Romskip med akselerasjon, transformator, nøytronhenfall og fjærsvingning
Lov på eksamen
- Skrivesaker, passer, linjal og vinkelmåler
- Vedlegg i oppgavesettet
Ingen kalkulator eller digitale verktøy. Vedleggene i oppgavesettet kan brukes på begge deler.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Et romskip beveger seg med konstant akselerasjon på i et gravitasjonsfelt. Du kan anta at gravitasjonsfeltet er homogent med feltstyrke .
Tegn en figur, og finn den største og minste gravitasjonsfeltstyrken romfarerne kan oppleve.
Spenningen på primærsiden av en ideell transformator er , og strømmen er . Spenningen på sekundærsiden skal være .
Regn ut strømmen på sekundærsiden.
Hvorfor må vi ha vekselspenning på primærsiden i en transformator?
En vanlig reaksjon i naturen er .
Gjør rede for bevaringslover i reaksjonen.
Ei fjær med fjærstivhet henger i ro. Vi fester et lodd med masse på fjæra og slipper loddet slik at det svinger fritt mellom ytterpunktene A og B, som vist på figuren. Tyngdeakselerasjonen er .

Tegn figur(er) med krefter, og forklar hvorfor farten er størst når fjærforlengelsen er .
Finn et uttrykk for den største farten loddet får.
Fasit
Se figur. Største opplevde feltstyrke: (akselerasjon mot feltet). Minste: (akselerasjon i feltets retning).
1) 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 . 2)
LøsningsforslagKI-generert
I romskipet opplever romfarerne en gravitasjonsfeltstyrke som bestemmes av normalkraften fra gulvet: . Vi lar peke nedover og ser på to ytterpunkter.

Akselerasjon mot feltet (oppover). Normalkraften må både bære tyngden og gi akselerasjonen oppover. Newtons 2. lov gir
Akselerasjon i feltets retning (nedover). Tyngdekraften gir mer enn nok til akselerasjonen, og gulvet trenger bare å ta resten:
Generelt er den opplevde feltstyrken . Peker akselerasjonen skrått i forhold til feltet, blir størrelsen mellom disse verdiene. Den største feltstyrken romfarerne kan oppleve, er , og den minste er .
En ideell transformator har ikke energitap, så effekten er lik på primær- og sekundærsiden:
Strømmen på sekundærsiden er .
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: . 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 er disse størrelsene bevart:
- Ladning:
- Baryontall: nøytronet og protonet er baryoner med baryontall , elektronet og antinøytrinoet har baryontall :
- Leptontall: elektronet har leptontall og antinøytrinoet , mens nøytronet og protonet har :
- Energi: massen til nøytronet er større enn summen av massene til protonet og elektronet. Massedifferansen frigjøres som kinetisk energi , 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 være fjærforlengelsen. Det virker to krefter på loddet: tyngdekraften nedover og fjærkraften oppover.

- Øverst (A): , så fjærkraften er null. Kraftsummen er nedover.
- Likevekt: , altså . Kraftsummen er null.
- Nederst (B): (svingningen er symmetrisk om likevektsstillingen). Fjærkraften er , og kraftsummen er oppover.
På vei ned fra A er , så kraftsummen peker i fartsretningen og farten øker. Når loddet passerer , blir , 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 .
Vi bruker bevaring av mekanisk energi fra A (fart null, ) til likevektsstillingen . Loddet synker , så tapet i potensiell energi i tyngdefeltet går over til fjærenergi og kinetisk energi:
Vi setter inn :
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