Examenvragen - Fysica - Augustus 2016

Vraag: Augustus 2016

We lanceren in het zwaartekrachtveld van de aarde een knikker met een horizontale snelheid v = 1,5 m/s op de hoogste trede van een trap (zie figuur). Elke trede van de trap heeft een lengte van 10 cm en een hoogte van 10 cm. De treden zijn genummerd 1, 2, 3, 4, 5, 6…
Wat is het nummer van de trede waar de knikker bij de eerste botsing op de trap terecht komt?
<A> Nummer 5
<B> Nummer 4 <C> Nummer 3
<D> Nummer 2

Antwoord: A

De vraag is, aangezien de treden even hoog als breed zijn: waar is Δx = Δy?
De horizontale beweging is Δx = v0. Δt
De verticale beweging is Δy = g/2 . Δt2
Stel v0. Δt = g/2 . Δt2 Δt = 0 (uiteraard!) of v0 = g/2 . Δt
Δt = 2v0/g = 2 . 1,5 / 10 = 0,3 s
Dan is x = 1,5 . 0,3 = 0,45 m = y
De knikker bevindt zich dus net boven de 5e trede
Gaat hij hem ook raken? Ja, want zijn verticale snelheid is g . Δt = 10 . 0,3 = 3,0 m/s, wat groter is dan 1,5 m/s

Vraag: Augustus 2016

Een blok A met massa 4,0 kg en een blok B met massa 20 kg schuiven zonder wrijving naar rechts over een horizontaal vlak onder de invloed van een kracht F die op blok A wordt uitgeoefend (zie figuur). De grootte van deze kracht bedraagt 36 N.
Hoeveel bedraagt de grootte van de kracht die blok A op blok B uitoefent?
<A> 30 N
<B> 36 N
<C> 7,2 N
<D> 6,0 N

Antwoord: A

De totale massa is 24 kg
De versnelling van beide massa’s is dan:
a = F/m = 36/24 = 3/2 = 1,5 m/s2
Voor blok A geldt: FresA = 4,0 . 1,5 m/s2 = 6,0 N
Voor blok B geldt: FresB = 20 . 1,5 m/s2 = 30 N
Dus het antwoord is A
Opmerking: de resulterende kracht op blok A is maar 6,0 N omdat blok B een tegenkracht geeft van 30 N op blok A, de reactiekracht van de kracht die blok A op blok B uitoefent

Vraag: Augustus 2016

Een kunstwerk (met massadichtheid ρ=20∙103kg/m3) heeft een massa van 10 kg. Het kunstwerk wordt opgehangen aan een touw en volledig ondergedompeld in water.
Wat is de grootte van de kracht in het touw wanneer het kunstwerk volledig is ondergedompeld? Stel g = 9,8 m/s2
<A> 103 N
<B> 98 N
<C> 93 N
<D> 88 N

Antwoord: C

Het volume onder water is Vow = 10 / 20.103 = 5,0.10-4 m3
De totale kracht op het touw = Fz – FA
Fz – FA = m . g - ρwater.Vow.g
= 10 . 9,8 – 1,00.103 . 5,0.10-4. 9,8
= 98 – 0,5 . 9,8 = 98 – 4,9 = 93 N

Vraag: Augustus 2016

Een thermisch geïsoleerde beker bevat een hoeveelheid water met massa m bij een temperatuur θ1.
Een tweede identieke beker bevat eenzelfde massa m water bij een temperatuur θ2>θ1. Het water uit deze tweede beker wordt bij het water in de eerste beker gevoegd, waardoor bij evenwicht de temperatuur van het water gelijk is aan θ. Aan het water worden ijsblokjes toegevoegd met massa mijs; deze hebben een temperatuur van 0 °C. De hoeveelheid ijs is zo dat alle ijs juist smelt.
In onderstaande antwoordmogelijkheden is de soortelijke warmtecapaciteit van water genoteerd als cwater, en de soortelijke smeltwarmte van water als Ls,ijs.
In functie van deze gegevens, wat is de massa mijs?
<A> mijs = 2.m.cwater. θ . Ls,ijs-1
<B> mijs = 2.m.cwater. (θ2 – θ1) . Ls,ijs-1
<C> mijs = 2.m.cwater. (θ2 + θ1) . Ls,ijs-1
<D> mijs = 2.m.cwater. θ2 . Ls,ijs-1

Antwoord: A

Dat alle ijs juist smelt betekent dat alles op 0°C eindigt
De totale hoeveelheid water met massa 2 m heeft temperatuur θ, dit geeft warmte af: 2m . cwater . θ
Het ijs neemt warmte op: Ls,ijs . mijs
Afgegeven warmte = opgenomen warmte dus
2m . cwater . θ = Ls,ijs . mijs
mijs = 2m . cwater . θ . Ls,ijs-1

Vraag: Augustus 2016

In het zwaartekrachtveld van de aarde zijn twee bollen met massa m1 en m2 en met positieve ladingen Q1 en Q2 bevestigd aan dunne isolerende draden en opgehangen in het punt P (zie figuur). De evenwichtssituatie van de bollen is weergegeven in de figuur.
Hoeveel bedraagt de verhouding van de massa’s, m1/m2?
<A> 3
<B> 1/3
<C> 1/√3
<D> √3

Antwoord: B

De coulombkrachten (FQ) op beide ladingen zijn naar buiten gericht
De zwaartekrachten (Fz) op de massa’s zijn naar beneden gericht
De resultante krachten (Fr) moeten in het verlengde van de draden liggen
We zien:
tan 300 = √3/3 = Fz1/FQ1 (1)
tan 600 = √3 = Fz2/FQ2 (2)
Nu is FQ1 = FQ2
Deel (1) door (2):
(√3/3) / √3 = Fz1 / Fz2
Dus Fz1 / Fz2 = 1/3
Dus m1.g / m2.g = 1/3
Dus m1 / m2 = 1/3

Vraag: Augustus 2016

Een positieve lading Q bevindt zich op dezelfde afstand van twee ladingen Q1 en Q2 zoals aangegeven in de figuur. De ladingen bevinden zich in een horizontaal vlak. De kracht F op Q is getekend in de figuur.
Bepaal de tekens van de ladingen Q1 en Q2.
<A> Q1 < 0 ; Q2 < 0
<B> Q1 < 0 ; Q2 > 0
<C> Q1 > 0 ; Q2 < 0
<D> Q1 > 0 ; Q2 > 0

Antwoord: B

Hiervoor ontbinden we de resulterende kracht volgens de verbindingsassen, dit kan enkel zoals getoond.
Aangezien Q positief is moet Q1 dan negatief zijn (aantrekking) en Q2 positief (afstoting)
Antwoord B

Vraag: Augustus 2016

Gegeven is onderstaande elektrische kring met weerstanden R1 en R2=2R1 waarbij initieel de schakelaar S open is. Het vermogen dat de bron levert is P. De schakelaar S wordt dan gesloten.
Welke van de onderstaande beweringen betreffende het vermogen geleverd door de bron is correct?
Hoeveel bedraagt het vermogen dat de bron levert na het sluiten van schakelaar S?
<A> 2/3 P
<B> 3/2 P
<C> 2 P
<D> 3 P

Antwoord: D

Open schakelaar: P2 = U2/R2
Gesloten schakelaar:
1/R1,2 = 1/R1 + 1/R2 = 1/(R2/2) + 1/R2 = 2/R2 + 1/R2 = 3/R2
Dus R1,2 = R2/3
P1,2 = U2/ R1,2 = U2/ (R2/3) = 3. U2/R2
Dus het vermogen is 3 maal groter geworden

Vraag: Augustus 2016

In een gesloten wikkeling die bestaat uit een metalen draad in de vorm van een gelijkzijdige driehoek met zijden a, b en c loopt een stroom I (zie figuur). De stroombron is in de figuur niet aangegeven. Deze kring bevindt zich in rust in een vlak loodrecht op een uniform magnetisch veld B .
Welke van onderstaande figuren geeft de beste weergave van de krachten op de wikkeling?

Antwoord: D

Vraag: Augustus 2016

Gegeven is een slinger die in het zwaartekrachtveld van de aarde een beweging uitvoert in het verticale vlak.
Welke van de onderstaande beweringen is correct als de slinger zich in het hoogste punt bevindt?
<A> De snelheid is maximaal en de versnelling is nul
<B> De snelheid is nul en de tangentiële component van de versnelling is maximaal
<C> De snelheid en de tangentiële component van de versnelling zijn maximaal
<D> De snelheid en de tangentiële component van de versnelling zijn nul

Antwoord: B

Dit volgt de normale eigenschappen van een harmonische trilling volgens de baan van het voorwerp, dus spreken we hier over de tangentiële eigenschappen (de snelheid langs de cirkelvormige baan is altijd tangentieel aan de baan)
In het hoogste punt is de (tangentiële) snelheid dus 0
In de evenwichtsstand is de (tangentiële) snelheid maximaal
De tangentiële component van de versnelling is maximaal als de uitwijking maximaal is
De tangentiële component van de versnelling is minimaal in de evenwichtsstand

Vraag: Augustus 2016

Een lopende golf heeft volgende wiskundige beschrijving:
y(x,t) = A . sin (2πx/ λ - 2πt/T)
waarbij A = 1,0 cm, λ = 20 cm en T = 1,33 s
In onderstaande figuren wordt deze golf grafisch voorgesteld op tijd t=0 s (volle lijn) en t=1/3 s (stippellijn).
Welke figuur geeft deze golf het best weer?

Antwoord: D

Voor t = 0 is voor x = 0: y = 0 (vervangen van t en x in vergelijking)
dus B valt af
T = 1,33 s = 4/3 s, dus op t = 1/3 s is de golf een kwart van de golflengte verder
dus A valt af
Voor x = 0 en t = 1/3 wordt de vergelijking:
y(x,t) = A . sin (0 - 2π(1/3)/T) = A . sin (0 - 2π(1/3)/(4/3))
y(x,t) = A . sin (-π /2) = - A
Dus de curve van t = 1/3 (stippellijn) moet op -1,0 cm beginnen
Dus antwoord D

Vraag: Augustus 2016

Een touw (lengte 2,0 m) is met één uiteinde vastgemaakt aan het plafond en hangt verticaal. Het andere uiteinde van het touw is bevestigd aan een trillingsbron met instelbare frequentie. De golfsnelheid in het touw bedraagt 4,0 m/s.
Men wil in het touw een staande golf opwekken waarbij juist drie golflengten overeenkomen met de lengte van het touw.
Op welke frequentie moet de trillingsbron daartoe worden ingesteld?
<A> 6,0 Hz
<B> 4,0 Hz
<C> 3,0 Hz
<D> 0,66 Hz

Antwoord: A

Drie golflengten in de lengte van het touw, dus 3l = 2,0 m
Dus λ = 2/3 m
v = λ . f f = v / λ = 4,0 / (2/3) = 12 / 2 = 6,0 Hz

Vraag: Augustus 2016

Een lichtstraal valt vanuit lucht in op een balkvormig blokje geslepen glas met een brekingsindex groter dan deze van lucht. Het blokje is volledig omgeven door lucht (zie figuur). De invallende straal ligt in het vlak van de tekening. Welke van onderstaande figuren geeft mogelijke stralengangen weer?

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 2016

Een dubbelbolle lens heeft een brandpuntafstand gelijk aan f. Een voorwerp V bevindt zich op een afstand van 1,8 f van de dubbelbolle lens (zie figuur). De afstand tussen de twee opeenvolgende verticale streepjeslijnen is telkens dezelfde.
In welk gebied wordt het beeld van het voorwerp gevormd?
<A> In gebied 3
<B> In gebied 2 op een afstand tot de lens die verschillend is van 1,8 f
<C> In gebied 2 op een afstand tot de lens die gelijk is aan 1,8 f
<D> In gebied 1

Antwoord: A

Gebied 3

Vraag: Augustus 2016

Het isotoop 1910Ne vervalt via β+-verval. Daarbij wordt een proton omgezet in een neutron, een positron en een neutrino.
Dit element vervalt dan tot het element AZX met welke Z en A?
<A> Z = 9 en A = 18
<B> Z = 9 en A = 19
<C> Z = 10 en A = 18
<D> Z = 8 en A = 15

Antwoord: B

1910Ne -> AZX + 0+1b + 00n
Dus 19 = A + 0 + 0 A = 19
En 10 = Z + 0 + 1 + 0 Z = 9
Dus antwoord B
Opmerking: het zou fout zijn te stellen dat:
1910Ne -> AZX + 10n + 0+1β + 00n
Omdat er geen neutron uitgestoten wordt, dit blijft in de kern

Vraag: Augustus 2016

In een kamer bevinden zich twee radioactieve bronnen. Op het tijdstip t=0 h is de activiteit van de eerste bron gelijk aan A1 en de activiteit van de tweede bron A2=3A1. Beide bronnen hebben elk een halfwaardetijd van 50 h. De maximaal toegelaten activiteit in de kamer is gelijk aan 0,125A1.
Wat is de minimale tijd (in uren) waarna men de kamer mag betreden?
<A> 300 h
<B> 250 h
<C> 200 h
<D> 150 h

Antwoord: B

De totale activiteit is 3A1 + A1 = 4A1
Wanneer is de activiteit 0,125A1?
Aangezien de beide halfwaardetijden (T) gelijk zijn kunnen we dit als één stof radioactieve stof beschouwen.
Er geldt: At = A0.2-t/T
Dus we zoeken de t waarvoor geldt: 0,125A1 = 4. A1 . 2-t/T
0,125 = 22.2-t/T = 22 - t/T
2-3 = 22 - t/T (0,125 = 1/8 = 1/23 = 2-3)
-3 = 2 – t/T t/T = 2 + 3 t = 5.T t = 5.50 = 250h
Opmerking: korter kan men het zo zien: we gaan van 4A1 naar 1/8 A1, dus moet de activiteit 32 keer kleiner zijn, 1/32, dat gebeurt na 5 halfwaardetijden (1/2)5, dus 5T of 250h