Uitwerkingen Tentamen Natuurkunde-1

Vergelijkbare documenten
Tentamen Mechanica ( )

4. Maak een tekening:

Arbeid & Energie. Dr. Pieter Neyskens Monitoraat Wetenschappen pieter.neyskens@wet.kuleuven.be. Assistent: Erik Lambrechts

Tentamen Natuurkunde A uur uur woensdag 10 januari 2007 Docent Drs.J.B. Vrijdaghs. Vul Uw gegevens op het deelnameformulier in

Theory Dutch (Netherlands) Lees eerst de algemene instructies uit de aparte enveloppe voordat je begint met deze opgave.

Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 8, Bewegen in functies

TENTAMEN DYNAMICA (140302) 29 januari 2010, 9:00-12:30

BIOFYSICA: Toets I.4. Dynamica: Oplossing

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven. Iedere opgave bestaat uit meerdere onderdelen. Ieder onderdeel is zes punten waard.

Kracht en beweging (Mechanics Baseline Test)

ATWOOD Blok A en blok B zijn verbonden door een koord dat over een katrol hangt. Er is geen wrijving in de katrol. Het stelsel gaat bewegen.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT Faculteit der Civiele Techniek en Geowetenschappen

Krachten (4VWO)

a. Bepaal hoeveel langer. b. Bepaal met figuur 1 de snelheid waarmee de parachutist neerkomt.

a. Bepaal hoeveel langer. b. Bepaal met figuur 1 de snelheid waarmee de parachutist neerkomt.

Klassieke Mechanica a (Tentamen 11 mei 2012) Uitwerkingen

Toegepaste mechanica 1. Daniël Slenders Faculteit Ingenieurswetenschappen Katholieke Universiteit Leuven

Samenvatting Natuurkunde Syllabus domein C: beweging en energie

NATUURKUNDE. Figuur 1

Examen Algemene natuurkunde 1, oplossing

De leraar fysica als goochelaar. lesvoorbeeld: harmonische trillingen

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven. Iedere opgave bestaat uit meerdere onderdelen. Ieder onderdeel is zes punten waard.

Uitwerking Tentamen Klassieke Mechanica I Dinsdag 10 juni 2003

je kunt T ook uitrekenen via 33 omwentelingen in 60 s betekent 1 omwenteling in 60/33 s.

Advanced Creative Enigneering Skills

VAK: Mechanica - Sterkteleer HWTK

Examen mechanica: oefeningen

- KLAS 5. a) Bereken de hellingshoek met de horizontaal. (2p) Heb je bij a) geen antwoord gevonden, reken dan verder met een hellingshoek van 15.

Samenvatting NaSk 1 Natuurkrachten

Mechanica - Sterkteleer - HWTK PROEFTOETS versie C - OPGAVEN en UITWERKINGEN.doc 1/16

Technische Universiteit Eindhoven Bachelor College

Mkv Dynamica. 1. Bereken de versnelling van het wagentje in de volgende figuur. Wrijving is te verwaarlozen. 10 kg

Tentamen Natuurkunde 1A uur uur vrijdag 14 januari 2011 docent drs.j.b. Vrijdaghs

Hoofdstuk 3 Kracht en beweging. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Programmeren en Wetenschappelijk Rekenen in Python. Wi1205AE I.A.M. Goddijn, Faculteit EWI 6 mei 2014

Hoofdstuk 3 Kracht en beweging. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Hertentamen Klassieke Mechanica a, 15 juli 2015, 14u00 17u00 Let op lees onderstaande goed door!

Tentamen Natuurkunde I Herkansing uur uur donderdag 7 juli 2005 Docent Drs.J.B. Vrijdaghs

Naam:... Studentnummer:...

Uitwerkingen opgaven hoofdstuk 4

5.1 De numerieke rekenmethode

Samenvatting Natuurkunde Samenvatting 4 Hoofdstuk 4 Trillingen en cirkelbewegingen

Toets Algemene natuurkunde 1

Leerstof: Hoofdstukken 1, 2, 4, 9 en 10. Hulpmiddelen: Niet grafische rekenmachine, binas 6 de druk. Let op dat je alle vragen beantwoordt.

Juli blauw Vraag 1. Fysica

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N070) deel AB herkansing, blad 1/5

Uitwerking Oefeningen Speciale Relativiteitstheorie. Galileitransformaties. versie 1.3, januari 2003

jaar: 1989 nummer: 25

We hebben 3 verschillende soorten van wrijving, geef bij elk een voorbeeld: - Rollende wrijving: - Glijdende wrijving: - Luchtweerstand:

Tentamen Klassieke Mechanica, 29 Augustus 2007

BIOFYSICA: WERKZITTING 2 (Oplossingen) DYNAMICA

m C Trillingen Harmonische trilling Wiskundig intermezzo

krachtenevenwicht Uitwerking:

Inleiding kracht en energie 3hv

UITWERKINGEN OEFENVRAAGSTUKKEN 5 HAVO. natuurkunde

Uitwerkingen 1. ω = Opgave 1 a.

Veerkracht. Leerplandoelen. Belangrijke formule: Wet van Hooke:

KeCo-opgaven mechanica (arbeid en energie) HAVO4

Trillingen. Welke gegevens heb je nodig om dit diagram exact te kunnen tekenen?

TENTAMEN DYNAMICA ( )

Hoofdstuk 4 Trillingen en cirkelbewegingen. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Deze Informatie is gratis en mag op geen enkele wijze tegen betaling aangeboden worden. Vraag 1

Inleiding tot de dynamica van atmosferen Krachten

Topic: Fysica. Dr. Pieter Neyskens Monitoraat Wetenschappen Assistent: Erik Lambrechts

2de bach HIR. Optica. Smvt - Peremans. uickprinter Koningstraat Antwerpen EUR

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

7 College 01/12: Electrische velden, Wet van Gauss

Fysica: mechanica, golven en thermodynamica PROEFEXAMEN VAN 12 NOVEMBER 2008

Op zeker moment blijkt dat het middelste blok met massa m eenparig versneld naar rechts beweegt met versnelling a.

Tentamen - uitwerkingen

Rekenmachine met grafische display voor functies

Het berekenen van de componenten: Gebruik maken van sinus, cosinus, tangens en/of de stelling van Pythagoras. Zie: Rekenen met vectoren.

NAAM:... OPLEIDING:... Fysica: mechanica, golven en thermodynamica PROEFEXAME VA 3 OVEMBER 2009

RBEID 16/5/2011. Een rond voorwerp met een massa van 3,5 kg hangt stil aan twee touwtjes (zie bijlage figuur 2).

Tentamen Golven en Optica

Tentamen Klassieke Mechanica a, 12 juni 2015, 14u00 17u00. Let op lees onderstaande goed door!

De hoogte tijd grafiek is ook gegeven. d. Bepaal met deze grafiek de grootste snelheid van de vuurpijl.

Naam:... Studentnummer:...

toelatingsexamen-geneeskunde.be

Lessen in Krachten. Door: Gaby Sondagh en Isabel Duin Eckartcollege

Hoofdstuk 4 Trillingen en cirkelbewegingen. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Fysica. Indien dezelfde kracht werkt op een voorwerp met massa m 1 + m 2, is de versnelling van dat voorwerp gelijk aan: <A> 18,0 m/s 2.

vwo wiskunde b Baanversnelling de Wageningse Methode

1 VRIJE TRILLINGEN 1.0 INLEIDING 1.1 HARMONISCHE OSCILLATOREN het massa-veersysteem. Hoofdstuk 1 - Vrije trillingen

Snelle glijbanen. Masterclass VWO-leerlingen juni Emiel van Elderen en Joost de Groot NWD Faculteit EWI, Toegepaste Wiskunde

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2013 TOETS APRIL :00 12:45 uur

Theorie: Snelheid (Herhaling klas 2)

Mechanica - Sterkteleer - HWTK PROEFTOETS versie C - OPGAVEN.doc 1/7

BIOFYSICA: WERKZITTING 4 (Oplossingen) DYNAMICA VAN SYSTEMEN. dt L = M L. Aangezien M loodrecht staat op L, is het scalair product M L =0: dt L =0

Klassieke en Kwantummechanica (EE1P11)

Vraag Antwoord Scores. methode 1 Omdat de luchtweerstand verwaarloosd wordt, geldt: v( t) = gt. ( ) ( ) 2

VAK: natuurkunde KLAS: Havo 4 DATUM: 20 juni TIJD: uur TOETS: T1 STOF: Hfd 1 t/m 4. Opmerkingen voor surveillant XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts. Fysica: Golven. 25 juli dr. Brenda Casteleyn

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Mechanica 2 voor N (3AA42) woensdag 24 juni 2009 van

Voortgangstoets NAT 5 VWO 45 min. Week 49 SUCCES!!!

Een bal wegschoppen Een veer indrukken en/of uitrekken Een lat ombuigen Een wagentjes voorduwen

Examentraining Leerlingmateriaal

SCHRIFTELIJK TENTAMEN VAN 22 JANUARI Dit tentamen bevat verschillende soorten vragen of deelvragen:

5. Lineaire verbanden.

Eindexamen natuurkunde 1-2 compex vwo 2007-I

Transcriptie:

Uitwerkingen Tentamen Natuurkunde-1 5 november 2015 Patrick Baesjou Vraag 1 [17]: a. Voor de veerconstante moeten we de hoekfrequentie ω weten. Die wordt gegeven door: ω = 2π f ( = 62.8 s 1 ) Vervolgens geldt dat: ω = k m k = ω 2 m = (2π f ) 2 m k = (2π 10) 2 0.25=986.96=987 N/m b. De amplitude kunnen we berekenen uit de maximale snelheid, en die kunnen we weer berekenen uit de verplaatsing. Algemeen geldt voor een trilling dat: x = Acos(ωt +φ) Dus: v = dx = Aω sin(ωt +φ) dt en: v max = Aω A = v max ω = 9 62.8 = 0.14 m Alternatief: via energiebehoud. De kinetische energie is maximaal als v = v max (als de massa door de evenwichtpositie beweegt, dus x = 0). De potentiële energie is maximaal bij maximale uitslag: x = A. Aangezien de mechanische energie in het systeem niet verandert (ΔE=0) geldt dat: ΔK = ΔU of K max = U max (als we de juiste aftelpunten nemen). Dus: 1 mv 2 2 max = 1 2 ka2 A 2 = m k v 2 max A = m k v 2 max = v 2 max ω 2 = v max ω c. De versnelling kun je bereken door de tweede afgeleide van de verplaatsing te nemen: a = d2 x dt 2 = Aω 2 cos(ωt +φ)= ω 2 x Hieruit kunnen we zien dat a max = Aω 2 = 0.143(62.8) 2 = 564.54 = 565 m/s 2 Door de formule te schrijven als a = ω 2 x kunnen we onmiddelijk zien dat de (absolute waarde van de) maximale versnelling bereikt wordt als x = A, dus bij de maximale uitslag (dus als v=0 m/s).

Vraag 2 [18]: Dit is een geval van twee keer impulsbehoud, waarin we Anne en Bob en hun interactie met de bal als twee aparte gebeurtenissen moeten beschouwen, en dus apart moeten oplossen. In feite hebben we hier twee keer het equivalent van een inelastische botsing, en voor beide geldt: Δ! P = 0 In beide gevallen geldt dus: m k v k,initial = Voor Bob geldt: m tot,i v bob,i = (m bob )v bob,f v bal k k m k v k,final (m bob )v bob,i = (m bob )v bob,f v bal v bob,f = (m bob )v bob,i m bal v bal (m bob ) Invullen geeft: v bob,f = (85+15+8) 3 8 7 (85+15) = 2.68 m/s [1] Voor Anne geldt: (m anne )v anne,i v bal = (m anne )v anne,f v anne,f = (m anne )v anne,i v bal (m anne ) = (65+15) 2+8 7 (65+15+ 8) = 2.45 m/s Bob glijdt na afloop dus nog steeds sneller dan Anne, en ze zullen dus nog steeds botsen (zij het iets minder hard).

Vraag 3 [25]: a. voor deze vraag weten we de de hoek waaronder het pakketje wordt afgeschoten (60 ) en de afstand tussen begin- en eindpunt (Δx = 300m, Δy = 200m). De oorsprong moet nog even gekozen worden, en het handigste is om die op het startpunt neer te leggen, zodat x 0 = 0 en y 0 = 0. Het pakketje beschrijft een kogelbaan: er is maar één versnelling (g) en die werkt alleen verticaal (y-richting). Voor de bewegingformules kunnen we nu opschrijven: x(t)= v 0,x t = v 0 t cosθ y(t)= v 0,y t 1 2 gt 2 = v 0 t sinθ 1 2 gt 2 probleem is dat we de tijd niet weten, maar deze kunnen we uit de formules elimineren door te schijven: t = x v o cosθ en dit te substitueren in de formule voor y(t): x y(x)= v 0 sinθ v 0 cosθ 1 g x 2 v 0 cosθ dit kunnen we nog verder uitwerken tot: v 0 = 2 = x tanθ 1 2 g x 2 v 0 2 cos 2 Θ gx 2 2cos 2 Θ(x tanθ y) maar dat hoeft niet per se in principe kun je met de formule voor y=f(x) al op een waarde voor v 0 komen door de bekende getallen in de vullen: 200 = 300 tan60 1 (300)2 90000 9.8 = 519.62 4.9 2 v 2 0 cos 2 60 v 2 0 (0.5) 2 200 519.62= 441000 0.25v 0 2 v 0 2 = 441000 79.91 = 5518.71 v 0 = 74.3 m/s invullen in de formule van v 0 =... geeft uiteraard hetzelfde resultaat

b. Hier hebben we energiebehoud (van mechanische energie): de potentiële energie in de katapult wordt volledig omgezet in kinetische ergie: U veer = K dus: 1 2 kx 2 = 1 2 mv2 NB: we gebruiken een x in deze formule omdat het een uitrekking in 1 richting is, maar het is niet dezelfde x als in vraag a. oplossen voor x geeft: x = mv2 k = 5 (74.3)2 140000 = 0.44 m (voor v 0 = 40 m/s is het antwoord 0.24 m) c. De richting van de snelheid is die van de raaklijn aan de parabolische baan. Op het hoogste punt is die richting horizontaal: de snelheid in de y-richting is 0, alleen de x-component is over. De enige versnelling is de zwaartekrachtversnelling, en die werkt alleen verticaal (in de y-richting). Op het hoogste punt staan de snelheid en versnelling dus loodrecht op elkaar. Snelheid en versnelling parallel? Omdat de versnelling verticaal gericht is, moet hiervoor dus de snelheid ook puur verticaal gericht zijn. Hiervoor zou de x-component van de snelheid dus 0 moeten zijn. We weten echter uit vraag a dat: v x = v 0 cosθ en dit is een constante, niet gelijk aan 0. Er is dus in principe nergens een moment dat de snelheid en versnelling parallel zijn. Sommigen merkten echter niet geheel onterecht op dat tijdens het afschieten zelf de snelheid en versnelling parallel zijn. Dat is eigenlijk geen onderdeel van de kogelbaan, maar hebben we ook goedgerekend.

Vraag 4 [20]: Dit is het rotatie-equivalent van een inelastische botsing, en er geldt dus behoud van impulsmoment Omdat de draaischijf en Bob tot stilstand zijn gekomen nadat Bob er op is gesprongen, is het impulsmoment na de botsing dus 0, en moet de som van impulsmomenten ervoor dus ook 0 zijn:! L schijf +! L bob =! L schijf +bob = 0 en dus:! L schijf =! L bob Nu kunnen we voor de respectievelijke impulsmomenten schrijven:! L schijf = I! ω! L bob =! r! p = r p sinφ met φ=90 geeft dit:! L bob = rm bob v bob I ω! dus: r = m bob v bob Nu moeten we de losse componenten nog even uitwerken: Impulsmoment draaischijf: I = 1 2 MR2 = 1 2 150 22 = 300 kg m 2 de hoeksnelheid halen we uit de rotatiesnelheid: 18 omw/min ω! = 18 2π = 1.885 rad/s 60 Het min-teken volgt uit de rechterhandregel, de schijf draait met de klok mee. Het impulsmoment van de schijf is dus ook negatief De snelheid van Bob halen we uit zijn versnelling: v bob = at = 4 1.25 = 5 m/s Het impulsmoment van Bob is positief van teken, want zijn snelheid zou resulteren in een rotatie tegen de klok in. Dit volgde ook al uit de hoek van 90. Sommigen hebben ook voor Bob een L=Iω berekening gemaakt en dat is in principe ook correct. Het traagheidsmoment is dan m bob r 2 en ω=v bob /r. Per saldo komt dat op hetzelfde neer. Invullen geeft: I ω! r = = 300 1.885 = 1.33 m m bob v bob 85 5

Vraag 5 [20]: a) Zie de krachtenplaatjes. Kies een assenstelsel met x parallel aan de helling. Op blok 2 werken de zwaartekracht en de spankracht T in het touw. Omdat het geheel niet beweegt geldt dat T = m 2 g. Op blok 1 werken de zwaartekracht (w 1 =m 1 g), die ontbonden kan worden in een component langs de helling (w 1,x ) en een component loodrecht er op (w 1,y ) (deze laatste geeft aanleiding tot de normaalkracht n op het blok), de spankracht T in het touw en de statische wrijvingskracht f s. Er zijn nu twee mogelijke scenarios waarbij blok 1 (en dus blok 2) nog net niet beweegt: a. bij kleine hellingshoek is de component van de zwaartekracht op blok 1 langs de helling (w 1,x ) kleiner dan de spankracht T, en dreigt blok 1 dus door de spankracht omhoog de helling op getrokken te worden. Dit kan net worden voorkomen als de maximale statische wrijvingskracht samen met w 1,x de spankracht precies tegenwerkt b. bij grote hellingshoek is de component van de zwaartekracht op blok 1 langs de helling (w 1,x ) groter dan de spankracht T, en dreigt blok 1 dus langs de helling naar beneden te glijden. Dit kan net worden voorkomen als de maximale statische wrijvingskracht tegengesteld is aan w 1,x (en dus meewerkt met de spankracht). Het cruciale verschil is dus dat de wrijvingskracht f s tegengesteld gericht in de twee situaties.

b) Omdat de blokken niet bewegen geldt dat de netto kracht op beide blokken nul is. Bij de grootste van de twee hoeken uit vraag a) geldt nu voor blok 1: T w 1,x + f s,max = F net = 0 met: spankracht: T = m 2 g component zwaartekracht langs helling: w 1,x = m 1 gsinθ wrijvingskracht: f s,max = µ s n = µ s m 1 gcosθ geeft dit: m 2 g m 1 gsinθ + µ s gcosθ = 0 m 1 gsinθ µ s m 1 gcosθ = m 2 g m 1 (sinθ µ s cosθ)= m 2 sinθ µ s cosθ = m 2 m 1