Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 19/3 2018

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

Løsningsforslag til eksamen i FYS1001, 15/6 2018

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

FYSIKK-OLYMPIADEN

Løsningsforslag til eksamen i FYS1001, 12/6 2019

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

Repetisjonsoppgaver kapittel 4 løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Fysikkolympiaden 1. runde 27. oktober 7. november 2014

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 4

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

UNIVERSITETET I OSLO

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 2/2 2012

Løsningsforslag til øving 3: Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Fredag 29. mai 2009

2,0atm. Deretter blir gassen utsatt for prosess B, der. V 1,0L, under konstant trykk P P. P 6,0atm. 1 atm = 1,013*10 5 Pa.

UNIVERSITETET I OSLO

Høgskolen i Agder Avdeling for EKSAMEN

FY0001 Brukerkurs i fysikk

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 14

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 2

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

FYSIKK-OLYMPIADEN

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjonsoppgaver kapittel 0 og 1 løsningsforslag

Fysikkolympiaden 1. runde 23. oktober 3. november 2017

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Midtveis hjemmeeksamen. Fys Brukerkurs i fysikk Høsten 2018

Fysikkolympiaden 1. runde 28. oktober 8. november 2013

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

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

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

Løsningsforslag til MEF1000 Material og energi - Kapittel 2 Høsten 2006

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 19/8 2016

Stivt legemers dynamikk

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 3.

UNIVERSITETET I OSLO

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

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

Stivt legemers dynamikk

Newtons lover i én dimensjon (2)

Fysikkolympiaden 1. runde 27. oktober 7. november 2008

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

Newtons lover i én dimensjon (2)

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

Keplers lover. Statikk og likevekt

År: Et legeme på et skråplan. Gravitasjonskraften (G) er tegnet som en lang pil, og dekomponert i to krefter G x og G y.

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

Newtons lover i én dimensjon

UNIVERSITETET I OSLO

En blomsterpotte faller fra en veranda 10 meter over bakken. Vi ser bort fra luftmotstand. , der a g og v 0 0 m/s.

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

Løsningsforslag Øving 3

RF3100 Matematikk og fysikk Regneoppgaver 7 Løsningsforslag.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

De vikagste punktene i dag:

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

Løsningsforslag Øving 3

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

UNIVERSITETET I OSLO

Kinematikk i to og tre dimensjoner

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

TENTAMEN I FYSIKK FORKURS FOR INGENIØRHØGSKOLE

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-0100

TFY4105 Fysikk for Bygg

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

Fagnr: FIOIA I - Dato: Antall oppgaver: 2 : Antall vedlegg:

Transkript:

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 19/3 2018 Oppgave 1 Figuren viser kreftene som virker på kassa når den ligger på lasteplanet og lastebilen akselererer fremover. Newtons 1. lov gir at N = G = mg. Den maksimale statiske friksjonen R maks er gitt av R maks = µ s N og Newtons 2. lov gir for summen av krefter i x-retning Fx = R = ma der a er akselerasjonen til både kassa og lastebilen når kassa ikke sklir. Den maksimale akselerasjonen som lastebilen kan ha før kassa sklir blir dermed a maks = R maks m = µ sn m = µ smg m = µ sg = 0, 45 9, 81 m/ s 2 = 4, 41 m/ s 2 Oppgave 2 1

Hooke s lov angir hvor mye en fjær strekker seg, x, når den blir utsatt for en kraft F, som følger: F = k x der k er fjærkonstanten. Vi har at ved en kraft F 1 = m 1 g, der m 1 = 23 g, blir fjæra strukket x 1 = 1, 3 cm. Da blir fjærkonstanten k = F 1 x 1 = m 1g x 1 Nå ønsker vi å finne hvor mye fjæra strekker seg, x 2, når den blir utsatt for en kraft F 2 = m 2 g der m 2 = 152 g. Da kan vi løse for x 2 og sette inn for k: x 2 = F 2 k = m 2g x 1 m 1 g m 2 = x 1 = 1, 3 cm 152 g m 1 23 g = 8, 6 cm Oppgave 3 Riktig svar er D. Siden bilen akselererer inn mot sentrum av svingen, må også friksjonskraften, som er den eneste kraften i x-retning, peke inn mot sentrum i sirkelen. Siden friksjonstallet er 0,5, blir friksjonskraften halvparten så stor som normalkraften, slik at vi må velge D istedenfor B. Oppgave 4 Når du har klemt sammen tanga er det ingen rotasjon, slik at summen av kraftmoment må være 0. Om vi velger hengselen i tanga som rotasjonspunkt, får vi kraftmomentet F 11 cm fra krafta du klemmer med, og kraftmomentet F tang 2, 0 cm fra krafta som tanga klemmer med. For at disse skal være like store, må tanga klemme med en kraft F tang = F 11 cm 2, 0 cm = 300 N 11 cm 2, 0 cm 2 = 1700 N = 1, 7 kn

Oppgave 5 Vi bruker bevegelseslikningen for konstant akselerasjon: s = v 0 t + 1 2 at2 I vårt tilfelle er utgangshastigheten v 0 = 12 m/s rettet oppover, mens akselerasjonen er tyngdeakselerasjonen g = 9, 81 m/s 2, rettet nedover. Når ballen er tilbake til den høyden den ble kastet fra er s = 0. Dette gir t = 2v 0 g 0 = v 0 t 1 2 gt2 2 12 m/ s = 9, 81 m/ s = 2, 4 s 2 Oppgave 6 Her bruker vi energibevaring. Idet du forlater stupebrettet har du en potensiell energi på E p = mgh der h = 10 m. Når du treffer vannet er h = 0, slik at den potensielle energien er 0, og all den potensielle energien fra toppen av hoppet er blitt omdannet til kinetisk energi, E k = 1 2 mv2. Farten når du treffer vannet blir derfor 1 2 mv2 = mgh v = 2gh = 2 9, 81 m/ s 2 10 m = 14 m/ s Oppgave 7 Se forrige oppgave: Uten luftmotstand ville farten din idet du traff vannet ha vært 14 m/s. Nå får du en lavere fart fordi luftmotstanden har gjort et negativt arbeid, W, på deg. Energibevaring gir E k + W = E p 3

W = E p E k = mgh 1 2 mv2 = 63 kg 9, 81 m/ s 2 10 m 1 2 63 kg (11 m/ s)2 = 2, 4 kj Oppgave 8 A Oppgave 9 C Oppgave 10 Når heisen akselererer oppover, akselererer også personen på vekta. Figuren viser hvilke krefter som virker på personen. Vekta viser forholdet mellom normalkraften N og tyngdeakselerasjonen g, N/g, som gir den korrekte verdien for personens vekt når akselerasjonen er 0: Da er N = G = mg slik at N/g = m. Når heisen øker farten fra 0 til 2 m/s på 2 sekunder med konstant akselerasjon er a = 1 m/ s 2. 4

Når personen akselererer gir Newtons 2. lov at Fy = ma = ma g N G = ma N g = ma g + G g + mg g = m(a g + 1) = 80 kg ( 1 m/ s 2 + 1) = 88 kg 9, 81 m/ s2 Oppgave 11 Når loddet henger i luft virker tyngdekraften G nedover og fjærkraften K oppover. Newtons 1. lov gjør at disse to må være like store, slik at vi vet at G = mg = 0, 8 N. Når loddet er nedsenket i vann virker fortsatt tyngdekraften G = 0, 8 N nedover, men nå virker det en oppdrift O oppover i tillegg til fjærkraften. Newtons 1. lov gir at K + O = G eller at fjærkraften K = G O. Oppdriften er gitt ved O = ρ v V g der V er volumet til loddet, som vi kan finne fra loddets massetetthet: V = m ρ L = 5 G ρ L g

Dette gir oss K = G ρ v V g G K = G ρ v ρ L g g K = G(1 ρ v 1000 kg/ m3 = 0, 8 N (1 ρ L 4000 kg/ m ) = 0, 6 N 3 Oppgave 12 Riktig svar er B. Farten på vannet gis av Hagen-Poisseuille-loven, og er proporsjonal med radius på røret opphøyd i 4. Derfor får en økning av dørdiameteren mye større effekt enn å endre de andre størrelsene. Oppgave 13 For at trykket i kvikksølvet ved samme høyde på hver side av røret skal være det samme, som det må være fordi væsken er i ro, må vi ha at p G = p 0 + ρ Hg gh Derfor blir høydeforskjellen på de to sidene h = p G p 0 ρ Hg g = 110 kpa 101 kpa = 67 mm 13, 65 10 3 kg/ m 3 9, 81 m/ s2 Oppgave 14 Til en halv liter kaffe trenger du en halv liter vann, som er det samme som m = 0, 5 kg vann. Først må du bruke energi på å smelte 0,5 kg snø: 6

Q smelte = l snø vann m = 334 kj/ kg 0, 5 kg = 167 kj Så må smeltevarmet varmes opp fra 0 til 100 C: Q oppvarming = c vann m T = 4, 2 kj/ kg K 0, 5 kg 100 K = 210kJ Til sammen må du bruke 167 kj + 210 kj = 377 kj. Oppgave 15 Riktig svar er A. Temperaturen er ikke konstant i en adiabatisk prosess. Oppgave 16 Systemet utfører positivt arbeid på omgivelsene i de prosessene der volumet øker, altså 2-3 og 3-4. Oppgave 17 Virkningsgraden til denne varmemaskinen er gitt av Carnovirkningsgraden, som er η C = 1 T L (273, 15 + 20) K = 1 = 0, 44 T H (273, 15 + 250) K Virkningsgraden angir også forholdet mellom arbeidet maskinen leverer og varmen som blir tilført systemet, η = W Q H Derfor får vi at varmen som blir tilført systemet er Q H = W η C = 100 J 0, 44 = 227 J 7

Oppgave 18 Utstrålingstettheten fra en overflate med temperatur T og emissivitet ɛ er gitt av Stefan-Boltzmanns lov: M = σɛt 4 der σ er stefan-boltzmann-konstanten, σ = 5, 67 10 8 W/(m 2 K 4 ). Utstrålt effekt blir P = MA, der A er arealet som utstrålingen skjer fra. Forskjellen i utstrålt effekt fra naken hud med T hud = 30 C sammenlignet med en genser med T genser = 22 C blir derfor P = σɛ(t hud T genser ) = 5, 67 10 8 W/( m 2 K 4 ) 0, 97 ((273, 15 K+30 K) 4 (273, 15 K+22 K) 4 ) = 47 W Kroppen må produsere 47 W ekstra varme for at du skal holde deg varm uten genser. Oppgave 19 Forholdet mellom bølgelengde ved maksimal utstråling, λ topp, og temperatur T, er gitt av Wiens forskyvningslov: der a = 2.90 10 3 m K. Solas temperatur er derfor T sol = λ topp = a T a = 2.90 10 3 m K λ topp,sol 504 10 9 m = 5754 K En stjerne som er 1000 K varmere enn sola vil ha maksimal utstråling ved bølgelengden 8

λ topp,stjerne = 2.90 10 3 m K 6754 K = 429 nm Oppgave 20 Varmetapet gjennom ytterveggen er H vegg = UA vegg (T inne T ute ) H vegg = 0, 45 W/( m 2 K) 25 m 2 (22 C ( 5 C)) = 304 W Varmetapet gjennom vinduet er H vindu = UA vindu (T inne T ute ) H vindu = 1, 2 W/( m 2 K) 8, 0 m 2 (22 C ( 5 C)) = 259 W Panelovnen i stua må produsere like mye varme som det som går tapt gjennom veggen og vinduet, for at temperaturen skal holdes konstant. Effekten på panelovnen må dermed være P ovn = 304 W + 259 W = 563 W A: Om vinduet byttes blir varmetapet gjennom vinduet H vindu = 0, 7 W/( m 2 K) 8, 0 m 2 (22 C ( 5 C)) = 122 W Reduksjonen i varmetap ved å isolere veggen blir da 304 W 122 W = 182 W. B: Om ytterveggen isoleres og får ny U-verdi på 0, 18 W/( m 2 K) blir varmetapet gjennom veggen H vegg = 0, 18 W/( m 2 K) 25 m 2 (22 C ( 5 C)) = 151 W Reduksjonen i varmetap ved å bytte vindu blir da 259 W 108 W = 108 W. 9

C: Om panelovnen byttes ut med en varmepumpe, må varmepumpa levere like mye varme som panelovnen gjør i dag. Varmeeffekten P fra en varmepumpe med effektfaktor f er relatert til den elektriske effekten P el gjennom f = P P el Dette gir at den elektriske effekten som kreves for å gi en viss varmeeffekt er gitt av P el = P f For at varmepumpa skal levere 563 W varme, krever den P el = 563 W/3 = 188W, og besparingen blir 563 W 188 W = 375 W. D: Om temperaturen skrus ned med to grader blir varmetapet gjennom veggen H vegg = 0, 45 W/( m 2 K) 25 m 2 (20 C ( 5 C)) = 281 W og varmetapet gjennom vinduet blir H vindu = 1, 2 W/( m 2 K) 8, 0 m 2 (20 C ( 5 C)) = 240 W Reduksjonen i varmetap blir 563 W - (281 W + 240 W) = 42 W. Riktig svar er C: Varmepumpa gir størst reduksjon i strømforbruk. 10