Løsningsforslag Fysikk 2 V2016

Transkript

1 Løsningsfoslag Fysikk V016 Oppgave Sva Foklaing a) B Faadays induksjonslov: ε = Φ, so gi at Φ = ε t t Det bety at Φ åles i V s b) D L in = 0,99 10 = 9,9 L aks = 1,04 10 = 10,4 L snitt = (L in + L aks ) 9,9 + 10,4 = = 10,15 10, Usikkehet = L aks L in = 0,5 = 0,5 0,3 L = 10, ± 0,3 c) D Akseleasjonen i y-etning e den sae fo begge kulene (a y = g). Kulene teffe deed bakken satidig. I x-etning ha kule B støe hastighet enn kule A. d) A I gaf B koe ballene like langt. Det e feil. I gaf C gå ballen høyee ed luftotstand. Det e feil. I gaf D nå ballen toppunktet sitt ette det beegnede toppunktet. Det e feil. e) B En negativ patikkel vil bevege seg otsatt vei av det elektiske feltet, det bety at bevegelsen bli ot høye. Fodi at den kinetiske enegien øke, å den potensielle enegien inke. f) C Høyehåndsegel: La de stake fingene peke i etningen til qv slik at de peke i agnetfeltetning nå du bøye de. Toelen peke da i kaftetning. Hvis vi følge denne egelen e det kun gaf C so stee. Mek at qv he gå ot venste. g) D Hvis vi dekoponee faten vil vi få en fatskoponent so e noalt på agnetfeltet, og en so e paallelt ed agnetfeltet. Den agnetiske kaften vike på den delen av fatskoponenten so stå noalt på agnetfeltet. Den delen av fatskoponenten so e paallelt ed agnetfeltet bli ikke påviket. Dette gi en skuelinje. h) A ΣF y = 0 S y G = 0 S cos α = g S = g cos α So gi: ΣF x = 0 S x = F e S sin α = qu d g cos α sin α = qu d U = gd tan α q

2 i) A Vi se fo oss bilde til høye og buke høyehåndsegelen: «La de stake fingene peke i etningen til qv slik at de peke i agnetfeltetning nå du bøye de. Toelen peke da i kaftetning.» på en tenkt positiv patikkel i støetning. Keftene på hve av ledene vil da væe so vist i figuen, so bety at de vil bevege seg ot hveande. j) C Den agnetiske kaften e gitt ved F = IlB hvo B = k I d Altså: F = Ilk I d = lk I d F fø = F ette lk I f = lk I e d f d e = I e d f I = (I f) f I f = 4 k) A Med høyehåndsegelen: «hvis vi legge toelen i støetning, vil agnetfeltet gå den veien fingene peke», finne vi at de støene på 5A og 4A lage et agnetfelt inn i planet. Støen på A lage et agnetfelt ut av planet. Vi «angle» defo en stø på 7A fo at agnetfeltet skal bli null. Magnetfeltet fa denne støen å gå ut av planet, altså gå støen oppove. l) A Faadays induksjons lov: ε = Φ t = B A 6T (0,1) = = 0,6V t 0,1s Støen vil pøve å otvike endingen i agnetfeltet. Dvs. at støen lage et agnetfelt inn i planet. Dette tilsvae støetning ed uvise. ) A Hve «etasje» bli utsatt fo en kaft G nedove. At folengelsen i B og C e inde enn i A e åpenbat, siden disse ha flee fjæe å otstå kaften ed. Vi å defo kun sjekke A og D. Et lodd so e hengt i ei fjæ vil skape denne folengelsen: Folengelsen i A: G lodd k Folengelse i D: G lodd 3k + G lodd k + G lodd k d e G lodd = kx 0 x 0 = G lodd k = x 0 + x 0 = x 0 = x 0 + x 0 + x 3 0 = 11 x G lodd k n) C Fenoenet aliasing oppstå fodi at saplingsfekvensen e fo liten. o) A Situasjonen e lik den i 1h). ΣF x = 0 S 1 = S sin α S 1 = sin α S

3 p) C Fo sikelbevegelse: a x = v = ( π T ) = 4π T = 4π T Newtons.lov: ΣF x = a x S x = 4π T S sin θ = 4π T g cos θ sin θ = 4π T g tan θ = 4π T T = 4π g tan θ = T = 4π l g 4π g l ΣF y = 0 S y = G S cos θ = g S = g cos θ Vi ha også saenhengen: tan θ = h = l q) D Rundetiden øke nå lengden av snoa øke. γ M P g P = P g Q γ M Q Q = M P Q M (5) = M Q P (10M) = 5 10 = 5 ) B I astonautens efeansesyste state eplet fa o ed en akseleasjon på 10 /s ot bunnen. as = v v 0 v = as = 10/s 1 = 0/s s) C Det e ingen kefte so vike på eplet. Da e faten til eplet konstant, inntil det bli tatt igjen av gulvet i oskipet so akseleee. t) D Nå vi næe oss lysets hastighet bukes disse folene fo å beegne bevegelsesengde og kinetisk enegi: p = v 1 ( v c ) E k = c 1 ( v c ) Ingen av disse ha noen øve gense nå v c. u) B «Enegi kan veken skapes, elle fosvinne. Den kan bae ende fo». Påstand 1 e sann. Fotonenegien å væe ove hvileenegien til patiklene. Påstand e usann. Hvileenegien i patiklene kan odannes til fotone.

4 v) D Klassisk fysikk: E = 1 v = p p = E De Boglie: p f = h λ λ = h p = h = k E E w) D Røntgenståling oppstå nå elektone sendes ot et etall. x) D Påstand 1 og 3 e iktig. Oppgave a1) Det e kun gavitasjonskaften og noalkaften so vike på bilen. a) ΣF x = a N x = v N sin α = v g v sin α = cos α v = g sin α cos α N y = G N cos α = g N = g cos α v = g tan α b1) Bevaing av bevegelsesengde gi: p fø = p ette f v f = e v e 10g v f = (990g + 10g) 4,0 /s v f = 1000g 4,0 /s 10g v f = 400 /s

5 b) Vi finne føst akseleasjonen til klossen: Så finne vi stekningen: (g sin α + R) a x = = s = v v 0 a ΣF x = G x + R ΣF x = G sin α + R a x = g sin α + R 1kg 10 s sin N = 10/s 1kg as = v v 0 = (4 /s) 10/s = 0,8 s = 0,8 Klossen bevege seg 0,8 ete oppove. c1) Positone og elektone e antipatikle. En eaksjon ello de kalles annihileing. c) Alle bevaingslove å væe oppfylt. Dette inkludee: Total enegi. Bevegelsesengde. Dette hinde at det bae bli laget kun et foton. Elektisk ladning. Den elektiske ladningen e null fø og ette. Spinn. c3) Positonet og elektonet ha inst ulig enegi nå de begge ha null kinetisk enegi. Da e enegien til positonet og elektonet lik hvileenegien dees. E Begge fotonene = E positon + E elekton hf = e c f = ec h

6 d1) Høyehåndsegel: La de stake fingene peke i etningen til qv slik at de peke i agnetfeltetning nå du bøye de. Toelen peke da i kaftetning. Suen av keftene vike innove ot sentu i «del» av figuen. Hvis vi buke egelen ove finne vi at agnetfeltet gå ut av planet. I «del1» av figuen e suen av kefte null, det bety at den elektiske kaften på den positive patikkelen gå oppove. Det elektiske feltet gå oppove. Oppsuet: Det agnetiske feltet gå ut av papiplanet. Det elektiske feltet gå ett oppove. d) I fatsfilteet e den elektiske kaften like sto so den agnetiske kaften: F = F e qvb = qe v = E B I oådet hvo patikkelen bevege seg i en sikelbane gjelde: = qb v ΣF = F v = qvb = qb E B = qb E = qb E Oppgave 3 3a) Det e kun gavitasjonen so vike på satellitten. Vi ha: ΣF = a G = v Hvo a = v De G = γ M fo sikelbevegelse γ M v = = γ M v = 6, N /kg 5, kg Dette e fa satellitten til sentu av joden. (7660 s ) = = 6786 k h ove bakken = joden = 6786 k 6371 k = 415 k Satellitten e 415 k ove jodoveflaten.

7 3b) Enegien i banene e gitt av E = γm. Diffeensen i eneginivået til de foskjellige banene e: E diffeanse = E ette E fø = γm e E diffeanse = ( γm ) = γm f ( 1 1 ) = γm f e ( 1 1 ) j + h f j + h e E diffeanse = γm ( 1 j + h f 1 j + h e ) 6, N kg kg 5, kg E diffeanse = 33GJ 1 ( ) Det keve 33GJ å heve høyden fa 80k ove bakken, til 460k ove bakken. 3c) Akseleasjonen e he gitt av sentipetalakseleasjonen. Fo et legee so otee e denne: a sentipetal = v = ( s T ) = (π T ) = 4π T Radiusen i ostasjonen e 895 ete. Oppgave 4 4a) Fjækaften e: 4b) 4π T = g = gt 4π = 9,81/s (60s) 4π = 895 F = kx = 15kN/ 0,1 = 1,5kN Enegibevaing sie at all enegien so e bevat i fjæa gå ove til potensiell enegi. Den aksiale høyden e 1,8 ete. E fjæ = E p 1 kx = gh h = kx 15kN/ (0,41) = g 71kg 9,81/s = 1,8 h = 1,8

8 4c) Bevegelsen kan paaetisees so et vanlig skått kast: x(t) = x 0 + v 0x t = v 0 cos 70 t t = x v 0 cos 70 = 1,5 5/s cos 70 = 0,73s y(t) = y 0 + v 0y t 1 gt y(0,73) = 1 + 5/s sin 70 0,73s 1 9,81/s (0,73s) = 1,81 Vi tenge en høyde på ete fo å klae hoppet. Utøveen klae deed ikke å passee. Oppgave 5 5a) Lenz lov sie at den indusete støen vil pøve å otvike endingene i fluksen. Fodi at ledeen bevege seg nedove, vil støen lage en kaft so vike oppove. Høyehåndsegel: La de stake fingene peke i etningen til qv slik at de peke i agnetfeltetning nå du bøye de. Toelen peke da i kaftetning. Hvis vi buke eglen ove finne vi at støen gå ed klokken, hvis vi se på figu 1. 5b) 5c) Støen so gå i ledeen e gitt ved: Vi buke dette i Newtons ande lov og få: I = ε R = vbl R ΣF x = G x F B Oskevet: a = g x ILB = g x vbl R LB = g x vl B R a = g x vl B R = g x vl B R = g sin α vl B R

9 v = g sin α L B R v 5d) v = g sin α L B R v 0 = g sin α L B R v L B v = g sin α R v = g sin α R L B v = 9,81/s sin 7 v = 1,7/s 0,090kg 0,080Ω (0,15) (0,91) Oppgave 6 6a) Den kinetiske enegien til potonet koe fa det elektiske abeidet so bli gjot av spenningen: E k = W v 1 = qu 1 1 v 1 = qu 1 = 1, C V 1, kg v 1 =, 10 6 /s =, 10 6 /s 6b) Spenningen ha snudd fø potonet få tid til å koe seg ut på otsatt side: t 1 = s 1 0,44 = v 1, 10 6 /s = 10 7 s Dette vise at spenningen å ha snudd fø det ha gått 10 7 s. 6c) Nå potonet koe til den ande sylindeen ha det blitt akseleet av spenningen U = 5 kv to gange. Da bli U tot = U 1. Dette gi faten: v = qu tot = qu 1 = qu 1 = v 1 s = v t = v 1 t 1 = v 1 t 1 = s 1 = 44c = 6c

10 6d) Oppgaven bli løst på identisk åte so i 6c), en ed n passeinge, istedenfo. At feltet skifte etning 5, gang pe sekund gi en passeingstid på: 1 t passeing = 5, =, s = t 1 s Faten unde hve passeing e: v n = qu tot = qu n = qu n = v 1 n Videe e: s n = v n t n = v 1 n t 1 = v 1 t 1 n = s 1 n Dette vise at I n = I 1 n. 6e) Ingen legee kan få høyee hastighet enn lyshastigheten. Så nå n vil v n c. Da vil lengden til sylindeen væe: s n = v n t n = c t 1 = 3, /s, s = 60. Nå potonet ha gått gjenno svæt ange sylindee vil lengden pe sylinde næe seg 60 ete.