Romskip med akselerasjon, transformator, nøytronhenfall og fjærsvingning

Del 1, uten hjelpemidler, med vedlegg

Romskip med akselerasjon, transformator, nøytronhenfall og fjærsvingning

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Et romskip beveger seg med konstant akselerasjon på 5,0 m/s2 i et gravitasjonsfelt. Du kan anta at gravitasjonsfeltet er homogent med feltstyrke 10 N/kg.

Tegn en figur, og finn den største og minste gravitasjonsfeltstyrken romfarerne kan oppleve.

Spenningen på primærsiden av en ideell transformator er 240 V, og strømmen er 0,10 A. Spenningen på sekundærsiden skal være 24 V.

Regn ut strømmen på sekundærsiden.

Hvorfor må vi ha vekselspenning på primærsiden i en transformator?

En vanlig reaksjon i naturen er n→p+e−+ν‾e.

Gjør rede for bevaringslover i reaksjonen.

Ei fjær med fjærstivhet k henger i ro. Vi fester et lodd med masse m på fjæra og slipper loddet slik at det svinger fritt mellom ytterpunktene A og B, som vist på figuren. Tyngdeakselerasjonen er g.

Fjær uten lodd og fjær med lodd som svinger mellom ytterpunktene A og B

Tegn figur(er) med krefter, og forklar hvorfor farten er størst når fjærforlengelsen er mgk.

Finn et uttrykk for den største farten loddet får.

Fasit

Se figur. Største opplevde feltstyrke: 15 N/kg (akselerasjon mot feltet). Minste: 5,0 N/kg (akselerasjon i feltets retning).

1) Is=1,0 A 2) Transformatoren virker ved induksjon, som krever en fluks som endrer seg. Likestrøm gir konstant fluks og ingen indusert spenning.

Ladning, baryontall, leptontall og energi (masse-energi) er bevart, i tillegg til bevegelsesmengde.

1) Se kraftfigur. Farten er størst der kraftsummen er null, det vil si der kx=mg. 2) vmaks=gmk

LøsningsforslagKI-generert

I romskipet opplever romfarerne en gravitasjonsfeltstyrke som bestemmes av normalkraften N fra gulvet: gopplevd=Nm. Vi lar g→ peke nedover og ser på to ytterpunkter.

Romskip som akselererer mot og med gravitasjonsfeltet

Akselerasjon mot feltet (oppover). Normalkraften må både bære tyngden og gi akselerasjonen oppover. Newtons 2. lov gir

N−mg=ma⇒Nm=g+a=10 N/kg+5,0 N/kg=15 N/kg

Akselerasjon i feltets retning (nedover). Tyngdekraften gir mer enn nok til akselerasjonen, og gulvet trenger bare å ta resten:

mg−N=ma⇒Nm=g−a=10 N/kg−5,0 N/kg=5,0 N/kg

Generelt er den opplevde feltstyrken g→opplevd=g→−a→. Peker akselerasjonen skrått i forhold til feltet, blir størrelsen mellom disse verdiene. Den største feltstyrken romfarerne kan oppleve, er 15 N/kg, og den minste er 5,0 N/kg.

En ideell transformator har ikke energitap, så effekten er lik på primær- og sekundærsiden:

UpIp=UsIs⇒Is=UpIpUs=240 V⋅0,10 A24 V=1,0 A

Strømmen på sekundærsiden er Is=1,0 A.

Strømmen i primærspolen lager et magnetfelt i jernkjernen, og kjernen leder den magnetiske fluksen gjennom sekundærspolen. Etter Faradays induksjonslov induseres det spenning i sekundærspolen bare når fluksen endrer seg: ε=−NsΔΦΔt. Med vekselspenning endrer strømmen, og dermed fluksen, seg hele tiden, så det induseres en vekselspenning på sekundærsiden. Med likespenning blir strømmen og fluksen konstante, og det induseres ingen spenning (bortsett fra et kort øyeblikk når strømmen slås av eller på).

I reaksjonen n→p+e−+ν‾e er disse størrelsene bevart:

  • Ladning: 0=(+1)+(−1)+0
  • Baryontall: nøytronet og protonet er baryoner med baryontall 1, elektronet og antinøytrinoet har baryontall 0: 1=1+0+0
  • Leptontall: elektronet har leptontall +1 og antinøytrinoet −1, mens nøytronet og protonet har 0: 0=0+1+(−1)
  • Energi: massen til nøytronet er større enn summen av massene til protonet og elektronet. Massedifferansen Δm frigjøres som kinetisk energi E=Δmc2, fordelt på produktene.
  • Bevegelsesmengde: et fritt nøytron i ro har bevegelsesmengde null, så summen av bevegelsesmengdene til produktene er også null. At energien fordeles på tre partikler, forklarer at elektronene får ulik kinetisk energi.

Loddet slippes fra ro der fjæra er ustrukket (A). Vi lar x være fjærforlengelsen. Det virker to krefter på loddet: tyngdekraften G=mg nedover og fjærkraften F=kx oppover.

Kreftene på loddet øverst, i likevektsstillingen og nederst

  • Øverst (A): x=0, så fjærkraften er null. Kraftsummen er mg nedover.
  • Likevekt: kx=mg, altså x=mgk. Kraftsummen er null.
  • Nederst (B): x=2mgk (svingningen er symmetrisk om likevektsstillingen). Fjærkraften er 2mg, og kraftsummen er mg oppover.

På vei ned fra A er mg>kx, så kraftsummen peker i fartsretningen og farten øker. Når loddet passerer x=mgk, blir kx>mg, og kraftsummen peker mot fartsretningen, så farten avtar. Tilsvarende på vei opp. Farten er derfor størst der kraftsummen, og dermed akselerasjonen, er null, altså når fjærforlengelsen er mgk.

Vi bruker bevaring av mekanisk energi fra A (fart null, x=0) til likevektsstillingen x0=mgk. Loddet synker x0, så tapet i potensiell energi i tyngdefeltet går over til fjærenergi og kinetisk energi:

mgx0=12kx02+12mv2

Vi setter inn x0=mgk:

12mv2=m2g2k−12km2g2k2=m2g22k⇒v2=mg2k
vmaks=gmk

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 H2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt