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

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

TFY4109 Fysikk Eksamen 9. august Løsningsforslag

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

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

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.

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

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

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.

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

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

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

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

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

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

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 15. august 2017 Side 1 av 12

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

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.

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

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

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.

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

r+r TFY4104 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. desember 2015 Side 1 av 24

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. august 2014 Side 1 av 15

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 1 av 22

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

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.

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 10. januar 2017 Side 1 av 22

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

TFY4106 Fysikk Lsningsforslag til Eksamen 2. juni 2018

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

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

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

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

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

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

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

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

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

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

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

Løsningsforslag til MEF1000 Material og energi - Kapittel 2 Høsten 2006

Overflateladningstetthet på metalloverflate

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

TFY4104 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

Løsningsforslag til øving 5

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2019 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

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.

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

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

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

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

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

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

Løsningsforslag til øving 5

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

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

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

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 10. januar 2017: Løsningsforslag

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

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

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Sykloide (et punkt på felgen ved rulling)

Kap Rotasjon av stive legemer

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

TFY4106_M2_V2019 1/6

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

Transkript:

TFY4104 Fysikk ksamen 17. august 2016 Løsningsforslag 1) M k = ρv = ρ 4πR 3 /3 = 7850 4π 0.0400 3 /3 = 2.10kg. ) 2.10 kg 2) Med indre radius r og ytre radius R er kuleskallets masse dvs M = ρ 4 3 π ( R 3 r 3), r = ( R 3 3M ) 1/3, 4πρ som med R = 0.0400 m, ρ = 7850 kg/m 3 og M = 0.800 kg gir r = 34.1 mm. Kuleskallets tykkelse er følgelig t = R r = 40.0 34.1 = 5.9 mm. ) 5.9 mm 3) Her er mekanisk energi bevart: ) 9.40 m/s Mgy = 1 2 Mv2 v = 2gy = 2 9.81 4.50 9.40m/s. 4) Kula har oppnådd terminalhastighet når friksjonskraften akkurat balanserer tyngdekraften: v 2 t = Mg. ermed: = Mg/v 2 t = 0.800 9.81/69.6 2 = 1.62 10 3 kg/m, dvs = 1.62 g/m. ) 1.62 g/m 5) Newtons 2. lov, F = dp/dt, gir at kulas impuls umiddelbart etter fullført støt blir (med støtvarighet T = 0.005 s) P 0 = F T = 140 0.005 = 0.70 kg m/s. Kulas hastighet umiddelbart etter fullført støt er dermed V 0 = P 0 /m = 0.70/0.130 = 5.4 m/s. ) 5.4 m/s 6) Newtons 2. lov for rotasjon om fast akse (gjennom kulas massesenter), τ = I 0 dω/dt, gir ω 0 = τt/i 0 = FyT/(2mr 2 /5) = 140 6.0 10 3 0.005/(2 0.130 26.25 2 10 6 /5) = 117 rad/s. C) 117 rad/s 1

7) tter fullført støt er det den kinetiske friksjonskraften fra bordet på kula som sørger for å gi kula en vinkelakselerasjon: med enhet rad/s 2. ) 374 rad/s 2 α = ω = τ f /I 0 = µ k mgr/(2mr 2 /5) = 5µ k g/2r = 5 0.40 9.81/2 26.25 10 3 = 374, 8) Hvis tyngdens komponent nedover langs skråplanet, mg sin β, overstiger den maksimale statiske friksjonskraften µ s N = µ s mgcosβ, vil klossen gli. Maksimal vinkel β er derfor gitt ved mgsinβ = µ s mgcosβ, dvs β = arctanµ s = arctan0.45 = 24.2. Normalkraften er nå N = mgcos24.2 = 3.1 N. (Hvis resultatet hadde blitt større enn 45 grader, ville klossen ha veltet ved β = 45. Men det skjer ikke her.) C) 3.1 N 9) N2 gir mgsinβ µ k mgcosβ = ma, dvs a = g(sinβ µ k cosβ), som med β = 30 og µ k = 0.35 gir a = 1.9 m/s 2. ) 1.9 m/s 2 10) Snora er stram, og snordraget S virker nedover langs skråplanet på den øverste klossen og oppover langs skråplanet på den nederste klossen. Newtons 2. lov (evt 1. lov) langs skråplanet gir dermed de to ligningene S +mgsinβ µ k mgcosβ = ma = 0 S +mgsinβ = ma = 0 vs 2mgsinβ = µ k mgcosβ, dvs β = arctanµ k /2 = arctan0.175 = 10. ) 10 11) a = v 2 /r. Her er v = 65000/3600 = 18.06 m/s og r = 300/2π = 47.75 m, slik at a = 18.06 2 /47.75 = 6.8 m/s 2. ) 6.8 m/s 2 12) Gjennomsnittsfarten ser ut til å ha vært omtrent 5 m/s; dermed ca 45 m. ) ca 45 m 13) Kassa henger i ro, så snordraget i den vertikale snora må være lik mg, tyngden av kassa. N1 anvendt på knutepunktet der de tre snorene møtes tilsier at S må ha vertikalkomponent lik mg/2, med andre ord Ssin9 = mg/2, som gir S = mg/2sin9 = 1.5 9.81/2 0.156 = 47 N. ) S = 47 N 14) W f = fl = µ k Mgcosθ L = 188 J. 2

C) 188 J 15) S(φ+4π)/S(φ) = exp(4πµ) 20, dvs en økning i S på ca 1900%. ) 1900% 16) Stanga: I = I 0 +Md 2 = M (4R) 2 /12+M (4R/2) 2 = MR 2 (16/12+4) = 64MR 2 /12 = 320MR 2 /60. Kula: I = I 0 +Md 2 = 2MR 2 /5+M (5R) 2 = MR 2 (2/5+25) = 127MR 2 /5 = 1524MR 2 /60. Totalt: ) I 31MR 2 I = 1844MR 2 /60 31MR 2. 17) Steiners sats gir ( I 1 = 4 2MR 2 /3+M(5R/2) 2) = 83MR 2 /3. C) I 1 83MR 2 /3 18) Steiners sats gir C) I 1 83MR 2 /3 I 2 = 4 2MR 2 /3+2 M( 50R/2) 2 = 83MR 2 /3. 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. ) V = 2mgh/(M +M 2 /m) 20) For fysisk pendel er ω = Mgd/I, med I lik treghetsmomentet mhp akslingen og d lik avstanden fra CM til akslingen, her d = L/2 = 19 cm. Steiners sats gir I = ML 2 /12 + ML 2 /4 = ML 2 /3, slik at ω = (MgL/2)/(ML 2 /3) = 3g/2L. Svingetiden er dermed T = 2π/ω = 2π 2L/3g = 2π 2 0.38/3 9.81 = 1.0s. ) 1.0 s 21) f = g/l/2π = 9.81/25/2π = 0.1Hz. ) f = 0.1 Hz 3

22) Kula har maksimal hastighet hver gang den passerer likevektsposisjonen, med loddrett snor. a er også snordraget maksimalt, og bestemt av N2, med a = v 2 /L: S Mg = Mv 2 /L, dvs S = M(g + v 2 /L) = 40 (9.81+0.63 2 /25) = 393 N. ) 393 N 23) Her er det snakk om en liten vinkel, slik at θ 0 tanθ 0 sinθ 0 = 1/25 = 0.04. ) 0.04 24) mplituden for en fri, dempet svingning avtar eksponentielt med tiden, og vi skal finne tiden τ som det tar før amplituden er redusert til en femtedel: ette er ca 6 timer. ) ca 6 exp( γτ) = 1/5 τ = (ln5)/γ = (ln5)/(b/2m) = (ln5)/(0.0060/80) = 21459 s. 25) ρ = M/V = M/(4πR 3 /3) = 40/(4π 0.001/3) 9.5 10 3 kg/m 3. C) 9.5 10 3 kg/m 3 26) et er like mange nøytroner og protoner i kjøttstykket. 1 p og 1 n har til sammen masse 2 1.67 10 27 kg. (lektronet har til sammenligning neglisjerbar masse.) ntall protoner er dermed N p = 0.200/(2 1.67 10 27 ) = 6 10 25. 27) Molekylets dipolmoment kan betraktes som summen av to stykker, hver av dem bestående av punktladninger ±Q = ±0.03e i innbyrdes avstand 2.01 Å, og med en vinkel 103 i mellom: p = 2 0.03e 2.01 cos51.5 = 0.075e. 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 = 3.467 10 21 J. ivisjon med 1.6 10 19 for omregning fra J til ev gir U = 0.022 ev. C 29) C = ε r ε 0 /d = 2.4 8.85 10 12 9 10 4 /2 10 3 = 9.6 10 12 F = 9.6 pf. 4

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: eller ca 0.17 MV/m. P = 2 2πε 0 d 1 2 = 18 109 4.7 10 6 /0.50 = 169200V/m, 31) Ladningen på 1 m av de to stavene er 4.7 µc. vstanden mellom de to stavene er 0.50 m. ermed er dipolmomentet pr lengdeenhet 4.7 µc/m 0.50 m = 2.35 µc. 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 (r) = 2πε 0 r 2πε 0 (r 0.50), slik at 0.10 V(0.10) V(0.25) = ( 1 r 1 ) dr 0.25 2πε 0 r 0.50 ( = ln 0.25 ) 0.40 +ln 2πε 0 0.10 0.25 = ln 0.40 2πε 0 0.10 = 18 10 9 4.7 10 6 ln4 = 0.12MV 33) n sammenhengende elektrisk leder er et ekvipotensial. 34) lle fem koblet i parallell gir total kapasitans 12 nf. 35) Kretsens totale kapasitans er C = (1/5+1/5+1/(5+5+5)) 1 µf = 15 7 µf. Ladningenpåhveravdetoseriekobledeogtil sammenpådetreparallellkoblede erdermedq = CV 0 = 135/7 µc 19 µc. C 5

36) R 1 = l/σ = 30/5.95 10 7 2.5 10 6 = 0.20 Ω. 37) R(T) = R 0 (1+α(T T 0 )), slik at R R 0 R 0 = α(t T 0 ) = 0.0039 20 = 0.0078 8%. 38) Gjennomsnittlig effekt gjennom året: P = U/t = 25000kWh/365 24h = 2.85kW. Gjennomsnittlig rms-verdi for strømmen, pr kurs: I rms = P/15V rms = 2.85 10 3 /15 220 = 0.86. 39) Q = CV = 70 10 6 5000C = 0.35C. 40) Kretsens tidskonstant er RC = 140 s, og 0.5 m er mindre enn 1/e av startverdien I(0) = V 0 /R = 2.5 m, så alternativ, 225 s, er åpenbart det riktige. Utregning: I(t) = I(0)e t/rc t = RCln I(0) I(t) = 140s ln5 225s. 41) F = e v = ev 0 0 = 1.6 10 19 4.0 10 6 80 10 3 = 5.1 10 14 N. 42) Sentripetalakselerasjon v 2 0 /R og Newtons 2. lov gir m ev 2 0 /R = ev 0 0, dvs R = m e v 0 /e 0 = 9.11 10 31 4.0 10 6 /1.6 10 19 80 10 3 = 2.8 10 4 m 0.3mm. 43) Konstant hastighet langs z-aksen betyr en forflytning lik z = v z t = 4.0 10 6 3.4 10 6 = 13.6 m. 44) Magnetfeltet gjør ikke arbeid på elektronet, slik at kinetisk energi er uendret. 45) Omsluttet fluks er Indusert spenning: φ(t) = N (t) = Nsinωt. V(t) = dφ dt = Nωcosωt, 6

med amplitude V 0 = Nω = 2πN/T. ermed: C V 0 = 2π 2000 0.080 60 10 4 /0.01 = 603V. 46) Ligningen for Q kan skrives på formen Q+ω 2 0Q = 0, med ω 0 = 1/ LC. 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 / LC = 15 10 6 / 6.0 10 6 = 6.1. 47) Kirchhoffs spenningsregel gir V 0 sinωt = Q/C, dvs Q(t) = V 0 Csinωt, og dermed I(t) = V 0 ωccosωt, med amplitude I 0 = V 0 ωc = 2πV 0 fc = 2π 230 50 85 10 6 = 6.1. 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 = 230/2π 50 85 10 3 = 8.6. 49) reiemomentet er τ = psinα = 3.8 10 3 38 sin38 = 0.089Nm. 50) et magnetiske dipolmomentet er m = I = 0.0025 6.25 10 4 = 1.56 10 6 m 2. a er dreiemomentet τ = msinα = 1.56 10 6 2.5 sin25 = 1.65 10 6 Nm. 7