1. Beskriv Newtons tre rörelselagar. Förklara vad de innebär, och ge exempel! Svar: I essäform, huvudpunkterna i rörelselagarna.

Transkript

1 Fysik 1 övningsprov 1-13 facit Besvara 6 frågor. Återlämna uppgiftspappret! 1. Beskriv Newtons tre rörelselagar. Förklara vad de innebär, och ge exempel! Svar: I essäform, huvudpunkterna i rörelselagarna.. Berätta om radioaktiv strålning. Vad beror strålningen på, vilka typer av radioaktiv strålning finns det? Är strålningen farlig? Hur mäts den? Svar: I essäform, de radioaktiva strålningstypernas uppkomst, egenskaper, farlighet, användning. 3. Ge en kort förklaring till följande begrepp: a. Halveringstid Svar: Den tid det tar för ca 50 % av ett radioaktivt material att sönderfalla. b. Stark växelverkan Svar: En av de fyra grundväxelverkanstyperna, verkar attraktivt mellan nukleoner på korta avstånd, övervinner elektromagnetiska repulsionen mellan protonerna och håller ihop atomkärnan (obs, inte atomen!). c. Kvark Svar: En elementarpartikel, tillsammans med elektronen den minsta kända beståndsdelen av materia. Finns 6 olika typer. Inuti neutroner och protoner finns u- och d-kvarkar. Är ungefär m stor. 4. Är följande påståenden korrekta eller felaktiga? Varför? a. En insekt som flyger fram i luften krossas brutalt mot vindrutan på ett tåg som rör sig med stor hastighet. Kraften som rutan utverkar på insekten är större än kraften som insekten utverkar på rutan. Svar: Fel. Krafterna är lika stora enligt Newtons tredje lag. Insekten krossas på grund av den häftiga acceleration den upplever dess kropp klarar inte av den plötsliga förändringen i rörelse. Tåget har så stor massa att det inte nämnvärt bromsas in. b. Susanna kastar en boll uppåt. Efter att bollen lämnar hennes hand, accelererar bollen uppåt då den flyger uppåt och nedåt då den faller nedåt. Svar: Fel. Efter att bollen lämnat handen påverkas den bara av tyngdkraften, så den har bara en acceleration nedåt (inte uppåt som i texten).

2 c. Stefan reser till en avlägsen planet. Under resans gång, medan han är i yttre rymden, inverkar så gott som ingen dragningskraft på honom. Han kan då ta en tennisboll som har massan 300 g och en kula med massan 7 kg och kasta iväg dem så att de får samma hastighet, dvs. han ger dem samma acceleration, utan någon skillnad i ansträngning. Svar: Fel. Fast det inte finns någon tyngd, har föremålen fortfarande massa. Därför krävs det olika stor kraft för att ge olika stora massor samma acceleration, enligt Newtons andra lag. 5. Trycket för butangas i en flytgasflaska är beroende av temperaturen enligt tabellen. Temperatur/ C Tryck/bar 1,1 1,5,1,9 3,8 5,0 6,4 8,1 10 a) Rita en graf som visar hur trycket i flaskan är beroende av gasens temperatur. Svar: Som ses är punkterna insatta med temperaturen på x-axeln och trycket på y-axeln. Trycket är beroende av temperaturen inte tvärtom!

3 b) Hur stort är gasens tryck, då dess temperatur är 17 C? Svar: Genom att avläsa kurvan för temperaturen 17 C fås som svar ett tryck kring 1,9 bar. c) Då gasen släpps ut ur flaskan via en tryckminskningsventil har gasen som strömmar ut ur ventilen ett övertryck på 30 mbar i förhållande till luften utanför flaskan som har trycket 1013 mbar. Hur mycket minskar trycket i ventilen, då flaskans temperatur är 17 C? Svar: Temperaturen är given och samma som i b), så trycket i flaskan måste vara 1,9 bar (=1900mbar, m står ju för milli). Trycket för gasen som kommer ut ur ventilen är 1013 mbar + 30 mbar = 1043 mbar. I ventilen minskar trycket alltså från 1,9 bar till 1043 mbar, dvs. Δp = 1900 mbar mbar = 857 mbar. 6. En personbilsförare bromsar och får sin bil att stanna på 3, s från farten 50 km/h. Hur lång tid skulle det ta för honom att stanna bilen från farten 80 km/h, om decelerationen (inbromsningen) är lika stor som i det första fallet? Anta att inbromsningen sker likformigt. Svar: Vi kan beräkna inbromsningsaccelerationen genom att använda accelerationens definition: m 50 m 0 s 3,6 s m m a 4,3375 4,3 3, s s s I det andra fallet skall accelerationen ha samma värde. Vi kan lösa ut tiden ur ekvationen: a a : a m 80 m 0 s 3,6 s 5,13s 5,1s a m 4,3375 s 7. En man står på en sparkstötting på blankis. Bakom sig har han ett stort stenblock som sticker upp ur isen. Genom att ta stöd mot stenen och sparka till med en genomsnittlig kraft av 500 N under 0,5 s sätter han sig själv och sparken i rörelse. Hur lång tid glider han framåt från startpunkten innan han stannar, om vi antar att mannen plus sparken har massan 75 kg och farten avtar med 0,4 m/s efter att han lämnat stenen? Svar: Vi vet att mannen påverkar sig själv med en viss kraft, och vi vet hans massa. Då kan vi räkna ut accelerationen., Vi behöver inte beakta friktionen i startskedet, så vi får:

4 F 500N m F ma a 6. Här används Newtons andra lag. m 75kg 3 s Vi vet nu accelerationen, och vi vet hur länge den pågår (så länge som mannen sparkar), så vi kan beräkna hastigheten i slutet av sparken: m 1 1 m a a 6 s 3. Här används accelerationens 3 s 3 s definition. Nu vet vi mannens hastighet i början, vi vet också att han bromsas in med en viss acceleration och att han skall stanna helt. Vi kan då beräkna hur klänge han rör sig: m 1m 0 3 a s 3s 8,3s. Här används igen accelerationens a m 0,4 s definition. Hastighetens ändring är negativ, för han saktar in. Accelerationen är negativ, för den är riktad åt motsatt håll än mannens rörelseriktning. Det tar alltså 8,3 sekunder för mannen att stanna helt. 8. Bilden nedan föreställer en sned luftkuddebana och två ljusportar som är fästa i banan. Portarna mäter hur länge det tar för föremålet med massan m = 0 g och längden l = 10,0 cm att glida genom dem. Föremålet passerar första porten på 367 millisekunder (ms) och den andra på 15 ms. Dessutom mäts att det tar,7 s för föremålet att röra sig från den ena porten till den andra. a) Bestäm föremålets acceleration b) Bestäm kraften som accelererar föremålet c) Vad händer om föremålet försätts i rörelse från en punkt högre upp på banan? Motivera ditt svar. Svar: a) Vi vet att portarna är 10, 0 cm breda, och tiden det tar att färdas genom dem. Vi kan räkna ut hastigheten för vagnen vid vardera porten: x 0,100m m v1 0,7 0,367s s x 0,100m m v 0, ,15s s

5 Vi vet att det tar,7 sekunder för vagnen att färdas från port ett till port två, och hur mycket hastigheten ändras under denna tid. Vi kan beräkna accelerationen: m m 0, , 75 v v1 s s m m a 0,147 0,14, 7s s s b) Då vi vet accelerationen är det lätt att beräkna hur stor kraften som verkar på vagnen är, vi använder Newtons andra lag: m F ma 0, 0kg 0,147 0, 0314N 0, 031N s c) Om vagnen släpps från en högre höjd, hinner den accelerera längre tid innan den når den första porten, och har då en högre hastighet vid den första porten. Det kommer att ta kortare tid för den att nå den andra porten, och hastigheten kommer inte att öka lika mycket som i det första fallet. Accelerationen kommer dock att vara oförändrad, för den är beroende av banans lutning. Slutligen, en milt sarkastisk kommentar.