Formuleboekje. bij toetsen Kennisbasis Natuurkunde. September Hoort bij de toetsgids Natuurkunde. Versie 1

Transcriptie

1 Formuleboekje bij toetsen Kennisbasis Natuurkunde September 2013 Hoort bij de toetsgids Natuurkunde Versie 1

2 Inhoud 3 Constanten en grootheden 4 Basismechanica 5 Rotatiemechanica 7 Trillingen 8 Vloeistoffen 9 Warmte en gassen 10 Golven en geluid 11 Elektriciteit en magnetisme 14 Optica 15 Fysische optica 16 Relativiteitstheorie 17 Quantumfysica 18 Atoomfysica 19 Kernfysica 20 Elementaire deeltjes De formules in dit tabellen boekje zijn gebaseerd op Physics van Cutnell&Johson. De getallen uit de tabellen en de formules in de licht oranje vlakken zijn gebaseerd op BINAS, 6e druk. De stof voor de toetsen is vastgesteld in de kennisbasis natuurkunde, die te vinden is op 10voordeleraar.nl/ 2

3 Constanten en grootheden Waarden van enige constanten en grootheden Bron Binas 6e druk Symbool Naam Waarde G gravitatieconstante 6, N m 2 kg 2 g valversnelling (gemiddeld in Nederland) 9,81 ms 2 p 0 standaarddruk 1, Pa V m molair volume ideaal gas bij T = 273,15 K en p = p 0 2, m 3 mol 1 gasvormige stof bij T = 298 K en p = p 0 2, m 3 mol 1 0 C smeltpunt van ijs (p = p 0 ) 273,15 K N A constante van Avogadro 6, mol 1 R gasconstante 8, J mol 1 K 1 k constante van Boltzmann 1, J K 1 σ constante van Stefan Boltzmann 5, W m 2 K 4 k W constante van Wien 2, m K h constante van Planck 6, J s c lichtsnelheid 2, m s 1 (per definitie) ε 0 elektrische constante (permittiviteit van het vacuüm) 8, F m 1 constante in de wet van Coulomb 8, N m 2 C 2 µ 0 magnetische permeabiliteit van vacuüm 1, H m 1 μ 0 = 4π 10 7 H m -1 (per definitie) e elementair ladingskwantum 1, C F = e N A constante van Faraday 9, C mol 1 a 0 atoomstraal H atoom (volgens Bohrmodel) 5, m R H rydbergconstante voor waterstof 1, m 1 Symbool Naam Massa u kg MeV/c 2 u atomaire massa eenheid 1 1, , m p massa proton 1, , , m n massa neutron 1, , , m e massa elektron 5, , , Enkele meetkundige formules omtrek cirkel 2πr oppervlak cirkel πr 2 oppervlak bol 4πr 2 inhoud bol 3

4 Basismechanica eenparig versnelde beweging Newton 2e wet Newton 3e wet Newton s gravitatiewet wrijving krachtenevenwicht eenparige cirkelbeweging cirkelbeweging arbeid van constante kracht kinetische energie arbeid-energiestelling 1e vorm potentiële energie van constant gravitatieveld arbeid-energiestelling 2e vorm vermogen Stoot impuls stoot-impulsstelling impulsbehoud (2D) 4

5 Rotatiemechanica gemiddelde hoeksnelheid gemiddelde hoekversnelling eenparige draaibeweging tangentiele grootheden centripetale versnelling rollen krachtmoment evenwichtsvoorwaarden voor vast lichaam zwaartepunt massamiddelpunt traagheidsmoment Newton s 2e wet voor draaiing om vaste as I van holle cilinder of ring I van massieve cilinder of schijf I van staaf, loodrecht op as, door middelpunt I van staaf, loodrecht op as, door eindpunt I van massieve bol door middelpunt I van massieve bol, draai-as raakt aan oppervlak I van holle bol, as door middelpunt 5

6 I van rechthoek, as in vlak, door middelpunt I van rechthoek, as langs een zijde arbeid bij constant krachtmoment kinetische rotatie energie impulsmoment 6

7 Trillingen ideale veer frequentie-periode, hoekfrequentie harmonische trilling eigenfrequentie massa-veersysteem veerenergie eigenfrequentie fysische slinger (bij kleine uitwijking) eigenfrequentie mathematische slinger (bij kleine uitwijking) elastische vervorming afschuiven volume vervorming 7

8 Vloeistoffen dichtheid druk statische vloeistof: druk en diepte wet van Archimedes stroming: continuïteitsvergelijking debiet vergelijking van Bernoulli Viscositeit (η) wet van Stokes wet van Poisseuille 8

9 Warmte en gassen lineaire uitzetting volume uitzetting soortelijke warmte (c) warmte capaciteit (C) latente warmte (warmte bij faseverandering) warmtegeleiding wet van Stefan-Boltzmann Netto stralingsvermogen toestandsvergelijking ideaal gas kinetische gastheorie inwendige energie ideaal monoatomair gas diffusiewet van Fick thermodynamica 1e hoofdwet isobaar proces ideaal gas: isotherme expansie/compressie monoatomair ideaal gas: adiabatische exp./ comp. ideaal gas : adiabatische expansie/ compressie molaire soortelijke warmte monoatomair ideaal gas ideaal gas rendement warmtemotor rendement Carnotmotor prestatiecoëfficiënt koelmachine (COP) prestatiecoëfficiënt warmtepomp (COP) entropie thermodynamica 2e hoofdwet 9

10 Golven en geluid golven voortplantingssnelheid in een snaar golffunctie voortplantingssnelheid geluid in ideaal gas voortplantingssnelheid geluid in vloeistof voortplantingssnelheid geluid in vaste stof geluidsintensiteit geluidsniveau Doppler effect buiging aan spleet 1e minimum buiging aan cirkelvormige opening 1e minimum staande golven op een snaar staande geluidsgolven in buis (2 open) staande geluidsgolven in buis (1 open) 10

11 Elektriciteit en magnetisme wet van Coulomb elektrisch veld elektrisch veld puntlading elektrisch veld vlakke plaat condensator wet van Gauss elektrische potentiaal potentiaal van puntlading veldsterke en potentiaalverschil condensator diëlectrische constante capaciteit vlakke plaatcondensator energie condensator energiedichtheid elektrisch veld elektrische stroom wet van Ohm soortelijke weerstand temperatuurcoëfficiënt vd soortelijke weerstand elektrisch vermogen wisselstroom wisselstroomvermogen weerstanden in serie weerstanden parallel condensatoren parallel 11

12 condensatoren in serie condensator opladen condensator ontladen magnetisch veld bewegende lading in magnetisch veld magnetische kracht op draad krachtmoment op spoel in magnetisch veld magnetisch veld van lang rechte draad magnetisch veld in het midden van draadlus of korte spoel magnetisch veld in een lange spoel wet van Ampère voor een statisch B-veld inductiespanning in een bewegende geleider magnetische flux wet van Faraday inductiespanning in draaiende spoel tegenspanning bij elektromotor wederzijdse inductie inductiespanning t.g.v. wederzijdse inductie zelfinductie inductiespanning t.g.v. zelfinductie energie in een spoel energiedichtheid van het magnetisch veld Transformator-vergelijking weerstand bij wisselstroom: reactantie 12

13 capacitieve reactantie inductieve reactantie RCL-serieschakeling impedantie impedantie van RCL-serie fasehoek tussen V en I bij RCL-serie vermogensdissipatie in wisselstroomcircuit resonantie in LC-circuit EM-golven: voorplantingssnelheid E- en B-velden in EM-golf intensiteit van EM-golf Dopplereffect bij EM-golven (niet relativistisch) polarisatie: wet van Malus 13

14 Optica Reflectiewet holle spiegel bolle spiegel spiegelvergelijking vergroting brekingsindex wet van Snel kritische hoek wet van Brewster lenzenvergelijking lineaire vergroting hoekvergroting van een vergrootglas: ongeaccommodeerd oog hoekvergroting van een vergrootglas: maximaal geaccommodeerd oog hoekvergroting van een microscoop hoekvergroting van een sterrenkijker 14

15 Fysische optica dubbele spleet (maxima) dubbele spleet (minima) dun laagje buiging bij enkele spleet (minima) scheidend vermogen cirkelvormige opening tralie (maxima) 15

16 Relativiteitstheorie tijdrek lengtekrimp relativistische impuls totale energie rustenergie kinetische energie snelheden relativistisch optellen 16

17 Quantumfysica fotonenergie foto-elektrisch effect fotonimpuls Comptonverstrooiing De Broglie-golflengte onzekerheidsrelaties 17

18 Atoomfysica Lyman reeks Balmer reeks Paschen reeks Bohr-model uitgangspunten Bohr-model resultaten grootte van baanimpulsmoment component baanimpulsmoment röntgenstraling grensgolflengte 18

19 Kernfysica kernstraal bindingsenergie radioactief verval, vervalconstante (λ) halfwaardetijd activiteit exposie energiedosis dosisequivalent 19

20 Elementaire deeltjes Hadronen Symbool Baryonen Quarksamenstelling Massa p proton uud 938,3 MeV/c 2 n neutron udd 939,6 MeV/c 2 Λ0 lambda uds 1116 MeV/c 2 Σ+ sigma uus 1189 MeV/c 2 Ξ- xi dss 1321 MeV/c 2 Ω- omega sss 1672 MeV/c 2 Mesonen π+ pion 139,6 MeV/c 2 π 0 pion 135,0 MeV/c 2 K- kaon 493,7 MeV/c 2 K0 kaon 497,7 MeV/c 2 Leptonen e- elektron 0,511 MeV/c 2 μ- muon 105,7 MeV/c 2 τ - tauon 1777 MeV/c 2 νe e-neutrino <2,2 ev/c 2 νμ μ-neutrino <170 kev/c 2 ντ τ-neutrino <15,5 MeV/c 2 Quarks Lading (e) d down -1/3 u up +2/3 s strange -1/3 c charm +2/3 b bottom -1/3 t top +2/3 Wisselwerkingsdeeltjes γ foton elektromagnetische wisselwerking 0 W+,W- vectorboson zwakke wisselwerking 80,4 GeV/c 2 Z0 vectorboson zwakke wisselwerking 91,2 GeV/c 2 g gluon sterke wisselwerking 0 H0 Higgsboson 125 GeV/c 2 Alle hadronen, leptonen en quarks in deze tabel hebben een antideeltje. 20