WALLENBERGS FYSIKPRIS

Relevanta dokument
WALLENBERGS FYSIKPRIS 2014

Svar och anvisningar

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Svar och anvisningar

undanträngda luften vilket motsvarar Flyft kraft skall först användas för att lyfta samma volym helium samt ballongens tyngd.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Lösningar Heureka 2 Kapitel 3 Rörelse i två dimensioner

Svar och anvisningar

Lösningar till repetitionsuppgifter

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Möjliga lösningar till tentamen , TFYY97

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

WALLENBERGS FYSIKPRIS

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Övningstenta Svar och anvisningar. Uppgift 1. a) Hastigheten v(t) får vi genom att integrera: v(t) = a(t)dt

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Lösningar Heureka 2 Kapitel 7 Harmonisk svängningsrörelse

mg F B cos θ + A y = 0 (1) A x F B sin θ = 0 (2) F B = mg(l 2 + l 3 ) l 2 cos θ

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

FYSIKTÄVLINGEN. KVALIFICERINGS- OCH LAGTÄVLING 5 februari 2004 LÖSNINGSFÖRSLAG SVENSKA FYSIKERSAMFUNDET

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

Kortfattat lösningsförslag Fysik A, Tentamensdatum:

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

a) En pipa som är öppen i båda ändarna har svängningsbukar i ändarna och en nod i

Tentamen i Fysik TEN 1:2 Tekniskt basår

WALLENBERGS FYSIKPRIS

= T. Bok. Fysik 3. Harmonisk kraft. Svängningsrörelse. Svängningsrörelse. k = = = Vågrörelse. F= -kx. Fjäder. F= -kx. massa 100 g töjer fjärder 4,0 cm

Svar: Inbromsningssträckan ökar med 10 m eller som Sören Törnkvist formulerar svaret på s 88 i sin bok Fysik per vers :

Final i Wallenbergs fysikpris

Lösningar till övningar Arbete och Energi

Vågrörelselära och optik

Lösningar/svar till tentamen i F0031T Hydromekanik Datum:

Tentamen i delkurs 1 (mekanik) för Basåret Fysik NBAF00

Tillämpad Matematik I Övning 3

Problem Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november Givet:

LEKTION PÅ GRÖNA LUND GRUPP A (GY)

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

TENTAMEN. Linje: Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling. Umeå Universitet. Lärare: Joakim Lundin

Vågrörelselära och optik

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

ROCKJET GRUPP A (GY) FRITT FALL

Mekanik Föreläsning 8

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 1 Lösningar

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

Målsättningar Proffesionell kunskap. Kunna hänvisa till lagar och definitioner. Tydlighet och enhetliga beteckningar.

KOMIHÅG 12: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

Kortfattade lösningar till tenta för LNC022, :

Repetition Mekanik Fy2 Heureka 2: kap. 2, 3.1-3, version 2016

Lösningsförslag - tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Övning 9 Tenta

Experimentella metoder 2013, Räkneövning 3

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

ALTERNATIVA KOORDINATSYSTEM -Cylindriska koordinatsystem. De polära koordinaterna r och " kan beskriva rörelsen i ett xyplan,

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

. Bestäm för denna studs stöttalet e! Lösning: Energiprincipen för bollens fall ner mot underlaget ger omedelbart före stöt:

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Edutainmentdag på Gröna Lund, Grupp A (Gy)

Vågfysik. Superpositionsprincipen

Denna våg är. A. Longitudinell. B. Transversell. C. Något annat

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2013

.4-6, 8, , 12.10, 13} Kinematik Kinetik Kraftmoment Vektorbeskrivning Planetrörelse

Uppgifter till KRAFTER

Biomekanik, 5 poäng Introduktion -Kraftbegreppet. Mekaniken är en grundläggande del av fysiken ingenjörsvetenskapen

Final i Wallenbergs Fysikpris

Denna vattenmängd passerar också de 18 hålen med hastigheten v

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

Tentamen i Fysik för K1,

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

5B1134 Matematik och modeller

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

För positiva tal x och y gäller: Peta P LOGARITMLAGAR PREFIX. tera T giga G mega M kilo k hekto h 10 2.

Lösningar Heureka 2 Kapitel 2 Kraftmoment och jämvikt

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 12 januari 2005

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 5

Omtentamen i Mekanik I SG1130, grundkurs för CMATD och CL. Problemtentamen

9, 10. TFYA15 Fysikaliska modeller VT2019 Partikelkinetik-energi Magnus Johansson,IFM, LiU

INFÖR BESÖK PÅ GRÖNA LUND

TENTAMEN. Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A, Basterminen del 1 Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling.

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Problemtentamen. = (3,4,5)P, r 1. = (0,2,1)a F 2. = (0,0,0)a F 3. = (2,"3,4)P, r 2

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Sven-Bertil Kronkvist. Elteknik. Komplexa metoden j -metoden. Revma utbildning

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 7 poäng, FyL2 Tisdagen den 19 juni 2007 kl 9-15

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

Transkript:

WALLENBERGS FYSKPRS FNALTÄVLNG 3 maj 2014 SVENSKA FYSKERSAMFUNDET LÖSNNGSFÖRSLAG 1. a) Fasförskjutningen ϕ fås ur P U cosϕ cosϕ 1350 1850 ϕ 43,1. Ett visardiagram kan då ritas enligt figuren nedan. U L U 43,1 U L U R U R U b) För att fasförkjutningen skall bli noll måste U C U L, vilket innebär att reaktanserna måste vara lika, X C X L. nduktiva reaktansen kan beräknas enligt X L U L. Strömmens effektivvärde är 8,04 A. Detta ger 1850 VA 230 V X C X L U L U sinϕ 230 sin43,1 8,04 c) Totala impedansen utan faskompensering är Z U 230 Ω 28,6 Ω. 8,04 Ω 19,6 Ω. Med faskompensering blir totala impedansen lika med motståndets resistans, det vill säga Z R U R U cosϕ 230 cos43,1 8,04 Ω 20,9 Ω. Svar: a) Se ovan b) 19,6 Ω c) 28,6 Ω respektive 20,9 Ω.

2. a) Välj punkten P R:s angreppspunkt) som momentpunkt. L / 3 L / 3 F H F H 2L / 3 Huvud L / 2 F e W 2 W 2 4L 3 sin30 θ W 1 12 Ryggrad 2L 3 sin12 W 1 R Femte ländkotan R L 2 cos30 L cos30 Momentarmen för kraften F e är då se figuren) 2L 3 sin12. Momentjämvikt ger vilket ger F e 2L 3 sin12 + F H 4L 3 sin30 0,4mg L 2 cos30 + 0,2mg + Mg) Lcos30, F e 0,4m + M)gcos30 4 3 F H sin30 2 3 sin12. 1) nsättning av värden ger F e 0,4 65 + 20) 9,82 cos30 4 3 0 sin30 2 3 sin12 N 2820 N. Vinkeln mellan kraften F e och horisontalplanet är 30 12 18. Kraftjämvikt i vertikalled ger vilket ger R y 0,4mg 0,2mg + Mg) F e sin18 0, R y 0,6m + M)g + F e sin18 0,6 65 + 20) 9,82 + 2820 sin18 ) N 1450 N. Kraftjämvikt i horisontalled ger vilket ger R x F e cos18 F H 0, R x F e cos18 + F H 2820 cos18 + 0) N 2680 N.

Sökta kraftens storlek är R R 2 x + R 2 y 1450 2 + 2680 2 N 3,1 10 3 N. Vinkeln β som kraften bildar med horisontalplanet fås ur tanβ R y 1450 R x 2680 β 28. b) nsättning av m 65 kg, M 20 kg och F H 200 N i ekvation 1) ger F e 1860 N. Vi får då och R y 0,6m + M)g + F e sin18 0,6 65 + 20) 9,82 + 1860 sin18 ) N 1150 N. R x F e cos18 + F H 1860 cos18 + 200) N 1970 N. Kraftens storlek är nu R R 2 x + R 2 y 1150 2 + 1970 2 N 2,3 10 3 N, och vinkeln med horisontalplanet fås ur tanβ R y 1150 R x 1970 β 30. Svar: a) 3,1 kn, 28 mot horisontalplanet b) 2,3 kn, 30 mot horisontalplanet. 3. Fokus skall förskjutas 5,0 cm enligt figuren nedan. Vi vill alltså att avståndet x i den högra figuren nedan skall vara 5,0 cm. i b i b y F 30 cm 5,0 cm z i z i x d Ur figuren får vi sini z x x z sini. 2)

Ur figuren fås också att cosb d y och sini b) y z, vilket ger z ysini b) nsättning i ekvation 2) ger x d sini b) sinicosb d sini b) cosb dsinicosb cosisinb) sinicosb d 1 tanb ) d tani dsinicosb cosisinb). cosb d 1 sinb sini 1 cosisinb ) sinicosb där vi använt att tanα sinα för små vinklar α. Brytningslagen ger sini nsinb, det vill säga sinb sini 1 n, så vi får x d 1 1 ), n vilket ger ), d x 1 1 n 5,0 cm 1 1 1,5 15 cm. Svar: Plattan skall vara 15 cm tjock och placeras parallellt med linsen. Det spelar dock ingen roll var någonstans mellan linsen och skärmen som den placeras. Alternativ lösning: Brytningslagen ger sini nsinb. 3) Ur figuren fås sini tani och sinb tanb eftersom vinklarna är små) och sini tani h d x sinb tanb h d. 4) 5) nsättning av 4) och 5) i brytningslagen 3) ger h d x n h d, vilket efter lite algebra ger d x 5,0 cm 1 1 n 1 1,5 1 15 cm.

4. a) Vi räknar som om det är en punktpartikel som rör sig längs banan. Hastigheterna vid de olika stolparna fås med hjälp av energiprincipen, mv 2 0 2 mgh + mv2 2 v v 2 0 2gh, där h är höjden ovanför höjden 42,38 m där accelerationszonen slutar. Vi har här bortsett från luft- och rullmotstånd. nsättning av v 0 23,5 m/s och värden på h från tabellen i uppgiften ger farter enligt tabellen nedan. Stolpe Fart m/s) 129 Accelerations- 23,5 zon slut) 130 23,1 131 22,5 132 21,3 133 19,6 134 17,1 135 12,1 Top Hat 6,8 136 11,7 b 135 136 62,1 62,1 54,1 r b) Om vi antar att banan mellan stolpe 135 och 136 har formen av en cirkelbåge med medelpunktsvinkeln α, och att bågens längd ges av Avstånd till nästa stolpe kan krökningsradien uppskattas ur b α 180 2πr r 360 α b π. nsättning av α 62,1 + 54,1 116,2 och b 13,139 m ger r 180 116,2 13,139 π m 6,5 m. Centripetalacceleration kan uppskattas till a v2 r 6,82 6,5 m/s2 7,1 m/s 2.

13,2 α 42,2 r r b 132 13,2 130 c) Vi antar att banan mellan stolpe 130 och 132 har formen av en cirkelbåge med båglängden b 4,822 + 4,447) m 9,269 m och medelpunktsvinkeln α 42,2 13,2 29,0 se figur ovan). Krökningsradien kan då uppskattas till r 180 29,0 9,269 m 18,3 m, π och centripetalaccelerationen till d) a v2 r 22,52 18,3 m/s2 27,7 m/s 2. Vid stolpe 131: F t Högsta punkten: F t kraft på person från tåg F t F g F g e) högsta punkten är tangentiella accelerationen noll, så totala accelerationen är lika med centripetalaccelerationen, det vill säga 7,1 m/s 2.

Vid stolpe 131 har accelerationen en radiell komposant som är 27,7 m/s 2 centripetalaccelerationen beräknad i uppgift c)), och en tangentiell komposant som fås som komposanten av tyngdaccelerationen i tangentens riktning, se figuren nedan ej skalenlig). g sin 24,5 a c g a tot 24,5 a t g sin 24,5 Totala accelerationen har storleken a tot a 2 c + gsinβ) 2 27,7 2 + 9,82sin24,5 ) 2 m/s 2 28,0 m/s 2. f) Högsta punkten: Tåget masscentrum kommer aldrig upp till högsta höjden på banan, så farten högst upp borde vara något högre än den som beräknades i uppgift a). Att tåget åker under spåret borde innebä ra att krökningsradien blir lite mindre än beräknat i b). Då borde centripetalaccelerationen v 2 /r) bli lite större. Vid stolpe 131: För den som sitter längst fram borde farten när man passerar stolpe 131 vara något högre än den som beräknats i uppgift a), eftersom tågets masscentrum befinner sig på en lägre höjd. Omvänt borde farten bli något lägre för den som sitter längst bak, eftersom tågets masscentrum befinner sig högre upp när man själv passerar stople 131. Svar: a) Se tabell ovan b) 6,5 m; 7,1 m/s 2 c) 18,3 m; 27,7 m/s 2 d) se figur ovan e) 7,1 m/s 2 ; 28,0 m/s 2. 5. a) Avståndet mellan en nod och en buk är λ/4, vilket ger sambandet L λ 4 λ 4L 4H + h) 4 0,17 m 0,68 m. Frekvensen för grundtonen är då f v λ 340 Hz 500 Hz. 0,68 Detta är en bit ifrån den uppmätta frekvensen 180 Hz. b) Om luften komprimeras adiabatiskt gäller att pv γ konstant, vilket ger pv V ) γ p 0 V γ 0. nsättning av V πd2 4 x ger p p 0 V0 V 0 V ) γ p 0 V 0 V 0 πd2 4 x ) γ p 0 1 1 πd2 4V 0 x ) γ

Här är V 0 πd2 H 4. Trycket kan alltså skrivas ) γ ) γ 1 p p 0 p 1 d2 x 0 1 d2 x D 2. H D 2 H c) Eftersom x H kan vi göra approximationen ) γ ) p p 0 1 d2 x D 2 p 0 1 + γ d2 x H D 2 H Resultanten till tryckkrafterna på luftpaketet är positiv riktning nedåt) ) F p 0 A pa p 0 A p 0 1 + πγd2 x A πγd2 Ap 0 x, 4V 0 4V 0 där A är det cylindriska luftpaketets bottenarea. nsättning av V 0 πd2 H 4 och A πd2 4 ger F πγd4 p 0 4D 2 H x. Kraften kan alltså skrivas F kx, där k πγd4 p 0 4D 2 H π 1,4 0,024 1 10 5 4 0,06 2 0,15 N/m 33 N/m. d) Eftersom F kx kommer luftpaketet att svänga som en harmonisk oscillator med frekvensen f 2π 1 k m. Luftpaketets massa är m 1,2 π 0,022 0,05 4 Frekvensen är således f 1 2π k m 1 2π kg 1,9 10 5 kg. 33 Hz 210 Hz, 1,9 10 5 vilket med en värdesiffra stämmer överens med det mätta värdet 180 Hz). e) Expansioner och kompressioner sker så snabbt under bråkdelen av en sekund) att temperaturen knappast hinner utjämnas mellan flaskan och gasen under förloppet gång. Därför är det inte rimligt att anta konstant temperatur. Ljudvågornas våglängd λ v f 340 230 m 1,5 m är betydligt större än H vilket innebär att all luft i flaskan har ungefär samma fas, det vill säga trycket är ungefär detsamma överallt. Alternativt: Perioden är mycket längre än tiden H/v som det tar för en tryckvåg att röra sig från flaskans topp till botten. Trycket hinner inte utjämnas.) Svar: a) 500 Hz b) se ovan c) 41 N/m d) 0,2 khz e) se ovan.