TFY4104/TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember Lsningsforslag Oppgave 1 { 25 Mekanikk

Like dokumenter
TFY4106 Fysikk Eksamen 17. august V=V = 3 r=r ) V = 3V r=r ' 0:15 cm 3. = m=v 5 = 7:86 g=cm 3

TFY4106 Fysikk Lsningsforslag til Eksamen 2. juni 2018

TFY4104 Fysikk Eksamen 17. august V=V = 3 r=r ) V = 3V r=r ' 0:15 cm 3. = m=v 5 = 7:86 g=cm 3

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

TFY4106 Fysikk Lsningsforslag til Eksamen 16. mai t= + t 2 = 2 ) exp( t=);

Termisk fysikk består av:

4. D. v = ds=dt = 6:0 t + 2:0 ) v = 14 m/s ved t = 2:0 s ) P = F v = 140 W ved t = 2:0 s.

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

TFY4115 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 4. ) v 1 = p 2gL. S 1 m 1 g = L = 2m 1g ) S 1 = m 1 g + 2m 1 g = 3m 1 g.

r+r TFY4115 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 5.

9) Mhp CM er τ = 0 i selve støtet, slik at kula glir uten å rulle i starten. Dermed må friksjonskraften f virke mot venstre, og figur A blir riktig.

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

Folkevandringstelling

TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 12.

Flervalgsoppgave. Arbeid og energi. Energibevaring. Kollisjoner REP Konstant-akselerasjonslikninger. Vi har sett på:

Institutt for fysikk. Eksamensoppgave i TFY4115 Fysikk

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 1.

Termodynamikk ΔU = Q - W. 1. Hovedsetning = Energibevarelse: (endring indre energi) = (varme inn) (arbeid utført)

Stivt legeme, reeksjonssymmetri mhp rotasjonsaksen: L = L b + L s = R CM M V + I 0!

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 6.

Arbeid og energi. Energibevaring.

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 2.

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

Løsningsforslag til øving 10

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

4. D. v = ds=dt = 6:0 t + 2:0 ) v = 14 m/s ved t = 2:0 s ) P = F v = 140 W ved t = 2:0 s.

HØGSKOLEN I STAVANGER

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 6. MgL + F B d. M + m

Stivt legeme, reeksjonssymmetri mhp rotasjonsaksen: L = L b + L s = R CM MV + I 0!

Ansla midlere kraft fra foten pa en fotball i et vel utfrt straespark.

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

TFY4104 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Fredag 13.des 2013 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Administrasjonsbygget: Aud.

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

Løsningsforslag. for. eksamen. fysikk forkurs. 3 juni 2002

r+r TFY4104 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

Institutt for fysikk. Eksamensoppgave i TFY4106 Fysikk

TFY4102 Fysikk Eksamen 16. desember 2017 Side 1 av 10

TFY4104 Fysikk Eksamen 16. desember 2017 Formelside 1 av 6

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

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

Reversible prosesser: Termisk likevekt under hele prosessen Langsomt og kontrollert. [H&S] Kap.11. (1. hovedsetning.) Kretsprosesser.

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Onsdag 26.feb 2014 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Aud max.

UNIVERSITETET I OSLO

Figur 1: Isoterm ekspansjon. For en gitt temperatur T endrer trykket seg langs den viste kurven.

Midtveis hjemmeeksamen. Fys Brukerkurs i fysikk Høsten 2018

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

Kap Rotasjon av stive legemer

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Høgskolen i Agder Avdeling for EKSAMEN

EKSAMEN I FAG SIF 4002 FYSIKK Mandag 7. mai 2001 Tid: Sensur: Uke 22

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 7.

Retningen til Spontane Prosesser

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

UNIVERSITETET I OSLO

Sykloide (et punkt på felgen ved rulling)

Retningen til Spontane Prosesser. Prosessers Retning

TFY4106 Fysikk Løsningsforslag til Eksamen 12. august M k = ρv = ρ 4πR 3 /3 = π /3 = 2.10kg. E) 2.10 kg

,7 km a) s = 5,0 m + 3,0 m/s t c) 7,0 m b) 0,67 m/s m/s a) 1,7 m/s 2, 0, 2,5 m/s 2 1.

UNIVERSITETET I OSLO

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

RF3100 Matematikk og fysikk Regneoppgaver 7 Løsningsforslag.

Kap. 8 Bevegelsesmengde. Kollisjoner. Massesenter.

2) Hva er tykkelsen på kuleskallet av stål i ei hul petanquekule med diameter 80.0 mm og masse 800 g?

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 11.

Stivt legemers dynamikk

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

TFY4102 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 12.

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

Rotasjon: Translasjon: F = m dv/dt = m a. τ = I dω/dt = I α. τ = 0 => L = konstant (N1-rot) stivt legeme om sym.akse: ω = konst

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

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

Transkript:

TFY4104/TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 Lsningsforslag Oppgave 1 { 25 Mekanikk 1) A: Ingen horisontale krefter pa kula, sa a x = 0, v x er konstant, og x ker linert med tiden t. 2) A: Energibevarelse gir: 1 2 mv2 1 + mga = 1 2 mv2 2 + mgb i ) v 2 = hv 2 1 + 2g (a 1=2 b) ) D: Pianoet star i ro, sa total kraft pa det er null. Horisontalt pavirkes pianoet av deg, dvs skyvkraften pa 700 N, og en motsatt rettet og like stor friksjonskraft fra teppet. 4) E: Impulsbevarelse: jp 2 j = jp j = p. Det gir K =K 2 = (p 2 =6m)=(p 2 =4m) = 2=, slik at K 2 =(K 2 + K ) = K 2 =(5K 2 =) = =5 = 60%. 5) B: Beltedelen som har kontakt med underlaget star i ro. vre horisontale beltedel har dobbelt sa stor hastighet som gravemaskinen. 6) E: A = 4r 2 = 15:205 cm 2 For a ansla usikkerheten i A, kan vi regne ut A med radius hhv 11.1 og 10.9 mm. Dette gir hhv 15.48 og 14.90 cm 2, sa vi ser at usikkerheten i A er ca 0: cm 2. Alternativt, og litt raskere, kan vi si at A=A = 2 r=r ) A = 2A r=r ' 0: cm 2 7) B: 8) E: 9) A: m = V = 7:86 g=cm (4=) 1:1 cm = 4:8 g I 0 =m = 2r 2 =5 = 48:4 mm 2 K = mv 2 =2 + I 0! 2 =2 = 7mv 2 =10 Starthyde: y 0 (1:2 4 1:2 2 ) = 0:66y 0. Dermed: j Uj = K ) v = q 10g 0:66y 0 =7 = 149 cm=s 1

10) C: Helningsvinkel gitt ved tan = dy=dx, med I hver ende er x = 6L=5 som gir dy=dx = y 0 (4x =L 4 2x=L 2 ): jdy=dxj max ' 4:5y 0 =L = 0:45: Det gir en (maksimal) helningsvinkel max = arctan 0:45 = 24. 11) A: I banens to bunnpunkter (og det lokale topp-punktet ved x = 0) er dy=dx = 0: dy=dx 4x =L 4 2x=L 2 4x 2 =L 2 2 = 0 for x = L= p 2. Her er d 2 y=dx 2 = y 0 (12x 2 =L 4 2=L 2 ) = y 0 (6 2)=L 2 = 4y 0 =L 2 = 1=, slik at krumningsradien er = L 2 =4y 0 = 625 cm. 12) B: Kinetisk energi ker linert med tiden: K(t) = A(t t 0 ). Da er tilfrt eekt konstant: P = dk=dt = A. Dvs, P = F v = mav = A er konstant. Siden K = mv 2 =2, vil v p t og a 1= p t, og dermed vil F 1= p t. 1) C: Energibevarelse gir kx 2 =2 = mv 2 =2, dvs k = mv 2 =x 2 = 0:042 0:42 2 =0:042 2 = 4:2 N/m. 14) D: Fra guren ser vi at (R) = 0 =4, som betyr at = =4. 15) B: Et tynt kuleskall med radius r og tykkelse dr har volum dv = 4r 2 dr (oppgitt), og flgelig masse dm = (r)dv = 0 (1 r=r) 4r 2 dr. Hele jordas masse bestemmes ved a legge sammen massene til slike tynne kuleskall, fra innerst (r = 0) til ytterst (r = R): M = Z dm = = 4 0 R 0 Z R 0 r = 4 0 4R = Altsa er = (4 )=. 12 (4 ) 0 R : 0 (1 r=r) 4r 2 dr! r 4 4R! R 16) D: a = v 2 =r = (100=:6) 2 =(250=2) = 19:4 m/s 2. 17) B: x(t) = x 0 sin!t, v(t) =!x 0 cos!t, a(t) =! 2 x 0 sin!t. Her er x 0 = : cm og! 2 x 0 = 9:6 cm/s 2, slik at! = p 9:6=: = 1:7 s 1. Dermed 12 2

er maksimal hastighet!x 0 = 5:6 cm/s. 18) A: N2 for "restraketten" er u dm=dt = m dv=dt, dvs dm=m = dv=u, som integrert gir ln(m=m 0 ) = (v v 0 )=u, dvs m = m 0 exp((v v 0 )=u) = m 0 exp( (v v 0 )=juj), ettersom u < 0. Med v v 0 = 1:4 km/s, juj = 2:6 km/s og m 0 = 7:5 10 5 kg, er rakettens masse redusert fra m 0 til m = 0:584m 0 = 4:8 10 5 kg ved fartsdoblingen. Dette tilsvarer en massereduksjon pa :12 10 5 kg. Det forbrukes 0:1 10 5 kg bensin pr sekund. Flgelig har det tatt :12=0:1 = 24 sekunder a doble farten. 19) C: L = L b + L s = mrv + (2=5)mr 2 v=r = 7mrv=5 = 7 0:10 0:02625 1:0=5 = 4:78 10 kg m 2 /s (Js). 20) A: Dette er rotasjon med konstant vinkelakselerasjon bestemt av N2 for rotasjon, = =I 0 = F r=i 0. Her har vi et tynt kuleskall, og I 0 = (2=)mr 2. Rotert vinkel er dermed = (1=2)t 2 = (F=4mr)t 2 = ( 20=4 0:0027 0:020) 10 6 = 0:278 radianer = 16 grader. 21) D: Med utsving x fra likevekt virker kreftene fra de to fjrene i samme retning, slik at N2 blir mx + (k 1 + k 2 )x = 0. Da er perioden T = 2 p m=(k 1 + k 2 ) = 2 p 0:050=145 = 0:12 s. 22) A: Eksakt forytning er s(t 1 ) = v 0 t 1 + at 2 1 =2 = 0:01217 m. Numerisk: s 1 = s 0 + v 0 t = 0:4 0:025 = 0:010 m Feil i s 1 : 0:01217 0:010 = 0:00217 m ' 2.2 mm. 2) C: Energibevarelse: mgh = mv 2 =2, slik at v = p 2gh = 27:66 m/s = 100 km/t. 24) A: Vi nner v y som funksjon av rotert vinkel" med energibevarelse og gurbetraktning: Vertikal forytning er y = h sin, og v y = v cos. Dermed: v y = p 2gh sin cos. Maksverdi nar dv y =d = 0, eller kanskje litt enklere, nar dv 2 y=d = 0: dvy=d 2 = 2gh d sin sin cos (1 sin 2 ) = 0 d dersom = arcsin(1= p ) = 5 grader. 25) D: Amplitudereduksjon 0.0 prosent pr periode betyr at e T = 0:9997. Videre er Q =! 0 =! = 2=2T = =T. Dermed: Q = = ln 0:9997 = 10 4.

TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 Lsningsforslag Oppgave 26 { 50 Termisk fysikk 26) C: Minimalt trykk under de tre sugekoppene er p = 0. Maksimal lftekraft blir F = pr 2 = 1:01 10 5 (0:1115=2) 2 N = 157 N, som tilsvarer en masse m = F=g = 22 kg. 27) B: Alle re pastander er riktige. 28) A: Indre energi endres ikke i den isoterme utvidelsen, men ker i den adiabatiske kompresjonen. (Trykket er lavest i tilstand 2. Tilfrt varme er positiv fra 1 til 2 og null fra 2 til. Temperaturen er lavest og lik i tilstand 1 og 2. Arbeid pa gassen i den adiabatiske kompresjonen er strre enn arbeid utfrt av gassen i den isoterme utvidelsen.) 29) A: For toatomige molekyler er U=N = 5k B T=2, for enatomige er U=N = k B T=2. Forholdet blir 5= = 1:67. 0) D: 1. lov gir pakrevd arbeid W = 1:5 kj pr syklus. Dette er her kostnaden, mens nytten er 6.0 kj varme inn i stua. Da blir eektfaktoren 6:0=1:5 = 4:0. 1) E: Isoterm utvidelse fra a til b betyr at T a = T b. Isokor trykkkning fra c til a betyr temperaturkning og T c < T a. 2) A: Med reversible prosesser er S = Q=T. Her er Q ab > 0, Q bc < 0 og Q ca > 0, slik at S b > S a, S b > S c og S a > S c, og dermed S b > S a > S c. ) D: Dette er en varmekraftmaskin, med virkningsgrad W netto =Q inn. Her er W netto = W ab +W bc (hhv positivt og negativt bidrag) mens Q inn = Q ab +Q ca (begge positive, dvs varme tilfrt systemet). Q bc < 0 er avgitt spillvarme". 4) C: W = W ab + W bc = RT ln 2 p b V. I tilstand b gir tilstandsligningen p b 2V = RT, slik at p b V = RT=2. Dermed er W = RT ln 2 RT=2 = 0:19RT = 0:19 8:14 500 = 80 J. 5) D: Siden entropien er en tilstandsfunksjon, kan S beregnes ved a betrakte en isoterm utvidelse til et tre ganger sa stort volum: S = R ds = R pdv=t = nr R V V dv=v = nr ln. Tilstandsligningen gir nr = pv=t = 9:0 1:01 10 5 2:5 10 =00 = 7:60 J/K, slik at S = 8: J/K. 6) B: Q = 4 150 = 50100 J. For omgivelsene er dette avgitt varme, slik at S = Q=T = 50100=296:15 = 169 J/K. 1

7) A: Entropi er tilstandsfunksjon, sa vi kan f eks betrakte isoterm reversibel prosess, da temperaturen her er den samme R i start- og i slutt-tilstand. 2V (p 0 V 0 = nrt = (p 0 =2)(2V 0 )) Dermed: S = R 0 V 0 dv=v = R ln 2 = 5:8 J/K pr mol. 8) C: p = RT=V = 8:14 29=7:88 10 = :091 10 5 Pa =.05 atm. 9) E: p = RT=(V b) a=v 2 = 168 Pa 21002 Pa = 292681 Pa = 2:89 atm. 40) B: Parameteren b i van der Waals tilstandsligning tar hensyn til at molekylene tar litt plass, slik at tilgjengelig volum for et gitt molekyl er noe mindre enn det totale volumet V. Her har vi 1.00 mol vske, og med b = 0:1142 L/mol ma vi forvente et vskevolum som er noe strre enn dette. Men siden tilsvarende mengde i gassform opptar et volum 7.88 L, ma vi samtidig forvente et vskevolum mye mindre enn 7.88 L. Dermed gjenstar bare 0.17 L som et realistisk alternativ. 41) C: T c = (1=R)(V c b)(p c + a=v 2 c ) = (1=R) 2b 4a=27b 2 = 8a=27Rb = 8 1:041=27 8:14 0:0001142 = 407 K. 42) A: Fordampingskurven gar fra trippelpunktet 4 og ender i kritisk punkt 2. 4) E: hk trans i = (m=2)hv 2 i = (=2)RT dersom m tilsvarer molar masse. Dermed: V rms = p hv 2 i = p RT=m = p 8:14 29=0:05812 = 55 m/s. 44) B: Hver kvadratiske frihetsgrad bidrar med k B =2 til C V pr partikkel, dvs med R=2 = 4:157 J/K pr mol. Da tilsvarer 88. J/K ca 21 kvadratiske frihetsgrader. Her inngar knyttet til translasjon og knyttet til rotasjon, slik at vi star igjen med ca 15 kvadratiske vibrasjonsfrihetsgrader. 45) E: Vi setter E (l) rot = k B T og far l(l + 1) = k B T I=h 2 = 1:8 10 2 00 10 45 =(1:05 10 4 ) 2 ' 76. Da passer l = 19 best, siden 19 20 = 80. 46) D: Vi bruker damptrykk-kurven med kokepunktet (11.7 kuldegrader, 1 atm) som referanse (l = 2100 J/mol): p d (11:55) = p d (261:45) exp((l=r)(1=261:45 1=11:55)) = 1 atm exp( 12:76) = 0:29 Pa. (Her bommer vi litt pa eksperimentell verdi som er ca 0.019 Pa.) 47) D: T = 8 K, R = (0:025=0:25 1)+(0:075=0:05 1) = 0:10+2:14 = 2:24 K/W, P = T=R = 8=2:24 = :6 W. 2

48) B: Eekttap gjennom 0.14 m 2 tre, tykkelse 0.20 m: P t = j t A t = t T A t =a = 0:12 0 0:14=0:20 = 2:52 W. Eekttap gjennom 0.86 m 2 mineralull, tykkelse 0.20 m: P m = j m A m = m T A m =a = 0:05 0 0:86=0:20 = 4:52 W. Totalt eekttap gjennom 1 m 2 : 7.0 W. 49) C: P 2 =P 1 = (T 4 2 A 2=T 4 1 A 1) = 2 4 (R 2 =R 1 ) 2 = 2 4 (V 2 =V 1 ) 2= = 2 4 1=2 2= = 2 10= = 10. 50) C: = (1= T )( L=L) slik at L = L T = 10 5 260 10 50 m = 10 m.