는? (단, 중력가속도는 10 m/s2으로 계산하시오.)
① 0.25
오답입니다 높이의 비 0.5/2 = 0.25 를 제곱근 없이 그대로 쓴 값입니다.
② 0.4
오답입니다 e = 0.4 라면 튀어오른 높이가 0.4² × 2 = 0.32 m 여야 하므로 0.5 m와 맞지 않습니다.
③ 0.5
정답입니다 e = √(h′/h) = √(0.5/2) = √0.25 = 0.5입니다.
④ 0.75
오답입니다 1 − 0.25 처럼 높이비를 빼는 방식으로 잘못 계산한 값입니다.
⑤ 0.8
오답입니다 e = 0.8 이라면 튀어오른 높이가 0.8² × 2 = 1.28 m 가 되어야 하므로 맞지 않습니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 0.5
자유낙하 속도는 v = √(2gh)이므로 충돌 직전 속도는 √(2×10×2) = √40 m/s, 튀어오른 직후 속도는 √(2×10×0.5) = √10 m/s입니다. 반발계수는 e = v′/v = √10/√40 = √(0.5/2) = 0.5입니다. 즉 지면과의 충돌에서는 e = √(h′/h) 로 바로 구할 수 있고 질량은 관계없습니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 동역학 # 반발계수 # 자유낙하 # 충돌 # 높이비
냉동사이클에 대한 선도가 아래 그림과 같을 때 주어진 냉동사이클에 따르는 냉동기의 성능계수(C.O.P.)는?
① C.O.P.=
오답입니다 교축은 등엔탈피 과정이라 h₃ = h₄ 이므로 이 식은 항상 1이 되어 성능계수가 될 수 없습니다.
② C.O.P.=
정답입니다 냉동효과 (h₁ − h₄)를 압축일 (h₂ − h₁)로 나눈 정의 그대로입니다.
③ C.O.P.=
오답입니다 분자 (h₂ − h₄)는 냉동효과와 압축일을 더한 값, 곧 응축기 방열량이므로 열펌프의 성능계수입니다.
④ C.O.P.=
오답입니다 분자 (h₂ − h₃)는 응축기에서 버리는 열이므로 열펌프의 성능계수입니다.
⑤ C.O.P.=
오답입니다 ④의 역수 형태로 분자와 분모가 뒤바뀌었습니다.
정답과 해설 보기
정답 ② C.O.P. = (h₁ − h₄)/(h₂ − h₁)
선도에서 1은 압축기 입구(포화증기), 2는 압축기 출구, 3은 응축기 출구(포화액), 4는 팽창밸브 출구입니다. 증발기에서 흡수하는 냉동효과는 = h₁ − h₄ 이고, 압축기에 넣는 일은 w = h₂ − h₁ 입니다. 냉동기의 성능계수는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이므로 C.O.P. = (h₁ − h₄)/(h₂ − h₁)입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 열역학 # 냉동사이클 # Ph선도 # 성능계수 # 냉동효과
질량, 스프링, 댐퍼로 이루어진 1자유도계 선형진동시스템의 고유주파수가 이다. 이 시스템이 임의의 가진주파수 인 조화가진(harmonic forced vibration)에 의해서 정상상태(steady state)로 진동하고 있을 때의 설명으로 옳지 않은 것은?
① 이 시스템은 고유주파수로 진동한다.
정답입니다 정상상태에서는 고유주파수가 아니라 가진주파수 로 진동합니다.
② 질량이 증가하면 고유주파수가 낮아진다.
오답입니다 = √(k/m)이므로 질량이 커지면 고유주파수가 낮아집니다.
③ 진폭은 가진력과 질량, 스프링, 댐퍼에 의해서 결정된다.
오답입니다 진폭은 가진력 크기와 m, k, c 및 주파수비로 정해집니다.
④ 낮은 가진주파수의 진동은 질량, 스프링, 댐퍼 중에서 스프링에 의한 영향을 가장 많이 받는다.
오답입니다 가 아주 낮으면 관성·감쇠항이 작아져 강성이 지배합니다.
⑤ 공진에서는 댐퍼의 성능을 높이는 것이 진폭저감에 효과적이다.
오답입니다 공진에서는 감쇠만이 진폭을 제한하므로 댐퍼 강화가 효과적입니다.
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정답 ① 이 시스템은 고유주파수로 진동한다.
조화가진을 받는 선형 1자유도계에서 과도응답은 감쇠로 사라지고 정상상태만 남습니다. 이때 응답은 가진력과 같은 주파수, 즉 가진주파수 로 진동하며 위상만 뒤처집니다. 고유주파수 은 진폭배율과 위상각을 정하는 기준일 뿐 정상상태의 진동수가 아닙니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 진동학 # 조화가진 # 정상상태응답 # 고유주파수 # 공진 # 감쇠
면적이 일정하고 수평으로 놓여 있는 직선의 관 내부에 유체가 흐르고 있을 때, 손실수두에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 유속이 증가할수록 손실수두는 증가한다.
오답입니다 손실수두가 V²에 비례하므로 유속이 커지면 커집니다.
② 층류에서는 관 내부의 상대조도에 무관하다.
오답입니다 층류에서는 f = 64/Re 로 상대조도와 무관합니다.
③ 난류에서는 관 내부의 상대조도가 증가함에 따라 손실수두가 증가한다.
오답입니다 난류에서는 상대조도가 커지면 마찰계수 f가 커져 손실도 커집니다.
④ 관의 길이가 증가할수록 손실수두는 증가한다.
오답입니다 손실수두가 관 길이 L에 비례하므로 길수록 커집니다.
⑤ 관의 직경이 증가할수록 손실수두는 증가한다.
정답입니다 직경 D는 분모에 있으므로 커질수록 손실수두는 오히려 줄어듭니다.
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정답 ⑤ 관의 직경이 증가할수록 손실수두는 증가한다.
수평 직관의 마찰손실은 달시-바이스바흐 식 = f (L/D)(V²/2g) 로 구합니다. 손실수두는 마찰계수 f, 관 길이 L, 유속의 제곱 V²에 비례하고 관 직경 D에는 반비례합니다. 또한 층류에서는 f = 64/Re 로 상대조도와 무관하고, 난류에서는 상대조도가 커질수록 f가 커집니다. 직경이 커지면 손실수두는 줄어들므로 ⑤가 옳지 않습니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 유체역학 # 손실수두 # 달시바이스바흐식 # 관마찰계수 # 상대조도
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