기계공학 전공면접에서 자주 나오는 질문 및 모음

 

기계공학 전공면접에서 자주 나오는 질문 및 모음

 

 

기계공학 전공면접에서 자주 나오는 질문 및  모음

 기계공학 전공자들이라도 학생 때 배운 것을 면접 현장과 같은 긴장되는 곳에서 질문받으면 당황스러울 때가 많습니다. 전공면접에서 자주 나오는 질문이나 중요한 개념들을 정리했습니다. 전공면접 전에 도움이 되시길 바랍니다.

 

목차

 

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응력집중 완화와 대책

응력 집중의 가장 큰 원인으로는 형상의 급격한 변화를 들 수 있습니다. 따라서 형상의 급격한 변화를 피하면 되는데 단차가 나게 설계된 부품의 경우, 테이퍼지게 설계를 하거나, 단차 부분에서 부드러운 곡률을 가지도록 설계를 수정하면 응력집중을 감소시킬 수 있습니다. 또 실제 구조물에서 응력 집중이 많이 일어나는 부위는 체결부위인데요. 이 체결부위의 체결수(볼트수, 리벳수) 등을 증가시키는 방법도 응력집중을 완화시키는 한 방법입니다.

 

 

비행기가 나는 원리 

양력 (출처: 위키백과)

비행기를 날게 하는 가장 큰 원리는 양력이다. 비행기의 날개 단면을 살펴보면 윗면 앞부분은 완만한 언덕 모양으로 부풀어 있고 다시 뒤쪽을 향해서 느릿한 경사를 이루고 있다. 이에 따라 비행기가 빠른 속도로 나아갈 때 바람(공기의 흐름)이 날개에 닿으면 위아래로 갈라져 지나간다. 여기서 알아둘 것이 유체역학의 기본 법칙 중 하나인 베르누이의 정리다. 베르누이의 정리란 유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 것으로, 간단히 말해 단위시간당 단위면적당 지나가는 기체의 양은 일정하다는 것을 이론으로 정립한 것이다. 모든 항공기에 동일하게 적용되는 이 이론에 의하면 바람의 속도는 날개 위쪽에서 빨라지고 아래쪽에서는 느려지게 된다.

위쪽의 공기의 흐름 속도가 아래쪽의 속도보다 빨라 윗면의 압력보다 아래면의 압력이 더 커지게 된다. 그 때문에 날개가 위로 들어올려지는 현상이 일어난다. 날개 윗면의 기압은 대기압보다 낮아져서 날개를 위쪽으로 들어올리는 작용을 하며, 아래면의 기압은 대기압보다 높아져서 날개를 아래서부터 밀어올리는 작용을 한다. 속도가 빠르면 빠를수록 거기에 작용하는 압력은 작아진다. 그리하여 날개에는 아래에서 위로 떠받치는 힘이 생기는데, 이를 양력이라고 한다. 양력이란 한마디로 물체를 위로 들어올리는 힘을 말한다.

비행기는 이 양력 때문에 위로 떠오른다. 양력이 비행기의 무게와 같으면 같은 높이로 날고, 비행기의 무게보다 크면 위로 올라가고, 작으면 아래로 내려온다. 양력은 비행기의 속도와 공기의 흐름, 날개의 크기, 모양 등에 따라 달라진다. 비행기의 경우 (+)양력이 발생할수록 좋다. 여기에 추력이 더해져 비행기의 속도를 낸다. 추력은 엔진에 의해 앞으로 나아가는 힘으로, 뉴턴의 제3법칙인 작용 반작용에 의한 것이다. 프로펠러나 제트엔진에 의해서 뒤로 밀리는(또는 분사되는) 공기의 움직임에 대한 반작용으로 비행기가 앞으로 움직이게 되는 것이다.

양력과 반대되는 힘은 중력이다. 중력은 지구가 비행기를 당기는 힘이다. 즉 양력이 중력보다 크면 비행기는 상승하고, 양력이 중력과 같을 때는 일정한 고도로 비행한다는 것을 의미한다. 비행기가 수평으로 나는 것은 날개의 양력이 비행기에 작용하는 중력과 평형을 이루고 있기 때문이다. 또한 어떤 속도로 공기 속을 진행하면 날개나 비행기 전체에 공기저항(항력)이 발생한다. 항력은 이와 같이 비행기가 앞으로 나아가는 데 방해가 되는 힘을 말한다.

그래서 비행기가 전진을 하려면 이 항력을 극복해야 하는데 프로펠러나 제트 엔진 등으로 얻는 추력을 항력보다 증가시켜야 한다. 비행기 설계시 기체를 유선형으로 하는 이유는 바로 이 항력을 최소화하기 위함이다. 비행기는 항력이 작고 양력이 클수록 경제적으로 날 수 있다.

 

축구공이나 야구공이 날아가다 휘는 원인

마그누스 효과 (출처: 위키백과)

시계 방향으로 회전하는 공이 오른쪽으로 날아가는 경우를 생각해보자.

이 때 운동하는 공과 공기의 충돌에 의해 공의 이동 방향의 반대 방향, 즉 왼쪽으로 주변 공기의 흐름이 생기게 된다. 또한 공이 회전하기 때문에 공의 표면에 아주 가까이 있는 공기는 공과 같은 시계 방향으로 움직이게 된다.

그렇게 되면 공의 위쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 반대 방향으로 이동한다. 따라서 위쪽의 공기는 상대적으로 느린 속도를 갖게 된다.

반대로 공의 아래쪽에서는 공에 가까운 공기와 주변의 기류가 서로 같은 방향으로 이동하기 때문에 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된다.

베르누이의 법칙에 의하면 유체(액체 또는 기체)에서 물체의 속도가 증가하면 그 물체가 유체로부터 받는 압력은 감소하고, 반대로 물체의 속도가 감소하면 그 압력은 증가한다.

따라서 상대적으로 빠른 속도를 갖게 된 공의 아래쪽의 압력은 감소하고, 상대적으로 느린 속도를 갖게 된 공의 위쪽의 압력은 증가한다. 공의 위, 아래에 발생한 이 압력차이가 양력을 발생시켜 공을 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시키고 이런 힘을 마그누스 힘이라고 한다.

이 힘에 의해 공이 회전 방향(이 경우에서는 아래쪽)으로 휘게 된다. 마그누스 효과는 물체의 회전 방향에 따라 어느 방향으로도 작용할 수 있다.

 

자동차는 어떻게 움직이는가?

휘발유를 연소시켜서 발생하는 열에너지를 운동에너지로 변환시켜서 자동차를 움직이는 것이다. 실린더에서 휘발유를 연소시켜서 발생하는 폭발력으로 피스톤이 왕복운동을 하고 그 왕복운동을 크랭크축이 회전력으로 변환시켜서 자동차의 바퀴를 굴리는 힘을 얻는 것이다. 브레이크를 밟으면 유압이 올라가서 브레이크 패드에 있는 피스톤이 패드를 밀면서 디스크의 마찰력으로 속도를 줄인다. 핸들은 조향장치로 방향전환을 하는데 쓰이는 장치이다.

 

 

진공청소기 원리

모터로 회전날개를 1만회 이상 회전시켜 밖으로 공기를 빼내어 내부를 진공상태로 만들어 먼지를 흡입합니다. 공기는 대기압에서 저기압으로 흐르므로 상대적으로 진공인 청소기 안으로 밖의 공기가 빨려 들어가는 것입니다. 이렇게 흡입된 먼지는 필터를 통해 걸러지고 공기가 배기구로 빠져나갑니다. 이것이 진공청소기의 원리입니다. 하지만 큰 먼지는 먼지통에 담겨 밖으로 배출되지 않지만 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 미세먼지는 배기구를 통해 배출되는 공기와 함께 다시 배출되어 문제가 되고 있습니다. 하지만 요새 진공청소기에는 '헤파필터' 가 장착되어 미세먼지를 걸러줍니다.

 

 

배의 복원력

배는 배의 무게 중심과 부력의 중심이 서로 마주보고 있을 때 수평을 유지합니다. 배가 약간 기울어질 경우 부력의 중심은 새로운 중심으로 이동하여 반대쪽으로 미는 힘을 만들어 내는데 이 힘에 의해 배는 원래 상태로 되돌아갑니다. 이 힘이 복원력입니다. 배가 매우 많이 기울어진 경우에는 부력의 중심에 힘이 배의 무게 중심 힘을 도와주는 경우가 돼, 결국 배가 뒤집히게 됩니다.

 

 

배 만드는 순서

1) 설계 및 강재입고: 다른 나라로부터 배를 만들어 달라는 주문이 들어오면 설계를 하고 강재를 준비한다. 
2) 강재 절단: 강재가 준비되면 필요 부분에 맞게 절단한다. 오늘날은 이러한 작업이 모두 기계로 이루어진다. 
3) 선제 건조: 필요한 강재가 모두 준비되면 설계에 맞게 만들기 시작하는데 배는 블록으로 나누어 만든다. 
4) 선체 조립: 각각의 블록이 완성되면 골리앗을 이용해 한 곳으로 모으고 각각을 조립하여 배의 모습을 완성한다. 5) 엔진장착 및 도장: 조립이 끝나면 다음으로 엔진을 장착한다. 그리고 배의 외부 강판이 바닷물에 부식되지 않도록 특수페인트를 입힌다. 
6) 시운전 : 모든 작업이 끝나면 배에 이상이 없는지 시운전을 한다. 그리고 이상이 없으면 주문한 나라로 보낸다.

자동차의 롤링, 요잉, 피칭, 바운싱

자동차의 움직임

롤링은 차가 좌우로 움직이는 것을 뜻한다. 바람에 의해 차가 옆으로 휘청이거나 코너링할 때 차가 옆으로 기우는 현상이 롤링인데 자동차의 스태빌라이저, 스프링, 트레드 너비 등이 롤링을 잡아주는 기능을 맡고 있다. 배나 고속버스는 롤링 주기가 길어 승용차보다 좌우 동작이 크게 보이며 출렁이는 듯한 승차감이 느껴진다.

요잉은 차의 앞뒤 부분이 좌우로 움직이는 것을 말한다. 다시 말해 코너링을 돌 때 차가 기우는 것은 롤링이며, 너무 급히 돌아 차가 스핀하는 것은 요잉이다. 왼쪽으로 진행을 바꾸면 차량 뒷부분은 오른쪽으로 틀게 되고, 앞부분이 오른쪽으로 진행한다면 뒷부분은 왼쪽으로 틀게 된다. 이러한 것이 연속적으로 반복된다고 생각하면 된다.

피칭은 전후 방향에 있어서 시소와 같은 움직임을 말한다. 앞바퀴의 스프링이 확장(수축)됐을 때 뒷바퀴의 스프링은 수축(확장)되는 것을 반복하는 차체의 움직임이다. 승객에게 가장 괴롭게 느껴지는 움직임이다. 피칭 현상을 해결하려면 서스펜션을 보강하면 된다.

바운싱은 차체 전체가 상하로 진동하는 것을 의미한다. 피칭은 앞뒤가 번갈아 상하로 움직이는 것이라면 바운싱은 앞뒤가 동시에 상하로 진동하는 상태를 뜻한다. 즉 브레이크를 밟았을 때 노즈(차 앞부분)가 앞으로 푹 가라앉았다 위로 들리는 것이 피칭인 반면 둔덕이 있는 줄 모르고 고속으로 달리다 차가 공중에 뜬 뒤 네바퀴가 동시에 착지했다면 바운싱이 된다.

 

단열된 방안에서 냉장고 문을 열었을 때의 실내 온도는?

(밀폐된 방이므로 단열 상태라고 가정) 냉장고는 내부의 열을 빼앗아서 밖으로 내보내고 안의 온도를 낮추는 장비이다. 냉장고는 내부 셋팅 온도 보다 높은 온도일 때 안의 열을 밖으로 배출한다. 초기에 문을 열면 기존에 안에 있던 냉기가 흘러나와 방안의 온도는 잠시 내려간다. 하지만 방 안의 공기가 냉장고로 들어가면 셋팅 온도 보다 높은 상황이 되어 냉장고는 가동하고 냉장고 뒤의 방열판으로 열을 배출한다. 결국 방 안의 높은 열 기운은 냉장고 안으로 들어갔다가 방열판으로 나오는 상황이 된다. 하지만 냉장고를 가동시키기 위해서 전기에너지를 사용한다. 밀패계이므로 에너지가 밖으로 나가지 못 하는 상황에서 외부 전기에너지가 지속적으로 들어오므로 전기에너지가 열에너지로 바뀌어 방안의 온도는 결국 올라가게 된다.

 

 

오일러빔 vs 티모센코빔

오일러빔은 빔의 단면상으로 전단변형이 없다는 것입니다. 즉, 빔의 길이방향으론 전단변형이 존재하는 데, 단면방향으론 전단변형이 없이 일정하다는 것이죠. 이 조건 때문에 변형전후에 중립축은 일정하다든가, 중립축에선 응력이 0 이라던가 하는 조건이 생기는 것이죠. 반대로 길이방향 외에 단면방향으로도 전단변형이 있는 것이 티모셴코빔 입니다.  

 

 

맨홀 뚜껑이 둥근 이유

사각형이나 오각형 등의 다각형으로 만든 맨홀 뚜껑은 가로의 길이나 세로의 길이가 대각선의 길이 보다 짧게 된다. 이때 맨홀 뚜껑을 세로로 세웠을 때 맨홀의 대각선 쪽으로 빠져버리게 된다. 그리고 맨홀의 뚜껑은 외부로 노출되어 있어서 온도 변화에 민감하여 기온과 조사량에 따라 팽창과 수축을 하게 되는데 이 때 각이 있는 맨홀 뚜껑이라면 각진 부분이 잘 맞지 않아 틀어지게 된다. 하지만 원형인 경우는 전체적으로 고르게 수축과 팽창을 하기 때문에 그런 걱정을 할 필요가 없게 된다.

 

골프공에 홈이 있는 이유

공이 공기 속을 빠른 속도로 날아가게 되면 앞부분의 압력이 상대적으로 높아지고 후면부는 경계층 박리점을 기준으로 와류가 생기면서 압력이 낮아지게 됩니다. 고압에서 저압으로 힘이 작용하게 되는데 이것은 저항으로 작용하게 됩니다. 딤플은 중간중간 작은 난류를 만들어내어 후면부의 압력저하 현상을 완화시켜 줍니다. 전면부와 후면부의 압력차가 적으면 적을수록 저항은 줄어들고 같은 초기속도로 비행을 시작했다면 딤플이 있는 공이 더 멀리 날아가게 됩니다.

골프공에 홈이 있는 이유

 

 

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