개념 한 쪽
재료의 성질은 변형과 파괴의 방식으로 갈린다. 같은 힘에도 늘어나는 재료와 깨지는 재료가 다르고, 변형에 저항하는 정도도 재료마다 다르다. 플라스틱은 가볍고 물에 강하지만 단단함은 금속보다 낮다.
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출제기준 단원 「건설재료 일반」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 역학 성질 용어 정의 판별 | 1 | 강성과 변형의 관계를 비롯한 용어 정의의 옳고 그름을 가리기 |
| 플라스틱 성질 옳고 그름 | 1 | 탄성계수와 변형 크기를 포함한 플라스틱 성질 서술을 가리기 |
| 작은 변형 파괴 성질 | 1 | 작은 변형에도 파괴되는 성질의 명칭을 고르기 |
재료의 역학적 성질은 변형이 어떻게 일어나고 파괴로 어떻게 이어지는지로 구분한다. 연성은 인장력에 의해 길게 늘어나는 성질이고, 전성은 두들겼을 때 엷게 펴지는 성질이다. 취성은 작은 변형에도 쉽게 파괴되는 성질로 유리가 대표적인 예가 된다. 소성은 하중을 제거해도 원래대로 돌아가지 않고 영구 변형이 남는 성질이며, 탄성은 하중을 제거하면 원래 모양으로 돌아오는 성질이다.
강성은 외력에 의한 변형에 저항하는 성질이다. 강성이 크면 변형이 적게 일어나고, 변형이 크게 일어나는 재료는 강성이 작은 재료가 된다. 이 관계를 반대로 잡으면 정의가 뒤집히므로 주의한다. 크리프는 일정한 하중이 장시간 가해질 때 시간이 지나며 변형이 서서히 늘어나는 현상이고, 반복 하중에 의한 피로 파괴와는 다르다.
포아송 효과는 한 방향으로 당기면 그 방향으로 늘어나면서 수직 방향으로는 줄어드는 현상이다. 종방향 변형과 직교 방향 변형이 동시에 발생한다는 점이 핵심이다. 인장 부재의 늘음량은 힘과 길이에 비례하고 단면적과 탄성계수에 반비례한다. 탄성계수는 분모에 있으므로 클수록 늘음량은 작아진다.
플라스틱은 내수성과 내구성이 좋고 비중이 작아 가볍며 가공이 쉽고 표면이 평활하다. 다만 금속에 비해 탄성계수가 작아 하중을 받으면 변형이 크다. 탄성계수가 크고 변형이 작다는 설명은 플라스틱의 실제 성질과 반대가 된다. 구조재료로 쓸 때 경량화와 내수성은 장점이지만 낮은 강성은 한계로 남는다.
역학 성질 문제는 용어의 정의를 서로 뒤바꿔 함정을 만든다. 변형이 크게 일어나는 재료를 강성이 큰 재료라고 하거나, 연성을 갑작스러운 파괴로 설명하면 틀린다. 포아송 효과를 경도나 소성의 정의와 섞는 선지도 걸러야 한다.
플라스틱 문제는 장점과 단점을 뒤집는다. 가볍고 물에 강하며 가공이 쉽다는 서술은 옳지만, 탄성계수가 크고 변형이 작다는 서술은 금속과 비교한 실제 성질과 어긋난다. 늘음량 문제는 탄성계수가 분모에 있다는 점을 이용해 비례와 반비례를 뒤집는다.
Hooke의 법칙이 적용되는 인장력을 받는 부재의 늘음량 (길이변형량)에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ② · 후크의 법칙에 따른 인장 부재의 늘음량에 대한 설명의 옳고 그름을 묻는 문제이다. 인장 부재의 늘음량은 δ=PL/AE로 구한다.
늘음량 δ=PL/AE에서 탄성계수 E가 분모에 있으므로 E가 크면 늘음량은 작아진다.
플라스틱에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 플라스틱의 일반적 물성 중 옳지 않은 것을 찾는 문제이다. 플라스틱은 내수성·내구성이 좋고 비중이 작아 가공이 쉬우며 표면이 평활하여 미관이 좋다는 설명은 타당하다.
플라스틱은 금속에 비해 탄성계수가 낮아 변형이 크므로, 변형이 작다고 한 ④이 옳지 않다.
재료의 성질 중 작은 변형에도 파괴하는 성질을 무엇이라 하는가?
정답 ④ · 재료의 기계적 성질 중 작은 변형만으로 파괴되는 성질의 명칭을 묻는 문제이다. 취성은 파괴가 일어나기 전 소성 변형이 거의 나타나지 않고 작은 변형만으로 갑자기 파괴되는 성질을 말한다.
작은 변형에도 파괴되는 성질은 취성이며, 소성이나 연성은 파괴 전 큰 변형을 견딥니다.
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