EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Like dokumenter
EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

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

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

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

EKSAMEN I FAG SIF 4012 ELEKTROMAGNETISME (SIF 4012 FYSIKK 2) Onsdag 11. desember kl Bokmål

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING

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

Flervalgsoppgaver i bølgefysikk

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

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 2. desember 1998 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

FY1001/TFY4145 Mekanisk fysikk Høsten 2014 Vannbølger i bølgerenna Filmene (MP4) er spilt inn med 100 fps (frames per second). Mange mediaspillere (so

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

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl Norsk utgave

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

2. Teoretisk grunnlag

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

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

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Torsdag 12. oktober 2006 kl

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Torsdag 12. oktober 2006 kl

Interferensmodell for punktformede kilder

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk august 2004

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Notat om trigonometriske funksjoner

Bølgerenna p. Hensikt. varierende frekvens og amplitude kan genereres via en signalgenerator og

Løsningsforslag til øving 8

UNIVERSITETET I OSLO

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

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

Løsningsforslag til øving 4

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fredag 19. august 2005 kl

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Fredag 3. desember 2010 kl

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

UNIVERSITETET I OSLO

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

UNIVERSITETET I OSLO

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 19. november 2010 kl

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Kortfattet løsningsforslag for FYS juni 2007

Spesiell relativitetsteori

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Mandag 23. mai 2005 kl

Bølgeegenskaper til lys

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

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Torsdag 3. desember 2009 kl

Diffraksjonsgitter (diffraction grating)

EKSAMEN TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl Norsk utgave

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

FY1002/TFY4160 Bølgefysikk. Midtsemesterprøve fredag 15. oktober 2010 kl

Vannbølger. 3. Finn gruppehastigheten (u), ved bruk av EXCEL, som funksjon av bølgetallet k ( u = 2π ). Framstille u i samme diagram som c.

Norges teknisk-naturvitenskapelig universitet Institutt for fysikk, NTNU

Eksamen i emnet SIB 5025 Hydromekanikk 25 nov b) Bestem størrelsen, retningen og angrepspunktet til resultantkrafta,.

TFY4106_M2_V2019 1/6

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET, INSTITUTT FOR FYSIKK. Utarbeidet av: Jon Andreas Støvneng

UNIVERSITETET I OSLO

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 12. oktober 2007 kl

Løsningsforslag til øving 9

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

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

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK. Onsdag 12. desember 2012 kl

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

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving

EKSAMEN I EMNE SIE4015 BØLGEFORPLANTNING EKSAMEN I FAG BØLGEFORPLANTNING LØRDAG/LAURDAG 19. MAI 2001 TID: KL

Obligatorisk oppgave nr 5 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Onsdag 8. august 2007 kl

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Fredag 5. desember 2008 kl

Løsningsforslag til øving 5

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

Mandag Mange senere emner i studiet bygger på kunnskap i bølgefysikk. Eksempler: Optikk, Kvantefysikk, Faststoff-fysikk etc. etc.

EKSAMEN FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl Norsk utgave

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Michelson Interferometer

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 8. desember 2006 kl 09:00 13:00

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

Transkript:

Side 1 av 7 NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Førsteamanuensis Knut Arne Strand Telefon: 73 59 34 61 EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl. 0900-1300 Bokmål Hjelpemidler: B2 K. Rottmann: Matematisk formelsamling O. Øgrim og B. E. Lian: Størrelser og enheter i fysikk og teknikk Typegodkjent kalkulator, med tomt minne, i henhold til liste utarbeidet av NTNU Sensuren kan ventes i uke 2

Side 2 av 7 Oppgave 1 Vi skal i denne oppgaven betrakte overflatebølger som forplanter seg på grenseflaten vann/luft. Vi antar for pkt a, b og c at vi befinner oss med våre målinger et sted på Stillehavskysten og at det er generert bølger av et eneste stormsentrum svært langt borte slik at dønninger fra dette stormsenteret kommer inn mot stedet der vi befinner oss. Det vil si, vi antar at bølgene kommer inn mot målestasjonen vår med tilnærmet cosinus-form, men slik at frekvensen på cosinus-bølgene (fourierkomponentene) varierer etter som tiden går. Vi antar videre (for pkt a, b og c) at det hele strekningen der bølgene har forplantet seg, er dypt nok til at vi kan nytte dypvannstilnærmingen av dispersjonsrelasjonen, dvs nytte: 2 ω = gk der ω er vinkelfrekvens (= 2π / T der T er periodetid), k = 2π / λ der λ er bølgelengde og g = 9,82 m/s 2. a) Finn vinkelfrekvens og bølgelengde til den bølgelengdekomponenten (fourierkomponenten) som har periodetid lik 25 s! b) Finn fasehastighet og gruppehastighet til den bølgelengdekomponenten som har periodetid T lik 25 s! Vi antar nå at vi på målestasjonen ved en tid t 1 har registrert at bølgene har periodetid T lik 25 s og at vi ved en tid t 2 har registrert at de har periodetid T lik 19 s. c) Finn avstanden l fra målestasjonen til stormsenteret når t 2 t 1 er 48 timer! Vi betrakter så det tenkte tilfellet at et bølgetog bestående av mange bølgelengdekomponenter (fourierkomponenter) forplanter seg på vann med så liten dybde D at vi kan anta at følgende dispersjonsrelasjon gjelder for et stort område av bølgelengdekomponentene: ω = gd k d) Vil bølgelengdekomponentene som fullt ut tilfredsstiller denne relasjonen, spaltes opp slik at de når de har forplantet seg tilstrekkelig langt, vil kunne observeres som tilnærmede cosinus-bølger (med frekvens som varierer med tiden)? Begrunn svaret!

Side 3 av 7 Oppgave 2 Vi skal i denne oppgaven betrakte en planbølge med lys (som er lineærpolarisert) som kommer inn mot en skjerm A med to spalter S 1 og S 2. Interferensmønsteret dannet av lyset som passerer S 1 og S 2 blir registrert på en sylindrisk observasjonsskjerm med radius R, som vist på figuren nedenfor. P Innkommende planbølge r r + r d S 1 R S 2 A Vi antar at spaltene S 1 og S 2 er like og så smale at hver av dem (i samsvar med Huygens prinsipp) er utgangspunktet for en bølge med en halvsirkel som tverrsnitt. Det vil si, vi antar at bølgene fra de to spaltene er sylinderbølger og at spaltene er så lange at vi ikke har problem med ende-effekter der vi observerer lysfordelingen på observasjonsskjermen. I hele oppgaven skal vi altså bare regne på det som skjer i det tverrsnitt som papirplanet representerer, der bølgene fra S 1 og S 2 har halvsirkler som bølgefronter. Vi antar for hele oppgaven at R > d slik at lysstrålen fra S 1 til et punkt P på observasjonsskjermen kan betraktes å være parallell med lysstrålen fra S 2 til P (uavhengig P s plassering).

Side 4 av 7 Vi antar videre for pkt a, b og c: Det innkommende lyset er fullstendig koherent, og i tillegg for pkt a og b: Lyset kommer normalt inn mot spalteskjermen A som vist på figuren. De elektriske feltene henholdsvis fra spalt S 1 og fra spalt S 2, kan i et punkt P på observasjonsskjermen (dvs at lyset er bøyd vinkelen ) uttrykkes ved: E 1 [ kr ω ϕ ] = E cos t 10 [ k( r + r ω ϕ] E = E cos ) t 2 20 der k = 2π / λ, λ er bølgelengden, ω er vinkelfrekvensen, ϕ er en fasekonstant (som vi ikke har bestemt), r er avstanden fra S 1 til P og r + r er avstanden fra S 2 til P. E 10 og E 20 er avhengige av henholdsvis r og r + r. Men siden vi betrakter R > d kan vi med god tilnærmelse sette: E 10 E20 E0 = (uavhengig P s plassering på sylinderskjermen) a) Vis at det totale feltet på observasjonsskjermen som funksjon av vinkelen er gitt ved: E kd sin 1 = 2E0 cos cos[ k( r + 2 d sin ) ωt ϕ ] 2 b) Finn ut fra E gitt i pkt a, lysets intensitetsfordeling på observasjonsskjermen som funksjon av vinkelen! Finn også de vinkler som gir maksimum lysintensitet (uttrykt ved d og λ )! Vi antar nå for pkt c at lyset kommer inn mot spalteskjermen A under en innfallsvinkel χ som vist på figuren på neste side. For at ikke regningen skal bli for arbeidskrevende, begrenser vi oss til å se på innfallsvinkler χ og observasjonsvinkler med verdier mellom 0 og 90 (dvs at både χ og skal variere kun i den kvadrant de er tegnet i figuren på neste side). Det kan også her antas at de to feltamplitudene (fra de to spaltene) er like. c) Finn i dette tilfellet lysets intensitetsfordeling på observasjonsskjermen som funksjon av χ og!

Side 5 av 7 Innkommende planbølge χ S 1 d R S 2 r + r r P A Vi antar nå for pkt d fortsatt at den innkommende lysstrålen er fullstendig koherent over hele stråletverrsnittet, men at koherenslengden er ukjent (koherenslengden er den lengden langs strålen hvor fasen kan predikeres med noenlunde sikkerhet dersom fasen er kjent i det punkt på strålen der det måles ut fra). Vi antar igjen (som i pkt a og b) at innkommende lysstråle er normal til spalteskjermen A. Vi antar nå videre at spalteavstanden d er 50 µm og at midlere bølgelengde til det innkommende lyset er 500 nm og at vi gjør to eksperiment med forskjellige lyskilder.

Side 6 av 7 d) I I det første eksperiment finner vi helt klare interferensmaksima på hele observasjonsskjermen. Hva kan en da slutte om koherenslengden til lyset som kommer inn mot spalteskjermen? Begrunn svaret! II I det andre eksperimentet finner vi at vi har 5 noenlunde klare interferensmaksima på hver side av det 0 te ordens maksimum (dét rett bak midtstopperen) og at høyere ordens maksima etter hvert blir mer og mer uklare for så å viskes helt ut. Hva kan i dette tilfellet sluttes om koherenslengden til lyset som kommer inn mot spalteskjermen? Begrunn svaret! Oppgitt cos a + b a b a + cosb = 2cos cos 2 2 Oppgave 3 Vi skal i denne oppgaven betrakte to referansesystemer som begge er inertialsystemer. Det ene kaller vi S og det andre S. En hendelse kan refereres til koordinatene x, y, z og tiden t i S og til koordinatene x, y, z og tiden t i S. S beveger seg relativt til S som vist på figuren nedenfor, i positiv retning langs den felles x- x -aksen med hastighet u der u er gitt ved at β = u / c = 0. 855 (og c er lyshastigheten). Det forutsettes at y = y og at z = z. Videre forutsettes at de to origo O og O sammenfaller ved tiden t = 0 = t. y y S S u H ut x x Hendelse x x O O

Side 7 av 7 a) På samme sted i S (f.eks. i origo) glimter to lys, først et blått og så et rødt 5,35 µs senere. Finn tidsdifferansen mellom de to lysglimtene målt i S! b) Vi lar det blå lyset fortsatt være plassert i origo i S og lar det glimte ved tidspunktet t 1 = 0, men det røde lyset er nå plassert i x = 2,45 km, y = 0, z = 0. Det glimter ved tidspunktet t 2 = 5,35 µs. Finn t t 2 t 1 målt i S! Kommentér svaret kortfattet! Oppgitt Lyshastigheten c kan i denne oppgaven regnes lik 3,00 10 8 m/s.