Examenvragen - Fysica - Juli 2003

Vraag: Juli 2003

De kroon van koning Hieroon van Syracuse is vervaardigd uit zilver en goud. De kroon weegt 58,8 N in lucht en slechts 54,8 N ondergedompeld in water.
Wat is de verhouding van het volume goud tot het volume zilver dat verwerkt zit in deze kroon, Vgoud/Vzilver ?
ρgoud= 19300 kg/m3 ρzilver= 10100 kg/m3
<A> 50/50
<B> 44/56
<C> 40/60
<D> 56/44
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: A

De totale massa m = Fz/g = 58,8 /10 = 5,88 kg
Ondergedompeld in water slechts 54,8 N, dus de opwaartse kracht FA = 4,0 N
Dus ρwater.g.Vow = 4,0 N Vow = 4,0 / (103 . 10) = 4,0.10-4 m3
Dit is ook het volume van de kroon.
Dus de dichtheid van de kroon = 5,88 / 4,0.10-4 = 1,47.104 kg/m3
Dus [19300. percentgoud + 10100.(percentzilver) ] / 100 = 14700
[19300. percentgoud + 10100.(100 - percentgoud) ]/100 = 14700
193 + 10100 – 101 percentgoud = 14700
92 percentgoud = 14700 – 10100 = 4600
percentgoud = 4600/92 = 50

Vraag: Juli 2003

Een cilindervormig glas met een dwarsdoorsnede van 25 cm2 drijft in evenwicht op het water. Men laat vervolgens een kubusje van 20 g met een volume van 10 cm3 in dat glas vallen.
Hoeveel is het glas hierdoor dieper in het water gezakt?
<A> 1,12 cm
<B> 0,57 cm
<C> 0,48 cm
<D> 0,80 cm
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: D

FA = ρwater.g.Vow
Nu is Vow = 25.10-4 m2 . how
Het blokje van 20 g => additionele Fz = 20.10-3 . g = 0,2 N
Dit geeft dus een even grote verandering in opwaartse kracht :
DFA = rwater.g. ΔVow = 103 . 10. 25.10-4 m2 . Δhow = 0,2 N
Dus 25. Δhow = 0,2 Δhow = 0,0080 m = 0,80 cm

Vraag: Juli 2003

Bij het kopen van een trommelwasmachine kan men kiezen uit een goedkoop model dat bij het zwieren een toerental haalt van 1200 rpm, en een duur model dat 1400 rpm haalt. Beide wasmachines hebben dezelfde trommeldiameter, het model van 1400 rpm kost echter 25% meer dan het model van 1200 rpm.
Hoeveel procent is de maximale centripetale versnelling van het wasgoed in de trommel van de dure machine meer dan die in de goedkope machine?
<A> 14 %
<B> 27 %
<C> 36 %
<D> 17 %
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: C

Centripetale kracht voor de goedkope is: mω12r = m.(1400)2.r
Centripetale kracht voor de dure is: mω22r = m.(1200)2.r
De verhouding tussen beide is 14002/12002 = 72/62 = 1,36
Dus bij de duurste is de centripetale kracht 36% hoger.

Vraag: Juli 2003

In een circus vertrekt een trapezespringer met massa 55 kg vanuit rust aan een horizontaal touw met een lengte van 7,5m tot aan het ophangpunt.
Bereken de touwspanning (spankracht in het touw) wanneer de trapezespringer voorbijkomt in het laagste punt.
<A> 550 N
<B> 1650 N
<C> 1100 N
<D> 2750 N
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: B

De spankracht in het touw levert hier de centripetale versnelling én de tegenkracht voor e zwaartekracht.
De zwaartekracht is Fz = m.g
De centripetale kracht Fc = m.v2/r = m.v2 / Δh
Om nu de snelheid v te kennen:
Potentiële energie is omgezet in kinetische energie
Dus m.g.Dh = mv2/2 v2 = 2 g. Δh
Dus Fc = m.v2/r = 2 m g Δh / Δh = 2 m g
Dus de spankracht = Fz + Fc = 3 m.g = 3.55.10 = 1650 N

Vraag: Juli 2003

Een U-buis is gedeeltelijk gevuld met een hoeveelheid kwik. In het linkerbeen gieten we water tot 30 cm boven het kwikniveau en in het rechterbeen alcohol eveneens tot 30 cm boven het kwikniveau.
Bereken het hoogteverschil tussen de kwikniveaus in beide benen van de U-buis.
Gegeven: ρHg= 13590 kg/m3 ρalcohol= 791 kg/m3
<A> 1,2 cm
<B> 2,5 cm
<C> 0,67 cm
<D> 0,46 cm
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: D

De druk in A en B is gelijk
De druk in A = p0 + ρw.g.0,30
De druk in B = p0 + ρalc.g.0,30 + ρHg.g.x
Dus ρw.g.0,30 = ρalc.g.0,30 + ρHg.g.x
103.0,30 = 791.0,30 + 13590.x
x = (300 – 237,3) / 13590 = 0,0046 m = 0,46 cm

Vraag: Juli 2003

Een elektrisch geladen bolletje met massa 7,5 g en lading 30 μC hangt tussen 2 koperen platen aan een touwtje. Als men tussen de platen een potentiaalverschil van 150 V aanlegt, maakt het touwtje een hoek α met de verticale waarbij tan α = ½.
Bereken de afstand tussen de platen.
<A> 0,04 m
<B> 0,08 m
<C> 0,12 m
<D> 0,36 m
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: C

De lading is positief, dus de linkse plaat is de negatievere plaat.
We zien dat FC/Fz = tan α = ½
Dus FC = ½.Fz = ½.m.g
= 0,5 . 0,0075 . 10 = 0,0375 N
FC = E.Q E = FC/Q = 0,0375/ (30.10-6) = 0,00125.106 N/C
Tenslotte, E = U/x, dus x = U/E
x = 150 / (0,00125.106)
x = 120000.10-6
x = 12.10-2 m = 0,12 m

Vraag: Juli 2003

Twee geladen bollen met straal r1 en r2 worden met elkaar verbonden door een geleidende draad. In functie van deze gegevens, wat is de verhouding Q1/Q2 voor de ladingsverdeling van de uiteindelijke ladingen na het bereiken van het evenwicht?
<A> 1
<B> R/r
<C> R2/r2
<D> √R/√r
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: B

Als er geen potentiaalverschil meer is tussen beide bollen is er een evenwicht bereikt
De potentiaal op de buitenkant van bol 1 = k.Q1/R
De potentiaal op de buitenkant van bol 2 = k.Q2/r
Als beiden gelijk zijn is Q1/R = Q2/r Q1/ Q2 = R/r

Vraag: Juli 2003

De golfsnelheid v op een trillende snaar gespannen tussen 2 vaste uiteinden is evenredig met de wortel van de spankracht op de snaar.
Welke van de volgende beweringen is geldig wanneer de spankracht verhoogd wordt?
<A> De snelheid van het geluid geproduceerd door de snaar neemt toe
<B> De golflengte van de grondtoon in de snaar neemt toe
<C> De golflengte van de grondtoon in de snaar neemt af
<D> De frequenties van alle geluidsgolven nemen toe
Door een deelnemer gereconstrueerde vraag

Antwoord: D

De snelheid van het geluid dat geproduceerd wordt blijft de geluidssnelheid (340 m/s). Dus A is fout.
Aangezien de lengte van de snaar gelijk blijft ook de golflengte van de grondtoon gelijk (2L). Dus B en C zijn fout.
De frequenties nemen wel toe: de snelheid van voortplanting van de golf in de snaar is afhankelijk van de spanning op de snaar en dus wijzigt ook de frequentie (v = λ f). Dit weet elke gitaarspeler: de snaar aandraaien verhoogt de toon van het geluid.
Dus antwoord D