2020년 국회사무처 9급 기계일반 가책형 기출문제 풀이

2020 9급 국회사무처 기계일반 가책형

기계일반 기출문제 풀이 · AI 보조 해설

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

Q01

문항 목록

아래 설명에 맞는 주조법은?

주물과 동일한 형상의 모형을 왁스 또는 합성수지 등으로 만들어 주형재에 매몰 후 가열하여 주형을 경화시킨 후 모형을 용출시켜 주형을 완성하는 방법으로, 형상이 복잡하여 기계가공이 어려운 소형 주물에 적용되는 주조법

• ① 다이캐스팅법

  오답입니다 다이캐스팅법은 용융금속을 금형에 고압으로 밀어 넣는 주조법입니다.

• ② 원심주조법

  오답입니다 원심주조법은 주형을 회전시켜 원심력으로 쇳물을 채우는 방법입니다.

• ③ 저압주조법

  오답입니다 저압주조법은 낮은 공기압으로 용탕을 위쪽 주형에 밀어 올리는 방법입니다.

• ④ 슬러시주조법

  오답입니다 슬러시주조법은 겉만 굳힌 뒤 남은 쇳물을 쏟아내 속이 빈 주물을 만듭니다.

• ⑤ 인베스트먼트법

  정답입니다 왁스 모형을 매몰·가열해 녹여 내고 주형을 완성하는 방법 그대로입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 인베스트먼트법

왁스나 합성수지로 만든 소모성 모형을 주형재에 묻고 가열해 모형을 녹여 없앤 뒤 그 빈 자리에 쇳물을 부어 만드는 방법이 인베스트먼트법(로스트왁스법)입니다. 치수 정밀도와 표면이 좋아 기계가공이 어려운 복잡한 소형 주물에 씁니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 기계공작법 # 주조 # 인베스트먼트주조 # 로스트왁스 # 소모성모형

Q02

문항 목록

비파괴검사에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르면?

ㄱ. 음향충격검사(acoustic-impact technique)는 음향 신호의 검출을 위해 압전식 센서가 사용되는 방법으로, 구조물의 지속적인 안전 감시에 효과적이다. ㄴ. 초음파검사법(ultrasonic inspection)은 X선을 이용하여 제품의 내부 결함을 검사하는 방법이다. ㄷ. 와전류 탐상법(eddy current inspection)은 전자기유도 원리를 응용한 검사법이다. ㄹ. 열탐상법(thermal inspection)은 내부 결함이 있을 경우 표면의 온도 분포가 다르다는 성질을 이용하여 검사하는 방법이다.

• ① ㄹ

  오답입니다 ㄹ만 고른 것으로, 전자기유도를 쓰는 ㄷ도 옳은 설명입니다.

• ② ㄱ, ㄴ

  오답입니다 ㄱ은 음향방출검사와 뒤바뀐 설명이고 ㄴ도 틀렸습니다.

• ③ ㄱ, ㄷ

  오답입니다 압전센서로 상시 감시하는 것은 음향방출검사(AE)이므로 ㄱ이 틀립니다.

• ④ ㄷ, ㄹ

  정답입니다 ㄷ의 전자기유도, ㄹ의 표면 온도분포 이용은 모두 맞는 설명입니다.

• ⑤ ㄱ, ㄷ, ㄹ

  오답입니다 옳지 않은 ㄱ이 들어 있어 답이 될 수 없습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ ㄷ, ㄹ

ㄱ의 설명(압전식 센서로 구조물을 지속 감시)은 음향방출검사(acoustic emission)에 해당하고, 음향충격검사는 두드려서 나는 소리로 결함을 판정하는 방법입니다. ㄴ의 초음파검사법은 X선이 아니라 초음파의 반사를 이용하며, X선을 쓰는 것은 방사선투과검사입니다. ㄷ의 와전류 탐상법은 전자기유도, ㄹ의 열탐상법은 표면 온도분포를 이용하므로 옳습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 측정 # 비파괴검사 # 와전류탐상 # 열탐상법 # 음향방출검사

Q03

문항 목록

사무실 벽에 가로 1m, 세로 2m인 유리 창문이 있고, 유리의 안쪽 표면이 바깥쪽 표면 보다 5°C 높을 때, 이 창문을 통한 1초당 열손실이 4,500J이 되도록 하는 유리의 두께는? (단위: mm) (단, 유리의 열전도도는 0.9W/(m·°C)이다)

• ① 1

  오답입니다 창문 면적을 1 m²로 잘못 잡으면 1 mm가 나옵니다.

• ② 2

  정답입니다 L = kAΔT/q = 0.9 × 2 × 5 / 4,500 = 0.002 m = 2 mm입니다.

• ③ 3

  오답입니다 열손실을 3,000 J/s로 잘못 보면 3 mm가 나옵니다.

• ④ 4

  오답입니다 온도차를 10 ℃로 잘못 잡으면 4 mm가 나옵니다.

• ⑤ 5

  오답입니다 열손실을 1,800 J/s로 잘못 보면 5 mm가 나옵니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2

평판의 정상상태 열전도는 푸리에 법칙 q = kAΔT/L 로 계산합니다. 면적 A = 1 × 2 = 2 m², 온도차 ΔT = 5 ℃, 열전도도 k = 0.9 W/(m·℃), 열손실 q = 4,500 W이므로 L = kAΔT/q = 0.9 × 2 × 5 / 4,500 = 0.002 m입니다. 단위를 mm로 바꾸면 2 mm입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 열전달 # 푸리에법칙 # 열전도 # 평판열전도 # 두께계산

Q04

문항 목록

길이 2m, 내경이 10cm인 원형관(pipe)에서 밀도 200kg/m³인 유체가 질량유량 10kg/s로 흐를 때 Darcy 마찰계수(friction coefficient)가 0.02이다. 관내 수두손실로 가장 가까운 것은? (단위: m) (단, 원주율 $\pi$는 3이고 중력가속도는 $g$ = 10m/s²으로 가정한다)

• ① 0.9

  정답입니다 V = 6.67 m/s이므로 h = 0.02 × (2/0.1) × 6.67²/20 ≈ 0.9 m입니다.

• ② 1.6

  오답입니다 속도수두를 2g가 아닌 g로 나누면 이 정도 크기로 커집니다.

• ③ 3.3

  오답입니다 유속을 실제보다 2배 가까이 크게 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ④ 16

  오답입니다 관 지름을 반지름으로 잘못 넣어 유속을 크게 잡으면 나오는 크기입니다.

• ⑤ 36

  오답입니다 유속과 관 지름을 모두 잘못 잡았을 때 나오는 가장 큰 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 0.9

먼저 체적유량은 Q = ṁ/ρ = 10/200 = 0.05 m³/s이고, 단면적은 A = πD²/4 = 3 × 0.1²/4 = 0.0075 m²이므로 평균유속은 V = 0.05/0.0075 ≈ 6.67 m/s입니다. 다시 Darcy-Weisbach 식 h = f(L/D)·V²/(2g) 에 넣으면 h = 0.02 × (2/0.1) × 6.67²/(2 × 10) = 0.4 × 2.22 ≈ 0.89 m입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 유체역학 # 달시바이스바흐식 # 관마찰손실 # 수두손실 # 질량유량

Q05

문항 목록

평판 위를 지나가는 층류 경계층 유동에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

• ① 평판의 선단에서 끝단으로 갈수록 경계층 두께는 증가한다.

  오답입니다 층류 경계층 두께는 √x 에 비례하므로 뒤로 갈수록 두꺼워집니다.

• ② 유체의 점성이 커질수록 경계층 두께는 증가한다.

  오답입니다 점성계수가 분자에 있으므로 점성이 크면 경계층이 두꺼워집니다.

• ③ 유체의 밀도가 커질수록 경계층 두께는 증가한다.

  정답입니다 밀도는 분모에 있으므로 밀도가 커지면 경계층은 오히려 얇아집니다.

• ④ 유체의 속도가 증가할수록 경계층 두께는 감소한다.

  오답입니다 속도가 분모에 있으므로 유속이 빠를수록 경계층이 얇아집니다.

• ⑤ 경계층 내부는 점성 유동이다.

  오답입니다 경계층은 점성 효과가 지배하는 영역이므로 점성 유동이 맞습니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 유체의 밀도가 커질수록 경계층 두께는 증가한다.

평판 층류 경계층의 두께는 δ ≈ 5x/√(${\text{Re}}_x$) = 5√(μx/(ρU)) 로 나타납니다. 즉 δ 는 점성계수 μ 와 위치 x 가 커지면 두꺼워지고, 밀도 ρ 와 자유흐름속도 U 가 커지면 얇아집니다. 밀도가 커지면 관성력이 커져 경계층이 얇아지므로 ③이 옳지 않습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 유체역학 # 경계층 # 층류유동 # 레이놀즈수 # 점성계수

Q06

문항 목록

마무리 가공에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르면?

ㄱ. 래핑(lapping)은 랩(lap)을 이용하여 평면이나 원통면에 주로 사용되는 공정이다. ㄴ. 슈퍼 피니싱(super finishing)은 정지된 가공물에 숫돌을 압착하여 진동을 시키면서 가공하는 공정이다. ㄷ. 호닝(honing)은 공구를 이용하여 구멍의 내면을 정밀하게 다듬질하는 경우에 주로 사용되는 공정이다. ㄹ. 화학기계적 연마(chemical-mechanical polishing)는 마모와 부식의 복합 작용을 이용하여 가공물 표면에서의 소재를 제거하는 공정이다.

• ① ㄱ, ㄴ

  오답입니다 ㄴ의 슈퍼 피니싱은 가공물을 회전시키면서 하므로 틀린 설명입니다.

• ② ㄱ, ㄷ

  오답입니다 ㄱ, ㄷ은 맞지만 옳은 설명인 ㄹ이 빠졌습니다.

• ③ ㄷ, ㄹ

  오답입니다 ㄷ, ㄹ은 맞지만 옳은 설명인 ㄱ이 빠졌습니다.

• ④ ㄱ, ㄷ, ㄹ

  정답입니다 래핑, 호닝, 화학기계적 연마의 설명이 모두 바릅니다.

• ⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ

  오답입니다 옳지 않은 ㄴ이 들어 있어 답이 될 수 없습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ ㄱ, ㄷ, ㄹ

래핑은 랩과 랩제를 써서 평면·원통면을 다듬는 공정이고, 호닝은 혼(숫돌 공구)으로 구멍 내면을 정밀 다듬질하는 공정이며, 화학기계적 연마는 화학적 부식과 기계적 마모를 함께 써서 표면을 평탄화하는 공정이므로 ㄱ, ㄷ, ㄹ은 모두 옳습니다. 반면 슈퍼 피니싱은 회전하는 가공물에 숫돌을 가볍게 눌러 대고 진동을 주는 공정이므로 "정지된 가공물"이라는 ㄴ은 옳지 않습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 정밀입자가공 # 래핑 # 호닝 # 슈퍼피니싱 # 화학기계연마

Q07

문항 목록

다음 괄호에 들어갈 적절한 가공법은?

성형공구 사이에 소재를 넣고 가압한 상태에서 직선 또는 회전운동을 시켜 소재에 공구의 표면형상을 각인하는 가공을 ( )(이)라고 하며, 볼, 링, 나사, 기어, 스플라인축 등을 제작할 수 있다.

• ① 전조

  정답입니다 성형공구 사이에서 소재를 굴려 표면형상을 새기는 가공이 전조입니다.

• ② 프레스

  오답입니다 프레스가공은 금형으로 판재를 전단하거나 성형하는 가공입니다.

• ③ 형단조

  오답입니다 형단조는 상하 금형 사이에서 소재를 타격·가압해 형상을 만듭니다.

• ④ 인발

  오답입니다 인발은 다이 구멍으로 소재를 잡아당겨 단면을 줄이는 가공입니다.

• ⑤ 압출

  오답입니다 압출은 다이 구멍으로 소재를 밀어내어 일정 단면재를 뽑는 가공입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 전조

전조(form rolling)는 다이나 롤 형태의 성형공구 사이에 소재를 넣고 눌러 굴리면서 공구 표면의 형상을 소재에 그대로 새기는 소성가공입니다. 절삭 없이 소재가 밀려 나가므로 섬유조직이 끊기지 않아 강도가 높고, 나사, 기어, 볼, 링, 스플라인축 등을 대량으로 만드는 데 쓰입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 소성가공 # 전조 # 나사전조 # 기어전조 # 성형공구

Q08

문항 목록

그림과 같이 질량 50kg의 물체가 경사면에 정지된 채 놓여 있고, 힘 P는 경사면에 평행하게 작용한다. 경사면과 물체 사이의 정지마찰계수는 0.8이고, 운동 마찰계수는 0.6이다. 이 물체가 경사면 아래로 움직이기 직전, 힘 P의 크기는? (단위: N) (단, 중력가속도는 10m/s²으로 가정하고, sin 30° = 0.5, cos 30° = 0.9로 계산한다)

• ① 50

  오답입니다 마찰력을 실제보다 훨씬 작게 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ② 80

  오답입니다 마찰력과 경사면 방향 중력 성분을 어떻게 조합해도 80 N은 나오지 않습니다.

• ③ 110

  정답입니다 최대정지마찰력 360 N에서 중력 성분 250 N을 뺀 값입니다.

• ④ 140

  오답입니다 cos 30°를 빼먹고 수직항력을 500 N으로 보면 150 N이 되어 이쪽에 가깝습니다.

• ⑤ 180

  오답입니다 마찰력과 중력 성분을 더하는 방향으로 잘못 조합하면 이렇게 커집니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 110

물체 무게는 W = 50 × 10 = 500 N이고, 수직항력은 N = W cos 30° = 500 × 0.9 = 450 N입니다. 움직이기 직전이므로 최대정지마찰력 f = ${\mu }_s$ N = 0.8 × 450 = 360 N 이 경사면 위쪽으로 작용합니다. P 와 중력의 경사면 방향 성분 W sin 30° = 500 × 0.5 = 250 N 이 함께 아래로 물체를 밀므로 P + 250 = 360 에서 P = 110 N입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 동역학 # 마찰력 # 정지마찰계수 # 경사면 # 힘의평형

Q09

문항 목록

그림과 같이 정지해 있는 평판 위를 반지름이 $R$인 원판이 일정한 각속도 $\omega$로 미끄럼 없이 구르고 있다. 원판 위의 점 A, B, C, D에서 순간속도의 크기를 합한 것은?

• ① 0

  오답입니다 접촉점 C만 속도가 0이고 나머지 점은 모두 속도를 가집니다.

• ② $2\omega$$R$

  오답입니다 꼭대기 점 A 하나의 속도 2ωR 만 계산한 값입니다.

• ③ $(2+\sqrt{2})$$\omega$$R$

  오답입니다 B와 D 중 한 점만 더했을 때 나오는 값입니다.

• ④ $4\omega$$R$

  오답입니다 중심에서의 거리 R만 보고 B, D의 속도를 ωR로 잡으면 나오는 값입니다.

• ⑤ $(2+2\sqrt{2})$$\omega$$R$

  정답입니다 A는 2ωR, B와 D는 각각 √2 ωR, C는 0이므로 합이 (2+2√2)ωR입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ (2+2√2)ωR

미끄럼 없이 구르는 원판에서는 지면과 닿은 점 C가 순간중심이고, 각 점의 속도는 ω 와 C까지의 거리의 곱으로 구합니다. C까지의 거리는 A가 2R, B와 D가 각각 √(R²+R²) = √2 R, C는 0입니다. 따라서 속도의 합은 2ωR + √2 ωR + √2 ωR + 0 = (2+2√2)ωR입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 동역학 # 순간중심 # 구름운동 # 강체운동 # 각속도

Q10

문항 목록

그림과 같이 정지해 있는 지게차(M)에 짐(m)을 실을 때, 지게차가 앞바퀴(D)에 대해 넘어가기 전에 실을 수 있는 짐의 최대 질량은? (단위: kg) (단, 지게차는 앞, 뒤에 각각 두 개씩의 바퀴가 있고, 지게차의 질량은 1,200kg이다. 점 A, B는 각각 지게차와 짐의 무게중심이다)

• ① 1,200

  오답입니다 지게차 자체 질량 1,200 kg을 그대로 옮겨 적은 값입니다.

• ② 2,000

  정답입니다 앞바퀴 D 기준 모멘트 평형 m × 0.6 = 1,200 × 1.0 에서 나오는 값입니다.

• ③ 2,500

  오답입니다 그림에 주어진 어떤 거리 조합으로도 2,500 kg은 나오지 않습니다.

• ④ 3,000

  오답입니다 짐까지의 거리를 0.4 m로 잘못 읽으면 3,000 kg이 됩니다.

• ⑤ 3,200

  오답입니다 지게차 무게중심까지 거리를 1.6 m로 잘못 보면 3,200 kg이 됩니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2,000

지게차가 앞바퀴 D를 축으로 앞으로 넘어가려는 순간이므로 D점에 대한 모멘트 평형을 세웁니다. 지게차 무게는 D에서 뒤쪽으로 1.0 m 떨어진 A에, 짐 무게는 D에서 앞쪽으로 0.6 m 떨어진 B에 작용합니다. 넘어가기 직전에는 m·g × 0.6 = M·g × 1.0이므로 m = 1,200 × 1.0 / 0.6 = 2,000 kg입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 동역학 # 모멘트평형 # 전도조건 # 무게중심 # 정역학

Q11

문항 목록

선형탄성 재료로 만들어진 길이가 $L$인 균일단면 봉의 양 끝점이 고정되어 있다. 이 봉의 온도가 상승하여 발생하는 열응력과 변형률에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

• ① 열응력은 탄성계수가 클수록 더 커진다.

  오답입니다 열응력 σ = EαΔT 에서 E가 분자에 있으므로 옳습니다.

• ② 열응력은 열팽창계수가 클수록 더 커진다.

  오답입니다 열팽창계수 α도 분자에 있으므로 클수록 열응력이 커집니다.

• ③ 열응력은 온도변화가 클수록 더 커진다.

  오답입니다 온도변화 ΔT도 분자에 있으므로 클수록 열응력이 커집니다.

• ④ 열응력은 봉의 길이가 길어질수록 더 커진다.

  정답입니다 열응력 식에는 길이 L이 들어 있지 않아 길이와 무관합니다.

• ⑤ 봉의 축방향 변형률은 0이다.

  오답입니다 양 끝이 고정되어 늘어나지 못하므로 실제 축방향 변형률은 0입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 열응력은 봉의 길이가 길어질수록 더 커진다.

양단이 고정된 봉은 온도가 올라도 늘어날 수 없으므로 전체 축방향 변형률은 0이고, 자유팽창 변형률 αΔT 만큼을 압축으로 되돌리는 셈이 됩니다. 따라서 열응력은 σ = E·αΔT 로 탄성계수, 열팽창계수, 온도변화에만 비례하고 봉의 길이 L 은 식에 나타나지 않습니다. 길이가 길수록 열응력이 커진다는 ④가 옳지 않습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 재료역학 # 열응력 # 열팽창계수 # 구속조건 # 변형률

Q12

문항 목록

재료의 기계적 성질 중 경도(hardness)에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 재료에 대한 압입(indentation) 시 소성 변형에 대한 저항의 크기

  정답입니다 경도는 압입자를 눌렀을 때 국부 소성변형에 견디는 정도입니다.

• ② 재료가 견딜 수 있는 최고압축응력

  오답입니다 재료가 견디는 최고압축응력은 압축강도의 정의입니다.

• ③ 인장시험에서 주어지는 최대하중과 시험편 본래의 단면적에 대한 비

  오답입니다 최대하중을 원단면적으로 나눈 값은 인장강도(극한강도)입니다.

• ④ 일정한 체적의 재료를 파단시키는 데 요구되는 에너지의 양

  오답입니다 단위체적을 파단시키는 데 드는 에너지는 인성(toughness)입니다.

• ⑤ 일정한 응력하에 시간에 지배받는 영구변형

  오답입니다 일정 응력에서 시간에 따라 진행되는 영구변형은 크리프입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 재료에 대한 압입(indentation) 시 소성 변형에 대한 저항의 크기

경도는 브리넬·비커스·로크웰 시험처럼 단단한 압입자를 눌러 생긴 자국의 크기로 재는 값으로, 재료가 국부적인 소성변형(압입)에 얼마나 저항하는지를 나타냅니다. 나머지는 각각 압축강도, 인장강도, 인성, 크리프의 정의입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 경도 # 압입시험 # 인성 # 크리프

Q13

문항 목록

탄성계수 $E$ = 100GPa, 길이 10m, 단면적 2cm²인 원형봉의 길이방향 신장량이 2mm이면 이 때 작용하는 길이방향 인장하중은? (단위: N)

• ① 100

  오답입니다 단면적을 0.05 cm²로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ② 200

  오답입니다 단면적을 0.1 cm²로 잡았을 때 나오는 값입니다.

• ③ 1,000

  오답입니다 신장량을 0.5 mm로 잘못 보면 나오는 값입니다.

• ④ 4,000

  정답입니다 P = δAE/L = 0.002 × 2×10⁻⁴ × 100×10⁹ / 10 = 4,000 N입니다.

• ⑤ 8,000

  오답입니다 신장량을 4 mm로 잘못 보면 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 4,000

축하중을 받는 봉의 신장량은 δ = PL/(AE)이므로 P = δAE/L입니다. 단위를 맞추면 δ = 0.002 m, A = 2 cm² = 2×10⁻⁴ m², E = 100 GPa = 100×10⁹ N/m², L = 10 m입니다. 대입하면 P = 0.002 × 2×10⁻⁴ × 100×10⁹ / 10 = 4,000 N입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 재료역학 # 축하중 # 변형량 # 후크의법칙 # 탄성계수

Q14

문항 목록

가솔린이 연료 탱크로부터 내경이 10mm의 관을 통해 엔진으로 1,500mm³/s의 유량으로 공급될 경우, 이 유동에 대한 레이놀즈(Reynolds) 수에 가장 가까운 값은? (단, 가솔린의 밀도는 680kg/m³, 점도는 0.0003kg/(m·s), 원주율 $\pi$는 3으로 가정한다)

• ① 350

  오답입니다 점도를 0.0004 kg/(m·s)로 잡으면 340 정도가 됩니다.

• ② 400

  오답입니다 밀도를 600 kg/m³로 잡으면 400이 나옵니다.

• ③ 450

  정답입니다 Re = 4ρQ/(πDμ) = 4×680×1.5×10⁻⁶ / (3×0.01×0.0003) ≈ 453입니다.

• ④ 500

  오답입니다 밀도를 750 kg/m³로 잡으면 500이 나옵니다.

• ⑤ 550

  오답입니다 유량을 1,800 mm³/s로 잘못 읽으면 544 정도가 됩니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 450

유량 Q = 1,500 mm³/s = 1.5×10⁻⁶ m³/s이고 단면적은 A = πD²/4 = 3 × 0.01²/4 = 7.5×10⁻⁵ m²이므로 평균유속은 V = Q/A = 0.02 m/s입니다. 레이놀즈 수는 Re = ρVD/μ = 680 × 0.02 × 0.01 / 0.0003 ≈ 453이므로 보기 중 450에 가장 가깝습니다. Re가 2,100보다 훨씬 작아 층류 유동입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 유체역학 # 레이놀즈수 # 층류유동 # 평균유속 # 점도

Q15

문항 목록

파이프의 내경이 120mm이고 두께가 2.5mm이며 파이프 재료의 허용응력이 108MPa이다. 파이프가 설치된 실내의 압력을 무시할 때, 파이프 내 최대 허용 압력은? (단위: MPa)

• ① 4.0

  오답입니다 내경 대신 바깥지름이나 평균지름을 써도 4.3 정도이므로 4.0이 되는 계산은 없습니다.

• ② 4.5

  정답입니다 p = 2tσ/d = 2 × 2.5 × 108 / 120 = 4.5 MPa입니다.

• ③ 5.0

  오답입니다 허용응력을 120 MPa로 잡으면 5.0이 나옵니다.

• ④ 5.5

  오답입니다 두께를 3 mm 가까이 잡으면 5.4 정도가 되어 이 값에 가깝습니다.

• ⑤ 6.0

  오답입니다 지름을 90 mm로 잘못 잡으면 6.0이 나옵니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 4.5

두께가 지름에 비해 얇은 내압 원통에서는 원주방향 응력(후프응력)이 축방향 응력의 2배라 이것이 설계 기준이 됩니다. 원주응력은 σ = pd/(2t)이므로 허용압력은 p = 2tσ/d입니다. t = 2.5 mm, σ = 108 MPa, d = 120 mm 를 넣으면 p = 2 × 2.5 × 108 / 120 = 4.5 MPa입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 재료역학 # 내압용기 # 원주응력 # 박육원통 # 허용응력

Q16

문항 목록

900K의 고온 열원과 온도가 알려지지 않은 저온 열원 사이에서 작동하는 카노열기관의 효율이 2/3(약 66.7%)이다. 만약 저온 열원의 온도는 변하지 않고, 고온 열원의 온도만 600K로 변경된다면 이 열기관의 효율은?

• ① 30%

  오답입니다 저온 열원 온도를 420 K로 잘못 구하면 30%가 나옵니다.

• ② 33%

  오답입니다 1 − 600/900 처럼 두 고온 열원 온도끼리만 비교한 값입니다.

• ③ 40%

  오답입니다 저온 열원 온도를 360 K로 잘못 구하면 40%가 나옵니다.

• ④ 50%

  정답입니다 $T_L$ = 300 K이므로 η = 1 − 300/600 = 0.5입니다.

• ⑤ 55%

  오답입니다 저온 열원 온도를 270 K로 잘못 구하면 55% 정도가 나옵니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 50%

카르노 열기관의 효율은 η = 1 − $T_L$/$T_H$입니다. 처음 조건에서 2/3 = 1 − $T_L$/900이므로 $T_L$/900 = 1/3, 즉 $T_L$ = 300 K입니다. 저온 열원은 그대로 두고 고온 열원만 600 K로 낮추면 η = 1 − 300/600 = 0.5 = 50%가 됩니다. 따라서 ④입니다.
※ 문제의 “카노열기관”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 표준 표기는 “카르노(Carnot) 열기관”입니다.

키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 열효율 # 절대온도 # 가역기관

Q17

문항 목록

면심입방(face-centered cubic, FCC) 결정구조 단위정(unit cell) 내의 원자수는?

• ① 1

  오답입니다 단순입방(SC) 격자의 단위정당 원자수가 1개입니다.

• ② 2

  오답입니다 체심입방(BCC) 격자의 단위정당 원자수가 2개입니다.

• ③ 4

  정답입니다 꼭짓점 8 × 1/8 = 1개, 면심 6 × 1/2 = 3개로 모두 4개입니다.

• ④ 5

  오답입니다 어떤 기본 결정구조에도 해당하지 않는 값입니다.

• ⑤ 6

  오답입니다 조밀육방(HCP) 단위정의 원자수가 6개입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 4

면심입방 격자는 정육면체의 8개 꼭짓점과 6개 면 중심에 원자가 놓입니다. 꼭짓점 원자는 8개 단위정이 나눠 가지므로 8 × 1/8 = 1개, 면심 원자는 2개 단위정이 나눠 가지므로 6 × 1/2 = 3개입니다. 합하면 단위정 안의 원자수는 4개이며, Al·Cu·Ni·오스테나이트가 이 구조입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 결정구조 # 면심입방격자 # 단위정 # 원자수

Q18

문항 목록

과도 열전달 문제에서 집중용량법(lumped capacitance method)을 적용할 수 있는 경우는?

• ① Biot 수가 매우 작을 때

  정답입니다 Bi = h$L_c$/k 가 0.1보다 작으면 물체 내부 온도를 균일하게 볼 수 있습니다.

• ② Fourier 수가 매우 작을 때

  오답입니다 Fourier 수는 무차원 시간이라 적용 가능 여부를 정하지 못합니다.

• ③ Fourier 수가 매우 클 때

  오답입니다 Fourier 수가 커도 내부 온도차가 크면 집중용량법을 쓸 수 없습니다.

• ④ Nusselt 수가 매우 작을 때

  오답입니다 Nusselt 수는 유체 쪽 대류와 전도의 비로 대류열전달계수를 구하는 값입니다.

• ⑤ Nusselt 수가 매우 클 때

  오답입니다 Nusselt 수가 커도 고체 내부 온도 균일 여부와는 직접 관계가 없습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① Biot 수가 매우 작을 때

집중용량법은 물체 내부의 온도가 어느 순간에나 거의 균일하다고 보고 시간에 대한 1차 미분방정식으로 푸는 방법입니다. 이 가정은 내부 전도저항이 표면 대류저항보다 훨씬 작을 때 성립하며, 그 척도가 비오트 수 Bi = h$L_c$/k입니다. 보통 Bi ≤ 0.1이면 오차 5% 이내로 적용할 수 있습니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열전달 # 집중용량법 # 비오트수 # 과도열전달 # 무차원수

Q19

문항 목록

재료역학과 관련된 설명 중 옳지 않은 것은?

• ① 재료에 가로방향 인장력이 작용될 때, 가로변형률에 대한 세로변형률의 비를 프와송(Poisson) 비라고 한다.

  오답입니다 하중 방향이 가로이므로 가로가 축방향이 되어 포아송비 정의와 맞습니다.

• ② 전단응력은 극한강도와 전단변형률의 곱으로 나타낼 수 있다.

  정답입니다 전단응력은 극한강도가 아니라 전단탄성계수 G와 전단변형률의 곱입니다.

• ③ 재료의 안전율은 극한응력과 허용응력의 비로 나타낼 수 있다.

  오답입니다 안전율은 극한응력을 허용응력으로 나눈 값이므로 옳습니다.

• ④ 재료에 충격하중이 작용할 때 발생하는 최대응력을 충격응력이라고 한다.

  오답입니다 충격하중이 걸릴 때 생기는 최대응력을 충격응력이라 부릅니다.

• ⑤ 원형축의 비틀림에 있어 전단응력은 원형단면의 가장자리에서 가장 크다.

  오답입니다 비틀림 전단응력은 중심에서 0이고 반지름에 비례해 표면에서 최대입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 전단응력은 극한강도와 전단변형률의 곱으로 나타낼 수 있다.

탄성범위에서 전단응력과 전단변형률의 관계는 후크의 법칙 τ = Gγ이며, 여기서 G는 전단탄성계수(횡탄성계수)입니다. 극한강도는 재료가 견디는 최대응력을 뜻하는 강도값이지 응력과 변형률을 이어 주는 비례상수가 아닙니다. 따라서 전단응력을 극한강도와 전단변형률의 곱으로 쓴 ②가 옳지 않습니다. 따라서 ②입니다.
※ ①의 “프와송”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 흔히 쓰는 표기는 “포아송(Poisson)”입니다.

키워드 # 재료역학 # 전단응력 # 전단탄성계수 # 포아송비 # 안전율

Q20

문항 목록

아래 그림과 같이 단순지지보에 균일분포하중이 작용하고 있다. 균일분포하중의 크기는 8kN/m이며, 보의 길이는 1m이다. 보에 작용하는 최대굽힘모멘트는? (단위: kN·m)

• ① 0.1

  오답입니다 보 길이를 0.35 m 정도로 보아야 나오는 값으로 조건과 맞지 않습니다.

• ② 0.2

  오답입니다 보 길이를 0.5 m로 보아도 0.25가 되므로 그보다 더 작은 값입니다.

• ③ 0.4

  오답입니다 보 길이를 0.63 m 정도로 잘못 보면 나오는 값입니다.

• ④ 0.8

  오답입니다 계수를 1/8이 아니라 1/10으로 쓰면 나오는 값입니다.

• ⑤ 1.0

  정답입니다 $M_{\text{max}}$ = wL²/8 = 8 × 1²/8 = 1.0 kN·m입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 1.0

등분포하중을 받는 단순지지보에서 양 끝 반력은 각각 wL/2 = 4 kN이고, 전단력이 0이 되는 보 중앙에서 굽힘모멘트가 최대가 됩니다. 이때 최대굽힘모멘트는 $M_{\text{max}}$ = wL²/8이므로 8 × 1² / 8 = 1.0 kN·m입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 재료역학 # 단순지지보 # 등분포하중 # 최대굽힘모멘트 # 전단력선도

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

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