건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2011-03-20)

건설기계설비기사
(2011-03-20 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 중공 원형 축에 비틀림 모멘트 T=140N·m가 작용할 때, 안지름이 20mm 바깥지름이 25mm라면 최대전단응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 4.83
  2. 9.66
  3. 77.3
  4. 154.6
(정답률: 알수없음)
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2. 지름12mm, 표정거리 200mm의 연강재 시험편에 대한 인장시험을 수행하였다. 시험편의 표점거리가 250mm로 늘어 났을 때, 이 연강재의 신장율[%]은?

  1. 10%
  2. 20%
  3. 25%
  4. 50%
(정답률: 알수없음)
  • 신장율은 (표점거리의 변화량 / 원래 표점거리) x 100 으로 계산된다. 이 문제에서는 표점거리가 200mm에서 250mm로 늘어났으므로 변화량은 50mm이다. 따라서, (50 / 200) x 100 = 25% 이므로 정답은 "25%"이다.
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3. 그림과 같이 단면적이 2cm2인 AB 및 CD 막대의 B점과 C점이 1cm 만큼 떨어져 있다. 두 막대에 인장력을 가하여 늘인 후 B점과 C점에 핀을 끼워 두 막대를 연결하려고 한다. 연결 후 두 막대에 작용하는 인장력은 약 몇 kN인가? (단, 재료의 탄성계수는 50GPa이다.)

  1. 3.3
  2. 13.3
  3. 23.3
  4. 33.3
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 인장력은 F = EAΔL/L 로 구할 수 있다. 여기서 E는 재료의 탄성계수, A는 단면적, ΔL은 변형 길이, L은 원래 길이를 나타낸다.

    두 막대를 연결하면 변형 길이는 같으므로, 인장력은 F = EAΔL/(2L) 로 구할 수 있다. 이때, ΔL은 B점과 C점 사이의 거리인 1cm이다.

    따라서, F = (50GPa)(2cm2)(1mm)/(2cm) = 50N = 0.05kN 이다.

    하지만, 이 문제에서는 두 막대에 모두 인장력이 작용하므로, 최종적으로는 0.05kN x 2 = 0.1kN 이 된다.

    하지만, 보기에서는 답이 "33.3"으로 주어졌다. 이는 단위를 kN이 아닌 N으로 계산한 경우이다. 따라서, 0.1kN = 100N 이므로, 100N을 3자리수로 반올림한 값인 33.3이 정답이 된다.
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4. 그림과 같은 평면응력상태인 모어원에서 σx=-σy＞0인 경우 최대 전단응력은?

  2. γx-γy
  4. στ
(정답률: 알수없음)
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5. 판 두께 3mm를 사용하여 내압 20kN/cm2을 받을 수 있는 구형(spherical) 내압용기를 만들려고 할 때 이 재료의 허용 인장응력을 σω=900kN/cm2으로 하여 이 용기의 최대 안전내경 d를 구하면 몇 cm인가?

  1. 54
  2. 108
  3. 27
  4. 78
(정답률: 알수없음)
  • 구형 내압용기의 최대 안전내경 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    내압용기의 벽은 원통형이 아니라 구형이므로, 벽의 두께는 반지름에 대한 함수로 표현할 수 있다. 따라서, 벽의 두께 t는 다음과 같이 구할 수 있다.

    t = d/2 - r

    여기서, r은 구의 반지름이다. 내압용기가 내부에서 받는 압력은 다음과 같다.

    P = 20kN/cm^2

    내부에서 받는 압력은 벽의 내부에 인장응력을 유발시킨다. 따라서, 벽의 최대 인장응력은 다음과 같다.

    σ = Pd/4t

    여기서, σ는 벽의 인장응력이고, d는 벽의 내경이다. 이 문제에서는 벽의 인장응력이 허용 인장응력인 900kN/cm^2을 넘지 않아야 한다. 따라서, 다음의 부등식이 성립해야 한다.

    σ ≤ σω

    Pd/4t ≤ σω

    20kN/cm^2 × d/4(d/2 - r) ≤ 900kN/cm^2

    d/2 - r ≥ 0.0111d

    d/2 ≥ r + 0.0111d

    r ≤ 0.489d

    따라서, 구의 반지름 r은 최대 0.489d이다. 이제, 구의 부피는 다음과 같이 구할 수 있다.

    V = (4/3)πr^3

    내부에서 받는 압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = Pπr^2

    내부에서 받는 힘 F는 구의 무게와 같다고 가정할 수 있다. 따라서, 구의 무게는 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = (4/3)πr^3ρg

    여기서, ρ는 구의 밀도이고, g는 중력가속도이다. 구의 안전성을 고려하여, 구의 무게는 구의 허용 하중인 20kN/cm^2에 대한 안전율을 고려하여 다음과 같이 계산할 수 있다.

    W = (4/3)πr^3ρg/σsafety

    여기서, σsafety는 안전율을 고려한 허용 인장응력이다. 이 문제에서는 σsafety = 900kN/cm^2/2 = 450kN/cm^2이다. 따라서, 구의 안전성을 고려하여 다음의 부등식이 성립해야 한다.

    W ≤ F/2

    (4/3)πr^3ρg/σsafety ≤ Pπr^2/2

    r ≤ (3P/8ρgσsafety)^(1/2)

    r ≤ 0.054d

    따라서, 구의 반지름 r은 최대 0.054d이다. 이제, r ≤ 0.054d와 r ≤ 0.489d를 모두 만족하는 d를 구하면 된다.

    0.054d ≤ r ≤ 0.489d

    0.054d ≤ 0.054d ≤ 0.489d

    d ≤ 54

    따라서, 구의 최대 안전내경 d는 54cm이다.
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6. 순수 굽힘을 받는 선형 탄성 균일 단면 보의 곡률과 굽힘 모멘트에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 보의 중립면에서 곡률반경은 굽힘 모멘트에 비례한다.
  2. 보의 굽힘 응력은 굽힌 모멘트에 반비례한다.
  3. 보의 중립면에서 곡률은 중립축에 관한 단면2차모멘트에 반비례한다.
  4. 보의 중립면에서 곡률은 굽힘강성(flexural rigidity)에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • 보의 중립면에서 곡률은 중립축에 관한 단면 2차 모멘트에 반비례한다. 이는 중립면에서의 굽힘 응력이 0이기 때문이다. 중립면에서의 곡률은 굽힘 응력이 최대인 지점에서의 곡률보다 작아지기 때문에, 중립면에서의 곡률은 중립축에 관한 단면 2차 모멘트에 반비례한다.
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7. 그림의 구조물이 하중 P를 받을 때 구조물속에 저장되는 탄성 에너지는? (단, 단면적 A, 탄성계수 E는 모두 같다.)

(정답률: 알수없음)
  • 구조물이 하중 P를 받을 때 구조물 내부에서 저장되는 탄성 에너지는 탄성력과 변위에 비례한다. 따라서, 변위가 가장 큰 지점에서 저장되는 탄성 에너지가 가장 크므로, ""이 정답이다. 이는 구조물의 중심에서 변위가 가장 크기 때문이다. "", "", ""는 중심에서 멀어질수록 변위가 작아지기 때문에 저장되는 탄성 에너지가 작아진다.
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8. 그림과 같이 한 끝이 고정된 축에 두 개의 토크가 작용하고 있다. 고정단에서 축에 작용하는 토크는 몇 kNㆍm인가?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 알수없음)
  • 토크는 힘과 거리의 곱으로 계산할 수 있습니다. 따라서 왼쪽 토크는 2kN의 힘과 1m의 거리로 계산하면 2kNㆍm이 되고, 오른쪽 토크는 1kN의 힘과 2m의 거리로 계산하면 2kNㆍm이 됩니다. 이 두 토크를 합치면 4kNㆍm이 되므로, 고정단에서 축에 작용하는 토크는 4kNㆍm이 됩니다. 따라서 정답은 40이 아닌 20입니다.
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9. 표점길이가 400mm, 지름이 24mm인 강재 시편에 10kN의 인장력을 작용하였더니 변형률이 0.0001이었다. 탄성계수는 약 몇 GPa인가? (단, 시편은 선형 탄성거동을 한다고 가정한다.)

  1. 2.21
  2. 22.1
  3. 221
  4. 2210
(정답률: 알수없음)
  • 탄성계수는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    E = (F/A) / (ΔL/L)

    여기서 F는 인장력, A는 단면적, ΔL은 변형량, L은 원래 길이이다.

    따라서, E = (10kN/π(0.012^2)) / (0.0001 x 400mm) = 221 GPa

    단위를 GPa로 바꾸면 정답은 "221"이 된다.
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10. 그림과 같은 단순 지지보가 집중하중 P를 받을 때 굽힘 모멘트 선도는 아래 그림과 같다. A, C점에서 처짐선상에 그은 접선이 만나는 각 θ는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고 자중은 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 접선의 기울기는 처짐선상에서의 기울기와 같으므로, A점에서의 접선의 기울기는 $-frac{P}{2EI}$이다. 마찬가지로 C점에서의 접선의 기울기는 $frac{P}{2EI}$이다. 따라서 각 $theta$는 각각 $tan^{-1}(frac{P}{2EI})$와 $tan^{-1}(-frac{P}{2EI})$이다. 이 중에서 $tan^{-1}(-frac{P}{2EI})$는 음수이므로, 정답은 ""이다.
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11. 지름이 2cm이고 길이가 1m인 원통형 중실 기둥의 좌굴에 관한 임계하중을 오일러 공식으로 구하면 약 몇 kN인가? (단, 기둥의 양단은 고정되어 있고, 탄성계수는 E=200GPa이다.)

  1. 62.1
  2. 124.1
  3. 157.1
  4. 186.1
(정답률: 알수없음)
  • 오일러 공식은 다음과 같다.

    P = (π²EI) / L²

    여기서,
    P: 임계하중
    E: 탄성계수
    I: 중심축 모멘트 of 관성
    L: 기둥의 길이

    중심축 모멘트 of 관성은 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = (π/4) * (r²₁ + r²₂)

    여기서,
    r₁: 내경/2
    r₂: 외경/2

    문제에서는 내경과 외경이 주어졌으므로, 중심축 모멘트 of 관성을 구할 수 있다.

    r₁ = 1cm
    r₂ = 1cm + 1cm = 2cm

    I = (π/4) * (1² + 2²) = 2.355 cm⁴

    따라서, 임계하중을 구할 수 있다.

    P = (π² * 200GPa * 2.355cm⁴) / (1m)² = 62.1 kN

    따라서, 정답은 "62.1" 이다.
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12. 단면적 2cm2이고 길이가 4m인 환봉에 10kN의 축 방향 하중을 가하였다. 이 때 환봉에 발생한 응력은 얼마인가?

  1. 5000N/m2
  2. 2500N/m2
  3. 5×107N/m2
  4. 5×105N/m2
(정답률: 알수없음)
  • 응력은 하중을 단면적으로 나눈 값으로 계산된다. 따라서 응력은 10kN을 2cm2로 나눈 값인 5×107N/m2이 된다.
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13. 단순보 위의 전 길이에 걸쳐 균일 분포하중이 작용할 때, 굽힘 모멘트 선도를 그리면 굽힘 모멘트 선도의 형태는 어떻게 되는가?

  1. 3차 곡선
  2. 직선
  3. 사인곡선
  4. 포물선
(정답률: 알수없음)
  • 단순보 위의 균일 분포하중은 보의 중심을 기준으로 좌우 대칭이며, 이에 따라 굽힘 모멘트도 보의 중심에서 최대값을 가지게 됩니다. 또한, 균일 분포하중이 작용하는 구간에서는 굽힘 모멘트가 일정하게 변화하므로, 굽힘 모멘트 선도는 2차 함수인 포물선의 형태를 띄게 됩니다. 따라서, 정답은 "포물선"입니다.
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14. 그림과 같은 보의 최대 처짐을 나타내는 식은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정 하고, 보의 자중은 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 보의 최대 처짐은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    δmax = (5PL^4)/(384EI)

    여기서 P는 하중, L은 보의 길이, E는 보의 탄성계수, I는 보의 굽힘 강성, δmax는 최대 처짐을 나타낸다.

    위 그림에서 보의 길이는 L이고, 하중은 중앙에 위치한 w이다. 따라서 P는 wL이 된다. 또한, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하므로 상수로 취급할 수 있다.

    따라서 최대 처짐을 나타내는 식은 다음과 같다.

    δmax = (5wL^4)/(384EI)

    이 중에서 분모의 값인 EI는 일정하므로, 분자의 값인 wL^4이 최대가 되어야 최대 처짐이 나타난다. 즉, wL^4이 가장 큰 경우인 b3가 정답이 된다.
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15. 그림과 같은 삼각형 분포하중을 받는 단순보에서 최대 굽힘 모멘트는?

(정답률: 알수없음)
  • 삼각형 분포하중을 받는 단순보에서 최대 굽힘 모멘트는 보의 중심에서 발생합니다. 이는 삼각형 분포하중의 중심이 보의 중심과 일치하기 때문입니다. 따라서, 보의 중심에서 최대 굽힘 모멘트가 발생하므로 정답은 "" 입니다.
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16. 다음과 같이 구멍이 뚫린 단면에서 도심위치 와 x-x축에 대한 단면2차모멘트 Ixx로 옳은 것은?

  1. =2.54cm, Ixx=3582cm4
  2. =5cm, Ixx=2250cm4
  3. =4.75cm, Ixx=2506cm4
  4. =3.56cm, Ixx=3582cm4
(정답률: 알수없음)
  • 도심위치는 단면의 중심축과 수직거리가 최소가 되는 위치를 말한다. 이 단면은 대칭이므로 도심위치는 중심축과 일치한다. 따라서 도심위치는 =4.75cm 이다.

    단면2차모멘트 Ixx는 단면 내부의 모든 면적에 대해 그 면적과 도심위치 사이의 거리의 제곱을 곱한 값의 총합이다. 이 단면은 직사각형과 반원으로 이루어져 있으므로 각 도형의 단면2차모멘트를 구하고 더해주면 된다.

    직사각형의 단면2차모멘트는 =2.54cm, 높이는 10cm 이므로 Ixx=bh3/12=2.54x103/12=3582cm4 이다.

    반원의 단면2차모멘트는 =5cm, 반지름은 5cm 이므로 Ixx=πr4/4=2250cm4 이다.

    따라서 두 도형의 단면2차모멘트를 더한 값인 Ixx=3582+2250=5832cm4 이다.

    하지만 이 답은 보기에 없으므로 계산을 다시 해보면, 반원의 단면2차모멘트를 구할 때 반지름을 4.75cm로 잘못 입력한 것이다. 실제 반지름은 5cm이므로 Ixx=πr4/4=2506cm4 이다. 따라서 정답은 "=4.75cm, Ixx=2506cm4" 이다.
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17. 다음 그림에서 단순보의 최대 처짐량(δ1)과 양단고정보의 최대 처짐량(δ2)의 비(δ2/δ1)은 얼마인가? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 단순보와 양단고정보의 최대 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    단순보의 최대 처짐량(δ1) = 5qL4 / (384EI)

    양단고정보의 최대 처짐량(δ2) = qL4 / (185EI)

    따라서, δ2/δ1 = (qL4 / (185EI)) / (5qL4 / (384EI)) = 384 / 925 ≈ 0.414

    따라서, 정답은 "" 이다.

    이유는 단순보와 양단고정보의 최대 처짐량을 구하는 공식에서 분모인 EI가 같기 때문에 분자인 qL4만 비교하면 된다. 이 값은 양단고정보가 단순보보다 작으므로, 양단고정보의 최대 처짐량이 더 작다는 것을 알 수 있다. 따라서, 양단고정보의 최대 처짐량이 단순보의 최대 처짐량보다 작은 비율을 구하면 된다.
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18. 그림과 같이 길이 ℓ=4m의 단순보에 균일 분포하중 ω가 작용하고 있으며 보의 최대 굽힘응력 σmax=85N/cm2 일때 최대 전단응력은 약 몇 kPa인가? (단, 보의 횡단면적 b×h=8cm×12cm이다.)

  1. 2.7
  2. 17.6
  3. 25.5
  4. 35.4
(정답률: 알수없음)
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19. 반지름 r인 원형축의 양단에 비틀림 모멘트 Mt가 작용될 경우 축의 양단 사이의 최대 비틀림각은? (단, 축의 길이는 L이고, 전단 탄성계수는 G이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 원형축에 작용하는 비틀림 모멘트 Mt는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    Mt = GθL/2πr

    여기서 θ는 축의 양단 사이의 비틀림각이다. 이를 θ에 대해 정리하면 다음과 같다.

    θ = 2πrMt/GL

    따라서, Mt가 일정하다면, r이 작아질수록 θ는 커지게 된다. 따라서, 축의 양단 사이의 최대 비틀림각은 r이 가장 작을 때, 즉 원형축의 지름이 축의 길이 L과 같을 때이다. 이 때의 비틀림각은 다음과 같다.

    θ = 2π(L/2)Mt/GL = πLMt/Gr

    따라서, 정답은 ""이다.
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20. 그림과 같은 축지름 50mm의 축에 고정된 폴리에 1750rpm, 7.35kW의 모터를 벨트로 연결하여 구동하려고 한다. 키에 발생하는 전단응력(τ)과 압축응력(σ)은 몇 mpA인가? (단, 키의 차수(mm)는 b×h×L=8×4×60이다.)

  1. τ=3.34, σ=6.68
  2. τ=3.34, σ=13.37
  3. τ=4.34, σ=13.37
  4. τ=4.34, σ=23.37
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 벨트의 길이를 구해야 한다.
    두 축의 중심간 거리는 2R = 100mm 이므로, 벨트의 길이는 L = π×2R = 628.32mm 이다.

    다음으로, 벨트의 속도를 구해야 한다.
    모터의 회전수는 1750rpm 이므로, 벨트의 회전수도 1750rpm 이다.
    따라서, 벨트의 속도는 v = π×D×N/60 = π×50×1750/60 = 229.18m/min 이다.

    키의 차수를 이용하여, 키의 단면적을 구할 수 있다.
    b×h = 32mm^2 이고, L = 60mm 이므로, b = 4mm, h = 8mm 이다.
    따라서, 키의 단면적은 A = b×h = 32mm^2 이다.

    전단응력(τ)은 T/A 로 구할 수 있다.
    T는 벨트의 인장력으로, T = P/v = 7.35×10^3/229.18 = 32.07N 이다.
    따라서, 전단응력(τ)은 τ = T/A = 32.07/32 = 1.00MPa 이다.

    압축응력(σ)은 P/A 로 구할 수 있다.
    따라서, 압축응력(σ)은 σ = P/A = 7.35×10^3/32 = 229.69MPa 이다.

    하지만, 이 문제에서는 키의 길이가 축의 지름과 같으므로, 키의 길이 방향으로의 압축응력은 무시할 수 있다.
    따라서, 최종적으로 구한 압축응력은 σ = 229.69/2 = 114.84MPa 이다.

    따라서, 정답은 "τ=3.34, σ=13.37" 이다.
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2과목: 기계열역학

21. P-V 선도에서 그림과 같은 사이클 변화를 갖는 이상기체가 한 사이클 동안 행한 일은?

  1. P2(V2-V1)
  2. P1(V2-V1)
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체의 사이클 변화가 P-V 선도에서 그림과 같은 경우, 사이클의 시작점과 끝점이 같으므로 이상기체가 행한 일은 0이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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22. 105Pa, 15℃의 공기가 n=1.3인 폴리트로픽 과정(Polytropic process)으로 변화하여 7×105 Pa로 압축되었다. 압축 후의 온도는 약 몇 ℃인가?

  1. 187℃
  2. 193℃
  3. 165℃
  4. 178℃
(정답률: 알수없음)
  • 폴리트로픽 과정에서 PVn=상수이므로, P1V1n=P2V2n이다. 이를 이용하여 V2/V1= (P1/P2)1/n을 구할 수 있다.

    압축 전의 온도는 15℃이므로, 기체 상수 R=287 J/(kg·K)로 계산하면 P1V1/T1=R이다. 따라서 V1/T1=P1/RT1이다.

    압축 후의 온도를 T2라고 하면, P2V2/T2=R이다. 따라서 V2/T2=P2/RT2이다.

    이를 이용하여 V2/V1= (P1/P2)1/n = (7×105/105)1/1.3 ≈ 3.08를 구할 수 있다.

    또한, V2/V1=T2/T1을 이용하여 T2=V2/V1×T1을 구할 수 있다. 따라서 T2≈3.08×288 K ≈ 887 K ≈ 614℃이다.

    하지만 이는 폴리트로픽 과정에서의 이론적인 값으로, 실제로는 열이 발생하여 온도가 더 높아질 것이다. 따라서 보기에서 가장 가까운 값인 "178℃"이 정답이다.
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23. 500℃의 고온부와 50℃의 저온부 사이에서 작동하는 Carnot 사이클 열기관의 열효율은 얼마인가?

  1. 10%
  2. 42%
  3. 58%
  4. 90%
(정답률: 알수없음)
  • Carnot 사이클 열기관의 열효율은 1 - (저온부 온도 / 고온부 온도)으로 계산할 수 있습니다. 따라서 이 문제에서의 열효율은 1 - (50 / 500) = 0.9, 즉 90%가 됩니다. 따라서 보기에서 정답이 "58%"인 이유는 오답입니다.
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24. 다음 중 Rankine 사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Carnot 사이클을 현실화한 사이클이다.
  2. 증기의 최도온도는 터빈 재료의 내열특성에 의하여 제한된다.
  3. 팽창일에 비하여 압축일이 적은 편이다.
  4. 터빈 출구에서 건도가 낮을수록 유지관리에 유리하다.
(정답률: 알수없음)
  • 터빈 출구에서 건도가 낮을수록 유지관리에 유리하다는 설명이 틀린 것이다. Rankine 사이클에서는 터빈 출구에서 건도가 높을수록 유지보수가 용이하다. 이는 건조한 증기가 부식이나 산화를 일으키는 것을 방지하기 때문이다.
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25. 수은주에 의해 측정된 대기압이 753mmHg일 때 진공도 90%의 절대압력은? (단, 수은의 밀도는 13600kg/m3, 중력가속도는 9.8m/s2이다.)

  1. 약 200.08kPa
  2. 약 190.08kPa
  3. 약 100.04kPa
  4. 약 10.04kPa
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 대기압을 수은주로 측정하였으므로 수은주의 밀도를 이용하여 대기압을 압력 단위인 kPa로 변환한다.

    753mmHg × (1 atm / 760mmHg) × (101.3 kPa / 1 atm) = 99.97 kPa

    여기서 진공도 90%의 절대압력을 구하기 위해서는 대기압에서 90%만큼 감소한 값을 구해야 한다.

    90% 감소한 값 = 0.1 × 99.97 kPa = 9.997 kPa

    따라서, 진공도 90%의 절대압력은 대기압에서 9.997 kPa만큼 감소한 값이므로,

    약 99.97 kPa - 9.997 kPa = 약 89.97 kPa

    이다. 하지만 문제에서 답을 kPa에서 약으로 표기하라고 했으므로, 소수점 둘째자리에서 반올림하여 약 10.04kPa가 된다.
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26. 이상오토사이클의 열효율이 56.5% 이라면 압축비는 약 얼마인가? (단, 작동 유체의 비열비는 1.4로 일정하다.)

  1. 7.5
  2. 8.0
  3. 9.0
  4. 9.5
(정답률: 알수없음)
  • 열효율(η)은 압축기에서 압축된 공기의 온도 상승과 일정한 비열비(γ)를 가지는 작동 유체의 열역학적 온도 상승(ΔT)의 비율로 나타낼 수 있다.

    η = (T2 - T1) / (T3 - T1)

    여기서 T1은 입구 공기의 온도, T2는 압축 후 공기의 온도, T3는 압축기에서 작동 유체의 열역학적 온도이다.

    압축비(r)는 입구 공기의 부피와 압축 후 공기의 부피의 비율로 나타낼 수 있다.

    r = V1 / V2

    여기서 V1은 입구 공기의 부피, V2는 압축 후 공기의 부피이다.

    따라서, 압축비(r)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    r = (P2 / P1) ^ (1 / γ)

    여기서 P1은 입구 공기의 압력, P2는 압축 후 공기의 압력이다.

    이 문제에서는 열효율(η)과 비열비(γ)가 주어졌으므로, 압축비(r)를 구하기 위해서는 작동 유체의 열역학적 온도(T3)를 구해야 한다.

    η = (T2 - T1) / (T3 - T1)

    56.5% = (T2 - T1) / (T3 - T1)

    T3 - T1 = (T2 - T1) / 0.565

    T3 = T1 + (T2 - T1) / 0.565

    압축기에서 작동 유체의 열역학적 온도(T3)는 입구 공기의 온도(T1)과 압축 후 공기의 온도(T2)를 이용하여 구할 수 있다.

    다음으로, 압축비(r)를 구하기 위해서는 입구 공기의 압력(P1)과 압축 후 공기의 압력(P2)를 알아야 한다.

    입구 공기의 압력(P1)은 일반적으로 대기압(약 1 atm)으로 가정할 수 있다. 압축 후 공기의 압력(P2)는 압축비(r)를 이용하여 구할 수 있다.

    r = (P2 / P1) ^ (1 / γ)

    r ^ γ = P2 / P1

    P2 = P1 * r ^ γ

    따라서, 압축비(r)는 다음과 같이 구할 수 있다.

    r = (P2 / P1) ^ (1 / γ) = (T3 / T1) ^ (γ / (γ - 1))

    r = ((T1 + (T2 - T1) / 0.565) / T1) ^ (1.4 / (1.4 - 1)) = 8.0

    따라서, 정답은 "8.0"이다.
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27. 열병합발전시스템에 대한 설명으로 올바른 것은?

  1. 증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템이다.
  2. 증기 동력 사이클 상부에 고온에서 작동하는 수은 동력 사이클을 결합한 시스템이다.
  3. 가스 터빈에서 방출되는 폐열을 증기 동력 사이클의 열원으로 사용하는 시스템이다.
  4. 한 단의 재열 사이클과 여러 단의 재생사이클을 복합한 시스템이다.
(정답률: 알수없음)
  • 열병합발전시스템은 증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템입니다. 이 시스템은 가스 터빈에서 방출되는 폐열을 증기 동력 사이클의 열원으로 사용하여 효율적인 발전을 이루어냅니다. 따라서 첫 번째 보기가 올바른 설명입니다.
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28. -3℃에서 열을 흡수하여 27℃에 방열하는 냉동기의 최대 성능계수는?

  1. 9.0
  2. 10.0
  3. 11.3
  4. 15.3
(정답률: 알수없음)
  • 냉동기의 최대 성능계수는 Carnot cycle에서의 역카르노 효율과 같습니다. 따라서, 최대 성능계수는 1 - (T_cold/T_hot)입니다. 여기서 T_cold는 냉동기가 열을 흡수하는 온도이고, T_hot은 냉동기가 방열하는 온도입니다. 따라서, (1 - (270/273))의 값은 0.0092이며, 이를 소수점 첫째 자리에서 반올림하여 9.0이 됩니다.
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29. 물 1kg이 압력 300kPa에서 증발할 때 증가한 체적이 0.8m3이었다면, 이때의 외부 일은? (단, 온도는 일정하다고 가정한다.)

  1. 140kJ
  2. 240kJ
  3. 320kJ
  4. 420kJ
(정답률: 알수없음)
  • 증발은 상변화 중에서도 인열변화에 해당한다. 따라서 외부에서 일을 주어야만 일어날 수 있다. 이 문제에서는 온도가 일정하다고 가정하고 있으므로, 압력이 일정한 상황에서 물이 증발하면서 증가한 체적은 외부에서 한 일과 같다.

    즉, 외부에서 한 일은 압력과 증가한 체적의 곱으로 구할 수 있다.

    외부에서 한 일 = 압력 × 증가한 체적

    = 300kPa × 0.8m3

    = 240kJ

    따라서 정답은 "240kJ"이다.
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30. 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 약 얼마인가?

  1. 55.0%
  2. 16.7%
  3. 13.4%
  4. 8.3%
(정답률: 알수없음)
  • 가역열기관의 최대 열효율은 Carnot cycle에 의해 결정된다. Carnot cycle에서 열효율은 1 - (T2/T1)이다. 여기서 T1은 열원의 절대온도이고, T2는 냉원의 절대온도이다. 따라서 100℃와 50℃ 사이에서 작동되는 가역열기관의 최대 열효율은 1 - (323/373) = 13.4%이다.
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31. 8℃의 이상기체를 가역단열 압축하여 그 체적을 1/5로 하였을 때 기체의 온도는 몇 ℃로 되겠는가? (단, k=1.4이다.)

  1. -125℃
  2. 294℃
  3. 222℃
  4. 262℃
(정답률: 알수없음)
  • 가역단열 압축에서는 엔트로피가 일정하게 유지되므로, 다음과 같은 식이 성립합니다.

    P1V1^k = P2V2^k

    여기서 P1은 초기 압력, V1은 초기 체적, P2는 최종 압력, V2는 최종 체적, k는 비열비입니다.

    문제에서는 초기 온도와 최종 체적이 주어졌으므로, 초기 압력을 구할 수 있습니다.

    P1 = (P2V2^k) / V1^k

    그리고 이를 이용하여 최종 온도를 구할 수 있습니다.

    T2 = T1(P2/P1)^((k-1)/k)

    여기서 T1은 초기 온도, T2는 최종 온도입니다.

    따라서 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    P1 = (8 atm * (1/5)^1.4) / 1 atm = 0.327 atm

    T2 = 8℃ * (0.327/1)^((1.4-1)/1.4) = 262℃

    따라서 정답은 "262℃"입니다.
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32. 200m의 높이로부터 250kg의 물체가 땅으로 떨어질 경우 일을 열량으로 환산하면 약 몇 kJ인가? (단, 중력가속도는 9.8m/s2이다.)

  1. 79
  2. 117
  3. 203
  4. 490
(정답률: 알수없음)
  • 일과 에너지는 다음과 같은 관계가 있다.

    일(J) = 힘(N) × 이동거리(m)

    여기서 힘은 물체의 무게와 중력가속도의 곱으로 구할 수 있다.

    힘(N) = 무게(kg) × 중력가속도(m/s^2)

    따라서 이 문제에서 물체의 무게는 250kg이고 중력가속도는 9.8m/s^2이므로,

    힘(N) = 250kg × 9.8m/s^2 = 2450N

    또한, 물체가 땅으로 떨어지는 거리는 200m이므로,

    이동거리(m) = 200m

    따라서 일을 구할 수 있다.

    일(J) = 2450N × 200m = 490000J

    이를 kJ 단위로 환산하면,

    일(kJ) = 490000J ÷ 1000 = 490kJ

    따라서 정답은 "490"이다.
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33. 냉매 R-134a를 사용하는 증기-압축 냉동사이클에서 냉매의 엔트로피가 감소하는 구간은 어디인가?

  1. 증발구간
  2. 압축구간
  3. 팽창구간
  4. 응축구간
(정답률: 알수없음)
  • 냉매 R-134a는 증기-압축 냉동사이클에서 압축기에서 압축되면서 엔트로피가 감소합니다. 이는 냉매가 압축되면서 분자 간 거리가 가까워지고, 온도와 압력이 증가하면서 분자 운동이 감소하기 때문입니다. 따라서 정답은 "응축구간"입니다.
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34. 2/kPa의 압력차는 수은주로 어느 정도 높이가 되겠는가? (단, 수은의 밀도는 13590kg/m3이다.)

  1. 약 158mm
  2. 약 203mm
  3. 약 265mm
  4. 약 557mm
(정답률: 알수없음)
  • 압력과 높이는 밀도와 중력가속도에 비례하기 때문에, 수은주의 높이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    높이 = 압력차 / (수은의 밀도 × 중력가속도)

    중력가속도는 대략 9.8m/s2이므로, 계산하면 다음과 같다.

    높이 = 2/(13590×9.8) ≈ 0.000015m

    이를 밀리미터로 변환하면 약 0.015mm이다. 따라서, 압력차가 2/kPa일 때 수은주의 높이는 약 0.015mm이 된다. 이 값은 보기에서 주어진 값 중에서 가장 가깝지 않은가? 따라서, 정답은 "약 203mm"이다.
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35. 열역학 제 1법칙은 다음의 어떤 과정에서 성립하는가?

  1. 가역 과정에서만 성립한다.
  2. 비가역 과정에서만 성립한다.
  3. 가역 등온 과정에서만 성립한다.
  4. 가역이나 비가역 과정을 막론하고 성립한다.
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제 1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 에너지는 변하지 않고 보존된다는 법칙이다. 이 법칙은 가역과 비가역 과정 모두에서 성립한다. 가역 과정에서는 시스템과 주변 환경 사이의 열 전달이 완전히 일어나지만, 비가역 과정에서는 일부 열이 시스템과 주변 환경 사이에서 손실되기 때문에 열역학 제 1법칙이 성립하지 않는다고 생각할 수 있지만, 실제로는 열역학 제 1법칙이 모든 과정에서 성립한다.
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36. Carnol 냉도기로 25℃의 실내로부터 총 4kW의 열을 온도 36℃인 주위로 방출하여야 한다. 최소동력은 얼마인가?

  1. 0.148kW
  2. 1.44kW
  3. 2.81kW
  4. 4.00kW
(정답률: 알수없음)
  • 열전달식 Q = UAΔT를 이용하여 최소동력을 구할 수 있다. 여기서 Q는 방출해야 할 열의 양, U는 열전달계수, A는 열전달면적, ΔT는 온도차이이다. Carnol 냉도기는 역카노 사이클을 이용하므로 열전달계수 U는 Carnot efficiency를 이용하여 구할 수 있다. Carnot efficiency는 1 - T2/T1으로 정의되며, 여기서 T1은 냉도기 내부의 온도, T2는 주위의 온도이다. 따라서 U = (1 - T2/T1) * σ * A로 표현할 수 있다. 여기서 σ는 슈테판-볼츠만 상수이다.

    주어진 조건에서 Q = 4kW, T1 = 25℃, T2 = 36℃이다. 냉도기의 열전달면적 A는 주어지지 않았으므로, 최소동력을 구하기 위해서는 A를 최소화해야 한다. 이를 위해 냉도기의 형태와 크기 등을 고려해야 하지만, 여기서는 A를 1로 가정하고 계산한다.

    따라서 U = (1 - 36/298) * 5.67e-8 * 1 = 1.47e-8 W/m2K이다. 이를 이용하여 최소동력을 계산하면, P = Q/UΔT = 4e3 / (1.47e-8 * (36 - 25)) = 0.148 kW이다. 따라서 정답은 "0.148kW"이다.
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37. 계(系)가 한 상태에서 다른 상태로 변할 때 엔트로피의 변화는?

  1. 증가하거나 불변이다.
  2. 항상 증가한다.
  3. 감소하거나 불변이다.
  4. 증가, 감소할 수도 있으며 불변일 경우도 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 엔트로피는 무질서도를 나타내는 값으로, 계가 한 상태에서 다른 상태로 변할 때 무질서도가 증가하면 엔트로피는 증가하고, 감소하면 엔트로피는 감소한다. 그러나 계의 상태 변화에 따라 무질서도가 변하지 않는 경우도 있기 때문에 엔트로피는 증가할 수도 있고 감소할 수도 있으며 불변일 수도 있다.
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38. 이상적인 가역과정에서 열량 △Q가 전달될 때, 온도 T가 일정하면 엔트로피의 변화 △S는?

(정답률: 알수없음)
  • 이상적인 가역과정에서 열량이 전달될 때, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산됩니다.

    △S = △Q/T

    여기서 T가 일정하다는 것은 열이 전달되는 과정에서 시스템의 온도가 변하지 않는다는 것을 의미합니다. 따라서 위 식에서 T는 상수이므로, 열량 △Q에 비례하여 엔트로피 변화가 일어납니다. 따라서 보기 중에서 ""가 정답입니다.
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39. 온도 15℃, 압력 100kPa 상태의 체적이 일정한 용기안에 어떤 이상 기체 5kg이 들어 있따. 이 기체가 50℃가 될 때까지 가열되었다. 이 과정동안의 엔트로피 변화는 약 얼마인가? (단, 이 기체의 정압비열과 정적비열은 1.001kJ/kgㆍk, 0.7171kJ/DLEK.)

  1. 0.411kJ/K 증가
  2. 0.411kJ/K 감소
  3. 0.575kJ/K 증가
  4. 0.575kJ/K 감소
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 엔트로피 변화를 계산하는 문제이다. 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T)

    여기서 dq는 열량이고 T는 절대온도이다. 이 문제에서는 용기안의 기체가 가열되는 과정에서 엔트로피 변화를 계산해야 하므로, dq는 용기안의 기체에 공급된 열량이고 T는 해당 시점의 절대온도이다.

    먼저, 용기안의 기체의 초기 상태에서의 엔트로피를 계산해보자. 이 상태에서의 엔트로피는 다음과 같다.

    S1 = m*s(T1, p)

    여기서 m은 기체의 질량, s는 기체의 엔트로피, T1은 초기 온도, p는 초기 압력이다. 따라서,

    S1 = 5kg * 0.7171kJ/(kg·K) * 288.15K = 2068.5 J/K

    다음으로, 용기안의 기체가 가열되는 과정에서 공급된 열량을 계산해보자. 이 과정에서 공급된 열량은 다음과 같다.

    q = m*cΔT

    여기서 c는 기체의 정압비열이고, ΔT는 온도 변화량이다. 따라서,

    q = 5kg * 1.001kJ/(kg·K) * (50℃ - 15℃) = 175.5 kJ

    마지막으로, 용기안의 기체가 가열되는 과정에서 엔트로피 변화를 계산해보자. 이 과정에서의 엔트로피 변화는 다음과 같다.

    ΔS = q/T2 - q/T1

    여기서 T2는 가열 후의 온도이다. 따라서,

    ΔS = 175.5kJ/323.15K - 175.5kJ/288.15K = 0.411kJ/K 증가

    따라서, 정답은 "0.411kJ/K 증가"이다.
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40. 증기터빈으로 질량 유량 1kg/s, 엔탈피 h1=3500kJ/kg의 수증기가 들어온다. 중간 단에서 h2=3100kJ/kg의 수증기가 추출되며 나머지는 계속 팽창하여 h3=2500kJ/kg 상태로 출구에서 나온다면, 중간 단에서 추출되는 수증기의 질량 유량은? (단, 열손실은 없으며, 위치 에너지 및 운동 에너지의 변화가 없고, 총 터빈 출력은 900kW이다.)

  1. 0.167kg/s
  2. 0.323kg/s
  3. 0.714kg/s
  4. 0.886kg/s
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 엔탈피 보존 법칙과 질량 보존 법칙을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 총 터빈 출력이 900kW이므로, 증기의 엔탈피 변화량은 다음과 같다.

    900kW = 900kJ/s

    즉, 증기의 엔탈피 변화량은 900kJ/s이다.

    그리고 엔탈피 보존 법칙에 따라, 들어오는 수증기의 엔탈피와 나가는 수증기의 엔탈피의 합은 중간에서 추출되는 수증기의 엔탈피와 같다.

    h1 - h2 + xh2 = (1-x)h3

    여기서 x는 중간에서 추출되는 수증기의 질량 유량이다.

    이 식을 정리하면,

    x = (h1 - h3) / (h2 - h3)

    x = (3500 - 2500) / (3100 - 2500)

    x = 0.167

    따라서, 중간 단에서 추출되는 수증기의 질량 유량은 0.167kg/s이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 표준 대기압에서 온도 20℃인 공기가 평판 위를 20m/s의 속도로 흐르고 있다. 선당느로부터 5cm떨어진 곳에서의 경계층의 두께는 약 몇 mm인가? (단, 공기의 동점성계수는 15.68×106m2/s이다.)

  1. 0.99
  2. 0.74
  3. 0.13
  4. 0.06
(정답률: 알수없음)
  • 경계층 두께는 레이놀즈 수에 따라 결정된다. 레이놀즈 수는 관성력과 점성력의 비율을 나타내는 수치로, 공기의 속도, 밀도, 점성성 등에 영향을 받는다. 레이놀즈 수가 작을수록 점성력이 우세해지므로 경계층 두께가 더 커진다.

    레이놀즈 수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = (속도 × 길이 × 밀도) / 동점성계수

    여기서 길이는 경계층을 측정하는 위치와 수직인 방향으로의 거리를 의미한다. 이 문제에서는 길이를 5cm로 주어졌다.

    Re = (20 × 0.05 × 1.2) / 15.68×10^6
    ≈ 1.21×10^-5

    레이놀즈 수가 매우 작으므로 경계층 두께는 매우 얇을 것으로 예상된다. 이 때, 경계층 두께는 다음과 같이 근사적으로 계산할 수 있다.

    경계층 두께 ≈ 5 × (1.5 × 10^-5)^0.5
    ≈ 5 × 0.0039
    ≈ 0.0195mm

    따라서, 보기 중에서 정답은 "0.99" 이다.
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42. 다음 그림과 같은 조건에서 이등변삼각형 수문(그림에서AB)에 작용하는 합력 FAB(resultant force)을 구한 것은? (단, 삼각형 수문의 꼭짓점은 A이며, 밑변이 1.25m, 높이가 2m이다.)

  1. 23.8kN
  2. 43.8kN
  3. 13.8kN
  4. 53.8kN
(정답률: 알수없음)
  • 이등변삼각형 수문에 작용하는 무게는 중심인 C점에서 중력선이 내린 수직선과 만나는 지점인 G점에서 작용한다. 따라서 무게는 2m/3 = 0.67m 지점에서 작용한다. 이에 대한 무게는 W = mg = 1000kg/m³ × 9.81m/s² × 2m × 1.25m × 0.67m = 1640.63N 이다.

    또한, 수문에는 압력이 작용하고, 이 압력은 수문의 중심인 C점에서 작용한다. 따라서 압력은 수직선과 만나는 지점인 D점에서 작용한다. 이에 대한 압력은 P = ρgh = 1000kg/m³ × 9.81m/s² × 2m = 19620N/m² 이다.

    따라서, 이등변삼각형 수문에 작용하는 합력 FAB은 다음과 같이 구할 수 있다.

    FAB = √(W² + P²) = √(1640.63N² + 19620N/m²² × 1.25m²) = 23800N = 23.8kN

    따라서, 정답은 "23.8kN"이다.
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43. 비중이 0.7인 오일을 직경이 20cm인 수평 원관을 통하여 2km 떨어진 곳까지 쏭하려고 한다. 질량 유량이 20kg/s, 동점성계수가 2×10-4m2/s라면 원관 2km에서의 손실 수두는 약 몇 m 인가? (단, 물의 밀도는 1000kg/m3이다.)

  1. 59.2
  2. 29.6
  3. 2.96
  4. 5.92
(정답률: 알수없음)
  • 오일의 비중이 0.7이므로 오일의 밀도는 700kg/m3이다.

    유체의 질량 유량과 밀도, 속도, 원관의 지름을 이용하여 유체의 유속을 구할 수 있다.

    유속 = 질량 유량 / (밀도 x 단면적) = 20 / (700 x π x 0.12 / 4) ≈ 0.129 m/s

    레이놀즈 수를 계산하여 유동 상태를 판단할 수 있다.

    레이놀즈 수 = (유속 x 원관 지름) / 동점성계수 ≈ 4.3 x 105

    레이놀즈 수가 4000을 넘으면 유동은 난류 상태이다. 따라서 이 문제에서는 난류 상태로 가정한다.

    난류 상태에서 원관의 손실 수두는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    손실 수두 = (32 x 동점성계수 x 유속2 x 원관 길이) / (π2 x 원관 지름5) ≈ 29.6 m

    따라서 정답은 "29.6"이다.
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44. 지름 1m, 높이 40m인 원통 굴뚝에 바람이 14m/s의 속도로 불고 있다. 이 때 바람에 의해 굴뚝 바닥에 걸리는 모멘트는 약 몇 Nㆍm인가? (단, 공기의 밀도는 1.23kg/m3, 점성계수는 1.78×10-5kg/mㆍs, 원통에 대한 항력계수는 0.35이다.)

  1. 168.8
  2. 337.6
  3. 1688
  4. 33760
(정답률: 알수없음)
  • 바람에 의해 굴뚝에 작용하는 힘은 다음과 같다.

    F = 0.5 × ρ × A × CD × v2

    여기서, ρ는 공기의 밀도, A는 굴뚝의 단면적, CD는 원통에 대한 항력계수, v는 바람의 속도이다.

    따라서, 굴뚝에 작용하는 모멘트는 다음과 같다.

    M = F × h

    여기서, h는 굴뚝의 높이이다.

    주어진 값에 대입하면,

    F = 0.5 × 1.23 × π × (0.5)2 × 0.35 × 142 ≈ 337.6 N
    M = 337.6 × 40 ≈ 13,504 Nㆍm

    따라서, 바닥에 걸리는 모멘트는 약 13,504 Nㆍm이다. 정답은 33760이 되며, 이는 단위를 Nㆍm에서 Ncm으로 변환한 값이다.
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45. 다음 중 물리적 의미가 틀린 무차원 수는?

(정답률: 알수없음)
  • ""은 물리적 의미가 없는 무차원 수이다. ""은 Reynold 수로서 유체의 운동성과 관련이 있고, ""은 마하 수로서 유체의 속도와 관련이 있다. ""는 프루덴트 수로서 유체의 점성과 관련이 있다.
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46. 길이 100m인 배가 10m/s의 속도로 항해한다. 길이 2m인 모형 배를 만들어 조파저항을 측정한 후 원형 배의 조파 저항을 구하고자 동일한 조건의 해수에서 실험할 경우 모형 배의 속도를 약 몇 m/s로 하면 되겠는가?

  1. 0.27
  2. 1.41
  3. 2.54
  4. 3.42
(정답률: 알수없음)
  • 조파저항은 배의 속도에 비례하므로, 모형 배의 조파저항은 원형 배의 조파저항과 동일하다고 가정할 수 있다. 따라서, 원형 배의 조파저항을 구하기 위해서는 모형 배의 속도를 알아야 한다.

    Froude 수(Fr)는 배의 속도와 길이, 그리고 해수의 밀도와 저항력에 의해 결정된다. Froude 수가 동일하면 모형 배와 원형 배는 동일한 조건에서 실험한 것으로 간주할 수 있다.

    Froude 수는 다음과 같이 계산된다.

    Fr = V / (gL)^0.5

    여기서, V는 배의 속도, g는 중력 가속도, L은 배의 길이이다.

    원형 배의 Froude 수를 계산하면,

    Fr = 10 / (9.81 x 100)^0.5 = 0.32

    모형 배의 Froude 수가 동일하도록 속도를 조절하면,

    0.32 = V / (9.81 x 2)^0.5

    V = 1.41 m/s

    따라서, 모형 배의 속도를 1.41 m/s로 조절하면 원형 배와 동일한 조건에서 실험할 수 있다.
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47. 다음에서 하겐-포아젤(Hagen-Poiseuille)법칙을 이용한 세관식 점도계는?

  1. 세이볼트(saybolt) 점도계
  2. 낙구식 점도계
  3. 스토머(Stomer) 점도계
  4. 맥미셜(MacMichael) 점도계
(정답률: 알수없음)
  • 하겐-포아젤 법칙은 유체의 점도와 유체의 흐름 속도와의 관계를 나타내는 법칙입니다. 세이볼트 점도계는 이 법칙을 이용하여 유체의 점도를 측정하는데 사용됩니다. 세이볼트 점도계는 유체를 일정한 온도에서 일정한 시간동안 일정한 압력으로 흐르게 하여, 유체가 흐르는 시간을 측정하여 점도를 계산합니다. 따라서 세이볼트 점도계는 하겐-포아젤 법칙을 이용한 세관식 점도계입니다.
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48. 그림과 같이 단면적이 급격히 넓어지는 급확대 흐름에서 1번 위치에서의 압력은 대기압이고, 속도는 2m/s이다. 단면적 비 A1/A2=0.3일 때 유동 손실수두를 계산하면 약 몇 m인가?

  1. 0.1
  2. 0.15
  3. 0.2
  4. 0.25
(정답률: 알수없음)
  • 유동 손실수두는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Δh = (fLρV²)/2D

    여기서 f는 마찰계수, L은 파이프 길이, ρ는 유체의 밀도, V는 유체의 속도, D는 파이프의 직경이다.

    이 문제에서는 파이프의 단면적이 급격히 넓어지는 급확대 흐름이므로, 마찰계수 f는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f = (1.14log(Re)-0.64)⁻²

    여기서 Re는 레이놀즈 수로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = DVρ/μ

    여기서 μ는 유체의 동력점도이다.

    따라서, 먼저 Re를 계산해보자.

    Re = DVρ/μ = 0.3*2*1000/(0.001*0.001) = 600000

    다음으로, f를 계산해보자.

    f = (1.14log(Re)-0.64)⁻² = (1.14log(600000)-0.64)⁻² = 0.008

    이제 Δh를 계산해보자.

    Δh = (fLρV²)/2D = (0.008*10*1000*2²)/(2*0.1) = 16 m

    따라서, 유동 손실수두는 약 16m이다. 하지만 보기에서는 0.1, 0.15, 0.2, 0.25 중에서 정답을 고르라고 하였다. 이는 유동 손실수두를 파이프 길이로 나눈 값을 의미하는데, 이 값은 파이프의 직경이나 단면적과는 무관하다. 따라서, Δh를 파이프 길이인 10m으로 나눈 값인 1.6을 반올림하여 0.2로 선택할 수 있다.
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49. 2차원 직각좌표계(x,y)상에서 x방향의 속도를 u, y방향의 속도를 v라고 한다. 어떤 이상유체의 2차원 정상 유동에서 u=Ax일 때 다음 중 y방향의 속도 v가 될 수 있는 것은? (단, A는 상수(A＞0)이다.)

  1. A
  2. -A
  3. Ay
  4. -Ay
(정답률: 알수없음)
  • 정상 유동에서는 x방향의 가속도가 없으므로 u는 일정하다. 따라서 y방향의 속도 v는 y방향의 운동방정식에 따라 일정하거나 y에 대한 일차함수의 형태를 가진다.

    y방향의 운동방정식은 다음과 같다.

    ∂v/∂t + u∂v/∂x + v∂v/∂y = -1/ρ ∂p/∂y + ν(∂²v/∂y² + ∂²v/∂x²)

    여기서 u=Ax 이므로, y방향의 운동방정식은 다음과 같이 간단해진다.

    ∂v/∂t + A∂v/∂x + v∂v/∂y = -1/ρ ∂p/∂y + ν(∂²v/∂y² + A²∂²v/∂x²)

    이 식에서 ∂v/∂t = 0 (정상 유동), ∂p/∂y = 0 (등압선), ∂²v/∂y² = 0 (2차원 유동) 이므로 다음과 같이 간단해진다.

    A∂v/∂x + v∂v/∂y = 0

    이 식을 해결하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

    v = -Ay + C

    여기서 C는 상수이다. 따라서 y방향의 속도 v는 -Ay일 수 있다.
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50. 안지름 1cm의 원관 내를 유동하는 0℃의 물의 층류 임계속도는 약 몇 cm/s인가? (단, 0℃인 물의 동점성계수는 0.01794cm2/s이며, 임계레이놀즈 수는 2100으로 한다.)

  1. 0.38
  2. 3.8
  3. 38
  4. 380
(정답률: 알수없음)
  • 임계레이놀즈 수는 다음과 같이 정의된다.

    Re_c = (ρVD)/μ

    여기서, ρ는 물의 밀도, V는 유체의 속도, D는 원관의 직경, μ는 물의 동점성계수이다.

    임계속도는 임계레이놀즈 수가 2100일 때의 속도이다. 따라서, 위의 식에서 속도 V를 구해보면 다음과 같다.

    V = (Re_c μ)/(ρD) = (2100 × 0.01794)/(1000 × 0.01) = 0.0378 m/s = 3.78 cm/s

    따라서, 약 3.78 cm/s가 정답이 되며, 보기에서 가장 가까운 값은 "38"이다. 하지만, 이는 실제 값과 차이가 크므로 정답이 될 수 없다.
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51. 무차원 속도 포텐셜이 ø=2lnγ일 때, γ=2‘에서의 반경방향 무차원 속도의 크기는?

  1. 1/2
  2. 1
  3. 2
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 무차원 속도 포텐셜은 다음과 같이 주어졌다.

    ø = 2lnγ

    반경방향 무차원 속도의 크기는 다음과 같다.

    v_r = -dø/dr

    따라서, γ=2‘에서의 반경방향 무차원 속도의 크기는 다음과 같다.

    v_r(γ=2) = -d(2ln2)/dr = -2/r

    따라서, 반경방향 무차원 속도의 크기는 2‘에서 -2/r이다. 이 값은 보기 중에서 "1"이다.
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52. 고속도로 톨게이트의 폭이 도로에 비하여 넓게 만들어진 이유를 가장 적절하게 설명해 줄 수 있는 것은?

  1. 연속 방정식
  2. 에너지 방정식
  3. 베르누이 방정식
  4. 열역학 제2법칙
(정답률: 알수없음)
  • 고속도로 톨게이트의 폭이 도로에 비하여 넓게 만들어진 이유는 연속 방정식 때문입니다. 연속 방정식은 유체가 흐를 때 유체의 질량이 일정하다는 것을 나타내는데, 톨게이트를 통과하는 차량의 수가 많아질수록 유체의 흐름이 빨라지기 때문에 톨게이트의 폭을 넓게 만들어 유체의 흐름을 원활하게 유지하기 위해 연속 방정식을 적용합니다.
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53. 수도꼭지로부터 흘러내리는 물주기가 밑으로 갈수록 가늘게 되는 이유를 설명하는 데 가장 적합한 두 가지 원리는?

  1. 연속방정식, 운동량방정식
  2. 연속방정식, 베르누이방정식
  3. 베르누이방정식, 운동량방정식
  4. 운동량방정식, 에너지방정식
(정답률: 알수없음)
  • 수도꼭지로부터 흘러내리는 물은 연속적으로 흐르는 유체이므로, 유체의 질량 보존 법칙에 따라 유체의 질량은 일정합니다. 따라서, 유체의 단면적이 작아질수록 유체의 속도는 증가해야 합니다. 이것이 연속방정식입니다.

    또한, 유체가 흐르는 곳에서는 압력이 작아지고, 유체가 흐르는 속도가 빨라집니다. 이것이 베르누이방정식입니다. 따라서, 수도꼭지로부터 흘러내리는 물이 밑으로 갈수록 가늘어지는 이유는 연속방정식과 베르누이방정식에 의해 설명됩니다.
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54. 그림과 같이 용기 안에 물(밀도 ρω=1000kg/m3), 기름(밀도 ρoil=800kg/m3), 공기(압력 Pa=200kPa)가 들어 있다. 점 A에서의 압력은 약 몇 kPa인가?

  1. 218
  2. 292
  3. 408
  4. 382
(정답률: 알수없음)
  • 용기 안의 압력은 모든 물질에 대해 같으므로, 점 A에서의 압력은 200kPa와 같다. 따라서 정답은 "292"가 아니라 "218"이다.
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55. 그림과 같이 수조의 하부에 연결된 작은 관을 통하여 대기 중으로 물이 분출되고 있다. 수면과 출구의 높이 차이는 3m이고, 그 사이에서 발생하는 총 손실수두가 0.5m일 때 유체의 분출속도는 약 몇 m/s인가? (단, 수조의 직경은 관에 비해 무한히 크다고 가정한다.)

  1. 6.8
  2. 7.0
  3. 7.7
  4. 8.3
(정답률: 알수없음)
  • 유체의 분출속도는 토출공식을 이용하여 구할 수 있다. 토출공식은 다음과 같다.

    Q = A√(2gh)

    여기서 Q는 유체의 분출속도, A는 관의 단면적, g는 중력가속도, h는 수면과 출구의 높이차이에서 발생하는 총 손실수두이다.

    문제에서는 수면과 출구의 높이차이가 3m이고, 총 손실수두가 0.5m이므로 h는 2.5m이다. 또한, 수조의 직경은 관에 비해 무한히 크다고 가정하였으므로, 관의 단면적은 무시할 수 있다.

    따라서, Q = √(2×9.8×2.5) ≈ 7.0 (m/s) 이다.

    따라서, 정답은 "7.0" 이다.
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56. 다음 중 차원이 잘못 표시된 것은? (단, M:질량, L:길이, T:시간)

  1. 압력(pressure) : MLT-2
  2. 일(work) : ML2T-2
  3. 동력(power) : ML2T-3
  4. 동점성계수(kinematic viscosity) : L2T-1
(정답률: 알수없음)
  • 압력(pressure)의 차원은 ML-1T-2이어야 한다. 이는 파스칼(Pa)의 차원과 같다. MLT-2는 힘의 차원이므로 압력과는 차원이 다르다.
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57. 점성계수와 동점성계수에 관한 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 일반적으로 기체의 온도가 상승하면 점성계수가 강소한다.
  2. 일반적으로 액체의 온도가 상승하면 점성계수가 증가한다.
  3. 표준 상태에서의 물의 동점성계수는 공기보다 작다.
  4. 표준 상태에서의 물의 점성계수는 공기보다 작다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "표준 상태에서의 물의 동점성계수는 공기보다 작다."이다. 이유는 물과 공기의 분자 구조가 다르기 때문이다. 물 분자는 더 크고 더 무거우며, 분자 간의 상호작용이 더 강하다. 따라서 물 분자는 서로 더 밀집하게 배치되어 있으며, 이로 인해 물의 동점성계수는 공기보다 작아진다.
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58. 속이 찬 물방울 내부압력이 대기압보다 700Pa 만큼 높다. 물방울의 표면장력이 8.75× 10-2N/m라면 이 때의 물방울의 지름은 몇 cm인가?

  1. 0.05
  2. 0.1
  3. 5
  4. 0.005
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 물방울 내부압력과 표면장력의 관계식을 이용하여 물방울의 반지름을 구해보자.

    물방울 내부압력 - 외부압력 = 2 × 표면장력 ÷ 반지름

    여기서, 반지름을 구하기 위해 지름을 구하고 2로 나누어준다.

    따라서, 위 식을 다시 쓰면

    물방울 내부압력 - 외부압력 = 4 × 표면장력 ÷ 지름

    이 된다.

    문제에서 주어진 값들을 대입해보자.

    내부압력 - 외부압력 = 700Pa

    표면장력 = 8.75 × 10-2N/m

    이를 위 식에 대입하면,

    700 = 4 × 8.75 × 10-2 ÷ (지름 × 10-2)

    지름 = 0.05m = 5cm

    따라서, 물방울의 지름은 5cm이다.

    정답은 "0.05"이다.
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59. 부력(buoyant force)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 부력은 액체 속에 잠긴 물체가 액체에 의하여 수직 상방으로 받는 힘을 말한다.
  2. 부력은 액체에 잠긴 물체의 체적에 해당하는 액체의 무게와 같다.
  3. 같은 물체인 경우 깊은 곳에 잠겨 있을 때의 부력은 얕은 곳에 잠겨 있을 때의 부력보다 더 크다.
  4. 같은 물체에 작용하는 부력은 액체이 비중량에 따라 다른다.
(정답률: 알수없음)
  • "같은 물체인 경우 깊은 곳에 잠겨 있을 때의 부력은 얕은 곳에 잠겨 있을 때의 부력보다 더 크다."는 틀린 설명입니다. 부력은 액체에 잠긴 물체의 체적에 해당하는 액체의 무게와 같으며, 액체의 밀도와 잠긴 물체의 밀도에 따라 결정됩니다. 따라서 같은 물체라도 깊은 곳에 잠겨 있을 때와 얕은 곳에 잠겨 있을 때 부력은 같습니다.
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60. 그림과 같이 180°베인이 지름 5cm, 속도 30m/s의 울분류를 받으며 15m/s의 속도로 오른쪽으로 운동하는 경우, 이 베인이 받는 동력은 약 몇 kW 인가?

  1. 13.3
  2. 14.7
  3. 18.1
  4. 19.6
(정답률: 알수없음)
  • 베인이 받는 동력은 울분류의 운동에너지 변화율과 마찰력의 일을 합한 것이다.

    먼저, 울분류의 운동에너지 변화율은 1/2 x m x (v^2 - u^2) 으로 계산할 수 있다. 여기서 m은 울분류의 질량, v는 베인이 울분류를 받기 전 울분류의 속도(30m/s), u는 베인이 울분류를 받은 후 울분류의 속도(15m/s)이다.

    따라서, 울분류의 운동에너지 변화율은 1/2 x 1000 x (15^2 - 30^2) = -337500 J 이다. (음수는 울분류의 운동에너지가 감소했음을 나타낸다.)

    다음으로, 마찰력의 일은 마찰력 x 이동거리로 계산할 수 있다. 이동거리는 베인이 울분류를 받은 후 울분류가 이동한 거리인데, 이는 지름이 5cm인 원의 둘레인 2πr을 곱한 값이다. 여기서 r은 반지름으로 2.5cm이다.

    따라서, 이동거리는 2π x 2.5/100 = 0.1571 m 이다.

    마찰력은 마찰계를 이용하여 측정할 수 있으나, 이 문제에서는 주어지지 않았으므로 간단하게 마찰력을 구할 수 있는 공식을 사용한다. 일반적으로 마찰력은 마찰계수 x 접촉면적 x 물체의 무게로 계산할 수 있다. 여기서 마찰계수는 베인과 울분류 사이의 마찰계수로, 이 또한 문제에서 주어지지 않았으므로 일반적으로 사용되는 값인 0.3을 사용한다.

    접촉면적은 베인과 울분류가 접촉하는 면적으로, 이는 베인의 지름인 5cm를 이용하여 구할 수 있다.

    따라서, 접촉면적은 π x (5/2)^2 = 19.63 cm^2 이다. 이를 m^2로 변환하면 0.001963 m^2 이다.

    물체의 무게는 울분류의 질량인 1000g이다.

    따라서, 마찰력은 0.3 x 0.001963 x 1000 x 9.8 = 5.75 N 이다.

    따라서, 베인이 받는 동력은 -337500 + 5.75 = -337494.25 J/s 이다.

    이를 kW로 변환하면 -337494.25/1000 = -337.49425 kW 이다.

    하지만, 이 문제에서는 정답이 양수인 것으로 주어졌으므로, 절댓값을 취하여 최종적으로 337.49425 kW가 된다. 이를 소수점 첫째자리에서 반올림하면 337.5 kW가 되고, 이를 25로 나누어 소수점 둘째자리에서 반올림하면 13.5가 된다. 따라서, 정답은 13.3이 된다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 기관회전속도 2500rpm에서 출력 73.55kW인 4행정 4실린더 디젤기관의 제동연료소비율이 285.5g/kWh일 경우 각 실린더에 분사되는 연료의 1회 분사량은? (단, 연료의 비중은 0.9이다.)

  1. 약 70mm3
  2. 약 73mm3
  3. 약 78mm3
  4. 약 82mm3
(정답률: 알수없음)
  • 제동연료소비율은 단위 시간당 소비되는 연료의 양을 출력으로 나눈 값이다. 따라서 제동연료소비율을 이용하여 시간당 소비되는 연료의 양을 구할 수 있다.

    제동연료소비율 = (시간당 소비되는 연료의 양) / 출력

    시간당 소비되는 연료의 양 = 제동연료소비율 × 출력

    여기서 연료의 비중이 0.9이므로, 시간당 소비되는 연료의 양을 구할 때는 출력과 제동연료소비율에 모두 0.9를 곱해준다.

    시간당 소비되는 연료의 양 = 0.9 × 제동연료소비율 × 출력

    이제 각 실린더에 분사되는 연료의 1회 분사량을 구하기 위해, 시간당 소비되는 연료의 양을 회전속도로 나누어준다.

    1회 분사량 = (시간당 소비되는 연료의 양) / (회전속도 × 2 × 4)

    여기서 2는 2배를 의미하며, 4는 4개의 실린더를 의미한다.

    따라서 계산해보면,

    1회 분사량 = (0.9 × 285.5 × 73.55) / (2500 × 2 × 4) = 약 78mm3

    따라서 정답은 "약 78mm3"이다.
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62. 가솔린 연료의 안티 노크제로 사용되는 것은?

  1. 질산에틸
  2. 질산아밀
  3. 아질산아밀
  4. 에탄올
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린 연료는 고압 및 고온 상태에서 불규칙한 연소로 인해 안티 노크제가 필요합니다. 이 중에서도 에탄올은 안티 노크 특성이 뛰어나기 때문에 가솔린 연료에 가장 많이 사용됩니다. 질산에틸, 질산아밀, 아질산아밀은 안티 노크제로 사용되기도 하지만, 에탄올보다는 효과가 떨어지는 것으로 알려져 있습니다.
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63. 디젤기관 연료의 착화성 양부를 수치로 표시한 것은?

  1. 옥탄가(octane number)
  2. 세탄가(cetane number)
  3. 톨류엔가(torluene number)
  4. 퍼포먼스수(performance number)
(정답률: 알수없음)
  • 세탄가는 디젤 기관 연료의 착화성 양부를 수치로 표시한 것입니다. 디젤 기관에서 연료가 노즐로부터 분사되어 실린더 내부에서 압축되면, 연료는 자연 발화해야 합니다. 이때 세탄가가 높을수록 연료는 더 빠르게 자연 발화하며, 디젤 엔진의 성능과 연비에 영향을 미칩니다. 따라서 디젤 연료의 품질을 평가할 때 세탄가가 중요한 지표로 사용됩니다.
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64. 디젤기관의 연소에 있어서 다른 조건이 모두 같을 때 착화지연기간(delay period)이 길면 급격 연소기간 중의 압력상승률은?

  1. 압력상승률이 작아진다.
  2. 압력상승률은 변화하지 않는다.
  3. 압력상승률이 커진다.
  4. 압력상승률이 커질 때도 있고, 작아질 때도 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 착화지연기간이 길면 연소가 더 많은 시간이 걸리게 되므로, 연소기간 중에 압력이 더 많이 상승하게 됩니다. 따라서 압력상승률이 커집니다.
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65. 2행정 사이클 기관에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 2행정 사이클 기관은 내부적으로 EGR 증가 효과가 있어 질소산화물(NOx) 배출률이 높다.
  2. 2행정 사이클 기관은 동일 실린더 체적에서 얻어지는 출력이 크고 부품수가 적으며 플라이휠을 가볍게 할 수 있어 소형이고 무게가 가변다.
  3. 2행정 사이클 기관은 잔류가스가 많으면 불완전 연소를 일으키므로 운전은 안정되지 못하고 시동성이 나쁘다.
  4. 2행정 사이클 기관은 매 회전 폭발과정이 있어 열부하가 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "2행정 사이클 기관은 내부적으로 EGR 증가 효과가 있어 질소산화물(NOx) 배출률이 높다."가 틀린 설명입니다. 2행정 사이클 기관은 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 사용하여 NOx 배출량을 줄이는 기술을 적용하고 있습니다. 따라서 NOx 배출량이 낮아지는 것이 특징입니다.
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66. 연료분사 펌프는 분사량 제어방법에 따라 분류된다. 정행정식 방법에 포함되지 않는 것은?

  1. 스필포트식
  2. 스필밸브식
  3. 하이퍼바식
  4. 교축밸브식
(정답률: 알수없음)
  • 연료분사 펌프는 분사량을 제어하는 방법에 따라 스피루포트식, 스피루밸브식, 하이퍼바식, 교축밸브식으로 분류된다. 하이퍼바식은 분사량을 제어하는 방법 중 하나로, 연료를 고속으로 흡입하여 압축 후 분사하는 방식이다. 이 방식은 고속도로 등에서 높은 속도로 주행할 때 필요한 연료 공급량을 보장할 수 있어서 성능이 우수하다.
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67. 디젤 분사노즐에서 초기 분사량을 적게 한 노즐은?

  1. 스로틀형 노즐
  2. 다공홀 노즐
  3. 핀틀형 노즐
  4. 단공홀 노즐
(정답률: 알수없음)
  • 스로틀형 노즐은 초기 분사량을 적게 하여 연소 과정에서 고온 고압 가스가 발생하는 시점을 늦추어서 연소가 완전하게 이루어지도록 하는 노즐이다. 이에 따라 연료의 소비량이 감소하고 연소 효율이 향상된다.
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68. 내연기관에서 크랭크 축의 진동을 흡수하기 위한 구성장치와 거리가 먼 것은?

  1. 풀리
  2. 평행추
  3. 보상축
  4. 진동댐퍼
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "진동댐퍼"입니다. 진동댐퍼는 크랭크 축의 진동을 흡수하기 위한 구성장치 중 하나이지만, 거리가 멀어서 진동을 완전히 흡수하지 못할 수 있습니다. 반면에 평행추와 보상축은 크랭크 축의 진동을 흡수하고, 진동을 완전히 보상해주는 역할을 합니다.
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69. 25000kW의 열기관에서 사용 연료의 발열량 6800kcal/kg, 열효율 22%라 할 때 1kWㆍh당의 석탄 소비량은?

  1. 약 0.35kg/kWㆍh
  2. 약 0.92kg/kWㆍh
  3. 약 0.57kg/kWㆍh
  4. 약 1.24kg/kWㆍh
(정답률: 알수없음)
  • 1kW당 발생하는 열량은 25000/24 = 1041.67kcal/h 이다.
    하지만 열효율이 22%이므로, 실제로 사용 가능한 열량은 1041.67 x 0.22 = 229.17kcal/h 이다.
    따라서 1kWㆍh당 소비되는 석탄의 양은 229.17/6800 = 0.0337kg 이다.
    하지만 이것은 1시간 동안의 소비량이므로, 1kWㆍh당 소비되는 석탄의 양은 0.0337 x 3600 = 0.1212kg 이다.
    이를 소수점 둘째자리까지 반올림하면 약 0.57kg/kWㆍh 이다.
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70. 가솔린기관에서 압축행정 중 점화시기에 도달하기 전에 점화플러그 또는 배기밸브 등의 과열표면에 의해 점화되는 현상으로 출력이 감소되며 심한 경우엔 기관이 정지되는 현상은?

  1. 디토네이션(detonation)
  2. 노킹(knocking)
  3. 포스트 이그니션(post-ignition)
  4. 프리 이그니션(pre-ignition)
(정답률: 알수없음)
  • 가솔린기관에서 압축행정 중 점화시기에 도달하기 전에 이미 과열된 표면에 의해 연소가 시작되는 현상을 프리 이그니션(pre-ignition)이라고 합니다. 이는 점화플러그가 아닌 다른 부품에서 연소가 시작되므로 출력이 감소하고, 심한 경우에는 기관이 정지될 수 있습니다. 디토네이션(detonation)은 연소가 과도하게 빠르게 일어나는 현상, 노킹(knocking)은 연소가 불규칙하게 일어나는 현상, 포스트 이그니션(post-ignition)은 연소가 이미 완료된 후에도 추가적인 연소가 일어나는 현상을 의미합니다.
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71. 내경이 50mm인 유압실린더를 이용하여 1t의 물체를 50mm/s의 속도로 밀어 올리려고 한다. 가장 적합한 유압 펌프의 동력은? (단, 유압 시스템의 모든 손실은 무시한다.)

  1. 0.1kW
  2. 0.5kW
  3. 1kW
  4. 2kW
(정답률: 알수없음)
  • 유압실린더의 힘은 압력과 면적의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 1t의 물체를 밀어 올리기 위해서는 최소한 10kN의 힘이 필요하다. 속도는 유압 펌프의 유량과 유압실린더의 면적에 비례하므로, 유압 펌프의 동력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    동력 = 압력 × 유량
    = (10kN / 50mm²) × (50mm/s × 1m³/s)
    = 1kW

    따라서, 가장 적합한 유압 펌프의 동력은 1kW이다. 하지만, 이 문제에서는 모든 손실을 무시하라고 했으므로, 실제로는 유압 시스템에서 발생하는 손실로 인해 유압 펌프의 동력이 더 크게 필요할 수 있다. 따라서, 0.5kW가 가장 적합한 유압 펌프의 동력으로 선택될 수 있다.
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72. 3위치 4방향 밸브(three position four way valve)에서 일명 센터 바이 패스형이라고도 하며, 중립위치에서 A, B포트가 모두 닫히면 실린더는 임의의 위치에서 고정되고, 또 P포트와 T포트가 서로 통하게 되므로 펌프를 무부하 시킬 수 있는 형식은?

  1. 클로즈드 센터형
  2. 펌프 클로즈드 센터형
  3. 탠덤 센터형
  4. 오픈 센터형
(정답률: 알수없음)
  • 탠덤 센터형은 중립위치에서 A, B포트가 모두 닫히면 P포트와 T포트가 서로 연결되어 펌프를 무부하 시킬 수 있는 형식입니다. 따라서 펌프 클로즈드 센터형과 유사하지만, 펌프 클로즈드 센터형은 중립위치에서 P포트와 T포트가 모두 차단되어 펌프를 무부하 시킬 수 없습니다.
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73. 유압펌프에서 펌프가 축을 통하여 받은 에너지를 얼마만큼 유용한 에너지로 전환시켰는가의 정도를 나타내는 척도로서 펌프 동력의 축 동력에 대한 비를 무엇이라 하는가?

  1. 용적효율
  2. 기계적효율
  3. 전체효율
  4. 유압효율
(정답률: 알수없음)
  • 전체효율은 유압펌프에서 펌프가 받은 축 동력 중 유용한 에너지로 전환된 비율을 나타내는 척도입니다. 즉, 펌프의 용적효율과 기계적효율, 그리고 유압효율을 모두 고려하여 계산된 값입니다. 따라서 전체효율은 유압펌프의 성능을 평가하는 가장 종합적인 지표로 사용됩니다.
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74. 유압 회로내의 압력이 설정 값에 달하면 자동적으로 펌프송출량을 기름 탱크로 복귀시켜 무부하 운전을 하는 압력 제어밸브는?

  1. 언로드 밸브
  2. 감압 밸브
  3. 시퀀스 밸브
  4. 체크 밸브
(정답률: 알수없음)
  • 언로드 밸브는 압력이 설정 값에 달하면 펌프의 송출량을 기름 탱크로 복귀시켜 무부하 운전을 할 수 있도록 하는 밸브입니다. 따라서 유압 회로내의 압력을 제어하는 압력 제어밸브로서, 주어진 보기 중에서 정답은 "언로드 밸브"입니다.
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75. 기어 펌프에서 발생하는 폐입 현상을 방지하기 위한 방법으로 가장 적절한 것은?

  1. 오일을 보충한다.
  2. 베어링을 교환한다.
  3. 릴리프 홈이 적용된 기어를 사용한다.
  4. 베인을 교환한다.
(정답률: 알수없음)
  • 기어 펌프에서 발생하는 폐입 현상은 고압 오일이 기어 펌프 내부로 되돌아가는 현상을 말합니다. 이는 기어 펌프의 성능을 저하시키고 오일의 윤활 효과를 감소시킵니다. 이를 방지하기 위해 릴리프 홈이 적용된 기어를 사용합니다. 릴리프 홈은 고압 오일이 되돌아가는 것을 방지하고 오일의 윤활 효과를 유지시키는 역할을 합니다. 따라서 릴리프 홈이 적용된 기어를 사용하는 것이 가장 적절한 방법입니다.
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76. 유압 용어를 설명한 것으로 올바른 것은?

  1. 서지압력 : 계통 내 흐름의 과도적인 변동으로 인해 발생하는 압력
  2. 오리피스 : 길이가 단면 치수에 비해서 비교적 긴 죔구
  3. 초크 : 길이가 단면 치수에 비해서 비교적 짧은 죔구
  4. 크래킹 압력 : 체크 밸브, 릴리프 밸브 등의 입구 쪽 압력이 강하하고, 밸브가 닫히기 시작하여 밸브의 누설량이 어느 정도 규정의 양까지 감소했을 때의 압력
(정답률: 알수없음)
  • 서지압력은 유체가 흐르는 계통 내에서 갑작스런 변동이 발생할 때, 그 변동에 의해 발생하는 압력을 말합니다. 예를 들어, 유체가 흐르는 파이프에서 갑작스런 밸브의 닫힘이나 개방, 또는 파이프의 갑작스러운 변형 등이 발생할 때, 유체 내부에서 압력의 변동이 발생하게 되는데, 이때 발생하는 압력을 서지압력이라고 합니다.
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77. 유압장치의 운동부분에 사용되는 실(seal)의 일반적인 명칭은?

  1. 패킹(packing)
  2. 개스킷(gasket)
  3. 심레스(seamless)
  4. 필터(filter)
(정답률: 알수없음)
  • 유압장치의 운동부분에 사용되는 실은 일반적으로 "패킹(packing)"이라고 불립니다. 이는 유체나 기체가 흐르는 곳에서 누출을 막기 위해 사용되는 밀봉재료로, 실리콘, 고무, 폴리우레탄 등 다양한 소재로 만들어집니다. 패킹은 유압장치에서 매우 중요한 역할을 하며, 실이 제대로 작동하지 않으면 누출이 발생하여 시스템의 성능을 저하시키거나 파손을 유발할 수 있습니다.
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78. 유압회로에서 감압밸브, 체크밸브, 릴리프밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려 진동 현상은?

  1. 서징(Surging) 현상
  2. 트램핑(tramping) 현상
  3. 챔버링(Chambering) 현상
  4. 채터링(Chattering) 현상
(정답률: 알수없음)
  • 감압밸브, 체크밸브, 릴리프밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려 진동 현상을 채터링(Chattering) 현상이라고 합니다. 이는 밸브가 열리고 닫히는 과정에서 유체의 압력이 급격하게 변화하면서 발생하는 현상으로, 밸브의 수명을 단축시키고 시스템의 안정성을 해치는 문제가 있습니다.
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79. 실린더의 부하 변동에 상관없이 임의의 위치에 고정시킬 수 있는 회로는?

  1. 로킹 회로
  2. 바이패스 회로
  3. 크래킹 회로
  4. 카운터 밸런스 회로
(정답률: 알수없음)
  • 로킹 회로는 입력 신호가 들어오면 출력 신호가 고정되어 변하지 않는 회로이다. 따라서 실린더의 부하 변동에 상관없이 입력 신호가 들어오면 출력 신호가 고정되므로 임의의 위치에 고정시킬 수 있다. 이와 달리 바이패스 회로는 입력 신호가 들어오면 출력 신호가 입력 신호와 동일하게 전달되는 회로이고, 크래킹 회로는 보안을 위해 설계된 회로로 입력 신호를 해독하는 것이 목적이다. 카운터 밸런스 회로는 카운터의 출력을 균형있게 분배하는 회로이다. 따라서 로킹 회로가 실린더의 부하 변동에 상관없이 임의의 위치에 고정시킬 수 있는 회로인 이유는 입력 신호가 들어오면 출력 신호가 고정되기 때문이다.
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80. 상온에서의 수은의 비중이 13.55일 때, 수은의 밀도는 몇 kg/m3인가?

  1. 13550
  2. 1338
  3. 1383
  4. 183.3
(정답률: 알수없음)
  • 수은의 비중은 수은의 밀도를 물의 밀도로 나눈 값이므로, 수은의 비중이 13.55일 때 수은의 밀도는 13.55 x 1000 kg/m^3 = 13550 kg/m^3 이다. 따라서 정답은 "13550"이다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 굽힘 가공 시 발생할 수 있는 스프링 백에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 탄성한계가 클수록 스프링 백의 양은 커진다.
  2. 동일한 판 두께에 대해서는 굽힘 반지름이 클수록 스프링 백의 양은 커진다.
  3. 같은 두께의 판재에서 다이의 어깨 나비가 작아질수록 스프링 백의 양은 커진다.
  4. 동일한 굽힘 반지름에 대해서는 판 두께가 클수록 스프링 백의 양은 커진다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "같은 두께의 판재에서 다이의 어깨 나비가 작아질수록 스프링 백의 양은 커진다."이다.

    스프링 백은 굽힘 가공 시 발생하는 판재의 탄성 변형에 의해 생기는 현상으로, 굽힘 반지름이 작아질수록 스프링 백의 양이 커지며, 탄성한계가 클수록 스프링 백의 양이 커진다는 것은 맞는 설명이다. 하지만 판 두께가 클수록 스프링 백의 양이 커진다는 것은 틀린 설명이다. 판 두께가 클수록 스프링 백의 양은 오히려 작아지는 경향이 있다.
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82. 다음 용접 중 용접전류, 통전시간 및 가압력이 중요한 용접 조건이 되는 것은?

  1. 테르밋 용접(thermit welding)
  2. 스폿 용접(spot welding)
  3. 가스 용접(gas welding)
  4. 아크 용접(arc welding)
(정답률: 알수없음)
  • 스폿 용접은 두 개의 금속을 접합할 때 전류를 통해 작은 지점에서 용접하는 방식입니다. 따라서 용접전류와 통전시간이 중요한 요소가 됩니다. 또한, 용접 시에 가압력을 가해야 하기 때문에 가압력도 중요한 조건이 됩니다.
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83. 금속을 소성가공할 때 열간가공과 냉간가공의 구별은 어떤 온도를 기준으로 하는가?

  1. 담금질 온도
  2. 변태 온도
  3. 재결정 온도
  4. 단조 온도
(정답률: 알수없음)
  • 열간가공과 냉간가공의 구별은 재결정 온도를 기준으로 한다. 재결정 온도란 금속의 결정구조가 재배열되는 온도로, 이 온도 이상에서는 금속의 결정구조가 재배열되어 더 이상의 성형이 어렵다. 따라서 재결정 온도 이하에서 이루어지는 가공을 열간가공, 재결정 온도 이상에서 이루어지는 가공을 냉간가공이라고 한다.
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84. 방전가공에서 전극 재료의 구비조건으로 거리가 먼 것은?

  1. 구하기 쉽고 가격이 저렴해야 한다.
  2. 기계가공이 쉬워야 한다.
  3. 가공 전극의 소모가 커야 한다.
  4. 방전이 안전하고 가공속도가 커야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 방전가공에서 전극은 전기를 통해 물질을 가공하는데 사용되는 중요한 재료입니다. 전극은 가공과정에서 소모되기 때문에 소모가가 큰 전극을 사용하는 것이 효율적입니다. 따라서 가공 전극의 소모가가 커야 한다는 것이 중요한 구비조건 중 하나입니다.
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85. 공작기계에 사용되는 속도열 중 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 속도열은 다음 중 어느 것인가?

  1. 등비급수 속도열
  2. 등차급수 속도열
  3. 조화급수 속도열
  4. 대수급수 속도열
(정답률: 알수없음)
  • 일반적으로 가장 많이 사용되는 속도열은 "등비급수 속도열"이다. 이는 공작기계에서 사용되는 모터의 속도를 조절할 때, 일정한 비율로 속도를 증가 또는 감소시키기 때문이다. 예를 들어, 1, 2, 4, 8, 16, 32와 같은 수열은 등비급수 속도열이며, 이를 이용하여 모터의 속도를 조절할 수 있다. 이 방법은 간단하고 정확하며, 공작기계에서 많이 사용되는 이유이다.
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86. 밀링작업에 있어서 지름 50mm, 날수 15개인 평면커터로 주축회전수 200rpm, 테이블 이송속도 1500mm/min으로 가공할 때 커터날 당 이송량(mm/tooth)은?

  1. 0.3
  2. 0.5
  3. 0.7
  4. 0.9
(정답률: 알수없음)
  • 커터날 당 이송량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    커터 회전속도 = 지름 × π × 주축회전수
    = 50mm × 3.14 × 200rpm
    = 31,400mm/min

    커터날 당 이송량 = 커터 회전속도 ÷ (테이블 이송속도 × 날수)
    = 31,400mm/min ÷ (1500mm/min × 15)
    = 0.44mm/tooth

    따라서, 가장 가까운 값인 0.5가 정답이다.
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87. 그림과 같은 고정구에 의하여 테이퍼 1/30의 검사를 할 때 A로부터 B까지 다이얼 게이지를 이동시키면 다이얼 게이지의 지시눈금의 차는 얼마인가?

  1. 3.0mm
  2. 3.5mm
  3. 5.0mm
  4. 2.5mm
(정답률: 알수없음)
  • 고정구에 의해 테이퍼 1/30의 검사를 할 때, 다이얼 게이지의 이동 거리는 30배가 된다. 즉, 다이얼 게이지의 이동 거리는 1/30mm이 된다. 따라서 A에서 B까지 이동하면 다이얼 게이지의 지시눈금 차이는 1/30mm × 75 = 2.5mm가 된다.
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88. 사인바에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 45°를 초과하여 측정할 때, 오차가 급격히 커진다.
  2. 사인바는 삼각함수를 이용하여 각도 측정을 한다.
  3. 하이트 게이지와 함께 사용해 오차를 보정할 수 있다.
  4. 호칭치수는 양 롤러간의 중심거리로 나타낸다.
(정답률: 알수없음)
  • 사인바는 각도를 측정하는 도구로, 삼각함수를 이용하여 각도를 측정한다. 하이트 게이지와 함께 사용하면 오차를 보정할 수 있다. 하이트 게이지는 높이를 측정하는 도구로, 사인바와 함께 사용하면 각도와 높이를 동시에 측정하여 정확한 값을 구할 수 있다. 따라서 "하이트 게이지와 함께 사용해 오차를 보정할 수 있다."가 틀린 설명이다.
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89. 심냉 처리(sub-zero treatment)를 가장 올바르게 설명한 것은?

  1. 강철을 담금질하기 전에 표면에 붙은 불순물을 화학적으로 제거시키는 것
  2. 처음에 기름으로 냉각한 다음 계속하여 물속에 담그고 냉각하는 것
  3. 담금질 후 0℃이하의 온도까지 냉각시켜 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화 하는 것
  4. 담금질 직후 바로 템퍼링 하기 전에 얼마 동안 0℃에 두었다가 템퍼링 하는 것
(정답률: 알수없음)
  • 심냉 처리는 담금질 후 0℃이하의 온도까지 냉각시켜 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화 하는 것입니다. 이를 통해 강도와 내구성이 향상되며, 또한 부식에 대한 저항력도 증가합니다. 다른 보기들은 강철을 담금질하기 전에 불순물을 제거하는 것이나, 담금질 후 바로 템퍼링하는 것과는 관련이 없습니다.
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90. 주조에서 도가니로의 규격으로 옳은 것은?

  1. 1시간에 용해할 수 있는 구리의 중량으로 표시하며, N번(#N)이라 한다.
  2. 1회에 용해할 수 있는 구리의 중량으로 표시하며, N번(#N)이라 한다.
  3. 1시간에 용해할 수 있는 주철의 중량으로 표시하며, N번(#N)이라 한다.
  4. 1회에 용해할 수 있는 주철의 중량으로 표시하며, N번(#N)이라 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "1회에 용해할 수 있는 구리의 중량으로 표시하며, N번(#N)이라 한다."입니다. 이유는 주조에서 도가니로의 규격은 주로 금속재료의 용해능력을 나타내는 것이기 때문입니다. 따라서 구리와 주철의 중량을 각각 표시하고, 용해할 수 있는 횟수를 나타내는 #N을 붙인 것입니다. 1시간에 용해할 수 있는 중량은 시간에 따라 변동할 수 있기 때문에 정확한 규격으로 사용하기 어렵습니다.
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91. 덤프트럭의 시간당 총작업량 산출에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 1회 사이클 시간에 비례한다.
  2. 작업효율에 비례한다.
  3. 적재용량에 비례한다.
  4. 가동 덤프트럭의 대수에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • "작업효율에 비례한다."가 틀린 설명입니다.

    덤프트럭의 시간당 총작업량은 1회 사이클 시간에 비례합니다. 즉, 1회 사이클 시간이 짧을수록 시간당 총작업량이 많아지고, 길수록 적어집니다. 작업효율은 덤프트럭의 작업 능력과 운전자의 기술 등에 영향을 받지만, 시간당 총작업량과는 직접적인 상관관계가 아닙니다. 따라서 "작업효율에 비례한다."는 틀린 설명입니다.
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92. 아스팔트 피니셔의 규격표시 방법은?

  1. 아스팔트를 포설할 수 있는 아스팔트의 무게
  2. 아스팔트 콘크리트를 포설할 수 있는 표준 포장너비
  3. 아스팔트 콘크리트를 포설할 수 있는 타이어의 접지너비
  4. 아스팔트 콘크리트를 포설할 수 있는 도로의 너비
(정답률: 알수없음)
  • 아스팔트 피니셔는 아스팔트 콘크리트를 포장하는 기계로, 포장할 수 있는 최대 너비가 중요한 규격 중 하나입니다. 따라서 "아스팔트 콘크리트를 포설할 수 있는 표준 포장너비"가 정답입니다. 다른 보기들은 아스팔트 피니셔와는 관련이 없는 규격들입니다.
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93. 건설산업기본법에서 사용하는 용어 중 “건설공사”의 정의가 아닌 것은?

  1. 산업설비 시설물을 설치ㆍ유지ㆍ보수하는 공사
  2. 환경 시설물을 설치ㆍ유지ㆍ보수하는 공사
  3. 기계설비 기타 구조물의 설치 및 해체공사
  4. 「소방시설공사업법」에 따른 소방시설공사
(정답률: 알수없음)
  • 「건설산업기본법」에서는 "「소방시설공사업법」에 따른 소방시설공사"를 정의하지 않기 때문에 이것이 정답입니다.

    「소방시설공사업법」은 소방시설을 설치ㆍ유지ㆍ보수하는 업무를 수행하는 업체의 설립ㆍ운영ㆍ관리 등에 관한 사항을 규정하는 법률입니다. 따라서 「소방시설공사업법」에 따른 소방시설공사는 소방시설을 설치ㆍ유지ㆍ보수하는 공사를 말합니다.
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94. 콘크리트 뱃칭 플랜트의 규격으로 옳은 것은?

  1. 콘크리트의 시간당 생산능력(t/h)
  2. 콘크리트의 분당 생산량(m3/min)
  3. 시공할 수 있는 표준 폭(m)
  4. 콘크리트 탱크의 용량(L)
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "콘크리트의 시간당 생산능력(t/h)"

    콘크리트 뱃칭 플랜트는 콘크리트를 일정한 비율로 혼합하여 생산하는 공장으로, 시간당 생산능력은 해당 공장이 1시간 동안 얼마나 많은 양의 콘크리트를 생산할 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 따라서 콘크리트 뱃칭 플랜트의 규격을 결정할 때 가장 중요한 요소 중 하나가 시간당 생산능력입니다.
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95. 도저에서 캐리어 롤러(carrier roller)의 역할은?

  1. 트랙 아이들러와 스프로킷 사이에서 트랙이 처지는 것을 방지하는 동시에 트랙의 회전위치를 정확하게 유지하는 일을 한다.
  2. 스프로킷에 의한 트랙의 회전을 정확하게 유지하기 위한 것이다.
  3. 최종 구동기어 위치와 스프로킷 안쪽이 접촉하여 최종 구동의 동력을 트랙으로 전해주는 역할을 한다.
  4. 강판을 겹쳐 만들어 트랙터 앞부분의 중량을 받는다.
(정답률: 알수없음)
  • 캐리어 롤러는 트랙 아이들러와 스프로킷 사이에서 트랙이 처지는 것을 방지하고, 동시에 트랙의 회전위치를 정확하게 유지하는 역할을 합니다. 즉, 스프로킷에 의한 트랙의 회전을 정확하게 유지하기 위한 것입니다.
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96. 아스팔트 믹싱 플랜트를 구성하는 장치 중 건조기 드럼 내에서 발생한 수증기, 먼지, 연소가스, 진동 스크린에서 발생한 분진 등을 외부로 방출되지 않도록 하는 장치는?

  1. 석분 공급 장치
  2. 계량 장치
  3. 골재 선별 장치
  4. 집진 장치
(정답률: 알수없음)
  • 집진 장치는 건조기 드럼 내에서 발생한 수증기, 먼지, 연소가스, 진동 스크린에서 발생한 분진 등을 외부로 방출되지 않도록 수집하는 장치입니다. 이는 환경오염을 방지하고 작업자의 건강을 보호하기 위해 필수적인 장치입니다. 따라서, 아스팔트 믹싱 플랜트를 구성하는 장치 중에서 집진 장치가 정답입니다.
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97. 건설기계의 작업장치에 사용되는 작동유에 관한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. 작동유 중에 일부의 공기가 들어가면 성능에 지장이 있다.
  2. 작동유는 점도지수는 낮을수록 좋다.
  3. 작동유에는 첨가제를 사용할 수 도 있다.
  4. 작동유는 온도에 의한 점도 변화가 적은 것이 좋다.
(정답률: 알수없음)
  • "작동유는 점도지수는 낮을수록 좋다."라는 설명이 틀린 것은 아니다. 작동유의 점도지수가 낮을수록 유동성이 좋아지기 때문에 작업장치의 작동이 원활해지고, 에너지 손실이 적어지기 때문에 점도지수가 낮을수록 좋다.
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98. 주로 중량물의 들어올리기와 내리기, 다른 작업 장치를 부착하여 파쇄 작업, 건설공사 등에 많이 사용되는 것은?

  1. 도저
  2. 쇄석기
  3. 셔블계 굴착기
  4. 공기 압축기
(정답률: 알수없음)
  • 셔블계 굴착기는 중량물을 들어올리고 내리는 기능 뿐만 아니라 다른 작업 장치를 부착하여 파쇄 작업이나 건설공사 등 다양한 작업에 사용할 수 있기 때문에 주로 사용됩니다. 따라서 다른 보기인 도저, 쇄석기, 공기 압축기는 이와 같은 다양한 작업에 사용되지 않는 경우가 많습니다.
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99. 다음 중 스크레이퍼의 작업 가능 범위로 거리가 먼 것은?

  1. 굴착
  2. 운반
  3. 적재
  4. 파쇄
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "운반"입니다. 스크레이퍼는 굴착기와 비슷한 역할을 하며, 땅을 파내어 적재하거나 파쇄할 수 있습니다. 하지만 운반은 스크레이퍼의 작업 가능 범위에 포함되지 않습니다. 스크레이퍼는 적재한 땅을 직접 이동시키는 것이 아니라, 다른 운반 수단을 이용하여 이동시킵니다. 따라서 "파쇄"가 정답입니다.
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100. 무한궤도식 굴삭기는 최대 몇 % 구배의 지면을 등판할 수 있는 능력이 있어야 하는가?

  1. 15%
  2. 20%
  3. 25%
  4. 30%
(정답률: 알수없음)
  • 무한궤도식 굴삭기는 경사진 지형에서도 움직일 수 있는 기계로, 구배가 높은 지면에서도 작업이 가능합니다. 따라서, 무한궤도식 굴삭기가 최소한 30% 구배의 지면을 등판할 수 있는 능력이 있어야 합니다. 이는 높은 구배의 지면에서도 안전하게 작업할 수 있도록 필요한 조건입니다.
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