半徑為0.4m 的圓盤在光滑的水平面上滾動(無滑動),已知圓心O 點的速度為等速向右4m/s;如圖所示,
在某一瞬間,A 點在O 點正左方,
m
3.0
AO =
,則此時A 點的速率為多少m/s?
3
4
5
6
70kN 70kN 70kN
5m
0.4m
y’
y
x’
x
h
C
b
3.5m
3.5m
6×5m=30m
c
承上題,此時A 點的加速率為多少m/s2?
30
40
50
60
9
有兩位泳者質量分別為70kg 及50kg,他們在一質量為180kg 的小船上的船尾同時跳水,已經知道兩位泳者
離開船體時,他們相對於船體的水平速度為3m/s,如果船原為靜止的,在兩位泳者跳水後,船體的水平速
度為多少m/s?
0
1.2
2.0
6.0
10
如圖所示,有一砂袋繫在一長度為L 的繩上,繩的末端固定在S 處,現將砂袋從牆頂T 處緩緩地推下,然後
砂袋便擺盪下來,已知繩能承受的最大張力為砂袋重量的兩倍,則請問在繩子斷裂時,θ角應滿足何式?
3
/
1
sin
=
θ
3
/
2
sin
=
θ
3
/
1
cos
=
θ
3
/
2
cos
=
θ
11
長為L 質量為m 的均勻木棍AB,鉸接於A 點(如圖所示)。已知木棍原本為直立靜止狀態,因受擾動而
倒下來;不考慮初始擾動的角速度及角加速度且不考慮鉸接的摩擦,則木棍在水平瞬間的角速率為多少?
(重力加速度為g)
L
2
/
g
L
/
g
L
/
g
2
L
/
g
3
12
承上題,此時木棍AB 的角加速率為多少?
0.5 g/L
1.0 g/L
1.5 g/L
2.0 g/L
13
對如圖所示的結構,試問在下列敘述中何者正確?
本結構為靜定結構
本結構為靜不定一度的結構
本結構為靜不定二度的結構
本結構為靜不定三度的結構
14
如圖所示由相同材料、不同橫截面、不同長度構成之桿件,同時承受一向上之力P 及一向下之力Q,假設
下半段桿件橫截面之面積為上半段桿件橫截面面積之4 倍。若要維持A 點之位置不動,則Q 之力量應為P
之幾倍?
4
3
4
3
16
9
16
15
如圖所示為一簡支梁承受三角形狀之側向負荷,最大之負荷密度q0。試求簡支梁中點C 之彎矩為何?
2
L
q
2
0
4
L
q
2
0
8
L
q
2
0
0
16
如圖所示,一馬達帶動三個轉子穩定旋轉著,各轉子受到之扭力顯示於圖中,轉子間之轉軸直徑亦顯示於
圖中,假設轉軸之材料相同,請問那一段轉軸所受到之剪應力為最大?
AB
BC
CD
DE
B
5m
17
有一均質圓形等斷面的軸,其長度為L,一端固定,另一端為自由端。此軸受到一大小為t 的均布扭矩作用
(單位:N.m /m)在整根軸上。則下列敘述何者正確?
應變能與t 的平方成正比
應變能與L 的平方成正比
應變能與斷面的面積成反比
應變能的單位為N.m /m
18
考慮一圓形斷面,其直徑為d,今有一相同斷面積之正方形斷面,試求正方形斷面模數與圓形斷面模數之比
值?
0.67
0.85
1.18
1.48
19
橡皮圈繞在直徑為d 之圓柱上,產生了沿著圓周之應變ε,若忽略橡皮圈之厚度,則橡皮圈之原始長度為:
πd/ε
πd/(1+ε)
πdε
πd(1+ε)
20
一承受均勻內壓P、半徑r、壁厚t 之薄壁球殼,其膜應力為
t
2
Pr
=
σ
,試問在此應力狀態下,球殼內壁之三
維應力莫耳圓之最大半徑為何?
0
t2
Pr
t4
Pr
2
P
t4
Pr +
21
一鋼柱之降伏應力為250MPa,挫屈之臨界應力為200MPa,則在設計時,此鋼柱之最大容許應力為多少MPa?
50
200
250
450
22
如圖所示的梁斷面受一垂直剪力V 作用,試問在下列敘述中何者正確?
A 點的剪力流大於B 點的剪力流
B 點的剪力流大於O 點的剪力流
C 點的剪力流大於A 點的剪力流
A 點的剪力流大於O 點的剪力流
23
已知一長度為L、撓曲剛度為EI 的簡支梁受如圖(a)所示的彎矩作用時,
EI
3
L
M0
A
/
θ
=
、
EI
6
L
M0
B
/
θ
=
,
試問:圖(b)中B 點的轉角為多少?
M0L/2EI
M0L/3EI
M0L/6EI
0
24
承上題,圖(b)中A 點的轉角為多少?
M0L/2EI
2M0L/3EI
5M0L/6EI
M0L/EI
25
一直徑為5mm,長度5m 之筆直鋼索,以適當之力矩將其撓捲曲成一完整之環(如圖示),假設未發生任
何塑性變形,若鋼索之楊氏模數為200GPa,則此狀況下最大之應力值為多少MPa?
628
314
200
100
26
牛頓流體的黏性與下列何者無關?
分子內聚力
分子動量交換
溫度
速度梯度
27
流體質點(fluid particle)在流場中流動所行走的軌跡稱為:
流線(stream line)
徑線(path line)
煙線(streak line)
時間線(time line)
28
液滴內的內壓力p 與大氣壓patm 之關係為:
p<patm
p=patm
p>patm
視液體種類而定
29
液體隨容器作等角速度旋轉時,下列敘述何者正確?
重力與液體自由表面正交
慣性力與液體自由表面相切
重力與慣性力的合力與液體自由表面正交
重力與慣性力的合力與液體自由表面相切
30
有一充滿水的矩形游泳池,在水面下1.5m 處之垂直壁面上有一鋼板,若此鋼板的高度及寬度分別為2m 及
1m,且水之密度為1000kg/m3,重力加速度為9.8m/s2,則作用於此鋼板的力為多少N?
29400
49000
68600
98000
31
有一個二維(two-dimensional)流場,其速度向量為
j
i)
(
ϖ
ϖ
ϖ
2)
-
(y
3
x
V
+
+
=
,則此流場的停滯點(stagnation point)
位置為:
(-3, 2)
(3,-2)
(0, 0)
(5, 0)
圖(a)
圖(b)
M'
M
r
32
如圖所示,一內裝有水的U 形管加速儀沿水平方向加速。如重力加速度g 為9.8m/s2 且d=0.5cm,L=10cm
與h=2cm。試問加速儀的加速度a(圖示方向為正)為多少m/s2?
-0.98
0.98
1.96
-1.96
33
勢流(potential flow)的基本假設條件是:
穩定(steady)
均勻(uniform)
無旋性(irrotational)
不可壓縮(incompressible)
34
管內穩態流動流場於管徑縮小時,流體流動速度就變大,反之則變小。但是若將高速公路上之運動車子視
為流體分子,卻無法如上述之管流現象,於較窄路段時車速變快,其原因是:
沒有考慮黏性效應
不滿足牛頓運動定律
不滿足流體能量守恒定律
連續性定理之非穩定狀態被忽略
35
有一個二維(two-dimensional)流場,其流線函數ψ
2
2
y
xy
x
+
+
=
,則此流場的渦度(vorticity)為:
0
-2
-4
-8
36
若
1
φ 與
2
φ 為流場中之速度勢(velocity potential),則下列敘述何者錯誤?
0
1
2
=
φ
∇
0
2
2
=
φ
∇
0
)
(
2
1
2
=
φ
±
φ
∇
0
)
(
2
1
2
=
φ
⋅
φ
∇
37
已知一二維不可壓縮穩定流動之速度分量u=2y,v=4x,其流線函數為:
y2-2x2+c
2y2-x2+c
x2+2y2+c
2x2+2y2+c
38
為了設計一大型閥門,並瞭解流體之流動情況,在實驗室中製造了一個模型。若原型閥門之入口直徑為4m
,流量為30m3/sec,模型入口直徑為4cm,工作流體均為同溫度之水,為了達到動力相似(dynamic similarity)
,則模型之流量應為多少m3/sec?
0.03
0.3
3
30
39
有關流動相似的敘述,下列何者錯誤?
運動相似是幾何相似和動力相似的表像
動力相似包括運動相似與幾何相似
動力相似是決定兩個流動相似的主導因素
兩個流動動力相似時,其對應的物理量相等
40
縮尺比例1:100 的船模在設計速度時的波浪阻力為10N,則實船的波浪阻力為多少kN?
10
100
1000
10000
41
某流體於兩固定平行板間流動,而平行板間的距離為h ,如下圖所示。若流體的速度分布為
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
2
h
y
h
y
U
6
)
y
(
u
且U 為常數,則其平均速度為:
0.5U
U
1.5U
2U
42
低雷諾數流動的基本特點是:
慣性力比黏性力重要
黏性力遠比慣性力重要
黏性力與慣性力同等重要
黏性力與慣性力都不重要
43
圓管全展層流(fully developed laminar flow)與全展紊流(fully developed turbulent flow),若其流量相同,則圓
管中心處之流速何者較大?
全展層流
全展紊流
兩者相等
視流動為液流或氣流而定
44
邊界層發生分離(separation)的必要條件為:
流場為層流
流場為紊流
壓力沿流動方向遞減
壓力沿流動方向遞增
45
水於水泥圓管內流動,如果平均流速保持一定且呈全展紊流(fully developed turbulent flow)狀態時,其壓力降
)
P
(∆
與管徑的關係為:
壓力降與管徑成正比關係
壓力降與管徑成反比關係
壓力降與管徑的平方成正比關係
壓力降與管徑的平方成反比關係
46
今有流體以3m/sec 速度穩定流經一塊平板,平板夠長,因此沿平板表面自然形成層流與紊流邊界層。當流
體分別為空氣及水時,請比較δcr/x 及δcr 值(δcr 為臨界邊界層厚度)
(δcr/x)空氣<(δcr/x)水
(δcr/x)空氣>(δcr/x)水
(δcr)空氣>(δcr)水
(δcr) 空氣<(δcr)水
47
圓管全展層流(fully developed laminar flow)與全展紊流(fully developed turbulent flow),若沿流動方向單位管
長之壓降(pressure drop)相同,請問何者之流量較大?
全展層流
全展紊流
兩者相同
視流動為液流或氣流而定
48
下列有關法諾流(Fanno flow)的敘述,何者錯誤?
等斷面積
不考慮黏滯摩擦效應
絕熱
最大熵值點出現在音速時
49
所謂超音速流是指:(M 為馬赫數)
M ≈1.0
M<1
M>1
M>5
50
某流體流經一漸縮噴嘴。在入口處的速度為20m/s,密度為1g/cm3,且入口處之斷面積是20cm2。若出口處
斷面積是1cm2,且流體密度為0.8g/cm3。試問此流體在出口處的速度為多少m/s?
200
300
400
500
g
h
L
a
d
有一物塊甲以長度為L 的繩子連結在臺車乙上,此臺車可以在水平面
上的無摩擦軌道上自由運動,物塊甲與臺車乙的質量相同,重力加速
度為g。如右圖繩子與垂線夾θ 角的位置將物塊甲由靜止釋放,則物
塊甲通過臺車乙的正下方時的速率應為:
)
cos
1(
θ
−
Lg
)
sin
1(
θ
−
Lg
)
cos
1(
2.1
θ
−
Lg
)
sin
1(
2.1
θ
−
Lg
滑塊D 運動到圖示狀態時,其速度為向左120 mm/s。請回答下列第8 題及第9 題:
BD 桿之角速率為多少rad/s?
0.6
1.2
2.4
3.6
9
AB 桿之角速率為多少rad/s?
1.8
2.7
3.6
5.4
P
3 m
3 m
乙
甲
θ
A
B
100 mm
225 mm
100
mm
8 kN
8 kN
A
B
C
6 m
6 m
6 m
4 m
D
E
C
R
x
Q
P
Q
P
甲
乙
丙
D
A
B
一長度為L 質量為m 的均勻直桿在靜止狀態由水平位置自由擺動到如右圖所
示的位置,若g 表示重力加速度,試問在圖示的位置時。請回答下列第10 題
至第12 題:
10
該桿件的角加速率為:
L
g
4
2
L
g
2
L
g
4
2
3
L
g
2
2
3
11
該桿件質心在Y 方向的加速度為:
8
2g
8
2
3
g
4
2g
4
2
3
g
12
該桿件A 點在Y 方向的反作用力為:
8
2mg
−
8
2
3
mg
2
2mg
−
4
2
5
mg
13
如右圖所示,套環C 以0.25 m/s 之速度下降,則當
°
= 30
θ
時桿OB 之角速
度為多少rad/s 逆時針?
0.217
0.417
0.556
0.741
14
如右圖所示,相同的桿件分別承受四種不同
的軸向負荷,則何者應變能為最大?
甲
乙
丙
丁
15
考慮一半徑為r,壁厚為t,並承受內壓力P 的圓筒薄壁容器,設容器圓筒部位之軸向應力為
1
σ ,環向應力
為
2
σ ,則圓筒外壁之三維應力莫耳圓中最大與最小直徑相差值為何?
t
2
Pr
t
Pr
t
Pr
2
t
Pr
4
16
如右圖所示的桁架於B 點受一垂直力P 作用,已知所有桿件的軸向剛度皆為AE。
試問C 點的垂直位移
c
u 為多少?
0
AE
PL 2
/
AE
PL 4
/
3
AE
PL 4
/
3
如右圖所示的均勻桿件在C 點的扭轉角為
c
φ ,若已知
該桿件的扭轉剛度為GJ。請回答下列第17 題至第19
題:
17
作用在C 點的扭矩T 為:
c
L
GJ φ
3
c
L
GJ φ
2
c
L
GJ φ
3
2
c
L
GJ φ
2
3
18
作用在A 點的反作用扭矩為:
c
L
GJ φ
3
c
L
GJ φ
2
c
L
GJ φ
c
L
GJ φ
2
3
19
作用在B 點的反作用扭矩為:
c
L
GJ φ
3
c
L
GJ φ
2
c
L
GJ φ
c
L
GJ φ
2
3
一長度為L、斷面高度為
L
H
01
.0
=
的均勻懸臂梁在如右圖所示的彎
矩作用下被彎成一個圓弧,已知梁內的最大撓曲應變為0.001。請回
答下列第20 題及第21 題:
20
該圓弧的曲率半徑ρ 為:
5 L
10 L
0.1 L
0.2 L
21
該梁端點的位移
max
δ
為:
)1.0
cos
1(
1.0
−
L
)
2.0
cos
1(
2.0
−
L
)
2.0
cos
1(
5
−
L
)1.0
cos
1(
10
−
L
B
P
A
(3)
C
(2)
(1)
L
30 °
60 °
uc
L
2L
B
A
c
T φ ,
C
M
Y
C
X
H
0.5H
L
ρ
θ
max
δ
0.5 L 0.5 L
EA
0.5 L 0.5 L
EA
0.5 L 0.5 L
EA
2P
3P
2P
P
P
甲
乙
丙
丁
0.5 L 0.5 L
EA
(請接背面)
Y
X
A
45 °
水平線
B
B
C
450 mm
O
°
= 30
θ
九十一年公務人員高等考試三級考試第一試試題
科 別: 機械工程
全一張
(背面)
22
如右圖所示,有一複合圓形斷面桿件由甲、乙兩種材料所構成,甲材料與乙材料的剪力模數
的比值為5:4,兩材料具有相同的波松比(Poisson’s ratio)為0.25。現在假設這構件一端固
定,另一端則受到大小為P 之軸向力作用,則甲材料承擔的軸向力為多少P?
5/6
20/29
320/689
80/121
23
如右圖所示為一均勻斷面梁,斷面EI 為定值,A 和B 點處之彈簧常數
分別為48 EI/L3 和3 EI/L3,試求A 點之變形量為:
EI
6
ML2
EI
12
ML2
EI
24
ML2
EI
48
ML2
24
梁的彎曲應變能表示法中,下列何者錯誤?(EI:彎曲剛性,M:彎矩,v:側向變形,θ :旋轉變形)
∫
EI
2
dx
M2
∫
dx
)
dx
d
(
2
EI
2
2
2v
∫
dx
)
dx
dM
(
2
EI
2
∫
dx
)
dx
d
(
2
EI
2
θ
25
如右圖所示的梁斷面受一垂直剪力V 作用,試問在下列敘述中何者
為正確的敘述?
A 點的剪力流大於B 點的剪力流
B 點的剪力流大於C 點的剪力流
C 點的剪力流大於A 點的剪力流
A 點的剪力流大於C 點的剪力流
26
水的比重量(Specific Weight)為9.81 kN/m3,而水銀的比重為13.55,則水銀的密度應為:
3
3 kg/m
10
355
.1
×
3
3 kg/cm
10
355
.1
×
3
kN/m
133
3
g/cm
133
27
下列何種流體為非牛頓流體?
空氣
牙膏
汽油
水
28
下列有關靜止流體的敘述何者正確?
不能承受剪切應力
能承受很小的剪切應力
可以承受剪切應力
具有黏性時可承受剪切應力
29
二維不可壓縮流之速度分佈為 ,
by
xy −
−
=
v
,則a, b 分別是多少?
0
a =
,
0
b =
1
a = ,
5.0
b =
5.0
a =
,
1
b =
1
a = ,
1
b =
30
水的密度為1000 kg/m3,請問水面下方8 米處之壓力較水面下3 米處之壓力大多少?
5000 Pa
49000 Pa
8000 Pa
3000 Pa
31
文氏管(Venturi tube)用於測量:
壓力
密度
點速度
流量
32
有一矩形容器長λ,高h,靜止時液面高
o
h 。試求在水不溢出情況下,
容器所能容許水平加速度為若干?
g
h
h
a
o
x
λ
)
( −
=
g
h
h
a
o
x
λ
)
(
2
−
=
g
h
h
a
o
x
λ
)
(
4
−
=
λ
g
h
h
a
o
x
)
(
4
−
=
33
方程式
0
V =
∇
ϖ
.
描述下列那一種流動的質量守恆?
穩定壓縮流
非穩定壓縮流
無旋流(irrotational flow)
非穩定不可壓縮流
34
若不可壓縮流體之流場速度
j
x
y
i
x
V
ϖ
ϖ
ϖ
2
/
8
/
8
+
=
(m/sec),試問下列何者正確?
通過點
)1 , 2
(
)
y , x
(
=
之流線函數(stream function)為
2
xy =
在點
)1 , 2
(
)
y , x
(
=
之速度大小為8 m/sec
在點
)1 , 2
(
)
y , x
(
=
之加速度大小為8.94 m/sec2
在點
)1 , 2
(
)
y , x
(
=
之加速度大小為零
A
M
B
L
RA
RB
k1
k2
x
y
C
B
A
Y
V
t
d 0
Z
h
ho
ax
λ
x
y
ax
u
2
2
+
−
=
甲
乙
0.8R
R
35
流體做有旋運動的特徵是:
流體質點的運動軌跡是曲線
流體質點的運動軌跡是圓形
渦量(vorticity)的三個分量均為零
速度的旋度(curl)非零
36
理想流體以一均勻流速U 流過一半徑為a 之圓柱,當流場為一穩態狀況下,若以極座標表示,則離圓柱圓心
r 位置處
)
(
a
r ≥
,流場速度位勢
θ
ϕ
cos
)
/
1(
U
2
2 r
a
r
+
−
=
,則:
在
)
,
r
(
θ
處之速度為
)
sin
2
1(
2
/
1
U
2
2
2
4
4
θ
−
+
+
r
a
r
a
於
)
2
/
0 ,
(
π
θ ≤
≤
a
區間,壓力大小隨θ 之增加而漸增
於
)
/
,
a
(
π
θ
π
≤
≤
2
區間,速度大小隨θ 之增加而漸增
於
)
/
,
a
(
2
3
π
θ
π
≤
≤
區間,壓力大小隨θ 之增加而漸減
37
理想流體之均勻流(uniform flow)繞二維圓柱體無環量(without circulation)流動,可由均勻流和下列那一
個流動疊加而成?
源流(source)
與等速流同方向的偶流(doublet)
與等速流方向相反的偶流
與等速流方向垂直的偶流
38
二維流場速度分佈
j
t
y
x
i
t
y
x
V
ϖ
ϖ
ϖ
)
2
(
)
2
(
+
−
−
=
,試問下列何者正確?
本流場旋轉角速度 (rad/sec)
本流場存在一速度位勢
本流場可以視為一不可壓縮流場
因其無法滿足流場連續性定理,本流場毫無意義
39
等熵(isentropic)超音速氣流在收縮(converging)管道中做下列何種流動?
加速流動
減速流動
等速流動
先加速、後減速流動
40
水面船舶的阻力係數為下列何者之函數?
雷諾(Reynolds)數
雷諾數與韋伯(Weber)數
韋伯數與福勞(Froude)數
福勞數與雷諾數
41
管道流的動態相似(dynamic similarity),無須考慮:
歐拉(Euler)數
雷諾(Reynolds)數
福勞(Froude)數
馬赫(Mach)數
42
紊流剪應力是如何產生的?
重力
分子的內聚力
分子間的動量交換
擾動速度引起的動量交換
43
某流體沿一傾斜角為θ 的平板流下,形成一厚度為h 的薄膜層流,如右圖
所示。由計算得知其速度分佈為
θ
µ
ρ
sin
2
)
(
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
y
h
y
g
y
u
,ρ 為流體密度
,g 為重力加速度,而µ 則是流體的黏滯係數。試問其最大速度為:
θ
µ
ρ
sin
2
h
g
θ
µ
ρ
cos
2
h
g
θ
µ
ρ
sin
2
2
h
g
θ
µ
ρ
cos
2
2
h
g
44
伯努利方程式 是適用於沿著一條流線上的那一種流動?
穩定流
穩定不可壓縮流
穩定不可壓縮且無黏性流
穩定黏性流
45
圓管全展層流(fully developed laminar flow),若單位管長之壓降(pressure drop)維持不變,當管徑加倍時
,流量將變為原流量的多少倍?
2
4
8
16
46
黏性流體繞流一無厚度的平板,若流動方向垂直於板面,則平板所受之阻力(drag force)為:
摩擦阻力
壓力阻力
摩擦阻力與壓力阻力
沒有阻力
47
假設一流場在邊界層內的速度為線性分佈,即 ,其中U 是常數,而δ 是邊界層厚度。則其動量厚
度(momentum thickness)為:
2
δ
3
δ
4
δ
6
δ
48
下列有關震波(shock wave)的敘述,何者錯誤?
在一漸縮-漸張噴嘴內發生的正震波(normal shock wave),其位置必在漸張管部分
正震波的波前(shock wave front)與流體流動方向垂直
斜震波(oblique shock wave)產生後,必使流場由超音速降為次音速
產生震波後,流體速度必定減緩
49
一理想氣體在等截面的管中做無摩擦流動時,下列敘述何者正確?
對超音速氣流加熱會增加其馬赫數(Mach number)
對次音速氣流加熱會增加其馬赫數(Mach number)
加熱會增加其滯壓力(stagnation pressure)
在超音速氣流加熱會降低其密度
50
在27℃時,空氣的密度為2.67 kg/m3,若一圓管欲承載0.25 kg/sec 的空氣質量流率(mass flow rate),且其
平均流速不超過6 m/sec,則此圓管的最小管內徑為:
80 mm
100 mm
120 mm
140 mm
B
gz
P
V
=
+
+ ρ
2
2
δ
y
y
u
U
)
(
=
h
x
y
θ
t
xy
x
y
]
2
)
[(
2
2
+
−
=
ϕ
t
5.0
=
ω