TOEFL Reading 연습 #019 — The Ball That Steadies a Skyscraper (한국어 해설)

TOEFL Reading 무료 연습: The Ball That Steadies a Skyscraper. 지문·문제는 원문 그대로(영어), 한국어 해석과 문제별 정답·해설을 함께 제공합니다.

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지문

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The Ball That Steadies a Skyscraper

¶1 Every building taller than a few hundred meters moves. Wind presses against its face continuously, and for most of the twentieth century engineers treated that movement as a flaw to be built out. The usual fix was to add mass and stiffness until a tower barely swayed at all. Past a certain height, that approach is both costly and self-defeating. A frame rigid enough to resist the wind can crack from the very stress it was built to resist. The real fix looks backward at first. Instead of holding a tower still, engineers let something inside it swing freely. Only one exact condition determines whether that swinging calms a building or shakes it further.

¶2 Taipei 101 is a 508-meter tower completed in Taipei, Taiwan, in 2004, and it shows why. The region gets both typhoons and earthquakes, so the building's frame has to flex. A perfectly rigid structure that tall would concentrate stress at its base and eventually fatigue the steel. The tower is therefore designed to sway, a few centimeters at the top in ordinary wind and considerably more in a storm. The trouble is that this motion can build on itself. Wind gusts arriving at close to the tower's natural period, the rate at which it would swing back and forth on its own, push it further in the same direction each time, a process engineers call resonance. Left alone, that buildup can turn a mild sway into something strong enough to make people on the top floors feel ill, even though the structure itself stays safe.

¶3 Adding more steel does little to solve this problem. A heavier tower still has its own natural period and can still be pushed into resonance. The actual fix seems backward. Engineers do not try to make the tower more resistant to motion at all. Instead, they add a tuned mass damper, a second mass suspended separately so that it can swing on its own. The damper is adjusted so its swing matches the tower's natural period but moves opposite to it, and its momentum cancels much of the building's motion at each swing. The condition is exact. A damper tuned even slightly off the tower's period barely helps, and one tuned to the wrong period can do nothing at all.

¶4 Taipei 101's version of that second mass is a steel sphere. It weighs about 660 metric tons and hangs from four cables between the 87th and 92nd floors. [A] Built from more than forty layered steel plates, it swings like a huge pendulum, and eight hydraulic pistons connect it to the surrounding structure to absorb energy as it moves. [B] The clearest demonstration came on August 8, 2015, when Typhoon Soudelor struck Taiwan with winds strong enough to rattle windows across the city. [C] Cameras inside the viewing gallery recorded the sphere swinging nearly a meter from its resting position, the largest movement measured since the tower opened. [D] Engineers later confirmed that the sphere's swing had been almost exactly out of phase with the building's own motion. That timing is precisely what kept the tower's sway from growing larger as the storm continued.

¶5 The same idea now protects structures far from Taiwan. Tuned mass dampers, or smaller versions of the same idea, have been installed in towers from Shanghai to New York and in long bridges prone to wind-driven oscillation. None of them work automatically. Each mass has to be calculated and adjusted for the specific structure it protects, since a damper tuned for one building's period does nothing useful on another. The lesson engineers drew from Taipei 101 was not that heavier construction is safer. It was that motion, matched precisely against motion, can be the more reliable defense.

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문제

11개 문제 — TOEFL Reading 문제 유형을 모두 포함, 실제 시험 순서 그대로.

Q1 · Vocabulary
The word fatigue in paragraph 2 is closest in meaning to
  1. A. increase in temperature
  2. B. gradually weaken from repeated stress
  3. C. begin to swing more easily
  4. D. become stronger under stress
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정답: B
Q2 · Reference
The word them in paragraph 5 ("None of them work automatically.") refers to
  1. A. tuned mass dampers
  2. B. towers and bridges
  3. C. Shanghai and New York
  4. D. wind-driven oscillations
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정답: A
Q3 · Essential Term
Based on the information in the passage, the term tuned mass damper can best be explained as
  1. A. the reduced swaying a tower shows once protective measures have been installed
  2. B. the natural period at which a tower would swing back and forth on its own
  3. C. a separate mass, suspended so it can swing on its own, that is tuned to move opposite the building's sway and cancel much of that motion
  4. D. the extra steel and stiffness added throughout a building's frame to resist wind
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정답: C
Q4 · Factual Information
According to paragraph 2, why is Taipei 101 designed to sway rather than remain rigid?
  1. A. A rigid structure would be more expensive to build than a flexible one
  2. B. A perfectly rigid structure would concentrate stress at its base and eventually fatigue the steel
  3. C. Local building codes require all towers over 500 meters to sway
  4. D. Sway makes the building easier to inspect for structural damage
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정답: B
Q5 · Negative Fact
According to paragraph 4, all of the following are true about the steel sphere EXCEPT
  1. A. It is suspended by four cables between the 87th and 92nd floors
  2. B. Eight hydraulic pistons connect it to the surrounding structure
  3. C. Its swing on August 8, 2015 was the largest movement measured since the tower opened
  4. D. It was replaced with a larger sphere after Typhoon Soudelor
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정답: D
Q6 · Sentence Simplification
Which of the sentences below best expresses the essential information in the highlighted sentence in paragraph 2? Incorrect choices change the meaning in important ways or leave out essential information.

Highlighted: "Wind gusts arriving at close to the tower's natural period, the rate at which it would swing back and forth on its own, push it further in the same direction each time, a process engineers call resonance."
  1. A. When wind gusts arrive near the rate at which the tower naturally swings, they push it further the same way each time, and this repeated push is called resonance.
  2. B. Resonance happens only when a tower's natural period exactly matches the speed of the wind outside.
  3. C. Wind gusts change direction constantly, which prevents the tower from developing a steady swing.
  4. D. The tower's natural period is the maximum wind speed it can survive without structural damage.
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정답: A
Q7 · Inference
Based on the information in paragraph 4, what can be inferred about the tower's sway if the sphere's swing had NOT been out of phase with the building's motion?
  1. A. The sphere would have remained motionless throughout the storm
  2. B. The typhoon would have caused permanent structural damage to the tower's frame
  3. C. The tower's sway would likely have grown larger than it actually did during the storm
  4. D. Engineers would have been unable to measure the sphere's movement at all
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정답: C
Q8 · Rhetorical Purpose
The author mentions towers "from Shanghai to New York" in paragraph 5 in order to
  1. A. compare the height of Taipei 101 to other supertall buildings
  2. B. show that tuned mass dampers are now used in many buildings beyond Taipei 101
  3. C. explain why some cities experience stronger winds than others
  4. D. argue that Shanghai and New York face greater earthquake risk than Taipei
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정답: B
Q9 · Paragraph Relation
How does paragraph 5 relate to the earlier discussion of Taipei 101's damper in paragraph 4?
  1. A. It generalizes the specific solution described for Taipei 101 to other buildings and bridges
  2. B. It shows that the solution used in Taipei 101 failed when engineers tried to apply it elsewhere
  3. C. It repeats the same case described in paragraph 4 with additional numerical detail
  4. D. It introduces an unrelated method for protecting buildings from earthquakes
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정답: A
Q10 · Insert Text
Look at the four squares [■] in paragraph 4 that indicate where the following sentence could be added.

That single measurement did more to convince skeptics than any number of engineering diagrams had.

Where would the sentence best fit?
  1. A. Square A
  2. B. Square B
  3. C. Square C
  4. D. Square D
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정답: D
Q11 · Prose Summary Select THREE · 2 pts
Directions: An introductory sentence for a brief summary of the passage is provided below. Complete the summary by selecting the THREE answer choices that express the most important ideas in the passage. Some sentences do not belong in the summary because they express ideas that are not presented in the passage or are minor ideas in the passage. This question is worth 2 points.

Very tall buildings sway in the wind, and engineers once assumed that only added mass and stiffness could control that motion, until Taipei 101 showed how a different, precisely tuned solution actually works.

  1. A. Taipei 101 is a 508-meter tower completed in 2004 in a region that experiences both typhoons and earthquakes.
  2. B. A heavier, stiffer structure does not solve the sway problem, because it still has its own natural period and can still resonate; the real fix is a tuned mass damper adjusted to move opposite the tower's motion.
  3. C. The steel sphere used in Taipei 101 weighs about 660 metric tons and is suspended by four cables.
  4. D. During Typhoon Soudelor in 2015, the sphere's tuned, out-of-phase swing was shown to limit how far the tower itself swayed.
  5. E. The same tuned mass damper principle is now used in other tall buildings and bridges around the world, each one calibrated to its own structure.
  6. F. Taipei 101 was the tallest building in the world when it was completed in 2004.
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정답: B, D, E
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해석 & 답지

지문 해석과 문제별 정답·해설입니다. 스스로 다 풀고 난 뒤 복습용으로 사용하세요.

마천루의 흔들림을 잠재우는 거대한 공

수백 미터가 넘는 건물은 예외 없이 움직인다. 바람은 건물 외벽을 끊임없이 밀어붙이는데, 20세기 대부분의 기간 동안 공학자들은 이 움직임을 없애야 할 결함으로 여겼다. 흔히 쓰인 해법은 건물이 거의 흔들리지 않을 때까지 질량과 강성을 더하는 것이었다. 그런데 일정 높이를 넘어서면 이 방식은 비용도 많이 들 뿐 아니라 스스로 발목을 잡는다. 바람에 버틸 만큼 단단한 골조는 바로 그 저항력 때문에 오히려 갈라질 수 있다. 실제로 통한 해법은 처음엔 거꾸로 가는 것처럼 보인다. 건물을 붙잡아 세우는 대신, 공학자들은 건물 안의 무언가가 자유롭게 흔들리도록 두는 방법을 찾아냈다. 그 흔들림이 건물을 진정시킬지 오히려 더 뒤흔들지는 단 하나의 정확한 조건에 달려 있다.

2004년 대만 타이베이에 완공된 508미터짜리 타워, 타이베이 101이 그 이유를 보여준다. 이 지역은 태풍과 지진을 모두 겪기 때문에 건물 골조가 어느 정도 휘어질 수 있어야 한다. 그만한 높이에서 완전히 단단한 구조물이라면 하중이 기초부에 집중되어 결국 철골이 피로로 손상될 것이다. 그래서 이 타워는 애초부터 흔들리도록 설계됐다. 평상시 바람에는 꼭대기 층이 몇 센티미터, 폭풍이 몰아치면 그보다 훨씬 더 많이 움직인다. 문제는 이 움직임이 스스로 커질 수 있다는 데 있다. 돌풍이 타워의 고유 주기, 즉 타워가 스스로 왔다 갔다 흔들리는 속도에 가깝게 불어오면 매번 같은 방향으로 타워를 더 밀어붙이는데, 공학자들은 이 현상을 공진(resonance)이라고 부른다. 이대로 방치하면 가벼운 흔들림이 점점 커져, 구조물 자체는 안전해도 꼭대기 층 사람들이 멀미를 느낄 만큼 강해질 수 있다.

철골을 더 넣는 것만으로는 이 문제가 거의 해결되지 않는다. 더 무거워진 타워도 여전히 자신만의 고유 주기를 가지며, 여전히 공진에 빠질 수 있기 때문이다. 실제 해법은 거꾸로 가는 것처럼 보인다. 공학자들은 타워가 움직임에 더 강하게 저항하도록 만들려 하지 않는다. 대신 동조질량감쇠기(tuned mass damper), 즉 따로 매달려 스스로 흔들릴 수 있는 두 번째 질량체를 추가한다. 이 감쇠기는 타워의 고유 주기와 흔들리는 박자는 같지만 방향은 반대로 움직이도록 조정되어 있어서, 흔들릴 때마다 그 운동량이 건물의 움직임을 상당 부분 상쇄한다. 조건은 정확해야 한다. 감쇠기가 타워의 주기에서 조금만 벗어나도 효과는 거의 없고, 아예 엉뚱한 주기로 맞춰지면 아무 소용이 없다.

타이베이 101에서 그 두 번째 질량체는 강철 구(球)다. 무게는 약 660톤이고, 87층과 92층 사이에 네 개의 케이블로 매달려 있다. [A] 40장이 넘는 강철판을 겹겹이 쌓아 만든 이 구는 거대한 진자처럼 흔들리며, 여덟 개의 유압 피스톤이 이 구를 주변 구조물과 연결해 흔들릴 때마다 에너지를 흡수한다. [B] 가장 뚜렷한 증거는 2015년 8월 8일, 태풍 소우델로(Soudelor)가 대만을 강타해 도시 곳곳의 창문을 흔들 만큼 강한 바람이 불었을 때 나왔다. [C] 전망대 안의 카메라는 이 구가 원래 자리에서 거의 1미터 가까이 흔들리는 모습을 기록했는데, 이는 타워가 개장한 이래 측정된 가장 큰 움직임이었다. [D] 공학자들은 훗날 이 구의 흔들림이 건물 자체의 움직임과 거의 정확히 반대 위상으로 일어났음을 확인했다. 바로 그 타이밍이, 태풍이 계속되는 동안 타워의 흔들림이 더 커지지 않도록 막아준 요인이었다.

이 발상은 이제 대만 밖의 구조물들도 지켜준다. 동조질량감쇠기, 혹은 그보다 작은 버전들이 상하이에서 뉴욕에 이르기까지 여러 타워에, 그리고 바람에 흔들리기 쉬운 긴 다리들에도 설치되어 있다. 이 장치들은 그냥 갖다 붙인다고 저절로 작동하지 않는다. 각 질량체는 그것이 보호할 구조물에 맞춰 개별적으로 계산되고 조정되어야 하는데, 한 건물의 주기에 맞춘 감쇠기는 다른 건물에서는 아무 쓸모가 없기 때문이다. 타이베이 101에서 공학자들이 얻은 교훈은 더 무겁게 지을수록 안전하다는 것이 아니었다. 움직임을 움직임으로 정확히 맞세우는 편이 더 믿을 만한 방어가 될 수 있다는 것이었다.

Q1 · Vocabulary
2단락의 fatigue와 의미상 가장 가까운 것은?
  1. A. 온도가 올라가다
  2. B. 반복된 스트레스로 서서히 약해지다
  3. C. 더 쉽게 흔들리기 시작하다
  4. D. 스트레스를 받아 더 강해지다
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정답: B

Vocabulary — '하중이 기초부에 집중돼 철골이 손상된다'는 뒷내용이 '반복된 하중으로 서서히 약해진다'는 뜻을 확인해준다.

Q2 · Reference
5단락 "None of them work automatically."의 them이 가리키는 것은?
  1. A. 동조질량감쇠기들
  2. B. 타워와 다리들
  3. C. 상하이와 뉴욕
  4. D. 풍력에 의한 진동들
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정답: A

Reference — '저절로 작동하지 않는다'의 주체는 장치(감쇠기) 자신이지, 그것이 설치된 건물이나 다리가 아니다.

Q3 · Essential Term
지문에 따르면 tuned mass damper(동조질량감쇠기)를 가장 잘 설명한 것은?
  1. A. 보호 장치를 설치한 뒤 건물이 보이는 줄어든 흔들림
  2. B. 타워가 스스로 왔다 갔다 흔들리는 고유 주기
  3. C. 따로 매달려 스스로 흔들리며, 건물의 흔들림과 반대로 움직이도록 조정되어 그 움직임을 상당 부분 상쇄하는 별도의 질량체
  4. D. 바람에 저항하기 위해 건물 골조 전체에 추가하는 철골과 강성
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정답: C

Essential Term — 용어가 처음 등장하는 자리의 동격구가 곧 정의다.

Q4 · Factual Information
2단락에 따르면, 타이베이 101이 완전히 단단하게 짓지 않고 흔들리도록 설계된 이유는?
  1. A. 단단한 구조물은 유연한 구조물보다 건설 비용이 더 많이 들어서
  2. B. 완전히 단단한 구조물은 하중이 기초부에 집중되어 결국 철골이 피로로 손상되기 때문에
  3. C. 대만의 건축 법규가 500미터 이상 건물은 흔들리도록 규정하고 있어서
  4. D. 흔들림이 있으면 구조적 손상을 점검하기가 더 쉬워서
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정답: B

Factual — 지문 문장을 그대로 옮긴 보기다.

Q5 · Negative Fact
4단락에 따르면, 강철 구에 관해 사실이 아닌 것은?
  1. A. 87층과 92층 사이에 네 개의 케이블로 매달려 있다
  2. B. 여덟 개의 유압 피스톤이 주변 구조물과 이 구를 연결한다
  3. C. 2015년 8월 8일의 흔들림은 타워가 개장한 이래 측정된 가장 큰 움직임이었다
  4. D. 태풍 소우델로 이후 더 큰 구로 교체되었다
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정답: D

Negative Fact — 구를 교체했다는 서술은 지문 어디에도 없다.

Q6 · Sentence Simplification
2단락 하이라이트 문장의 핵심 정보를 가장 잘 담은 것은? — "돌풍이 타워의 고유 주기, 즉 타워가 스스로 왔다 갔다 흔들리는 속도에 가깝게 불어오면 매번 같은 방향으로 타워를 더 밀어붙이는데, 공학자들은 이 현상을 공진이라고 부른다."
  1. A. 돌풍이 타워가 스스로 흔들리는 속도에 가깝게 불어오면 매번 같은 방향으로 타워를 더 밀어붙이며, 이를 공진이라 부른다.
  2. B. 공진은 타워의 고유 주기가 바깥 바람의 속도와 정확히 일치할 때만 일어난다.
  3. C. 돌풍은 방향을 계속 바꾸기 때문에 타워가 일정한 흔들림을 만들어내지 못하게 막는다.
  4. D. 타워의 고유 주기란 구조적 손상 없이 견딜 수 있는 최대 풍속을 말한다.
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정답: A

Sentence Simplification — (B)는 없는 한정어('오직', '정확히 일치')를 넣었고, (C)는 정반대 내용이며, (D)는 '고유 주기'를 잘못 정의했다.

Q7 · Inference
4단락으로 볼 때, 만약 구의 흔들림이 건물의 움직임과 반대 위상이 '아니었다면' 타워의 흔들림에 대해 추론할 수 있는 것은?
  1. A. 구는 태풍 내내 움직이지 않았을 것이다
  2. B. 태풍이 타워 골조에 영구적인 구조적 손상을 남겼을 것이다
  3. C. 타워의 흔들림은 실제보다 더 커졌을 가능성이 높다
  4. D. 공학자들은 구의 움직임을 전혀 측정할 수 없었을 것이다
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정답: C

Inference — '반대 위상 운동 덕분에 흔들림 증가를 막았다'는 서술을 뒤집으면 나오는 결론이다.

Q8 · Rhetorical Purpose
글쓴이가 5단락에서 '상하이에서 뉴욕에 이르기까지'라는 도시들을 언급한 이유는?
  1. A. 타이베이 101과 다른 초고층 건물들의 높이를 비교하려고
  2. B. 동조질량감쇠기가 타이베이 101을 넘어 여러 건물에 쓰이고 있음을 보여주려고
  3. C. 어떤 도시가 다른 도시보다 바람이 강한 이유를 설명하려고
  4. D. 상하이와 뉴욕이 타이베이보다 지진 위험이 크다고 주장하려고
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정답: B

Rhetorical Purpose — 구체적 도시 나열은 앞 문장의 일반화(널리 쓰인다)를 뒷받침하는 예시다.

Q9 · Paragraph Relation
5단락은 4단락에서 다룬 타이베이 101의 감쇠기 이야기와 어떤 관계인가?
  1. A. 타이베이 101에 쓰인 해법을 다른 건물과 다리로 일반화한다
  2. B. 타이베이 101의 해법이 다른 곳에 적용됐을 때 실패했음을 보여준다
  3. C. 4단락과 같은 사례를 수치만 더해 반복한다
  4. D. 지진에 대비하는 전혀 다른 방법을 소개한다
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정답: A

Paragraph Relation — 한 건물의 구체 사례를 여러 구조물에 적용되는 일반 원리로 확장한다.

Q10 · Insert Text
다음 문장이 들어갈 가장 알맞은 위치는? — '그 단 한 번의 측정은 어떤 공학 도면보다도 회의론자들을 더 확실히 설득했다.'
  1. A. A 자리
  2. B. B 자리
  3. C. C 자리
  4. D. D 자리
정답 보기
정답: D

Insert Text — '거의 1미터'라는 구체적 측정값이 나온 바로 다음 자리에 와야 '그 단 한 번의 측정'이 무엇을 가리키는지 분명해진다.

Q11 · Prose Summary
지문 요약을 완성할 세 문장을 고르시오. (2점) — 도입문: '초고층 건물은 바람에 흔들리며, 공학자들은 한때 질량과 강성을 더하는 것만이 그 움직임을 통제할 방법이라 여겼지만, 타이베이 101은 정교하게 조율된 전혀 다른 해법이 실제로 작동함을 보여주었다.'
  1. A. 타이베이 101은 태풍과 지진을 모두 겪는 지역에 2004년 완공된 508미터짜리 타워다.
  2. B. 더 무겁고 단단한 구조물은 흔들림 문제를 해결하지 못하는데, 그런 구조물도 여전히 고유 주기를 가져 공진에 빠질 수 있기 때문이다. 실제 해법은 타워의 움직임과 반대로 움직이도록 조정된 동조질량감쇠기다.
  3. C. 타이베이 101에 쓰인 강철 구는 무게가 약 660톤이며 네 개의 케이블로 매달려 있다.
  4. D. 2015년 태풍 소우델로 당시, 감쇠기의 조율된 반대 위상 움직임이 타워 자체의 흔들림을 제한한다는 사실이 실증되었다.
  5. E. 같은 동조질량감쇠기 원리가 이제 전 세계 다른 초고층 건물과 다리에도 쓰이며, 각각 자신의 구조물에 맞게 조율된다.
  6. F. 타이베이 101은 완공 당시 세계에서 가장 높은 건물이었다.
정답 보기
정답: B, D, E

Prose Summary — (B) 2~3단락의 메커니즘 / (D) 4단락의 구체 사례 / (E) 5단락의 일반화.