2021년 국회사무처 9급 기계일반 가책형 기출문제 풀이
2021 9급 국회사무처 기계일반 가책형
탄성계수(Young’s Modulus)가 100GPa이고 단면적이 0.01m2인 길이 2m의 막대가 있다. 막대가 길이방향으로 1000kN의 인장력을 받는다면 길이방향 변형률은?
①
오답입니다 이 정도 변형률이 나오려면 응력이 1 kPa 수준이어야 해서 지나치게 작습니다.
②
오답입니다 하중을 1,000 kN이 아니라 10 kN으로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.
③
오답입니다 ②에 길이 2 m를 곱한 값으로, 변형률에는 길이를 곱하지 않습니다.
④
정답입니다 σ = 10⁶/0.01 = 10⁸ N/m², ε = σ/E = 10⁸/10¹¹ = 10⁻³입니다.
⑤
오답입니다 변형률이 아니라 늘어난 길이 δ = εL = 2×10⁻³ m 의 수치입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 10⁻³
먼저 응력을 구하면 σ = P/A = 1,000×10³ N / 0.01 m² = 10⁸ N/m²입니다. 탄성한도 안에서는 훅의 법칙 σ = Eε 가 성립하므로 ε = σ/E입니다. E = 100 GPa = 10¹¹ N/m²이므로 ε = 10⁸/10¹¹ = 10⁻³ 이 됩니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 재료역학 # 훅의법칙 # 변형률 # 탄성계수 # 수직응력
질량이 1kg인 물체가 스프링상수 400N/m인 스프링에 매달려 정적 평형 위치에 정지되어 있다. 물체를 1cm 잡아 당겼다가 놓아 진동이 시작된다면 발생하는 최대 가속도는? (단위: m/s2)
① 0.1
오답입니다 ω²을 400이 아니라 10으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 1
오답입니다 질량을 4 kg으로 잘못 보면 ω² = 100이 되어 이 값이 나옵니다.
③ 2
오답입니다 고유각진동수를 √(k/m)이 아니라 √(k/2m)으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 4
정답입니다 ω² = k/m = 400이므로 = ω²A = 400 × 0.01 = 4 m/s²입니다.
⑤ 8
오답입니다 진폭을 1 cm가 아니라 2 cm로 잘못 보았을 때 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 4
스프링-질량계의 고유각진동수는 ω = √(k/m) = √(400/1) = 20 rad/s입니다. 평형위치에서 1 cm 당겼다 놓았으므로 진폭은 A = 0.01 m이고, 단순조화운동의 최대 가속도는 진폭이 최대인 지점에서 = ω²A 로 나타납니다. 따라서 = 20² × 0.01 = 4 m/s²입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 진동학 # 단순조화운동 # 고유각진동수 # 최대가속도 # 진폭
질량이 3kg이고 가로길이가 4m, 세로길이가 2m인 직사각형 평판이 있다. 질량중심점에 대하여 평판 면에 수직한 방향을 축으로 회전 시킬 때 관성모멘트는? (단위: kg・m2)
① 2
오답입니다 평판을 한 변 2 m인 정사각형으로 보았을 때(3×8/12) 나오는 값입니다.
② 4
오답입니다 가로변만 넣어 ma²/12 = 3×16/12 로 계산한 값으로 세로변이 빠졌습니다.
③ 5
정답입니다 I = m(a²+b²)/12 = 3(4²+2²)/12 = 5 kg·m²입니다.
④ 12
오답입니다 제곱합 (a²+b²) = 20 자리에 48을 넣어야 나오는 값입니다.
⑤ 24
오답입니다 원판 공식 ½mr² 에 r = 4 m 를 그대로 넣었을 때 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 5
직사각형 평판의 면에 수직이고 질량중심을 지나는 축에 대한 질량관성모멘트는 I = m(a² + b²)/12입니다(면 안의 두 축에 대한 값을 수직축정리로 더한 결과입니다). m = 3 kg, a = 4 m, b = 2 m 를 대입하면 I = 3 × (16 + 4)/12 = 60/12 = 5 kg·m²입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 동역학 # 질량관성모멘트 # 직사각형평판 # 수직축정리 # 질량중심
그림과 같이 동일한 경사면을 미끄러짐 없이 굴러 내려오는 세 개의 원형 물체가 있다. A 물체는 반경 r이고 질량이 m인 디스크이고, B 물체는 반경이 r/2이고 질량이 m인 디스크이며, C 물체는 중심반경이 r이고 질량이 m인 원형 고리이다. 정지 상태에서 경사면을 따라 같은 높이를 내려왔을 때 각 물체의 속도 관계는?
①
오답입니다 고리는 관성모멘트 비가 디스크보다 커서 같은 속도가 나올 수 없습니다.
②
정답입니다 디스크는 √(4gh/3), 고리는 √(gh)이므로 A = B이고 둘 다 C보다 빠릅니다.
③
오답입니다 부등호가 반대입니다. 고리가 회전에너지를 더 많이 가져가 오히려 느립니다.
④
오답입니다 B는 반경만 다른 같은 형상의 디스크라 A와 속도가 같습니다.
⑤
오답입니다 반경이 달라도 A와 B의 속도는 같으므로 < 가 될 수 없고, 고리 C는 디스크보다 느려 = 도 성립하지 않습니다.
정답과 해설 보기
정답 ② = >
미끄러짐 없이 구르면 mgh = ½mv² + ½Iω²이고 ω = v/r이므로 v = √(2gh / (1 + I/mr²)) 가 되어 질량과 반경은 모두 소거됩니다. 디스크는 I/mr² = 1/2이라 v = √(4gh/3)이고, 원형 고리는 I/mr² = 1이라 v = √(gh)입니다. A와 B는 반경만 다른 디스크라 속도가 같고, 고리인 C가 가장 느립니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 동역학 # 구름운동 # 에너지보존 # 관성모멘트 # 회전운동에너지
질량이 m인 공을 높이 h에서 바닥에 떨어뜨린다. 공이 바닥과 부딪혀 튀어 오르고 다시 아래로 떨어져 바닥과 부딪혀 튀어 오르는 과정을 반복한다. 공과 바닥 사이의 반발계수가 0.9일 때, 공이 튀어 오르는 높이가 h/2 이하가 되는 경우는 공과 바닥이 몇 번째 충돌한 이후인가? (단, 공기의 저항은 무시한다)
① 4번째 이후
정답입니다 0.81³ = 0.531 > 0.5, 0.81⁴ = 0.430 < 0.5이므로 4번째 충돌 이후입니다.
② 5번째 이후
오답입니다 4번째에서 이미 0.430h 로 내려가므로 5번째까지 갈 필요가 없습니다.
③ 6번째 이후
오답입니다 높이비를 0.9ⁿ으로 잘못 잡아도 6번째는 0.531h 라 h/2보다 큽니다.
④ 7번째 이후
오답입니다 높이비를 e²ⁿ이 아니라 eⁿ으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
⑤ 8번째 이후
오답입니다 0.81⁸ = 0.185h 로 이미 한참 낮아진 뒤라 조건을 처음 만족하는 시점이 아닙니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 4번째 이후
반발계수는 속도의 비이므로 충돌 후 속도는 e배가 되고, 높이는 속도의 제곱에 비례하므로 한 번 튈 때마다 높이가 e² = 0.81배가 됩니다. n번째 충돌 후 높이는 = 0.81ⁿ h입니다. 0.81³ = 0.531 로 아직 h/2보다 크고 0.81⁴ = 0.430 으로 처음 h/2 아래가 됩니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 동역학 # 반발계수 # 충돌 # 자유낙하 # 에너지손실
그림과 같이 무게가 없는 강체 막대에 스프링상수가 각각 2k, 6k, 1k인 스프링이 연결되어 있다. 강체 막대의 한 지점에 F의 힘을 아랫방향으로 가할 때, 강체 막대가 수평을 유지하도록 하는 a와 b의 길이 비는?
a : b
① 1 : 1
오답입니다 왼쪽 등가강성 1.5k와 오른쪽 1k가 달라 두 팔 길이가 같을 수 없습니다.
② 1 : 8
오답입니다 2k와 6k를 직렬이 아니라 병렬로 더해 8k로 보았을 때 나오는 비입니다.
③ 2 : 3
정답입니다 왼쪽이 1.5k, 오른쪽이 1k이므로 모멘트 평형에서 a : b = 1 : 1.5 = 2 : 3입니다.
④ 3 : 4
오답입니다 왼쪽 등가강성을 (4/3)k 로 잘못 계산했을 때 나오는 비입니다.
⑤ 4 : 3
오답입니다 강성이 큰 왼쪽에 더 긴 팔을 준 경우로 모멘트 평형이 맞지 않습니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 2 : 3
왼쪽은 2k와 6k가 직렬이므로 1/ = 1/2k + 1/6k = 4/6k, 즉 = 1.5k이고 오른쪽은 = 1k입니다. 강체 막대가 수평을 유지하려면 두 스프링의 늘어난 길이 δ가 같아야 하므로 힘은 = 1.5kδ, = 1kδ 가 됩니다. 하중 F의 작용선에 대한 모멘트 평형 ·a = ·b 에서 1.5a = b, 즉 a : b = 2 : 3입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 기계요소설계 # 스프링 # 직렬연결 # 등가강성 # 모멘트평형
정사각형 모양의 단면을 갖는 빔의 양 끝단을 단순지지하고 중앙에 집중하중이 가해졌을 때 x만큼 처짐이 발생했다. 동일한 재질로 만들어진 빔을 그림과 같이 네 가지 경우로 설치하고 동일한 하중을 가했을 때 각 처짐량은? (단, 빔 사이의 마찰은 무시한다)
(a) (b) (c) (d)
① x/2 x/2 x/2 x/2
오답입니다 (d)는 높이가 2배라 단면2차모멘트가 8배가 되므로 x/2가 아니라 x/8입니다.
② x/2 x/2 x/2 x/8
정답입니다 (a)(b)(c)는 모두 강성이 2배라 x/2, (d)만 8배라 x/8이 됩니다.
③ x/2 x/2 x/8 x/8
오답입니다 (c)는 마찰이 없어 두 빔이 따로 휘므로 x/8이 아니라 x/2입니다.
④ x/2 x/4 x/2 x/4
오답입니다 (b)는 폭만 2h로 넓힌 한 개의 빔이라 x/4가 아니라 x/2입니다.
⑤ x/2 x/4 x/2 x/8
오답입니다 (b)의 폭 2배 효과를 4배로 잘못 본 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② (a) x/2, (b) x/2, (c) x/2, (d) x/8
단순지지보 중앙 집중하중의 처짐은 δ = FL³/(48EI)이고 직사각형 단면은 I = bh³/12이므로 처짐은 폭 b에 반비례하고 높이 h의 세제곱에 반비례합니다. (a)는 h×h 빔 두 개를 나란히 놓아 I가 2배, (b)는 폭이 2h인 한 개라 역시 I가 2배, (c)는 마찰이 없어 두 빔이 따로 휘므로 강성만 2배가 되어 세 경우 모두 x/2입니다. (d)는 높이가 2h인 한 개라 I가 2³ = 8배가 되어 x/8입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 재료역학 # 보의처짐 # 단면2차모멘트 # 단순지지보 # 집중하중
베어링에 대한 다음의 설명 중 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르면?
ㄱ. 베어링메탈의 재료는 열전도율이 낮을수록 좋다. |
① ㄱ, ㄴ
오답입니다 ㄱ이 틀립니다. 베어링메탈은 마찰열을 빨리 빼내야 하므로 열전도율이 높아야 좋습니다.
② ㄱ, ㄷ
오답입니다 ㄱ이 들어 있어 옳지 않습니다. 열전도율은 낮을수록이 아니라 높을수록 좋습니다.
③ ㄴ, ㄷ
정답입니다 ㄴ은 스러스트베어링의 정의 그대로이고, ㄷ은 롤러의 선접촉 특성에서 옳습니다.
④ ㄴ, ㄹ
오답입니다 ㄹ이 틀립니다. Sn·Zn·Pb·Sb 계열 합금은 켈밋이 아니라 화이트메탈(배빗메탈)입니다.
⑤ ㄷ, ㄹ
오답입니다 ㄹ이 들어 있어 옳지 않습니다. 켈밋은 구리(Cu)와 납(Pb)을 주성분으로 하는 합금입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ ㄴ, ㄷ
ㄱ은 틀립니다. 베어링메탈은 마찰로 생긴 열을 잘 방출해야 하므로 열전도율이 높은 편이 좋습니다. ㄴ은 옳습니다. 스러스트베어링은 축방향(추력) 하중을 받도록 만든 베어링입니다. ㄷ도 옳습니다. 롤러베어링은 선접촉이라 점접촉인 볼베어링보다 부하용량이 크고 충격에 강합니다. ㄹ은 틀립니다. 켈밋은 Cu-Pb 합금이고, Sn·Zn·Pb·Sb 합금은 화이트메탈입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 기계요소설계 # 베어링 # 스러스트베어링 # 롤러베어링 # 켈밋 # 화이트메탈
다음 설명에 해당하는 용접결함은?
○ 용융상태의 슬래그와 금속 내의 가스팽창폭발로 용융금속이 비산하여 용접부분 주변에 작은 방울형태로 접착되는 현상 |
① 기공
오답입니다 기공은 용착금속 안에 가스가 갇혀 생긴 둥근 빈 구멍입니다.
② 균열
오답입니다 균열은 응고 수축이나 잔류응력 때문에 용접부가 갈라지는 결함입니다.
③ 언더컷(undercut)
오답입니다 언더컷은 모재가 파여 용접선 옆에 홈이 남는 결함입니다.
④ 오버랩(overlap)
오답입니다 오버랩은 용착금속이 모재와 융합되지 않고 위로 겹쳐 덮이는 결함입니다.
⑤ 스패터(spatter)
정답입니다 용융금속이 방울로 튀어 주변에 붙는 현상이 바로 스패터입니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 스패터(spatter)
슬래그와 금속 내부 가스가 팽창·폭발하면서 용융금속이 사방으로 튀어 용접부 주변에 작은 방울 형태로 붙는 결함을 스패터라고 합니다. 전류 과다, 아크 길이 과다, 용접봉 결함(습기·피복 불량) 등이 주된 원인입니다. 기공·균열·언더컷·오버랩은 모두 용접 비드 자체에 생기는 다른 결함입니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 기계공작법 # 용접 # 용접결함 # 스패터 # 아크용접
다음 가공방법 중 소성가공에 속하지 않는 것은?
① 주조
정답입니다 주조는 쇳물을 주형에 부어 굳히는 방법으로 소성변형을 이용하지 않습니다.
② 전조
오답입니다 전조는 다이나 롤러로 눌러 나사·기어를 성형하는 소성가공입니다.
③ 단조
오답입니다 단조는 재료를 두들기거나 눌러 형상을 만드는 대표적 소성가공입니다.
④ 인발
오답입니다 인발은 다이 구멍으로 잡아당겨 단면을 줄이는 소성가공입니다.
⑤ 압연
오답입니다 압연은 회전하는 롤 사이로 통과시켜 두께를 줄이는 소성가공입니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 주조
소성가공은 재료에 항복점 이상의 힘을 주어 영구변형을 일으켜 형상을 만드는 가공법으로 단조, 압연, 인발, 압출, 전조, 프레스가공 등이 여기에 속합니다. 반면 주조는 금속을 녹여 주형에 부은 뒤 응고시키는 방법이라 소성변형을 이용하지 않습니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 소성가공 # 주조 # 전조 # 단조 # 인발 # 압연
어떤 기체가 가열되어 압력 200kPa, 부피 0.05m3에서 압력 250kPa, 부피 0.1m3으로 변화하였다. 이 과정에서 기체의 내부에너지가 30kJ이 증가했다면 이 기체의 엔탈피 변화는? (단위: kJ)
① 15
오답입니다 유동일 변화 Δ(PV) = 15 kJ만 구하고 내부에너지 증가를 더하지 않은 값입니다.
② 30
오답입니다 내부에너지 증가 30 kJ만 답한 값으로 유동일 변화가 빠졌습니다.
③ 45
정답입니다 ΔH = ΔU + Δ(PV) = 30 + (25 − 10) = 45 kJ입니다.
④ 60
오답입니다 유동일 변화를 15 kJ이 아니라 30 kJ로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
⑤ 75
오답입니다 유동일 변화를 45 kJ로 과대평가했을 때 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 45
엔탈피는 H = U + PV 로 정의되므로 변화량은 ΔH = ΔU + Δ(PV)입니다. P₁V₁ = 200 × 0.05 = 10 kJ, P₂V₂ = 250 × 0.1 = 25 kJ이므로 Δ(PV) = 15 kJ입니다. 내부에너지가 30 kJ 증가했으므로 ΔH = 30 + 15 = 45 kJ입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 열역학 # 엔탈피 # 내부에너지 # 유동일 # 상태량
원형의 단면을 갖는 수평하게 놓인 관을 통해 1지점에서 2지점으로 비압축성 유체가 흘러간다. 이 관의 1지점에서의 단면적이 A이고 2지점에서의 단면적이 0.5A라 하면, 두 지점 간 압력 차는 1지점에서 측정된 유체유동에 의한 동압의 몇 배인가? (단, 유체는 베르누이 방정식을 만족한다)
① 0.5 배
오답입니다 면적비 0.5를 그대로 답으로 옮긴 값입니다.
② 1 배
오답입니다 속도의 제곱 대신 속도만 비교해 (2 − 1) = 1로 본 값입니다.
③ 2 배
오답입니다 속도가 2배라는 사실만 보고 압력차도 2배라고 본 값입니다.
④ 3 배
정답입니다 v₂ = 2v₁ 이므로 Δp = ½ρ(v₂² − v₁²) = 3 × (½ρv₁²) 로 동압의 3배입니다.
⑤ 4 배
오답입니다 v₂²/v₁² = 4 자체를 답으로 보고 1을 빼지 않은 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 3 배
연속방정식 A₁v₁ = A₂v₂ 에서 A₂ = 0.5A이므로 v₂ = 2v₁ 입니다. 수평관이므로 베르누이 방정식은 p₁ + ½ρv₁² = p₂ + ½ρv₂² 가 되어 Δp = p₁ − p₂ = ½ρ(v₂² − v₁²) = ½ρ(4v₁² − v₁²) = 3 × ½ρv₁²입니다. 1지점의 동압이 ½ρv₁²이므로 압력차는 동압의 3배입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 유체역학 # 베르누이방정식 # 연속방정식 # 동압 # 압력차
물 500ml를 20℃에서 100℃까지 가열하는데 2분이 걸리도록 전열기를 설계한다면, 이 전열기의 전력은? (단위: W) (단, 가열 중 전력은 모두 물의 가열에 사용되며, 물의 비열은 4.2kJ/kg・K로 가정한다)
① 80
오답입니다 전력이 아니라 온도차 80 ℃를 그대로 답으로 옮긴 값입니다.
② 330
오답입니다 필요한 열량 168 kJ에 비해 너무 작아 2분 안에 100 ℃까지 올릴 수 없습니다.
③ 660
오답입니다 가열시간을 4분 남짓으로 늘려 잡았을 때 나오는 크기입니다.
④ 1400
정답입니다 Q = 0.5 × 4.2 × 80 = 168 kJ이고 168 kJ / 120 s = 1.4 kW = 1,400 W입니다.
⑤ 2800
오답입니다 가열시간을 2분이 아니라 1분으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 1400
물 500 mL는 질량으로 0.5 kg이고 온도 상승은 100 − 20 = 80 K입니다. 현열 계산식 Q = mcΔT 에 넣으면 Q = 0.5 × 4.2 × 80 = 168 kJ입니다. 이 열량을 2분(120초) 동안 공급해야 하므로 전력은 P = 168,000 J / 120 s = 1,400 W입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 열역학 # 비열 # 현열 # 전력 # 열량계산
과정 1→2→3 동안 시스템은 120kJ의 열을 흡수했고 80kJ의 일을 수행하였다. 과정 1→4→3 동안 시스템이 20kJ의 일을 행하였다면, 이 과정에서 출입한 열은? (단위: kJ)
① -140
오답입니다 흡수열과 일을 모두 빼서 −(120 + 20)으로 계산했을 때 나오는 값입니다.
② -80
오답입니다 1→2→3 구간의 일 80 kJ의 부호만 바꾸어 옮긴 값입니다.
③ 0
오답입니다 두 경로의 출입열이 서로 상쇄된다고 잘못 본 값입니다.
④ 40
오답입니다 내부에너지 변화 40 kJ만 답하고 시스템이 한 일 20 kJ을 더하지 않은 값입니다.
⑤ 60
정답입니다 ΔU₁₃ = 120 − 80 = 40 kJ이므로 Q = ΔU + W = 40 + 20 = 60 kJ입니다.
정답과 해설 보기
정답 ⑤ 60
내부에너지는 상태량이라 경로에 상관없이 시작점과 끝점만으로 정해집니다. 1→2→3 경로에서 열역학 제1법칙 Q = ΔU + W 를 쓰면 120 = ΔU + 80이므로 ΔU₁₃ = 40 kJ입니다. 1→4→3 경로도 같은 상태 1에서 3으로 가므로 ΔU는 그대로 40 kJ이고, 일이 20 kJ이므로 Q = 40 + 20 = 60 kJ 이 출입합니다(양수이므로 흡수입니다). 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 열역학 # 열역학제1법칙 # 내부에너지 # 상태량 # 경로함수
유선함수 로 정의되는 유동이 있다. 일 때 x좌표가 2인 점에서의 속도는?
①
오답입니다 v를 −2x가 아니라 x = 2 로 그대로 잡으면 √(1 + 4) = √5 가 됩니다.
②
오답입니다 두 속도성분을 모두 2로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
③
오답입니다 속도성분을 2와 3으로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
④
정답입니다 u = ∂ψ/∂y = 1, v = −∂ψ/∂x = −4이므로 속도는 √(1 + 16) = √17입니다.
⑤
오답입니다 v² = 16은 맞게 구했지만 u² 자리에 1 대신 ψ값 5를 넣은 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ √17
유선함수와 속도의 관계는 u = ∂ψ/∂y, v = −∂ψ/∂x입니다. ψ = x² + y이므로 u = 1, v = −2x입니다. x = 2인 점에서 u = 1, v = −4이므로 속도의 크기는 √(1² + 4²) = √17입니다. (ψ = 5 조건은 그 점의 y = 1 을 정할 뿐 속도 계산에는 쓰이지 않습니다.) 따라서 ④입니다.
키워드 # 유체역학 # 유선함수 # 속도성분 # 2차원유동 # 비압축성유동
그림과 같이 원통모양의 물체를 질량 50kg의 추를 이용하여 끌어올리던 중 원통부피의 3/4이 물속에 잠겨있는 채로 균형을 이루며 멈추었다. 원통모양 물체의 부피는? (단위: m3) (단, 물의 밀도는 1,000kg/m3, 원통모양 물체의 밀도는 2,000kg/m3이다)
① 0.04
정답입니다 50 + 1,000 × (3/4)V = 2,000V 를 풀면 V = 0.04 m³입니다.
② 0.05
오답입니다 부력이 전체 부피에 작용한다고(완전히 잠겼다고) 보았을 때 나오는 값입니다.
③ 0.06
오답입니다 추의 질량을 50 kg이 아니라 75 kg으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 0.07
오답입니다 추의 질량을 87.5 kg으로 잡아야 나오는 값입니다.
⑤ 0.08
오답입니다 물체 밀도를 2,000이 아니라 1,375 kg/m³ 정도로 낮춰 잡아야 나오는 값입니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 0.04
도르래로 연결되어 있으므로 줄의 장력은 추의 무게와 같아 T = 50g입니다. 원통에 작용하는 힘의 평형은 장력 + 부력 = 원통의 무게 이므로 50g + 1,000 × (3/4)V × g = 2,000 × V × g입니다. 정리하면 50 = 2,000V − 750V = 1,250V이므로 V = 0.04 m³입니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 유체역학 # 부력 # 아르키메데스원리 # 힘의평형 # 도르래
한 면의 넓이가 200cm2인 질량 1kg의 정육면체가 그림과 같이 수평선에 대하여 45° 기울어진 평판 위에 있다. 두께가 2mm인 기름막 위에서 일정 속도 V = 0.98m/s로 미끄러질 때, 기름막의 점성계수는? (단위: N・s/m2) (단, 중력가속도는 9.8m/s2이다)
①
오답입니다 접촉면적을 0.02 m²가 아니라 0.05 m²로 잘못 환산했을 때 나오는 값입니다.
②
오답입니다 접촉면적을 0.04 m²로 잘못 환산했을 때 나오는 값입니다.
③
오답입니다 접촉면적을 0.03 m²로 잘못 환산했을 때 나오는 값입니다.
④
정답입니다 τ = mg sin45°/A = 4.9√2/0.02이고 du/dy = 490 1/s이므로 μ = √2/2입니다.
⑤
오답입니다 경사각을 45°가 아니라 약 15°로 잡아야 나오는 값으로 √2가 사라졌습니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ √2/2
등속으로 미끄러지므로 경사면 방향 힘의 평형에서 점성 전단력이 중력의 경사면 성분과 같습니다. F = mg sin45° = 1 × 9.8 × (√2/2) = 4.9√2 N이고 접촉면적은 200 cm² = 0.02 m²이므로 τ = 4.9√2/0.02 = 245√2 N/m²입니다. 기름막이 얇아 속도분포를 직선으로 보면 du/dy = 0.98/0.002 = 490 1/s이므로 μ = τ/(du/dy) = 245√2/490 = √2/2 N·s/m²입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 유체역학 # 뉴턴의점성법칙 # 점성계수 # 전단응력 # 경사면
어떤 냉동사이클의 P-h선도가 그림과 같다. 설명 중 옳은 것은?
① 냉동사이클이 냉동기로 사용될 때 성능계수는 4이다.
오답입니다 냉동효과 3h₀를 압축일 h₀로 나누면 성능계수는 4가 아니라 3입니다.
② 냉동사이클이 열펌프로 사용될 때 성능계수는 5이다.
오답입니다 방열량 4h₀를 압축일 h₀로 나누면 성능계수는 5가 아니라 4입니다.
③ 주로 열을 방출하는 과정은 3에서 4로 갈 때이다.
오답입니다 3→4는 팽창밸브를 지나는 등엔탈피 교축이고, 열 방출은 2→3에서 일어납니다.
④ 주로 열을 흡수하는 과정은 1에서 2로 갈 때이다.
오답입니다 1→2는 압축기 과정이고, 열 흡수는 증발기 구간인 4→1에서 일어납니다.
⑤ 냉동사이클에서 방출하는 열량이 흡수하는 열량보다 많다.
정답입니다 방출 4h₀ = 흡수 3h₀ + 압축일 h₀ 이므로 방출량이 항상 더 많습니다.
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정답 ⑤ 냉동사이클에서 방출하는 열량이 흡수하는 열량보다 많다.
P-h 선도에서 1→2는 압축(w = 5h₀ − 4h₀ = h₀), 2→3은 응축기 방열( = 5h₀ − h₀ = 4h₀), 3→4는 팽창밸브의 등엔탈피 교축, 4→1은 증발기 흡열( = 4h₀ − h₀ = 3h₀)입니다. 따라서 냉동기 성능계수는 3, 열펌프 성능계수는 4이고 열 방출은 2→3, 열 흡수는 4→1에서 일어납니다. 에너지 보존상 = + w이므로 방출 열량이 흡수 열량보다 압축일만큼 많습니다. 따라서 ⑤입니다.
키워드 # 열역학 # 냉동사이클 # Ph선도 # 성능계수 # 압축기
축류수차만으로 짝지어진 것은?
① 프란시스수차(Francis turbine), 바커수차(Barker turbine)
오답입니다 프란시스수차는 혼류형 반동수차이고 바커수차는 반동형 분류수차입니다.
② 카플란수차(Kaplan turbine), 프로펠러수차(Propeller turbine)
정답입니다 두 수차 모두 물이 회전축 방향으로 흐르는 축류형 반동수차입니다.
③ 카플란수차(Kaplan turbine), 프란시스수차(Francis turbine)
오답입니다 카플란은 축류가 맞지만 프란시스는 혼류(반경류)수차입니다.
④ 펠톤수차(Pelton turbine), 프로펠러수차(Propeller turbine)
오답입니다 프로펠러는 축류가 맞지만 펠톤은 충동수차입니다.
⑤ 펠톤수차(Pelton turbine), 프란시스수차(Francis turbine)
오답입니다 펠톤은 충동수차, 프란시스는 혼류수차로 둘 다 축류가 아닙니다.
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정답 ② 카플란수차(Kaplan turbine), 프로펠러수차(Propeller turbine)
수차는 물의 흐름 방향에 따라 축류·반경류(혼류)·접선류로 나눕니다. 카플란수차와 프로펠러수차는 물이 회전축과 나란한 방향으로 지나가는 축류 반동수차이며, 카플란수차는 날개 각도를 바꿀 수 있는 가동익 프로펠러수차입니다. 프란시스수차는 혼류형 반동수차, 펠톤수차는 접선방향 분류를 쓰는 충동수차입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 유체역학 # 수차 # 축류수차 # 카플란수차 # 프로펠러수차
다음 설명에 적절한 현상은?
○ 유체가 유동하는 관로의 밸브가 갑자기 닫히는 경우 발생하는 압력파에 의한 현상 |
① 공동현상
오답입니다 공동현상은 국부압력이 포화증기압 아래로 내려가 기포가 생겼다 터지는 현상입니다.
② 수격현상
정답입니다 밸브 급폐로 생긴 압력파가 관로를 오가며 충격을 주는 것이 수격현상입니다.
③ 맥동현상
오답입니다 맥동현상은 순간적인 압력파가 아니라 압력과 유량이 주기적으로 진동하는 현상입니다.
④ 축추력현상
오답입니다 축추력은 임펠러 양면의 압력차로 축방향 힘이 생기는 현상입니다.
⑤ 서징현상
오답입니다 서징은 펌프·송풍기의 불안정 운전으로 유량이 크게 요동하는 현상입니다.
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정답 ② 수격현상
관로에서 밸브를 갑자기 닫으면 흐르던 유체의 운동량이 순간적으로 막히면서 큰 압력파(워터해머)가 생겨 관을 따라 왕복하며 소음과 진동, 관로 손상을 일으킵니다. 이것이 수격현상이며, 밸브를 서서히 닫거나 공기실·서지탱크를 두어 완화합니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 유체역학 # 수격현상 # 워터해머 # 관로 # 압력파
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