Eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Fredag 24. mai :00 13:00

Like dokumenter
Løsningsforslag til eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Fredag 24. mai 2013

Eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Lørdag 19. mai :00 13:00

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 6. august 2003

Eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Lørdag 11. august :00 13:00

Eksamen i FY3466 KVANTEFELTTEORI II Tirsdag 20. mai :00 13:00

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

Eksamen TFY 4240: Elektromagnetisk teori

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i TFY4205 Kvantemekanikk Mandag 8. august :00 13:00

Eksamen i fag RELATIVISTISK KVANTEMEKANIKK Fredag 26. mai 2000 Tid: 09:00 14:00

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Onsdag 21. desember, :00 19:00

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Konstanter og formelsamling for kurset finner du bakerst Merk: Figurene til oppgavene er ofte på en annen side enn selve oppgaven

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Slope-Intercept Formula

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsforslag til eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Torsdag 8. august 2013

Løsningsforslag til eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni 2006

( 6z + 3z 2 ) dz = = 4. (xi + zj) 3 i + 2 ) 3 x x 4 9 y. 3 (6 2y) (6 2y)2 4 y(6 2y)

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Konstanter og formelsamling for kurset finner du bakerst Merk: Figurene til oppgavene er ofte på en annen side enn selve oppgaven

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002/MNFFY101 GENERELL FYSIKK II Lørdag 6. desember 2003 kl Bokmål

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

c) etingelsen fo at det elektiske feltet E e otasjonsinvaiant om x-aksen e, med E og ee som denet ovenfo, at e E = E. Dette skal gjelde fo en vilkalig

Solutions to selected problems from Exercise 5

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Exam in FY3464 QUANTUM FIELD THEORY I Friday november 30th, :00 13:00

Bokmål / Nynorsk / English NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK. Eksamen TFY4185 Måleteknikk

Eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni :00 13:00

Betinget bevegelse

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

Kap. 4+5 Rotasjon av stive legemer. L = r m v. L = mr 2 ω = I ω. ri 2 ω = I ω. L = r m v sin Φ = r 0 mv. L = r m v = 0

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKALSK ELEKTRONIKK

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Newtons lover i to og tre dimensjoner

Fysikkolympiaden 1. runde 25. oktober 5. november 2004

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Mandag E = V. y ŷ + V ẑ (kartesiske koordinater) r sin θ φ ˆφ (kulekoordinater)

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

Forelesning 9/ ved Karsten Trulsen

Bokmål / Nynorsk / English NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK. Eksamen TFY4185 Måleteknikk

Eksamen i Klassisk feltteori, fag TFY 4270 Onsdag 26. mai 2004 Løsninger

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMEN i. MA-132 Geometri. Torsdag 3. desember 2009 kl Tillatte hjelpemidler: Alle trykte og skrevne hjelpemidler. Kalkulator.

Midtsemesterprøve onsdag 7. mars 2007 kl

Stationary Phase Monte Carlo Methods

Oppgave. føden)? i tråd med

Graphs similar to strongly regular graphs

Siste seminar: Foreslåtte oppgaver basert på ønsker.

Kap. 13. Gravitasjon. Kap. 13. Gravitasjonen. Gravitasjon/solsystemet. Litt historie: Kap 13grav

MA2501 Numerical methods

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

Smart High-Side Power Switch BTS730

Eksamen i fag FY2450 Astrofysikk Lørdag 21. mai 2011 Tid:

Second Order ODE's (2P) Young Won Lim 7/1/14

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Fredag 29. mai 2009

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

ECON3120/4120 Mathematics 2, spring 2004 Problem solutions for the seminar on 5 May Old exam problems

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Lørdag 26. mai 2001


Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

Transkript:

NTNU Side 1 av 2 Institutt fo fysikk Faglig kontakt unde eksamen: Pofesso Kåe Olaussen Telefon: 45 43 71 70 Eksamen i FY3452 GRAVITASJON OG KOSMOLOGI Fedag 24. mai 2013 09:00 13:00 Tillatte hjelpemidle: Altenativ C Standad kalkulato (ifølge NTNU s liste. K. Rottman: Matematisk fomelsamling (alle spåkutgave. Banett & Conin: Mathematical Fomulae Thee is also an english vesion of this exam set. Dette oppgavesettet e på 2 side. Oppgave 1. Bevegelse utenfo et oteende legeme Til laveste ikke-tivielle oden i M / e linjeelementet utenfo et oteende legeme med masse M og deieimpuls J av fomen ( c 2 dτ 2 = He e 1 M c 2 dt 2 2 ( M + 2K J 2 sin2 θ c dt dφ 1 + M d 2 2 ( dθ 2 + sin 2 θ dφ 2. (1 M = 2G NM J c 2, K J =, (2 Mc M de G N e Newton s gavitasjonskonstant. Bevegelsen til en punktpatikkel utenfo dette legemet e bestemt av Lagangefunksjonen L = 1 2 g µνẋ µ ẋ ν, (3 via Hamiltons pinsipp. He bety deivasjon med hensyn til egentid τ. Du kan velge å buke enhete de c = 1. a Lagangefunksjonen L avhenge ikke eksplisitt av t. Hvilken konsevet støelse gi dette opphav til? b Lagangefunksjonen L avhenge ikke eksplisitt av φ. Hvilken konsevet støelse gi dette opphav til? c Lagangefunksjonen L avhenge ikke eksplisitt av τ. Hvilken konsevet støelse gi dette opphav til? d Anta at θ = 1 2 π, θ = 0, dvs. bevegelse i ekvatoplanet, e en løsning av bevegelsesligningene. Sett defo sin 2 θ = 1, θ = 0, og finn bevegelsesligningen fo (τ.

Eksamen i FY3452 Gavitasjon og kosmologi, 24.05.2013 Side 2 av 2 Oppgave 2. Estimat av støelsesoden Buk din geneelle kunnskap om fysiske fenomene og fysiske sammenhenge til å anslå støelsene nedenfo. Fokla hvodan du kom fam til anslagene. a Paameteen M /, de M e massen til joda og e jodas adius. b Paameteen M /, de M e massen til sola og e solas adius. c Paameteen K J = J M c d Paameteen K J = J M c fo joda, de J e deieimpulsen til joda. fo sola, de J e deieimpulsen til sola. Oppgave 3. Einstein s gavitasjonsteoi til laveste oden I denne oppgaven skal du se litt på Einstein gavitasjonsteoi til føste oden i avviket fa flatt om. Dvs. at vi skive linjeelementet på fomen c 2 dτ 2 = {η µν + ε h µν (x} dx µ dx ν, (4 de η µν = diag (1, 1, 1, 1, og bae egne til føste oden i paameteen ε. Dette e tilstekkelig til å elativt enkelt kunne finne linjeelemente som f.eks. det i ligning (1. a Anta at vi gjø en (liten tansfomasjon av koodinate, x µ = x µ + ε Λ µ ( x, (5 og egn ut den tilhøende tansfomasjonen, h µν (x h µν ( x. (6 b Vis at det e mulig å velge Λ µ ( x slik at V ν ( h µ ( h µ ν 1 2 δµ h ν λ λ = 0. (7 I det følgende kan du anta at denne betingelsen alleede e oppfylt fo h µν, dvs. at V ν (h = 0. c Bestem konneksjonskoeffisientene Γ µ νλ til føste oden i ε. d Vis at Riemann-tensoen kan uttykkes på fomen R µνλσ = 1 ( hµσ,νλ + h 2 νλ,µσ h νσµλ h µλ,νσ ε + O(ε 2. (8 e Hve av de fie indeksene til R µνλσ kan ta fie vedie (0, 1, 2, 3. Hvo mange uavhengige komponente ha R µνλσ fo en geneell symmetisk h µν? f Beegn Ricci-tensoen R µν = R λ µλν. Buk betingelsen V ν(h = 0 til å foenkle uttykket. Beegn Einstein-tensoen G µν = R µν η µν R λ λ unde den samme betingelsen.

Some expessions which may be of use Eule-Lagange equations The Eule-Lagange equations fo a field theoy descibed by the Lagangian L = L(ϕ a, µ ϕ a, x ae ( L µ = L. (9 ( µ ϕ a ϕ a The coesponding equations fo point paticle mechanics is obtained by esticting µ to only a time deivative d/dt. Nöthe s theoem Assume the action is invaiant unde the continuous tansfomations ϕ a ϕ a + ε δϕ a + O(ε 2, moe pecisely that L L + ε µ Λ µ + O(ɛ 2 unde this tansfomation. Then thee is an associated conseved cuent, J µ = L ( µ ϕ a δϕ a Λ µ. (10 I.e., µ J µ = 0. The coesponding expession fo point paticle mechanics is obtained by esticting µ to only a time deivative d/dt.

NTNU Page 1 of 2 Institutt fo fysikk Contact duing the exam: Pofesso Kåe Olaussen Telephone: 45 43 71 70 Exam in FY3452 GRAVITATION AND COSMOLOGY Fiday May 24, 2013 09:00 13:00 Allowed help: Altenativ C Standad calculato (accoding to list by NTNU. K. Rottman: Matematisk fomelsamling (all language editions. Banett & Conin: Mathematical Fomulae Det e også en nosk vesjon av dette eksamenssettet. This poblemset consists of 2 pages. Poblem 1. Motion outside a otating body The line element outside a otating body with mass M and angula momentum J is to lowest non-tivial ode in M / of the fom ( c 2 dτ 2 = Hee 1 M c 2 dt 2 2 ( M + 2K J 2 sin2 θ c dt dφ 1 + M d 2 2 ( dθ 2 + sin 2 θ dφ 2. (1 M = 2G NM J c 2, K J =, (2 Mc M whee G N is the Newton constant of gavity. The motion of a point paticle outside this body is govened by the Lagange function, L = 1 2 g µνẋ µ ẋ ν, (3 though Hamilton s pinciple. Hee means diffeentiation with espect to eigentime τ. You may choose to use units whee c = 1. a The Lagange function L does not depend explicitly on t. Which conseved quantity does this give ise to? b The Lagange function L does not depend explicitly on φ. Which conseved quantity does this give ise to? c The Lagange function L does not depend explicitly on τ. Which conseved quantity does this give ise to? d Assume that θ = 1 2 π, θ = 0, i.e. motion in the equatoial plane, is a solution of the equations of motion. Thus set sin 2 θ = 1, θ = 0, and find the equation of motion fo (τ.

Exam in FY3452 Gavitation og cosmology, 24.05.2013 Page 2 of 2 Poblem 2. Estimating odes of magnitude Use you geneal knowledge of physical phenomena and physical elations to estimate the quantities below. Explain how you aive at the estimates. a The paamete M /, whee M is the mass of the eath, and is the adius of the eath. b The paamete M /, whee M is the mass of the sun, and is the adius of the sun. c The paamete K J = J M c d The paamete K J = J M c Poblem 3. Einstein gavity to lowest ode fo the eath, whee J is the angula momentum of the eath. fo the sun, whee J is the angula momentum of the sun. In this poblem you shall investigate the Einstein theoy of gavity to fist ode in the deviation fom flat space. I.e., we wite the line element in the fom c 2 dτ 2 = {η µν + ε h µν (x} dx µ dx ν, (4 whee η µν = diag (1, 1, 1, 1, and calculate only to fist ode in the paamete ε. This is sufficient to elatively easy be able to detemine line elements like f.i. the one in equation (1. a Assume we make a (small tansfomation of coodinates, and calculate the coesponding tansfomation, x µ = x µ + ε Λ µ ( x, (5 h µν (x h µν ( x. (6 b Show that it is possible to choose Λ µ ( x such that V ν ( h µ ( h µ ν 1 2 δµ h ν λ λ = 0. (7 In the following you may assume that this condition is aleady fulfilled fo h µν, i.e. that V ν (h = 0. c Detemine the connection coefficients Γ µ νλ to fist ode in ε. d Show that the Riemann tenso can be expessed in the fom R µνλσ = 1 2 ( hµσ,νλ + h νλ,µσ h νσµλ h µλ,νσ ε + O(ε 2. (8 e Each of the fou indices of R µνλσ may take fou values (0, 1, 2, 3. How many independent components does R µνλσ have fo a geneal symmetic h µν? f Calculate the Ricci tenso R µν = R λ µλν. Use the condition V ν(h = 0 to simplify the expession. Calculate the Einstein tenso G µν = R µν η µν R λ λ unde the same condition.

Some expessions which may be of use Eule-Lagange equations The Eule-Lagange equations fo a field theoy descibed by the Lagangian L = L(ϕ a, µ ϕ a, x ae ( L µ = L. (9 ( µ ϕ a ϕ a The coesponding equations fo point paticle mechanics is obtained by esticting µ to only a time deivative d/dt. Nöthe s theoem Assume the action is invaiant unde the continuous tansfomations ϕ a ϕ a + ε δϕ a + O(ε 2, moe pecisely that L L + ε µ Λ µ + O(ɛ 2 unde this tansfomation. Then thee is an associated conseved cuent, J µ = L ( µ ϕ a δϕ a Λ µ. (10 I.e., µ J µ = 0. The coesponding expession fo point paticle mechanics is obtained by esticting µ to only a time deivative d/dt.