Examenvragen - Fysica - Juli 2016

Vraag: Juli 2016

Een rode en een zwarte sportwagen bevinden zich op een rechte weg. Om de posities van de wagens te beschrijven, wordt een x-as gebruikt die parallel aan de weg georiënteerd is. Op het ogenblik t = 0 s zijn de posities xr van de rode wagen en xz van de zwarte wagen gelijk aan x = 0 m. In onderstaande figuur zijn de snelheid vr van de rode wagen (volle lijn) en de snelheid vz van de zwarte wagen (streeplijn) als functie van de tijd weergeven.
Wat zijn de posities xr van de rode wagen en xz van de zwarte wagen op het ogenblik dat de snelheden van beide wagens gelijk zijn?
<A> xr = 2500 m; xz = 3750 m
<B> xr = 2500 m; xz = 2500 m
<C> xr = 1250 m; xz = 3750 m
<D> xr = 1250 m; xz = 1250 m

Antwoord: C

De gemiddelde snelheid van de rode wagen is dan (0 + 50) / 2 = 25 m/s
Dus de rode wagen heeft dan afgelegd Δsr = vgemr . Δt = 25 . 50 = 1250 m
De gemiddelde snelheid van de zwarte wagen is dan (100 + 50) / 2 = 75 m/s
Dus de zwarte wagen heeft dan afgelegd Δsz = vgemz . Δt = 75 . 50 = 3750 m

Vraag: Juli 2016

In het zwaartekrachtveld van de aarde wordt een klein onvervormbaar blokje tegen een wand geduwd door een cilindervormige schijf met massa m en straal r. De schijf is aan de wand opgehangen via een touw, zoals voorgesteld in figuur A.
Een tweede schijf, met dezelfde massa m maar met een grotere straal R, wordt opgehangen aan een touw met dezelfde lengte zoals voorgesteld in figuur B en duwt tegen eenzelfde blokje.
Welke van onderstaande beweringen is correct voor figuur B?
<A> De kracht in het touw is dezelfde als in figuur A.
<B> De kracht in het touw is kleiner dan in figuur A.
<C> De kracht op het blokje is groter dan in figuur A.
<D> De kracht op het blokje is dezelfde als in figuur A.

Antwoord: C

De verticale component van FT moet Fz compenseren (verticaal gezien hangt massa stil). We zien dat in figuur B de FT groter moet zijn
Dus <A> en <B> zijn niet juist
De resulterende kracht van Fz en FT trekt de bol naar de muur.
Deze kracht is duidelijk groter voor figuur B
Dus het antwoord is C

Vraag: Juli 2016

Een skiër vertrekt vanuit stilstand op de top van een helling. Als hij aan de voet van de helling aankomt, is de grootte van zijn snelheid gelijk aan 4,0 m/s.
In een tweede situatie vertrekt de skiër op de top van dezelfde helling met een snelheid met grootte 3,0 m/s.
Voor beide situaties wordt aangenomen dat de wrijving verwaarloosbaar is.
Hoeveel bedraagt de snelheid van de skiër aan de voet van de helling in de tweede situatie?
<A> 9,0 m/s
<B> 7,0 m/s
<C> 5,0 m/s
<D> 4,0 m/s

Antwoord: C

De potentiële energie is in het eerste geval volledig omgezet in kinetische energie:
m . g . Δh = m v2 /2 v2 = 2 g . Δh
Δh = v2 / 2g = 16/20 = 0,80 m
In het tweede geval wordt de kinetische én potentiële energie omgezet in kinetische:
m v02 /2 + m . g . Δh = m ve2 /2
v02 /2 + g . Δh = ve2 /2
(3,0)2 /2 + 10 . 0,80 = ve2 /2 ve2 = 12,5 * 2 = 25 m2/s2
ve = 5,0 m/s

Vraag: Juli 2016

Een veer is uitgerekt over 30 cm ten opzichte van zijn rustlengte. Om de veer nog verder uit te rekken tot een totale verlenging gelijk aan 60 cm dient op de veer een arbeid te worden verricht gelijk aan 27 J.
Hoe groot is de veerconstante van de veer?
<A> 600 N/m
<B> 200 N/m
<C> 100 N/m
<D> 90 N/m

Antwoord: B

Ep60cm = Ep30cm + 27
k(0,60)2/2 = k(0,30)2/2 + 27
k(0,36 – 0,09)/2 = 27
k.0,27 = 54 k.0,010 = 2,0 k = 2,0.102 N/m

Vraag: Juli 2016

Een eetbord met massa mb bevindt zich op kamertemperatuur θb. Op het bord wordt een hoeveelheid warme erwtjes geschept met totale massa me en temperatuur θe. De warmtecapaciteit van het bord is Cb en de specifieke warmtecapaciteit van erwtjes is ce. Veronderstel dat er geen warmte-uitwisseling met de omgeving is.
In functie van deze gegevens, wat is de eindtemperatuur θ van het geheel van het bord met erwtjes.
<A> θ = (ce . me . θe + Cb . θb) / (ce . me + Cb )
<B> θ = (ce . me . θe – Cb . θb) / (ce . me - Cb )
<C> θ = (ce . me . θe – Cb . θb) / (ce . me - Cb .mb )
<D> θ = (ce . me . θe + Cb . θb) / (ce . me + Cb .mb )

Antwoord: A

De evenwichtstemperatuur θ ligt tussen θb en θe
De afgegeven warmte = opgenomen warmte
ce.me.(θe – θ) = Cb(θ – θb)
ce.me.θe - ce.me.θ = Cb.θ - Cb.θb
Cb.θ + ce.me.θ = ce.me.θe + Cb.θb
θ = (ce.me.θe + Cb.θb) / (Cb + ce.me)

Vraag: Juli 2016

Twee identieke reservoirs, elk met volume 3V, zijn gevuld met een ideaal gas. In elk reservoir bevindt zich een zuiger in evenwicht die wrijvingsloos kan bewegen (zie figuur). De zuigers verdelen elk reservoir in twee deelreservoirs. In onderstaande figuur is voor elk deelreservoir het volume aangeduid en stelt p een druk voor en n een aantal mol gasdeeltjes. De reservoirs zijn verbonden via een dunne buis, die initieel afgesloten is door een kraan. Het volume van de dunne buis is verwaarloosbaar. Het gehele systeem is thermisch geïsoleerd, zodat de temperatuur homogeen is en constant blijft.
Vervolgens wordt de kraan geopend zodat de reservoirs aan mekaar gekoppeld worden.
Hoeveel bedraagt dan de uiteindelijke druk pf en hoe groot is het totaal aantal mol gasdeeltjes nt?
<A> pf = 2 p en nt = 4 n
<B> pf = p en nt = 4 n
<C> pf = 2 p en nt = 9 n
<D> pf = 3/2 p en nt = 9 n

Antwoord: D

In elk compartiment geldt dat de druk links van de zuiger gelijk is aan de druk rechts ervan
En p.V = nRT waarbij T een constante is
Dit geeft wat getoond is in de figuur onderaan.
Dus het totale aantal mol (n) is 9n
Als we de beide compartimenten verbinden geldt de wet van Dalton: de totale druk is gelijk aan de som van de piVi gedeeld door de som van de volumes
Dus pf = (p.3V + 2p.3V)/(3V + 3V) = 9p/6 = 3p/2

Vraag: Juli 2016

Twee ladingen Q1=+2 μC en Q2=-6 μC bevinden zich op een onderlinge afstand van 4 cm.
We plaatsen een derde lading Q = -8 μC op de verbindingslijn van de ladingen Q1 en Q2 zodat de resulterende kracht op lading Q2 gelijk is aan nul.
Welke van onderstaande figuren geeft de correcte positie van lading Q weer?

Antwoord: C

In alle geval moeten Q1 en Q langs dezelfde kant van Q2 liggen, anders versterken ze elkaar
Dit maakt enkel antwoorden C en D mogelijk
De grootte van de kracht is evenredig met de grootte van de ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de ladingen
De absolute waarde van lading Q is vier maar groter dan de absolute waarde lading Q1
Dan moet de afstand2 ook vier maal groter zijn voor lading Q dan voor lading Q1
Dan moet de afstand dus twee maal groter zijn voor lading Q dan voor lading Q1
Dit klopt voor C

Vraag: Juli 2016

Beschouw het onderstaande elektrisch circuit.
Wat is de waarde van de vervangingsweerstand van dit circuit tussen de punten A en B?
<A> 46 Ω
<B> 32 Ω
<C> 14 Ω
<D> 7 Ω

Antwoord: D

Voor de meesten onder ons is het eenvoudiger het schema als hiernaast te tekenen.
Dat ziet er duidelijker uit. R3 en R4 staan parallel en R2 staat er in serie achter. Dat geheel staat parallel op R1.
Dus: 1/R3,4 = 1/R3 + 1/R4 = 1/12 + 1/12 = 1/6 dus R3,4 = 6 Ω
R3,4,2 = 6 Ω + 8 Ω = 14 Ω
1/Rtot = 1/14 + 1/14 = 1/7 dus Rtot = 7 Ω.

Vraag: Juli 2016

Twee identieke lampen zijn met elkaar verbonden in een vlakke elektrische kring zoals weergegeven in onderstaande figuur. Deze kring wordt met een constante snelheid v in een uniform magnetisch veld B getrokken dat loodrecht staat op het vlak van de kring.
Welke van onderstaande beweringen is juist?
<A> Kijkend volgens de richting en zin van het magnetisch veld, loopt de stroom in de kring in wijzerzin
<B> Het vermogen ontwikkeld in lamp 2 is tijdelijk groter dan het vermogen ontwikkeld in lamp 1
<C> Het vermogen in beide lampen neemt eerst toe, en vervolgens af
<D> Het vermogen ontwikkeld in lamp 1 is altijd verschillend van het vermogen ontwikkeld in lamp 2

Antwoord: C

Volgens de Wet van Lenz gaat de inductiestroom een magnetisch veld opwekken volgens de fluxverandering en tegengesteld aan zijn veroorzaker
De veroorzaker, het magnetisch veld loopt in het blad, dus zal het magnetisch veld door de inductiestroom uit het blad gaan en dus (rechterhandregel) zal de stroom in tegenwijzerzin draaien, dus A is fout
De stroom zal door de winding lopen, dus door beide lampen even sterk, dus zal ook het vermogen in beide lampen gelijk zijn, dus B en D zijn fout
Het is dus antwoord C. Het is de fluxverandering, dus de verandering van oppervlak x B dat de inductiestroom geeft. Bij een cirkelvormige winding het stuk dat erbij komt steeds groter, tot halverwege de winding. In onderstaande figuur zijn de bijkomende oppervlakken gegeven in gelijke tijdsstappen. Oppervlak 2 is groter dan 1 en oppervlak 3 is groter dan 2.
Opmerking: als de winding volledig in het magnetisch veld is, is er geen oppervlakteverandering meer en dus geen inductiestroom.
Bij uittreden van het magnetisch veld geldt de andere richting: de stroom draait dan andersom

Vraag: Juli 2016

Gegeven is een slinger in het zwaartekrachtveld van de aarde. De slinger wordt vanuit een uiterste positie losgelaten. In onderstaande figuur is de massa in deze uiterste positie aangeduid als een bolletje omgeven door een stippellijn.
Als de slinger van het hoogste naar het laagste punt beweegt en in een tussenliggend punt passeert, door welke van de onderstaande figuren worden dan de snelheid v en de versnelling a van de slinger het best weergegeven?

Antwoord: C

De snelheid is altijd tangentieel aan de baan, dat is in alle figuren het geval
De versnelling loopt in zin en richting van de resulterende kracht Fr tussen de gravitatiekracht (naar beneden) en de spankracht in het touw (volgens het touw naar boven)
Maar ze is dus op het punt in de figuur naar binnen gericht, maar minder dan de richting van het touw, zoals in figuur C
Enkel in het midden onderaan, in de evenwichtsstand, is ze recht naar boven gericht

Vraag: Juli 2016

We beschouwen twee linkslopende golven die zich voortplanten langsheen de x-as. De uitwijking op plaats x en ogenblik t van golf 1 wordt genoteerd als y1(x, t) en die van golf 2 als y2(x, t). De uitwijking y1 van golf 1 op een bepaalde plaats als functie van de tijd is weergegeven in figuur A. De uitwijking y1 van golf 1 op een bepaald tijdstip als functie van de plaats is weergegeven in figuur B.
Golf 2 heeft een amplitude die de helft is van deze van golf 1, een golflengte die gelijk is aan tweemaal deze van golf 1 en een periode die gelijk is aan drie maal deze van golf 1. Welke van de onderstaande uitdrukkingen beschrijft golf 2?
<A> y2(x,t) = 0,5 sin ( 2πx + 0,33 πt) <C> y2(x,t) = 0,5 sin (πx + 0,33 πt)
<B> y2(x,t) = 0,5 sin ( 2πx + 0,22 πt) <D> y2(x,t) = 0,5 sin (πx + 0,22 πt)

Antwoord: D

De vergelijking van de golf 1 is y1 = A1 . sin (ω1t + k1x)
A1 = 1,0
ω1 = 2π/T1 = 2π/3 (we zien op figuur A periode van ongeveer 3s)
k1 = 2π/λ1 . We zien op de figuur dat λ1 ongeveer 1 m is (verschil tussen 2 toppen)
dus k1 = 2π/1
De vergelijking van de golf 2 is y2 = A2 . sin (ω2t + k2x)
A1 = (gegeven) A2 / 2 = 0,50
ω2 = 2π/T2 = (gegeven) 2p/(3.T1 ) = 2p/ (3.3) = 2p/9
k2 = 2π/l2 = (gegeven) 2π/(2.λ1) = 2 π /(2.λ1) = 2π/(2.1) = π
Dus de vergelijking is: y2 = 0,50 . sin (2π/9 t + πx)
en 2π/9 is ongeveer 0,22 dus antwoord D

Vraag: Juli 2016

In een touw wordt een staande golf opgewekt waarvan de maximale uitwijkingen aangegeven zijn in de figuur. In één minuut gaat het touw in een buik 90 keer op en neer.
Wat is de golfsnelheid in het touw?
<A> 12 m/s
<B> 9,0 m/s
<C> 6,0 m/s
<D> 3,0 m/s

Antwoord: C

Hier is λ = 2 . 6,0 m /3 = 4,0 m
f = 90 /minuut = 1,5 per seconde = 1,5 Hz
v = λ . f = 4,0 m . 1,5 s-1 = 6,0 m/s

Vraag: Juli 2016

Een evenwijdige lichtbundel valt in op een dubbelbolle lens met brandpuntafstand f. Op een afstand d achter de lens ontstaat daardoor een lichtbundel zoals aangegeven aan de rechterzijde van de figuur. De stralengang over de afstand d is niet aangegeven.
Welke van de onderstaande beweringen voor de afstand d is correct?
<A> d > 2f
<B> f < d < 2f
<C> d = f
<D> d < f

Antwoord: C

Dit is de definitie van brandpunt: stralen die evenwijdig invallen met de hoofdas gaan allen door het brandpunt.

Vraag: Juli 2016

Een voorwerp V bevindt zich op een afstand v = 20 cm van een dubbelbolle lens; het beeld B bevindt zich op een afstand b = 20 cm van de lens (zie figuur A). We verschuiven de lens 5 cm naar links (Figuur B).
Welke van de onderstaande beweringen over de positie van het beeld in de situatie voorgesteld in figuur B is correct? Het beeld in figuur B heeft zich ten opzichte van de originele beeldpositie verplaatst over een afstand:
<A> gelijk aan 5 cm naar links
<B> groter dan 5 cm naar rechts
<C> gelijk aan 5 cm naar rechts
<D> kleiner dan 5 cm naar rechts

Antwoord: C

Volgens de lensformule is 1/v + 1/b = 1/f
Aangezien v = 20 en b = 20 is 1/f = 1/20 + 1/20 = 1/10
Dus f = 10
In de tweede situatie geldt v2 = v1 – 5 = 15
Dus 1/f = 1/v2 + 1/b2 dus 1/b2 = 1/10 – 1/15 = 3/30 – 2/30 = 1/30
Dus b2 = 30 cm
Dit is dus ten opzichte van de nieuwe stand van de lens, dus 5 cm naar rechts van de originele positie

Vraag: Juli 2016

Twee mengbare radioactieve bronnen X en Y hebben dezelfde activiteit A op het moment t = 0 h. Het isotoop X heeft een halfwaardetijd van 12 h en het isotoop Y heeft een halfwaardetijd van 8 h.
Hoe groot is de activiteit van het mengsel van beide isotopen na t = 24 h?
<A> 3/8 A
<B> 1/4 A
<C> 3/16 A
<D> 1/6 A

Antwoord: A

Na 24h is Ntx = N0x.2-t/Tx = N0x . 2-24/12 = N0x . 2-2 = N0x / 4
Ook de activiteit van X is dan 4 maal kleiner: Atx = A/4
Na 24h is Nty = N0y.2-t/Ty = N0y . 2-24/8 = N0x . 2-3 = N0y / 8
Ook de activiteit van Y is dan 8 maal kleiner: Aty = A/8
De totale activiteit = Atx + Aty = A/4 + A/8 = 3A/8
Opmerking: At = λ.Nt en λ = (ln2)/T
Dus activiteit en aantal radioactieve kernen zijn evenredig voor eenzelfde radioactieve stof