TFY4109 Fysikk Eksamen 9. august Løsningsforslag

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

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.

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

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

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 2016 Side 1 av 22

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

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

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

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

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

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

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

TFY4106 Fysikk Lsningsforslag til Eksamen 2. juni 2018

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til øving 8

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving 4

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

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

FY1001/TFY4145 Mekanisk Fysikk Eksamen 18. desember 2015 BOKMÅL Side 1 av 28

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

Løsningsforslag til øving 6

TFY4106_M2_V2019 1/6

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

Løsningsforslag, eksamen FY desember 2017

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

TFY4109 Fysikk Eksamen 14. desember 2015 Side 1 av 22

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 12

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

TFY4106 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

TFY4109 Fysikk Eksamen 14. desember 2015 Side 13 av 22

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

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.

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

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

1) Hva blir akselerasjonen til en kloss som glir nedover et friksjonsfritt skråplan med helningsvinkel 30?

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til øving 5

UNIVERSITETET I OSLO

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

1) Hva blir akselerasjonen til en kloss som glir nedover et friksjonsfritt skråplan med helningsvinkel 30?

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Ansla midlere kraft fra foten pa en fotball i et vel utfrt straespark.

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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.

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 12. oktober 2007 kl

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

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

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

Keplers lover. Statikk og likevekt

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

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

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

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 19/3 2018

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 FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

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

r+r TFY4104 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

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.

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

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

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 eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 12.

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

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

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

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

UNIVERSITETET I OSLO

Kap. 14 Mekaniske svingninger. 14. Mekaniske svingninger. Vi skal se på: Udempet harmonisk svingning. kap

Løsningsforslag til MEF1000 Material og energi - Kapittel 2 Høsten 2006

Transkript:

TFY4109 Fysikk ksamen 9. august 2016 Løsningsforslag 1) 1 TU = 1055 J; 200 cal = 837 J; 0.0004 kwh = 1440 J; 10 20 Ry = 218 J; 10 22 ev = 1600 J. Sistnevnte er altså mest energi. 2) Periode T = 1/500 minutt tilsvarer vinkelhastighet ω = 2π/T = 2π/(60 s/500) = 52.36 s 1, og dermed en hastighet v = ωr = 52.36 0.75 m/s = 39.3 m/s. 3) Figur passer med den oppgitte ω(t) i første del av karusellturen. 4) α(t) = dω(t)/dt = ω 2 0 exp( ω 0(t T/2)), dvs absoluttverdien av vinkelakselerasjonen avtar eksponentielt mot null, som i figur. 5) Ved t = T/2 er ω ω 0, slik at personens maksimale hastighet blir ω 0 R = 0.5 10 = 5.0 m/s. 6) Karusellens maksimale dreieimpuls: L s = I 0 ω 0, som med innsetting av oppgitte tallverdier gir L s = 0.5 2000 10 2 0.5 = 50000 Js = 50 kjs. 7) Newtons 2. lov for rotasjon (om fast akse): τ(t) = I 0 α(t). Her er τ(t) = rf (t) og α(t) = ω0 2 exp( ω 0t), slik at F (0) = I 0 ω0 2/r = MR2 ω0 2 /2r = 2000 100 0.25/8.0 = 6250 N = 6.3 kn. 8) realet under kurven ω(t) fra T/2 til T er presis det som må legges til arealet under ω(t) fra 0 til T/2 for å gi ω = ω 0 fra t = 0 til t = T/2. Total omløpt vinkel blir dermed Φ = ω 0 T/2, og antall omdreininger blir Φ/2π = ω 0 T/4π 4.8 med tallverdier innsatt. 9) Statisk friksjonskraft kan maksimalt bli f = µ s N = µ s Mg, og m og M blir liggende i ro dersom snordraget S = mg ikke overstiger f. Med andre ord, µ s Mg mg, som gir µ s m/m = 0.33. 10) Her kan vi (for eksempel) bruke energibevarelse: Massen m har mistet potensiell energi lik mgh med h = 0.50 m. ette tilsvarer samlet kinetisk energi for de to massene i det m treffer gulvet, (m + M)v 2 /2. ermed: v = 2mgh/(m + M) = 2 1.0 9.81 0.50/4.0 = 1.6 m/s. 11) Friksjonskraft: f = µ k mg cos 13. Tyngdens komponent nedover langs skråplanet: mg sin 13. N1 krever

at disse to er like store, dvs µ k = tan 13 = 0.23. 12) Gjennomsnittsfarten ser ut til å ha vært omtrent 5 m/s; dermed 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 S sin 9 = mg/2, som gir S = mg/2 sin 9 = 1.5 9.81/2 0.156 = 47 N. 14) N1 gir bv 2 = mg, dvs b = mg/v 2 = 2.7 10 3 9.81/81 kg/m = 3.3 10 4 kg/m. 15) ndel mekanisk energi som har gått tapt: U K U = mgh mv2 /2 mgh = 1 v2 2gh = 1 9.0 2 2 9.81 35 = 0.88, dvs 88%. 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 = 1844MR 2 /60 31MR 2.

17) Steiners sats gir ( I 1 = 4 2MR 2 /3 + M(5R/2) 2) = 83MR 2 /3. 18) Steiners sats gir 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. 20) For fysisk pendel er ω = Mgd/I, med I lik treghetsmomentet mhp akslingen og d lik avstanden fra M 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 = 1.0 s. 21) f = g/l/2π = 9.81/25/2π = 0.1 Hz. 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. 23) Her er det snakk om en liten vinkel, slik at θ 0 tan θ 0 sin θ 0 = 1/25 = 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. exp( γτ) = 1/5 τ = (ln 5)/γ = (ln 5)/(b/2M) = (ln 5)/(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. 26) Lydhastigheten i luft er proporsjonal med kvadratroten av absolutt temperatur T, målt i K (kelvin). Vi har T = 273 K og T = 293 K ved hhv null grader og 20 varmegrader, slik at v(273) = v(293) 273/293 = 340 0.965 = 328 m/s. 27) Med lik utsendt intensitet I i alle retninger avtar I kvadratisk med avstanden fra lydkilden. ermed er I(5) = 9I(15), og β(5) = 10 log(i(5)/i 0 ) = 10 log(9i(15)/i 0 ) = 10 log(i(15)/i 0 ) + 10 log 9 = 70 d + 10 d = 80 d. 28) Grunntonen: λ = 2L = 1.40 m. Vi har videre λ = v/f og v = S/µ. ermed er S = µ(λf) 2 = 0.0019 (1.40 220) 2 = 180 N. 29) Grunntonen i rør som er lukket i en ende og åpen i en ende: λ = 4L. ermed: L = λ/4 = v/4f = 340/4 55 = 340/220 = 1.55 m. 30) Første overtone i et slik rør har L = 3λ/4, dvs λ = 4L/3, dvs 1/3 av bølgelengden til grunntonen, og dermed 3 ganger så høy frekvens, dvs 165 Hz. 31) λ = 2π/k = 2π/ kx 2 + ky 2 + kz 2 = 2π/ 0.64 + 0.64 + 2.56 = 2π/ 3.84 = 3.21 m. 32) ølgetallsvektorens komponent i xy-planet har lengde k xy = 0.64 + 0.64 = 1.28 m 1 og k z = 1.60 m 1. ermed: α = arctan(k xy /k z ) = arctan( 1.28/1.60) = 35. 33) Lydhastigheten i vannet er v = /ρ = 1483 m/s. Intensiteten blir da I = ε v = (1/2)ρξ 2 0 ω2 v = 0.5 1000 (0.05 10 6 ) 2 (2π 2200) 2 1483 0.35 W/m 2.

34) Total energi i bølgepulsen er = d = ε(x)dx = 4Sy2 0 a 4 x 2 e 2x2 /a 2 dx. For å få integralet på samme form som oppgitt i formelvedlegget substitueres β = 2x/a. a er x 2 dx = (a 3 /2 2)β 2 dβ, og = 2Sy2 0 π πsy 2 2a 2 = 0. 2a Innsetting av tallverdier gir = 0.0026 J = 2.6 mj. n mer kvalitativ løsning: må være proporsjonal med S og y0 2, basert på uttrykket for ε(x). v dimensjonsmessige grunner må da også være proporsjonal med 1/a. en manglende tallfaktoren må være av størrelsesorden 1, slik at Sy0 2/a = 25 0.00252 /0.075 = 0.0021 J = 2.1 mj. are alternativ er i nærheten av dette. 35) Vi har, når Justin og Usain løper rett mot hverandre, f max = 600 (340 + 12)/(340 12) = 644 Hz, og når de løper rett fra hverandre, f min = 600 (340 12)/(340 + 12) = 559 Hz. 36) Siden v = λf og v = S/µ, er S(f) = kf 2 (med k en konstant). a er S/ f ds/df = 2kf = 2S/f, med andre ord S/S = 2 f/f = 2 7/433 = 0.03, dvs 3 prosent. 37) Konstruktiv interferens når d sin θ = nλ, og n = ±1 for 1. ordens maksimum. Her er d = 1/500 mm, dvs d = 2.00 10 6 m. Retningsvinkelen som gir 1. ordens maksimum er dermed θ = arcsin(λ/d) = arcsin(500 10 9 /2.00 10 6 ) = 14.48, som tilsvarer en avstand y fra 0. ordens maksimum gitt ved y = L tan θ = 500 cm tan 14.48 = 129 cm. 38) Med mikrofonen i lik avstand fra de to lydkildene, som sender ut lyd i fase, blir lydbølgens amplitude dobbelt så stor med to som med en lydkilde. Siden intensiteten er proporsjonal med kvadratet av amplituden, blir denne firedoblet. ermed: β(2) = 10 log(i(2)/i 0 ) = 10 log(4i(1)/i 0 ) = 10 log 4 + β(1) = 6 d + 70 d = 76 d. 39) Med = 1 km og (midlere eller typisk ) bølgelengde λ = 50 km er vi på grunt vann, i den forstand at produktet k = 2π/λ = π/25 er mye mindre enn 1. a er tanh(k) k, og ω(k) gk, dvs vi har lineær dispersjon. ølgepakkens gruppehastighet er v g = v f = dω dk = ω k = g = 99 m/s.

40) Med = 2 m og (midlere eller typisk ) bølgelengde λ = 2 m er vi på dypt vann, i den forstand at produktet k = 2π/λ = 2π er mye større enn 1. a er tanh(k) 1, og ω(k) gk. ølgepakkens gruppehastighet er v g = dω dk = g/4k = gλ/8π = 0.9 m/s. 41) Keplers 3. lov gir for Venus midlere avstand a V til Sola: a V = 150 Gm (0.615/1) 2/3 108 Gm. 42) Tyngdens akselerasjon er proporsjonal med planetens masse og omvendt proporsjonal med kvadratet av planetens radius, dvs omvendt proporsjonal med volumet opphøyd i 2/3. ermed er tyngdens akselerasjon på Venus overflate g Venus = g 0.815/0.866 2/3 = 0.90 g. 43) Siden g(r) 1/r 2 og vi skal finne høyden h som gir g(r+h) = g(r)/4, blir ligningen 1/(R+h) 2 = 1/4R 2, dvs R + h = 4R = 2R, dvs h = 2R R = R = 6370 km. 44) Relativistisk impuls: p = γmv, der γ = (1 v 2 /c 2 ) 1/2. Her er v 1 = 0.2c, og vi skal finne hvilken verdi av v 2 som gir p 2 /p 1 = 2. Innsetting gir en ligning med kun v 2 som ukjent, og løsningen av denne er v 2 0.38c. 45) insteins addisjonsformel gir v = v + v = 1.80c/1.81 = 0.99c. 1 + v v /c2 46) Vi har sammenhengen 2 = (pc) 2 + (mc 2 ) 2, som gir m = 2 (pc) 2 /c 2 = 11 GeV/c 2 = 5.9 10 27 kg. 47) K = (γ 1)m p c 2 = 800 10 6 1.6 10 19 = 1.28 10 10 J, slik at γ = 1+1.28 10 10 /1.67 10 27 9 10 16 = 1.85. a kan vi finne protonenes hastighet: 1 v 2 /c 2 = 1/γ 2 = 0.29, slik at v = c 1 0.29 = 0.84 c. 48) Vi har pc = 2 (mc 2 ) 2 = (mc 2 + mc 2 ) 2 (mc 2 ) 2 = 3mc 2,

slik at p = 3mc. 49) Vi har x a = 0, t a = 4.5 ns og t b = 7.5 ns, og x b skal bestemmes. Vi bruker Lorentztransformasjonene: ( t b = γ t a + v ) c 2 x a = γ t a, slik at γ = 7.5/4.5 = 5/3, dvs v = 4c/5, hastigheten til a relativt b. ermed: x b = γ ( x a + v t a ) = γv t a = 5 3 4c 5 4.5 ns = 1.8 m. 50) u måler et dopplerskift av frekvensen gitt ved f = c v c + v f, og dermed (siden c = λf, dvs f = c/λ) et dopplerskift av bølgelengden gitt ved λ = c + v c v λ. Løsning av denne ligningen mhp din hastighet v gir, med k = (λ/λ) 2 = (700/400) 2 = 49/16, v = c k 1 k + 1 = c 33 65 = 0.51c.