Fysik A
Ny ordning
kl. 09.00-14.00
Opgaver
Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål.
Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen.
Der er 2 bilag.
Opgaverne
Opgave 1: Snefri parkeringspladser
Opgave 2: Supernova SN 2006gy
Opgave 3: Rumskrot
Opgave 4: Squash
Opgave 5: Undersøgelse med 59Fe
Opgave 6: Vandbølger
Opgave 7: Kuglepen
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgave 1: Snefri parkeringspladser
Mange steder i Island bruger man overskudsvarme fra geotermiske anlæg til at holde fortove og parkeringspladser fri for sne. Man anvender varmt vand i plastikslanger, som udrulles, inden der asfalteres.
En parkeringsplads i Reykjavik med arealet 2,0·103 m2 tilføres energi med effekten 180 W pr. m2.
| a) | Hvor meget energi tilføres parkeringspladsen i løbet af 1,0 døgn? |
Under et snevejr er vandgennemstrømningen under parkeringspladsen 3,7 kg vand pr. sekund. Ved gennemstrømningen falder vandets temperatur fra 35 °C til 15 °C.
Sneen har temperaturen -10 °C. Sneen kan antages at have samme termiske egenskaber som is.
| b) | Vurdér massen af den sne, der smeltes pr. sekund. |
Opgave 2: Supernova SN 2006gy
Supernovaen SN 2006gy viste sig at være en meget kraftig eksplosion med en lysstyrke, der var 100 gange større end en almindelig supernova.
Lyset fra supernovaen SN 2006gy indeholdt spektrallinjer fra forskellige grundstoffer. Fotonenergien i en af spektrallinjerne var 3,017·10-19 J.
| a) | Beregn bølgelængden for denne spektrallinje. |
I spektret fra SN 2006gy har man identificeret en række spektrallinjer. Bilag SN2006gy viser data for de observerede bølgelængder og de tilhørende bølgelængder målt i laboratoriet.
| b) | Brug data i bilag SN2006gy til at bestemme den nuværende fart væk fra os af supernovaen SN 2006gy. |
Opgave 3: Rumskrot
I et forsøg på at reducere mængden af rumskrot omkring Jorden rettes en laserstråle mod rumskrottet. Derved skubbes det over i en anden bane omkring Jorden, således at rumskrottet møder større luftmodstand og til sidst brænder op i atmosfæren.
I et forsøg på at fjerne rumskrot benyttes en laser, som udsender lys med bølgelængden 1064 nm.
| a) | Bestem størrelsen af bevægelsesmængden af en foton fra laseren. |
Ved hjælp af påvirkningen fra fotonerne i laserstrålen ændres rumskrottets hastighed omkring Jorden, således at det får en bane, der undervejs er tættere på Jorden.
Grafen viser kraftpåvirkningen F modsat rumskrottets bevægelsesretning som funktion af tiden t fra starten af påvirkningen.
Rumskrottet har massen 0,25 kg.
| b) | Vurdér ændringen af rumskrottets fart i bevægelsesretningen som følge af kraftpåvirkningen fra laserstrålen. |
Opgave 4: Squash
Squash er et boldspil, hvor man slår til bolden med en ketsjer. Bolden rammer en væg og springer tilbage, så den anden spiller kan slå til den med sin ketsjer.
En spiller slår til bolden, så den bevæger sig 5,3 m i vandret retning, før den rammer væggen. Boldens hastighed i vandret retning er 43 m/s.
| a) | Hvor lang tid efter slaget rammer bolden væggen? |
Inden spillet starter, bliver bolden varmet op, ved at man i nogle minutter slår bolden mod væggen. Hver gang bolden bliver slået mod væggen og rammer den, tilføres bolden i gennemsnit energien 9,1 J.
Når bolden har temperaturen 45 °C, kan spillet begynde.
Bolden har massen 40,3 g, og den er lavet af gummi med specifik varmekapacitet 1,55
kJkg·°C
. Før opvarmningen er boldens temperatur 26 °C.
| b) | Vurdér, hvor mange gange bolden skal slås mod væggen for at nå temperaturen 45 °C. |
En squashbolds hoppeevne undersøges i et faldforsøg med videoanalyse. Bilaget Squashbold indeholder en video, hvor man ser bolden ramme et gulv ved siden af et målebånd.
Videoen er optaget med 10000 billeder pr. sekund.
Squashboldens hoppeevne afhænger af dens temperatur T. Grafen viser det procentvise tab i boldens kinetiske energi ved et hop som funktion af boldens temperatur T.
| c) | Brug videoen til at vurdere tabet i kinetisk energi, når bolden rammer gulvet. Vurdér boldens temperatur. |
Opgave 5: Undersøgelse med 59Fe
Isotopen 59Fe er radioaktiv og anvendes ved en scanning af en patient med blodmangel. Ved undersøgelse med 59Fe er man opmærksom på den utilsigtede dosis til indre organer, særligt milten.
En patient får en indsprøjtning med 59Fe som forberedelse til en scanning.
| a) | Opskriv reaktionsskemaet for det radioaktive henfald af 59Fe. |
Aktiviteten af 59Fe i det indsprøjtede stof er 0,37 MBq. Stoffet fordeler sig hurtigt i patientens krop, og 1,3 % af stoffet ophobes i milten. Den biologiske halveringstid for 59Fe i milten er 715 døgn, og miltens masse er 0,14 kg. Den gennemsnitlige energi afsat i vævet pr. henfald af 59Fe er 2,08·10-13 J.
Scanningen foregår 14 dage efter indsprøjtningen.
| b) | Bestem den absorberede dosis fra 59Fe i milten i løbet af de første 14 dage efter indsprøjtningen. |
Opgave 6: Vandbølger
Man kan undersøge vandbølger i et bølgekar med to strømførende kobberledere, som stikkes ned i vandet. Vandet i karret leder strømmen mellem de to ledere. Resistansen mellem lederne afhænger af bølgehøjden. Bølgerne laves af en vibrator.
To kobberledere stikkes ned i et kar med vand, og lederne tilsluttes en spændingskilde. Strømstyrken gennem vandet mellem de to ledere måles, mens vandbølger passerer lederne.
Grafen viser strømstyrken I gennem vandet som funktion af tiden t.
| a) | Bestem ved hjælp af grafen vandbølgernes frekvens. |
Figuren viser, hvordan de to kobberledere er forbundet i et elektrisk kredsløb.
| b) | Vurdér ved hjælp af grafen og data på figuren den største resistans Rvand af vandet mellem lederne, når bølgerne passerer. |
Opgave 7: Kuglepen
En kuglepen indeholder en lille fjeder.
En kuglepen indeholder en fjeder, som er 19,2 mm lang, når den ikke er presset sammen. Fjederkonstanten er 377 N/m. Når knappen på kuglepennen trykkes ned, trykkes fjederen sammen, så dens længde bliver 11,7 mm.
| a) | Bestem størrelsen af den kraft, som man skal påvirke kuglepennens knap med for at trykke den ned. |
En person piller fjederen ud af kuglepennen og presser den sammen imod et bord. Herefter slippes fjederen i et forsøg på at få den til at springe så højt op, at den rammer loftet. Massen af fjederen er 0,16 g, og afstanden fra bordet til loftet er 1,75 m.
| b) | Vurdér, hvor meget fjederen mindst skal presses sammen, hvis den skal ramme loftet. |
Bilag
Bilag til opgave 2: SN2006gy.xlsx
Bilag til opgave 4: Squashbold.mp4
Billedhenvisninger
Opgave 1:
nea.is
Opgave 2:
http://ps1images.stsci.edu/cgi-bin/ps1cutouts?pos=49.36275%2B41.40542&filter=color
Opgave 3:
esa.int
Opgave 4:
wikipedia.org
Opgave 5:
Wikimedia Commons
Opgave 6:
Nils Kruse
Opgave 7:
Nils Kruse