Fysik A. Studentereksamen

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen stx102-fys/a Fredag den 13. august 2010 kl

2

3 Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen. Der er 1 bilag (vedlagt i 2 eksemplarer). Opgaverne Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Opgave 7 Hjertestarter Bremsesvigt Mælk i kaffen Brune dværge Vindmølle Vakuumkammer Antistatisk børste Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.

4

5 Side 1 af 7 1. Hjertestarter Foto: Nils Kruse Ved nogle typer af hjerteproblemer er hjertet kommet ud af sin rytme. Den normale hjerterytme kan genoprettes ved at udsætte hjertet for et kortvarigt elektrisk stød ved hjælp af en hjertestarter. Under et elektrisk stød sender en hjertestarter kortvarigt en strøm med strømstyrken 35 A gennem hjertet. Strømmen ledes ind i kroppen gennem to elektroder klæbet til brystkassen. Spændingsfaldet over de to elektroder er 1,75 kv. a) Beregn resistansen mellem de to elektroder. I de første 4, s af et elektrisk stød afsætter hjertestarteren energi i hjertet med effekten P(t) = 61, W e 180 s 1 t hvor t er tiden efter starten af det elektriske stød. b) Hvor meget energi afsætter hjertestarteren i hjertet de første 4, s af et elektrisk stød.

6 Side 2 af 7 Bremsesvigt Foto: 2. På nogle vejstrækninger har man i USA anlagt nødspor med løst grus, som kan bruges af lastbiler med bremsesvigt. En lastbil kører med farten 79 km/h på en 6,2 km lang strækning. a) Hvor lang tid tager det for lastbilen at køre denne strækning? På toppen af en 400 m høj bakke har lastbilen farten 10 km/h. Da lastbilen er kommet ned i højden 200 m, er farten steget til 110 km/h. Lastbilen har massen 64 ton. b) Beregn lastbilens tab i mekanisk energi fra toppen af bakken til højden 200 m. Pludselig svigter lastbilens bremser, og chaufføren kører derfor ind på et opadgående nødspor som vist på figuren. Ved indkørslen på nødsporet er lastbilens fart 110 km/h. På vej op ad nødsporet er lastbilen påvirket af en gnidningskraft, der har størrelsen 120 kn.

7 Side 3 af 7 c) Indtegn på bilag 1 pile, der viser størrelse og retning af de kræfter, som virker på lastbilen på vej op ad nødsporet. Hvor langt kører lastbilen op ad nødsporet, inden den holder stille? 3. Mælk i kaffen Foto: Nils Kruse Mange mennesker hælder lidt mælk i deres kaffe. a) Tildel passende værdier til relevante fysiske størrelser, og brug disse til at vurdere fællestemperaturen af kaffe med mælk. Gør herunder rede for de relevante antagelser.

8 Side 4 af 7 4. Brune dværge Foto: NASA En stjerne kan dannes, når en gassky trækker sig sammen på grund af gravitationskraften. Hvis gasskyens masse er mindre end 0,08 solmasser, vil temperaturen i gasskyen ikke blive høj nok til at starte kerneprocesser. Dermed vil skyen kunne ende som et planetlignende objekt kaldet en brun dværg. En kugleformet gassky har den gennemsnitlige partikelmasse på 0,60 u. Skyens radius er 1, m, og dens densitet er 1, kg/m. Gasskyens gennemsnitstemperatur er 10 K. a) Beregn trykket i gasskyen. Gasskyen trækker sig sammen på grund af gravitationskraften. b) Forklar, at gasskyen efter sammentrækningen vil ende som en brun dværg. I den sidste del af sammentrækningen, hvor gasskyen er et stabilt system, afgiver skyen over en periode på år den potentielle energi 7, J. c) Beregn den gennemsnitlige udstrålede effekt i denne periode.

9 Side 5 af 7 5. Vindmølle Vindmøllefabrikken Vestas fremstiller store vindmøller. De største møller har helt op til 45 meter lange vinger og kan producere en maksimal elektrisk effekt på 3,0 MW. Spidsen af en møllevinge gennemfører en cirkelbevægelse med radius 45 m. Møllevingen foretager 20 omdrejninger pr. minut. a) Bestem farten for spidsen af en møllevinge. Den effekt P, hvormed vinden tilfører møllen kinetisk energi, er P vind 0,61 kg m A v3 hvor v er vindhastigheden, og A er det areal, som møllevingerne overstryger. Grafen nedenfor viser, hvordan vindmøllens leverede effekt P mølle, afhænger af vindhastigheden v. b) Bestem ved hjælp af grafen vindmøllens nyttevirkning, når vindhastigheden er 12,5 m/s.

10 Side 6 af 7 6. Vakuumkammer Foto: NASA Rumfartsorganisationen NASA har verdens største vakuumkammer. Kammeret er beregnet til at teste rumudstyr, og det er muligt at opnå samme lave tryk i kammeret som ude i rummet. Vakuumkammerets volumen er 27, m 3. Inden man pumper luft ud, er densiteten af luften 1,25 kg/m 3, og trykket er 101 kpa. Temperaturen er konstant under pumpningen. a) Beregn massen af luften i vakuumkammeret inden pumpningen. Hvor stort er trykket i vakuumkammeret, når der kun er 0,70 kg luft tilbage i kammeret?

11 Side 7 af 7 7. Antistatisk børste Foto: Billedet viser en antistatisk børste, der benyttes til at fjerne støv fra fotoudstyr. Børsten indeholder det radioaktive nuklid polonium-210, som udsender alfapartikler. Ved alfapartiklernes sammenstød med luftens molekyler dannes der ioner, som kan neutralisere statisk elektricitet på overflader. 210 Po Aktiviteten af er ved produktionen af børsten 9,25 MBq. Producenten 210 anbefaler at udskifte børstens indhold af Po efter et år. 210 a) Hvor stor er aktiviteten af Po i børsten et år efter produktionen? 210 b) Bestem massen af Po i børsten ved produktionen. Børstens antistatiske virkning skyldes den ioniserende stråling fra kræver i gennemsnit energien 5,45 aj at ionisere et luftmolekyle. 210 c) Hvor mange luftmolekyler kan børstens indhold af Po sekund ved produktionen? 210 Po. Det ionisere pr. (Opgavesættet er slut)

12 Undervisningsministeriet

13 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2010 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2010 STX102-FYA STX102-FYA BILAG 1 BILAG 1 Ark Ark af i alt af i alt ark ark Navn: Navn: Skole/kursus: Skole/kursus: Klasse: Klasse: Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen