Eksamensoppgave i FY0001 Brukerkurs i fysikk

Transkript

1 Institutt for fysikk Eksamensoppgave i FY Brukerkurs i fysikk Faglig kontakt under eksamen: Turid Reenaas Tlf.: Eksamensdato: 3. mai 4 Eksamenstid (fra-til): 9: 3: Hjelpemiddelkode/Tillatte hjelpemidler: Kalkulator: HP3S or Citizen SR-7X Formelhefte: Gyldendals tabeller og formler i fysikk Fysikk og Fysikk Annen informasjon: - Fysiske konstanter og formelliste finnes i vedlegget - Du kan svare på norsk eller engelsk, og du må svare på alle spørsmålene i alle 7 oppgaver. Alle oppgavene har samme vekt i karaktersettingen. - Oppgavesettet er utarbeidet av Turid Reenaas. Målform/språk: Bokmål Antall sider: (i tillegg til denne sida) Antall sider vedlegg: 3 Kontrollert av: Dato Sign Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Har du spørsmål om din sensur må du kontakte instituttet ditt. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike spørsmål.

2 Side av Oppgave a) En bil kjører med en fart på 6 km/h og bremser opp med en akselerasjon på,6 m/s. Hvor lang tid tar det for bilen å stoppe helt opp? Hvor langt kjører den i løpet av oppbremsingen? b) Hvilken retning har akselerasjonen for et objekt som beveger seg i en sirkelbane med konstant fart? Tegn figur som viser bevegelsen, og indiker objektets hastighet og akselerasjon i tre ulike punkt i banen. Hvilken retning har akselerasjonen om objektet nå beveger seg i sirkelbanen og samtidig øker farten? Tegn figur som viser bevegelsen, og indiker objektets hastighet og akselerasjon tre ulike punkt i banen. Oppgave En kloss med masse,35 kg holdes i ro på et skråplan med helningsvinkel. Deretter slippes klossen så den kan bevege seg. Den kinetiske friksjonskoeffisienten er,. a) Hvilke krefter virker på klossen rett etter at den slippes? Tegn fritt legeme diagram som viser disse kreftene på klossen. b) Hvor stor er akselerasjonen når klossen slippes? Hvor stor er den etter, sekunder? c) Anta så at friksjonskoeffisienten er null og at skråplanet har en lengde på 7,5 m. Hvor stor fart har klossen i bunnen av skråplanet, dvs etter at den har sklidd 7,5 m? Oppgave 3 a) En luftvernsirene i en høy mast sender ut lydbølger i alle retninger. I en avstand på, m er intensiteten,37 W/m. I hvilken avstand er intensiteten, W/m b) Anta at du kan se på en radio som en ideell punktkilde for lyd. Hvor mange desibel (db) faller intensiteten i radiolyden med om avstanden til radioen er 5 ganger så lang? Oppgave 4 a) Avstanden mellom to uendelig store (vertikale) ladde metallplater er d = 5 mm. Den elektriske feltstyrken mellom platene er E =, 6 V/m. La plata til venstre være positivt ladet og tegn en figur som viser det elektriske feltet mellom platene. Er feltet mellomplatene uniformt eller ikke? Beregn spenningen (dvs. den elektrostatiske potensialforskjellen) mellom platene. b) En metallkule med masse g og en positiv ladning på 3, nc holdes i ro ved den positive plata; hvordan vil kula bevege seg om du slipper den? Begrunn svaret. Om du ikke klarer å regne det ut, så gi en kvalitativ beskrivelse.

3 Oppgave 5 Side av a) Tegn inn retningen på strømmen ut fra spenningskilden og gjennom hver av motstandene i kretsen til høyre. Tegn deretter en ekvivalentkrets, der sammenkoblingen av mostander er erstattet av ekvivalentmotstanden. b) Dersom spenningskilden leverer 6, V og alle motstandene er på, Ω, hva blir strømmen gjennom R? c) Om du bytter ut alle motstandene med kondensatorer på nf, hva blir ekvivalent-kapasitansen til sammenkoblingen av kondensatorer? Oppgave 6 En stråle med rødt lys sendes på skrå inn mot et dobbelglass-vindu, som vist i figuren under. Noe lys reflekteres og noe går inn i og gjennom glasset. a) Lag en figur som viser lysets vei gjennom vinduet. Lufta har brytningsindeks, og vindusglasset har brytningsindeks større enn. (Du trenger ikke tegne nøyaktige vinkler, men indiker tydelig hvordan lyset endrer retning når det brytes eller reflekteres.) b) Hva er brytningsvinkelen og refleksjonsvinkelen om glasset har brytningsindeks,3? (Innfallsvinkelen er fortsatt 3 ). Oppgave 7 a) Hva er radioaktivitet, og hva er radioaktive partikler? b) Hva er aktiviteten til, g radioaktivt Na? Oppgi svaret i Bq. Et Na atom veier, u, og halveringstiden til Na er 5 år. c) Hvor lang tid tar det før aktiviteten til, g Na har sunket til Bq?? (Bruk 6 3 Bq som startaktivitet om du ikkje vil bruke svaret frå b).)

4 Fysiske konstanter / Physical constants: g = 9,8 m/s G = 6,67 - Nm /kg q =,6-9 C k e = 8,99 9 Nm /C ε = 8,85 - C / Nm Formler / Equations Mekanikk / Mechanics Fart ved konstant akselerasjon / σ = 5,67-8 W/m K 4 c = 3, 8 m/s h = 6,63-34 Js u =,66-7 kg a =,59 nm v = v + at Speed at constant acceleration Strekning tilbakelagt ved konstant akselerasjon / x = x Distance travelled at constant acceleration + vt + at Tidløs formel / a(x x Equation without time ) = (v v ) Newtons. lov / F= Newton s st law Newtons. lov / F = ma Newton s nd law Friksjonskraft / Ff = µ Fn Friction force Kinetisk energi / K = E Kinetic energy kin = mv Arbeid / W = F s cos Work Potensiell energi i konstant gravitasjonsfelt / U = Epot = mgh Potential energy in constant field of gravity Gravitasjonskraft / Fg = mg (uniform field) Gravitational force Potensiell energi på grunn av gravitasjon / Potential energy due to gravity Sentripetalakselerasjon / Centripetal acceleration Lyd og bølger / Sound and waves Doppler-effekt, bevegelig mottaker / Doppler effect, moving receiver Doppler-effekt, bevegelig sender / Doppler effect, moving source Forholdet mellom lydintensitet og avstand til kilden/ Relationship between sound intensity and distance from a source Lydintensitet i db / GmM Fg = r mm U = G r a = v R f' = f ± VEDLEGG: Side av 3 V R v f' = f V E /v I I r = r I β [db] = db log I Sound intensity in db ( ) I = W / m

5 VEDLEGG: Side av 3 Lys / Light Refleksjon / refl = inn Reflection Bryting / nsin = nsin Refraction Lysfart i medium med brytingsindeks n / v= cn Speed of light in a medium with refractive index n Vinkel for maksima for interferens fra spalter / Angle for maxima for interference from two slits d sin =, λ, λ,... Atom og kjernefysikk /Atomic and nuclear physics Bindingsenergi / B.E. = (mnukleoner m kjerne) c Binding energy Radioaktivt henfall / t/t / Radioactive decay n = n Aktivitet for radioaktivt materiale / n n n Activity for a radioactive material = ln =,693 t t t Tid for reduksjon av radioaktivitet / Duration for reduction of radioactivity t = t / / / n t ln n t ln Elektriske krefter og energi / Electric forces and energy Elektrisk kraft mellom punktladninger / q q' q q' Electric force between point charges Fe = = k e 4πε r r Elektrisk kraft i uniformt elektrisk felt / F Electric force in a uniform field e = qe Elektrisk felt / E = F Electric field e q Potensiell energi (to punktladninger) / q q' Potential energy (two point charges) U = 4πε r Potensiell energi (punktladning i uniformt felt) / Potential energy (point charge in uniform field) Elektrostatisk potensial / Electrostatic potential U = qey U N V = ;V = Vi for N punktladninger / point sources i= q Total potensiell energi for N punktladninger / Total potential energy for N point charges U = QV + QV QNVN Elektrisk motstand / Electric resistance R = ρ l A

6 VEDLEGG: Side 3 av 3 Elektriske kretser / Electric circuits Kirchhoffs. lov / Iinn = Iut Kirchhoff s st law / Kirchhoffs. lov/ Vsløyfe = Kirchhoff s nd law Ohms lov / V = R I Ohm s law Seriekobling motstander / R = R+ R + R 3 + R Series connection of resistors Seriekobling kondensatorer / = Series connection of capacitors C C C C3 C4 Parallellkobling motstander / = Parallel connection of resistors R R R R3 R4 Parallellkobling kondensatorer/ C = C+ C + C3 + C Parallel connection of capacitors 3