TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Vergelijkbare documenten
TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

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

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N070) deel A2 en B, blad 1/6

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

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Viscositeit. par. 1 Inleiding

Viscositeit. par. 1 Inleiding

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Tentamen Mechanica ( )

Oplossing examenoefening 2 :

Klassieke en Kwantummechanica (EE1P11)

4. Maak een tekening:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Examen Algemene natuurkunde 1, oplossing

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

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

Begripsvragen: Elektrisch veld

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

BIOFYSICA: WERKZITTING 2 (Oplossingen) DYNAMICA

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

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

Het tentamen levert maximaal 30 punten op, waarvan de verdeling hieronder is aangegeven.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2016 theorietoets deel 1

BIOFYSICA: Toets I.4. Dynamica: Oplossing

Kracht en beweging (Mechanics Baseline Test)

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

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

Theory DutchBE (Belgium) De grote hadronen botsingsmachine (LHC) (10 punten)

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

NATUURKUNDE KLAS 5. PROEFWERK H8 JUNI 2010 Gebruik eigen rekenmachine en BINAS toegestaan. Totaal 29 p

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

TENTAMEN DYNAMICA ( )

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Examen mechanica: oefeningen

Rekenmachine met grafische display voor functies

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE, vakgroep Transportfysica FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE, vakgroep Fundamentele Wertui

koper hout water Als de bovenkant van het blokje hout zich net aan het wateroppervlak bevindt, is de massa van het blokje koper gelijk aan:

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

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Advanced Creative Enigneering Skills

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT Faculteit der Civiele Techniek en Geowetenschappen

EXAMEN CONCEPTUELE NATUURKUNDE MET TECHNISCHE TOEPASSINGEN

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Tentamen Fysische Systemen, , 9-12 uur

Juli blauw Fysica Vraag 1

Trillingen en Golven

V A D E M E C U M M E C H A N I C A. 2 e 3 e graad. Willy Cochet Pagina 1

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

DE XXXIII INTERNATIONALE NATUURKUNDE OLYMPIADE

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

tentamen stromingsleer (wb1225), Faculteit 3mE, TU Delft, 28 juni 2011, u

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Technische Universiteit Eindhoven Bachelor College

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

Juli geel Fysica Vraag 1

Gegeven de starre balk in figuur 1. Op het gedeelte A D werkt een verdeelde belasting waarvoor geldt: Figuur 1: Opgave 1.

VAK: Mechanica - Sterkteleer HWTK

woensdag 6 augustus 2008, u Code: 8W020, BMT 1.3 Faculteit Biomedische Technologie Technische Universiteit Eindhoven

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW)

Notatie Voor een functie y = y(t) schrijven we. Definitie Een differentiaalvergelijking is een vergelijking van de vorm

Vraag Antwoord Scores

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Examen Klassieke Mechanica

Naam : F. Outloos Nummer : 1302

STUDIERICHTING:... NAAM:... NUMMER:... VOORNAAM:... PROEFEXAMEN VAN 10 NOVEMBER 2006

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME

In een U-vormige buis bevinden zich drie verschillende, niet mengbare vloeistoffen met dichtheden ρ1, ρ2 en ρ3. De hoogte h1 = 10 cm en h3 = 15 cm.

8 College 08/12: Magnetische velden, Wet van Ampere

Juli blauw Vraag 1. Fysica

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

5.1 De numerieke rekenmethode

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

Toets Algemene natuurkunde 1

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (3D020)

Krachten (4VWO)

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW en SBI)

tijd [n*t1] hoek (rad) tijd [n*t2] hoek (rad) 0 0,52 0 0,52 1 0,40 1 0,46 2 0,30 2 0,40 3 0,23 3 0,34 4 0,17 4 0,30 5 0,13 5 0,26 6 0,1 6 0,23

Q l = 23ste Vlaamse Fysica Olympiade. R s. ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C ) Eerste ronde - 23ste Vlaamse Fysica Olympiade 1

STUDIERICHTING:... NAAM:... NUMMER:... VOORNAAM:... SCHRIFTELIJKE OVERHORING VAN 23 JANUARI 2006 MECHANICA

Tentamen Planetenstelsels met oplossingen 19 april 2012 Docent: Dr. Michiel Hogerheijde

oefen vt vwo5 h6 Elektromagnetisme Opgaven en uitwerkingen vind je op Oefen vt vwo5 h6 Elektromagnetisme Opgave 1.

NATUURKUNDE 8 29/04/2011 KLAS 5 INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK

Vlaamse Fysica Olympiade Eerste ronde

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

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

Tabellen en Eenheden

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

TENTAMEN NATUURKUNDE

tentamen stromingsleer (wb1225), Faculteit 3mE, TU Delft, 12 april 2011, u

Eindexamen moderne natuurkunde vwo 2008-I

Transcriptie:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N7) deel A1, blad 1/4 maandag 1 oktober 27, 9.-1.3 uur Het tentamen levert maximaal 2 punten op. De verdeling is bij de vragen aangegeven. 1. Beantwoord de volgende vragen en geef hierbij ook een argumentatie. (a) De statische wrijvingscoëfficiënt µ s tussen twee materialen is een dimensieloze materiaaleigenschap die kan worden bepaald door een blokje van het ene materiaal te plaatsen op een afstand r van het middelpunt van een draaiende schijf van het andere materiaal (zie figuur). Afhankelijk van de statische wrijvingscoëfficiënt µ s zal het blokje bij een bepaalde kritische hoeksnelheid ω gaan glijden. ω N 1111111111111111111111111111111 1111111111111111111111111111111 F w O F z r Men bedenkt dat het moment van glijden afhangt van de volgende fysische grootheden: 1) de locatie r van het blokje 2) de hoeksnelheid ω 3) de zwaartekrachtsversnelling g Hoeveel dimensieloze groepen beschrijven dit probleem en waarom? (b) In bovenstaand probleem wordt gezocht naar het volgende dimensieloze verband: Π(r,ω,g) = [r ar ω aω g ag ] = 1. Laat zien dat een mogelijke dimensieloze groep wordt gegeven door: ω2 r g. (c) In bovenstaand probleem is bij de kritische hoeksnelheid ω de wrijvingskracht F w = µ s N nog juist in evenwicht met de centripetale kracht F c = mω 2 r. Hierin is N de normaalkracht die de schijf uitoefent op het blokje. Laat zien dat de dimensieloze groep uit de vorige vraag overeenkomt met µ s. 1

(d) De kinematische wrijvingscoëfficiënt kan experimenteel worden bepaald door de glijweg L van een glijdend blokje over een vlakke plaat te meten. Er geldt: µ k = v2 2gL. Hierin is v de beginsnelheid en g de zwaartekrachtsversnelling. Men meet in een bepaald geval de volgende waarden: v = 3.13 ±.6 m/s, g = 9.8 ±.1 m/s 2 en L = 1.1 ±.6 m. Geef de waarde en de nauwkeurigheid van µ k in de vorm µ k ± µ k, met hierin het juiste aantal significante cijfers. (e) Een deeltje ondervindt een versnelling gegeven door: a = a e t/τ. Op t = heeft het deeltje een snelheid v. Uiteindelijk (op t = ) bereikt het deeltje een snelheid 2v. Bepaal v als functie van a en τ. (f) Wat zijn in de vorige opgave de dimensies van a en τ? (g) De positie van een deeltje wordt gegeven door: r(t) = x cos(ωt) e x + y sin(ωt) e y met x en y twee positieve constanten. Geef een beschrijving van de baan die het deeltje doorloopt en bepaal de snelheid en de versnelling. (h) Een electron met massa m e wordt met een snelheid v in x-richting midden tussen twee evenwijdige platen ter lengte L geschoten (zie figuur). De onderste plaat is positief geladen waardoor het electron ten gevolge van het elektrisch veld E een kracht ondervindt ter grootte F = qe e y. De bovenste plaat bevindt zich op afstand d. L e y d e x y + Op welke afstand y ten opzichte van het midden van de platen zal het electron zich bevinden op het moment dat de x-positie x = L bedraagt? De invloed van de zwaartekracht mag worden verwaarloosd. 2

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N7) deel A1, blad 3/4 maandag 1 oktober 27, 9.-1.3 uur 2. Een bolvormige cel geladen met elektrische lading q bevindt zich in een bekerglas met vloeistof en beweegt langzaam naar de bodem. Het bekerglas is geplaatst in een homogeen elektrisch veld E. Op tijdstip t = werd de cel vanuit rust losgelaten op hoogte h. We zijn geïnteresseerd in het moment t e waarop de cel de bodem bereikt. Hierbij gaan we uit van de volgende gegevens (zie ook de figuur). z = h E q, R, ρ c = ρ v e z g ρ v z = De dichtheid van de vloeistof bedraagt ρ v die van de cel ρ c. Er geldt dat ρ c = ρ v. De cel wordt bolvormig verondersteld met radius R (volume V c = 4 3 πr3 ). De zwaartekrachtsversnelling bedraagt g en werkt in negatieve z-richting, de elektrische veldsterkte bedraagt E en is naar boven gericht. De kracht die op de cel werkt als gevolg van het elektrische veld bedraagt F e = q E. We zullen eerst de wrijvingskrachten verwaarlozen: (a) Geef de grootte en richting van de krachten die op de cel werken uitgedrukt in de gegeven grootheden en laat zien dat de zwaartekracht geen invloed heeft op de beweging van de cel. (b) Laat zien dat voor de versnelling a die de cel ondervindt geldt: a = 4ρ c πr. 3 (c) Bepaal de snelheid v en de positie z van de cel als functie van de tijd. Druk het antwoord weer uit in de gegeven grootheden. (d) Op welk tijdstip t e en met welke snelheid v e bereikt de cel de bodem in het wrijvingsloze geval? We gaan nu de invloed van de wrijving meenemen: (e) De wrijvingskracht wordt gegeven door de relatie van Stokes: F w = 6πη v Rv, met η v de dynamische viscositeit van de vloeistof. Laat voor dit geval zien dat geldt: dt + γv + a = met γ = 9η v 2ρ c R 2 en a = 4ρ c πr 3. 3

(f) Schrijf w = γv+a en laat zien dat uit bovenstaande volgt dat v = a γ (1 e γt ). (g) Wat is nu de eindsnelheid v e en de tijd t e? Neem hierbij aan dat de viscositeit η v zo hoog is dat a /γ 2 h. Het is voldoende de antwoorden uit te drukken in γ, a en h. 4

1. Antwoorden: TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica Antwoorden by het tentamen Fysica in de Fysiologie (8N7) maandag 1 oktober 27, 9.-1.3 uur (a) Het aantal fysische grootheden n bedraagt n = 3. Het aantal basisdimensies k bedraagt k = 2 ( nl. uit {L, M}). Volgens het Buckingham Π-theorema wordt het probleem dan beschreven door n k = 1 dimensieloze groep. (b) Invullen van de dimensies geeft: Dit geeft: 1 = L ar T aω L ag T 2ag = L ar+ag T aω 2ag a r + a g = a ω 2a g = Kiezen we a r = 1 dan volgt a g = 1 en a ω = 2. Met andere woorden: Π( ω2 r g ) =. (c) Uit evenwicht tussen F w = µ s N = µ s mg en F c = mω 2 r volgt dat: µ s mg = mω 2 r µ s = ω2 r g (d) Relatieve fouten optellen geeft 2*2%+.1%+6%=1%. De uitkomst wordt dan µ k =.5 ±.5. (e) Voor de snelheid geldt: v = v + voor t vinden we dan: adt = v a τe t/τ + a τ. 2v = v + a τ v = a τ. (f) De speciale functie e t/τ heeft geen dimensie dus moet de dimensie van a gelijk zijn aan de dimensie van a, m.a.w. [a ] = L T 2. Het argument van een e-macht (t/τ) mag geen dimensie hebben, m.a.w. [τ] = [t] = T. (g) Het deeltje doorloopt een baan in de vorm van een ellips. De snelheid bedraagt: v(t) = d r dt = x ω sin(ωt) e x + y ω cos(ωt) e y. De versnelling wordt dan: a(t) = d v dt = x ω 2 cos(ωt) e x y ω 2 sin(ωt) e y. 5

(h) Uit de tweede wet van Newton volgt voor de versnelling a: 2. Antwoorden: F = m a a = F m e = qe m e e y De snelheid wordt dan: v v = Hieruit volgt een positie volgens: r r = Voor de lengte L geldt: adt v = v e x qe m e t e y. vdt r = v t e x qe 2m e t 2 e y L = v t e t e = L/v. De verplaatsing in y-richting is gelijk aan: y = qe 2m e t 2 e = qel2 2m e v 2 (a) De elektrische kracht: F e = qe e z. De zwaartekracht: F z = m c g = 4 3 πr3 ρ c g e z = V c ρ c g e z. De opwaartse kracht: F opw = m v g = 4 3 πr3 ρ v g e z = V c ρ v g e z. Omdat ρ v = ρ c wordt de zwaartekracht opgeheven door de opwaartse kracht. (b) Uit de tweede wet van Newton volgt: ΣF = ma qe = ρ c 4 3 πr3 a a = 4ρ c πr 3. (c) De snelheid volgt uit: v = v + De positie uit: z = z + adt = 4ρ c πr 3t. vdt = h 8ρ c πr 3t2. 6

(d) Als de cel de bodem bereikt geldt z = en dus: h = 8ρ c πr 3t2 e t e = 8hρc πr 3. Voor de snelheid geldt dan: v e = 8hρc πr 3 3hqE 4ρ c πr 3 = 2ρ c πr. 3 (e) De tweede wet van Newton geeft nu: ΣF = ma 4 qe 6πη v Rv = ρ c 3 πr3 dt. Hieruit volgt: dt + 9πη vr 2ρ c πr 3v + ρ c 4πR =. 3 Dit geeft tot slot: dt + γv + a = met γ = 9η v 2ρ c R 2 en a = 4ρ c πr 3. (f) Uit w = γv + a volgt v = w/γ a /γ zodat: dt = 1 dw γ dt dw dt + γw = w = ce γt. Uit v() = volgt w() = c = a. Dit geeft voor v: v = a γ (1 e γt ). (g) Voor de positie geldt: z = z + Voor a /γ 2 h geldt dan: ( a γ + a γ e γt )dt = h a γ t a γ 2e γt + a γ 2. z(t e ) = h a γ t e = t e = γh a. De eindsnelheid volgt uit v voor grote t: v e a /γ. 7