Examenvragen - Fysica - Augustus 2015

Vraag: Augustus 2015

Wagen A vertrekt op t = 0 s en legt een afstand dA af waarvan de tijdsafhankelijkheid in onderstaande grafiek is weergegeven. Wagen B rijdt op datzelfde ogenblik t = 0 s met een constante snelheid van 20 m/s voorbij wagen A.
Kunnen de twee wagens nog eenzelfde positie innemen op eenzelfde tijdstip? Indien ja, wanneer gebeurt dit?
<A> De wagens kunnen niet eenzelfde positie innemen op eenzelfde tijdstip.
<B> De wagens komen op dezelfde positie na 10 s.
<C> De wagens komen op dezelfde positie na 15 s.
<D> De wagens komen op dezelfde positie na 20 s.

Antwoord: B

We zien na t = 10 s dat d = 200 m
En gezien d = a/2 . Δt2 is a = 2 . 200 / 102 = 4 m/s2
De twee wagens komen elkaar weer tegen als hun gemiddelde snelheden gelijk zijn over dat traject (dan hebben ze in dezelfde tijd dezelfde afstand afgelegd)
De snelheid na Δtontmoeting van de versnellende wagen is:
vontmoeting = Δtontmoeting . 4 m/s2
Dus zijn gemiddelde snelheid is:
vgem1 = Δtontmoeting . 4 m/s2 / 2 = Δtontmoeting . 2 m/s2
De gemiddelde snelheid voor wagen 2 is vgem2 = 20 m/s (gegeven)
Dus Δtontmoeting . 2 m/s2 = 20 m/s Δtontmoeting = 10 s
Opmerking: de snelheid van de versnellende wagen is op het moment van ontmoeting steeds het dubbele van de snelheid van de wagen met constante snelheid.

Vraag: Augustus 2015

Een bal valt naar beneden en weerkaatst op de vloer. De beweging van de bal wordt beschreven ten opzichte van een verticale naar omhoog gerichte y-as.
Het tijdsverloop van de versnelling ay van de bal volgens de y-as wordt dan het best weergegeven in:

Antwoord: C

De versnelling door de zwaartekracht, zowel bij dalen als bij stijgen, is negatief, want de valversnelling is altijd dezelfde en naar de aarde gericht, en dus tegengesteld aan de richting van de y-as
Bij de botsing moet de bal de andere richting uit, dus is er een positieve versnelling in de positieve y-richting (naar boven)
Wanneer het de grond verlaat, wordt de versnelling weer negatief als tevoren.
Dus het antwoord is C

Vraag: Augustus 2015

Twee blokken met massa m en 5 m zijn verbonden met een massaloze koord die wrijvingsloos glijdt over een vaste schijf. Deze beweging gebeurt in het zwaarte-krachtveld van de aarde, met 𝑔 de versnelling van de zwaartekracht aan het oppervlak van de aarde.
Hoeveel bedraagt de versnelling van de blokken?
<A> 2/3 g
<B> 5/6 g
<C> 4 g
<D> 5 g

Antwoord: A

Fz2 – Fz1 = 5mg – mg = 4mg
Dit is de kracht die de gehele massa van 5m + 1m = 6m een versnelling a gaat geven:
4mg = 6m.a
a = 4/6 . g = 2g/3

Vraag: Augustus 2015

Een blokje koper ligt bovenop een blokje hout (massa mhout = 0,60 kg ; dichtheid ρhout = 0,60. 10³ kg.m-3). Het blokje hout drijft in water.
Als de bovenkant van het blokje hout zich net aan het wateroppervlak bevindt, hoeveel is de de massa van het blokje koper?
<A> 0,30 kg
<B> 0,40 kg
<C> 0,50 kg
<D> 0,60 kg

Antwoord: B

Hier is de zwaartekracht op het koperen blokje + de zwaartekracht op het houten blokje gelijk aan de opwaartse kracht
mkoper.g + mhout.g = FA = ρwater.Vonderwater.g (1)
Vonderwater = Vhout = mhout / ρhout = 0,60 / 0,60.103 = 1,0.10-3 m3
Invullen in (1) geeft:
mkoper.g + 0,60.g = 1,00.103 . 1,0.10-3 . g
mkoper = 1,0 – 0,60 = 0,40 kg

Vraag: Augustus 2015

Een bolvormige planeet heeft een dichtheid ρ, een straal R en een valversnelling g aan het oppervlak.
Op een andere bolvormige planeet met dezelfde dichtheid ρ en een straal 2 R, hoeveel bedraagt de valversnelling aan het oppervlak?
<A> 1/2 g
<B> g
<C> 2 g
<D> 4 g

Antwoord: C

F = G.m1.m2/r2
Als de straal verdubbelt, is de aantrekkingskracht dus 4x kleiner
Maar ook de massa van de planeet verandert: deze vergroot met de derde macht van de straal
Dus hierdoor wordt de aantrekkingskracht 8x groter
Deze twee factoren gecombineerd geeft dit een aantrekkingskracht van 2x groter, dus 2g

Vraag: Augustus 2015

Een hoeveelheid vloeistof met massa m1 en temperatuur θ1 wordt in een thermisch geïsoleerd vat gegoten, waarin een hoeveelheid van dezelfde vloeistof zit met massa m2 en temperatuur θ2. Veronderstel dat het vat geen warmte opneemt of afgeeft.
In functie van deze gegevens, wat is de evenwichtstemperatuur θe van de vloeistof?
<A> θe = (m1 . θ1 – m2 . θ2) / (m1 + m2)
<B> θe = (m1 . θ1 + m2 . θ2) / (m1 + m2)
<C> θe = (m2 . θ2 – m1 . θ1) / (m1 + m2)
<D> θe = (m1 . θ1 + m2 . θ2) / (m1 - m2)

Antwoord: B

De evenwichtstemperatuur θe ligt tussen θ1 en θ2
We weten hier niet welke van de twee de warmste is
Het feit dat dat er niet toe doet wijst al op antwoord B
Het is het enige antwoord waarbij de gegevens inwisselbaar zijn tussen 1 en 2
Om het toch uit te rekenen: de opgenomen warmte = afgegeven warmte:
c.m1(θe – θ1) = c.m2(θ2 – θe)
m1θe – m1θ1 = m2θ2 – m2θe
m1θe + m2θ1 = m2θ2 + m1θ1
θe = (m1 . θ1 + m2 . θ2) / (m1 + m2)

Vraag: Augustus 2015

Een luchtbel zit initieel onderaan in een open cilindervormige tank gevuld met water met een constante homogene temperatuur. De luchtbel stijgt en aan het wateroppervlak is haar volume 1,5 keer groter geworden dan het volume dat de luchtbel had aan de bodem van het vat. Men mag aannemen dat de damp en het gas in de luchtbel zich als een ideaal gas gedragen. De atmosferische druk bedraagt 1,013.105 N.m-2.
Hoeveel bedraagt de vulhoogte van het vat?
<A> 1,5 m
<B> 3,0 m
<C> 5,0 m
<D> 15 m

Antwoord: C

pbeneden.Vbeneden = pboven.Vboven
Nu is pboven = 1,013.105 Pa en Vboven = 3 Vbeneden /2
pbeneden .Vbeneden = pboven. 3 Vbeneden /2
pbeneden = 3 pboven /2
Nu is pbeneden = de atmosferische druk (pboven) + ρwater . g . h
Dus h = (pbeneden – pboven) / (ρwater . g)
h = (3 pboven /2 – pboven) / (ρwater . g)
h = (pboven /2) / (ρwater . g)
h = (1,013.105 Pa / 2) / (1,00.103 . 10) = 5,07 m

Vraag: Augustus 2015

Een puntlading met Q = -1 C bevindt zich in het centrum van een cirkel. Op deze cirkel bevinden zich 3 positieve ladingen QA, QB en QC. De ladingen QA, QB en QC kunnen op willekeurige plaatsen op de cirkel gepositioneerd worden.
Voor welke combinatie van QA, QB en QC is het mogelijk dat de lading Q geen nettokracht ondervindt?
<A> 5 C, 5 C en 20 C
<B> 4 C, 20 C en 9 C
<C> 5 C, 10 C en 14 C
<D> 5 C, 10 C en 16 C

Antwoord: C

Als de grootste kracht groter is dan de som van de twee anderen, kunnen die twee nooit de grootste kracht compenseren
Bij C is dit niet het geval, daar kan het dus wel

Vraag: Augustus 2015

Gegeven zijn drie ladingen Q1, Q2 en Q3 (zie figuur).
Voor welke ladingsconfiguraties kan de netto kracht op lading Q2 nul worden?
<A> Alleen in figuur A
<B> Alleen in figuur B
<C> Alleen in figuren A en B
<D> Alleen in figuren A, B en D

Antwoord: D

Aan weerszijden moeten gelijknamige ladingen zitten
Dit is niet het geval in figuur C
Dus het antwoord is D

Vraag: Augustus 2015

In een schakeling wordt een stroomsterkte I gemeten met de ampèremeter A als de schakelaar S open staat. We verwaarlozen de inwendige weerstand van de bron en de ampèremeter.
Bij het sluiten van de schakelaar, zal de stroomsterkte I dan verhogen of verminderen en met hoeveel (negatief bij afname)?
<A> +1,0 A
<B> +0,080 A
<C> -1,0 A
<D> -0,080 A

Antwoord: A

Met de open schakelaar gaat de stroom door de twee weerstanden in serie, dus de totale R is 20 Ω en dus is I = 60 V/20 Ω = 3 A
Met gesloten schakelaar staat de derde weerstand parallel over de tweede
De vervangingsweerstand voor weerstand 2 en 3 is 1/Rv = 1/10 + 1/10 = 2/10 = 1/5 dus Rv = 5,0 Ω.
Dan is de totale weerstand 10 + 5 = 15 Ω.
En dan is de stroom 60 V/15 Ω = 4,0 A.
De stroomsterkte stijgt dus met 1,0 A

Vraag: Augustus 2015

De afstand tussen twee lange rechte evenwijdige draden is gelijk aan d. Door de bovenste draad loopt een stroom I1, door de onderste draad een stroom I2 = 4,0 A. I1 en I2 hebben tegengestelde stroomzin.
Het punt P ligt in het vlak van de stroomvoerende draden en op een afstand d/2 van de onderste draad. Het magnetisch veld in P is nul.
Wat is de waarde van I1?
<A> 3,0 A
<B> 6,0 A
<C> 12 A
<D> 36 A

Antwoord: C

B1 = μ.I1/[2π(d + d/2)] en B2 = μ.I2/[2π(d/2)]
Als deze twee mekaar moeten opheffen moeten de grootten van B1 en B2 gelijk zijn:
μ.I1/[2π(d+d/2)] = μ.I2/[2π(d/2)]
I1 / (2π . 3d/2) = I2 / (2π . d/2)
I1 / (3π d) = I2 / (πd)
I1 / 3 = I2
I1 = 3.I2 = 3. 4,0 A = 12 A

Vraag: Augustus 2015

Een voorwerp voert een harmonische trilling uit met een periode T. Op het ogenblik t = 0 is de uitwijking van het voorwerp gelijk aan de amplitude.
Na hoeveel tijd t wordt de uitwijking van het voorwerp voor de eerste keer gelijk aan de helft van de amplitude?
<A> 1/√2 T
<B> 1/6 T
<C> 1/8 T
<D> 1/12 T

Antwoord: B

Voor een harmonische trilling geldt y = A . sin (ωt + Φ)
Als t = 0 is y = A, dus sin(Φ) = 1 dus Φ = π/2
Wanneer wordt y = A/2?
A . sin (ωt + Φ) = A/2 sin(ωt + π/2) = ½
ωt + π/2 = p/6 of 5p/6
2 π/T .t + π/2 = π/6 of ωt + π/2 = 5π/6
t = (π/6 - π/2)/ (2π/T) of t = (5 π/6 - π/2)/ (2π/T)
De eerste kan niet: < 0
De tweede: t = (5π/6 - 3π/6) / (2π/T) = (2π/6) / (2π/T) = T/6

Vraag: Augustus 2015

We beschouwen twee lopende golven die zich voortplanten op een rechte. De uitwijking (gemeten in meter) op plaats x (gemeten in meter) en ogenblik t (gemeten in seconden) van golf 1 wordt weergegeven door y1(x,t) en die van golf 2 door y2(x,t). Golf 2 heeft een amplitude die drie keer groter is dan deze van golf 1, een periode die gelijk is aan deze van golf 1, en een golflengte die het dubbele is van deze van golf 1. De uitwijking y1 van golf 1 op een bepaald tijdstip als functie van de plaats wordt weergegeven in onderstaande figuur.
Een mogelijke beschrijving van golf 2 wordt gegeven door:
<A> y2(x,t) = 6 sin ( 9πt + 0,33πx)
<B> y2(x,t) = 3 sin ( 9πt + 0,6 πx)
<C> y2(x,t) = 6 sin ( 9πt + 0,67πx)
<D> y2(x,t) = 6 sin ( 9πt + 1,33πx)

Antwoord: A

De vergelijking van de golf 1 is y1 = A1 . sin (ω1t + k1x)
A1 = 2,0
ω1 = 2 π /T1
k1 = 2 π / λ1 . We zien op de figuur dat λ1 ongeveer 3 m is
dus k1 = 2 π /3
De vergelijking van de golf 2 is y2 = A2 . sin (ω2t + k2x)
A2 = 3.A1 (gegeven), dus A2 = 6,0
ω2 = ω1 (want T2 = T1)
k2 = 2 π / λ2 = 2 π /(2. λ1) = 2 π /6 = π /3
Dus y2 = 6,0 . sin (ω1t + π /3 . x) = 6,0 . sin (ω1t + 0,33 π . x)
Dus oplossing A. (ω1 was dus 9 π)

Vraag: Augustus 2015

Een lichtstraal valt in op een balkvormig glasplaatje dat zich in lucht bevindt.
Door welke pijl wordt de stralengang van de lichtstraal bij uittreden uit het glasplaatje gegeven?
<A> 1
<B> 2
<C> 3
<D> 4

Antwoord: C

Van lucht naar glas gaat de straal naar de normaal (loodlijn op het scheidingsvlak)
Van glas naar lucht gaat de straal van de normaal weg

Vraag: Augustus 2015

Van radio-isotoop X met halveringstijd gelijk aan 1,0 h zijn er bij t = 0 h NX kernen. Van radio-isotoop Y zijn er op dat ogenblik NY = 2 NX kernen. Na drie uren zijn evenveel radioactieve kernen X als kernen Y overgebleven.
Hoeveel bedraagt de halveringstijd van radio-isotoop Y?
<A> 0,50 h
<B> 0,75 h
<C> 1,0 h
<D> 2,0 h

Antwoord: B

Algemeen geldt: Nt = N0.2-t/T
We weten dat Ntx = Nty dus N0x.2-t/Tx = N0y.2-t/Ty
Nu is 2.N0x = N0y , Tx = 1 en t = 3
Dus N0x.2-3/1 = 2.N0x.2-3/Ty
2-3/1 = 2.2-3/Ty
2-3 = 21-3/Ty
-3 = 1- 3/Ty
3/Ty = 1 + 3
Ty = ¾ h = 0,75 h