Examenvragen - Fysica - Augustus 2017

Vraag: Augustus 2017

De snelheid van een wagen die over een rechte, horizontale baan rijdt, verandert als functie van de tijd zoals aangegeven in de volgende vergelijking:
v = 4,0 + 2, 0 t
met v in m/s en t in seconde.
Hoeveel bedraagt de afstand die de wagen aflegt in het tijdsinterval tussen t = 1,0 s en t = 3, 0 s?
<A> 8,0 m.
<B> 12 m.
<C> 16 m.
<D> 21 m.

Antwoord: C

Na 1,0 s is de snelheid 6,0 m/s
Na 3,0 s is de snelheid 10,0 m/s
Dus de gemiddelde snelheid is 8,0 m/s
En dus in die 2 seconden wordt 16 m afgelegd

Vraag: Augustus 2017

Een kracht werkt op een voorwerp met massa m1 waardoor het voorwerp een versnelling van 12,0 m/s2 krijgt. Indien dezelfde kracht werkt op een voorwerp met massa m2, krijgt dit voorwerp een versnelling van 36,0 m/s2.
Indien dezelfde kracht werkt op een voorwerp met massa m1+m2, hoeveel bedraagt dan de versnelling van dat voorwerp?
<A> 9,00 m/s2.
<B> 12,0 m/s2.
<C> 18,0 m/s2.
<D> 24,0 m/s2.

Antwoord: A

F = m.a, dus
F = m1. 12,0 m/s2
F = m2. 36,0 m/s2
Dus m1. 12,0 m/s2 = m2. 36,0 m/s2 m1 = 3 m2
F = (m1 + m2) . X = 4 m2 . X
Nu is F = m2. 36,0 m/s2
Dus m2. 36,0 m/s2 = 4 m2 . X
X = 36,0 / 4 = 9,0 m/s2

Vraag: Augustus 2017

Beschouw volgende situatie nabij het aardoppervlak. Een blok met massa m1 is via een touw verbonden met een ander blok met massa m2 (zie figuur). Het blok met massa m1 schuift over een helling met hellingshoek θ met een versnelling a naar beneden. Het touw loopt over een katrol. Verwaarloos alle wrijving.
In functie van deze gegevens, hoeveel bedraagt de grootte |a| van de versnelling a van het blok met massa m1?
<A> |a| = g
<B> |a| = | g · sin θ |.
<C> |a| = | (m1 · g · sin θ − m2 · g) / m1 |
<D> |a| = | (m1 · g · sin θ − m2 · g) / (m1 + m2) |

Antwoord: D

De kracht op m1 volgens de richting van de helling is Fz . sin θ = m1 . g . sin θ
Deze kracht trekt dus aan het touw aan de kant van m1, deze wordt door het touw doorgegeven.
Aan de andere kant van het touw is de kracht m2 . g, recht naar onder gericht, deze kracht wordt ook via het touw doorgegeven
De resulterende kracht volgens de helling naar onder is dan m1 . g . sin θ - m2 . g
Nu is |a| = F / m, waarbij m de totale massa is en dus:
|a| = | (m1 · g · sin θ − m2 · g) / (m1 + m2) |
Fz . sin θ

Vraag: Augustus 2017

Een knikker wordt losgelaten op een bepaalde hoogte boven de vloer van een kamer nabij het aardoppervlak. Verwaarloos de luchtweerstand.
De grafiek die de kinetische energie Ek van de knikker als functie van de tijd t tijdens de val voorstelt is:

Antwoord: C

Er is een versnelling, dus de snelheid groeit volgens een rechte lijn
Maar Ek = mv2/2 en dus zal de grafiek er zoals in figuur C uitzien.

Vraag: Augustus 2017

Bij een crashtest laat men een auto vanuit rust vallen vanop een bepaalde hoogte h boven het wegdek. Verwaarloos de luchtweerstand.
Om de snelheid van de auto op het ogenblik van de botsing met het wegdek te verdubbelen, vanop welke hoogte moet men de auto dan laten vallen?
<A> 2 h
<B> 4 h
<C> √2 h
<D> √5 h

Antwoord: B

Door behoud van energie geldt:
mgΔh = mv2/2
Dus als Δh is evenredig met v2
Dus als we v verdubbelen moet de hoogte 22 = 4 maal groter zijn.

Vraag: Augustus 2017

Een blok lood met massa 100 g en temperatuur 10 °C wordt in thermisch contact gebracht met een blok aluminium met massa 100 g en temperatuur 90 °C. De soortelijke warmtecapaciteit van lood is 130 J/kg∙K en van aluminium is 900 J/kg∙K. De blokken zijn thermisch geïsoleerd van de omgeving.
Hoeveel bedraagt dan de eindtemperatuur van de blokken?
<A> 20 °C
<B> 40 °C
<C> 60 °C
<D> 80 °C

Antwoord: D

Opgenomen warmte: Qopgenomen = clood . mlood . (θe – θ0lood)
Qopgenomen = 130 . 0,100. (θe – 10) J
Afgegeven warmte: Qafgegeven = cal . mal . (θe – θ0al)
Qafgegeven = 900 . 0,100. (90 - θe) J
We stellen de twee aan mekaar gelijk:
13 (θe – 10) = 90 (90 - θe)
103 qe = 8100 + 130 = 8230
θe = 80 °C

Vraag: Augustus 2017

In een thermisch geïsoleerd vat bevindt zich een gas dat kan worden beschreven als een ideaal gas (zie figuur). De afsluiting aan de bovenkant van het vat kan vrij bewegen.
De temperatuur T van het gas wordt langzaam verhoogd en zodanig dat er geen gas kan ontsnappen.
Welke van de onderstaande figuren beschrijft het best de afhankelijkheid van de druk p met de temperatuur T?

Antwoord: B

Dit is een isobare expansie, dus de druk blijft gelijk (en gelijk aan de atmosferische druk (+ de druk door het gewicht van de zuiger)
Dus antwoord B

Vraag: Augustus 2017

Een positieve lading Q bevindt zich op een afstand r links van een punt O in de oorsprong van een x-as. Een andere positieve lading 2Q bevindt zich op een afstand r rechts van het punt O.
Opdat de elektrische veldsterkte in punt O nul zou zijn, in welke x-positie wordt een positieve lading 4Q op deze lijn gezet?
<A> -1/2 r
<B> 1/2 r
<C> −2 r
<D> 2 r

Antwoord: C

De elektrische veldsterkte in O door Q heeft als grootte k.Q/r2 en is naar rechts gericht
De elektrische veldsterkte in O door 2Q heeft als grootte k.2Q/r2 en is naar links gericht
Dus de resulterende veldsterkte door de twee gegeven ladingen is heeft als grootte k.2Q/r2 - k.Q/r2 = k.Q/r2 en is naar links gericht
Dus moet een positieve lading langs links geplaatst worden worden, zodat ze een veldsterkte naar rechts geeft
Hier moet k.4Q/x2 = k.Q/r2 4/ x2 = 1 /r2 x2 = 4r2 x = 2r of -2r.
Maar ze moet op -2r geplaatst worden aangezien ze langs links van O moet geplaatst worden.

Vraag: Augustus 2017

Gegeven is een schakeling met een spanningsbron en vier weerstanden zoals aangegeven in de figuur. Een ampèremeter A staat in serie met de weerstand van 10,0 Ω. In de schakeling is een schakelaar S opgenomen. Aanvankelijk is deze schakelaar open.
Als de schakelaar gesloten wordt, neemt de stroomsterkte gemeten met de ampèremeter af of toe en met hoeveel (negatief als afname)?
<A> +0,500 A.
<B> +0,750 A.
<C> -0,500 A.
<D> -0,750 A.

Antwoord: D

Als de schakelaar open is, vloeit er enkel stroom door de linkse keten.
Dan is R1 = 25 Ω en dus I1 = U/R1 = 50/25 = 2 A
Als de schakelaar gesloten wordt, staan de drie verticale weerstanden in parallel
De twee rechtse identieke weerstanden hebben een vervangingsweerstand van 10 Ω.
Tezamen met die andere van ook 10 Ω geeft dit een vervangingsweerstand van 5 Ω voor het geheel van de drie.
De spanning zal nu verdeeld worden over die van 15 Ω en die van 5 Ω volgens 3:1, dus de spanning over het blok van drie is 50/4 = 12,5 V. En dus is de stroom door de weerstand van 10 Ω :
I10Ω = 12,5 / 10 = 1,25 A
Dus de stroom neemt met 2 – 1,25 = 0,75 A af.

Vraag: Augustus 2017

Een cirkelvormige geleider met weerstand R bevindt zich in stilstand naast een lange rechte geleider waar een stroom I door stroomt. Beide geleiders liggen in hetzelfde vlak.
De cirkelvormige geleider wordt vervolgens met constante snelheid v in het vlak van de geleiders naar rechts getrokken. Hierdoor loopt er in deze cirkelvormige geleider een stroom waarvoor geldt:
<A> de stroom loopt in wijzerzin en neemt toe in grootte.
<B> de stroom loopt in wijzerzin en neemt af in grootte.
<C> de stroom loopt in tegenwijzerzin en neemt toe in grootte.
<D> de stroom loopt in tegenwijzerzin en neemt af in grootte.

Antwoord: B

De magnetische inductie door stroom I is in het blad gericht. (rechterhandregel, duim omhoog)
Als de winding verder weg van de stroom beweegt, gaat de magnetische inductie in het blad verminderen
Dus volgens de Wet van Lenz gaat de stroom in de winding zo vloeien dat er een magnetische inductie in het blad geproduceerd wordt
Dit zal zo zijn als de stroom in wijzerzin gaat vloeien (rechterhandregel, duim wijst in blad als vingers in wijzerzin)
Nu zal de magnetische inductie verminderen naargelang de afstand tot de stroom groter wordt, dus ook die vermindering per tijdseenheid zal kleiner worden. De stroom in de winding neemt af. (als we heel ver van de winding zijn is B bijna 0, en dus zal ook die stroom bijna 0 zijn)

Vraag: Augustus 2017

Een voorwerp voert een harmonische trilling uit volgens de x-as. In de evenwichtspositie van het voorwerp is x = 0.
De versnelling ax als functie van de uitwijking x wordt weergegeven in:

Antwoord: A

We stellen de beweging voor zoals hiernaast getekend. De snelheid neemt bij negatieve x toe, dus a is positief.
Bij evenwicht is de snelheidsverandering 0
Daarna (positieve x) vertraagt het voorwerp: a is negatief
Dit is enkel zo in figuur A

Vraag: Augustus 2017

Met een decibelmeter wordt voor het geluid van een metrotrein 100 dB gemeten. Voor een gesprek wordt 40 dB gemeten.
Hoeveel bedraagt de verhouding van de geluidsintensiteit van de metrotrein tot deze van het gesprek?
<A> 6,0.
<B> 60.
<C> 1,0 × 10-6 .
<D> 1,0 × 106 .

Antwoord: D

L (in dB) = 10 . log (I/I0)
Dus 100 = 10. (log Itrein/I0) = 10. log Itrein – 10 . I0
en 40 = 10. (log Igesprek/I0) = 10. log Igesprek – 10 . I0
Dus 100 - 10. log Itrein = 40 - 10. log Igesprek
100 – 40 = 10. log Itrein - 10. log Igesprek
60/10 = log Itrein - log gesprek = log (Itrein / Igesprek)
log (Itrein / Igesprek) = 6 Itrein / Igesprek = 106

Vraag: Augustus 2017

Een lichtstraal valt loodrecht in op een zijde van een prisma met brekingsindex n1 = 2, 00. Het prisma wordt volledig ondergedompeld in olie met brekingsindex n2 = √2.
Hoeveel bedraagt de maximale waarde van de hoek q waarbij totale terugkaatsing in het prisma optreedt?
<A> π/2.
<B> π/3.
<C> π/4.
<D> π/6.

Antwoord: C

We zien i + q = 90°
Nu is sin i / sin r = n2/n1 = √ 2/2
Dus als r = 90° (vanaf dan terugkaatsing):
sin i / sin 90° = √ 2/2
sin i = √ 2/2 i = 45°
i + q = 90° dus 45° + q = 90°
q = 45° = π/4

Vraag: Augustus 2017

Het radioactief verval van vier verschillende radioactieve stoffen (A, B, C en D) is weergegeven in de onderstaande grafiek. N(t) stelt het aantal radioactieve deeltjes voor als functie van de tijd t. De letter bij elke curve verwijst naar de corresponderende radioactieve stof.
Voor welke stof is op t = 100 h de activiteit het grootst?
<A> A.
<B> B.
<C> C.
<D> D.

Antwoord: B

De hoogste activiteit betekent het snelste verval
Dit is op t = 100 duidelijk het grootst voor stof B (steilst naar beneden)

Vraag: Augustus 2017

Een vat wordt gevuld met twee niet-mengbare vloeistoffen 1 en 2, zoals weergegeven in de figuren.
Mogelijke situaties worden enkel weergegeven door:
<A> figuur a.
<B> de figuren a en b.
<C> de figuren b en c.
<D> de figuren b, c en d.

Antwoord: D

Figuur A kan niet: op het niveau van de stippellijn zou links de druk gelijk zijn aan de atmosferische druk, en rechts de atmosferische druk plus de druk door vloeistofkolom 2. En ze moeten gelijk zijn.
Figuren B en C herkennen we van de dichtheidsbepaling van een vloeistof met een U-vormige buis. Dus deze kunnen. Inzichtelijk: Op het niveau van de volle lijn hieronder moet de druk gelijk kunnen zijn. Dit kan: in figuur b als vloeistof 2 minder dichtheid heeft dan vloeistof A, in figuur C als vloeistof 2 een hogere dichtheid heeft dan vloeistof 1.
Figuur D kan dus als de twee vloeistoffen dezelfde dichtheid hebben.
Dus antwoord D.
Deze vraag werd geneutraliseerd: twee vloeistoffen met dezelfde densiteit zullen mengen, en dan valt figuur d af. Enkel figuren b en c zijn dan juist.