TFY4104 Fysikk Eksamen 4. desember Løsningsforslag. 1) m = ρv = ρ 4πr 2 t = π g 24g. C

Like dokumenter
TFY4104 Fysikk Eksamen 17. august Løsningsforslag. M k = ρv = ρ 4πR 3 /3 = π /3 = 2.10kg. E) 2.10 kg

TFY4109 Fysikk Eksamen 9. august Løsningsforslag

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. desember 2015 Side 1 av 24

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.

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

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Obligatorisk numerikkøving. Innleveringsfrist: Søndag 13. november kl

6) Med gjennomsnittsfart 4.5 m/s tar det i overkant av 11 tusen sekunder å gå 50 km, dvs ca 3 timer. A

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

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

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.

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

F B L/2. d A. mg Mg F A. TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 6. Oppgave 1

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

TFY4104 Fysikk Eksamen 15. august 2017 Side 1 av 12

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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.

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november Løsningsforslag. L = V/A = m/ρπ(d/2) 2 = / π ( /2) 2 = 4.

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mg sin β, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

UNIVERSITETET I OSLO

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.

7) Newtons 2. lov for rotasjon (om fast akse): τ(t) = Iα(t). Her er τ(t) = rf(t) og α(t) = ω 2 0 exp( ω 0t), slik at F(t) = Iω 2 0 exp( ω 0t)/r.

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 1 av 22

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

r+r TFY4104 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. august 2014 Side 1 av 15

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

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

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

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende).

UNIVERSITETET I OSLO

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

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

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

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

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

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

TFY4104 Fysikk Eksamen 10. januar 2017 Side 1 av 22

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

TFY4106 Fysikk Lsningsforslag til Eksamen 2. juni 2018

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

TFY4106 Fysikk Løsningsforslag til Eksamen 9. juni ρ = m/(4πr 3 /3) = 3 130/4π = , i enheten g/cm 3. D) 1.7

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

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

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

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

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

Løsningsforslag til øving 5

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

Løsningsforslag til øving 6

Pendler, differensialligninger og resonansfenomen

Fysikkolympiaden Norsk finale 2019 Løsningsforslag

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

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 19/8 2016

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

Sykloide (et punkt på felgen ved rulling)

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

UNIVERSITETET I OSLO

FY1001/TFY4145 Mekanisk Fysikk Eksamen 9. august 2016 Side 1 av 20

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mgsinβ, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

b) Vi legger en uendelig lang, rett stav langs y-aksen. Staven har linjeladningen λ = [C/m].

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

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

6. Rotasjon. Løsning på blandede oppgaver.

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

TFY4102 Fysikk Eksamen 16. desember 2017 Foreløpig utgave Formelside 1 av 6

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

Transkript:

TFY4104 Fysikk ksamen 4. desember 2015 Løsningsforslag 1) m = ρv = ρ 4πr 2 t = 19.32 4π 100 2 10 5 g 24g. 2) a = v 2 /r = (130 1000/3600) 2 /(300/2π)m/s 2 27m/s 2. 3) ω(4) = 0.25 (1 e 0.25 4 ) = 0.25 (1 1/e) = 0.25 0.632 0.16s 1. 4) Ved r = 2.5 m er v max = ω 0 r = 0.25 2.5 = 0.625m/s 63cm/s. 5) Helt i starten er Silvias hastighet praktisk talt lik null, slik at hennes sentripetalakselerasjon kan neglisjeres. Hun har imidlertid en vinkelakselerasjon og dermed en baneakselerasjon α(t) = dω dt = ω2 0e ω 0t, a (t) = rα(t) = rω 2 0e ω 0t, som helt i starten, ved t = 0, har verdien 2.5 0.25 2 0.16 m/s 2, i fartsretningen. 6) Når maksimal vinkelhastighet ω 0 er oppnådd, har Silvia ikke lenger noen baneakselerasjon. Hun har imidlertid en sentripetalakselerasjon rettet radielt innover. a = rω 2 0 = 2.5 0.252 0.16m/s 2, 7) Newtons 2. lov for rotasjon gir som gir F(t)r = τ(t) = dl dt = I dω 0 dt = 1 2 MR2 α(t) = 1 2 MR2 ω0 2 e ω 0t, F(0) = MR2 ω 2 0 2r = 2000 4.02 0.25 2 2 2.5 N = 400N. 1

8) Omløpt vinkel er altså 2π etter tid T: 2π = φ(t) = T 0 ω(t)dt = T 0 ( ω 0 t+e ω 0t ) = ω 0 T +e ω 0T 1. Med x = ω 0 T: x = 2π +1 e x. Her kan vi gjette en verdi x 1, sette inn på høyre side, regne ut x 2, sette x 2 inn på høyre side, regne ut x 3 osv. Med andre ord: x n+1 = 2π +1 e xn. 9) Med masseløs snor og trinse er snordraget S konstant i hele snora. (Trinsen sørger bare for å endre retningen på snordraget.) Massen m i ro betyr null nettokraft på m, dvs S = mg. Massen M i ro betyr null nettokraft på M, dvs f = S = mg, der f er den statiske friksjonskraften fra bordet på M. Maksimal f er µ s N, og her er normalkraften N = Mg (ingen bevegelse av M vertikalt). ermed: mg = f µ s Mg m µ s M. 10) Med konstant hastighet v for deto massenemåfortsatt nettokraften værenull påbegge to. en kinetiske friksjonskraften fra bordet på M er f = µ k N = µ k Mg, og som i oppgave 9 er S = mg (null nettokraft på m) og f = S (null nettokraft på m). ermed er m = µ k M. 11) Her kan vi benytte energibevarelse, bare vi husker å ta hensyn til friksjonsarbeidet, eller bruke Newtons 2. lov for m og M. et er ingen stor forskjell i arbeidsmengde på de to metodene i denne oppgaven. La oss bruke energibevarelse: Hvis vi velger potensiell energi U = 0 for m 0.30 m under starthøyden h, er total energi for systemet = mgh = 0.30 9.81 0.30 J = 0.883 J. Tap av mekanisk energi pga friksjonsarbeid er W f = fh = µ k Nh = µ k Mgh = 0.40 0.40 9.81 0.30 J = 0.471 J. Kinetisk energi når m har falt 0.30 m blir dermed K = W f = 0.412 J. Siden K = (m + M)v 2 /2, blir hastigheten v = 2K/(m+M) = 2 0.412/(0.30 +0.40) m/s = 1.08 m/s 1.1 m/s. 12) n tangent til grafen x(t) i t = 5 s tilsvarer en forflytning ca 4 m i løpet av 10 s, dvs en hastighet ca 0.4 m/s. 13) Snordraget S 3 må være lik tyngden av kassa, mg. e to andre snordragene fastlegges ved å kreve at nettokraften på knutepunktet mellom de tre snorene må være lik null. et gir S 1 sin45 +S 2 sin60 = mg, S 1 cos45 S 2 cos60 = 0. Subtraksjon av ligningen til høyre fra ligningen til venstre gir ( 3 S 2 2 + 1 ) = mg S 2 = 2mg. 2 3+1 2

Og endelig S 1 = S 2 1/2 1/ 2 = Konklusjon: S 1 = 0.518mg < S 2 = 0.732mg < S 3 = mg. 2mg 3+1. 14) S 2 = 0.732 25 9.81 N = 180 N. 15) ndel mekanisk energi som har gått tapt: U K U = mgh mv2 /2 mgh = 1 v2 2gh = 1 4.0 = 1 1/9.81 = 0.90, 2 9.81 2.0 dvs 90%. 16) Steiners sats gir I = I 0 +Md 2 = 1 12 ML2 +M(L/4) 2 = 7 48 ML2 = 7 7 100 = 102kgm 2. 48 17) n figurbetraktning gir at hvert -atom har avstand 0.7 Å/sin36 = 1.19 Å til massesenteret, og at hvert H-atom dermed har avstand 2.29 Å til massesenteret. ermed: i enheten u Å 2. I 0 = 5 (12 1.19 2 +1 2.29 2 ) = 111, 18) Friksjonskraftenf hararmrmhpmoggirdermed,mednewtons 2. lov forrotasjonogrullebetingelsen α = /R, fr = I 0 α = (2MR 2 /5)(/R) = 2MR/5, dvs f = 2M/5. Newtons 2. lov gir Mgsinφ 2M/5 = M, dvs sinφ = 7/5g. Her er målt til 0.74 m/s 2, slik at φ = arcsin(7 0.74/5 9.81) = 6. 19) nergibevarelse gir mgh = mv 2 /2+MV 2 /2. Impulsbevarelse horisontalt (ingen ytre krefter horisontalt) gir mv = MV, dvs v = MV/m, som innsatt i ligningen for energibevarelse gir mgh = M 2 V 2 /2m+MV 2 /2, dvs 2mgh V = M +M 2 /m. 20) T = 2π/ω 0 = 2π L/g = 2π 0.098/9.81 2π/10 0.63s. 3

21) Svingetid for fysisk pendel er T = 2π/ω 0 = 2π I/Mgd, der I er pendelens treghetsmoment mhp en akse gjennom festepunktet, og d er avstanden fra festepunktet til pendelens massesenter. Her er d = 3R, og (med Steiners sats) I = I 0 +Md 2 = MR 2 +9MR 2 = 10MR 2. ermed: T = 2π 10R/3g. 22) Massens egenfrekvens: f 0 = ω 0 /2π = k/m/2π = 500/2π = 3.56 Hz. (Her er dempingen så svak, γ = b/2m = 0.025 s 1 ω 0 = 22.4 s 1, at den ikke påvirker egenfrekvensen.) 23) mplituden avtar eksponentielt med tiden: (t) = 0 exp( γt) = 0 exp( bt/2m), her med 0 = (0) = 50mm.tter30helesvingningerert = 30T = 60π/ω 0 = 60π m/k,slikat(30t) = 0 exp( 30πb/ mk) = 50 exp( 30π 0.010/ 0.200 100) = 50 0.81 = 40 mm. 24) Q = f 0 / f = ω 0 / ω = k/m/(b/m) = mk/b = 20/0.010 = 447. 25) Kassa begynner å gli når tyngdens komponent mg sin θ parallelt med skråplanet overstiger den maksimale statiske friksjonskraften fs max = µ s N = µ s mgcosθ. ermed er µ s = tanθ = tan35 = 0.70. 26) et er like mange elektroner og protoner, og i følge oppgaven også nøytroner, i julenissen. 1 e og 1 p og 1 n har masse 2 1.67 10 27 kg. (lektronet har til sammenligning neglisjerbar masse.) ntall elektroner i julenissen er dermed N e = 100/(2 1.67 10 27 ) = 3 10 28. 27) Molekylets dipolmoment kan betraktes som summen av to stykker, hver av dem bestående av punktladninger ±Q = ±0.03e i innbyrdes avstand 201 pm, og med en vinkel 103 i mellom: p = 2 0.03e 201 10 12 cos51.5 = 1.2 10 30 m. 28) t par av punktladninger q 1 og q 2 i innbyrdes avstand d bidrar til potensiell energi med q 1 q 2 /4πε 0 d. ermed: 2Q 2 U = 2 4πε 0 d + Q 2 4πε 0 2dsin51.5 = 3.5 10 21 J. 29) = ε r ε 0 /d = 2.4 8.85 10 12 4 10 4 /4 10 3 = 2.1 10 12 F = 2.1 pf. 30) I punktet P peker feltet fra den positivt ladde staven radielt bort fra denne, mens feltet fra den negativt ladde staven peker radielt inn mot denne. Komponentene horisontalt mot høyre overlever, og disse får vi ved å gange de to feltstyrkene med faktoren cos60 = 1/2. ermed: P = 2 λ 2πε 0 d 1 2 = 18 109 2.5 10 9 /0.50 = 90V/m. 4

31) Ladningen på 1 m av de to stavene er 2.5 n. vstanden mellom de to stavene er 0.50 m. ermed er dipolmomentet pr lengdeenhet 2.5 n/m 0.50 m = 1.25 n. 32) Vi har r V(r) V(r 0 ) = (r)dr r 0 for potensialforskjellen mellom en valgt referanseavstand r 0 (der V = 0) og avstanden r. På linjen mellom de to stavene, med den positive staven i r = 0 og den negative i r = 0.50 m, er feltstyrken slik at (r) = λ 2πε 0 r λ 2πε 0 (r 0.50), 0.10 ( ) λ 1 V(0.10) V(0.25) = 0.25 2πε 0 r 1 dr r 0.50 ( λ = ln 0.25 ) 0.40 +ln 2πε 0 0.10 0.25 λ = ln 0.40 2πε 0 0.10 = 18 10 9 2.5 10 9 ln4 = 62V 33) n sammenhengende elektrisk leder er et ekvipotensial. 34) lle fem koblet i serie gir total kapasitans 1.0 mf. 35) Kretsens totale kapasitans er = (1/5+1/5+1/(5+5+5)) 1 mf = 15 7 mf. Ladningenpåhveravdetoseriekobledeogtil sammenpådetreparallellkoblede erdermedq = V 0 = 135/7 m. enne fordeles likt på de tre parallellkoblede, altså 135/21 m = 6.4 m på hver av dem. 36) R 1 = l/σ = 40/5.95 10 7 2.5 10 6 = 0.27 Ω. 37) R(T) = R 0 (1+α(T T 0 )), slik at R R 0 R 0 = α(t T 0 ) = 0.0039 40 = 0.156 16%. 5

38) Gjennomsnittlig effekt gjennom året: P = U/t = 20000kWh/365 24h = 2.28kW. Gjennomsnittlig rms-verdi for strømmen, pr kurs: I rms = P/10V rms = 2.28 10 3 /10 220 = 1.0. 39) Q = V = 50 10 3 5.0 = 0.25. 40) Kretsens tidskonstant er R = 100 s, og 0.5 m er mindre enn 1/e av startverdien I(0) = V 0 /R = 2.5 m, så alternativ, 160 s, er åpenbart det riktige. Utregning: I(t) = I(0)e t/r t = Rln I(0) I(t) = 100s ln5 160s. 41) F = e v = ev 0 0 = 1.6 10 19 3.0 10 6 7.5 = 3.6 10 12 N = 3.6pN. 42) Sentripetalakselerasjon v 2 0 /R og Newtons 2. lov gir m pv 2 0 /R = ev 0 0, dvs R = m p v 0 /e 0 = 1.67 10 27 3.0 10 6 /1.6 10 19 7.5 = 4.2 10 3 m = 4.2mm. 43) Lik hastighet langs z-aksen som i den sirkulære banen betyr en forflytning lik sirkelbanens omkrets langs z-aksen, dvs z = 2πR = 26 mm. 44) Magnetfeltet gjør ikke arbeid på protonet, slik at kinetisk energi er uendret. 45) Omsluttet fluks er Indusert spenning: φ(t) = N (t) = Nsinωt. V(t) = dφ dt = Nωcosωt, med amplitude V 0 = Nω = 2πN/T. ermed: N = V 0 T/2π = 311 0.02/2π 0.150 20 10 4 = 3300. 46) Ligningen for Q kan skrives på formen Q+ω 2 0Q = 0, 6

med ω 0 = 1/ L. ermed er Q(t) = Q 0 cosω 0 t, og strømmen i kretsen blir I(t) = ω 0 Q 0 sinω 0 t, med amplitude I 0 = Q 0 / L = 25 10 3 /7.0 10 3 = 3.6. 47) Kirchhoffs spenningsregel gir V 0 sinωt = Q/, dvs Q(t) = V 0 sinωt, og dermed I(t) = V 0 ωcosωt, med amplitude I 0 = V 0 ω = 2πV 0 f = 2π 50 50 50 10 6 = 0.79. 48) Kirchhoffs spenningsregel gir V 0 sinωt = LdI/dt, slik at I(t) = I 0 cosωt med amplitude I 0 = V 0 /ωl = V 0 /2πfL = 50 10 3 /2π 50 50 10 6 = 3.18. 49) reiemomentet er τ = psinα = 1.7 10 4 17 10 3 sin17 = 0.84Nm. 50) et magnetiske dipolmomentet er m = I = 8.0 64 10 4 = 0.051 m 2. a er dreiemomentet τ = msinα = 0.051 8.0 10 3 sin8 = 5.7 10 5 = 57µNm. 7