Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet - Fysik A

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
V3. Marstal solvarmeanlæg
a) Den samlede effekt , som solfangeren tilføres er
Solskinstiden omregnet til sekunder er
Den tilførte energi er så:
Kun af denne er nyttiggjort, så den nyttiggjorte energi udgør altså:
b) Energien som skal oplagres er ( )
En kubikmeter vand vejer 1 ton, dvs. lagerets vandmasse udgør:
Dette vand skal opvarmes fra til sluttemperaturen , som vi skal beregne. Den
nødvendige energi til opvarmningen er ( )
Hvis vi antager, at al den overskydende energi fra solfangeren alene går til opvarmning af vandet i
lageret har vi, at og dermed, at
( )
Denne ligning kan eventuelt løses ved at bruge CAS-værktøjets solve-funktionen. Alternativt kan
man isolere temperaturen til:
V7. Idrætsskader
a) En varme/kuldepose skal undersøges i denne opgave. Posen lægges i et vandbad med massen
mvand og vandets temperatur stiger med tvand og posen temperatur falder med t pose . Under
antagelse af, at der ikke sker varmetab til systemets omgivelser, kan vi bruge at al varmen fra
posen overføres til vandet uden tab. Derved kan vi opstille
Qpose
C pose t
pose c mvand
tvand
C
kJ
pose
1 , 7
Q c m t
t
C
vand vand vand
pose
b) Kuldeposen er brugbar, når 5
, 0C
. Vi får nogle afkølingsdata opgivet samt at
t pose
sammenhængen mellem tiden og temperaturen er tilnærmelsesvis lineær. Lad os her
retfærdiggøre det ved brugen af Excel

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
Temperaturen målt i
grader Celsius
Det vil sige, at sammenhængen er t 0, 1035C
16,
836C
. Ved indsættelse af betingelsen for
min
kuldeposen brugbarhed får vi 114, 3min
1,
9h
.
E4. Elbil
0
-5
-10
-15
-20
a) Af grafen ses at effekten er 700 W ved farten 40 km/h. Da spændingsfaldet er 36 V bliver
strømstyrken
.
b) I to timer leverer batteriet energien .
c) Effekten aflæses som 1060 W ved farten 50 km/h.
Dermed kan bilen køre i tiden
kunne køre strækningen
Vi har her forudsat at batteriets leverede energi er uafhængig af bilens fart.
B2. Gitter
Temperaturen som funktion af tiden
0 20 40 60 80
Tid målt i mimutter
.
. Da farten er 50 km/h vil bilen
a) Tabelværdierne for cadmiums bølgelængder findes i databogen. Vi kigger efter de bølgelængder
der har den største relative intensitet, hvor vi ikke skelner mellem neutralt og enkeltioniseret
cadmium:
Farve Violet Blå Grøn 1 Grøn 2 Rød
441,56 508,58 533,75 537,81 643,85
Ved hjælp af gitterformlen bestemmes afbøjningsvinklen til alle fem linjer. Da det viste spektrum
er 1. ordens spektret gælder at og derfor er ( )
Dette giver følgende resultater:
y = 0,1035x - 16,836
R 2 = 0,9961
Serie1
Lineær (Serie1)
, hvor
Farve Violet Blå Grøn 1 Grøn 2 Rød

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
441,56 508,58 533,75 537,81 643,85
26,5 30,5 32,0 32,3 38,6
Opgave A2 – Fluorecens
Nogle stoffer lyser, når de bestråles med ultraviolet lys. Fænomenet kaldes fluorescens og kan bl.a.
bruges ved analyse af visse biologiske prøver.
I et bestemt stof kan fotoner med bølgelængden 300 nm excitere elektroner fra
grundtilstanden til et højere energiniveau A. Stoffet udsender synligt lys, når elektronerne
overgår til et lavere energiniveau B, som ligger 0,216 aJ over grund-tilstanden. Figuren til højre
viser et energiniveaudiagram for det pågældende stof.
Beregn bølgelængden af det lys, som udsendes ved overgangen fra energiniveau A til
energiniveau B.
Fotonen som exciterer atomet op til tilstand A, har energien
Den foton der udsendes ved overgangen fra A til B har derfor energien
Fotonens bølgelængde er derfor
Opgave A16 - Meget lang halveringstid
I de franske eksperimenter blev henfald fra forskellige kendte -kilder efter tur undersøgt med en
speciel detektor. Detektoren omsatte et givet henfalds -værdi til et spændingsfald. Tabellen viser
sammenhørende værdier for -værdi og spændingsfald . Der er med god tilnærmelse en lineær
sammenhæng mellem og
/ V 0 1,84 2,07 2,26 3,34
/ pJ 0 0,785 0,894 0,969 1,434
a) Bestem ved hjælp af dataene i tabellen en værdi for Q-værdien for -henfaldet af
det tilhørende målte spændingsfald er 1,17 V.
, når

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
Q / pJ
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
Lineær regression på tabellens oplysninger giver med god tilnærmelse, at
For fås
b) Opstil reaktionsskemaet for -henfaldet af . Beregn ud fra masserne af de partikler,
der deltager i processen, -henfaldets -værdi.
Proces:
Massetilvæksten er:
y = 0,4295x - 0,0004
R² = 0,9999
Da er processens -værdi:
( ) ( ) ( )
( )
Altså en energi på 0,499 pJ, hvilket stemmer fint med resultatet i a).
I et af eksperimenterne målte man på 91,9 g . I løbet af fem døgn blev der registreret 128
-henfald.
c) Bestem her ud fra en værdi for halveringstiden for .
Da stoffet har meget lang halveringstid kan vi roligt antage, at aktiviteten er konstant over
de 5 døgn målingen pågår. Aktiviteten er derfor
Antallet af kerner findes til:
Q-værdi som funktion af spændingsfald
0 0,5 1 1,5 2
U / V
2,5 3 3,5 4
Ni kan vi beregne henfaldskonstanten til:
(
)

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
Halveringstiden bliver så
( )
M2. Flydende stearinlys
Med lineal måler vi på lyset og jeg har fundet, at stykket der stikker over vandet er og
stykket af lyset som er under vandet, har jeg målt til . Da lyset hænger stille i vandet
gælder der for Newtons anden lov . Vi indsætter og ender op med udtrykket
M14. Tårnspring
( )
. Ved indsættelse af rumfang for en cylinder får vi
⁄ .
a) Da drengen løber lige ud over kanten kan bevægelsen betragtes som et vandret kast. Hvis vi lægger
koordinatsystemet med origo i drengens massemidtpunkt, som antages at være i 1m højde over
platformen, er faldhøjden i alt 11 m. Bevægelsesligningerne for det vandrette kast er
Først beregnes faldtiden ud fra -koordinaten:
√
For at finde den vandrette springlængde , må vi antage en værdi for drengens fart. Den antages at
være 5,0 m/s (så er vi i hvert fald på den sikre side!) Vi kan nu beregne den vandrette
springlængde:
Drengens massemidtpunkt vil altså forskydes 7,5 m i vandret retning. Da drengen kan ligge mere
eller mindre udstrakt med armene i vejret, lægger vi 1 m til. Dermed bliver den mindste forsvarlige
afstand .
Bemærk! Hvis drengen i stedet for vælger at udføre et skråt kast, vil han kunne komme endnu
længere. Man kan vise at med og en 10 m platform, vil et skråt kast med en
elevationsvinkel på ca. give en springlængde der er ca. 0,5 m længere end ditto for det
vandrette kast.
M15. Ejection Seat
a) Da den samlede kraft er givet ved den resulterende kraft (i lodret)

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
Vi indtegner kræfterne (to snorekræfter) og tyngdekraften og derved opnår vi ved Newtons anden
lov ( )
M18. Et IC3-togs acceleration
a) Tyngdekraften på loddet er
( )
b) På loddet virker snorkraften og tyngdekraften. Vi går ud fra at toget accelererer i vandret retning.
Da vil snorkraftens lodrette komposant være lige så stor som tyngdekraften:
( )
( )
( )
Bemærk at med to betydende cifre er der ingen forskel på de to kræfter.
Det er snorkraftens vandrette komposant der leverer accelerationen:
Heraf fås accelerationen: ( )
M20. Hubble-teleskopet
( )
Vi får af vide, at der er tale om en cirkelbevægelse omkring jorden med omløbstiden T 5778s
.
2
2
m M 4
GMT
6
Derfor kan vi opstille betingelsen G r r 3 6,
960110
m . Og dermed er
2
2
2
r T
4
afstanden fra jordens overflade 587 km.
M21. Sirius B
a)
1,
05
M
m sol
9 3
2,
89 10
kg m .
4 3
V 3 r
b) Ved Newtons gravitationslov og Newtons anden lov får vi
M32. Rutschebane
( )
GM
g
r
6 2
4, 50 10 m s .
2
Vi får opgivet en del informationer i opgaveteksten, nemlig den første faldhøjde er .
a) Farten i bunden af rutschebanen bestemmes ved at antage energibevarelse, da der ses bort fra
luftmodstand og gnidning
Vi får i næste spørgsmål af vide, at grundet luftmodstand da er farten i bunden af banen dog kun
⁄ .
√
⁄ .

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet
Fysik A
Gunnar
b) Da den nederste del af bevægelsen udgør en cirkelbevægelse (men bemærk dog at farten stiger
og er maksimal i bunden, idet tyngdekraften accelererer vognen), da kan vi anvende formlen
for centripetalacceleration
Vognen har massen , og oppe på næste plateau, da har vognen farten
⁄ og
højdeforskellen til plateauet i forhold til bunden er
.
. Strækningen på benelegemet er
c) Ligningen for gnidningskraftens arbejde bruges nu og ved indsættelse opnås
følgende udtryk
gnidningskraften
⁄ .
.
og derved isoleres størrelsen af