Examenvragen - Fysica - Juli 2017

Vraag: Juli 2017

Een tennisspeelster beweegt op een rechte lijn volgens de x-as. De grafiek van haar snelheid vx als functie van de tijd t is hieronder weergegeven.
Hoeveel bedraagt de verplaatsing van de speelster op t = 6,0 s t.o.v. haar positie op t = 0 s?
<A> 0 m.
<B> 3,0 m.
<C> 9,0 m.
<D> 12 m.

Antwoord: B

Verplaatsing is oppervlakte onder de curve, maar opgelet! Als v negatief is, is de verplaatsing ook negatief, dus de oppervlakte onder de x-as trekken we af van de oppervlakte boven de x-as
De oppervlakte boven de x-as is 8.3/2 = 12 m
De oppervlakte onder de x-as is 6.3/2 = 9 m
Dus de verplaatsing is 12 – 9 = 3 m

Vraag: Juli 2017

Johanna rijdt met haar bromfiets volgens een rechte baan met een constante snelheid van 10,0 m/s. De totale massa van Johanna en de bromfiets is gelijk aan 100 kg.
Op het moment t = 0 s passeert zij de oorsprong en blijft zij met deze snelheid 10,0 s bewegen. Vervolgens remt zij gedurende 2,00 s waardoor zij een constante remkracht van 400 N evenwijdig met de baan ondervindt.
Hoeveel bedraagt haar verplaatsing ten opzichte van de oorsprong in het tijdsinterval van t = 0 s tot t = 12,0 s?
<A> 100 m.
<B> 104 m.
<C> 112 m.
<D> 120 m.

Antwoord: C

Gedurende de eerste 10 seconden legt ze Δs = v . Δt = 10,0 m/s . 10 s = 100 m af.
Aangezien de remkracht 400 N is, is |a| = F/m = 400/100 = 4,0 m/s2
Dus a = -4,0 m/s2
De snelheid na die 2,0 seconden remmen is dan 10,0 m/s – 2 s . (-4,0 m/s2) = 2,0 m/s
De afstand afgelegd gedurende die 2 seconden is dan
v0Dt + a/2. Dt2 = 10,0 . 2,0 – 4,0/2 . (2,0)2 = 12 m
In totaal legt ze dus in die 12 seconden 112 m af.

Vraag: Juli 2017

Nabij het aardoppervlak glijdt een blok met massa 2,0 kg langs een helling van punt A naar punt B zoals aangegeven op de figuur. De snelheid van het blok in punt A is 4,0 m/s. De wrijving tussen blok en helling mag verwaarloosd worden.
Hoeveel bedraagt dan de snelheid van het blok in punt B?
<A> 4,0 m/s.
<B> 4,5 m/s.
<C> 5,0 m/s.
<D> 6,0 m/s.

Antwoord: D

De component van de zwaartekracht langs de helling is Fz. sin 30° = m.g.sin 30° = 2,0.10.1/2 = 10 N
Dus de versnelling langs de helling is F/m = 10/2,0 = 5,0 m/s2
We gebruiken nu de formule:
vt2 – v02 = 2 a Δs
vt2 – (4,0)2 = 2 . 5,0 . 2,0
vt2 = 20 + 16 = 36
vt = 6,0 m/s
Fz . sin 30°

Vraag: Juli 2017

Beschouw volgende situatie in een kamer aan het aardoppervlak.
Een homogene balk met massa 6,0 kg is symmetrisch opgehangen aan de touwen A en B. De touwen maken elk een hoek van 30° met de horizontale.
Hoeveel bedraagt de grootte van de kracht in touw A?
<A> 15 N.
<B> 30 N.
<C> 35 N.
<D> 60 N.

Antwoord: D

De massa wordt verdeeld over de twee touwen, dus 3,0 kg aan touw A
Omdat het systeem in rust is moet de zwaartekracht Fz (3,0 kg . g) gecompenseerd zijn door een opwaartse kracht die de verticale component is van de spankracht in het touw.
We zien op de figuur dat
cos 60° = Fz / FsA
FsA = Fz / cos60°
FsA = 3,0 . 10 / ½
FsA = 60 N
Fz = 3,0 kg . g
Fs = Fz

Vraag: Juli 2017

Een balletje drijft wanneer het in een beker met water wordt gebracht (zie figuur). Hetzelfde balletje zinkt wanneer het in een beker met olie wordt gebracht (zie figuur).
We gieten deze olie, die niet mengt met het water, in de beker met water. Welke figuur stelt het best de uiteindelijke positie van het balletje voor?

Antwoord: B

De grootte van de zwaartekracht is gelijk aan de grootte van de opwaartse kracht
In water is het voorwerp V/2 ondergedompeld: Fz = ρw.g.V/2
Als het voorwerp in olie zou zweven en dus Fz = ρolie.g.V, dan zou ρolie = ρw/2
Maar het voorwerp zinkt, dus ρolie < ρw/2
Laat ons voor de eenvoud ρolie = ρw/4 stellen
Opwaartse kracht door de olie + opwaartse kracht door het water moet = Fz
Dus: ρolie.g.Vinolie + ρw.g.Vinwater = ρw.g.V/2
ρw/4.Vinolie + ρw.(V –Vinolie) = ρw.V/2
V – ¾ Vinolie = V/2 ¾ Vinolie = V/2 Vinolie = 2/3 V
Dus het voorwerp zit voor het grootste gedeelte in de olie, maar niet helemaal
Antwoord B

Vraag: Juli 2017

[…] Het horizontale vlak stelt een tafeloppervlak voor waarin een opening gemaakt is. De twee voorwerpen - weergegeven door de zwarte bol - zijn identiek en hebben een massa m. Ze zijn met mekaar verbonden door middel van een massaloos, niet-elastisch touw […]. Het voorwerp op de tafel voert wrijvingsloos een eenparig cirkelvormige beweging uit. De snelheid is zo dat de straal R = 10 cm constant blijft. […] . Op t = 0 s bevindt het voorwerp zich op de as die loodrecht op de x-as staat, zoals voorgesteld in de figuur. Welke van onderstaande figuren beschrijft het best het tijdsverloop van de x-positie van het voorwerp op de tafel?

Antwoord: D

De zwaartekracht op de onderste massa (m.g) levert de centripetale kracht
Dus m.g = mω2r
m.g = m (2π/T)2.0,1
10 / 0,1 = (2π/T)2
T2 = 4π 2 / 100
T = 2π/10
Dit is zo in figuur D

Vraag: Juli 2017

Een satelliet met massa 100 kg bevindt zich op een cirkelvormige baan om de aarde op een hoogte R boven het aardoppervlak. Hierbij is R gelijk aan de aardstraal.
Hoeveel bedraagt de grootte van de aantrekkingskracht van de aarde op de satelliet?
<A> 0.
<B> 250 N.
<C> 500 N.
<D> 1000 N.

Antwoord: B

Op een afstand r van het massazwaartepunt (centrum) van de aarde geldt:
F = G . m .mA / r2
Als r = straal van de aarde dan is F = FZ = m.g = 100 . 10 = 1000 N
Als de afstand tot het centrum verdubbelt, dan zal de kracht 4 kleiner groter worden
Dus 250 N

Vraag: Juli 2017

Het volume VA van een hoeveelheid ideaal gas bij een temperatuur TA en een druk pA neemt bij constante druk toe van VA tot VB bij een temperatuur TB. Vervolgens wordt de druk op het gas bij constant volume verlaagd tot pC = pA/4 door een verandering van de temperatuur. De eindtemperatuur TC is gelijk aan TA.
Hoeveel bedraagt de verhouding VA/VB?
<A> 2
<B> 1
<C> 0,5
<D> 0,25

Antwoord: D

VA /VB = TA/TB bij druk pA
pC/ pA = TC / TB waarbij pC = pA /4 en TC = TA , dus ¼ = TA/ TB
En dus VA /VB = TA/TB = ¼, dus VA = ¼ VB

Vraag: Juli 2017

Twee ladingen Q1 en Q2 bevinden zich op twee hoekpunten van een gelijkzijdige driehoek.
Een lading Q3 wordt in het derde hoekpunt geplaatst.
Welke uitspraak over de resulterende kracht F op Q3 is correct:
<A> F kan niet nul zijn.
<B> F kan nul zijn als Q1 < 0, Q2 < 0 en Q3 > 0.
<C> F kan nul zijn als Q1 > 0, Q2 > 0 en Q3 < 0.
<D> F kan nul zijn als Q1 > 0, Q2 < 0 en Q3 > 0.

Antwoord: A

De Coulombse krachten lopen altijd volgens de verbindingsassen van de ladingen
De twee krachten kunnen dus niet dezelfde richting hebben en tegengestelde zin
Antwoord A

Vraag: Juli 2017

Gegeven zijn drie elektrische schakelingen.
Het vermogen geleverd door de bron in schakeling 1 wordt genoteerd als P1, in schakeling 2 als P2, en in schakeling 3 als P3.
Rangschik het vermogen in deze schakelingen van klein naar groot.
<A> P1 < P3 < P2.
<B> P2 < P1 < P3.
<C> P3 < P1 < P2.
<D> P1 < P2 < P3.

Antwoord: C

Twee weerstanden R in parallel geven een vervangingsweerstand van R/2. Dus de totale weerstand in schakeling 1 3R/2
Dus P1 = U2/(3R/2) = 2/3 U2/R
Drie weerstanden R in parallel geven een vervangingsweerstand van R/3. Dus de totale weerstand in schakeling 2 4R/3
Dus P2 = U2/(4R/3) = ¾ U2/R
In de laatste schakeling is de totale weerstand 5/2 R
Dus P3 = U2/(5R/2) = 2/5 U2/R
¾ U2/R > 2/3 U2/R (1-1/4 is immers groter dan 1 – 1/3)
Dus P2 > P1
En aangezien 2/5 < een half en de andere groter zijn dan 1/2, is P3 de kleinste waarde
Dus P3 < P1 < P2

Vraag: Juli 2017

De achterruitverwarming in een auto bestaat uit 10 parallel geschakelde draden, elk met een weerstand van 10,0 Ω (zie figuur). De draden zijn verbonden met een spanningsbron van 12,0 V.
Op de achterruit heeft zich een laagje ijs gevormd met massa 200 g en temperatuur 0°C. We veronderstellen dat de hoeveelheid ontwikkelde warmte in de draden volledig wordt afgestaan aan het ijs. Om 1,00 kg ijs bij 0°C te smelten tot water van 0°C is 334 x 103 J warmte nodig.
Hoe lang duurt het om het ijs op de achterruit te smelten?
<A> 116 s.
<B> 232 s.
<C> 464 s.
<D> 696 s.

Antwoord: C

Het vermogen van de achteruitverwarming is U2/R
10 parallel geschakelde draden van elk 10 Ω geven een totale weerstand van 1,0 Ω
Dus het vermogen van de achteruitverwarming = (12,0)2/(1,0) = 144 W
Voor het smelten van 200 g ijs is dus 334 x 103 / 5 J energie nodig
Nu is E = P.Dt Δt = E/P
Δt = 334 x 103 / (5 .144) = 334 x 103 / 720 = 464 s

Vraag: Juli 2017

Een geladen deeltje beweegt met snelheid v in een vlak dat loodrecht staat op een homogeen magnetisch veld. Beschouw volgende uitspraken:
1. Het deeltje ondergaat een versnelling.
2. De kinetische energie van het deeltje verandert niet.
3. De snelheidsvector v verandert niet.
Welke combinatie van bovenstaande uitspraken is correct?
<A> 1, 2 en 3.
<B> 2 en 3.
<C> 1 en 3.
<D> 1 en 2.

Antwoord: D

Aangezien het deeltje een kracht ondervindt (het wordt afgebogen tot een cirkelvormige baan), is er ook een versnelling. Stelling 1 is juist
De kinetische energie verandert niet: dit is juist: de kinetische energie is mv2/2 en aangezien de grootte van v constant blijft, blijft de kinetische energie constant. Stelling 2 is juist.
De snelheidsvector verandert wel: deze is tangentieel (volgens de raaklijn) van de cirkelvormige baan. Dus stelling 3 is fout.
Antwoord D

Vraag: Juli 2017

De figuur toont een momentopname van een touw op het moment t1 > 0. Op het moment t = 0 s is in het punt A een harmonische trilling met periode T gestart.
De grafiek die de uitwijking y (t) van het punt B als functie van de tijd t toont, is:

Antwoord: C

Opmerking: de bovenste figuur is een momentopname van het touw: horizontaal is er dus geen tijdsas, maar de horizontale positie van de punten van het touw.
We zien aan het uiteinde rechts dat de golf zich naar rechts voortplant: het uiteinde moet nog beginnen op en neer gaan.
Punt B ligt één periode verder dan A, dus zal de harmonische trilling in B vanaf tijd T starten. Dus antwoord A of C.
We leiden ook uit de bovenste figuur af dat punt B op het punt staat naar boven te gaan.
Dus antwoord C.

Vraag: Juli 2017

Een voorwerp P bevindt zich in een blok glas met brekingsindex na. Het blok is omgeven door een medium met brekingsindex nb. Voor de brekingsindices geldt dat na > nb. Een waarnemer bevindt zich rechts van het blok zoals aangegeven in de figuur met de schematische voorstelling van het oog.
Welk van de onderstaande figuren geeft het best het punt P’ aan waar voor de waarnemer het punt P zich lijkt te bevinden?

Antwoord: C

We tekenen de stralengang in omgekeerde richting: van het oog naar het punt P. Van na naar nb gaat de straal we van de normaal.
Verbind P’ met het oog (streepjes) en reconstrueer de stralengang. C kan dus bij de juiste brekingsindices. A kan niet: de straal vanuit P zou rechtdoor blijven gaan.
Antwoord C is mogelijk. Antwoord D valt dan af. Antwoord B is ook onmogelijk: er is immers breking. Bij figuur A zou de stralengang vanuit P rechtdoor gaan en niet gebroken worden. Dit kan niet.

Vraag: Juli 2017

21884Po vervalt door het uitzenden van een alfadeeltje gevolgd door het uitzenden van een bèta-mindeeltje. Zo ontstaat er een isotoop van bismut.
Hoeveel bedraagt het aantal neutronen van dit isotoop van bismut?
<A> 131.
<B> 132.
<C> 133.
<D> 134.

Antwoord: A

In 21884Po zijn er 84 protonen en 218 – 84 = 134 neutronen in de kern
Een alfadeeltje is een heliumkern, met 2 protonen en 2 neutronen
Dus er resten 132 neutronen.
De valstrik zou kunnen zijn dat men stelt dat een beta-mindeeltje niets, dat immers een elektron is en dus niets verandert aan het aantal neutronen.
Maar uitzenden van een beta-min deeltje betekent dat een neutron omgezet is in een proton en een elektron, dat dan uitgezonden werd.
Dus er resten dan 131 neutronen.