Fysikkolympiaden 1. runde 28. oktober 8. november 2013

Transkript

1 Norsk Fysikklærerforening i saarbeid ed Skolelaboratoriet Universitetet i Oslo Fysikkolypiaden 1. runde 8. oktober 8. noveber 013 Hjelpeidler: Tabell og forelsalinger i fysikk og ateatikk Loeregner Tid: 90 inutter Prøven består både av flervalgsoppgaver og oppgaver der du skal vise hvordan du har koet fra til svaret. På flervalgsoppgavene er det oppgitt fire eller fe ulige svar angitt ed en bokstav. Sett en ring rundt bokstaven ved det svaret du ener er riktig. Maks poeng er angitt for hver oppgave. Oppgavesettet har 4 sider, og det er 9 oppgaver. Lykke til! Oppgave 1 ( poeng) En gass blir tilført 10 J vareenergi ved konstant trykk. Da vil den indre energien A. øke ed 10 J B. øke ed indre enn 10 J C. øke ed er enn 10 J D. forbli uforandret Oppgave ( poeng) Den internasjonale rostasjonen ISS blir truffet av roavfall i en front-otfrontkollisjon. Massen til ISS er ye større enn assen til roavfallet. Etter kollisjonen blir roavfallet hengende fast i ISS. Hvilken av ISS og roavfallet er det so opplever den største endringen i bevegelsesengde? A. ISS B. Roavfallet C. ISS og roavfallet opplever like stor endring i bevegelsesengde D. Vi kan ikke avgjøre hve so får størst endring i bevegelsesengde uten først å vite farten før og etter saenstøtet 1

2 Oppgave 3 ( poeng) Figuren viser to like bølgekilder P og Q so svinger i fase på en vannoverflate. Vi ser vannoverflaten ovenfra. Avstanden ello P og Q er 10 c. Vannbølgene har farten 0,40 /s. Hva er den inste frekvensen bølgekildene kan svinge ed for at korken ved R skal bli liggende i ro? A. 0,50 Hz B. 1,0 Hz C. 1,5 Hz D.,0 Hz x P Q R Oppgave 4 ( poeng) Grafen viser akselerasjonen ved rettlinjet bevegelse. Gjenstanden er i ro ved t = 0. Ved hvilke(t) tidspunkt eller tidsintervall har gjenstanden størst fart? A. Ved t = 3 s B. Ved t = 4 s C. Ved t = 5 s D. Ved både t = 3 s og t = 5 s E. Mello t = 4 s og t = 5 s

3 Oppgave 5 ( poeng) Henrik sitter på en huske so har en egenfrekvens på 0,5 Hz. Han synes det svinger for lite og roper på Mariann for å bli dyttet. Mariann står på en side og dytter. Hvor ofte bør Mariann dytte Henrik for å få resonans? A. En gang hvert annet sekund. B. En gang i sekundet. C. To ganger i sekundet. D. Fire ganger i sekundet. E. Det er uulig å få resonans. Oppgave 6 (3 poeng) Figuren viser en krets ed tre like otstander. Hver otstand kan gi en aksial effekt på P uten at den blir overopphetet. Hva blir aksial effekt for hele kretsen? A. P 3P B. C. P D. 3 P 3

4 Oppgave 7 (3 poeng) To like baller blir kastet rett oppover ed sae utgangshastighet. Den ene kastes i luft, den andre i vakuu. Hvilken ball bruker lengst tid for å nå toppen av banen sin? A. Ballen i vakuu B. Ballen i luft C. De bruker like lang tid D. Det koer an på utgangsfarten Oppgave 8 (5 poeng) En loddrett sprettert består av to identiske og elastiske strikker og en kopp. Figuren viser ikke riktig størrelsesforhold. Vi kan se bort fra koppens diaeter og høyde da de er så i forhold til L. Vi kan også se bort fra all friksjon og luftotstand, sat assene til strikkene og koppen. Lengden på strikkene når de ikke er strekt er L. Da er de i vannrett stilling. Vi legger en stein oppi koppen og trekker koppen loddrett nedover. Vi slipper koppen når den befinner seg 4 L under vannrett stilling. Akselerasjonen til steinen (og koppen) like 3 etter at vi slipper koppen er 5g hvor g er tyngdeakselerasjonen. Hvor høyt koer steinen ålt fra der vi slipper koppen? Oppgave 9 (5 poeng) Hvor ye varer fullånen? Bruk data fra fysikktabellene og finn innstrålingstettheten til jorda fra fullånen. Oppgi hvilke antakelser du gjør for å forenkle beregningene. 4

5 Fysikkolypiaden 1. runde 8. oktober 8. noveber 013 Løsning ed poeng Oppgave 1 B ( poeng) Når gassen blir tilført vareenergi under konstant trykk, å gassen utvide seg og dered gjøre arbeid på ogivelsene. Den indre energien vil derfor øke ed indre enn 10 J Oppgave C ( poeng) Loven o bevaring av bevegelsesengde gir at endringen i bevegelsesengde å være like stor for begge to. Det vil si at endringen i bevegelsesengde å bli null for hele systeet. Da å endringen i bevegelsesengde være like stor for ISS so for roavfallet og i otsatt retning. Oppgave 3 D ( poeng) For at korken ved R skal bli liggende i ro å vi ha fullstendig destruktiv interferens, og for å få fullstendig destruktiv interferens å det være en halv bølgelengdeforskjell ello P og Q. 10 c 0,0 Da blir f v 0,40/s,0Hz 0,0 Vi vil også få destruktiv interferens hvis gir den inste frekvensen c, 10c, osv., en 10c 5

6 Oppgave 4 B ( poeng) Så lenge gjenstanden har positiv akselerasjon vil farten øke. Når akselerasjonen går fra å være positiv til negativ ved tiden t = 4 s er farten størst. (v er størst når a = v (t) = 0) Oppgave 5 A ( poeng) Vi får resonans når vi påfører husken en kraft ed frekvens lik huskens egenfrekvens. Egenfrekvensen til husken er 0,5 svingninger per sekund. Mariann bør derfor dytte 0,5 ganger per sekund, dvs en gang hvert annet sekund. Oppgave 6 B (3 poeng) P Vi har at I R og at halve strøen går gjenno hver av otstandene i parallellkoplingen: P aks P aks I I R R I P P 3P P 4 4 R Oppgave 7 A (3 poeng) I luft vil kraften so breser være tyngdekraften + luftotstanden, og den vil derfor gi større akselerasjon. Derfor blir farten tidligere 0, og ballen i vakuu bruker lengst tid. 6

7 Oppgave 8 (5 poeng) Energibevaring gir 1 gh kx (I) Der x er fjærforlengelsen (se figur) og k er fjærkonstanten for hver av fjærene Finner x og k: 4 L x L L 3 So gir x L (II) 3 Dessuten er F a so gir F cos G 5g 4L kx g 5g 3( L x) 4L k L 6g 3 3 L L 3 45g k 8L (III) Setter (II) og (III) inn i (I): 1 gh kx 45g gh L 8L 3 Og dered 5 h L 7

8 Oppgave 9 (5 poeng) Vi antar at all stråling fra sola so treffer ånen straks stråles ut igjen so diffus refleksjon og teperaturstråling. Vi ser altså bort fra energi so lagres i åneaterialet og stråles ut seinere på skyggesiden. Videre antar vi at utstrålingen fra ånens solside er like stor i alle retninger so peker vinkelrett opp fra ånens solbelyste overflate, og null i alle andre retninger. Den siste antakelsen er nok den største feilkilden fordi sentralorådene i fullånen er varest og stråler i størst grad i vår retning. Svaret vi finner er derfor ed stor sannsynlighet for lavt. 6 L 3,8 10 W utstrålt effekt fra sola Den kan vi finne ved: L UA T 4 4R 3, W Der T = 5780 K og R = 6, so er henholdsvis solas teperatur og radius, og 8 W 5, K 11 D 1,5 10 avstanden fra sola til fullånen E innstrålingstettheten fra sola til ånen (W/ ) 6 R 1,7 10 ånens radius L d = 3, Vi har: L E 4 D L E R ånens utstrålte effekt (W) avstanden fra ånen til jorda L EJ (utstrålt energi fra ånen fordelt over en halv kuleflate) d Vi setter inn de to første uttrykkene og får E J E R L R LR d 4D d 8D d Vi setter inn tallene og får E 0,013W/ til jorda (utenfor atosfæren) fra fullånen J Det vil si at lyset fra fullånen er en viktigere trivselsfaktor enn varestrålingen. 8