2019년 국회사무처 9급 기계일반 가책형 기출문제 풀이

2019 9급 국회사무처 기계일반 가책형

기계일반 기출문제 풀이 · AI 보조 해설

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

Q01

문항 목록

지면에서 공을 $v_0$의 속도로 수직으로 던질 때와 지면과 30°의 각도를 이루도록 던질 때 공이 다시 지면에 닿는 소요시간을 측정하였다. 수직으로 던진 경우 소요시간을 $t_1$, 30°의 각도로 던진 경우 소요시간을 $t_2$라고 하면 $t_1$ : $t_2$는?

• ① 4 : 1

  오답입니다 4 : 1은 체공시간이 아니라 최고 높이의 비를 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ② 2 : 1

  정답입니다 연직속도가 v₀와 0.5v₀이므로 체공시간의 비가 그대로 2 : 1이 됩니다.

• ③ $\sqrt{2}$ : 1

  오답입니다 √2 : 1은 던지는 각을 30°가 아니라 45°로 잡았을 때의 비입니다.

• ④ 1 : 1

  오답입니다 1 : 1은 체공시간이 던지는 각도와 무관하다고 잘못 본 것입니다.

• ⑤ 1 : 2

  오답입니다 1 : 2는 두 시간의 비를 거꾸로 쓴 것입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2 : 1

체공시간을 정하는 것은 속도의 연직성분뿐입니다. 수직으로 던지면 연직속도가 v₀이므로 t₁ = 2v₀/g이고, 30°로 던지면 연직속도가 v₀ sin30° = 0.5v₀ 이므로 t₂ = 2(0.5v₀)/g = v₀/g입니다. 따라서 t₁ : t₂ = 2v₀/g : v₀/g = 2 : 1입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 동역학 # 포물선운동 # 체공시간 # 연직성분 # 등가속도운동

Q02

문항 목록

자동차가 10m/s²의 일정한 가속도로 달리고 있다. 만약 정지 상태에서 출발하였다면 출발점을 기준으로 10초 후의 위치와 속도는?

• ① 450m, 100m/s

  오답입니다 속도 100 m/s는 맞지만 이동거리는 450 m가 아니라 500 m입니다.

• ② 450m, 95m/s

  오답입니다 95 m/s는 9.5초일 때의 속도이고 거리도 맞지 않습니다.

• ③ 450m, 90m/s

  오답입니다 90 m/s는 9초일 때의 속도로, 10초까지 계산하지 않은 값입니다.

• ④ 500m, 90m/s

  오답입니다 거리 500 m는 맞지만 속도는 at = 10 × 10 = 100 m/s입니다.

• ⑤ 500m, 100m/s

  정답입니다 x = ½at² = 500 m, v = at = 100 m/s 로 둘 다 맞습니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 500m, 100m/s

정지 상태에서 출발한 등가속도 운동이므로 초기속도는 0입니다. 위치는 x = ½at² = ½ × 10 × 10² = 500 m이고, 속도는 v = at = 10 × 10 = 100 m/s입니다. 매초의 속도(0, 10, …, 90)를 단순히 더하면 450 m가 나오지만, 실제로는 적분해야 하므로 500 m입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 동역학 # 등가속도운동 # 변위 # 속도 # 운동방정식

Q03

문항 목록

다음과 같은 4절 링크(Four-bar Linkage)의 자유도(Degree of Freedom)는?

• ① 0

  오답입니다 0은 링크가 전혀 움직이지 못하는 구조물일 때의 값입니다.

• ② 1

  정답입니다 F = 3(4−1) − 2×4 = 9 − 8 = 1 로, 입력 링크 하나만 정하면 운동이 결정됩니다.

• ③ 2

  오답입니다 2는 링크 5개에 회전조인트 5개인 5절 기구일 때 나오는 값입니다.

• ④ 3

  오답입니다 3은 링크 하나가 평면에서 자유롭게 움직일 때의 자유도입니다.

• ⑤ 4

  오답입니다 4는 자유도가 아니라 링크 개수(4개)나 조인트 개수(4개)를 그대로 옮긴 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 1

평면기구의 자유도는 그루블러 식 F = 3(n−1) − 2j 로 구합니다. 그림의 4절 링크는 고정 링크를 포함해 링크가 4개(n = 4), 회전조인트가 4개(j = 4)입니다. F = 3(4−1) − 2×4 = 9 − 8 = 1이므로 입력 링크의 회전각 하나만 주어지면 나머지 링크의 위치가 모두 정해집니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 동역학 # 기구학 # 4절링크 # 자유도 # 그루블러식

Q04

문항 목록

회전운동을 상하 직선운동으로 변환시켜주는 캠(Cam)에서 편심($e$)에 의해 Flat Follower의 변위가 $x\left(t\right) = R + e sin\left(\omega t\right)$로 주어질 때 가속도의 최대값은?

• ① $e^2$

  오답입니다 e²은 길이의 제곱이라 가속도의 차원이 될 수 없습니다.

• ② $e\omega$

  오답입니다 eω는 변위를 한 번만 미분한 속도의 최대값입니다.

• ③ $e{\omega }^2$

  정답입니다 변위를 두 번 미분하면 −eω² sin(ωt)이므로 최대 크기가 eω²입니다.

• ④ $R{\omega }^2$

  오답입니다 Rω²은 진폭을 편심 e가 아니라 원판 반지름 R로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.

• ⑤ $R^2\omega$

  오답입니다 R²ω은 차원이 맞지 않는 조합입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ eω²

변위가 x(t) = R + e sin(ωt)이므로 속도는 ẋ = eω cos(ωt), 가속도는 ẍ = −eω² sin(ωt)입니다. 상수인 반지름 R은 미분하면 사라지고 편심 e만 남습니다. sin(ωt)의 최대 크기가 1이므로 가속도의 최대값은 eω²입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 동역학 # 캠기구 # 단순조화운동 # 편심 # 최대가속도

Q05

문항 목록

기계 강재의 인장시험 결과인 응력-변형률(Stress-Strain) 선도로부터 구할 수 없는 것은?

• ① 포아송 비(Poisson’s Ratio)

  정답입니다 포아송 비는 가로변형률과 세로변형률의 비라 축방향 선도만으로는 알 수 없습니다.

• ② 탄성 계수(Young’s Modulus)

  오답입니다 탄성계수는 선도 초기 직선부의 기울기로 구합니다.

• ③ 인장 강도(Tensile Strength)

  오답입니다 인장강도는 선도에서 가장 높은 응력값입니다.

• ④ 파괴점(Fracture Point)

  오답입니다 파괴점은 시편이 끊어지는 지점으로 선도의 끝에 나타납니다.

• ⑤ 항복 강도(Yield Strength)

  오답입니다 항복강도는 탄성구간을 지나 소성변형이 시작되는 응력입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 포아송 비(Poisson’s Ratio)

인장시험의 응력-변형률 선도는 하중 방향(축방향)의 응력과 변형률만 나타냅니다. 따라서 탄성계수, 비례한도, 항복강도, 인장강도, 파괴점, 연신율은 모두 읽어낼 수 있습니다. 반면 포아송 비 ν = −${\epsilon }_{\text{가로}}$/${\epsilon }_{\text{세로}}$ 는 하중과 직각 방향의 변형률까지 따로 측정해야 구할 수 있습니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 재료역학 # 인장시험 # 응력변형률선도 # 포아송비 # 탄성계수

Q06

문항 목록

단면적이 500mm²인 봉에 무게 5kN의 추를 설치했더니 봉에 발생한 인장응력이 재료의 허용인장응력까지 도달했다. 이 봉재의 극한강도가 30MPa이면 안전율은?

• ① 1

  오답입니다 1은 허용응력과 극한강도가 같다고 본 값으로, 실제 허용응력은 10 MPa입니다.

• ② 2

  오답입니다 2는 극한강도를 20 MPa로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.

• ③ 3

  정답입니다 σ = 5,000 N / 500 mm² = 10 MPa이므로 S = 30/10 = 3입니다.

• ④ 4

  오답입니다 4는 극한강도를 40 MPa로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.

• ⑤ 5

  오답입니다 5는 극한강도를 50 MPa로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 3

봉에 걸리는 인장응력은 σ = P/A = 5,000 N / 500 mm² = 10 N/mm² = 10 MPa입니다. 문제에서 이 응력이 허용인장응력과 같다고 했으므로 ${\sigma }_a$ = 10 MPa입니다. 안전율은 극한강도를 허용응력으로 나눈 값이므로 S = 30/10 = 3입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 재료역학 # 안전율 # 허용응력 # 극한강도 # 인장응력

Q07

문항 목록

(A)는 정밀 주조법의 일종으로, 기계 가공하여 제작한 금형에 용해된 알루미늄, 아연 등의 합금을 가압 주입하여 냉각 및 응고시켜 정밀 주물을 제조하는 공정이다. (A)에 들어갈 옳은 용어는?

• ① 원심 주조법

  오답입니다 원심 주조법은 주형을 회전시켜 원심력으로 쇳물을 채우는 방법입니다.

• ② 칠드 주조법

  오답입니다 칠드 주조법은 금형으로 표면만 급랭시켜 단단한 칠드층을 만드는 방법입니다.

• ③ 인베스트먼트법

  오답입니다 인베스트먼트법은 왁스 모형을 녹여 없앤 자리에 쇳물을 붓는 정밀주조법입니다.

• ④ 다이캐스팅

  정답입니다 금형에 용탕을 고압으로 가압 주입해 굳히는 방법이 다이캐스팅입니다.

• ⑤ CO₂ 주조법

  오답입니다 CO₂ 주조법은 규산소다를 섞은 모래에 CO₂를 통과시켜 주형을 굳히는 방법입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 다이캐스팅

다이캐스팅은 기계 가공으로 만든 금형(다이)에 알루미늄·아연·마그네슘 등 저융점 합금의 용탕을 고압으로 밀어 넣어 빠르게 응고시키는 정밀주조법입니다. 치수정밀도와 표면이 좋고 대량생산에 유리하지만 금형비가 비싸고 고융점 금속에는 쓰기 어렵습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 주조 # 다이캐스팅 # 정밀주조 # 금형

Q08

문항 목록

고분자는 열을 가했을 때 재용융되는 (A)고분자와 열을 가해도 재용융되지 않는 (B)고분자로 나뉜다. 이 때 (A), (B) 각각에 알맞은 용어는?

• ① 열가소성, 열경화성

  정답입니다 열가소성은 가열하면 다시 녹고, 열경화성은 한 번 굳으면 다시 녹지 않습니다.

• ② 열경화성, 열가소성

  오답입니다 (A)와 (B)의 자리가 서로 뒤바뀌었습니다.

• ③ 비결정성, 반결정성

  오답입니다 비결정성·반결정성은 분자 배열에 따른 구분이라 재용융 여부와 무관합니다.

• ④ 반결정성, 비결정성

  오답입니다 ③과 마찬가지로 결정성에 따른 구분이라 답이 될 수 없습니다.

• ⑤ 반결정성, 열가소성

  오답입니다 반결정성과 열가소성은 기준이 서로 다른 용어라 짝이 맞지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 열가소성, 열경화성

열가소성 고분자는 사슬끼리 약한 힘으로 얽혀 있어 가열하면 다시 녹고 냉각하면 굳는 과정을 반복할 수 있습니다(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등). 열경화성 고분자는 경화 과정에서 사슬 사이에 가교결합이 생겨 그물 구조가 되므로 다시 가열해도 녹지 않고 타 버립니다(페놀수지, 에폭시 등). 따라서 (A)는 열가소성, (B)는 열경화성입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 고분자 # 열가소성수지 # 열경화성수지 # 가교결합

Q09

문항 목록

다음 중 강의 처리 방법과 그 영향으로 옳지 않은 것은?

• ① 뜨임 - 담금질한 강의 인성 증가

  오답입니다 뜨임은 담금질로 생긴 취성을 줄여 인성을 높이는 처리입니다.

• ② 담금질 - 경도 증가

  오답입니다 담금질은 마르텐사이트 조직을 만들어 경도를 크게 올립니다.

• ③ 불림 - 재질의 균일화

  오답입니다 불림은 조직을 미세화하고 표준화해 재질을 균일하게 합니다.

• ④ 풀림 - 내부 응력 제거

  오답입니다 풀림은 가열 후 서냉으로 내부응력을 없애고 재료를 연화시킵니다.

• ⑤ 침탄 - 경도 감소

  정답입니다 침탄은 표면에 탄소를 침투시키는 표면경화법이라 경도가 오히려 올라갑니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 침탄 - 경도 감소

침탄은 저탄소강 표면에 탄소를 확산시켜 넣은 뒤 담금질하여 표면만 단단하게 만드는 표면경화법입니다. 표면은 내마모성이 좋아지고 내부는 인성을 유지하므로 기어나 축에 많이 쓰입니다. 경도가 감소한다는 설명은 침탄의 목적과 정반대입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 기계재료 # 열처리 # 침탄 # 표면경화 # 담금질 # 뜨임

Q10

문항 목록

외팔보가 그림과 같이 A에서 0이고 B에서 $w_0$인 삼각형 분포하중 $w\left(x\right)$를 받고 있다. B에서의 전단력과 굽힘모멘트는?

• ① $-\frac{w_{0}L}{3},-\frac{w_0{L}^2}{9}$

  오답입니다 −w₀L/3은 분포하중의 합력을 w₀L/3으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ② $-\frac{w_0{L}^2}{3},-\frac{w_0{L}^3}{9}$

  오답입니다 전단력이 w₀L², 모멘트가 w₀L³ 차원이라 단위가 맞지 않습니다.

• ③ $-\frac{w_{0}L}{3},-\frac{w_0{L}^2}{6}$

  오답입니다 모멘트는 맞지만 전단력은 합력 전체인 w₀L/2 이어야 합니다.

• ④ $-\frac{w_0{L}^2}{2},-\frac{w_0{L}^3}{6}$

  오답입니다 ②처럼 차원이 한 차수씩 높아 옳지 않습니다.

• ⑤ $-\frac{w_{0}L}{2},-\frac{w_0{L}^2}{6}$

  정답입니다 합력 w₀L/2가 B에서 L/3 떨어진 곳에 작용하므로 V = −w₀L/2, M = −w₀L²/6입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ −w₀L/2, −w₀L²/6

그림에서 A는 자유단, B는 고정단이고 하중은 A에서 0, B에서 w₀인 삼각형 분포입니다. 전체 하중의 합력은 삼각형 면적인 w₀L/2이고, 그 작용점은 큰 쪽인 B에서 L/3 되는 곳입니다. 자유단 A쪽 자유물체도를 잡으면 B 단면의 전단력은 V = −w₀L/2, 굽힘모멘트는 M = −(w₀L/2)(L/3) = −w₀L²/6입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 재료역학 # 외팔보 # 삼각형분포하중 # 전단력 # 굽힘모멘트

Q11

문항 목록

평면응력상태의 응력이 ${\sigma }_x$= 15MPa, ${\sigma }_y$= 75MPa, ${\tau }_{xy}$= 40MPa로 주어졌을 때, 주응력은? (단위: MPa)

• ① ${\sigma }_1$= 75, ${\sigma }_2$= 15

  오답입니다 전단응력을 무시하고 σx, σy를 그대로 주응력으로 본 값입니다.

• ② ${\sigma }_1$= 95, ${\sigma }_2$= 15

  오답입니다 σ₁은 맞지만 σ₂는 평균 45에서 반지름 50을 뺀 −5입니다.

• ③ ${\sigma }_1$= 80, ${\sigma }_2$= 10

  오답입니다 모어 원의 반지름을 50이 아니라 35로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ④ ${\sigma }_1$= 95, ${\sigma }_2$= -5

  정답입니다 평균응력 45, 모어 원 반지름 50이므로 σ₁ = 95, σ₂ = −5입니다.

• ⑤ ${\sigma }_1$= 95, ${\sigma }_2$= -10

  오답입니다 σ₁은 맞지만 σ₂는 −10이 아니라 평균 45에서 반지름 50을 뺀 −5입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ σ₁ = 95, σ₂ = −5

평면응력의 주응력은 σ₁,₂ = (σx+σy)/2 ± √{((σx−σy)/2)² + τxy²} 로 구합니다. 평균응력은 (15+75)/2 = 45 MPa이고, 반지름은 √{((15−75)/2)² + 40²} = √(900+1,600) = √2,500 = 50 MPa입니다. 따라서 σ₁ = 45+50 = 95 MPa, σ₂ = 45−50 = −5 MPa입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 재료역학 # 평면응력 # 주응력 # 모어원 # 전단응력

Q12

문항 목록

$\varphi {45}_0^{+0.025}$인 구멍에 $\varphi {45}_{-0.016}^0$인 축(Shaft)을 끼워 맞춤할 때 최대틈새와 최대죔새의 차이는? (단위: mm)

• ① 0.025

  오답입니다 0.025는 구멍의 공차 범위만 본 값입니다.

• ② 0.016

  오답입니다 0.016은 축의 공차 범위만 본 값입니다.

• ③ 0.041

  정답입니다 최대틈새 0.041, 최대죔새 0이므로 그 차이가 0.041 mm입니다.

• ④ 0.009

  오답입니다 0.009는 두 공차를 서로 빼서 얻은 값으로 근거가 없습니다.

• ⑤ 0

  오답입니다 0은 틈새와 죔새가 모두 없다고 본 경우입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 0.041

구멍의 치수는 45.000~45.025 mm, 축의 치수는 44.984~45.000 mm입니다. 최대틈새는 가장 큰 구멍에서 가장 작은 축을 뺀 45.025 − 44.984 = 0.041 mm입니다. 가장 작은 구멍 45.000과 가장 큰 축 45.000이 같아 죔새가 생기지 않으므로 최대죔새는 0입니다. 따라서 두 값의 차이는 0.041 − 0 = 0.041 mm입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 측정 # 끼워맞춤 # 공차 # 틈새 # 죔새

Q13

문항 목록

고온 열원의 온도가 1000K, 저온 열원의 온도가 700K이다. 이 두 열원 사이에서 작동하는 카르노 엔진이 고온부에서 100kJ의 열을 받는다. 이 엔진의 효율과 일은?

• ① 30%, 30kJ

  정답입니다 η = 1 − 700/1,000 = 0.3이고 W = 0.3 × 100 = 30 kJ입니다.

• ② 40%, 40kJ

  오답입니다 40%는 저온 열원을 600 K로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ③ 50%, 50kJ

  오답입니다 50%는 저온 열원을 500 K로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ④ 60%, 60kJ

  오답입니다 60%는 저온 열원을 400 K로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ⑤ 70%, 70kJ

  오답입니다 70%는 1 − $T_L$/$T_H$ 대신 $T_L$/$T_H$ 를 그대로 계산한 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 30%, 30kJ

카르노 엔진의 효율은 열원의 절대온도만으로 정해져 η = 1 − $T_L$/$T_H$입니다. η = 1 − 700/1,000 = 0.3, 즉 30%입니다. 고온부에서 받은 열이 100 kJ이므로 얻는 일은 W = η$Q_H$ = 0.3 × 100 = 30 kJ입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 열효율 # 절대온도 # 일

Q14

문항 목록

비중이 0.7인 물체 A를 비중이 1.0인 액체 B에 넣는다. 액체 B에 잠기는 물체 A의 체적은 물체 A 전체의 몇 %인가?

• ① 10

  오답입니다 10%는 물체의 비중이 0.1일 때의 값입니다.

• ② 30

  오답입니다 30%는 잠기는 부분이 아니라 액체 위로 드러나는 부분의 비율입니다.

• ③ 50

  오답입니다 50%는 물체의 비중이 0.5일 때의 값입니다.

• ④ 70

  정답입니다 부력과 무게가 같아야 하므로 잠긴 부피비는 0.7/1.0 = 70%입니다.

• ⑤ 90

  오답입니다 90%는 물체의 비중이 0.9일 때의 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 70

떠 있는 물체는 무게와 부력이 같습니다. 즉 ${\rho }_A$·V·g = ${\rho }_B$·$V_{\text{잠김}}$·g이므로 $V_{\text{잠김}}$/V = ${\rho }_A$/${\rho }_B$ = 0.7/1.0 = 0.7입니다. 따라서 물체 A 전체 체적의 70%가 액체에 잠기고, 나머지 30%가 액면 위로 드러납니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 유체역학 # 부력 # 아르키메데스원리 # 비중 # 부양체

Q15

문항 목록

피스톤-실린더 장치에서 피스톤에 100kJ의 일을 가해 실린더 내 기체를 압축한다. 압축과정에서 기체는 가열되고 그 결과 실린더 벽면을 통해 45kJ의 열손실이 발생한다. 이 과정에서 내부에너지 변화는? (단위: kJ)

• ① 35

  오답입니다 35는 열손실을 45 kJ이 아니라 65 kJ로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ② 45

  오답입니다 45는 빠져나간 열량만 그대로 옮긴 값입니다.

• ③ 55

  정답입니다 받은 일 100 kJ에서 잃은 열 45 kJ을 빼면 ΔU = 55 kJ입니다.

• ④ 100

  오답입니다 100은 열손실을 전혀 빼지 않은 값입니다.

• ⑤ 145

  오답입니다 145는 열손실을 빼야 할 것을 오히려 더한 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 55

밀폐계의 열역학 제1법칙은 ΔU = Q + $W_{\text{입력}}$입니다. 기체가 100 kJ의 일을 받았으므로 $W_{\text{입력}}$ = +100 kJ이고, 벽면으로 45 kJ의 열을 잃었으므로 Q = −45 kJ입니다. 따라서 ΔU = −45 + 100 = 55 kJ 만큼 내부에너지가 증가합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 열역학 # 열역학제1법칙 # 내부에너지 # 밀폐계 # 압축일

Q16

문항 목록

냉장고가 전기를 동력으로 150W를 받아 운전되며 대기중으로 450W의 열을 방출한다. 이 냉장고의 성능계수(COP)는?

• ① 1

  오답입니다 1은 흡열량과 소비동력이 같다고 본 값입니다.

• ② 2

  정답입니다 $Q_L$ = 450 − 150 = 300 W이므로 COP = 300/150 = 2입니다.

• ③ 3

  오답입니다 3은 방열량 450 W를 일 150 W로 나눈 값으로, 열펌프의 성능계수입니다.

• ④ 4

  오답입니다 4는 방열량과 소비동력을 더한 600 W를 나눈 값입니다.

• ⑤ 5

  오답입니다 5는 흡열량을 750 W로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2

냉장고는 저온부에서 $Q_L$을 흡수하고 일 W를 받아 고온부로 $Q_H$를 방출하므로 $Q_H$ = $Q_L$ + W입니다. 따라서 $Q_L$ = 450 − 150 = 300 W입니다. 냉동기의 성능계수는 COP = $Q_L$/W이므로 COP = 300/150 = 2입니다. 방열량으로 나눈 450/150 = 3은 열펌프의 성능계수이니 혼동하지 않아야 합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 열역학 # 냉동사이클 # 성능계수 # 열펌프 # 에너지보존

Q17

문항 목록

실제 잠수함 크기의 1/25 스케일로 작은 모형 잠수함을 제작하여 성능을 실험한다. 만약 실제 잠수함의 주행 속도가 10m/s일 때 상사성을 이용하여 모형 잠수함 실험을 수행한다면 모형에 필요한 유속은? (단, 실제 잠수함과 모형 잠수함은 동일 조건의 물 속에서 운전된다.) (단위: m/s)

• ① 0.5

  오답입니다 0.5는 모형 쪽 유속이 더 느려야 한다고 거꾸로 본 값입니다.

• ② 3.8

  오답입니다 프루드 상사처럼 축척비에 제곱근을 씌워도 10/√25 = 2 m/s가 되므로 3.8은 어떤 상사조건으로도 나오지 않는 값입니다.

• ③ 15

  오답입니다 15는 축척비 25 대신 1.5배만 곱한 값입니다.

• ④ 125

  오답입니다 125는 축척비 25가 아니라 12.5를 곱한 값입니다.

• ⑤ 250

  정답입니다 레이놀즈 수를 같게 두면 $V_m$ = 10 × 25 = 250 m/s입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 250

완전히 물에 잠긴 잠수함은 점성력이 지배하므로 레이놀즈 수를 같게 맞추어야 합니다. 같은 물에서 실험하므로 동점성계수 ν가 같아 $V_m$·$L_m$ = $V_p$·$L_p$ 가 됩니다. $L_m$ = $L_p$/25이므로 $V_m$ = $V_p$ × ($L_p$/$L_m$) = 10 × 25 = 250 m/s입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 유체역학 # 상사법칙 # 레이놀즈수 # 모형실험 # 동점성계수

Q18

문항 목록

원관 안을 흐르는 층류 흐름에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르면?

ㄱ. 전단응력은 관 중심에서 0이다. ㄴ. 전단응력은 관 중심에서 관 벽까지 일정하다. ㄷ. 속도는 관 중심에서 최대값을 가진다. ㄹ. 속도는 관 벽에서 관 중심까지 선형으로 증가한다.

• ① ㄱ, ㄴ

  오답입니다 ㄴ은 전단응력이 중심에서 벽까지 선형으로 커지므로 틀립니다.

• ② ㄱ, ㄷ

  정답입니다 ㄱ(중심에서 전단응력 0)과 ㄷ(중심에서 속도 최대)만 옳습니다.

• ③ ㄱ, ㄹ

  오답입니다 ㄹ은 속도분포가 선형이 아니라 포물선이므로 틀립니다.

• ④ ㄴ, ㄷ

  오답입니다 ㄷ은 옳지만 함께 묶인 ㄴ이 틀렸습니다.

• ⑤ ㄴ, ㄹ

  오답입니다 ㄴ과 ㄹ 모두 틀린 설명입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② ㄱ, ㄷ

원관 층류(하겐-푸아죄유 유동)에서 전단응력은 τ = (Δp/2L)r 로 반지름에 비례합니다. 따라서 관 중심(r = 0)에서 0이고 관 벽에서 최대이므로 ㄱ은 옳고 ㄴ은 틀립니다. 속도는 u = $u_{\text{max}}$[1 − (r/R)²]인 포물선 분포라 중심에서 최대, 벽에서 0이므로 ㄷ은 옳고 ㄹ은 틀립니다. 옳은 것은 ㄱ, ㄷ입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 유체역학 # 층류 # 하겐푸아죄유 # 속도분포 # 전단응력

Q19

문항 목록

폴리트로픽 과정(Polytropic Process)은 “PVⁿ=일정”으로 표현할 수 있다. 기체가 이상기체이고 n=1이라면 어떤 과정인가?

• ① 단열과정

  오답입니다 단열과정은 n이 비열비 k와 같을 때입니다.

• ② 등압과정

  오답입니다 등압과정은 n = 0 일 때입니다.

• ③ 등온과정

  정답입니다 n = 1이면 PV = 일정이고, 이상기체에서는 곧 온도가 일정한 등온과정입니다.

• ④ 등적과정

  오답입니다 등적과정은 n → ∞ 일 때입니다.

• ⑤ 등엔트로피과정

  오답입니다 등엔트로피과정은 가역단열과정이므로 n = k입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 등온과정

폴리트로픽 지수 n은 과정의 종류를 정합니다. n = 1이면 PV = 일정이 되는데, 이상기체 상태방정식 PV = mRT 에서 PV가 일정하면 온도 T도 일정하므로 등온과정입니다. 참고로 n = 0은 등압, n = k는 단열(등엔트로피), n → ∞는 등적과정입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 열역학 # 폴리트로픽과정 # 등온과정 # 이상기체 # 비열비

Q20

문항 목록

지름이 10m이고 높이가 20m인 저장 탱크에 15m 높이까지 20℃의 SAE30W 오일이 채워져 있다. 오일 표면의 압력이 대기압일 때 탱크 바닥에서 계기압력은? (단, 중력가속도는 10m/s², 20℃에서 SAE30W 오일의 밀도는 890kg/m³으로 가정한다.) (단위: Pa)

• ① 133,500

  정답입니다 P = ρgh = 890 × 10 × 15 = 133,500 Pa입니다.

• ② 130,000

  오답입니다 130,000은 계산값을 어림한 수치일 뿐 정확한 값이 아닙니다.

• ③ 120,000

  오답입니다 120,000은 밀도를 800 kg/m³으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ④ 123,500

  오답입니다 123,500은 밀도를 890이 아니라 약 823 kg/m³으로 본 값입니다.

• ⑤ 113,500

  오답입니다 113,500은 오일 높이를 15 m가 아니라 약 12.8 m로 잡았을 때 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 133,500

정지 유체의 계기압력은 깊이만으로 정해져 P = ρgh입니다. 표면이 대기압이므로 바닥의 계기압력은 오일 기둥이 만드는 압력뿐입니다. ρ = 890 kg/m³, g = 10 m/s², h = 15 m이므로 P = 890 × 10 × 15 = 133,500 Pa입니다. 탱크의 지름 10 m와 전체 높이 20 m는 계기압력 계산에 쓰이지 않는 조건입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 유체역학 # 유체정역학 # 계기압력 # 정수압 # 밀도

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

AI 보조 해설 · 오류나 확인이 필요한 내용은 문의·오류 제보로 알려 주세요.