EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

Like dokumenter
EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 5 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Stian Normann Anfinsen Telefon:

EKSAMENSOPPGÅVE. Kalkulator, Rottmanns tabellar og 2 A4 ark med eigne notater (4 sider).

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.10:00 og 12:00

EKSAMENSOPPGAVE. FYS-1001 Mekanikk. Fire A4-sider (to dobbeltsidige ark) med egne notater. Kalkulator ikke tillatt. Ruter.

EKSAMENSOPPGÅVE. Kalkulator, 2 ark (4 sider) med eigne notater og Rottmanns tabeller. Ragnar Soleng

EKSAMENSOPPGAVE. Alle skrevne og trykte. Godkjent kalkulator.

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

EKSAMENSOPPGAVE. Godkjent kalkulator; Rottmanns tabeller; To A4 ark egne notater (håndskrevne, trykte, eller blandede).

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. 4 (1+3) Det er 12 deloppgaver (1abc, 2abcd, 3abc, 4ab) Andrei Prasolov

EKSAMENSOPPGAVE. «Tabeller og formler i statistikk» av Kvaløy og Tjelmeland. To A4-ark/ 4 sider med egne notater. Godkjent kalkulator.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. EMNE: FYS 120 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 120 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

EKSAMENSOPPGAVE. GEO-2010 Marine geofag

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. INF-1100 Innføring i programmering og datamaskiners virkemåte. Teorifagb, hus 3, og og Adm.bygget, Aud.max og B.

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. kl. 10:30

FAG: Fysikk FYS122 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Tore Vehus (linjedel)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

EKSAMENSOPPGAVE. Karl Rottmann: Matematisk formelsamling Kalkulator med tomt dataminne

UNIVERSITETET I OSLO. Introduksjon. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet 1.1

EKSAMENSOPPGÅVE. Mat-1005, Diskret matematikk. Godkjent kalkulator, Rottmanns tabellar og 2 A4 ark med eigne notater (4 sider).

EKSAMENSOPPGAVE / EKSAMENSOPPGÅVE

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

FAG: Fysikk FYS121 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: NEI

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

UNIVERSITETET I BERGEN

EKSAMENSOPPGAVE. Ingen. Robert Pettersen. Eksamen i: INF Innf. i progr. og datam. virkem. Dato: Tirsdag 5. desember 2017

EKSAMENSOPPGAVE. Fagnr: FO 443A Dato: Antall oppgaver:

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom K1.04 og B154 Ingen. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. kl.

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

EKSAMENSOPPGA VE. Fagnr: FO 44JA Dato: Antall oppgaver:

EKSAMENSOPPGAVE. INF-1101 Datastrukturer og algoritmer. Adm.bygget, rom K1.04 og B154 Ingen

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. kl. 10

EKSAMENSOPPGAVE. FYS 2000, Kvantemekanikk Dato: 7. Juni 2017 Klokkeslett: 9:00-13:00 Sted: Tillatte hjelpemidler: rute.

EKSAMENSOPPGAVE. Karl Rottmann: Matematisk formelsamling Kalkulator

EKSAMENSOPPGAVE STA «Tabeller og formler i statistikk» av Kvaløy og Tjelmeland. To A4-ark/ 4 sider med egne notater. Godkjent kalkulator. Rute.

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

EKSAMENSOPPGAVE STA-1001.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Karl Rottmann: Matematisk formelsamling Kalkulator med tomt dataminne

Universitetet i Agder Fakultet for helse- og idrettsvitenskap EKSAMEN. Time Is)

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. Kl 10.00

Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. Kap. 4+5: Newtons lover. kap Hvor er luftmotstanden F f størst? F f lik i begge!!

Keplers lover. Statikk og likevekt

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: MAT-1003 Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 15:00 19:00 Sted: Åsgårdvegen 9

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen må trekke med kraft S k

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon

Løsningsforslag. Eksamen i Fys-mek1110 våren 2011

EKSAMENSOPPGAVE. INF-1100 Innføring i programmering og datamaskiners virkemåte. Ingen. Elektronisk (WiseFlow) Robert Pettersen

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN 07HBINEA, 07HBINET, 07HBINDA, 07HBINDT

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK Eksamensdato: Torsdag 11. desember 2008 Eksamenstid: 09:00-13:00

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider. Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 8 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

EKSAMENSOPPGAVE Georg Elvebakk NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

Stivt legemers dynamikk

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110/Fys-mef1110 høsten 2007

Løsningsforslag Fys-mek1110 V2012

Repetisjon

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

EKSAMENSOPPGAVE. Aud. Max Administrasjonsbygget Karl Rottmann: Matematisk formelsamling Kalkulator

EKSAMENSOPPGAVE Bjarte Aarmo Lund

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2000 Kvantemekanikk Dato: 5. juni 2013 Tid: Kl Sted: Åsgårdveien 9. og fysikk, lommekalkulator

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Høgskolen i Agder Avdeling for EKSAMEN

Stivt legemers dynamikk

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen trekke med kraft R O =S k

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 3/2 2011

Eksamensoppgåve i LGU51007 Naturfag 1 (5-10) emne 1

Kap. 4+5: Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap Hvor er luftmotstanden F f størst?

Transkript:

Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: FYS-1001 Mekanikk Dato: 30. november 2017 Klokkeslett: 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte hjelpemidler: To dobbeltsidige ark med notater Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: rute 5 Stian Normann Anfinsen 906 56121 Telefon/mobil: Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Ja ca. kl. 09:45 og 12:00 NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no

Først: noen generelle råd Les raskt gjennom hele oppgaveteksten og lag en plan for bruken av eksamenstida. Tegn gode figurer. Skriv tydelig og presenter oppgavene oversiktlig. Ikke bare skriv opp formler, men forklar hvorfor du bruker dem og hvilken fysisk forståelse som ligger bak. Forklar overganger fra ei ligning til ei annen. Skriv opp mellomregninger. Ved sensurering vil alle delspørsmål i utgangspunktet vektes likt, men vi forbeholder oss retten til justeringer. Oppgave 1: Skråplan med trinse Figur 1: System av skråplan og masser I figur 1 ser du et skråplan med helningsvinkel θ og masse M som hviler på ei ru overflate med friksjonskoeffisient µ. En masse m 1 henger i en masseløs snor som går over ei masseløs trinse på den øvre kanten av skråplanet. I den andre enden av snora er det festa en masse m 2 som glir uten friksjon på skråplanet. (a) Tegn et frilegemediagram for hver av massene m 1, m 2 og M (hvor du kan betrakte trinsa som en del av skråplanet). Forklar hvilke av kreftene i disse diagrammene som er motkrefter. (b) Finn akselerasjonen til m 1 og m 2. Finn også snordraget. 1

(c) Vis at normalkrafta fra den ru overflata på skråplanet må være N = m 2 g cos 2 θ + Mg + T (1 + sin θ), hvor g er tyngdens akselerasjon og T er snordraget. (d) Finn den minste verdien friksjonskoeffisienten kan ha for at skråplanet skal være i ro. Oppgave 2: Partikkel i lineært potensial En partikkel med masse m befinner seg i et lineært potensial V (r) = kr, hvor k er en konstant og r angir en radiell avstand fra potensialets nullpunkt. (a) Uttrykk krafta forbundet med dette potensialet på vektorform og tegn det tilhørende vektorfeltet i et koordinatsystem. (b) Anta at dette er den dominerende krafta som virker på partikkelen. Vis at dersom partikkelen går i sirkelbane, vil den ha total energi lik E = 3 2 kr. (c) Finn uttrykk for vinkelhastigheta i sirkelbevegelsen og det angulære momentet til partikkelen. (d) Det effektive potensialet er gitt ved V eff (r) = L2 2mr 2 + V (r). Skisser det effektive potensialet. Tegn inn totalenergien og radien for en sirkelbane med konstant radius r 0 i figuren. Finn r 0 uttrykt ved hjelp av L. (e) Anta at den sirkulære banen på et tidspunkt blir litt forstyrret, slik at partikkelens hastighet ikke lenger bare er tangentiell på potensialet. Du kan likevel anta at den har tilnærma lik totalenergi når den fortsetter bevegelsen i samme potensial som før. Bruk Euler-Lagrange-likninga eller Taylor-rekkeutvikling av det effektive potensialet i punktet r = r 0 til å vise at den radielle banebevegelsen nå blir ei svingning. Finn vinkelfrekvensen til svingninga. 2

Til opplysning: En uendelig deriverbar reell funksjon f(x) kan skrives ved hjelp av Taylor-rekkeutviklinga i punktet a som f(x) = f(a) + f (a)(x a) + 1 2 f (a)(x a) 2 +..., hvor f (x) og f (x) angir den første- og andrederiverte av f(x). Oppgave 3: Nødsignal fra romsonde En romsonde er skutt ut fra jorda og reiser radielt utover i verdensrommet med hastighet u relativt til jorda. Romsonden opplever motorproblemer og reagerer i henhold til protokoll med å sende ut nødsignaler i form av elektromagnetiske bølgepulser på en forhåndsbestemt frekvens med ett sekunds mellomrom, målt i romsondens eget referansesystem. Etter ei tid fanger en mottaksstasjon på jorda opp disse signalene og måler en tidsforskjell på to sekunder mellom dem. I det følgende skal vi se på fire hendelser: H1: Romsonden sender ut sitt første nødsignal. H2: Romsonden sender ut andre første nødsignal. H3: Mottaksstasjonen mottar første nødsignal. H4: Mottaksstasjonen mottar andre nødsignal. (a) Skriv opp Lorentz-transformasjonene for tid og posisjon på differensform. Bruk disse til å relatere tidsintervallene målt i jorda og romsonden sitt referansesystem (henholdsvis S og S ) for hendelse H1 og H2. Her kan du bruke notasjonen: t 12 = t 2 t 1 og t 12 = t 2 t 1. Gjenta dette for intervallene mellom H3 og H4. Fortolk resultatet i form av det relativistiske fenomenet tidsdilatasjon. (b) Vis at og forklar hvordan en kan komme fram til resultatet: t 34 = t 12 (1 + u/c). Finn deretter den relative hastigheta u, som vi antar å være konstant over tidsrommet for de fire hendelsene. (c) Forklar hvordan du kan bruke det invariante rom-tid-intervallet til å sjekke at du har regna riktig. 3

Oppgave 4: Hengsla stav som faller Figur 2: Horisontal stav festa til vegg med hengsel og snor Figur 2 viser en horisontal stav med masse M som er jevnt fordelt over lengden L. Staven er hengsla i punktet P, og den andre ytterenden er festa til veggen gjennom ei snor som danner vinkelen θ med staven. Treghetsmomentet til staven rundt massesenteret er I = ML 2 /12. (a) Tegn kraftdiagram for staven. Finn snordraget T og krafta fra hengselen på staven. (b) Snora blir kutta, slik at staven faller mens den dreier rundt punktet P. Finn vinkelhastigheta ω idet staven treffer veggen. (c) Gjenta oppgave (a) og (b) etter at en punktmasse m er festa på den horisontale staven i en avstand d L fra veggen. Lykke til! 4

Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGÅVE Eksamen i: FYS-1001 Mekanikk Dato: 30. november 2017 Klokkeslett: 09:00 13:00 Stad: Åsgårdvegen 9 Lovlege hjelpemiddel: Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: To dobbeltsidige ark med notat Rute 5 Stian Normann Anfinsen 906 56121 Telefon/mobil: Skal det gåast trøysterunde i eksamenslokalet? Ja ca. kl. 09:45 og 12:00 NB! Det er ikkje lov å levere inn kladd saman med svaret. Om det likevel leverast inn, vil kladden bli heldt tilbake og ikkje sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no

Først: nokre generelle råd Les raskt gjennom heile oppgåveteksten og lag ein plan for bruken av eksamenstida. Teikn gode figurar. Skriv tydeleg og legg fram oppgåvene oversiktleg. Ikkje berre skriv opp formlar, men forklar kvifor du bruker dei og kva for ei fysisk forståing som ligg bak. Forklar overgangar frå ei likning til ei anna. Skriv opp mellomrekningar. Ved sensur blir alle delspørsmål i utgangspunktet gjeve samme vekt, men vi tek oss rett til å gjere justeringer. Oppgåve 1: Skråplan med trinse Figur 1: System av skråplan og massar I figur 1 ser du eit skråplan med hellingsvinkel θ og masse M som kviler på ei ru overflate med friksjonskoeffisient µ. Ein masse m 1 heng i ei masselaus snor som går over ei masselaus trinse på den øvre kanten av skråplanet. I den andre enden av snora er det festa ein masse m 2 som glir uten friksjon på skråplanet. (a) Teikn eit frilekamdiagram for kvar av massane m 1, m 2 og M (kor du kan sjå på trinsa som ein del av skråplanet). Forklar kva for krefter i desse diagramma som er motkrefter. (b) Finn akselerasjonen til m 1 og m 2. Finn også snordraget. 1

(c) Vis at normalkrafta fra den ru overflata på skråplanet må vere N = m 2 g cos 2 θ + Mg + T (1 + sin θ), kor g er tyngden sin akselerasjon og T er snordraget. (d) Finn den minste verdien friksjonskoeffisienten kan ha for at skråplanet skal vere i ro. Oppgave 2: Partikkel i lineært potensial Ein partikkel med masse m opphald seg i eit lineært potensial V (r) = kr, kor k er ein konstant og r angjev den radielle avstanden frå nullpunktet til potensialet. (a) Uttrykk krafta forbunde med dette potensialet på vektorform og teikn det tilhørande vektorfeltet (kraftfeltet) i eit koordinatsystem. (b) Du kan gå ut frå at dette er den dominerende krafta som verkar på partikkelen. Vis at om partikkelen går i sirkelbane, vil han ha total energi lik E = 3 2 kr. (c) Finn eit uttrykk for vinkelhastigheita i sirkelbanen og det angulære momentet til partikkelen. (d) Det effektive potensialet er gjeve som V eff (r) = L2 2mr 2 + V (r). Skisser det effektive potensialet. Teikn inn totalenergien og radien for ein sirkelbane med konstant radius r 0 i figuren. Finn r 0 uttrykt med hjelp av L. (e) Anta at den sirkulære banen på eit tidspunkt blir litt forstyrra, slik at hastigheita til partikkelen ikkje lenger berre er tangentiell på potensialet. Du kan likevel gå ut frå at han har tilnærma lik totalenergi når han hald fram rørsla i samme potensial som før. Bruk Euler-Lagrangelikninga eller Taylor-rekkeutvikling av det effektive potensialet i punktet r = r 0 til å vise at den radielle banerørsla nå blir ei svinging. Finn vinkelfrekvensen til svinginga. 2

Til opplysing: Ein kan skrive ein uendeleg deriverbar reell funksjon f(x) ved hjelp av Taylor-rekkeutvikling i punktet x = a som f(x) = f(a) + f (a)(x a) + 1 2 f (a)(x a) 2 +..., kor f (x) og f (x) angjev den første- og andrederiverte av f(x). Oppgave 3: Nødsignal frå romsonde Ei romsonde er skutt ut fra Jorda og reiser radielt utover i verdsrommet med hastigheit u i forhold til jorda. Romsonden opplever motorproblem og reagerer ut frå protokoll med å sende ut nødsignaler i form av elektromagnetiske bølgepulsar på ein forhåndsbestemd frekvens med eitt sekund mellom pulsane, målt i romsondens sitt eige referansesystem. Etter ei tid fangar ein mottaksstasjon på Jorda opp desse signala og måler ein tidsforskjell på to sekund mellom dei. I det følgjande skal vi sjå på fire hendingar: H1: Romsonden sender ut sitt første nødsignal. H2: Romsonden sender ut andre første nødsignal. H3: Mottaksstasjonen mottek første nødsignal. H4: Mottaksstasjonen mottek andre nødsignal. (a) Skriv opp Lorentz-transformasjonane for tid og posisjon på differensform. Bruk desse til å relatere tidsintervalla målt i Jorda og romsonden sitt referansesystem (høvesvis S og S ) for hending H1 og H2. Her kan du bruke notasjonen: t 12 = t 2 t 1 og t 12 = t 2 t 1. Gjenta dette for intervalla mellom H3 og H4. Tolk resultata i form av det relativistiske fenomenet tidsdilatasjon. (b) Forklar korleis vi kjem fram til resultatet: t 34 = t 12 (1 + u/c). Finn deretter den relative hastigheita u, som vi antek å vere konstant over tidsrommet for dei fire hendingane. (c) Forklar korleis du kan bruke det invariante rom-tids-intervallet til å sjekke at du har reikna riktig. 3

Oppgave 4: Hengsla stav som fell Figur 2: Horisontal stav festa til vegg med hengsel og snor Figur 2 viser ein horisontal stav med masse M som er jamnt fordelt over lengden L. Staven er hengsla i punktet P, og den andre ytterenden er festa til veggen gjennom ei snor som dannar vinkelen θ med staven. Treghetsmomentet til staven rundt massesenteret er I = ML 2 /12. (a) Teikn kraftdiagram for staven. Finn snordraget T og krafta frå hengselet på staven. (b) Snora blir kutta, slik at staven fell mens han dreier rundt punktet P. Finn vinkelhastigheita ω idet staven treff veggen. (c) Gjenta oppgåve (a) og (b) etter at ein punktmasse m er festa på den horisontale staven i ein avstand d L frå hengselet. Lykke til! 4