Examenvragen - Fysica - Modelvragen1 1997

Vraag: Modelvragen1 1997

Een herdershond moet een kudde schapen, die over haar totale lengte steeds 50 meter lang blijft, naar een 800 meter verderop gelegen schuur brengen. Door steeds van de kop naar het einde ervan (en omgekeerd) te hollen met een snelheid waarvan de grootte 5,0 m/s is, slaagt het trouwe dier erin de kudde te verplaatsen met een gemiddelde snelheid van 1,0 m/s.
Indien hij aan de kop van de kudde vertrekt en samen met de eerste dieren in de schuur aankomt, hoeveel bedraagt dan de afstand die de herdershond afgelegd heeft?
<A> 1,6 km
<B> 3,2 km
<C> 4,0 km
<D> 8,0 km

Antwoord: C

De afstand die de kudde aflegt Δskudde = 800 m
De snelheid van de kudde is vkudde = 1,0 m/s
De tijd Δt die de kudde erover doet:
vkudde= Δskudde / Δt
Dt = Δskudde / vkudde Δt = 800 / 1,0 = 800 s
Dit is ook de tijd die de hond over en weer loopt
De hond heeft dan afgelegd:
vhond= Δshond / Δt
Δshond = vhond . Δt = 5,0 . 800 = 4,0.103 m = 4,0 km

Vraag: Modelvragen1 1997

Een bol met een massa van 2 kg hangt in rust aan een touw tegen een verticale muur (zie figuur). De wrijving tussen de muur en de bol is verwaarloosbaar. Als men de bol als een massapunt mag beschouwen, dan kan men de krachten die op de bol inwerken best voorstellen door de figuur:

Antwoord: B

De som van de krachten moet nul zijn, want de bol hangt stil
Dit is enkel zo bij figuur B

Vraag: Modelvragen1 1997

Een fietser neemt een bocht waarbij de snelheid in grootte constant blijft. De fiets maakt een hoek met het horizontale wegdek. De figuur geeft het vooraanzicht weer. Het zwaartepunt van fiets en fietser samen is weergegeven door het punt z. De contactpunten van de banden met het wegdek worden in het vooraanzicht weergegeven door het punt k.
De resulterende kracht die het wegdek in de contactpunten k op de fietsband uitoefent, is dan best voor te stellen in het vooraanzicht door figuur:

Antwoord: A

De centripetale kracht wordt geleverd door de wrijvingskracht tussen band en ondergrond
Ze moet wel naar binnen gericht zijn zoals is A: het draaiend koppel Fz en FN zouden de fietser onderuit halen in al de andere gevallen

Vraag: Modelvragen1 1997

De onderstaande grafiek stelt de elastische vervorming voor van een veer onder invloed van een kracht F. Hierbij stelt x de uitrekking van de veer voor.
Wat is de verhouding van de arbeid geleverd bij de uitrekking van P tot Q tot de geleverde arbeid bij de uitrekking van O tot P?
<A> 1
<B> 2
<C> 3
<D> 4

Antwoord: C

De geleverde arbeid is de oppervlakte onder de curve
Van O tot P is dat 1 blokje
Van P tot Q zijn dat 3 blokjes
Antwoord C

Vraag: Modelvragen1 1997

Een voorwerp met een massa m komt in A voorbij met een horizontale snelheid v. Het schuift de helling op tot in punt B waar het tot stilstand komt om daarna terug omlaag te schuiven. Het punt B ligt op een hoogte h boven A. Een tweede voorwerp met massa m/2 komt in A voorbij met een horizontale snelheid v/2. Hoeveel bedraagt de maximale hoogte die het tweede voorwerp bereikte vooraleer terug naar beneden te schuiven? (verwaarloos de wrijvingskrachten)
<A> h
<B> 1/2 h
<C> 1/4 h
<D> 1/8 h

Antwoord: C

Vraag: Modelvragen1 1997

Een U-vormige buis bezit gelijke verticale benen van 60 cm lengte. De U-buis is tot op halve hoogte gevuld met water. De verticale buisuiteinden zijn beide open. Dit is in de onderstaande figuur weergegeven.
Men giet langzaam één been tot aan de rand vol met olie (ρ = 800 kg/m3). Hoeveel bedraagt dan de lengte van de oliekolom in de buis?
<A> 24 cm
<B> 30 cm
<C> 37,5 cm
<D> 50 cm

Antwoord: D

Het water is links gestegen met de hoeveelheid die het rechts gedaald is (h1)
En hwater = 2h1
Er geldt:
ρwater/ ρolie = (h1+0,30)/2h1
1000/800 . 2h1 = h1 + 0,30
2,5 h1 - h1 = 0,30
1,5 h1 = 0,30
h1 = 0,30/1,5 = 0,20
holie = 0,30 m + 0, 20 m = 0,50 m
hwater
midden
0,30 m

Vraag: Modelvragen1 1997

Men verwarmt een hoeveelheid ijs met als gevolg dat de temperatuur ervan gaat stijgen. Na enige tijd verschijnen de eerste waterdruppels. Nadat al het ijs gesmolten is, merkt men dat de temperatuur oploopt. De grafiek geeft het verband tussen temperatuur en toegevoegde warmtehoeveelheid weer.
Specifieke warmtecapaciteit van ijs 2,059 kJ/kg∙K; specifieke smeltwarmte ijs: 332,7 kJ/kg en specifieke warmtecapaciteit van water is 4,185 kJ/kg∙K
Hoeveel bedraagt dan de hoeveelheid ijs (uitgedrukt in gram) waarmee men het experiment uitvoerde?
<A> 100 g
<B> 250 g
<C> 500 g
<D> 625 g

Antwoord: B

Voor de opwarming van het ijs geldt: Q = cijs . mijs . ΔT
Nu zien we op de grafiek: ΔT = 10 K , dan Q = 5,15.103 J
We vullen de gegevens in de bovenstaande formule:
5,15.103 = 2,059 . 103 . mijs . 10
mijs = 5,15.103 / (2,059 . 103 . 10)
mijs = 5,15 / 20,59 = 0,250 kg = 250 g

Vraag: Modelvragen1 1997

Een bepaalde hoeveelheid van een als ideaal te beschouwen gas ondergaat de toestandsveranderingen van A -> B -> C weergegeven op de onderstaande grafiek. In C is het volume 3,0 liter.
Hoeveel bedraagt dan het volume in toestand A?
<A> 1,5 L
<B> 2,5 L
<C> 3,0 L
<D> 5,0 L

Antwoord: A

Van B naar C geldt (isotherm) p.V = constant
Dus pB.VB = pC.VC 200.VB = 120.VC VB = 120/200 . 3,0 = 1,8 liter
Van A naar B geldt (isobaar): V/T = constant
Dus VA/TA = VB/TB VA / 200 = 1,8 / 240 VA = 200/240 . 1,8
VA = 200/240 . 1,8 = 5/6 . 1,8 = 9/6 = 1,5 liter

Vraag: Modelvragen1 1997

Onderstaande figuur toont de veldlijnen van een elektrisch veld van de ladingen A, B en C. Deze ladingen liggen op een rechte en kunnen niet van plaats veranderen.
Als q een bepaalde hoeveelheid positieve lading voorstelt, dan geldt dat:
<A> QA = q QB = q QC = q
<B> QA = -q QB = q QC = -q
<C> QA = -2q QB = q QC = -2q
<D> QA = -q QB = 2q QC = -q

Antwoord: D

Elektrische veldlijnen gaan weg van een positieve lading en gaan naar een negatieve lading toe
A en C zijn dus negatief, B positief
Vanuit lading B vertrekken 10 veldlijnen, in lading A en C komen er telkens 5 aan. Dit is een maat voor de sterkte van de lading, dus lading B is twee keer sterker dan ladingen A en C

Vraag: Modelvragen1 1997

Men meet het potentiaalverschil over en de stroom door een weerstand. De meetpunten zijn aangegeven op de onderstaande grafiek. Welke van de volgende uitspraken zijn dan correct?
<A> De waarde van de weerstand is constant bij lagere spanning maar wordt kleiner bij hogere spanningen
<B> De waarde van de weerstand neemt toe bij lagere spanning en wordt constant bij hogere spanningen
<C> De waarde van de weerstand is constant bij lagere spanning maar wordt zeer groot bij hogere spanningen
<B> De waarde van de weerstand is constant bij lagere spanning maar wordt nul bij hogere spanningen

Antwoord: C

Bij lagere spanningen is er een evenredig verband tussen I en U, dus is de weerstand constant
Bij hogere spanning blijft de stroomsterkte gelijk, dus U/I stijgt

Vraag: Modelvragen1 1997

Gegeven is een schakeling zoals weergegeven door het onderstaande schema. Door de weerstand van 5,0 Ω vloeit een stroom van 2,0 A. Hoeveel bedraagt de stroomsterkte in de weerstand van 2,0 Ω?
<A> 1,0 A
<B> 2,5 A
<C> 3,0 A
<D> 4,5 A

Antwoord: D

De stroom I is gelijk aan de stroom I5 door de weerstand van 5,0 Ω + de stroom I4 door de weerstand van 4,0 Ω
De spanning over deze twee weerstanden is gelijk dus U5 = U4
Dus R5.I5 = R4.I4
Dus: I4 = R5.I5 / R4 = 5,0 . 2,0 / 4,0 = 2,5 A
I4 + I5 = 2,0 + 2,5 = 4,5 A

Vraag: Modelvragen1 1997

Van vier draden A, B, C en D zijn volgende gegevens bekend.
Welke is/zijn de draad of draden met de hoogste elektrische weerstand is
<A> A
<B> B
<C> C
<D> A en D

Antwoord: B

We passen de Wet van Pouillet toe op de drie draden:
RA = ρ.L/S
RB = 2 ρ.2L/S = 4 ρ.L/S
RC = ρ.L/(2S) = ½ ρ.L/S
RD = 2 ρ.2L/(2S) = ρ.L/S

Vraag: Modelvragen1 1997

Twee zeer lange draden zijn evenwijdig opgesteld. De stroom door de linkse draad (zie figuur) is in grootte gelijk aan 30A en de zin ervan wordt aangegeven door de pijl.
We willen dat de magnetische inductie in het punt K gelijk aan nul zou worden. Welke stroomsterkte moet men dan door draad AB sturen en in welke zin?
<A> 10 A en gericht van A naar B
<B> 7,5 A en gericht van B naar A
<C> 10 A en gericht van B naar A
<D> 30 A en gericht van A naar B

Antwoord: C

Eerst en vooral: zet de rechterhand met duim in zin stroom: de stromen moeten in zelfde richting lopen (naar boven) opdat de magnetische velden mekaar zouden tegenwerken
Dus richting stroom is van B naar A
Hoe groot?
BL = BR dus μ.IL/[2π(0,015)] = μ.IR/[2π(0,005)]
IL / 0,015 = IR / 0,005 IR = (IL / 0,015) . 0,005 = IL/3
IR = 30 / 3 = 10 A

Vraag: Modelvragen1 1997

In bijgaande figuur is een eendimensionale lopende golf voorgesteld voor t=0. Het punt op 1 m van de oorsprong (x=1m) krijgt na 0,01 s voor het eerst een maximale uitwijking en deze is negatief.
Welke uitspraak is juist?
<A> Het is een linkslopende golf en de frequentie is gelijk aan 100 Hz
<B> Het is een rechtslopende golf en de frequentie is gelijk aan 100 Hz
<C> Het is een linkslopende golf en de frequentie is gelijk aan 25 Hz
<D> Het is een rechtslopende golf en de frequentie is gelijk aan 25 Hz

Antwoord: C

Een lopende golf heeft volgende wiskundige beschrijving:
y(x,t) = A . sin (2πx/l - 2πt/T)
De eerste maximale uitwijking wordt bereikt voor T/4
Dus T/4 = 0,01 s T = 0,04 s f = 1/T = 25 Hz
Verschuif de hele figuur een kwartperiode naar links en de eerste uitwijking is negatief
Het is dus een linkslopende golf