ØVING 13. Oppgave 1 a) Løs oppgave 1a i Øving 2 gjengitt nedenfor ved å bruke kompleks representasjon.

Like dokumenter
Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

FYS2140 Kvantefysikk, Hjemmeeksamen V Leveringsfrist fredag 20. mars kl.14:45 (før ekspedisjonen stenger!!!)

Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Løsningsforslag til oppgavene 1 8 fra spesiell relativitetsteori.

Oppgave 1A.8: En forenklet kode for stjernedannelse

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Høgskolen i Telemark Fakultet for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL 25. mai 2012

Løsningsforslag til øving 12

Elastisitetsteori. Spesiell relativitetsteori

Hva blir nest laveste resonansfrekvens i rret i forrige oppgave?

Løsningsforslag Fys-mek1110 V2012

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

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

UNIVERSITETET I OSLO

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

ERGO Fysikk. 3FY. AA (Reform 94) - 8. Relativitetsteori Tid - Fagstoff. Innholdsfortegnelse

Kap Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap 4+5 <file> Hvor er luftmotstanden F f størst?

Elastisitetsteori. Spesiell relativitetsteori

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

Fysikkolympiaden 1. runde 27. oktober 7. november 2008

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

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

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110/Fys-mef1110 høsten 2007

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

Masterclass i partikkelfysikk

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

E, B. q m. TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 12.

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

Fysikk 3FY AA6227. (ny læreplan) Elever og privatister. 28. mai 1999

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

UNIVERSITETET I OSLO. Introduksjon. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet 1.1

Løsningsforslag til prøve i fysikk

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Midtsemesterprøve i FY3403 PARTIKKELFYSIKK Onsdag 22. oktober :15 16:00

Løsningsforslag: MAT 1110 Obligatorisk oppgave 2, V-12

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i AST1100, høsten 2013

Eksamen i: FYS145 - Kvantefysikk og relativitetsteori Eksamensdag: Mandag 10. mai 2004, kl (3 timer)

Universitetet i Agder Fakultet for helse- og idrettsvitenskap EKSAMEN. Time Is)

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

Fiktive krefter

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

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

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

Oppgaver Oppgavetype Vurdering Status 1 ORG110, forside Sammensatt Automatisk poengsum Levert

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

Løsning, eksamen TFY4205 Kvantemekanikk II Mandag 13. august 2012

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. EMNE: FYS 120 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 120 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Repetisjon

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

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

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 3: Mekanikk, termodynamikk og elektromagnetisme

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

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

Kjeglesnittenes refleksjonsegenskaper

Newtons lover i én dimensjon

AST1010 En kosmisk reise

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Matematikk og fysikk RF3100

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

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

AST1010 En kosmisk reise

Newtons lover i én dimensjon

VERDENSDAGEN FOR PSYKISK HELSE 2019 PEDAGOGISK OPPLEGG BARNEHAGE OG BARNESKOLE TRINN

BACHELOR I IDRETTSVITENSKAP MED SPESIALISERING I IDRETTSBIOLOGI 2011/2013. Individuell skriftlig eksamen i IBI 225- Fysikk og målinger

Repetisjon

Høgskolen i Telemark Eksamen Matematikk 2 modul Mai Fakultet for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL 24.

Theory Norwegian (Norway)

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

Higgspartikkelen er funnet, hva blir det neste store for CERN?

Fiktive krefter

Oppgaver i naturfag 19-åringer, fysikkspesialistene

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Kreftenes opprinnelse i rommet (Naturkreftenes prinsipp) Frode Bukten

Elektrisk og Magnetisk felt

Realstart og Teknostart ROTASJONSFYSIKK. PROSJEKTOPPGAVE for BFY, MLREAL og MTFYMA

FYS våren Linjetilpasning. Alex Read Universitetet i Oslo Fysisk institutt

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Juni 2011

FYS1120: Oblig 2 Syklotron

Breivika Tromsø maritime skole

Radioaktivitet i utmarksbeitende husdyr

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Einsteins relativitetsteori

Transkript:

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1 ØVING 13 Veiledning: 22.11 og 25.11 Innleveringsfrist: 26.11 Oppgave 1 a) Løs oppgave 1a i Øving 2 gjengitt nedenfor ved å bruke kompleks representasjon. Oppgave 1a Øving 2 Vis at summen y 3 = y 1 + y 2 av to harmoniske bølger med samme amplitude, frekvens og bølgelengde beskrevet ved: y 1 = A cos(kx ωt + ϕ 1 ) og også er en harmonisk bølge beskrevet ved: Bestem A 3 og ϕ 3 ved A, ϕ 1 og ϕ 2! y 2 = A cos(kx ωt + ϕ 2 ) y 3 = A 3 cos(kx ωt + ϕ 3 ). b) Gjenta oppgaven i pkt. a, men la y 1 og y 2 ha forskjellig amplitude, dvs. la: y 1 = A 1 cos(kx ωt + ϕ 1 ) y 2 = A 2 cos(kx ωt + ϕ 2 ) c) Vis at en sum av N harmoniske bølger med samme frekvens og bølgelengde, men med forskjellige amplituder og faser, også er en harmonisk bølge, dvs. vis at: y N = i A i cos(kx ωt + ϕ i ) kan omformes til: Finn A N og ϕ N uttrykt ved A i og ϕ i. y N = A N cos(kx ωt + ϕ N )

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 2 Oppgave 2 Anta at vi har samme situasjon som beskrevet i forelesningene i kap. 4.4.2 med Youngs interferensforsøk. Beregn feltet på observasjonsskjermen E θ = E 1 + E 2 (se lign. (4.16) i forelesningene) ved hjelp av kompleks representasjon. Vis at resultatet blir det samme som vi fikk ved reell regning i lign. (4.21) og (4.22) i forelesningene. Oppgave 3 Et fly flyr fra direkte over et punkt på et stivt legeme i San Fransisco til direkte over et punkt på et stivt legeme i New York. Vi antar: 1) Flyet flyr med rettlinjet og konstant hastighet lik 300 m/s (1080 km/h) i forhold til jorden. 2) Avstanden mellom punktene målt på jorden er 4.80 10 6 m. 3) Vi ser bort fra jordrotasjon og tyngdekrefter. Tiden flyet bruker mellom de to punktene måles både av synkroniserte klokker på jorden (kalles t jord ) og av en klokke i flyet (kalles t fly ). Finn tidsforskjellen mellom resultatet fra målingen i flyet og resultatet fra målingen på jorda! Fasit: 8.0 ns Oppgave 4 Et muon er en elementærpartikkel som har spinn 1/2 (som elektronet) og ladning ±e, men ca. 207 ganger større masse enn elektronet. Muoner er ikke stabile, men har en midlere levetid på 2.20 10 6 s målt i et referansesystem der muonet er i ro. Muoner ble først oppdaget i andre ordens kosmisk stråling i 1937. At strålingen er andre ordens, betyr at muonene dannes i jordas øvre atmosfære ved kollisjoner mellom partikler i atmosfæren og partikler fra kosmisk stråling. Muonene kan nå helt ned til havoverfalten før de disintegrerer. Vi betrakter et muon som beveger seg i retning mot jorda med hastighet 0.990c. a) Vi antar at levetiden til dette muonet målt i muonets hvilesystem er akkurat lik midlere levetid, dvs. 2.20 10 6 s. Hvor lenge vil det eksistere ifølge en observatør på jorda? b) Finn lengden målt av en observatør på jorda, som muonet tilbakelegger mens det eksisterer. (Vi antar at muonet har konstant hastighet lik 0.990c relativt jorda hele tiden det eksisterer.) Finn også lengden målt fra muonets hvilesystem mellom de to punktene i jordas refeansesystem (stivt og antas i hele denne oppgaven (med god tilnærmelse) inertialt) der muonet oppstår og desintegrerer.

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 3 c) Vis at lengdekontraksjon er konsistent med tidsdilatasjon i dette eksempelet. Fasit: a) 15.6 µs b) 4630 m; 653 m Oppgave 5 (Oppgave 3 Eksamen Fysikk 3 02.12.1998) Vi betrakter et muon som ifølge en observatør i ro på jorda, dannes 1.00 10 4 m over jordas overflate. Vi antar at levetiden til dette muonet (dvs. tiden det eksisterer før det desintegrerer) i et referansesystem der det er i ro, er 2.20 10 6 s. I hele denne oppgaven ser vi bort fra den akselerasjonen jorda har. Vi antar altså at vi stivt festet til jorda, har et koordinatsystem som er inertialt. Vi antar videre at muonet så lenge det eksisterer, har konstant hastighet med konstant retning mot jordas sentrum. Finn minimal hastighet (ifølge en observatør i jordas referansesystem) som gjør muonet i stand til å nå fram til jordas overflate før det desintegrerer. Finn også lengden av jordas atmosfære som muonet har passert (lik 1.00 10 4 m i jordas referansesystem), i muonets referansesystem. Oppgitt: Anta at tidsintervallet mellom to hendelser målt i et referansesystem (inertialsystem) der hendelsene skjer i samme rompunkt, er t 0. Da vil en observatør i et annet referansesystem (inertialsystem) med konstant rettlinjet hastighet u i forhold til det første, målte tidsintervallet t gitt ved: t 0 t = 1 u 2 /c 2 mellom de samme to hendelsene. Lyshastigheten c er gitt ved: c = 2.997925 10 8 m/s Anta at en måler lengden av et legeme i et referansesystem (inertialsystem) der legemet er i ro, og finner lengden l 0. Da vil en observatør i et referansesystem (inertialsystem) med konstant rettlinjet hastighet u i forhold til det første (u er antatt å ha samme retning som l 0 ), måle lengden l gitt ved: l = l 0 1 u 2 /c 2

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 4 Oppgave 6 (Oppgave 4 Eksamen Bølgefysikk 06.12.2002) Vi gjør følgende tankeeksperiment (innen spesiell relativitetsteori). Vi har en opprinnelig situasjon som illustrert på figuren under. Tre romskip A, B og C går rettlinjet (uten rotasjon) med konstant og eksakt samme hastighet. B og C er konstruert identiske og beveger seg langs samme rette linje. A beveger seg parallelt B og C. Avstanden fra A til B er lik den fra A til C. Avstanden fra sentrum av B til sentrum av C er 100 m målt i det felles hvilesystemet til A, B og C. Fra sentrum av B til sentrum av C er strukket en 100 m lang tråd som antas eksakt lik avstanden mellom festepunktene. Vi antar at denne tråden er så skjør at den kun tåler et strekk som gir en relativ forlengelse på 1.00 10 4. B og C har identiske akselerasjonsprogram som kan startes med to identiske signal fra A. Disse er slik at begge romskip akselererer langs samme rette linje som de før har beveget seg langs, inntil de begge har nådd en hastighet som relativt til A målt i A s hvilesystem, er 6.00 10 6 m/s. Vi antar nå at A har sendt signal til B og C samtidig (observert i det da felles hvilesystemet for A, B og C) om å starte akselerasjonsprogrammene og at programmene er fullført slik at tilstanden nå er at B og C igjen har konstant og samme hastighet, men altså forskjellig fra A. Vil tråden ha gått av når den nye hastigheten er oppnådd? Begrunn svaret utførlig! Ta med den regning du mener er nødvendig. Følgende antagelser kan nyttes for å besvare spørsmålet ovenfor: 1. Alle gravitasjonskrefter kan neglisjeres og akselerasjonene er også så svake at spesiell rela-

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 5 tivitetsteori kan nyttes. 2. Akselerasjonen under hele akselerasjonsprogrammet er hele tiden så svak at den kraften som nyttes til å akselerere trådens masse, ikke noe sted er stor nok til at tråden brister av denne kraftvirkningen. 3. Tråden er så svak at den har neglisjerbar effekt på bevegelsen til romskipene. Oppgitt: Lyshastigheten c kan i denne oppgaven regnes lik 3.00 10 8 m/s. For x 1 gjelder: Oppgave 7 1 x 1 1 2 x 1 1 x 1 + x Vis ved utregning at lign. (5.49) i forelesningsnotatene gir lign. (5.48), dvs. at uttrykket for relativistisk kinetisk energi E k er gitt ved: E k = mc 2 1 v 2 /c 2 mc2 der m er partikkelens masse og v er dens hastighet.