TFY4105 Fysikk for Bygg

Like dokumenter
EKSAMEN I FAG SIF4002 FYSIKK LØSNINGSKISSE. Mandag 5. mai 2003 Tid: Sensur uke 23.

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

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 19/3 2018

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

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

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

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

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNE SIF4002 FYSIKK LØSNINGSSKISSE. Lørdag 10. august 2002 Tid: Sensur uke 36.

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 9.

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

Eksamen i fag SIF 4002 FYSIKK mandag 3. mai 2001 Løsningsskisse

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

a) Hva var satellittens gjennomsnittlige fart? Gi svaret i m/s. Begrunn svaret.

1. Førstesida (denne sida) som skal leveres inn som svar på flervalgsspørsmålene.

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Løsningsforslag: Kontinuasjonseksamen TFY4115, august 2008

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

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

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.

Løsningsforslag til øving 6

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

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

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

FYSIKK-OLYMPIADEN

UNIVERSITETET I OSLO

Laboratorium NA6011 Varmepumpe November 2016

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

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

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

TFY4109 Fysikk Eksamen 9. august Løsningsforslag

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

1. Førstesida (denne sida) som skal leveres inn som svar på flervalgsspørsmålene.

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

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

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

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

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

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

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

1) Hva blir akselerasjonen (i absoluttverdi) til en kloss som glir oppover et friksjonsfritt skråplan med helningsvinkel

UNIVERSITETET I OSLO

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 2/2 2012

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

Løsningsforslag til øving 1

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

Arbeid og energi. Energibevaring.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TFY4105 FYSIKK for studenter ved Linje for bygg- og miljøteknikk

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

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG SIF4002 FYSIKK. Mandag 5. mai 2003 Tid: Sensur uke 23.

Eksamensoppgave i TFY4115 FYSIKK

FY1002/TFY4160 Bølgefysikk. Løsningsforslag til Midtsemesterprøve fredag 15. oktober 2010 kl Oppgavene og et kortfattet løsningsforslag:

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

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

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

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

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

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl

Eksamensoppgave i TFY4115 FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

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

Midtveis hjemmeeksamen. Fys Brukerkurs i fysikk Høsten 2018

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

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK Eksamensdato: Torsdag 16. desember 2010 Eksamenstid: 09:00-13:00

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

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

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.

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

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

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

Transkript:

Institutt for fysikk 2004 TFY4105 Fysikk for Bygg Løsningsforslag eksamen 13 mai 2004 Oppgave 1 Flervalgsspørsmål Spørsmål: a b c d e f g h i j k l Rett svar: D C B A C D E A A B X C Detaljer om spørsmålene: a) Bevegelsesmengden er bevart, ikke energien b) Sentripetalkraft F = m v 2 /r c) Ifølge Newtons 2 lov for rotasjon: Dreiemoment τ (= F r) =I dω dt Løser herfra I d) Parallellakseteoremet: I = I cm + M R 2 Da er treghetsmomentet, I cm om tyngdepunktet alltid minst Og her er R 1 = R 2 = R e) Støt mellom to roterende skiver Dreieimpulsen (spinnet),l tot, er bevart i alle støt Dermed halveres vinkelhastigheten etter støtet Total kinetisk energi etter blir W etter = 1 2 (2I)(ω/2)2 = 1 2 1 2 Iω2 = 1 2 W k,tot,før f) Ved bruk av oppdriftsloven finner man y/h = ρ tre /ρ vann som løser problemet g) Kin energi W k = 1 2 mv2 og alltid positiv Når utsvinget er null er hastigheten maksimal, og derfor også kinetisk energi maksimal ved t =0 h) Fra grafen leses bølgelengde λ = 8 m og dermed frekvensen T = λ/v =2s 1 Amplituden er 2 m Bølgen y(x, t) =y 0 sin(2πx/λ 2πt/T ) er da representert med A) i) Netto utstråling: P = P ut P inn = A e (σt 4 σt 4 omg) Areal og emissivitet e har ikke noe å bety for relativ endring P 2 /P 1 =(T 4 2 T 4 omg)/(t 4 1 T 4 omg) Temperaturer i kelvin j) Med utvidelse i tre retninger er volumutvidelseskoeffisienten tre ganger den lineære k) Denne oppgave ble tatt ut under eksamen da ordet isentalpisk kun var introdusert i parallellklassen E er feil, fordampingen krever varme som tas fra omgivelsene l) Samme varmestrøm gjennom alle lag: j = λ 1 T 1 /l = λ 2 T 2 /l = λ 3 T 3 /l Her er tykkelsen l lik for alle lag Når λ er liten (god varmeisolator) er T stor Oppgave 2 Friksjon a) Friksjonskraft ved bevegelse virker motsatt retning av bevegelsen og er proporsjonal med normalkrafta F mot underlaget med proporsjonalitetskonstant den kinetiske friksjonskoeffisienten µ k : F f = µ k F Normalkrafta er F = mg cos θ, dermed får vi F f = µ k mg cos θ 1

b) La høyden ved start være h 0 og høyden ved friksjonsskillet være h 1 (se figur) Energi før = energi etter + friksjonsarbeid mgh 0 = mgh 1 + 1 2 mv2 1 + F f l 1 mgh 0 = mgh 1 + 1 2 mv2 1 + µ k1 mg cos θ l 1 Her er h 0 h 1 = sin θ l 1,ogm kan forkortes slik at v 1 kan løses m l 1 µ k1 l2 h 0 h 1 µ k2 h 2 θ c) Her også lurt å bruke energianalyse Klossen glir en avstand l 2 inn i høyfriksjonsdelen før den stopper med v 2 = 0, og har da høyde h 2 med h 1 h 2 = sin θ l 2 Energi ved h 1 = energi ved h 2 + friksjonsarbeid mgh 1 + 1 2 mv2 1 = mgh 2 + 1 2 mv2 2 + F f l 2 mg(h 1 h 2 )+ 1 2 mv2 1 = µ k2 mg cos θ l 2 µ k2 mg cos θ l 2 mg sin θ l 2 = 1 2 mv2 1 l 2 = v 2 1 (2g) (µ k2 cos θ sin θ) l 2 = 20, 894 m 2 /s 2 19, 6m/s 2 (0, 95 0, 7660 0, 6428) l 2 = 12, 56 m = 13 m d) Det er kun akselerasjon langs skråplanet Enklest å finne summen av krefter langs skråplanet og bruke Newtons 2 lov (Her trenger vi ikke bruke svaret i c) ΣF = F F f = mg sin θ µ k mg cos θ a 2 = ΣF/m = g (sin θ µ k cos θ) =9, 8m/s 2 (0, 6428 0, 95 0, 7660) = 0, 83 m/s 2 Alternativt: Når akselerasjonen er konstant kan den beregnes fra a =(v 2 v 1 )/t = v 1 /t Tida kan feks finnes fra at midlere fart er v = l 2 /t, og v = 1 2 (v 1 + v 2 )= 1 2 (v 1 + 0), som gir t =2l 2 /v 1 a = v 1 2l 2 (4, 6m/s)2 v 1 = 2 12, 56 m = 0, 84 m/s2 a) Tre parametre inngår i problemet: m, l og g Svingetida τ må derfor kunne skrivs som [τ]=[m α l β g γ ] (1) [s] = [kg α m β (N/kg) γ ]=[(Ns 2 /m) α m β (N/(Ns 2 /m)) γ ] = [ N α s 2α m β mγ m α s 2γ ]=[(Nm)α m β α+γ s 2α 2γ ] (2) For at enheten skal være de samme på begger sider av likinga må man han at α = 0 β α + γ = 0 1 = 2(α γ) som gir at α =0,γ = 1/2 ogβ =1/2, dvs 2

τ l g Oppgave 3 Svingninger og bølger a) Fjærstivheten k er definert ved Hookes lov: F = k y, der y er utstrekket som krafta F har forårsaka Utstrekket er her 18,0 m-10,0 m = 8,0 m, slik at k = F 80 kg 9, 8m/s2 y = =98N/m 8, 0m b) Newtons 2 lov: ΣF = ma = mÿ Når y er forskyvningen i forhold til likevektsstillinga blir ΣF = ky (tyngdekrafta kommer ikke inn når vi ser på forskyvningen fra likevektsstillinga) Dermed: k mÿ + ky =0 ÿ + ω0y 2 =0, med ω 0 = m = 98 N/m 80 kg =1, 11 s 1 Og dermed f 0 = ω 0 /(2π) =0, 176 Hz og T 0 =1/f 0 =5, 7s c) Bølgefarta fra formelark, med masse per lengdeenhet µ = m s /L =5, 00 kg/18, 0 m (må bruke aktuell strikklengde): F mg L v = µ = 80 kg 9, 8m/s = 2 18, 0m =53, 1m/s=53m/s m s 5, 00 kg d) For stående bølge med 2 harmoniske svingning er det to buker på strikklengden, dvs bølgelengden λ = L =18, 0m Da er frekvensen f = v 53, 1m/s = λ 18, 0m =2, 95 s 1 =3, 0Hz (eller vinkelfrekvens ω =2πf =19s 1 ) e) Ved å bruke kjerneregelen finner vi følgende deriverte av y = f(x ± vt), antatt v er en konstant: Dette gir innsatt i bølgelikninga: som altså stemmer y t = f (x ± vt) (±v) y x = f (x ± vt) Parameter v er forplantingshastigheten til bølga t 2 = f (x ± vt) (±v) 2 x 2 = f (x ± vt) t 2 v2 2 y x 2 =0 v2 f (x ± vt) v 2 f (x ± vt) =0, Oppgave 4 Termisk fysikk a) Termodynamikkens første hovedsetning sier at Tilført varmeenergi () = Økninga i indre (potensiell og kinetisk) energi ( U) + Abeid utført av systemet på omgivelsene (W ), dvs termodynamikkens første hovedsetning er ei energikonserveringslikning b) Termodynamikkens andre hovedsetning har mange alternative formuleringer som feks Det er umulig å flytte varme fra et kaldt til et varmt reservoar uten å utføre arbeid Det er umulig å transformere varme til arbeid uten å tape spillvarme Det er umulig å lage en kretsprosess som er mer effektiv enn Carnotprosessen Perpetuum mobile av 2 art ( skape energi fra ingenting ) er umulig 3

c) Skjematisk et typisk kjøleanlegg, med amoniakk (NH 3 ) som kjølefluid ( 20 o C) kompressor (kondensering) 30 o C 12 atm dyse/ekspansjonsventil (fordamping) 25 o C 102 atm Enkelt NH 3 -anlegg Virkemåten er i hovedsak som følger: NH 3 (amoniakk) sirkulerer i lukket rørsystem Rørspiraler brukes som varmevekslere Gass-væske likevekt både på høytemperatursida (T H,p H ) og lavetemperatursida (T L,p L ) I kondensatorspiralen avgis fordampningsvarme, og damp går over til væske I dysa ekspanderer væske/damp adiabatisk, og kjøles ved avgivelse av fordampingsvarme fra væska I kjølespiralen opptas varme fra omgivelsene (fryserommet), og fordamper mer av væska og så komprimeres dampen (adiabatisk) i kompressoren, og vandrer tilbake til kondensatorspiralen, hvor opptatt varmemengde dyttes ut i omgivelsene Det er i prinsippet ikke noen forskjell på et kjøleanlegg og ei varmepumpe, bort sett fra at man i et kjøleanlegg legger den ønskede aktiviteten til kjølesida mens man for ei varmepumpe legger de ønskede aktiviteten på varmesida d) PV-diagram for varmepumpe p p 2 ut (neg) 3 2 W p 1 4 1 inn (pos) V 4 V 1 V Tilført arbeid er lik areale av den lukkede kretsprossen i pv-diagrammet, over merket med W e) Frysing av is Når vann fryser til is, frigøres varme (smeltevarmen) som må føres bort Varmestrømmen bort fra frysesonen bestemmes tykkelesen til den isen som alt er dannet, og temperaturdifferanse mellom overflatene til isen som grenser henholdsvis mot lufta (feks -10 grader Celsius) og frysesonen (0 grader Celcius) 4

For et hvert tidspunkt undre frysinga av isen har man oppfylt at Varmestrømmen per flate-enhet (W/m 2 ) gjennom isen fra frysesonen til grenseflata mot lufta = Frigjort smeltevarme ( s (Nm=Ws) per flate og tidsenhet Det er denne konserveringslikninga som ved innsetting av bokstavuttrykk, gir den differensiallikninga som i forelesingsnotatene er brukt til å beregne istykkelse som funksjon av tida 5