Examenvragen - Fysica - Augustus 1997

Vraag: Augustus 1997

Een massa van 2,0 kg wordt onder een hoek van 60° met de horizontale weggeworpen. De grootte van de vertreksnelheid v0 bedraagt 10 m/s. Tijdens haar beweging ondervindt de massa geen weerstandskrachten. De baan van de massa is in onderstaande figuur weergegeven.
Hoeveel bedraagt de grootte van de snelheid in het hoogste punt van de baan?
<A> 10 m/s
<B> 8,7 m/s
<C> 5,0 m/s
<D> 0,0 m/s

Antwoord: C

In het hoogste punt is de snelheid horizontaal en gelijk aan v0x
v0x = v0 . cos 60° = v0 . ½ = 10 . ½ = 5 m/s

Vraag: Augustus 1997

In onderstaande figuur zijn de horizontale componenten van de krachten die de banden op het wegdek uitoefenen weergegeven.
Welke uitspraak over de beweging van de auto is correct?
<A> De auto wordt aangedreven op de voorwielen en de bestuurder geeft gas.
<B> De auto wordt aangedreven op de voorwielen en de bestuurder remt.
<C> De auto wordt aangedreven op de achterwielen en de bestuurder geeft gas.
<D> De auto wordt aangedreven op de achterwielen en de bestuurder remt.

Antwoord: A

Het voorwiel probeert het wegdek weg te duwen, dit is de grootste kracht: de bestuurder geeft dus gas
De kracht die de achterband op het wegdek uitoefent is een wrijvingskracht, deze is wel kleiner dan de voortstuwende kracht.
Dus antwoord A

Vraag: Augustus 1997

De figuren stellen een veer voor waaraan een schaaltje is bevestigd. Verschillende belastingen worden op het schaaltje aangebracht (zie figuur). Hoeveel bedraagt de massa van de steen?
<A> 100 g
<B> 150 g
<C> 200 g
<D> 250 g

Antwoord: C

m.g = k. ΔL, dus m evenredig met ΔL
De massa van 50g rekt de veer 5 cm uit
De onbekende massa rekt de veer 20 cm uit
Dus is de onbekende massa vier maal 50g = 200g

Vraag: Augustus 1997

Bij een CD-speler wordt de CD door middel van een laserstraal afgelezen. De omtreksnelheid op de plaats waar de CD wordt afgelezen door de laserstraal is constant en bedraagt 1,31 m/s.
Bij het aflezen van spoor 1 (track 1) op 25 mm van het middelpunt van de CD is het toerental van de CD ongeveer gelijk aan 500 omwentelingen per minuut.
Hoeveel bedraagt dan het aantal omwentelingen per minuut bij het aflezen van spoor 10 (track 10) op 50 mm van het middelpunt van de CD?
<A> 500
<B> 500π
<C> 250
<D> 125π

Antwoord: C

Bij aflezen van de CD moet de baansnelheid steeds gelijk blijven
Het toerental is de frequentie f
Dus v1 = v2 2πf1.r1 = 2πf2.r2
f2 = f1.r1 / r2 = 500 . 25/50 = 250 omwentelingen /minuut

Vraag: Augustus 1997

Drie satellieten a, b en c met respectievelijk massa's ma = 100 kg, mb = 150 kg en mc = 200 kg draaien in het vlak van de evenaar rond de aarde (zie figuur).
Welke satelliet heeft de grootste snelheid?
<A> Satelliet a
<B> Satelliet b
<C> Satelliet c
<D> Het antwoord kan niet gegeven worden omdat de massa van de aarde niet gegeven is

Antwoord: A

Hier is de centripetale kracht de universele gravitatiekracht
Dus msatelliet .v2 / r = G. msatelliet . maarde / r2
v = √ (G. maarde /r)
De snelheid is dus omgekeerd evenredig met de afstand tot de aarde
Dus hoe dichter bij de aarde, hoe groter de snelheid
Noch de massa van de satelliet, noch de massa van de aarde is hier van belang

Vraag: Augustus 1997

X, Y en Z zijn blokken, gelijk van vorm, maar vervaardigd uit verschillend materiaal, zodat hun wrijvingsfactor µ (wrijvingscoëfficiënt µ) verschillend is. Hieronder staan een paar experimenten die met de blokken werden uitgevoerd.
Experiment 1: De blokken X en Z werden op een houten plank geplaatst. Wanneer men de plank deed hellen over een zekere hoek, schoof blok X naar beneden terwijl blok Z bleef liggen.
Experiment 2: Werd blok X op Y geplaatst, dan was de kracht nodig om ze eenparig over dezelfde plank te duwen 12N, maar als blok Y op X werd geplaatst was de kracht daartoe nodig 14 N.
Geef de correcte opeenvolging van de wrijvingsfactoren van klein naar groot.
<A> μ X < μ Y < μ Z
<B> μ Y < μ X < μ Z
<C> μ Y < μ Z < μ X
<D> μ Z < μ Y < μ X

Antwoord: B

Experiment 1 toont al aan dat de wrijvingscoëfficiënt van X kleiner moet zijn dan die van Z
Experiment 2 toont aan dat de wrijvingscoëfficiënt van Y kleiner moet zijn dan die van X: meer kracht is nodig om dezelfde massa voort te duwen als X onderaan ligt

Vraag: Augustus 1997

Gegeven een open vat gevuld met een vloeistof. Eveneens gegeven de druk in twee punten A en B in de vloeistof. De druk in de punten A en B is aangeduid in bijgaande figuur.
Neem als atmosferische druk patm = 1,00.105 Pa en g = 10 m/s2.
Hoeveel bedraagt dan de dichtheid van de vloeistof in het vat?
<A> 90 kg/m3
<B> 180 kg/m3
<C> 900 kg/m3
<D> 1800 kg/m3.

Antwoord: C

De atmosferische druk werd gegeven 1,00.105 Pa
Dus de druk die 0,20 m vloeistofkolom geeft is 1800 Pa.
p = ρ.g.h ρ = p/(g.h) = 1800/ (10 . 0,2) = 900 kg/m3

Vraag: Augustus 1997

De druk in een autoband is gelijk aan 2,00 x 105 Pa. De temperatuur van de lucht in de band is dan 27°C. De auto rijdt gedurende een bepaalde tijd, waardoor de temperatuur van de lucht in de band stijgt tot 77°C. Ook neemt het inwendige volume van de band met 5% toe.
De lucht in de band mag beschouwd worden als een ideaal gas.
Hoeveel bedraagt de druk in de band is bij 77°C?
<A> 2,1×105 Pa
<B> 2,2×105 Pa
<C> 2,3×105 Pa
<D> Niet te berekenen als het volume van de band niet gegeven is.

Antwoord: B

p1 = 2,00.105 Pa
T1 = 273 + 27 = 300 K
V2 = 1,05 . V1
T2 = 273 + 77 = 350 K
p2 = ?
p1V1/T1 = p2V2/T2
p2 = p1V1T2 / (T1 . 1,05 V1) = p1T2 / (T1 . 1,05 )
p2 = 2,00.105 . 350 / (300 . 1,05)
p2 = 700.105 / (315) = 2,2.105 Pa

Vraag: Augustus 1997

Twee bolletjes met gelijke positieve lading stoten elkaar af. Als gevolg hiervan vormen de koordjes waarmee de bolletjes zijn opgehangen een hoek α, die voor de twee situaties in onderstaande figuren dezelfde is. De massa en de lading van de bolletjes is aangegeven in de figuren.
Opdat de hoek α voor de twee gevallen gelijk zou zijn, wat moet de verhouding Q2 / Q1 zijn?
<A> 1
<B> √2
<C> 2
<D> 4

Antwoord: B

We zien dat Fz/Fc = tan (α/2)
Dus voor beide gevallen moet Fz/Fc dezelfde zijn
Fz1/Fc1 = Fz2/Fc2
Fz1 / Fz2 = Fc1/Fc2
Nu is Fz1 = m.g en Fz2 = 2 m.g
Dus Fz1/ Fz2 = 1/2
En Fc1 = k.Q12/r2 en Fc2 = k.Q22/r2
Dus Fc1/ Fc2 = Q12 / Q22
En dus ½ = Q12 / Q22 Q22 = Q12 / ½
Q22 = 2.Q12 Q2 = √2.Q1

Vraag: Augustus 1997

In een luchtledige ruimte bevinden zich een kathode K en een anode A. Het potentiaalverschil tussen de anode (A) en de kathode (K) bedraagt 100 V (zie figuur). De potentiaal van de anode is gelijk aan 0 V.
Uit de (verhitte) kathode ontsnappen met verwaarloosbare snelheid elektronen die door de anode aangetrokken worden, waarbij de potentiële energie van de elektronen geleidelijk aan wordt omgezet in kinetische energie.
Hoeveel bedraagt dan de kinetische energie van één elektron wanneer het de anode bereikt?
<A> 9,1 × 10-26 J
<B> 4,5 × 10-21 J
<C> 1,6 × 10-19 J
<D> 1,6 × 10-14 J

Antwoord: D

De potentiële energie bij verlaten kathode:
Ep= |Q| . U = 1,6.10-19 C . 100 .103 V = 1,6 . 10-14 J
Aan de anode is de potentiële energie van het elektron 0, dus al deze potentiële energie is dan in kinetische energie omgezet.
Dus Ek is dan 1,6 . 10-14 J

Vraag: Augustus 1997

Gegeven onderstaande gemengde schakeling van zes weerstanden.
Hoeveel bedraagt de vervangingsweerstand (substitutieweerstand) van de schakeling tussen klemmen A en B?
<A> 6 Ω
<B> 15 Ω
<C> 37 Ω
<D> 60 Ω

Antwoord: B

Rv1 voor de 3 weerstanden links:
1/Rv1 = 1/36 + 1/36 + 1/36 = 1/12 Rv1 = 12 Ω
Rv2 voor de 2 weerstanden bovenaan:
1/Rv2 = 1/36 + 1/36 = 1/18 Rv2 = 18 Ω
Vervangingsweerstand voor Rv1 en Rv2 is Rv1 + Rv2 = 30 Ω
Deze staat in parallel met de weerstand van 30 Ω :
1/Rtot = 1/30 + 1/30 = 1/15 Rtot = 15 Ω

Vraag: Augustus 1997

Na het sluiten van schakelaar S in onderstaand schema, wordt de stroom geleverd door de ideale spanningsbron E anderhalve (1,5) keer groter.
Wat is de weerstandswaarde van R?
<A> 2 Ω
<B> 4 Ω
<C> 6 Ω
<D> Niet te berekenen wanneer de spanning van de spanningsbron E niet gegeven is.

Antwoord: B

Bij open schakelaar: Rtot = 8 Ω + R
Bij gesloten schakelaar: 1/ Rtot = 1/8 + 1/8 Rtot = 4 Ω + R
R = U/I
Dus bij open schakelaar: 8 Ω + R = U/I0
Bij gesloten schakelaar: 4 Ω + R = U/(1,5)I0 (4 Ω + R).1,5 = U/I0
Dus 8 Ω + R = (4 Ω + R).1,5 8 Ω + R = 6 Ω + 1,5.R
2 Ω = 0,5 R R = 4 Ω

Vraag: Augustus 1997

Een elektrische kachel ontneemt aan een contactdoos bij 220 V een vermogen van 1100 W. Als de netspanning tot 200 V daalt, welk vermogen neemt de kachel dan op? We nemen aan dat de weerstandswaarde van de kachel niet verandert.
<A> 1080 W
<B> 1000 W
<C> 990 W
<D> 909 W

Antwoord: D

P1 = U1.I1 = U12/R R = U12/P1 R = (220)2/1100 = 44 W
P2 = U22/R = (200)2 / 44 = 909 W

Vraag: Augustus 1997

Gegeven een homogeen magnetisch veld met magnetische inductie B loodrecht op het vlak van het papier en verdwijnend in het papier (naar onderen georiënteerd). Een gesloten stroomkring in de vorm van een vierkant vliegt, zoals aangegeven op onderstaande figuur, doorheen het magnetisch veld. De grootte van de snelheid v van het vierkant is gelijk aan 10 ms-1. Het vlak van het vierkant staat eveneens loodrecht op de magnetische inductie B. De zijde van het vierkant en de afmetingen van het magnetisch veld zijn gegeven in de figuur.
Welke grafiek (a, b, c of d) beschrijft het best de geïnduceerde stroom als functie van de tijd?

Antwoord: A

De inductiestroom loopt ten gevolge van de fluxverandering.
Bij binnengaan van het veld vergroot de oppervlakte in het magnetisch veld per tijdseenheid hetzelfde, dus de fluxverandering is gedurende 10 ms, tijd nodig om helemaal in het magnetisch veld te zitten constant, dus ook I is constant
Tijdens doortocht van het magnetisch veld is er geen fluxverandering en dus geen I
Bij buitengaan van het magnetisch veld is er dan de tegenovergestelde stroom van bij het binnengaan.
Het vierkant doet er wel 30 ms (!) over om van net volledig binnen tot net niet aan het buitengaan te geraken (want het vierkant zelf is 10 cm breed!). Dus de tijd waarin I = 0 is 30 ms. Dus het antwoord is A.

Vraag: Augustus 1997

De bassist van een kleine band stemt zijn basgitaar. Twee snaren geven dezelfde toon als de eerste snaar 81 cm lang is en de tweede snaar 90 cm lang is. Wat is de verhouding v1/v2 van de golfsnelheden in de twee snaren?
<A> 1,1
<B> 1,0
<C> 0,90
<D> Deze verhouding is alleen maar te berekenen als de frequentie van de toon waarmee gestemd wordt gegeven is.

Antwoord: C

Hier geldt dat f(n) = n.v/(2L) de verschillende harmonischen zijn
Het is de frequentie van de grondtoon die vooral gehoord wordt, dus n = 1
De twee snaren geven dezelfde toon, dus de frequenties zijn gelijk
Dus f1 = f2 en dus ook 1.v1/(2L1) = v2/(2L2)
v1/ (2.0,81) = v2/ (2.0,90) v1/ v2 = (2.0,81) / (2.0,90)
v1/ v2 = 81/90 = 0,90